（通信与信息系统专业论文）ltesae网络中移动性管理技术的研究.pdf

1一 f 1 r t 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工科通信与信息系统 研究方向：i p 和宽带网络技术 作者：2 0 0 7 级硕士研究生宁鹏 指导教师：孟旭东副研究员 题 目：l t e s a e 网络中移动性管理技术的研究 英文题目：t h es t u d yo nm o b i l i t ym a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e si nl t e s a e n e t w o r k 关键词：l t e s a e ，移动性管理，附着去附着，跟踪区更新，切换 k e y w o r d s ：l t e s a e ，m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，a t t a c h d e t a c h ，t r a c ka r e au p d a t e ， h a n d o v e r 阳 r _ i 、 i - 加 南京邮电大学硕：上研究生学位论文 摘要 摘要 l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 与s a e ( s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ) 是3 g p p 为适应未 来移动通信技术的发展，为用户不断提升的数据业务需求提供更好支持，针对未来数据业 务具有高速突发性的特征提出的分别对于无线接入网和核心网的演进技术，通过引入默认 承载、聚合资源调度等概念，真正实现了用户的永远在线，提高了业务的数据速率，从 而提升了用户体验。与此同时，核心网的网络结构也由于未来数据业务的特性而在网络层 次上发生很大的变化，无线网络的网络部署、网络规划也将变得更加复杂。因此，为了在 这样一个异构网络中给用户提供更好的服务，作为无线通信网络核心问题之一的移动性管 理将变得尤为重要。 论文基于作者参加企业合作项目中积累的经验与心得，按照3 g p p 相关标准，系统研 究了l t e s a e 网络中移动性管理技术，基于l t e s a e 与u m t s 互联结构给出了核心网网 元移动性管理实体m m e 中移动性管理功能原型系统软件的开发细节。 论文系统研究了l t e s a e 网络的移动动性管理技术，详细论述了l t e s a e 网络移动 性管理中附着去附着，跟踪区更新，以及切换的信令流程，基于l i n u x 操作系统和c 语 言丌发了原型系统软件，给出了网络通信模块，编解码模块，状态机管理模块，线程初始 调度模块，内存管理模块，定时器模块及三个应用功能模块一附着去附着，跟踪区更新， 切换的详细设计方案，并完成了软件测试。 测试结果表明设计系统符合标准中的功能要求，对相关开发有一定的参考意义。 关键词：l t e s a e ，移动性管理，附着去附着，跟踪区更新，切换 a b s t r a c t l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) a n ds a e ( s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ) a r e r a d i oa c c e s s t e c h n o l o g ya n dc o r en e t w o r kt e c h n o l o g yw h i c ha r ep r o p o s e db y3 g p pi no r d e rt om e e tt h e d e m a n d so fd a t as e r v i c e sa n dt h en e e d so ft e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t w i t ht h ea p p l i c a t i o no f d e f a u l tb e a ra n da g g r e g a t e dr e s o u r c es c h e d u l i n g , t h ea l w a y so n l i n eo fs u b s c r i b e r sc a nb e r e a l i z e d t h es p e e do fd a t a sc a nb ei n c r e a s e da n dt h et h ee x p e r i e n c eo fs u b s c r i b e r sc a na l s ob e i m p r o v e d i nt h em e a n t i m e ，b e c a u s eo ft h ef e a t u r e so ft h ef u t u r e sd a t as e r v i c e s ，t h en e t w o r k l a y e ro fc o r en e t w o r kw i l lc h a n g es i g n i f i c a n t l y , t h ed e p l o y m e n ta n dp r o j e c to fr a d i oa c c e s s n e t w o r kw i l lb e c o m em o r ec o m p l i c a t e d a st h er e s u l t ，i no r d e rt op r o v i d eb e t t e rs e r v i c ef o ru s e r s i nt h en e t w o r k ，m o b i l i t ym a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo fl t e s a ew h i c hi s o n eo ft h ec o r e p r o b l e m so fw i r e l e s sn e t w o r k b e c o m e sv e r yi m p o r t a n t a c c o r d i n g t o3 g p ps t a n d a r d ，t h em o b i l i t ym a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo fl t e s a ei s s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h i st h e s i s ，t h ep r o t o t y p es y s t e ms o f t w a r eo fm o b i l i t ym a n a g e m e n t m n c t i o ni nm m eb a s e do nt h ec o n n e c t i o na r c h i t e c t u r eb e t w e e nl t e s a ea n du m t si sa l s o p r o p o s e di nt h i st h e s i s t h em o b i l i t ym a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo fl t e s a en e t w o r ki si n t r o d u c e di nt h i st h e s i s ，t h e s i g n a l l i n gp r o c e d u r eo fa t t a c h d e t a c h ，t r a c ka r e au p d a t ea n dh a n d o v e ra r e a l s oi n t r o d u c e di nt h i s t h e s i s t h e nt h es c h e m eo fa l lm o d u l e si nt h ep r o t o t y p es y s t e ma r ed e s i g n e da n dp r o p o s e di n d e t a i la n ds o f t w a r et e s t i n gi sa l s oi m p l e m e n t e d t h er e s u l t so ft e s tp r o v et h a tt h ep r o t o t y p es y s t e mc a nm e e tt h er e q u i r e m e n to f3 g p p s t a n d a r da n dc a nb er e f e r e n c et or e l a t e dd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：l t e s a e ，m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，a t t a c h d e t a c h ，t r a c ka r e au p d a t e ，h a n d o v e r i i 一 p - ， 南京邮电大学硕十研究生学位论文目录 摘要 a b s t r a c t 目录 目录 h 第一章引言 l - 扫 l 1 1 研究背景及意义l 1 2 论文的研究内容及组织结构3 第二章l t e s a e 网络体系结构 2 1 演进无线接入网e u t r a n 4 2 2 演进分组核心网e p c 5 2 2 1e p c 功能实体介绍5 2 2 2e p c 网络结构6 第三章移动性管理技术9 3 1 移动性管理技术概述9 3 2 移动性管理的网络参考模型及功能实体9 3 3 移动性管理的演进。1l 第四章l t e s a e 网络移动性管理信令流程 。1 3 4 1i ；i 言l ：； 4 2u e 附着去附着13 4 2 1u e 附着( a t t a c h ) 13 4 2 2u e 去附着( d e l a c h ) 一1 6 4 3 跟踪区更新( 1 1 a u ) 2 2 4 3 1s g w 改变时的跟踪区更新2 2 4 3 2s g w 不变时的跟踪区更新2 4 4 41 ；口换( h a n d o v e r ) 2 5 4 4 1 基于x 2 参考点的e u t r a n 内部切换2 6 4 4 2 基于s l 参考点的e u t i 乙a n 内部切换2 9 4 4 3e u t ra n 向u t r a n 切换3 2 4 4 4u t ra n 向e u t r a n 切换3 5 第五章m m e 移动性管理功能原型系统设计与开发 5 1 软件总体结构。3 9 5 2 公共平台设计与开发4 0 5 2 1 网络通信模块4 0 5 2 2 编解码模块4 1 5 2 3 线程初始调度模块4 9 5 2 4 状态机管理模块5 0 5 2 5 内存管理模块5 l 5 2 6 定时器管理模块5 4 i 南京邮电大学硕 ：研究生学位论文 目录 5 3 附着应用功能模块开发5 6 5 3 1 新m m e 中状态转换及消息处理5 6 5 3 2 旧m m e 中状态转换及消息处理5 9 5 4 去附着应用功能模块开发6 0 5 4 1 u e 发起的d e t a c h 状态转换及消息处理6 1 5 4 2 u e 在i s r 激活时从g e 黜蝌舢t & a n 发起的d e t a c h 状态转换及消息处理6 3 5 4 3m m e 发起的d e t a c h 状态转换及消息处理6 3 5 4 4s g s n 发起的d e l a c h 状态转换及消息处理6 5 5 4 5h s s 发起的d e t a c h 状态转换及消息处理。6 5 5 5 跟踪区更新应用功能模块开发：一6 6 5 5 1 新m m e 状态转换及消息处理6 6 5 5 2 旧m m e 状态转换及消息处理6 8 5 6 切换应用功能模块开发7 0 5 6 1 基于x 2 接口e - u t 黜n 内部切换的状态转换及消息处理7 0 5 6 2 基丁s l 接口e u t r a n 内部切换的状态转换及消息处理7 l 5 6 3e u t r a n 向u t 凡气n 切换的状态转换及消息处理7 6 5 6 4u t r a n 向e u t r a n 切换的状态转换及消息处理7 8 5 7 廊埘软件测试8 l 5 7 1 附着测试川例“8 2 5 7 2 去附着测试h j 例8 3 5 7 3 跟踪| 叉：更新测试用例8 3 5 7 4 切换测试h j 例8 4 5 7 5 测试结果一8 6 结j 定语9 2 致谢 参考文献：9 4 研究生期间发表的论文及科研成果9 5 w 脚 户 ( h 、 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章引言 1 1 研究背景及意义 现代社会已步入信息社会，信息在经济发展、社会进步乃至人民生活各个方面都起着 日益重要的作用，人们对信息的丰富性、及时性和便捷性的要求也越来越高。在业务和用 户需求的不断推动下，移动通信系统得到了飞速发展。 到目前为止，移动通信的发展经历了三代，第一代( 1 g ) 为模拟通信，给人们丌辟了 移动通信的崭新天地；第二代移动通信( 2 g ) 为数字通信，让普通人享受到了移动通信的 方便和益处；第三代( 3 g ) 为准宽带移动通信，能提供基本的数据和多媒体业务。可以说， 移动通信已深刻地影响了人们的生活方式，为社会进步、经济发展做出了巨大贡献。在 3 g 大规模商用以后，多媒体服务与应用将会得到广泛推广，而3 g 在速率、服务质量、无 缝传输等方面的局限性也将日益显露出来，在电信技术业务移动化、宽带化、i p 化和多媒 体化的趋势下，势必需要带宽更宽、容量更大、功能更强的无线系统。 在这种背景下，第三代合作伙伴组织3 g p p 在现有2 gg s m 和3 gu m t s 的基础上， 在r 8 标准中又进一步推出了演进u m t s 技术- - e p s ( e v o l v e dp a c k e ts y s t e m ) ，目标是为 实时和非实时业务提供一种统一的体系架构，并且为用户提供高数据传输速率、低延时和 优化的分组无线接入技术。e p s 包括两个重要组成部分一l t e ( l o n gt i m ee v o l u t i o n ) 和 s a e ( s y s t e m a r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ) ，分别明确了无线接口技术演进以及分组核心网络演 进的发展方向。 3 g p p 启动的l t e 项目的主要性能目标包括：在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行 1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系 统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5 m s ，控制平面从睡h 民状态到激活状态迁移时间 低于5 0 m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于1 0 0 m s ；支持l o o k m 半径的小区覆盖； 能够为3 5 0 k n g h 高速移动用户提供大于1 0 0 k b p s 的接入服务；支持成对或非成对频谱，并 可灵活配置1 2 5 m h z 到2 0 m h z 多种带宽。与3 g 相比，l t e 更具技术优势，具体体现在 高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等方面。l t e 采用由e n o d eb 构 成的单层结构。这种结构有利于简化网络和降低延迟，实现了低时延、低复杂度和低成本 的要求。与传统的3 g p p 接入网相比，l t e 减少了r n c 节点。名义上l t e 是对3 g 的演 进，但事实上它对3 g p p 的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的口宽带网 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 引言 结构。演进型n o d eb ( e n o d e b ) 不仅具有原来n o d eb 的功能，还能完成原来r n c 的大部 分功能。n o d eb 之间将采用网格( m e s h ) 方式直接互联，这也是对原有u t r a n 结构的重大 修改。 s a e 的工作目标和研究方向就是实现全i p 架构和实时业务的提供，并实现演进的 网络与现有3 g p p 系统以及非3 g p p 网络( 如w l a n 、w i m a x ) 之间的异构互连和互 通功能。核心网络取消了电路域部分，采用了全i p 的分组网络，网络实体主要包括移动 性管理实体m m e ( m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y ) ，服务网关s g w ( s e r v i n gg a t e w a y ) ，分 组数据网络网关p g w ( p d ng a t e w a y ) 。m m e 负责核心网络的控制功能，包括寻呼、安 全控制、核心网的承载控制以及终端在空闲状态的移动性控制等：s g w 负责u e 用户平 面数据的传送、转发和路由切换等；p g w 主要负责非3 g p p 接入部分，包括用户数据报 的过滤、对数据报进行q o s 级别分类、对数据报进行门控和速率控制、根据计费策略进 行计费，同时作为非3 g p p 接入用户的锚点处理切换流程。 可见，基于i p 的3 g p p 业务将通过不同的接入技术提供，从另一角度，原有的2 g 及 3 g 网络也将长期存在，因此要支持不同接入技术之间的无缝移动性，在这种情况下，移 动性管理成为重要的解决问题。 移动性管理主要包括位置管理和切换管理两项内容。其中位置管理解决的主要是移动 用户在空闲状态下从一个区域移动到另一个区域时，需要向网络报告其所在位置，使网络 知道其所在区域，以便对其及时寻呼；切换管理解决的主要是移动用户在活跃即会话状态 下保证会话的连续性，以致不影响到用户正常的服务要求。 目前，我国正在大力建设3 g 网络，由于3 g 在带宽及网络融合性方面的劣势，通过 l t e s a e 向4 g 演进成为必然趋势，中国移动及中国联通己明确表示加紧l t e s a e 研究 并向其演进，此前，英国沃达丰、日本n t td o c o m o 、美国a t & t 和v e r i z o n 等世界主要 电信运营商已经决定采用l t e 技术，中国移动及中国联通加入l t e 阵营，将会大大推动 l t e 技术的发展，l t e 在后3 g 时代也将延续2 g 时代g s m 的主流地位；爱立信、诺基亚 西门子、华为等世界主要的电信设备生产商正加紧研发l t e s a e 网络设备，预计将在2 0 1 4 年获得规模部署。 综上所述，大力研究l t e s a e 网络中移动性管理技术势在必行，具有重要的理论及 实际意义，本文正是在这种背景下提出的。 2 l k 、 南京邮电大学硕上研究生学位论文 引言 1 2 论文的研究内容及组织结构 本文的主要研究内容包括： l 、l t e s a e 技术的研究背景和意义。 2 、l t e s a e 网络架构、功能实体。 3 、移动性管理技术的演进路线。 4 、u e ( u s e re q u i p m e n t ) 在l t e s a e 网络内附着去附着，跟踪区更新及在其与 3 g 网络分组域间切换的相关信令流程，以及涉及到的功能实体处理过程。 5 、移动性管理实体m m e 中与4 中信令流程与处理过程相关的软件功能模块的设 计丌发、测试技术，其中包括网络通信模块，编解码模块，状态机管理模块，线程初始 调度模块，内存管理模块，定时器模块及三个应用功能模块。 文章的组织结构如下： 第一章介绍了论文的研究背景、意义，概述了研究内容。 靠 第二章介绍了l t e s a e 网络架构、功能实体。 第三章研究了移动性管理技术及其在3 g p p 中的演进。 第四章附着去附着、跟踪区更新及切换的信令流程。 第五章开发了m m e 移动性管理功能原型系统软件并进行测试。 南京邮电大学硕士研究生学位论文l t e s a e 网络体系结构 第二章l t e s a e 网络体系结构 l t e s a e 网络，即e p s 网络，由演进无线接入网e u t r a n ( e v o l v e du n i v e r s a l t e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ) 和演进分组核心网e p c ( e v o l v e dp a c k e tc o r e ) 组成，本 章将分别进行介绍。 2 1 演进无线接入网e u t r a n 图2 1 、2 2 、2 3 展示了无线接入网的演进过程，2 g g s m 无线接入网络与3 g u m t s 中u t r a n 的结构非常相近。u t r a n 由负责无线接口上收发的无线设备n o d e b 以及负责 n o d e b 配置和无线资源分配的无线网络控制器r n c 组成。 与u t r a n 及g s mr a n 相比，e u t r a n 结构相当简单，仅由e n o d e b 一个网络设 备组成，不再具有2 g 中的b s c 及3 g 中的r n c ，e n o d e b 使用s l 参考点直接连接到核心 网络，r n c 支持的功能分别由e n o d e b 、核心网中移动性管理实体m m e 和服务网关s g w 等实体实现。 e n o d e b 间定义了一个新参考点x 2 ，采用网状m e s h 互连。该参考点的主要工作是尽 可能减少由于用户移动导致的分组丢失。当终端在接入网络间移动时，由于采用了x 2 参 考点，保留在原来e n o d e b 队列中未发送或确认的分组会转发到新的e n o d e b 。 e u t r a n 的这种简单网络结构减少了节点数，使网络运营更加简单，在无线接口上 减少了数据传输时延。 图2 1g s mr a n 结构 4 南京邮电大学硕。l j 研究生学位论文l t e s a e 网络体系结构 图2 2u t 凡气n 结构 2 2 演进分组核心网e p c 图2 3e u t m 气n 结构 2 2 1e p c 功能实体介绍 演进分组核心网e p c 由下面的功能实体组成： 1 移动性管理实体( m o b l i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y , m m e ) ：m m e 负责与用户和会话管理有 关的控制平面功能，包括： 1 ) 安全过程一与终端用户认证、密钥初始和协商以及完整性保护算法有关。 2 ) 终端到网络的会话管理一涉及用于建立上下文和q o s 等参数的信令协商过程。 3 ) 空闲终端位置管理一涉及跟踪区更新，使得网络在有会话到来时能够连接到终端。 m m e 通过s 6 参考点与包含所有用户订阅信息数据库的h s s 相连。 2 服务网关( s e r v i n gg a t e w a y , s g w ) ：服务网关是连接e u t r a n 的分组数据接口的终 南京邮电人学硕j ：研究生学位论文l t e s a e 网络体系结构 点。当移动终端在e u t r a n 中的不同e n o d e b 间移动时，服务网关作为本地移动锚点。 当终端在e u t r a n 内或在e u t r a n 与其它3 g p p 网络( 2 g g s m ，3 g u m t s ) 问移 动时，分组通过服务网关进行路由。 3 分组数据网络网关( p d ng a t e w a y , p g w ) p g w 是连接分组数据网络的分组数据接口 的终点。作为连接外部分组数据网络的锚点，p g w 网关还支持策略增强功能以及分组 过滤和增强计费功能。 4 策略和计费规则功能( p l o i c ya n dc h a r i n gr u l e sf u n c t i o n ，p c r f ) ：决定资源接入和征用 规则，进行计费控制。 2 2 2e p c 网络结构 1 ) 非漫游结构 图2 4 非漫游e p c 结构 非漫游结构是u e 在注册地接入网络时的网络结构，s 1 参考点分为支持信令的 s 1 m m e ，用于连结控制平面的m m e ，以及s 1 一u ，用于连结用户平面的s g w ；m m e 通 过s l l 参考点控制s g w ；在任何结构中都使用s 5 参考点维持多个分组数据网络的连接， 它与2 g 3 g 网络中s g s n 和g g s n 间定义的g n 参考点具有相同的灵活性。 2 ) 漫游结构 图2 5 是漫游“归属路由”结构，在这种情况中，用户已经注册到网络a ，但是当前位 于访问网络b 内。在这样的漫游情况下，会话的一部分由访问网络处理，包括e u t r a n 接入网络支持、m m e 的会话信令处理以及通过本地的服务网关节点的用户平面路由。由 6 南京邮电人学硕t 研究生学位论文l t e s a e 嘲络体系结构 于本地m m e 和服务网关的作用，因此访问网络可以建立并且向用户的归属运营商发送计 费信息，包含业务数据量和分配的服务质量属性。 图2 5 漫游e p c 结构一归属路由 简而言之，在这种结构中，访问网络提供接入连接，而归属网络仍然要提供接入外部 网络的功能，呼叫仍然会发往归属p g w ，因此它是一种“归属路由”业务。但是，由于归 属p g w 和访问s g w 有可能离得很远，因此标准还允许用户业务通过访问p g w 进行路由 优化。 “本地路由”结构见图2 6 ，所有网关都是访问网络内的网关。访问p c r f 通过新的s 9 参考点从归属p c r f 中提取服务质量策略和计费控制信息。 图2 6 漫游e p c 结构一本地路由 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 l t e s a e 网络体系结构 3 ) 与2 g 3 g 移动性互联结构 s l 图2 7 与2 g 3 g 移动性互联e p c 结构 该结构适用于终端在e u t r a n 小区和u t r a n g e r a n 小区间移动的情况，移动过 程中分组数据或会话是激活的。s 3 参考点的作用是当终端从一种类型的接入网移动到另 一种类型的接入网时，用来在s g s n 和m m e 间交换用户和承载信息。例如交换用户上下 文以及协商服务质量和承载信息，以便新的服务m m e 或s g s n 可以得到所有会话的必需 信息，它是在为2 g 3 g 核心分组网络设计的g n 参考点基础上定义的，用来支持s g s n 间 的移动性。s 4 参考点与会话用户平面有关，支持s g s n 和s g w 间的分组数据传输，在 e p c 中起移动性锚点的作用。从s g s n 的角度看，服务网关的作用与g g s n 非常相似， 因此s 4 参考点是以2 g 3 g 分组核心网s g s n 和g g s n 问定义的g n 参考点为基础。 南京邮电大学硕上研究生学位论文移动性管理技术 第三章移动性管理技术 3 1 移动性管理技术概述 与固定通信网络相比，移动通信系统的主要优点是可移动性。“移动服务”与其他的几 大功能结合在一起，使得用户可以在很大的地域范围内方便地进行通信，并在移动过程中 保持通信的连续性。在所有的陆地移动通信系统中，能最广泛地提供移动通信服务的系统 就是蜂窝移动通信系统。这些系统通过从一个小区切换到另一个小区而使用户在移动过程 中保持通信的连续。从功能上讲，移动性管理主要能使通信网络完成如下操作： ( 1 ) 当呼叫到达时定位随机移动的终端； ( 2 ) 当终端移至另一新的位置区时能跟网络保持联系。 根据以上概念，移动性管理主要包括两个不同而又相互联系的组成部分：位置管理和 切换管理。位置管理所要解决的任务是怎样定位一个移动终端，怎样跟踪它并更新它的位 置信息，而切换管理主要是对数据传递过程中移动终端接入点变化的控制，另外，移动性 管理还包括其他的一些方面，如移动服务质量、资源管理、移动保密性等等。 移动性管理的两个层面必须加以强调。首先，从微观层面上看，移动性管理必须能使 用户从一个小区移动到另一个小区时保持通信连续；其次，从宏观层面上看，用户一旦付 费入网后，他就有权在其归属网络的覆盖范围内获得通信服务，同时，也能在其他网络( 访 问网络) 中获得通信服务。上面所讲的第一个过程叫越区切换；第二个过程则包括了小区 选择重新选择和位置管理。二者组成了蜂窝移动通信系统的两项主要功能。移动性管理 己被广泛认为是无缝接入无线网络和移动业务的最重要和最具挑战性的问题之一，它是在 通信不被中断的情况下自动支持移动终端享受服务，同时自由地随机游动的基本技术。未 来的移动通信系统将朝着通过不同种类的无线网络的互操作实现全球连接的方向发展，在 这样的网络中随机游动是一个非常复杂的情况，将产生许多新的问题，平稳和适应的实时 传递多媒体应用的需求将使移动性管理策略的设计变得更加困难。 3 2 移动性管理的网络参考模型及功能实体 移动性管理的网络参考模型及其功能实体如图3 1 所示。根据移动目标( 用户) 的归 属，将通信网分成一个归属( 家乡) 网络和多个拜访( 外地) 网络。不同的移动性管理技 南京邮电大学硕上研究生学位论文鳖垫丝笪里垫查 术还可能将归属网络、拜访网络进一步划分成位置区( l a ) 和寻呼区( p a ) 。移动性管 理涉及的功能实体有四类：移动性管理服务器( 含数据库)、网络服务接入点( 简称接 入点) 、域移动控制器，以及相应的移动性管理协议。 甲甲甲甲 - 户 注畦掣l卜蒋服 注册管理协议 注册认证服l l 位置管理服 度蜉 il 稀羟 务器 i l 刃偷 位置管理协议 穷葡 l l “” 域移动控制 域移动控制 器 器 一切换控l r j 扣墟协柏。l 制协议 协议 服务接入点 服务接入点服务接入点 服务接入点 用户 用户 l 图3 1 移动性管理的网络参考模型及其功能实体 【) 移动性管理服务器 移动性管理服务器提供相应的移动性管理功能，包括两类：注册认证服务器( 简称注 呀服务器) 、位置管理服务器( 简称位置服务器) 。注册服务器负责管理用户的接入鉴权信息 ( 包括网络接入鉴权和业务接入鉴权) 和业务属性信息等，在3 g p pr 5 之前为h l r a u c 和e i r ，r 5 引入h s s 后为h s s 和e i r 。位置服务器负责记录、更新、查找、注销用户当 前位置信息，在3 g p pr 5 之前为h l r 、v l r 、s g s n ，r 5 一r 7 后为h s s ，s g s n ，到了r 8 后 。 为h s s 和m m e 。拜访网络的注册服务器、位置服务器只存储漫游到该网络的拜访用户临 时信息，即当用户离开后，其信息是要删除的。归属网络的注册服务器存储其用户的( 半) 永久信息，用户的归属网络位置服务器与其拜访网络位置服务器通信，以及时更新该用户 的位置信息。 2 ) 接入点 l o 南京邮电人学硕1 ：研究生学位论文 移动性管理技术 接入点负责提供用户通信需要的接入连接、号码地址适配及相关的切换控制功能， 如蜂窝网中的基站子系统、w a l n 的接入点( a p ) 、w i m a x 的基站等。当用户移动引 起接入点服务区域的变化时，就发生切换控制。 3 ) 域移动控制器 域移动控制器如2 g 3 g 网络中的m s c g m s c 、s g s n g g s n ，e p s 网络中m m e s g w ， m i p 的家乡代理和外地代理，主要负责：切换控制，如域内( 同一拜访网络) 接入点间的 切换和域间( 不同拜访网络) 的切换控制；域间网关功能，如拜访网络和归属网络间有关 移动性的注册管理信息和位置信息的通信。 4 ) 移动性管理协议 移动性管理协议实现功能实体间的相互通信，以实现认证、信息交换( 如用户信息和 位置信息等) 、控制等功能，分为四类：注册管理协议、位置管理协议、切换控制协议和 互操作控制协议。 3 3 移动性管理的演进 目前，蜂窝移动通信系统已经经历了从1 g 、2 g 、2 5 g 、3 g 到后3 g 的发展变化，移 动性管理作为支持用户移动性的关键技术也得到了不断的完善。以3 g 网络和l t e s a e 网络为例，随着网络结构的逐步演进，移动性管理的实现方式略有差异，管理能力得到了 增强。在3 g p p 标准中，各版本网络结构和移动性管理的主要特征如表3 1 所示。 表3 13 g p p 各版本网络结构和移动性管理演进 项目版本 r 9 9 r 4r 5r 6r 8 接入网w c d m a 新增新增研究其他工l t e 技术， f d d ，集中式 t d s c d m a ，h s d p a ，作频段；引e n o d e b 单 r n c ：a t mr n c 增加管r n c 和基站入m i m o i p节点结构， 传输理支持i p 传输和a t m 互操m e s h 互连的 t d s c d m a能力，增加 作；u t r a nx 2 参考点 的功能 i u f l e x 功能传输，支持 网络共享 南京邮电大学硕： 研究生学位论文移动性管理技术 核心网电路域采用电路域演进增加m s 应制定i m s 消全分组简化 集中m s c 和为分布式用域：i m s息业务相关结构，增强 原m a p 信m s c 的软交的呼叫控制规范；完善与非3 g p p 令协议；分换技术协议为s i p网络互通和网络互通 组域为安全，引入 g p r s 增强m b m s 业务 版 移动性管理增加r n c 重相对于r 9 9引入h s s ；支持w l a n引入t a u 概 定位信令流无实质性增加i m s 的与3 g p p 互念，多t a u 程，以支持变化移动性管通时，由注册，默认 切换功能；理，主要是 3 g p p承载使用户 增加鉴权五位置管理和a a as e r v e r保持一直在 元组及双向鉴权功能完成对u e线，x 2 参考 鉴权功能的鉴权与认点的引入及 证m e s h 连接减 少切换时 延，简化的 核心网结构 使承载建立 及更新效率 提高，完善 与w l a n 互 通的移动性 1 2 南京邮电人学硕十研究生学位论文l t e s a e 网络移动性管理信令流程 4 1 引言 第四章l t e s a e 网络移动性管理信令流程 运营商在升级到l t e s a e 网络后，在一定的时期内3 g 网络将同时存在，因此本章的 网络模型是图2 7 所示的e u t r a n 与3 gu t r a n 共同接入e p c 的互联模型，此图中， s g s n 的功能得到增强以适应接入e p c 的需要。此外，要想在此多制式网络中随需接入， u e 也需要支持多模。 本章描述l t e s a e 网络中移动性管理相关的主要过程的信令流程，包括u e 附着，去 附着，u e 跟踪区更新，u e 在l t e s a e 网络内部切换，u e 在l t e s a e 网络与3 gu m t s 网络分组域问的切换。 本章所有的信令流程图来自3 g p pt s2 3 4 0 1v 8 0 标准文档。 4 2u e 附着去附着 4 2 1u e 附着( a t t a c h ) u e u s e r 要想获取服务，需要向网络注册，这个注册过程被称为附着( a t t a c h ) 。附着 的过程建立了默认的e p s 承载，从而使u e u s e r 保持“一直在线”的i p 连结，并且p g w 将 激活预告定义好的相应于此默认e p s 承载的策略与计费规则。附着过程也可能触发专用承 载建立过程来为此u e 建立一个或多个专用承载。附着流程如图4 1 ： 1 u e 向e n o d e b 发送a t t a c hr e q u e s t 请求附着。 2 e n o d e b 从带有旧g u m m e i 的r r c 参数中获得m m e 。 3 如果u e 使用g u t i 标识自己且d e t a c h 后m m e 已经改变，则新的m m e 使用从 u e 收到的g u t i 获得旧m m e s g s n 的地址，并向其发送i d e n t i f i c a t i o nr e q u e s t 来请求 i m s i ，旧m m e s g s n 响应i d e n t i f i c a t i o nr e s p o n s e 。 4 如果新旧m m e s g s n 都不认识此u e ，新m m e 将向其发送i d e n t i t yr e q u e s t 来请 求i m s i 。 5 a 如果在网络中不存在u e 的上下文，或a t t a c hr e q u e s t 没有完整性保护，那么鉴权 和n a s 安全建立来激活完整性保护和n a s 加密。 1 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 l t e s a e 网络移动性管理信令流程 u ee n o c i e b 舱1 嗽m e l o l d ls e r v i n g g w p d g w l p c r fi lh s s i m m e 只i ( j s n 1 a t t a c hr e q i眙s t if l ri 2 a t t a c h。 r e q u e s t 3