Mạng không dây và đ động MobileWirelessNetwork c4 GSM mobility management 1

MẠNG KHÔNG DÂY & DI ĐỘNG
(Mobile & Wireless Network)
CHƢƠNG 4

QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG GSM
(MOBILITY MANAGEMENT)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication
Nguyễn Hoàng Việt

1


NỘI DUNG







Tổng quan
Cập nhật vị trí GSM
Các cơ sở dữ liệu di động
Phục hồi lỗi
Giải thuật nhận dạng VLR
Điều khiển tràn VLR

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

2


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Tổng quan


Quản lý di động (mobility management)






Đăng ký/cập nhật vị trí
Khởi động cuộc gọi
Chấm dứt cuộc gọi

Chịu lỗi (fault tolerance)


Dữ liệu vị trí lỗi




Thủ tục phục hồi lỗi




Không thể phục vụ GSM
Giải thuật để tăng tốc thủ tục phục hồi lỗi của HLR

Tràn dữ liệu (database overflow)



Đăng ký bị lỗi (fail registration)
Sơ đồ kiểm soát tràn VLR (VLR overflow control scheme)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

3


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Quản lý vị trí (Location Management)




LA là thành phần cơ bản trong việc quản lý vị trí
(location management/location tracking)
Một MSC có thể quản lý một hoặc nhiều LA

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

4


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Quản lý vị trí (Location Management)

Kiến trúc quản lý 2 cấp (two-tier)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

5


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Đăng ký/Cập nhật vị trí (Registration/Update)


Là các thủ tƣơng tự nhau, nhằm mục đích:





Xác định vị trí của ngƣời dùng
Chứng thực ngƣời dùng

Khác nhau:


Đăng ký:






Cập nhật:






Người dùng lần đầu truy cập vào PLMN
Cần gởi IMSI và nhận TMSI
Truy cập các lần tiếp theo vào PLMN (trong MSC/VLR cũ hoặc mới)
Hoặc sau khi MS shutdown
Nhận dạng dựa trên TMSI

Người dùng đã đăng ký:


PLMN sẽ xác định đƣợc LA, nơi MS đang hiện diện
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

6


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Thủ tục Start-Up




MS mở máy
Dò tìm sóng mang BCCH:





Bằt nhịp (tune) và đồng bộ (synchronize)

Lắng nghe BCCH
Nhận LAI:


LAI [CC,MNC,LAC]




Country Code (CC): 3 digits
Mobile Network Code: 2 digits
Location Area Code: max 5 digits

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

7

QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Ý tƣởng chính của LR/LU

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

8


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Thủ tục đăng ký vị trí

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

9


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Thủ tục đăng ký vị trí
Security (Authentication & Encryption/Ciphering)


Hai vấn đề cho security:



Authentication (chứng thực):
tránh truy cập gian lận của

một MS nhái

Encryption/Ciphering
(mã
hoá): tránh nghe thông tin
trái phép
Chứng thực: gồm các giải thuật
A3, A8 (one-way hash functions)
và Khoá bí mật Ki (chứa trong
AuC và SIM) chỉ đƣợc biết bởi
MS và HLR
Mã hoá: dùng giải thuật A5,
đƣợc phổ biến rộng rãi

MS





Home system
RAND

Ki

Ki

A8

A3

reject

A3

A8

no
SRES

SRES

Equal
?

Kc

yes

accept
Authentication
Encryption
Visited system

Kc

Frame number
A5
data
data

Kc

A5
ciphering
deciphering

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

deciphering
Chiphered
information

ciphering

10

data
data


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Thủ tục đăng ký vị trí







Home system (HLR) của MS sinh
ra số ngẫu nhiên 128 bit (RAND)
Số này đƣợc gởi cho MS
AuC (HLR) và SIM (MS) cùng
dùng (A3+Ki+RAND) tạo ra
Signed Result (SRES: 32 bit), và
(A8+Ki+RAND) tạo ra Kc (64 bit)
MS gởi SRES cho home system,
so sánh với SRES của AuC:





Authentication
MS
Ki

Ki

A8

A3

reject

A3

A8

no
SRES

SRES

Equal
?

Kc

yes

accept
Authentication
Encryption

Không trùng  từ chối truy cập
Trùng  chấp nhận truy cập 
thực hiện quá trình mã hoá

Để giảm báo hiệu, thực tế VLR
gởi IMSI và nhận lại một số bộ
(RAND, SRES, Kc) để dùng cho
các lần truy cập tiếp theo

Home system
RAND

Visited system

Kc

Frame number
A5
data
data

Kc

A5
ciphering
deciphering

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

deciphering
Chiphered
information

ciphering

11

data
data


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM

Thủ tục đăng ký vị trí
Ciphering
MS








VLR sinh ra Frame Number
(32bit)
FN đƣợc gởi cho MS
(A5, Kc, TDMA frame
number) sinh ra 2 chuỗi
(sequence: 114 bit) dùng cho
uplink và downlink
Các chuỗi này đƣợc dùng đễ
XOR với dữ liệu cần truyền
trƣớc khi đƣợc truyền đi
giữa MS và VLR

Home system
RAND

Ki

Ki

A8

A3

reject

A3

A8

no
SRES

SRES

Equal
?

Kc

yes

accept
Authentication
Encryption
Visited system

Kc

Frame number

A5
data
data

Kc

A5
ciphering
deciphering

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

deciphering
Chiphered
information

ciphering

12

data
data


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Cập nhật vị trí trong cùng VLR

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

13


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Cập nhật vị trí - Thay đổi MSC/VLR

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

14


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Cập nhật vị trí - Thay đổi MSC/VLR


TMSI
TMSI: Temporary Mobile Subcriber Identify



4 byte
Cấp mới định kỳ; Mỗi lần LU/IMSI_attach




Có ý nghĩa chỉ trong một VLR đã cho




Thông qua TMSI_Reallocation_Command/
TMSI_Reallocation_Complete

 Thao tác viên có thể
đặt chu kỳ từ 6 phút
đến 24 giờ cho LU
(giá trị đƣợc truyền
trên BCCH)
 IMSI_attach = 1 LU
trong cùng một LA
 IMSI_attach theo sau
một IMSI_detach (tắt
nguồn MS)

Riêng biệt, chỉ trong một LA đã cho

Khi đi vào một LA mới:


Ngƣời dùng phải tự nhận dạng với cặp
TMSI+LAI

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

15

QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Cập nhật vị trí - Thay đổi MSC/VLR

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

16


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Cập nhật vị trí - Thay đổi MSC/VLR


Step 1:






Khi di chuyển đến cell mới, MS lắng nghe BCCH broadcast từ
BSS
Khi phát hiện đi vào vùng mới, MS gởi TMSI và LAI của vùng cũ
cho BSS/MSC/VLR mới

Step 2:






VLR cần thông tin từ VLR của vùng cũ
VLR mới gởi thông điệp đến VLR cũ (dựa vào TMSI và LAI của
cùng cũ)
VLR cũ trả về IMSI và SRES, Kc của MS cho VLR mới
VLR mới thực hiện chứng thực với MS

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

17


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Cập nhật vị trí - Thay đổi MSC/VLR


Step 3:






Step 4:






VLR mới sinh ra TMSI mới và gởi cho MS TMSI mới, Kc thông
qua MSC
MS thực hiện Ciphering cùng với MSC
VLR mới gởi thông điệp yêu cầu cập nhật vị trí cho HLR, (địa chỉ
của HLR chứa trong IMSI của MS), cùng với MSRN
Nếu đƣợc chấp nhận, HLR cung cấp cho VLR mới thông tin về
thuê bao

Step 5:



HLR gởi thông điệp huỷ bỏ vị trí của MS cho VLR cũ (IMSI)
VLR cũ huỷ bỏ mẩu tin của MS và gởi báo nhận về cho HLR

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

18


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Quản lý cuộc gọi và chọn đƣờng
Các trường hợp đặc biệt
VLR mới không có khả năng xác định VLR cũ từ LAI cũ
VLR cũ không nhận dạng đƣợc TMSI






Nhắn tin báo hiệu (Paging):



Thông thƣờng dựa trên TMSI
Khi không có sẵn thông tin hợp lệ về TMSI, thì dựa trên IMSI
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

19


QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG GSM
Quản lý cuộc gọi và chọn đƣờng
Ký hiệu


Một cuộc gọi liên quan đến 2 thành phần:





Mobile Originated Call (MOC):




Thành phần gọi (Caller)
Thành phẩn đƣợc gọi (Callee)
Cuộc gọi đƣợc phát ra từ một MS

Mobile Terminated Call (MTC):


Cuộc gọi hƣớng tới một MS

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

20