GSM MS开机附着信令流程的详细研究

张扬扬

摘 要：MS开机附着过程是GSM技术的重要内容，是相互通信的必备环节。文章分析了MS开机到附着成功的流程，具体包括RR连接建立流程及用户附着流程涉及的鉴权、加密、IMSI附着及位置更新过程。同时，简要分析了附着过程的一些异常情况及处理。

关键词：开机附着；鉴权；加密；位置更新

GSM技术目前仍为通信行业的主流技术之一。其中，MS开机附着过程作为相互通信的首要环节，其重要性和必要性是不言而喻的。本文就MS开机到附着的信令流程展开详细分析。

1 流程概述

MS开机首先进行接入层的信令交互，建立RR连接；然后进行鉴权、加密过程；之后，如果MS开机后处于关机前同一位置则进行IMSI附着，如图所示；否则启动位置更新流程。

2 RR连接建立流程

2.1 流程解析

首先MS将在随机接入信道（RACH）向BSS发送信道请求消息，申请一个专用信道（SDCCH），BSC为其分配相应的信道成功后，在接入允许信道（AGCH）中通过立即分配消息通知MS，随后MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息—CM业务请求消息，这里的消息类型为IMSI附着的位置更新。该消息被BSS透明的传送至MSC，MSC收到消息后通知VLR处理此次MS的接入业务请求。

2.2 层三消息包含的信令参数

层三消息是无线接口中的网络应用层，这个业务请求中包含以下信息：（1）CM Service Type：请求的服务类型（2）Ciphering Key Sequence Number：加密密钥序列号（3）Mobile Station Classmark：移动手机类型，包含加密算法等信息（4）当前网络，位置区和小区的识别消息。

3 鉴权、加密流程

3.1 鉴权、加密过程解析

收到业务接入请求后，VLR首先查看数据库中该MS是否有鉴权三参组，三参组分别是rand（随机数）、sres（符号响应）、kc（密钥）。如果有，将直接向MSC下发鉴权命令，否则，向相应的HLR/AUC请求鉴权参数，得到三参组，再向MSC下发鉴权命令。MSC收到鉴权命令后，通过BSS向MS下发鉴权请求，在该命令中含有鉴权参数，MS收到鉴权请求后，利用SIM卡中的Ki（IMSI）和鉴权算法，得出鉴权结果，通过鉴权响应消息送达MSC/VLR，由VLR核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果，如果二者不一致，拒绝此次接入请求；如果一致则鉴权通过。鉴权通过后，MSC/VLR将向MS下发加密命令，该命令内含加密模式，MS收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息，之后的消息将加密后才在空中接口传送。

3.2 鉴权、加密相关参数

SIM卡中有四个与鉴权和加密相关的数据：鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki，在加密命令中，指出了MS支持的A5算法类型。手机收到网络下发的rand，进行如下运算：KI（IMSI）+rand+A3--->sres，KI（IMSI）+rand+A8--->kc，手机再对加密前的消息M以A5算法进行加密运算，得出加密后的消息M：M+kc+A5---> M。

4 IMSI附着、位置更新流程

MS开机后如果处于关机前同一位置，流程中位置更新请求消息类型为在VLR中发生IMSI附着，如果处于关机前不同位置，则请求消息类型为普通位置更新。

4.1 IMSI附着流程

（1）MSC收到MS发来位置更新消息为IMSI可及。（2）MSC将IMSI可及信息再发送给VLR，VLR将IMSI不可及标记更新为IMSI可及。（3）VLR反馈MSC可及信息信号。（4）MSC再将反馈信号发给MS。

4.2 位置更新流程及参数

MS开机后处于关机前不同位置时，MSC收到MS发来的位置更新消息为普通位置更新，跨MSC的位置更新流程如图。

位置更新的同时HLR向VLR下载用户数据，包括CAMEL用户数据，GPRS用户数据，ODB数据，补充业务数据。

5 异常情况分析

（1）RR连接建立时失败，对于无线侧，尽量减少SDCCH拥塞。（2）非法用户在鉴权时失败，原因为SIM卡内的KI值与HLR开户的KI值不一致。（3）位置更新不成功的用户，不能成功附着。导致位置更新失败的原因很多，必要时启动信令消息跟踪，查找失败原因，解决存在的问题。

6 结束语

开机附着流程作为正常通信的首要环节，起着十分重要的作用。在提高无线网络利用率的基础上，保证局数据的准确性和完整性，从网络保障方面减少异常情况的发生，提高开机附着成功率。

[参考文献]

[1]王文博.移动通信原理与系统.北京邮电大学出版社第2版.

[2]张建斌.GSM原理及其网络优化.机械工业出版社第2版.

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[5]Lawrence Harte.introduction to GSM，Phoenix Global Support（2011-6）.