CN1157084A - 多系统用户识别模块 - Google Patents

Abstract

一种用于存贮用户标志和其它用户特有信息的用户识别模块(SIM)，因此它能使用无线系统的业务，用户标志之一就是用于用户匿名的临时移动用户标志(TMSI)，利用匿名作为实际用户的一个别名，为的是避免在无线电波传播路径上明文发送实际用户标志。在没有对实际用户标志的变换信息的情况下，TMSI的一部分是一个不能用来识别用户/终端的随机数，它是在分配随机数的长途电信网实体内得到的，本发明允许SIM漫游从一个无线系统到另一个系统，利用TMSI的预定比特是用来区分不同系统的不同TMSI，这是通过在所有移动无线系统中以一种统一方式指示已分配TMSI的移动无线系统实现的。

Description

多系统用户识别模块

本发明涉及可更换的数据存贮模块，它包含与一个移动无线终端用户的识别和鉴定有关的数据。本发明还涉及一种漫游方法和一种利用这样一个数据存贮模块的移动无线系统。

用于陆地移动无线通信的欧洲数字蜂窝系统GSM的规范确定，无线系统为了识别、鉴定和定位一个移动用户所需要的信息部件将包括在称为SIM(用户识别模块)的一个专用模块内，它是可更换的并允许使用不同的移动台。称为移动设备(ME)的移动台的其它部分是用来装有为使用GSM业务(例如无线电设备)所需要的所有机构和装置，但不是专用于一个已知用户。此外，SIM是可从移动设备上更换的，并且用户识别模块和移动设备间的间隔在ETSI规范GSM11.11方面是标准化的。这个接口和IC卡上的ISO标准(ISO7816)是一致的。SIM可能是多业务卡的一部分，GSM移动长途通信是它的应用之一。这个特点允许移动设备是一个由不同的移动用户输流使用的通用设备，每个用户使用它自己的SIM。SIM可能是熟悉的信用卡大小的一个灵巧卡，或者可能是小得多的称为“插入式SIM”的格式。后一种格式更适合于手提式的终端设备。

如上所述，GSM系统现在使用一个存贮用户标志和其他用户特有信息的SIM卡，因此能够使用无线系统的业务。只有SIM和ME的组合才能使工作的移动台MS用于GSM系统。相同的SIM卡可应用于任意的GSM移动设备ME。当需要时一个移动用户只有一个个人用户识别模块SIM，并且租用移动台的其余部分，即移动设备ME，这也是可能的。SIM的转移而不是整个整个移动台MS以及使用不同的移动设备ME有时被称为GSM系统内的“SIM漫游”。

除了GSM外还有其他的移动无线系统可使用同样的灵巧卡用于类似的目的，这样就使得为了在不同的移动无线系统间漫游的用户特有信息与无线接口规范无关。例如在美国所谓的个人通信系统(PCS)正得到发展，它具有几个不同的无线接口。在欧洲，DCS 1800是按照GSM规范实现的移动无线系统，它期望不同的无线接口(载频大约是1800MHz，而不是在GSM系统中约为900MHz的载频)利用SIM卡。灵巧卡可以是在这些系统间唯一的公共指定者来提供系统间的“SIM漫游”。希望在不同系统内具有相同的灵巧卡，因为当终端和/或无线接口需要改变时，用户不需改变他的/她的用户方案(profile)。

在移动无线系统中移动用户的一个标志类型是临时移动用户标志(TMSI)。这个移动标志类型是用于用户匿名的目的，利用它作为实际用户标志的别名，为的是避免在无线电波传播路径上明文发送实际的用户标志。对于实际用户标志如果没有变换信息，则TMSI的一部分是一个不能用于识别用户/终端的随机数，这个随机数是在分配随机数的长途电信网络实体内得到的。

TMSI还存贮在SIM卡内，但只在使用仅与GSM有关的标志的GSM特殊方式中。由于用户匿名的原因，在带有不同类型无线接口的不同系统间，希望也得到TMSI漫游，即在一个“老的”移动无线系统中，分配给用户并存贮在SIM卡的TMSI通过SIM漫游完全被转移到一个“新的”移动无线系统。可是问题在于指定给GSM的TMSI和其他移动无线系统没有任何关系。此外，GSM SIM卡对于一个单独的TMSI只包含一个单独的存贮位置。

本发明的目的是在不同的移动无线系统间允许一个临时移动用户标志漫游。

进一步的目的是提供一种方法，用来区分不同系统的临时移动用户标志并以统一的方法将它们存贮在一个灵巧卡中。

本发明的一个特点是一个可更换的用户识别模块可用于一个移动无线终端，它包含

电气可变的存贮装置，它用于存贮与一个移动用户的识别和鉴定有关的数据，上述存贮装置包括存贮一个临时移动用户标志的一个预定的存贮位置，以独立于移动无线系统的方式，已分配上述临时移动用户标志的一个移动无线系统的标志在上述临时移动用户标志的预定的比特位置内被指示，上述临时移动用户标志的其余比特位置存贮在一个移动无线系统的特定格式内。

本发明的另一特点是一个系统内的漫游方法，它包含以下步骤

在具有第一无线接口的第一移动无线系统中，分配一个临时移动用户标志给一个移动用户，以独立于上述第一移动无线系统的方式，在上述临时移动用户标志的预定比特位置内，指示上述移动无线系统的标志，在某种程度上它与上述第一移动无线系统无关，

发送上述临时用户标志给上述移动用户的第一移动台，上述移动台包含一个可更换的用户识别模块用于存贮数据，该数据与一个移动用户以及能够工作在上述第一移动无线系统内的第一移动设备两者的识别和鉴定有关，

将上述临时移动用户标志存入上述可更换的用户识别模块内预定的存贮位置。

从上述第一移动台移去上述移动用户识别模块，

将上述移动用户识别模块插入包含第二移动动用户设备的第二移动台，该设备能够工作在具有第二无线接口的第二移动无线系统内，

从上述移动用户识别模块拷贝上述临时移动用户标志，

将上述临时移动用户标志发送到上述第二移动无线系统的一个固定网络，

分析上述临时移动用户标志的上述预定比特位置为的是找出上述第一移动无线系统的上述标志，

利用上述第一移动无线系统的上述标志和上述临时移动用户标志，从上述第一移动无线系统请求上述移动用户的一个实际标志。

本发明还有一个特点是一个移动无线系统，它包含

一个移动交换机，

多个移动台，每个台包含一个可更换的用户识别模块用于存贮数据，该数据与一个移动用户以及能工作在上述第一移动无线系统内的第一移动设备两者的识别和鉴定有关，以及

一个访问者位置寄存器，它包括

用于分配临时移动用户标志给上述移动无线系统中移动用户的装置，以独立于上述第一移动无线系统的方式，上述移动无线系统的标志在上述临时移动用户标志的预定比特位置内被指示。

用于从移动台接收的临时移动用户标志中分析上述预定的比特位置的装置，为的是找出已分配临时移动用户标志的一个移动无线系统的标志，

利用上述的已经分析的移动无线系统标志和上述临时移动用户标志，从已分配上述临时移动用户标志的移动无线系统请求上述移动用户的实际标志的装置。

在本发明中，临时移动用户标志TMSI的预定的比特是用来区分不同系统的不同的TMSI’S，这是以统一的方式在全部移动无线系统中表示已分配TMSI的移动无线系统。TMSI的其余比特位置可处于一种移动无线系统的特殊格式。当SIM漫游在两个不同的移动无线系统时，移动台从用户识别模块读取TMSI，并且作出一个TMSI的拷贝成为一个无线接口信息。TMSI被传送到一个对TMSI解码的移动无线系统，新系统能使用TMSI预定的比特来找出TMSI和分配该TMSI的移动无线系统的实际结构。新系统配备有到其他网络/系统的互连接，通过它可从老的系统请求实际的用户标志，因为那是含有TMSI和实际用户标志间变换关系的唯一地方。

现在将参考附图说明本发明的优选实施例，其中

图1是一个方框图说明一个蜂窝移动无线系统，

图2表示一个车载移动台，

图3是一个移动台的方框图，该台包括一个移动设备ME和一个用户识别模块SIM，

图4示出了GSM TMSI格式，

图5示出了按照本发明的通用TMSI格式，

图6示出了两个移动无线系统间的TMSI漫游，

图7是一流程图，说明图6内一个访问者位置寄存器VLR2的工作。

本发明适用于利用用户识别模块SIM或类似部件的所有移动无线系统。当应用于泛欧数字移动无线系统GSM或它的变型DCS 1800时，本发明就具有特殊的优点。下面，将按照在GSM系统中应用来说明本发明的优选实施例，但这并不意味着本发明受此限制。

图1图解表示了GSM蜂窝无线系统的一部分。在蜂窝无线系统中，该系统所覆盖的区域被分为多个无线电单元。基地台控制器BSC1和BSC2通过数字传输链路12连接到一个移动交换机MSC。此外，基地台BTS1，BTS2和BTS3，BTS4通过数字传输链路11分别地连接到基地台控制器BSC1和BSC2。每个BSC和由它控制的基地台BTS组成一个基地台系统BSS。一个单独基地台BTS的无线覆盖区域通常产生一个单独的无线单元。从BTS1到BTS4的每个基地台具有一个预定的固定量的无线信道。GSM系统的结构和性能在GSM技术要求和以下书籍中都有更详细的说明，因此它们已包括在参考文献里：M.Mouly & M.B.pautet，palaiseau，France，1992，ISBN：2-9507190-0-7。

用户数据，比如位置数据，永久地存贮在一个归属位置寄存器(HLR)内。HLR还包含原始用户的检索方案。HLR还有一个有关的鉴定中心AC(未示出)，它可以是组合的或者是分离的。鉴定中心包含用户鉴定数据和鉴定算法。该系统还包括几个访问者位置寄存器(VLR)，每个寄存器都和一个或多个MSC区域相联系。VLR是一个数据库，当移动台MS访问MSC的区域时，用户数据也就是原始用户方案的拷贝存贮在数据库里。VLR还包括与用户方案相联系的临时移动用户标志。VLR还有一个根据TMSI得到实际用户标志的变换关系。

按照GSM规范，包含在与移动用户有关的MS内的全部信息部件必须存贮并工作在被称为用户识别模块SIM的一个特殊的模块内。被称为移动设备ME的MS的其余部分包含专用于无线接口的硬件和软件。规范GSM2.17规定SIM的工作，而规范GSM11.11规定SIM的指令格式和编码以及SIM和ME间的接口。SIM可能是一个灵巧卡，IC卡SIM，它和外界的接口按照IC卡上的ISO标准。即ISO 7816系列。具有标准尺寸的IC卡SIM对于手提式无线台可能是太大了，所以可以使用一个插入式SIM，它在GSM系统内是一个完全标准化的专用模块，并打算半永久地安装在ME内。

在GSM系统内，移动用户的识别是以SIM卡为基础的。移动用户能够使用不同的移动设备ME，但一直使用相同的SIM卡就能用相同的用户号码得到它。如果没有SIM卡，则ME只能进行紧急呼叫。当SIM用于ME时，如果它是在GSM网络操作中，则SIM将提供存贮用户有关的安全信息(按照建议GSM 02.09)，例如临时移动用户标志TMSI和一个键ki，以及按照建议GSM 03.20(即算法A3和A8)实现鉴定和密码产生机构。对于用户的自身安全性，SIM必须运用一位PIN代码(个人识别号码)。此外，SIM存贮能力可提供便利条件来存贮和管理外加的信息部件，它与GSM业务和MS特点相联系的移动用户有关。

本发明在移动无线系统中可应用于任何类型的移动无线台MS，例如一个轻便式移动电话或具有能使用可更换存贮器的车载台。作为一个移动无线台的例子，图2示出一个能安装在车上的无线电话单元。图2的移动台MS包括一个无线单元1，它通过电缆8连接到手机2。手机2包括通常的部件和功能：话筒，扬声器，以及由显示器和键盘组成的用户接口。为了允许免提操作，无线单元1也可连接到一个分开的话筒3和一个分开的扬声器7。另外，用于存贮卡或存贮模块5的一个分开的读取装置，在这里称为用户识别模块SIM，经过电缆9连接到无线单元1。读取装置4包括一个卡隙6，在这里SIM卡5以后来可容易地拆除或分开的方式被插入读取装置4内。车载移动台的一个实例就是由芬兰Nokia移动电话公司生产的Nokia GSM 6050型。移动台还可能是一个轻便终端，卡读取装置，无线电部件和手机在这里被集成为一个零件。这种轻便移动台的一个实例就是芬兰Nokia移动电话公司生产的Nokia 101 GSM。

图3示出移动台MS的移动设备部分ME的方框图。ME包含天线3，双向滤波器28，接收机21，发射机29和一个合成器27。在接收方向，A/D变换器22，检波器23，去交错装置24，信道解码器25，语音解码器26和一个扬声器串联连接在接收机21的后面。在发射方向，话筒，语音编码器34，信道编码器33，交错单元32，TDMA脉冲建立单元31和一个调制器30串联连接在发射机29的前面。所有上述部件由一个定时和控制单元35来控制，它处理所有引出和进入的信息。定时和控制单元35还经过电缆9连接到一个SIM卡读取装置4。

如上所述，临时移动用户标志(TMSI)是用于用户匿名的一种移动标志类型，利用它作为实际用户标志的一个化名，为的是避免在无线电波传播路径上明文发送实际用户标志。用于GSM的TMSI已在图4中详细说明。GSM TMSI是72比特长的数字串，它最大具有从1到9的九个八位位组。八位位组1到4包含一个随机MS标志，即是一个随机数，在某一已知时刻，它被分配给现时位置区域内一个确定的移动台。现时位置区域的位置区域代码LAI在TMSI的八位位组8和9内给出。如果没有对实际用户标志的变换信息，则随机MS ID就不能用来识别用户/终端，这是在分配随机MS标志的长途电信网络实体(MSC/VLR)内得到的。八位位组5和7以及八位位组6中的比特1到4有其他用途。八位位组6中的其余比特5到8，除了它们仅是为了编码而填充比特外，目前都不用于GSM。

在GSM系统中，TMSI由MSC/VLR管理。GSM TMSI只在一个位置区域内才有意义，它首先被分配(通过MSC/VLR)给一个MS，第一次寄存在位置区域中，当MS离开位置区域时被释放。当MS在新位置区域的新单元内执行一个定位试验时，在“老”位置区域内使用的TMSI将被发送到位置区域的MSC/VLR。如果新位置区域的MSC/VLR不是分配到“老”TMSI的那一个，则新MSC/VLR必须从先前的MSC/VLR请求MS的实际标志IMSI，如TMSI的LAI部分所示。结果，MS的实际标志将不被传送到无线电波传播路径上。

TMSI是以它被发送到无线接口的同样方式，即在GSM中利用仅属于GSM标志的特殊方式，被存贮在SIM卡TMSI内，一个SIM卡内TMSI的存贮空间是72比特。因此，在GSM系统内“SIM漫游”还允许移动TMSI从一个移动设备到另一个移动设备。然后“新”MS利用“老”TMSI对GSM网执行一个定位试验，如上所述。

由于用户匿名的原因，还希望在带有不同类型无线接口的不同系统间能得到TMSI-漫游，即是在一个“老”的移动无线系统中分配给用户并存贮在SIM卡的TMSI，通过SIM漫游也被转移到一个“新”的移动无线系统。然而问题是指定给GSM的TMSI和其他移动无线系统没有任何关系。而且GSM SIM卡对于一个单独TMSI仅包含一个单独的存贮位置。因此需要一种方法来区分不同移动无线系统的TMSI，并将它们以统一的方法存贮在GSM TMSI卡中。

在本发明的优选实施例中，利用TMSI内八位位组6的比特5到8来区分不同系统的不同的TMSI，上述问题就解决了。按照本发明这些比特以一个统一的方式在所有移动无线系统中得到编码来指示已经分配TMSI的移动无线系统。TMSI的其余比特位置可以是移动无线系统的特殊形式。例如，为了识别GSM 900/DCS 1800系统的TMSI，假设将这些比特编码为“1111”，如图4所示。在八位位组6内比特5到8的所有其它编码可用来识别其他移动无线系统的TMSI，如图5中用“××××”表示。

“SIM漫游”或特别是TMS2漫游的一个优选实施例按照本发明将在下面参照图6和7来说明。

在图6示出了两个互连的移动无线系统I和II，它们各自带有不同的无线接口I和II。假设移动无线系统I和包括无线接口I的GSM规范一致。只有为说明本发明所必需的网络部件表示在图6，也就是访问者位置寄存器VLR1，移动交换机MSC1，基地控制台BSC1，和基地台BTS1。此外一个移动台MS1由一个可更换的用户识别模块SIM和一个移动设备ME1组成，后者含有专用于无线接口I通信的硬件和软件。

同样的，只有为说明本发明所必需的移动无线系统II的网络部件表示在图6，也就是访问者位置寄存器VLR2，移动交换机MSC2，基地台控制器BSC2，和基地台BTS2。移动无线系统II可像移动无线系统I那样按照同样的网络标准即GSM MAP，或任何其他网络标准，例如IS-41。但是，系统II的无线接口II不同于系统I的无线接口I，比如工作在不同的载频波段。图6还示出移动无线系统II的一个移动台MS2，它由一个用户识别模块SIM，和移动设备ME2所组成，后者含有专用于无线接口II通信的硬件和软件。本发明的最低要求就是系统I中所使用的SIM格式类似或兼容于系统II中所使用的SIM。此外，为了本发明的目的，示出了VLR1和VLR2间的互连线路。可是，移动无线系统I和II间的互连可以通过按照本发明实现IMSI请求的任何其它类型的互连来实现。

首先我们假设一个移动用户正在使用移动无线系统1。将移动用户的SIM插入移动台1的移动设备ME1的读取装置。移动台在VLR1的一个位置区域中完成了位置更新。结果VLR1已经分配给移动用户一个这个位置区域的TMSI。在分配的TMSI中，八位位组6的比特5到8被编码为“1111”用于识别移动无线系统1。TMSI的八位位组8和9包含MS1的现时位置区域的位置区域码。VLR1将发送分配的TMS1到移动台MS1，这里TMS1被存贮在SIM的预定的存贮位置内。

其次，我们假设移动用户希望使用移动无线系统2，其中他/她也是一个合法的移动用户。为此目的，他/她将个人的SIM从MS1中除去，并将它插入移动无线系统II中MS2的读取装置。MS2的移动设备ME2从移动用户插入的SIM读取存贮的TMS1，并且制作一个TMS1的拷贝成为无线接口信息。应该注意：按照本发明的过程中，SIM以及移动台MS1和MS2的使用和工作可类似于以前诸SIM和MS的情况。例如在一个定位试验中，MS2将发送TMSI通过无线接口II到系统II的网络部分，其中已将TMSI传递到VLR2。

现在参照图7的流程图，VLR从它的一个位置区域中的新MS2接收一个定位试图，在步骤71，VLR2接上到移动无线系统1中分配给移动用户的老TMS2。在步骤72和73，为了得到老TMS1的实际结构和分配老TMS1的移动无线系统，VLR2分析TMSI中八位位组6的比特5到8。如果步骤73判定老TMS1由相同的移动无线系统，即系统II来分配，除非在步骤74VLR2已知道老TMSI，则VLR2在移动无线系统II中产生一个标准的IMSI请求。在现有实例中，VLR2检测出TMSI中八位位组6的比特5到8被编码为“1111”，并且老TMSI属于移动无线系统1的判定过程是在步骤73进行。结果，VLR2从移动无线系统I的VLR1中请求实际用户标志1MS1，因为VLR1是在步骤75中含有老TMS1和实际用户标志间变换信息的唯一地方。请求的进行是利用从TMSI得到的系统识别信息来找出老VLR并将老TMSI发送到VLR2。VLR2将通过发送IMS1和任选的其它用户数据给VLR2作出响应。VLR2在步骤76接收IMSI，并按照在移动无线系统II中利用的标准网络步骤。

有关的图形和描述仅是为了说明本发明，在不超出所附权利要求书的范围和精神的情况下，对所描述的实施例有一些改变或修正是可能的。

Claims (6)

1.一种用于移动无线终端的可更换的用户识别模块，它包括：

用于存贮数据的电气可改变的存贮装置，该数据与一个移动用户的标志和鉴定有关，上述存贮装置包括一个预定的存贮位置，用于存贮一个临时的移动用户标志，以独立于移动无线系统的方式，已分配上述临时移动用户标志的上述移动的无线系统的标志在上述临时移动用户标志的预定的比特位置内被指示，它与上述无线系统无关，上述临时移动用户标志的其余比特位置存贮在一个移动无线系统特定格式内。

2.按照权利要求1所述的可更换的用户识别模块，其中上述预定的存贮位置包含72比特，并且其中上述移动无线系统标志由上述临时移动用户标志的第六个八位位组中比特5到8来指示。

3.一种系统间漫游方法，包括以下步骤：

分配一个临时移动用户标志给具有第一无线接口的第一移动无线系统中的一个移动用户，以独立于上述第一移动无线系统的方式，在上述临时移动用户标志内的预定比特位置内指示上述移动无线系统的标志，

发送上述临时用户标志给上述移动用户的第一移动台，上述移动台包含一个可更换的用户识别模块用于存贮与移动用户的识别和鉴定有关的数据，以及能够工作在上述第一移动无线系统中的第一移动设备，

将上述临时移动用户标志存入上述可更换的用户识别模块内的预定存贮位置，

将上述移动用户识别模块从上述第一移动台移去。

将上述移动用户识别模块插入一个第二移动台，该移动台包含一个能工作在具有第二无线接口的第二移动无线系统内的一个第二移动用户设备，

从上述移动用户识别模块拷贝上述临时移动用户标志，

发送上述临时移动用户标志给上述第二移动无线系统的一个固定网络，

分析上述临时移动用户标志中的上述预定的比特位置，以便得到上述第一移动无线系统的上述标志，

利用上述第一移动无线系统的上述标志和上述临时移动用户标志，从上述第一移动无线系统请求上述移动用户的一个实际标志。

4.按照权利要求3所述的漫游方法，其中分配上述临时移动用户标志的上述步骤由上述第一移动无线系统内的一个访问者位置寄存器来执行。

5.按照权利要求3所述的漫游方法，其中上述分析和请求的步骤由上述第二移动无线系统内的一个访问者位置寄存器来执行。

6.一种移动无线系统，包含：

一个移动交换机，

多个移动台，每个移动台包含一个可更换的用户识别模块，用于存贮与一个移动用户的识别和鉴定有关的数据，以及能工作在上述第一移动无线系统的第一移动设备，以及

一个访问者位置寄存器，它包括

分配临时移动用户标志给上述移动无线系统内移动用户的装置，以独立于上述第一移动无线系统的方式，上述移动无线系统的标志在上述临时移动用户标志的预定比特位置内被指示，

从移动台接收的临时移动用户标志中分析上述预定比特位置的装置，为了得到已经分配临时移动用户标志的移动无线系统的标志，

利用上述已分析的移动无线系统标志和上述临时移动用户标志，从已分配上述临时移动用户标志的移动充线系统中用于请求上述移动用户实际标志的装置。

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