Chapter 6 GSM系統 GSM System.

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1 Chapter 6 GSM系統 GSM System

2 課程目標 GSM全名為Global System for Mobile Communication，原稱為Group Special Mobile，在台灣被稱為泛歐式數位行動電話系統，是全球佔有率最大的第二代蜂巢式行動通訊系統。在這一章中將說明GSM系統的架構與運作方式，包括GSM的無線電介面，建立電話與交遞的流程，認證與加解密等基本議題。了解GSM的架構，才比較容易進入GPRS、UMTS等先進系統的領域。

3 章節目錄 GSM現況介紹 GSM系統架構 GSM無線電介面 GSM行動管理 安全性考量 GSM功能性平面 簡訊系統 結語 作業

4 Section 6.1 GSM 現況介紹 GSM Overview

5 GSM Global System for Mobile Communication 原稱為Group Special Mobile
在台灣被稱為泛歐式數位行動電話系統 由歐洲電信標準協會（European Telecommunications Standard Institute，ETSI）所制定，是一個全歐洲共同的通訊系統結構，解決歐洲各類比系統間不相容的問題。 1999年後改由3GPP（the 3rd Generation Partnership Project）負責後續維護與制定 廣泛用於全世界

6 圖 6‑1 GSM 演進 EDGE GSM 階段 1 GSM 階段 2 UMTS/ HSDPA GSM GPRS UMTS 473kbps
2M bps 10Mbps

7 GSM 的各個階段 (1/2) GSM 階段1﹕提供電路式交換的傳輸（circuit-switched transmission）
GSM 階段2﹕增加簡訊服務（Short Message Service，SMS）和承載服務（bearer service） GSM+ 高速電路交換數據（High Speed Circuit Switched Data，HSCSD）﹕使用電路式交換的方式傳送數據資料，最高可達115.2kbps。 一般封包式無線電服務（General Packet Radio Service，GPRS）﹕採用分封交換傳輸（packet-switched transmission）方式，最大171.2kbps。

8 GSM 的各個階段 (2/2) GSM++﹕EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution）
利用調變技術與編碼方式來提高傳輸速率，最高傳送速度可達384kbps。 3G﹕通用行動通訊系統（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS） 使用WCDMA（Wideband CDMA）技術 提供品質保證（Quality of Service，QoS） 高速下行封包存取（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA） 增加UMTS下載封包的傳輸速度

9 Section 6.2 GSM 系統架構 GSM Architecture

10 GSM 網路的組成 手機（Mobile Station，MS） 基地台子系統（Base Station Subsystem，BSS）
網路及交換子系統（Network and Switch Subsystem，NSS） 網路營運子系統（Operation Subsystem，OSS） 負責監控整體網路的運作 溝通介面（interface）的制定，做為資料傳遞或控制信令傳達的準則。

11 圖 6‑2 GSM 系統架構圖

12 手機 用戶識別模組（Subscriber Identity Module，SIM） 手機通訊模組（Mobile Equipment，ME）
含有記憶體晶片的智慧卡 認證加密所需的安全程序演算法與相關的參數 儲存用戶基本資料、 服務提供者的資料、手機位置、電話號碼、簡訊 手機通訊模組（Mobile Equipment，ME） 包括與基地台通訊所需之無線軟硬體，例如控制模組與無線電模組。

13 基地台子系統 基地收發台（Base Transceiver Station，BTS）
BTS透過無線電介面與MS進行資料的傳送與接收。 包括發射機、接收機、與無線介面相關之訊號處理的設備。 在通話過程中執行信號強度測量（signal strength measurement），BTS會將自己與MS的信號測量數據轉交給BSC。 基地台控制器（Base Station Controller，BSC） 負責無線電通道的分配（channel assignment），決定交遞（handover）程序。

14 傳輸編碼器與速率轉接器單元 傳輸編碼器與速率轉接器單元（Transcoder/Rate Adapter Unit，TRAU）
BSS與GSM網路間必須進行語音資訊的轉換 無線電介面採用13kbps的GSM編碼方式 核心網路採用64kbps的PCM（Pulse–Code Modulation） 轉換語音編碼與解碼及調整傳輸速率 在GSM規格書中，TRAU是BTC的一部份，但許多時候TRAU是置於MSC與BTS間，以減少BSC與BTS間的資料傳送。

15 網路及交換子系統 (1/2) 也稱為交換系統（switching system）， 通常稱這裡為GSM的核心網路（core network）。 提供電話線路交換、客戶資料儲存及手機漫遊管理（roaming management）的功能。 使用SS7傳送信令。 GSM MAP（Mobile Application Part）用於建立通話或進行註冊或認證程序。 NSS包含以下這些元件： 行動交換中心（Mobile Switching Center，MSC）執行基本的線路交換功能，負責計費的工作。 GSM MAP是架在SS7之上為傳送行動網路控制訊號所寫成的軟體工作平台。 習慣上NSS元件間的介面通稱為GSM MAP，而不再提底層的SS7網路。

16 網路及交換子系統 (1/2) NSS包含以下這些元件：
GMSC（Gateway MSC）是特殊的MSC，是PCS網路與PSTN等其他網路連接的閘道。 本籍註冊資料庫（Home Location Register，HLR）專門儲存訂購本系統用戶的資料。 客籍註冊資料庫（Visitor Location Register，VLR）儲存移動到其負責特定區域內的用戶相關資訊。 設備認證資料庫（Equipment Identity Register，EIR）紀錄手機的型態與出廠的序號。 認證中心（Authentication Center，AuC）用來認證用戶SIM卡之真偽。

17 營運子系統 負責網路管理與設備的維護。 用戶管理（subscriber management）
監控系統的負荷、電話的阻塞率（blocking rate）、兩個細胞間交遞的次數 設備要能自我測試，以及自動備份（redundancy）的功能。 用戶管理（subscriber management） 管理用戶的資料與電話計費（call charging），轉成真正的帳單。

18 Section 6.3 GSM 無線電介面 GSM Radio Interface

19 無線電介面 (1/2) 採用GMSK（ GPRS/GSM coding Gaussian Modular Shift Keymodulation）、13kbps RPE-LTP full-rate和5.6kbps VSELP的編碼方式。 分頻多工（Frequency Division Duplex，FDD） 上行或上鏈路（uplink）﹕ MHz 下行或下鏈路（downlink）﹕ MHz 相臨的頻道間距為200 KHz 共分成124對的頻道

20 無線電介面 (2/2) 分頻多重存取（Time Division Multiple Access，TDMA）的技術。
先切成每個4.615msec的訊框（frame），每一個GSM訊框都會有一個編號，稱為訊框號碼（frame number）。 訊框再切成長為0.577msec的8個時槽（timeslot），做為獨立傳送資料的基本單位。 週期性出現的時槽，就稱為一個通道（channel）。

21 圖 6‑3 GSM 時槽架構 Downlink FDMA Frame Frame (TDMA) MS Control channel
TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7 TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 892.2 MHz C1 892.4 MHz TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7 TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 Frame Frame (TDMA) MS 使用C1的TS1 Control channel Traffic channel

22 DCS 1800 以GSM標準架構為基礎 使用 MHz （uplink）與 MHz（downlink）頻段的標準，稱為DCS 1800（Digital Cellular Standard 1800）或GSM1800。 美國使用1900MHz頻段的GSM系統，就被稱為DCS1900或GSM1900。 整合GSM與DCS1800可形成微細胞/巨細胞（microcell/macrocell）的架構。

23 GSM 的資料結構 透過GSM傳送的資料都是以burst的型式加以封裝，再將資料放入時槽中傳送。
時槽內容包括burst與guard time。 Burst的種類： Normal burst用於傳送使用者語音或數據資料。 F burst放置基地台廣播的信號，讓MS校正頻率，以維持與基地台頻率上的同步。 S burst放置基地台廣播的信號，讓MS校正時間，以維持與基地台時間上的同步。 A burst是當手機想要打電話時，上傳A burst告知基地台欲使用無線電資源。

24 圖 6‑4 Normal Burst

25 圖 6‑5 GSM Bursts 3 57 bits 1 Normal Burst 26 bits 8.25 bits
Tailing Data Flag Training Flag Data Tailing Guard 142 bits Frequency Correction Burst Tailing Fixed Bits Tailing Guard 39 bits Synchronization Burst 64 bits Tailing Data Training Data Tailing Guard 41 bits Access Burst 36 bits 68.25 bits Tailing Synch. Seq Data Tailing Guard F Burst（Frequency Correction Burst）：F burst只在FCCH上傳送，Data欄位有連續的142個0，可讓MS校正自己的頻率以維持BTS頻率上的同步。 S Burst（Synchronization Burst）：在SCH上傳送。特別加長為64 bits的Training sequence，讓MS可以校正自己的時間。這是因為S burst是第一個MS需要做demodulation的burst（F burst不須要demodulation），因此S burst的training sequence特別長。Data欄位傳送基地台識別碼（Base Station Identity Code，BSIC）和以及Frame number，MS得以取得與BTS的frame structure同步。 A Burst（Access Burst）： 在RACH上傳送。像是手機主動打電話，則手機可在RACH上傳送A burst，告知基地台欲使用無線線路。由於可能同時有兩支MS在同RACH上同一個time slot，同時送出A burst，就會發生collision。 MS送出的A burst，事實上是MS與BTS溝通的第一個訊號，此時MS與BTS之間的同步不見得做得很好。為使A burst能夠被BTS正確收到，A burst中只存放最基本的資訊讓BTS瞭解，因此A burst特別短，當MS晚一些才送出A burst，也能在Guard time結束前，被BTS收下。然而A burst又不能太短，讓一個time slot容下兩個A burst，因此A burst占了83 bits，比整個time slot（ bits）的一半長了一些些。 D Burst（Dummy Burst）：BTS沒有資料要傳送時所送出的空的burst。Mixed bit是modulating bit states。

26 提前時序（Time Advance，TA)
若BTS下傳給MS使用第一個時槽，則BTS會在第三個時槽收到MS送出上傳的burst。 訊號傳遞會發生延遲 BTS發送的訊號傳到MS所需要的時間，加上MS發送訊號讓BTS接收的時間，稱為往返傳播延遲（round-trip propagation delay）。 MS的發送時刻要提前一段round trip propagation delay的時間，所以稱為Time Advance，縮寫為TA。

27 圖 6‑6 Time Advance 892.2 MHz (downlink) BS 0 1 2 3 4 5 6 7 45 MHz
45 MHz TA/2 TA/2 937.2 MHz (uplink) MS 3 timeslot -TA

28 實體通道與邏輯通道 實體通道（physical channel）：BTS與MS間用來傳送資訊的無線電通道
邏輯通道（logical channel）：依據所傳送的控制訊號的用途，或是依據使用者資料來分類將傳送的通道命名。 邏輯通道與其使用的實體通道的對應關係有一定的規則。 分成訊務通道（Traffic CHannel，TCH）與控制通道（Control CHannel，CCH）兩大類。 參考圖 6-7。

29 圖 6‑7 GSM 邏輯通道 一個 BTS 與一個 MS 間用來傳送資訊的條通道稱為 physical channel.
在這個 physical channel 上依據所傳送的資訊來分類, 可劃分成許多 logical channels. GSM以多種的邏輯通道（logical channels）的概念來區分各系統控制訊號的用途與使用者資料，與實際上無線電通道介面配置無關， 所以稱為 logical。 基本上，分成 Traffic channel 與 control channel 兩大類.

30 訊務通道（Traffic CHannel，TCH）
全速率訊務通道（Full rate TCH，TCH/F） 傳送13kbps之語音或12、6、3.6kbps的數據資料。 使用整個Normal Burst來傳送。 1/2速率訊務通道（Half rate TCH，TCH/H） 提供7kbps語音傳輸，6或3.6kbps數位資料傳輸。 只使用Normal burst中一個Data欄位來傳送資料。

31 控制通道（Control channel，CCH）
區分為三類： 廣播通道（Broadcast CHannel，BCH） 基地台廣播系統資訊給各手機的下行邏輯通道。 共用控制通道（Common Control CHannel，CCCH） 用於BTS對一支手機間信令的通訊，但是所有手機共用這些控制頻道，所以被稱為共用控制通道。 專屬控制通道（Dedicated Control CHannel，DCCH） BTS分配給手機的專屬邏輯通道。

32 廣播通道（Broadcast CHannel，BCH）
頻率校正通道（Frequency Correction CHannel，FCCH） 傳送F burst，提供頻率校正的資訊。 同步通道（Synchronization CHannel，SCH）： 傳送S burst，讓MS取得與BTS訊框架構的同步。 廣播控制通道（Broadcast Control CHannel，BCCH） 提供手機有關基地台的資料。

33 共用控制通道（Common Control CHannel，CCCH）
傳呼通道（Paging CHannel，PCH） 當有電話打該手機時，BTS透過PCH呼叫手機。 隨機接取通道（Random Access CHannel，RACH） 手機主動打電話時，手機在RACH上傳送A burst，告知基地台欲使用無線電資源。 接取允諾通道（Access Grant CHannel，AGCH） 基地台透過AGCH告知手機可以使用的無線電通道。

34 專屬控制通道（DCCH） (1/2) 獨立專屬控制通道（Stand along Dedicated Control CHannel，SDCCH） 傳送建立電話的控制訊號，或使用者之簡訊。 慢速相關控制通道（Slow Associated Control CHannel，SACCH） 非緊急的維運資訊，例如功率控制（power control）及時差校正（time alignment）等控制資訊，以及無線電線路訊號測量結果(measurement report)。

35 專屬控制通道（DCCH） (2/2) 快速相關控制通道（Fast Associated Control CHannel，FACCH）
傳送緊急控制信令（time-critical signaling），包括電話線路的設定、手機認證（authentication）以及交遞（handover）的信號。 FACCH佔用訊務通道的時槽。 細胞廣播通道（Cell Broadcast CHannel，CBCH） 提供簡訊的廣播服務（short message service cell broadcast messages）。

36 手機註冊 當MS開機後，會掃瞄屬於GSM的全部頻道。 MS會找出訊號最強的頻道，判斷是否為承載 BCCH 的控制頻道。
MS會利用 FCCH 校正自己的頻率以便與BTS的頻率同步。 由 SCH 可得到基地台的編號（BSIC）。 從 BCCH 則可得到細胞的編號，判斷是否是為所屬的 PLMN 的細胞。若不是則再繼續搜尋，直到找到可用的細胞為止。 接下來MS向MSC註冊。

37 手機主撥電話 這個範例說明 MS 想要打電話時所使用的 logic channel. MS 用 RACH 傳回請求通道的訊息
BSC配置一個 SDCCH 給 MS, 並透過 AGCH 告訴 MS MS 用此 SDCCH 與 BSS 溝通, 送出所要撥打的電話號碼. 一旦電話接通, BSS 配置一個 TCH 給 MS, 收回 SDCCH. MS 用 FACCH 通知 BSS 開始通話. 不管是 call origination, call termination, 或是其他 user service, location update, 一定要先有 radio link 後才能夠送信令進一步溝通. 所以如果是 mobile initialization, 一定是從 RACH 開始, MS 送要求 radio resource 的request 給 BSC. BSC 問過 BTS 是否有資源後, 分配一個無線電通道給 MS. BTS 把這個 response 傳回給 MS 就會透過 AGCH. 如果是 call termination, 由 network initialization, 就會多一個 paging 的動作.

38 呼叫手機接電話 這個範例說明其他人想要打電話給 MS 時所使用的 logic channel.
BSC 要求 LA 下所有 BTS 以 PCH 廣播 MS 的 TMSI. (PERM_PAGE) PCH 上的 paging request message 若使用 TMSI, 最多可一次 page 4 個 MS. MS 聽到自己的 TMSI, 用 RACH 傳回請求通道的訊息(CHH_REQ) BSC 配置一個 SDCCH 給 MS, 並透過 AGCH 告訴 MS (DSCH_ASS) 關於 IAM 等訊息 直到 MS 得到 TCH 之前, MS 都會用此 SDCCH 與 BSC溝通. MS 透過 SDCCH 送與 call setup 相關得資訊 PAGE_RESP 給 BSS, 其中包含 TMSI 與 LAI. BSC 轉送 PAGE_RESP 給 MSC MSC 通知 VLR 此 MS 有回應.(PAGE_RESP) BSC會分配一個 TCH給MS, 以傳送 voice. 若此 cell 所有的 TCH 都已經被佔據, BSC 會嘗試使用相臨 cell 的 TCH 來建立這通電話. Note: 是BSC做channel assignment.

39 Section 6.4 GSM 行動管理 GSM Mobility Management

40 GSM 行動管理 這節要說明 位置區域 識別號碼 兩層式的資料庫 手機的移動模式與註冊 電話設定的流程 交遞程序
發話程序（Call Origination Procedure）：手機主動打電話 受話程序（Call Termination Procedure）：手機被動被呼 交遞程序

41 位置區域 GSM之服務範圍分割成許多位置區域（Location Area 或 LA），做為記錄手機位置的基本單位。
每個LA 由一個或數個BS 的涵蓋範圍所組成。 一個 MSC 可以包含一或數個 LA。 每個 LA 都有一個編號 LAI (Location Area Identity)。 在沒有通話的情況下，系統只記錄 MS 的 LAI。在通話的情況下，則會記錄 MS 所在的 cell 的 CAI (Cell Global Identity)。 GSM將服務範圍切割成許多位置區域（Location Area，LA），做為GSM記錄手機位置的基本單位，換言之就是尋找呼叫手機的基本範圍。 當 MS 來到一個新的 LA 就一定要做registration, location update, 所以LA 又稱為 Registration Area. 當手機到一個 LA 時, VLR 會為此手機產生一份暫時紀錄用來表示手機所在的區域(i.e., LA address). 位置區識別碼 LAI (Location Area Identity) 是每一個劃分尋找呼叫手機範圍( Location Area, LA) 的識別碼. 一個 LA 可能是 a cell 或 a group of cells, 一個 MSC 下會切割成數個 LAs. LAI 在 call termination 時用於找到 MS 所在的 LA, 在此 LA 下的所有 cells 都會 page 此 MS. 請比較 LA 大 (包含很多 cells) 與 LA 小 (只有一個 cells) 的優劣. 每個 cell 都有自己的識別碼 CGI (cell global identity),　由 LAI 加 CI 組成 Example: 相鄰兩個 cell 的 CGI = 與 當 MS 與 GSM 系統接通後, MS 就可由 BS 的廣播的 CGI 中得到自己所在位置的 LAI 與 CI. 當手機移到一個新的 LA, 就必須通知 MSC/VLR 使系統可得知 MS 所在的位置. 此動作稱為 Registration 或 Location Update. MS 會蒐尋附近的所以基地台, 由 CGI 來判定是不是可以用的基地台. 也用來判斷是否跨越LA要執行 registration. 若沒有, 則不去通知 BTS.

42 圖 6‑8 位置區域示意圖

43 識別號碼 GSM系統中和手機相關的識別號碼： Mobile system ISDN (MSISDN)
Mobile Station Roaming Number (MSRN) International Mobile Subscriber Identity (IMSI) Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) International Mobile station Equipment Identity (IMEI) 行動話機的 MSISDN (Mobile Station ISDN Number) 即手機號碼(門號)。 MSISDN=CC+NDC+SN, 即電話號碼是由國碼-局碼-客戶碼所組成. 當任何人欲打電話給一個GSM使用者，必須撥該使用者之手機的ISDN號碼（Mobile Station ISDN Number 或MSISDN）。 MSISDN 這個號碼係定義於 CCITT Recommendation E.164。 行動話機漫遊碼 MSRN 是用來尋找此 MS 的路由資訊, i.e., 是 MSC, VLR 等決定路由之用, 不供一般客戶使用. MSRN = CC+NDC+SN 與 MSISND 有相同的格式. MSRN 由 MS 所在的 MSC 號碼產生. 每個 MSC 會分配到許多的 MSRN, 可以依序循環使用. 當 GMSC 收到 MSRN 後, 就會透過此路徑去尋找 MSC 來建立通話. IMSI 又稱為 IMSN (International Subscriber Number), 是手機的永久密碼國際行動用戶號碼（International Mobile Subscriber Identity或IMSI）。 IMSI 存在 SIM 卡, HLR, AUC, 及目前所在的 VLR 中. 暫用性行動用戶識別碼係一暫用密碼，用來索引手機的永久密碼國際行動用戶號碼（International Mobile Subscriber Identity或IMSI）。要避免 IMSI 在 air interface 上傳送, 所以以 TMSI 代替 identify MS itself. TMSI 是用於當 MS 到一個 new LA 時, 表明自己的身分(取代傳送 IMSI),做 registration (location update) 用. 此外, 當 MSC 想要 paging a MS, 也會下令 LA 中所有的 BS 利用 PCH 做 broadcast the TMSI of MS. IMEI是每支手機出廠時給予之獨一無二的序號,稱為行動電話國際設備識別碼,可想成手機的身份證. 手機開機後,輸入*#06#,　就會顯現出手機的IMEI. My IMEI=

44 兩層式的資料庫 本籍註冊資料庫（Home Location Register，HLR）
MSISDN、IMSI、VLR ISDN、MSC ISDN與subscriber status 客籍註冊資料庫（Visitor Location Register，VLR） MSISDN、IMSI、LAI TMSI、MSRN subscriber status HLR VLR 1 VLR 2 MSC 1 MSC 2

45 圖 6‑9 手機移動的三種模式 當 MS 在待機狀況(idle, 沒有通話)且四處漫遊(roaming), 可能會測得鄰近的 BS 之訊號強度, 並由其 BCCH ( Broadcast control channel) 得到 CGI (包括 CI 和 LAI). 如果新的 BS 訊號較佳, MS 會改用新的 BS 之 channel. 這時有幾種狀況: New BS 與 old BS 有相同 LAI: 因為仍在相同的 paging area 中, MS 不會通知 MSC/VLR, 只要保持與 new BS 的 BCH (Broadcast channel) 同步. New BS 與 old BS 有不同 LAI: 必須進行位置更新的程序 (location update) 或 registration. 又分成以下的 cases: Intra-MSC movement: 新舊 BSs 屬於同一 MSC 管轄範圍, 此時只要更改 VLR 的資料, 不會動到 HLR. (因為 HLR 並不會記錄 LAI) Inter-MSC movement: 新舊 BSs 屬於不同 MSC 的管轄範圍但在相同 VLR 的管轄下, 此時要更改 VLR 與 HLR 的資料, i.e., MS 要重新進行認證與註冊程序. Inter-VLR movement:新舊 BSs 屬於不同 VLR 的管轄下, 此時要更改 VLR 與 HLR 的資料, i.e., MS 要重新進行認證與註冊程序. 這裡討論的是 inter-VLR movement 或 inter-MSC 的 registration. 藉由下頁的圖的註冊程序，HLR 隨時可知道手機的正確位置。 HLR, VLR 利用上述的 identifiers 來記錄手機目前的位置.

46 註冊程序 當MS在待機狀況且四處漫遊時，若發現鄰近BTS之訊號強度較佳時：
新的 BTS 與舊的BTS有相同的 LAI，不會做任何註冊的動作，只要保持與新 BTS 的 BCH 的同步。 新的 BTS 與舊的 BTS 有不同的 LAI，MS 通知 VLR進行註冊的動作。

47 圖 6‑10 Inter-LA 的註冊流程 TMSI, old LAI, new LAI, MSC
TMSI, old LAI, MSC, VLR

48 跨 LA 移動的註冊程序 步驟 1. 手機送給 MSC1 位置更新的要求。其中包含 MS 的 TMSI、手機原來所屬的 LA、MSC 以及 VLR 編號。 步驟2. MSC1 將 LA 位置更新的要求送給VLR1，其中包含 MSC 的位址、TMSI、先前的LAI、新的LAI、與其他相關資訊。 步驟3. 若 LA1 和 LA2 屬於同一個 MSC1，則 VLR1 更改該手機在 VLR1 紀錄上對應之 LAI 欄位的值。VLR1回覆位置更新成功。 步驟4. MSC1通知手機註冊成功。

49 圖 6‑11 Inter-MSC 的註冊流程 IMSI, new MSC , VLR TMSI, old LAI, new LAI, MSC
TMSI, old LAI, MSC, VLR

50 跨 MSC 移動的註冊程序 步驟1.及2. 手機經基地台與 MSC2 將更新 LA 位置的訊息送到VLR1。
步驟3. VLR1發現 LA1與 LA2，皆屬於自己的管轄範圍。因此 VLR1 更新 MS 紀錄的 LAI 及 MSC 欄位，並利用記錄中的 IMSI 找到 MS 的HLR。VLR1送出訊息到HLR。 步驟4. HLR 根據訊息中的 IMSI 找出手機紀錄，更改 MSC位址欄位。接著回送成功的訊息。 步驟5.及6. VLR1 送出確認 LA 位置更新成功的訊息給 MSC2。MSC2 再通知手機註冊成功。

51 圖 6‑12 Inter-VLR 的註冊流程 TMSI, old LAI, MSC, VLR
認證成功後向HLR進行 location update deregistration 消除VLR內資料 TMSI Step 1: 當手機移動至一個新的基地台的範圍，它可經由基地台的廣播控制通道（BCCH）的廣播資料(LAC, Location code)獲知是否已移動至一個新的位置區域。 若手機偵測到其位置已改變，則透過 SDCCH 通知 new VLR ，進行註冊的動作。 MS 將 Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI）及舊的VLR 住址傳送給新的VLR，進行註冊的動作。 每個註冊 MSC 送給 VLR 的資料都會有: MSC位址, TMSI, old LAI, target LAI 和其他相關資訊. Step 2: IMSI 在舊的 VLR 記錄中，因此新的 VLR 根據手機所送資料，利用公共電話網路將 TMSI 碼送至舊的 VLR ，以索取 IMSI。 新的 VLR 進行認證（authentication）的程序，此程序將在後面詳細解釋。 利用 TMSI 方式，手機的 IMSI 只在有線公共電話網路傳送，而不會在“空中”被盜取。 Step 3: 在認證完成後，新的 VLR 將手機的新位置告知 HLR 進行註冊的動作 。 VLR 是利用 IMSI 可找到 MS 的 PLMN, i.e., HLR 位址。 HLR 則將手機相關資料送回給新的VLR。 Step 4: 新的 VLR 產生一個新的 TMSI 給手機，通知手機註冊程序完成。 Step 5: 在步驟3後，HLR 會送一訊號至舊的VLR，要求將手機的記錄消除。 舊的 VLR 將手機的記錄消除後，則回覆執行完畢的訊息。 MS’s IMSI 及其他認證資料 new TMSI TMSI, old LAI, MSC, VLR

52 跨VLR移動的註冊程序 步驟1. MS將TMSI及舊的VLR、MSC位址、LAI傳送給新的VLR2。
步驟2.及3. VLR2 以 TMSI 向VLR1索取MS的相關資料。接著VLR2進行認證的程序。 步驟4.及5. 認證完成後，VLR2 將HLR 進行註冊的動作。HLR將手機相關資料送給VLR2。 步驟6. VLR2產生一個新的TMSI給手機。 步驟7.及8. 在步驟4後，HLR會送訊號至VLR1要求將手機的記錄消除。VLR1將手機的記錄消除後，則回覆HLR執行完畢的訊息。

53 定期註冊（Periodical Registration）
MS 在 roaming 時，藉由註冊程序，HLR 隨時可知道手機的正確位置。 但 GSM 亦要求手機定期向網路再註冊（re-registration）。 系統會告訴 MS periodically registration 的 period，時間到時則以一般 registration 的方式做註冊的動作，其週期範圍為6分鐘至24小時。

54 發話程序（Call Origination Procedure）

55 發話程序 (1/3) MS 送出打電話的要求訊息給MSC。MSC轉送訊息給VLR，以查詢此手機是否為合法用戶。
若認證成功，VLR回應MSC允許通話要求，最後MSC根據標準的PSTN發話建立程序為手機建立電話連線。 一開始 MS 用 RACH 送出請求專屬控制通道的訊息給 BSC。BSC 透過 AGCH 告訴MS 其配置 給 MS 的 SDCCH。 MS用此 SDCCH 送出內含電話號碼的信令給MSC。

56 發話程序 (2/3) MSC 詢問 VLR 手機是否可撥打此電話號碼。如果可以，MSC 會保留一條與 BSS 間的trunk，並且要求 BSS 配置一個 TCH 給MS。 BSS 用 SDCCH 通知 MS 所配置的 TCH，連接起MS與MSC間的通話線路後，就轉而使用FACCH 通道傳送信令。 MS用 FACCH 通知 BSC 開始通話，但此時用戶只會從 TCH 聽到靜音，這是因為通話線路只接到MSC的緣故。

57 發話程序 (3/3) MSC 與 PSTN 間開始互傳建立通話的 ISUP 信令，受話端開始振鈴。
MSC 建立起與受話端間的 trunk，而手機也會聽到等待時嘟嘟的回鈴聲（ring-back tone）。如同一般電話，當受話端接起電話後，兩端的用戶便開始通話了。

58 受話程序（Call Termination Procedure）
MSISDN IMSI MSISDN MSRN MSRN MSISDN 依據PSTN正常程序建立電話 Call termination 又稱為 call delivery. GSM的通話控制與IS-41類似。 假設發話者為 PSTN 使用者。當任何人欲打電話給一個GSM使用者，必須撥該使用者之手機的ISDN號碼（Mobile Station ISDN Number 或MSISDN）。 PSTN 分析 MSISDN 就可知道 MS 是屬於那一個 PLMN, 就將此 MSISDN 轉到此 PLMN 的 GMSC 處理. 接著 GMSC 會分析 MSISDN 以得知負責此 MS 的 HLR 的位址，查詢 HLR 即可找到手機目前所在的 MSC 位置。 基本的GSM受話程序如上圖所示 。 Step 1: 如同一般的撥號，MSISDN號碼會被送到公共電話網路之交換機。 但由於一般的電話交換機並無能力處理MSISDN，但分析 MSISDN 就可知道 MS 是屬於那一個 PLMN ，故該撥號IAM要求會被轉送到此 PLMN 之 GMSC來處理。 MSISDN經由 GMSC 之解讀，獲得 HLR 之位址，並送一訊號至 HLR 來查詢手機位置。 HLR 接到查詢要求後，將 MSISDN 轉成 IMSI ，並從手機的記錄可找到該手機所在之 VLR 位址，並要求 VLR 回覆手機的路由位址（routable address）。此路由位址稱為 MSRN. Step 2: VLR 收到查詢要求後，先判斷 MS 是否 active (通話中)? If not, 找到手機的手機漫遊號碼（Mobile Station Roaming Number或MSRN），並將該MSRN經由 HLR 送回到GMSC。MSRN指示手機所在之 MSC Step 3: 接收到MSRN後，GMSC 則根據 MSRN 將電話線路架設至該 MSC。MSC會向VLR要MS 的TMSI與LAI。MSC 會依 LAI 代表的所有BSS均以TMSI呼叫 MS，MS 回應後撥號者即可與手機通話。

59 受話程序 (1/4) 步驟1. 當 PSTN 用戶撥打一個 GSM 電話號碼（MSISDN）時，分析 MSISDN，得知MS所屬的 PLMN。之後便送出 SS7 ISUP 的 IAM 訊息給此 PLMN 的 GMSC 處理。 步驟2. GMSC 會分析 MSISDN 求得負責此MS 的 HLR 位址，詢問 HLR手機的位置。 步驟3. HLR 將 MSISDN 轉成 IMSI，找到該手機所在之VLR位址，送出 IMSI 至 VLR 查詢手機位置。

60 受話程序 (2/4) 步驟4.及5. VLR收到查詢要求後，先判斷 MS 是否 通話中? 若不是則將 MSRN 經由 HLR 送回到GMSC。 MSRN 示手機所在之 MSC。 步驟6. GMSC 根據 MSRN 將電話線路架設至手機所在之 MSC。MSC 會以 MSRN 詢問自己的VLR，以取回 MS 的 LAI 及 TMSI。MSC 依據 LAI 找出相對之 LA 下的所有 BSS，要求BSS 呼叫MS，MS回應後發話端即可與手機通話。 在步驟六中, 若此時VLR告知MSC手機通話中，MSC可能將此電話繞送至撥放“手機忙線中請稍後再撥”的語音撥放系統（announcement）。

61 受話程序 (3/4) 在 步驟6. 中，MSC 會要求此 LA 中所有的基地台呼叫手機。 BTS 以 PCH 廣播 MS 的 TMSI。
當 MS 聽到自己的 TMSI，會用 RACH 傳回請求配置專屬的控制通道的訊息。 BSC 透過 AGCH 告訴 MS 所配置的 SDCCH 。 MS 透過 SDCCH 傳送與電話建立相關的資訊給BSC，BSC 會轉送給 MSC，MSC 再通知 VLR 此 MS 有回應。

62 受話程序 (41/4) 此時 BSC 會分配一個 TCH 給MS，以便傳送資料。
之後 MSC 與 MS 之間開始傳送建立通話的信令，手機才開始振鈴。 而 MSC 送 ACM 給 PSTN。當用戶接起手機，MSC 回覆 PSTN ANM 訊息，開啟雙向的語音傳輸的路徑，才開始通話。 最後 MSC 通知 VLR 後，才完成整個建立通話的程序。 若選定的基地台所有的 TCH 都已經被佔據，BSC 會嘗試使用相臨基地台的 TCH 來建立這通電話。

63 交遞 手機輔助交遞（Mobile-Assisted Handoff，MAHO） 由網路端主控且下決定進行交遞。
MS測量附近的BTS的訊號強度。 服務手機的BTS也會將MS語音上傳的訊號強度回報給網路端。 目前服務手機的基地台稱為 Serving BSC。 Handoff 後新的基地台稱為 Target BSC。

64 交遞的種類 Intra-BSS handover Intra-MSC handover Inter-MSC handover
新舊BTS屬於同一個BSC的管轄範圍。 Intra-MSC handover 新舊BTS屬於不同BSC的管轄範圍，但仍在同一個MSC的管轄範圍之中。 又稱為inter-BSS handover。 圖6-15 Inter-MSC handover 新舊BTS屬於不同MSC的管轄範圍。 圖6-16

65 圖 6‑15 Intra-MSC Handover MSC 找出合適的 target BSS，並保留資源。
列出所有可以服務 MS 的 target BSS。 MSC 告知 Target BSS: Cell ID，MSC-BSS 間 trunk 的 ID，與 加密鑰匙。 BSS 覺得應要進行 handoff。 Target BSC 以原路傳回 MS 可用的 radio channel ID。 MS 送出 STRN_MEAS 訊息給 serving BSS. 此訊息中包含信號強度的資料. Serving BSC 發現需要做 handoff. Serving BSS 送 HAND_REQ 給 MSC, 此訊息中列出所有可以服務 MS 的 target BSSs. MSC 檢查是否有旗下 BSS 是在 candidate 中, 如果有就設定此 BSS 為 target BSS, 進行 intra-MSC handoff. 此時需要兩 resources, 一是 MSC 與 target BSS 間的 truck, 另一項是 radio channel. MSC 保留下 trunk 並送 HAND_REQ 給 target BSS. 此訊息中包含需要服務的 cell area 的 ID (以找出合適的 BTS), MSC-BSS 間 trunk 的 ID, 與 encryption key Kc. BSS 保留適當的 resource, 再送回 HAND_REQ_ACK 給 MSC, 此訊息中包含保留之 radio channel 的 ID. MSC 送 HAND_COMM 給 serving BSS, 通知 target BSS 與 new radio channel ID. Serving BSS 將此訊息 HAND_COMM 轉送給 MS. MS 使用 new radio channel 送出 HAND_ACC與 target BSS 通訊. Target BSS 送回 CHH_INFO. Target BSS 告訴 MSC 他已經進行 handoff. Target BSS 與 MS 交換訊息做 synchronization, 與找尋適當的 time-slot . 完成後, MS 送 HAND_COMP 給 target BSS. 同時間 MSC 將 voice trunk 轉到 target BSS. 一但 MS 與 BSS完成 synchronization 與建立傳送 signal的連線, BSS 將 HAND_COMP 送給 MSC, 表示 handoff 已經完成. MSC 送 REL_RCH 給 serving BSS, 要求釋放 old radio channel. 此時 serving BSS 收回所有給 MS 的 resource, 將 REL_RCH_COMP 送給 MSC. GSM spec. 要求整個 open interval gap (從 MS 轉到 new radio channel 到完成 synchronization) 不可以有 90% 超過 150ms. Target BSC 回報 handoff 成功。MSC 要求舊 BSC 回收資源 MS送出訊號量測的報告。 MS 以新的 radio channel 與 Target BSC 通訊。

66 跨 MSC 的交遞 (1/3) 基本上 Inter-MSC handoff 和 Intra-MSC 差不多，因此只著重說明其間的差異處。
Serving BSC 發現需要做 handoff，便通知 MSC 所有可以服務 MS 的 target BSSs。 MSC (稱為 serving MSC) 發現 MS 已經離開他的服務範圍，而到另一個 MSC(稱為 target MSC) 之下，Serving MSC 會建立起到它到 target MSC 之間的 trunk.。 Target MSC 向 VLR 查詢 MS 的資料。

67 跨 MSC 的交遞 (2/3) VLR 將 TMSI 等 MS 的資訊給 target MSC。
Target MSC 告知 Target BSS: Cell ID，MSC-BSS 間 trunk 的 ID，與 加密鑰匙。 BSS 保留適當的資源便經過新舊 MSC 再送回 radio channel 的 ID 給 MS。 MS 使用 new radio channel 與 target BSS 通訊，開始建立通話連線。 建立 target MSC 到 target BSS 的通話線路 Target BSS 通知 target MSC handoff 已經完成。

68 跨 MSC 的交遞 (3/3) Target MSC 通知 Serving MSC，handoff 完成。
若 MS 轉到 new radio channel 開始通話，Target MSC 會要求 Serving MSC 與 serving BSS 釋放 舊的 radio channel。 當資源釋放後，serving MSC 告知 target MSC。 Target MSC 通知 VLR 完成 handoff。

69 圖 6‑16 Inter-MSC Handover * 表示和 Intra-MSC handoff 不同的地方.
MS 送出 STRN_MEAS 訊息給 serving BSS. 此訊息中包含信號強度的資料.Serving BSC 發現需要做 handoff. Serving BSS 送 HAND_REQ 給 MSC, 此訊息中列出所有可以服務 MS 的 target BSSs. *MSC (稱為 serving MSC) 發現 MS 已經離開他的服務範圍, 而到另一個 MSC(稱為 target MSC) 之下, Serving MSC會用 target MSC 的 directory number 建立起到 target MSC之間的 trunk. *Target MSC 送出 HAND_NUM 給 VLR, 要求取得MS的資料. *VLR 送回包含 TMSI 的 HAND_NUM_COMP 訊息給 target MSC. Target MSC 並送 HAND_REQ 給 target BSS. 此訊息中包含需要服務的 cell area 的 ID (以找出合適的 BTS), MSC-BSS 間 trunk 的 ID, 與 encryption key Kc. BSS 保留適當的 resource, 再送回 HAND_REQ_ACK 給 MSC, 此訊息中包含保留之 radio channel 的 ID. *Target MSC 送 HAND_PER_ACK 給 serving MSC, 表示他已經準備好可以進行 handoff. *Serving MSC 送 NET_SETUP 給 target MSC 表示要設立通話. *Target MSC 回應 serving MSC 訊息 SETUP_COMP. Serving MSC 送 HAND_COMM 給 serving BSS, 通知 target BSS 與 new radio channel ID. Serving BSS 將此訊息 HAND_COMM 轉送給 MS. MS 使用 new radio channel 送出 HAND_ACC與 target BSS 通訊. Target BSS 送回 CHH_INFO. Target BSS 告訴 Target MSC 他已經著手進行 handoff. MS 使用 Target BSS 給予的 適當的 time-slot 送 HAND_COMP 給 target BSS. 同時間 target MSC 將 voice trunk 轉到 target BSS. 一但 MS 與 BSS完成 synchronization 與建立傳送 signal的連線, BSS 將 HAND_COMP 送給 MSC, 表示 handoff 已經完成. *Target MSC 送 SEND_ENDIG 給 Serving MSC 表示 handoff 完成. *若 MS 轉到 new radio channel 開始通話, Target MSC 送 ANDWER 給 Serving MSC. Serving MSC 送 REL_RCH 給 serving BSS, 要求釋放 old radio channel. 此時 serving BSS 收回所有給 MS 的 resource, 將 REL_RCH_COMP 送給 Serving MSC. *Serving MSC 送 END_SIGNAL 給 target MSC. *Serving MSC 釋放所有 network resource, 並送 NET_REL 給 target MSC. *Target MSC 送 ERL_HAND_NUM 給 VLR, 結束與 VLR 間的連結.

70 Section 6.5 安全性考量 Security Issue

71 安全性考量 GSM的安全措施有兩個方向： 手機認證（authentication） 訊號加密（encryption）
加密則是避免他人竊聽無線電鏈結的通話。

72 演算法 認證演算法 加密演算法 A3. A8. A5. 用於認證的函數。 只存於 AuC 和 SIM 卡中，用戶無法取得。
用於產生加密鑰匙 (encryption key)。 A5. 存於手機與所有的 visited system (如 BSS, VLR)。 用於資料的加密 (ciphering) 與解密 (deciphering)。

73 相關參數 Ki 用於認證 RAND 在 AuC 產生的 128-bit 的亂數 SRES Kc 由演算法 A8 產生的結果，用於加密。
只存於 AuC 和 SIM 卡中，用戶無法取得。 RAND 在 AuC 產生的 128-bit 的亂數 SRES 由演算法 A3 產生的結果，比對 AuC 與 SIM 產生之 SRES，可以認證 MS 的合法性。 Kc 由演算法 A8 產生的結果，用於加密。 Frame Number. TDMA 訊框號碼，用於加密。

74 圖 6‑17 GSM 的認證與加密 這張圖說明各個參數與演算法所在的位置, 與認證, 加密的過程.
認証過程是利用一密秘鑰匙（secret key）Ki。 欲驗証一手機時，認証中心先產生一個128位元的亂碼（random number），稱為RAND。 認証中心將 RAND 亂碼送至手機，此時認証中心及手機都使用Ki及RAND亂碼來執行一個所謂的A3演算法。 執行 A3 會產生 SRES。然後手機將產生之 SRES 回認証中心，與認証中心所產生之 SRES 做比較。 若結果相符則驗証成功，否則手機的要求就會被駁回。

75 使用 Triplets 認證 Ki 只存於 AuC，會造成 AuC 的負擔太重。
當 MS 移動到一個新的 VLR，便會向 AuC 要多個認證碼組（triplet）。 Triplet 包含3項資料：RAND 、SRES與Kc。 HLR 任意產生 RAND，計算 SRES 與 Kc，合稱為一個 triplet。 認證時，VLR 可以直接送 RAND 給 MS，用triplet 中的 SRES 與 MS 送回之 SRES 比對。 認證成功，VLR 送 Kc 給 BTS，而手機可自行產生Kc。

76 Section 6.6 GSM 功能性平面 GSM Functional Planes

77 GSM 功能性平面 GSM 功能性平面描述 GSM 元件應如何運作以達到通話的目的。
元件間在達成特定功能時應該如何互動。 實作 GSM 系統，都是以 GSM 功能性平面做為基礎，把這些概念轉成實際的傳輸協定。 瞭解 GSM 功能性平面也會有助於瞭解 GSM 系統的運作。

78 圖 6‑18 GSM 功能性平面 GSM functional plane 用來描述在各個 GSM sites 間透過 interface 做 GSM 通訊時詳細的操作. 利用 OSI model 的概念, 將不同的功能整合成一個一個的 functional planes, 像堆積目一樣堆在一起. GSM functions 被 model 成 5 個 functional planes. 最底層提供各 entities 間實體資料傳輸 (physical transmission) 最上層提供從 external users 角色的觀點 下層 (lower layer) 提供服務給上層 (upper layer). 基本上, lower layer 是屬於比較 short time scale, 而 upper layer 是屬於比較 long time scale. Ex: bit modulation in Transmission plane 的時間是用 microseconds 計算. 在每一層, 各entity 透過訊息的交換 (透過 signaling protocol), 相互合作, 以實現提供 function. 各個 GSM functional plane 是包含於 OSI 各個 layer 的 protocol 的功能中, 但也包含一些 function 並沒有被描述於這些 protocol. Example: CM 有出現於 Q.931 (layer 3), 但是 CM 也有些功能在 Q.931 找不到, 而且會控制到 layers 1,2. 如一些 signals 的傳送與接收, CM 便會直接控制到 physical layer. GSM functional plane 是在各 GSM sites 以 OS calls 或 program 來實作. 對 programmer, designer 而言 GSM function planes 之間的 operations 是很重要的.

79 傳輸平面 傳輸平面（transmission plane）
提供實體傳輸的方式，只與語音與資料的表示格式有關，確保使用者資料與控制信號都可正確的傳送到對方。 負責的工作項目包括調變（modulation）、編碼（coding）、多工（multiplexing）、格式化資料（format data）。

80 圖 6‑19 GSM 元件與各功能性平面間的關係 MS BTS BSC MSC/VLR HLR GMSC CM MM RR
Transmission 這張圖在說明各個 GSM entity 是如何共同完成某一層 functional plane 的工作. 綠色的條紋與黃色調紋的交集, 代表此一 entity 會參與到此 function.

81 無線電資源管理 無線電資源管理（Radio Resource management，RR）
RR 管理無線電資源，負責建立 MS 到 MSC 間的連結（connection）。 建立或釋放無線電鏈結。 加解密。 接收 MS 的無線電信號強度資料訊息的報告。 大部份 RR 的功能在 MS 與 BSC 執行，而 MSC 則會在 inter-MSC handover 時提供 RR 所需的功能。

82 行動管理 行動管理（Mobility Management，MM） MM 是行動通訊特有的功能性平面。
管理用戶的資料庫，特別是位置的資訊。 負責認證等安全事項。 HLR、AuC、SIM 都與 MM 有關。 MM 在 CM 的下層，代表 MM 與真實建立電話無關，且 MM 的完成（追蹤用戶位置）並不保證會建立通訊。

83 連結管理 (1/2) 連結管理（Connection Management，CM） 為使用者間建立電話或其他通訊服務，維護並在最後釋放資源。
通話控制（Call Control，CC） 增添服務管理（Supplementary Service management，SS） 簡訊服務（Short Message Service，SMS）

84 連結管理 (2/2) CC 選擇適當的傳輸路徑與方式，負責建立電話的所有事宜。
HLR、MSC/VLR 與 GMSC 都與 CC 相關。 SS 是 GSM 在基本電話服務外，提供如電話轉接或話中插撥等服務，可以控制使用者電話進行的方式。 SMS 是利用 GSM 的信令控制通道，傳送使用者資料。

85 營運管理維護 營運管理維護（Operations，Administration & Maintenance，OA&M）
管理各個傳輸設備，提供系統營運者監督，控制與操作系統的方法。 觀察系統目前通話流量的控制 測試備用的機器是否能立刻啟動 追蹤進行電話的狀態 OSS、 BSS 與 NSS 都會參與到 OA&M。

86 GSM 信令部份的通訊協定 MS BTS BSC HLR RIL3-CM MAP/D CM MM RIL3-MM RR RIL3-RR
BSSMAP MAP/E RSM TCAP SCCP SCCP SCCP 上一張圖是用各個 entity 溝通所使用的 protocol 來看, 這一張圖更進一步各個 protocols 與 functional plane 之間的關係. RIL3: Radio Interface Layer 3 使 MS 與 BSC間 使用 RIL3-RR, (TS GSM 04.08) 可共同合作處理 radio resource management. MS 與 NSS entities 間: 使用 RIL3-MM, RIL3-CM 做為訊息交換的 rules (protocol). BTS與BSC間的A-bis介面用RSM溝通 若以 initial assignment procedure (ex: location updating, answer to paging) 為例, 說明 MS 與 BSC 間的 RR message: MS 在 RACH 上送出 RIL3-RR CHANEL REQUEST, BSC 在 AGCH 上送回 RIL3-RR IMMEDIATE ASIGNMENT. 若以到新的MSC/VLR做 authentication 為例, 說明 MS 與 MSC/VLR 間的 MM message: MS 在 RACH 上送出 RIL3-MM AUTHENTICATION REQUEST 給 MSC/VLR, MSC/VLR 送回 RIL3-MM AUTHENTICATION RESPONSE 給 MS. 若以 handover為例, 說明 BSC 與 MSC 間的message: old-BSC trigger 啟動一系列的 event, 以建立 communication path. inter-BSC: old-BSC 送 BSSMAP HANDOVER REQUIRED 給 MSC. 後來 MSC會建立SCCP connection 並送 BSSMAP HANDOVER REQUEST 給 new-BSC. 在整個 handoff 過程中都會使用此 SCCP connection. inter-MSC: old-BSC 送 BSSMAP HANDOVER REQUIRED 給 old MSC, old MSC 送 MAP/E PERFORM SUBSEQUENT HANDOVER 給 anchor MSC. 後來 anchor 送 MAP/E PERFORM HANDOVER 給 new MSC.new-MSC送 BSSMAP HANDOVER REQ UEST 給 new BSC.. MTP 3 MTP 3 MTP 3 LAPDm LAPD MTP 2 MTP 2 MTP 2 Radio ch. 64 kbit/s ch. MTP 1 MTP 1 MTP 1

87 Section 6.7 簡訊系統 Short Message Service，SMS

88 簡訊 (1/2) 簡訊透過控制通道（主要是SDCCH，偶而搶SACCH）來傳送簡訊。
每一則簡訊能只有140位元組的資料量。 使用儲存與轉送（store and forward）的技術。 簡訊儲存於稱為 SMSC（Short Message Service Center）的設備之中。 IWMSC 與 SMS GMSC 基本上都是 GMSC，均具備收送 SMS 的功能。 若要傳送超過 160 char., 有以下兩種方式: SMS concatenation: 以連續數個 SMS 傳送, 再組合在一起 SMS compression: 利用壓縮技術 SMS 利用 signal bandwidth 來傳 data. 只會傳少量的 page #, 且 low-capacity not real time, low priority 所有的簡訊都一定要經過 SM-MC, 做 store-and-forward 的動作. 意味所有的簡訊不可能直接由 sender 送到 receipt 手中, 而不經過 SM-SC SM-SC 必須 scalable, available, reliable. A SM-SC 可以接到很多個 GSM networks. A SM-SC可以接到很多個 SMS GMSC in a GSM network. 通常 SM-SC 就是一台很強大的電腦: Ex: Sema SM-SC is Compaq Alpha Server. Ericsson SM-SC is Sun SPARC. Nokia SM-SC is HP 9000. SM-SC 通常會提供 TCP/IP 的介面 (如此就可由 Internet 送簡訊), 有些也有如 WAP 等其他的功能. WAP: Wireless Application Protocol

89 簡訊 (2/2) SMS 為 CM 上的一個子系統，所有簡訊不論在無線電通道或是在 GSM 核心網路上，都是透過信令系統來傳送。
要追蹤接收者手機的所在，需要 MM 的幫助。 RR 支援 SDCCH 等通道的使用。 網路端的資料則是在 GSM MAP 上傳送。 簡訊的特色： Low capacity Cheaper Best-Effort Non Real-Time SMS Communication Management (CM) Mobility Management (MM) Radio Resource (RR) Management

90 圖 6‑20 SMS 的架構 BST: Base Station Transiver BSC: Base Station Controller MSC: Mobile Switch Center GMSC: Gateway MSC IWMSC: Interworking MSC SM-SC: SMS center 簡訊服務中心SM-SC (Short Message Service Center) 負責 store and forward 簡訊. IWMSC 是接收 MS 送來的 short message, 並轉送給 SM-SC 簡訊閘道行動交換中心 (Short Message Service Gateway MSC；SMS GMSC) 是接收 SM-SC 的要求, 對 MS 定位, 找出所在的 MSC, 再轉給 MSC 要發送的 short message. MSC: broadcast the SMS to all its BSSs. BTS: page the MS. 考慮 MS 送 short message 給其他 MS 這一段的 steps. (Mobile Originating) Step 1: MS 送出的 short message 會先被送到 IWMSC (Inter-working MSC). Step 2: short message 都會被傳送到 SM-SC (Short Message Service Center) 儲存. 簡訊服務中心在收到簡訊之後，便能根據該簡訊的需要而傳遞回應至發訊者。 Step 3: 檢查 short message 的目的地, 再分別送出. 然而由手機發送簡訊, 會受限於手機按鍵介面不佳的因素, 因此有一些技術為此發展出來: Predictive Text Input Algorithm: 設定一些 hot key (ex: 注音輸入法), 存於 MS 中, 減少 key in 次數. QWERTY keyboard: MS 附有 QWERTY keyboards 考慮 SM-SC 送 short message 到 MS 這一段的 steps. 可能是 MS 送出的簡訊, 或由 Internet 上的 PC 做 page (Mobile Terminating) Step 2: SM-SC 透過簡訊閘道行動交換中心 (Short Message Service Gateway MSC；SMS GMSC) 將該簡訊傳送至目的地之 GSM 網路。SM-SC 並不會直接接到一般的 MSC. Step 3: 如同 GSM roaming protocol 的規範, GMSC 要找出 MS 所在的 MSC, 並將此 short message 轉送到 MSC. Step 4: MSC 要求 BSS 下所有 BTS 將 short message 以 broadcast 方式傳送 . Step 5: MS 必須有特殊的 software 才能解碼儲存簡訊.

91 Section 6.8 結語 Summary

92 Summary GSM雖然使用許多已成熟的傳統技術，但系統業者經過多年的經營，不斷地調整系統參數與相關設定，使整個GSM系統效能達到最好的狀態。而且GSM開始時便以結合歐洲各國行動電話系統做為設計的方針，採用開放的架構，與良好的行動管理設計，只要使用自己的SIM卡就可漫遊到各國的GSM系統，真正達到anytime、anywhere的目標。

93 Homework