一種基于偽基站的GSM用戶分選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

2013-10-31 06:49:06劉澤忠

通信技術(shù) 2013年6期

劉澤忠

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都）

0 引言

截至2012年三季度，全球移動(dòng)用戶總數(shù)達(dá)到64億，其中GSM用戶數(shù)量達(dá)到總量的70%以上，在當(dāng)前所有的移動(dòng)通信技術(shù)體制中，GSM網(wǎng)絡(luò)部署數(shù)量和用戶數(shù)量都處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。伴隨著移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展以及用戶的普及，隨之也帶來(lái)一些安全性問(wèn)題。由于移動(dòng)通信的便捷性特點(diǎn)，移動(dòng)通信已經(jīng)成為恐怖分子、不法分子用來(lái)日常聯(lián)絡(luò)、指揮遙控的主要手段。例如，恐怖分子可能通過(guò)移動(dòng)通信進(jìn)行串聯(lián)、指揮恐怖活動(dòng)實(shí)施；移動(dòng)通信甚至被用來(lái)遠(yuǎn)距離遙控路邊炸彈，殺傷車隊(duì)、重要人物；移動(dòng)通信也被用來(lái)散播謠言，引發(fā)恐慌情緒，或者散播攻擊言論，抹黑我黨我軍形象；不法分子通過(guò)移動(dòng)通信進(jìn)行犯罪串聯(lián)、不法交易；服刑人員通過(guò)移動(dòng)通信與外界聯(lián)系，內(nèi)外勾結(jié)，危急監(jiān)獄管理安全；考試人員通過(guò)移動(dòng)通信傳遞答案，考場(chǎng)舞弊。移動(dòng)通信在為用戶帶來(lái)通信便利的同時(shí)，也成為恐怖行動(dòng)、犯罪行為的“幫兇”。

為了應(yīng)對(duì)移動(dòng)通信違規(guī)使用、不法使用帶來(lái)的安全威脅，有必要對(duì)特定區(qū)域的移動(dòng)通信用戶實(shí)施用戶“分選”，對(duì)可能帶來(lái)安全威脅的通信進(jìn)行屏蔽，對(duì)其他用戶通信實(shí)施放行，減少對(duì)正常用戶的影響。

1 系統(tǒng)組成

GSM用戶分選系統(tǒng)由GSM基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）、信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備和主控服務(wù)器組成，設(shè)備之間的連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 GSM用戶分選系統(tǒng)組成及連接關(guān)系

GSM基站收發(fā)信臺(tái)在主控服務(wù)器的控制下完成GSM無(wú)線信號(hào)及GSM Um接口信令的收發(fā)，為了完成分選功能，基站收發(fā)信臺(tái)至少提供一個(gè)廣播控制信道（BCCH）載波。信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備在主控服務(wù)器的控制下完成區(qū)域范圍內(nèi)GSM小區(qū)掃描，獲取小區(qū)ID、載頻號(hào)、載頻信號(hào)強(qiáng)度以及小區(qū)所屬的位置區(qū)等信息。主控服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，主要完成基站收發(fā)信臺(tái)和信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置、管理以及Um信令的解析和構(gòu)造。主控服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)與基站收發(fā)信臺(tái)通信。它和信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備之間通過(guò)串口通信。

2 實(shí)現(xiàn)原理

在GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)BCCH信道，小區(qū)由 BCCH信道中廣播的小區(qū)標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，GSM用戶通過(guò)掃描、監(jiān)測(cè)小區(qū)信息并對(duì)多個(gè)小區(qū)的信息進(jìn)行計(jì)算和比較，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的策略選擇其中一個(gè)適合的小區(qū)駐留。只有駐留在某個(gè)小區(qū)中的用戶才能正常通信[1]。

在本系統(tǒng)中，主控服務(wù)器構(gòu)建BCCH信道信息并控制GSM基站收發(fā)信臺(tái)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)發(fā)射，虛擬公網(wǎng)小區(qū)。區(qū)域內(nèi)的GSM移動(dòng)用戶監(jiān)測(cè)到虛擬小區(qū)后，通過(guò)計(jì)算和比較，當(dāng)虛擬信號(hào)的小區(qū)在信號(hào)強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)類型等方面都滿足要求的情況下，用戶會(huì)在虛擬小區(qū)內(nèi)進(jìn)行注冊(cè)。主控服務(wù)器通過(guò)控制用戶的注冊(cè)過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)用戶分選。功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下（見(jiàn)圖2）:

圖2 用戶分選功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程

（1）小區(qū)掃描

通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的GSM小區(qū)信息進(jìn)行掃描，并將掃描到的小區(qū)信息（BCCH頻點(diǎn)號(hào)、BCCH載波信號(hào)強(qiáng)度、位置區(qū)編碼、小區(qū)編碼）上傳到主控服務(wù)器。

a）BCCH頻點(diǎn)號(hào)

以國(guó)內(nèi)GSM為例，主要工作于兩個(gè)頻段:900 MHz頻段（下行:935～960 MHz）和1800 MHz頻段（下行:1805～1880 MHz）。中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通分別占用900 MHz和1800 MHz頻段的一部分。用戶可在900 MHz網(wǎng)絡(luò)和1800 MHz網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行小區(qū)重選，因此，收發(fā)信臺(tái)只需工作在下行的900 MHz頻段既可。在900 MHz頻段內(nèi)，中國(guó)移動(dòng)占用 935～954 MHz（載波號(hào)為1～95），中國(guó)聯(lián)通占用 954～960 MHz（載波號(hào) 96～124）。其中，載波中心頻點(diǎn)f(n)與載波號(hào)n的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:

b）BCCH載波信號(hào)強(qiáng)度

小區(qū)BCCH載波在接收點(diǎn)的信號(hào)功率電平（dBm）。

c）位置區(qū)編碼

每個(gè)小區(qū)都屬于一個(gè)全球唯一的位置區(qū)（LA），每個(gè)位置區(qū)都有一個(gè)位置區(qū)編碼（LAI）[2]。位置區(qū)編碼方式如下:

移動(dòng)國(guó)家碼（MCC）由歐洲電信聯(lián)盟（ETSI）分配，每個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有對(duì)應(yīng)的MCC號(hào)，中國(guó)為460。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)碼（MNC）由每個(gè)國(guó)家和地區(qū)的電信管理部門自行分配，中國(guó)移動(dòng)的GSM網(wǎng)絡(luò)編碼為0，中國(guó)聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡(luò)編碼為1。LAC由運(yùn)營(yíng)商自行分配，在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)是唯一的，取值范圍為1～65535。

d）小區(qū)編碼

GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)移動(dòng)蜂窩小區(qū)都有全球唯一的識(shí)別碼，叫作小區(qū)全球識(shí)別碼（CGI）[2]，CGI的編碼方式如下:

式中，LAI的編碼方式上面已經(jīng)提到，CI（小區(qū)識(shí)別碼）由運(yùn)營(yíng)商自行分配，取值范圍為1～65535。

（2）收發(fā)信臺(tái)配置

主控服務(wù)器根據(jù)信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的掃描結(jié)果，對(duì)收發(fā)信臺(tái)進(jìn)行配置。需配置的參數(shù)包括:BCCH頻點(diǎn)號(hào)，BCCH載波發(fā)射功率、位置區(qū)編碼和小區(qū)編碼，其中每個(gè)參數(shù)的配置原則見(jiàn)表1。

表1 偽基站配置原則

完成收發(fā)信臺(tái)配置后，啟動(dòng)收發(fā)信臺(tái)，進(jìn)行無(wú)線廣播。

（3）用戶分選標(biāo)識(shí)

在進(jìn)行用戶分選前，必須對(duì)用戶進(jìn)行標(biāo)識(shí)。用戶標(biāo)識(shí)采用 IMSI（國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼）號(hào)碼[2]。IMSI存儲(chǔ)在SIM卡內(nèi)，全球唯一，由15位十進(jìn)制數(shù)字組成，其編碼方式如下:

IMSI=MCC+MNC+MSIN。

MCC和MNC為分選用戶所屬的國(guó)家和網(wǎng)絡(luò)編碼，MSIN為10位10進(jìn)制數(shù)字，由運(yùn)營(yíng)商自行分配。在分選前，將代表“選通”用戶或“屏蔽”用戶的IMSI號(hào)碼提前配置于系統(tǒng)內(nèi)。IMSI號(hào)碼可通過(guò)合作或非合作方式獲取。

（4）用戶注冊(cè)

分選系統(tǒng)開(kāi)始工作后，GSM無(wú)線收發(fā)信臺(tái)廣播的信息會(huì)被有效覆蓋范圍內(nèi)的用戶接收到。用戶終端通過(guò)計(jì)算和對(duì)比，在分選系統(tǒng)信號(hào)足夠強(qiáng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)類型等參數(shù)滿足的條件下，用戶終端進(jìn)行小區(qū)重選，由原來(lái)駐留的公網(wǎng)小區(qū)進(jìn)入分選系統(tǒng)的“虛擬”小區(qū)。進(jìn)入“虛擬”小區(qū)后，用戶會(huì)執(zhí)行注冊(cè)過(guò)程。注冊(cè)過(guò)程包括網(wǎng)絡(luò)接入、位置更新、用戶識(shí)別和鑒權(quán)認(rèn)證幾個(gè)階段[3]。

（5）用戶分選

用戶分選功能在注冊(cè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)。按照應(yīng)用場(chǎng)景，存在兩種分選模式:缺省“選通”模式和缺省“屏蔽”模式。所謂缺省“選通”模式是指系統(tǒng)只需標(biāo)識(shí)“屏蔽”用戶，其余用戶按“選通”處理；“屏蔽”模式是指系統(tǒng)只需標(biāo)識(shí)“選通”用戶，其余用戶按“屏蔽”用戶處理。

用戶完成小區(qū)重選進(jìn)入分選系統(tǒng)的“虛擬”小區(qū)，并發(fā)起網(wǎng)絡(luò)接入請(qǐng)求，隨后發(fā)起位置更新請(qǐng)求，此時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)用戶識(shí)別獲取用戶的IMSI號(hào)碼，與系統(tǒng)內(nèi)已定義的分選用戶名單對(duì)比，如果不在名單內(nèi)，按缺省處理，如果在名單內(nèi)在進(jìn)行相應(yīng)的處理。分選系統(tǒng)通過(guò)向注冊(cè)用戶推送注冊(cè)失敗消息實(shí)現(xiàn)用戶“選通”，向注冊(cè)用戶推送注冊(cè)通過(guò)消息實(shí)現(xiàn)用戶“屏蔽”[3]。