（信号与信息处理专业论文）基于cpx8216硬件平台的gprs板间切换算法.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称，它突破 了g s m 网只能提供电路交换的思维方式 基站系统进行部分改造来实现分组交换 只通过增加相应的功能实体和对现有的 这种改造的投入相对来说并不大，但得 到的用户数据速率却相当可观。在实现g p r s 协议时，可以采用c p x 8 2 1 6 硬件平台 这样的分布式处理系统当移动台发生路由更新过程时，这样实现g p r s 协议就有 可能产生协议上没有定义的板间的切换过程，由于这一过程有点类似于蜂窝中切 换过程，我们将这一过程称为板间切换过程。板间切换过程有几个工程上的基本 要求：删除旧链路，建立新链路，还要实现原有数据的转发，同时应尽量使用协 议规定的接口函数，不应对原有协议作较大改动。按照这几个要求，我们提出了 一种可行的切换流程。此后，沩进一步改进切换性能，我们在分析蜂窝中的切换 算法之后，建立了板间切换的数学模型，定义了板间切换的两个性能尺度：预期 的板间切换个数和板间流量的过流概率。根据这两个性能尺度，我们定义了最优 的板间切换算法，最优的切换算法是这两个性能尺度的最佳权衡。瞥然最优的板 间切换算法是并不实际的。j 根据蜂窝中的自适应切换算法的定义，我们也提出了 一种自适应的板间切换算法，通过仿真结果证明自适应的板间切换将优于非自适 应的板间切换，它能实现更好的权衡益线。之后，我们又提出了一种带有优先级 的切换控制策略，它对于不同应用的切换请求给出不同的优先级，当判断出要发 生板间切换时，对优先级最低的切换请求首先发起切换。仿真结果表明优先级切 换较非优先级的切换有更优的权衡曲线，而且在有相同的板间流量的情况下，像 语音这样的实时应用在优先级切换策略下，切换个数更少了最后我们对全文做 了总结，并提出了还有可能进一步改进的地方。k 关键词：g p r s移动性管理 蜂窝础赔。板间切换自适应切换 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) i san e ws e r v i c ed e s i g n e df o rd i g i t a l c e l l u l a rn e t w o r k s ( g s m ，d c s ，p c s ) i tu t i l i z e sap a c k e tr a d i op r i n c i p l ea n dc a nb e u s e df o rc a r r y i n ge n du s e r sp a c k e td a t ap r o t o c o l ( s u c ha si pa n dx 2 5 ) i n f o r m a t i o n f r o m t oag p r st e r m i n a l st o f r o mo t h e rg p r st e r m i n a l sa n d o re x t e r n a lp a c k e td a t a n e t w o r k s g p r si ss t a n d a r d i z e di ne t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ) i ni m p l e m e n t a t i o no fg p r sp r o t o c o l ，w ec a nu s ed i s t r i b u t e dp r o c e s s i n g s y s t e ms u c ha sc p x 8 2 1 6h a r d w a r es y s t e m ai n t e r - b r o a dh a n d o f fp r o c e d u r ew h i c hi s n o td e f i n e di ng p r s p r o t o c o lm a yh a p p e nw h e n a m u t i n g a r e au p d a g n g h a p p e n s n e i n t e r - b r o a dh a n d o f f p r o b l e mh a ss o m eb a s i cr e q u i r e m e n t s ：d e l e t et h eo l dd a t al i n k , s e t u pa n e wd a t al i n k ，f o r w a r dt h ed a t ar e m a i n i n gi no l dd a t al i n k ；m e a n w h i l e ，w e 廿yt o u s et h ei n t e r f a c ef u n c t i o nd e f m e di ng p r s p r o t o c o la n dm i n i m i z et h ec h a n g eo f g p r s p r o t o c o l ，f o l l o w i n gt h o s er e q u i r e m e n t ，w ep r o p o s e dt w ov i a b l ei n t e r - b r o a dh a n d o f f f l o w s t oi m p r o v eo nt h ep e r f o r m a n c eo fi n t e r - b r o a dh a n d o f f ，a f t e rs t u d y i n gt h e h a n d o f fa l g o r i t h m si nc e l l u l a rs y s t e m ，w es e t u pt h et h e o r ym o d e lf o ri n t e r - b r o a d h a n d o f fa n dd e f m et w op e r f o r m a n c e m e t r i c s ：e x p e c t e dn u m b e r o fi n t e r - b r o a dh a n d o f f a n do v e r f l o wp r o b a b i l i t yo fi n t e r - b r o a dt r a f f i c f o l l o w i n gt h o s et w op e r f o r m a n c e m e t r i c s ，w ed e f i n et h eo p t i m a li n t e r - b r o a dh a n d o f fa l g o r i t h mw h i c hi st h eb e s tt r a d e o f f b e t w e e nt h o s et w op e r f o r m a n c em e t r i c s o f c o u r s e ，t h eo p t i m a li n t e r - b r o a dh a n d o f fi s n o tp r a c t i c a l a c c o r d i n gt ot h ed e f i n i t i o no fa d a p t i v eh a n d o f f a l g o r i t h m si nc e u u l a r c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，w ep r o p o s e da na d a p t i v ei n t e r - b r o a dh a n d o f f a l g o r i t h m t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea d a p t i v ei n t e r - b r o a dh a n d o f f a l g o r i t h m i sb e t t e rt h a nt h a to f n o n a d a p t i v ei n t e r - b r o a dh a n d o f fa l g o r i t h mb e c a u s ea d a p t i v e i n t e r b r o a dh a n d o f fa l g o r i t h m sc a na c h i e v eb e t t e rt r a d e o f fc u l w e a f t e rt h a t w e p r o p o s e dap r i o r i t y - b a s e di n t e r - b r o a dh a n d o f fc o n t r o ls c h e m e ，w h i c hg i v ed i f f e r e n t i l 华中科技大学硕士学位论文 p f i o f i t yt od i f f e r e n ta p p l i c a t i o nt y p eo f i n t e r - b r o a dh a n d o f f s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w t h et r a d e o f fc u r v eo fp f i o f i 够- b a s e di n t e r - b r o a dc o n t r o ls c h e m ei sb e t t e rt h a nt h a to f f i f 0c o n t r o ls c h e m ea n di nt h es a t ei n t e r - b r o a dt r a f f i c t h en u m b e ro fi n t e r - b r o a d h a n d o f fo fs o m er e a lt i m es e r v i c es u c ha ss p e e c ha p p l i c a t i o ni sf e w e r f i n a l l y ，w ed r a w s o m ec o n c l u s i o n sa n d p o i n to u ts o m ep r o b l e m s t h a td e s e r v ef i 1 l 啦e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：g p r sg m mc e l lh a n d o f f i n t e r - b r o a dh a n d o f f a d a p t i v eh a n d o f f i 华中科技大学硕士学位论文 。 i i 何谓g p r s i 绪论 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称，它突破 了g s b l 网只能提供电路交换的思维方式， 基站系统进行部分改造来实现分组交换， 到的用户数据速率却相当可观。 只通过增加相应的功能实体和对现有的 这种改造的投入相对来说并不大，但得 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是一种以全球手机系统( g s m ) 为基础 的数据传输技术，可说是g s m 的延续。g p r s 以封包( p a c k e t ) 式来传输，因此使 用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为 便宜。 g p r s 的另一个特点，就是其传输速率可提升至5 6 甚至11 4 k b p s 。而且，因为 不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。 这样，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络 上( v r n ) 的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。 1 2g p r s 系统简介 g p r s 是一种高速分组数据交换技术，同时支持两种主流的分组数据网络协议： i p 和x 2 5 。基于分组数据包，它使现有的移动通信系统提供的数据业务首次从 9 6 k b p s 飞跃到了1 0 0k b p s 以上，极大地提高了移动用户的移动计算能力。通过 g p r s 移动用户可以直接连接到i n t e r n e t 上而无需拨号连上一个特定的i s p ，而 且用户仅仅只须为他们实际使用的通信数据总量付费，因此用户可以仅仅支付适 一_ _ l 华中科技大学硕士学位论文 当的上网费用实现长时间的虚拟地连接在网上，一旦一个g p r s 移动终端注册上了 网络，它将时刻准备接收和发送数据，因此更贴切的说法是，用户手持设备就如 同一个连接在无线局域网上的智能终端。显而易见，分组交换是g p r s 业务的自然 属性，可以认为，支持g p r s 业务的蜂窝网络是现存的i n t e r n e t 和x 2 5 分组网络 的无线扩展部分。 1 3g p r s 技术特点 1 3 1 g p r s 功能和业务 g p r s 是一种新的g s m 数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入服 务。g p r s 主要是在移动用户和远端的数据网络( 如支持t c p i p 、x 2 5 等网络) 之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线i p 和无线x 2 5 业务。 g p r s 采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果 把空中接口上的t d m a 帧中的8 个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达 1 6 4 k b s 。空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被g p r s 数据业务占用。 当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为g p r s 专用信道。 要实现g p r s 网络，需要在传统的g s m 网络中引入新的网络接口和通信协议。 目前g p r s 网络引入g s n ( g p r ss u p p o r t i n gn o d e ) 节点。移动台则必须是g p r s 移动台或g p r s g s m 双模移动台。 1 3 2g p r s 网络结构 g p r s 网络是基于现有的g s m 网络来实现的。在现有的g s m 网络中需要增加一 些节点，如g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n gn o d e ，网关g p r s 支持节点) 和s g s n ( s e r v i n gg s n ，服务g p r s 支持节点) 。g p r s 网络参考模型如下图所示： 2 华中科技大学硕士学位论文 。1 。s i g n a l l i n gi n t e r f a c e - - - - - - - - s i g n a l l i n ga n dd a t at r a n s f e ri n t e r f a c e 图1 1g p r s 网络结构 s g s n ( 服务g p r s 支持节点) ：s g s n 通过g b 接口与基站b s s 相连，为移动台 服务，通过逻辑链路控制协议l l c ，建立s g s n 与m s 之间的连接，提供移动性管 理和安全管理功能。s g s n 完成了m s 和s g s n 之间的协议转换，即骨干网使用的i p 协议转换成s n d c p 和l l c 协议。s g s n 通过g n 接口与g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 相连，通过g p r s 隧道协议( g t p ) 建立之间的信道，实现m s 与外部数据网络( x 2 5 、 i p ) 互联。s g s n 通过g s 接口、g r 接口和g d 接口建立与s s 7 号信令系统的连接。 g s ：是s g s n 与m s c v l r ( 移动交换中心访问位置寄存器) 之间的接口，用 于s g s n 送位置信息到m s c v l r 以及接收m s c v l r 送寻呼信息到s g s n 。 g r ：是s g s n 和h l r ( 归属位置寄存器) 之间的接口，h l r 保存g p r s 用户数据 和路由信息( i m s i 、s g s n 地址、每个i m s i 包含的分组数据协议p d p 信息，如p d p 类型、p d p 地址、q o s 等级，动态地址使用权限、补充业务使用和g g s n 的i p 地址 等) 。 g d ：是s g s n 和s m s - g m s c ( 短消息业务一网关移动业务交换中心) 之间的接口， 使g p r s 能在无线信道上收发短消息业务。 华中科技大学硕士学位论文 g n ：在同一个p l m n 中，两个g s n ( g p r s 支持节点) 互联要通过g n 接1 ：3 ，在 内部p l m n 骨干网中，g n 接1 ：3 提供数据和信令传输接口。g p r s 隧道协议g t p 用于 基于i p 的g p r s 骨干网中的g n 和g p 接1 ：3 。 g d ：在不同运营者p l m n 中，两个g s n ( g p r s 支持节点) 互联要通过g p 接口， 经临界网关( b o r d e rg a t e w a y ) 和防火墙实现互联，g p 接口具有全部g n 接1 ：3 的 功能。 g g s n ( 网关g p r s 支持节点) ：g g s n 通过g i 接口实现g p r s 网与p d n 互联。g g s n 实际上是两个互联网的网关。g p r s 本身属于i p 网络领域，g i 接1 ：3 支持x 2 5 协议 和i p 协议。从p d n 网看g g s n ，g g s n 可看作是一个路由器联到p d n 网的子网。g g s n 包含用于连接g p r s 用户的路由信息，为p d u 送到m s 提供信道。 u m 接口( 无线空中a 接口) ：是移动端m t 和基站之间的接口。 r 接口：是终端设备t e 和移动终端m t 之间的接口。 1 3 3g p r s 协议模型 g p r s 传输平面协议结构为 p p k i - 伸 i p n j 5 i r 2 5 s n d c p ! ：! ：! s h o c p g t p g l l cl l c u d p ，r c p u d p t o p 膦毖。1 一 b s s g p l p 。_ _ _ 沪 r l c n e t w o r k l c u c 1 一 n e t o l 2 s n “ s 一k f l 2 l g s r fg s r fl 1 l b i l l tl 1 图i 2g p r s 传输平面协议结构图 移动台( m s ) 和s g s n 之间的g p r s 分层协议模型如图1 2 所示。u m 接口是g s m 的空中接口。u m 接1 ：3 上的通信协议有5 层，自下而上依次为物理层、m a c 层、l l c 层、s n d c p 层和网络层。 4 华中科技大学硕士学位论文 u m 接口的物理层为射频接e l 部分，而物理链路层则负责提供空中接1 3 的各种 逻辑信道。g s m 空中接口的载频带宽为2 0 0 k h z ，一个载频分为8 个物理信道。 如果8 个物理信道都分配为传送g p r s 数据，则原始数据速率可达2 0 0 k b s 。 考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达1 6 4 k b s 左右。 m a c 为媒质接入控制层。m a c 的主要作用是定义和分配空中接口的g p r s 逻辑 信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。g p r s 的逻辑信道共有3 类，分别是 公共控制信道、分组业务信道和g p r s 广播信道。公共控制信道用来传送数据通信 的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。 广播信道则是用来给移动台发送网络信息。 l l c 层“1 为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程h d l c 的无线链 路协议。l l c 层负责在高层s n d c p 层的s n d c p 数据单元上形成l l c 地址、帧字段， 从而生成完整的l l c 帧。另外，l l c 可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发 控制。 s n d c p ”被称为子网依赖收敛协议层。它的主要作用是完成传送数据的分组、 打包，确定t c p i p 地址和加密方式。在s n d c p 层，移动台和s g s n 之间传送的数 据被分割为一个或多个s n d c p 数据包单元。s n d c p 数据包单元生成后被放置到l l c 帧内。 网络层的协议目前主要是p h a s e l 阶段提供的t c p i p 和l 2 5 协议。t c p i p 和x 2 5 协议对于传统的g s m 网络设备( 如b s s 和n s s 等设备) 是透明的。 1 3 4g p r s 的路由管理 华中科技大学硕士学位论文 图1 3g m m 在g p r s 协议栈中的位置 1 _ 3 4 1 移动性管理的主要功能 g p r s 的删功能包括激活、去活、安全保密、使置管理、用户管理等。g m m 的 功能按与之交互的不同实体，可分为四部分： 1 ) 与移动台的交互即通过无线接口完成的功能： 2 ) 在s g s n 中，与会话管理( s m ) 实体的交互，即通过g m m s m s a p 完成的功 能； 3 ) 在s g s n 中，与l l c 实体的交互，即通过l l g b i s a p 完成的功能： 4 ) 在s g s n 中，与b s s g p 实体的交互，即通过g 一s a p 完成的功能。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 4 2 移动性管理的状态 与g p r s 用户有关的移动性管理活动具有三个状态：i d l e ，s t a n d b y , r e a d y 。每个 状态具有特定的功能和信息。这些信息以m m 上下文的形式存储在m s 和s g s n 中。 1 - 3 4 2 1i d l e 状态 在i d l e 状态下，一个g p r s 用户没有参与g p r s 移动性管理活动。m s 和s g s n 的上下文中没有该用户的位置和寻径信息。m s 不能接收和发送p t p 数据，不能 被寻呼，即在该状态下m s 被认为是不存在的。 m s 在此状态下需要完成p l m n 选择、g p r s 蜂窝选择和重选等工作。为了 在m s 和s g s n 中建立个用户的m m 上下文，该m s 应当首先执行g p r s 的a t t a c h 功能。 1 3 4 2 2s t a n d b y 状态 在s t a n d b y 状态，一个用户参与了g p r s 移动性管理。m s 和g p i s 中都建立了 基于i m s i 的删上下文。 m s 可以接收p t p 寻呼消息，也可接收s g s n 发出的用于c s 业务的寻呼消息。 但在这种状态下，m s 不能接收和发送p t p 数据。 m s 要进行g p r s 寻径区( r a ) 的选择，以及g p r s 蜂窝的选择和重选。当m s 进入到一个新的r a 后，它要通过移动性功能来通知s g s n 。但当m s 所移动到的蜂 窝与原蜂窝处于同一个r a 时，m s 就不用通知s g s n 。因此，在s t a n d y 状态，s g s n 中删上下文中的位置信息只包含g p r s 的r a i 。 在s t a n d y 状态，m s 可以激活或去活p d p 上下文。在发送和接收数据之前， 必须先激活p d p 上下文。 如果一个p d p 上下文已经激活，那么s g s n 就可在删的s t a n d y 状态下接收 m t 的p d p 分组数据。如果p p f 被置位，那么s g s n 就可在m s 所在寻径区中发送寻 呼请求。反之，则不发寻呼请求。当m s 发出数据或寻呼消息时，m s 就进入r e a d y 华中科技大学硕士学位论文 状态；当s g s n 收到m s 发来的数据或寻呼应答消息，s g s n 就进入r e a d y 状态。 m s 或网络可以通过执行g p r s 的d e t a c h 功能，而进入i d l e 状态。在移动可达定 时器超时后，s g s n 可以通过执行非明确的d e t a c h ，将s g s n 中的响应咖上下文的 状态设为i d l e 。此时s g s n 中的删上下文p d p 上下文可以被删除。 1 3 4 2 3 r e a d y 状态 在r e a d y 状态，s g s n 中的删上下文除含有s t a n d b y 状态下删上下文的信息 外，还包含用户所在蜂窝的信息。m s 通过移动性管理过程，向网络提供实际所选 的蜂窝信息。g p r s 中蜂窝的选择和重选由m s 来执行，同时也可由网络来控制。 m s 发出的数据分组的b s s g p 头中，包含有蜂窝的标识符，即包含r a c 和l a c 的 c g i 。 在这个状态下，m s 可以接收和发送p t p 的p d u 。网络可以通过s g s n 发出非 g p r s 业务的寻呼。s g s n 将数据发送给为某一用户服务的b s s 。 在这个状态下，m s 可以激活和去活p d p 上下文。不论用户是否已被分配有无 线资源，即使没有数据传送时，姗上下文仍就保持在r e a d y 状态。r e a d y 状态由 一个定时器控制，当r e a d y 定时器超时时，删上下文的状态由r e a d y 跃迁到 s t a n d b y 。骼通过执行g p r s 的d e t a c h 功能，可以使状态由r e a d y 跃迁到i d l e 。 1 3 4 2 4i d l e s t a a n d b y r e a d y 的状态转移 状态的转移与当前状态及发生的事件有关。 图1 4 描述了下列状态的转移。 i d l e 到r e a d y g p r sa t t a c h ：m s 发出接入请求，在m s 与s g s n 之间建立一条逻辑链路。在 m s 和s g s n 中建立删上下文。 s t a n d b y 到i d l e 1 ) 非明确的d e t a c h ：在s g s n 中删的上下文返回i d l e 状态，p d p 上下文返 回i n a c t i v e 状态。在s g s n 中删上下文和p d p 上下文可以被删除，在g g s n 中的 华中科技大学硕士学位论文 p d p 上下文可以被删除。 2 ) 位置取消：当s g s n 收到从h l r 发来的m a p 位置取消消息时，删掉删和 p d p 上下文。 m ms t a t em o d e io f m sm ms t a t em o d e lo f s g s n 图1 4g p r s 中移动性管理的状态转移 s t a n d b y 到r e a d y 1 ) p d u 传输：m s 向s g s n 发送一个l l c 层的p d u 。 2 ) p d u 接收：s g s n 接收到一个m s 发来的l l c 层p d u 。 r e a d y 到s t a n d b y 1 ) r e a d y 定时器超时：m s 和s g s n 中的删上下文将返回s t a n d b y 状态。 2 ) 强制返回s t a n d b y 状态：m s 和s g s n 可以在r e a d y 定时器超时之前，通过 发信令而立刻返回s t a n d b y 状态。 3 ) 不正常的r l c 状况：当无线接口出现传送错误时，s g s n 中的枞上下文就 返回s t a n d b y 状态。 9 华中科技大学硕士学位论文 r e a d y 到i d l e 1 ) g p r sd e t a c h ：m s 请求s g s n 将s g s n 中删上下文的状态跃迁到i d l e 状态， p d p 上下文的状态跃迁到i n a c t i v e 状态。s g s n 中的删上下文和p d p 上下文可以 被删除，而g g s n 中的p d p 上下文必须被删除。 2 ) 位置取消：当s g s n 收到h l r 发出的m a p 位置取消消息，就删掉删和p d p e 下文。 1 3 4 3 g p r s 的激活( a t t a c h ) 过程 口囤际蔽司厅蔽回同圆 h 6 d v l r厂面1 l o d l 抽d l l哪目 2 i 曲m 6 a 啦r 畔 2 幽6 c 嘶ol m m m n m 蛐 沁t 3 蜘帆 k 弘 r 土 l t l l 曩由 r 毛，廿q吐。 缸l 捌目e l o c 融。删l 6 c c h d 【 a b c 、堕i 蹦山k 6 ei n 9 自1 s “蜘b 可c 抽a d ，g 坤d m t m 击a c k 7 tl 劬u脚n g 阳日 7 h u p d 啦! - 记e a _ 士 c 自t i m r 砒驯l o c a l ,n a c i m & 牺k d 7 i 蜘柑 d c 量啦蛾l x d i m d c 7 hl o m l m n l池h g a & a i 出j吐 鱼a b i 由cp 枷 1 0 嗍聊1 0 c 白t 1 日i m 图1 5g p r s 激活流程 1 0 华中科技大学硕士学位论文 1 ) m s 向新s g s n 发送激活请求消息，消息中包括p - - t m s i + 旧的r a i 、c k s n 、 激活类型、d r x 参数、旧p t m s i 签名。 2 ) 新s g s n 向旧s g s n 发送身份认证请求消息以获取m s 的i m s i 。1 日s g s n 回 送认证响应消息( i m s i ，鉴权三参数组) ，如果旧s g s n 不能认证m s ，将回送相应 的出错原因。 3 ) 如果新、旧s g s n 都无法认证m s ，那么新s g s n 将向m s 发送认证请求消息， m s 回送响应消息。 4 ) m s 、新s g s n 、h l r 之间进行保密鉴权。 5 ) m s 、新s g s n 、e i r 之间进行i m e i 检查。 6 ) 如果是初次激活或者再次激活时s g s n 编号已改变，s g s n 要通知h l r 。由 新s g s n 向h l r 发送位置更新消息：h l r 向旧s g s n 发送位置消除消息；旧s g s n 应 答：h l r 向新s g s n 发送插入用户数据消息；新s g s n 检查m s 在新r a 的合法性， 如果m s 是局部受限用户而不允许在新r a 激活，则新s g s n 向h l r 返回应答，拒绝 激活请求。如果是其它原因不允许激活，则返回h l r 的是应答。如果m s 经检查合 法，则返回应答：h l r 向新s g s n 回送位置更新应答。 7 ) 如果第l 点中的激活类型为：i m s i 已被激活的情况下激活g p r s 和g p r s i m s i 联合激活，当s g s n 与m s c v l r 之间的g s 接口存在时，要更新v l r 。v l r 的 编号从r a 获取。新s g s n 向新m s c v l r 发送位置更新请求消息；新v l r 向h l r 请 求位置更新；h l r 通知旧v l r 消除位置信息；旧v l r 对h l r 应答；h l r 向新m s c v l r 发送插入用户数据消息；新v l r 应答h l r 。这时新m s c v l r 向新s g s n 发送 位置更新接受的响应。 8 ) 新s g s n 向m s 发送激活接受消息。 9 ) m s 向新s g s n 回送激活完成消息。 i 0 ) 新s g s n 向新m s c v l r 发送t m s i 再分配完成消息。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 4 4g p r s 的去活( d e t a c h ) 过程 g p r s 的d e t a c h 过程可分为两大类：一类是m s 发起的d e t a c h ，另一类是网络 发起的d e t a c h ，其中后一类又分为s g s n 发起的d e t a c h 和h l r 发起的d e t a c h 。 1 3 4 4 1m s 发起的d e t a c h 图1 6m s 发起的去活流程 1 ) m s 的g m m 实体向s g s n 发送d e t a c h 请求。g m m 实体通过向l l c 层传送d e t a c h 请求消息，其中t l l i 是m s 正在使用的t l l i 。l l c 层将g m m 数据包组成l l c 数据 包，向r r 层发送包含d e t a c h 请求消息的l l c 数据包。r r 层将根据这个原语组成 含有t l l i 的r r 帧，通过u m 接口传给b s s 。b s s 中的处理与a t t a c h 请求时相似。 2 ) s g s n 中的g m m 实体通过为其提供传送服务的n s 、b s s g p 和l l c ，得到d e t a c h 请求消息。g m m 根据得到的消息，删除相关m s 的g m m 上下文。 3 ) 如果d e t a c h 请求中标明d e t a c h 不是因为m s 关机，那么s g s n 就向m s 发 送d e t a c h 接受消息。然后，g m b l 实体通知l l c 层某个t l l i 无效，再通知s m 这一 个m s 的p d p 上下文无效，s m 再通知s n d c p 为这一个m s 分配的n s a p i 无效，s n d c p 通过g t p 协议的删除p d p 上下文请求消息通知g g s n ，使其去活相关m s 的p d p 上 下文。 4 ) m s 中的g m b l 收到d e t a c h 接受消息后，通知l l c 层这个移动台的t l l i 无 效，再通知s m 它的p d p 上下文无效，s m 再通知s n d c p 为它分配的n s a p i 无效。 5 ) 如果是因为m s 关机而引起的d e t a c h ，s g s n 就不向m s 发送d e t a c h 接受消 华中科技大学硕士学位论文 息，m s 中的g m m 实体在向s g s n 发送d e t a c h 请求消息后，直接通知l l c 为这个移 动台分配的t l l i 无效。 1 3 4 4 2 网络发起的d e t a c h m sb s s s g s ng g s n岱c ，v l r l d e t a c hr e q l , s t 2 d e l e t e p d p i o n t e x tr “l u e s t 2 d e l e t e p d p i o n t e x tr e s p o n s 3 d e t a c ha c c e) t m sb s ss 删g g 斛i i i - i i rm 眦 l c a n c e l 岫 三d e t a c h e , m , 挝 3 浏e r e p c p it c a e x t r e q u e s t 三d e l e t e p e ph t e x t r e s p o m 4 _ d e t a c h r e s t 5 c a n c e ll o c a l【a a a 呔 图1 7 网络发起的去活流程 网络发起的d e t a c h 与m s 发起的d e t a c h 在所使用的原语及消息上基本一致 只是发起方在网络侧。 1 3 4 4g p r s 路由更新流程 下面介绍一下g p r s 协议的路由更新过程。 1 3 4 4 1 一个s g s n 内的r a 更新 图1 8s g s n 内的路由更新“ 华中科技大学硕士学位论文 1 ) m s 向s g s n 发送路由更新请求。 2 ) 如果r a 更新请求中没有老p - t m s i 标识，$ g s n 要选择执行鉴权、加密 功能。 3 ) s g s n 对m s 在这个r a 中的有效性进行确认。如果检测成功，s g s n 将更 改关于该m s 的删上下文，并可重新分配p - t m s i ，之后，向m s 发回路由区更新 接受。 4 ) 如果w t m s i 被重新分配，m s 将向s g s n 发回路由更新完成，作为对这个 新的p - t m s i 的确认。 1 3 4 4 2s g s n 之间的r a 更新 l r o u 协i n g a “au p d n t er e q = c m 一 2s g s nc o n t et tr e q u e s t u g s n c o n i c ；tr c s p o n a e 互s e c u r i t yf u n：t i o r a 3s g s nc o n t e ：t a c k n o w l e d g e 4u p d a m p d p2 0 n t e x tr e q u e 虬 iu p d a t ep d p (o n t e x tr c q u e s t su p d a t cl o c a t u t t n c e l o c t t t 0 7c a n c e ll o c a t im a c k l i n s e r t s u b s c rb e rd a t a 9i n s e r ts u b s c rb e t d a 扭a c k l 旦u p d i # l o c a b o n a c k 一 uk o l x t t i n g ， r e tu d d a 幢a c c l9 t 1 2 r o u t e i n gp他- u p d a t ec o mp l e t t ： 图1 9s g s n 之间的路由更新” 1 ) m s 向新的s g s n 发送路由更新请求。 t 4 华中科技大学硕士学位论文 2 ) 新的s g s n 向旧的s g s n 发送s g s n 上下文请求以获得m s 的洲上下文和 p d p 上下文。如果i bs g s n 确认了m s 的合法性，旧s g s n 将向新s g s n 发送s g s n 上下文响应。新s g s n 随后发起鉴权过程。 3 ) 新s g s n 向旧s g s n 发送s g s n 上下文响应消息，通知旧s g s n 它已经准备 好接收隶属于激活p d p 上下文的分组数据。 4 ) 新s g s n 向g g s n 发送更新p d p 上下文请求。g g s n 更新相应p d p 内容，并 返回更新p d p 上下文请求。 5 ) 新s g s n 向h l r 发送位置更新，以通知为幅服务的s g s n 的变化。 6 ) h l r 向旧s g s n 发送取消位置请求。 7 ) 旧s g s n 删除删上下文和p d p 上下文，并返回取消位置响应。 8 ) h l r 向新s g s n 发送插入数据请求。 9 ) s g s n 就配置哪上下文，并向h l r 发送插入数据响应。 l o ) h l r 向新s g s n 发送位置更新响应。 1 1 ) 如果新s g s n 接受 i s 的r a 更新请求，s g s n 就配置m s 的姗上下文和 p d p 上下文，并与m s 建立起一条新的逻辑连接，然后向m s 发送路由更新接受。 1 2 ) m s 向新s g s n 发送路由更新完成，作为对新分配的p - t m s i 的确认。 1 4 本文主要讨论的内容 在实现g p r s 协议的硬件上，可以选择像c p x 8 2 1 6 硬件平台这样的分布式处理 系统。但当g p r s 移动性管理要实现移动台的路由更新过程时有可能产生协议上没 有定义的板问切换过程，它有点类似与蜂窝通信中的切换过程，我们将对板间切 换的实现及其性能进行研究。 在第2 章中，我们引出了板间切换问题，并对它的实现提了几个基本要求。 在第3 章中，我们对蜂窝中切换的概念，切换的一些性能指标及切换发起算法和 切换控制策略做了介绍。 华中科技大学硕士学位论文 第4 章，我们提出了一种切实可行的板间切换流程a 在第5 章中，在借鉴了蜂窝中切换算法后，我们对板间切换的性能做了进一 步改进，提出了自适应板间切换算法，及优先级板间切换策略，并进行了仿真。 第5 章对全文做了总结，并提出了还有可能进一步改进的地方。 1 6 华中科技大学硕士学位论文 2g p r s 系统的板间切换 2 1g p r s 系统s g s n 节点的实现和板间切换问题