（通信与信息系统专业论文）个人通信的移动性管理技术研究.pdf

华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 ab s t r a c t o n e o f t h e m o s t s w i ft l y d e v e l o p e d t e l e c o m m u n i c a t i o n f i e l d s i s m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n , a n d m o b i l i t y m a n a g e m e n t i s i t s k e y c o m p o n e n t . t h e c e l l u l a r m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s u s e lo c a t i o n d a t a b a s e s t o a c h ie v e m o b i l i t y m a n a g e m e n t . t h e w i d e a p p l i c a t i o n s a n d f a s t d e v e l o p i n g o f m o b i le t e l e c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e s m a k e s o m e p e o p l e e v e n p r e d i c t t h a t , o u r i n f o r m a t i o n s o c i e t y a r e t u r n i n g i n t o m o b i l e i n f o r m a t i o n s o c i e t y , a n d m o b i l i t y i s t h e k e r n e l d r i v i n g p o w e r t o t h e s o c i e t y . t h i s d i s s e r t a t i o n m a k e s a d e e p l y s t u d y a b o u t m o b i l i t y m a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e s a n d t h e r e l a t e d d a t a b a s e t e c h n o l o g i e s . t h e m a i n w o r k i s d i v i d e d i n t o t w o p a r t s , t h e fi r s t i s a r o u n d t h e s e c o n d g e n e r a t i o n m o b i l e s y s t e m s , a n d t h e s e c o n d f a c e s t o f u t u r e u n i v e r s a l p e r s o n a l t e l e c o mm u n i c a t i o n s y s t e m s . 、 扩 i n t h e f i r s t p a r t , f i r s t , t h e m o b i l i t y m a n a g e m e n t t e c h n o l o g y u s e d i n 2 n d m o b i l e s y s t e m s i s i n t r o d u c e d , t a k i n g t h e g s m s y s t e m a s a n e x a m p l e , a n d i t s d r a w b a c k s i n m e e t i n g w i th t h e n e e d o f m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t io n t r e n d s a r e a n a l y z e d , t h e f e a t u r e s o f d a t a b a s e s i n mo b i l e n e t wo r k s a r e s t u d i e d . t h e n d i s c u s s i o n s f o c u s o n t h e a u t h o r s wo r k - - t h e o v e r a l l d e s i g n a n d d e v e l o p i n g o f h l r / a u c s u b s y s t e m o f t h e j p m- i d i g i t a l m o b i l e s w i t c h i n g s y s t e m. t h e s u b s y s t e m s r o l e i n r e a l i z i n g m o b i l e n e t w o r k f u n c t i o n s , i t s s i g n a l in t e r f a c e s a n d m a i n s i g n a l i n g p r o c e s s e s , a s w e l l a s it s p e r f o r m a n c e t a r g e t s , a r e d i s c u s s e d . t h e d e s i g n s c h e m e a n d t h e s u b s y s t e m s f r a m e w o r k a r e g i v e n o u t b a s e d o n t h e a b o v e d i s c u s s i o n , m e t h o d s t o s o l v e t h e s u b s y s t e m s m a i n t e c h n i q u e d i f f i c u l t i e s a r e d i s c u s s e d , a n d f e a s i b i l i t y o f t h e s c h e m e i s p r o v e d . .4 i n t h e s e c o n d p a r t, f i r s t , t h e a f f e c t i o n s o n t h e m o b i l i t y m a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e s i n d u c e d b y i t s r e l a t e d t e c h n o l o g i e s a n d t h e t r e n d s o f m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s a r e a n a l y z e d , t h e n e w t e c h n i q u e s p r o m p t e d f o r m o b i l i ty m a n a g e m e n t i n d i f f e r e n t a r e a s , s u c h a s p l mn , wa t m, m o b i l e i p a n d s a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n s , a r e s u m m a r i z e d , 1 1 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 a n a l y z e d a n d c o m p a r e d . n e x t , t h e n e w c h a r a c t e r i s t i c s i n u s e r s m o v e me n t a n d c a l l a c t i o n s a r e a n a l y z e d , t h e c a l l m o d e l , m o b i l i t y m o d e l a n d d a t a b a s e m o d e l , w h i c h a r e a d a p t e d t o c u r r e n t s t u d y o f m o b i l i t y m a n a g e m e n t , a r e s u m m a r i z e d , a n d s o m e n e w i d e a s o f t h e m o d e l s a r e p r o p o s e d . t h e s t u d y i s m a i n l y o n m o b i l i t y m o d e l s f o r g r o u p u s e r s o r i n d i v i d u a l u s e r s , a n d i m p o rt a n t p a r a m e t e r s s u c h a s r e s i d u a l t i m e . b a s e d o n a b o v e t h e o r e t i c a l s t u d y , a n a d a p t i v e l o c a t i o n a r e a s c h e m e f o r i n d i v i d u a l u s e r s , a v o i d i n g t h e d r a w b a c k s o f t h e t r a d i t i o n a l m o b i l i t y m a n a g e m e n t s t r a t e g y , i s t h e n p r o p o s e d . t h e s c h e m e c a n d y n a m i c a l ly c h a n g e s i z e o f a n l o c a t i o n a r e a , a c c o r d i n g t o t h e u s e r s c a l l a n d m o v e m e n t b e h a v i o r , t o g e t a m i n i m i z e d o v e r a l l c o s t o f l o c a t i o n u p d a t i n g a n d p a g i n g . t h e a d v a n t a g e s o f t h e s c h e m e a r e p r o v e d b y e x p e r i m e n t s , t h e s c h e m e s p e r f o r m a n c e i n d i f f e r e n t c a s e s i s a n a l y z e d , a n d t h e i m p r o v e d m e a s u r e s s u c h a s h a n d o f f o f d i f f e r e n t l o c a t i o n u p d a t i n g s c h e m e s , a d o p t i n g s e q u e n t i a l p a g i n g m e t h o d s , c h a n g e o f t h e s h a p e s a n d o v e r l a p p i n g d e g r e e o f l o c a t i o n a r e a s , a r e p r o m p t e d . a s t h e f a c t t h a t t h e r e i s l a c k o f t h o r o u g h l y t h e o r e t ic a l s t u d y o f t h e d i s t r i b u t e d l o c a t i o n m a n a g e m e n t s t r a t e g y w h ic h i s f o r g r o u p u s e r s , f i n a l l y w e g i v e o u t a m e t h o d o l o g y f o r t h e p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n o f t h e s t r a t e g y , w h i c h b a s e d o n u s e r s p d f o f c a l l a n d m o v e m e n t b e h a v i o r . t h e s t r a t e g y s p e r f o r m a n c e i s t h e n a n a l y z e d u s i n g t h e m e t h o d o l o g y , a n d t h e i m p r o v e m e as u r e s s u c h a s s e l e c t a b l e l o c a t i o n u p d a t i n g , l a y e r r e s t r i c t e d d d b s t r u c t u r e , p o in t e r f o r w a r d i n g i n d d b s b o t t o m la y e r , a r e p r o p o s e d . k e y w o r d s : m o b i l i t y m a n a g e m e n t , m o b i l e c o m m u n i c a t i o n , p e r s o n a l c o m m u n ic a t i o n s y s t e m , d a t a b a s e t e c h n i q u e i i i 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 前言 近儿年来，在我国乃至世界范围内，移动通信的发展势头都十分迅猛，有关部门预测， 到 2 0 1 0年，中国移动电话用户总数将达到 2亿户。g s m 系统是目 前应用最广泛的第二代数 字蜂窝移动系统，为改变通信命脉长 期受制于他人的局面， 金鹏集团有限责任公司等一批国 内企业和研究机构， 近年来致力于g s m系统的国产化， 在 e i m - 6 0 1 交换技术基础上开发出 来的金鹏 j p m - 1 数字移动交换系统就是这方面的杰出代表。由于金鹏集团公司 在华中理工人 学设立了 专门的研究开发机构，也由于作者的导师兼任金鹏集团的部分技术管理工作，使作 者在博士论文研究期间， 有机会参与金鹏集团的某些产品研发，使作者的理论研究有了实践 的知识基础。本文的实践部分是金鹏移动通信系统项日 的一个重要组成部分， 主要任务包括 h l r / a u c子系统的总体设计和研制开发_ 作。 用户的移动性管理是移动通信中的一个关键问题。g s m 等第二代系统采用了相似的移 动性管理策略和相应的数据库结构，其技术已相当成熟并形成规范。但随着第三代移动系统 的实用化和第四代系统的起步，用户数最日 渐增长 ，业务种类趋于 多样化， 传统策略的弊端 日益显现。 近年来，在不同的 领域， 人们提出了许多移动性管理的 新思路， 但这些方法常局 限于 某一领域或某一方面的应用，互相之间没有连贯和全局的考虑， 其理论分析不够完善， 性能和策略上可进一步改进， 在实用性、与现有系统的兼容性等方面尚 缺乏综合的分析和评 价。基于对这一状况的认识，本文试图在这方面进行更深入的理论研究和探讨。 本文的主要内容可分为两大部分。第一部分以 金鹏公司的j p m - i 数字移动交换系统及其 h l r / a u c子系统的开发设计工作为中心， 讨论了以g s m为代表的第二 代移动系统所采用的 移动性管理策略，数据库技术，网络结构与信令接口 等， 在此基础上规划了 h l r / a u c子系 统的总体框架结构和实现模式，分析了其主要技术难点及解决方式。第二部分针对第_代系 统中移动性管理技术的不足，以 探讨适应第三代以及以 后的全球个人通信系统的新的移动性 管理策略为重点，分析了目前在 p l m n 、无线 a t m、移动 i p和卫星通信等不同领域提出的 各种移动性管理新策略， 探讨了 适应移动性管理研究的多 种理论模型，提出了适应未来移动 通信的新的移动性管理策略。 本文各章的内容安排如一 卜 i v 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第一章介绍了移动通信的发展概况、现状与未来发展趋势，归纳了移动性管理的主要内 容、基本实现方式和现有标准，分析了移动性管理在未来面临的挑战和新的要求，以及数据 库技术在移动通信中的应用特点与要求，说明了本文的研究背景、主要内容及实际意义。 第二章介绍了h l r / a u c在g s m系统结构中的位置、作用和接口关系等，分析了第二代 系统的移动性管理策略及其缺陷，分析了移动网络数据库结构的特性。 第三章在第二章的基础上，介绍了 h l r / a u c的开发背景、性能和功能要求，提出了 h l r / a u c的实现模式和设计方案，针对其中的关键问题提出了 具体的解决方案，最后以系统 测试和运行的结果验证了设计的正确性和优越性。 第四章剖析了移动通信发展趋势和相关技术的发展势态对移动性管理技术的影响，总结 了 在p l m n 、 无线a t m、移动i p和卫星通信等不同领域中， 近年来提出的各种新的移动性 管理策略，分析比 较了各种策略的 应用环境、 优势和缺陷. 第五章着眼于 分析和提出适应当 前移动性管理研究的各种理论模型，包括呼叫模型、用 户移动模型和数据库模型，分析了 用户在呼叫和运动两方面的一些新特点， 研究比 较了 适应 群体用户和个体用户运动特征的不同 理论模型，以 及驻留时间等重要的移动性参数。 第六章提出了一种个人化的自适应动态位置区方案，以单个用户的运动为研究对象，以 使位置吏新和寻呼的 信令总 代价降 至最低为 研究目 标， 通过仿真实 验验证了 方案的 优越性， 分析了 在不同的呼叫 和运动情况下 该方案的性能，提出了 切换位置更新方式、 采用顺序寻呼、 改变位置区形状与重叠程度等方案进一步的改进措施。 第七章介绍了分布式位置管理策略的基本原理， 从用户移动性和呼叫活动的概率分布出 发， 提出了 研究分布式位置管理策略的性能估计算法， 根据研究结果分析了 该策略的各种性 能， 提出了 有选择的位置更新、限制层数的d d b结构、在底层采用前转指针等改 进措施。 本文所完成的研究工作， 对于改进现有移动通信系统的性能， 和对于第三代及今后第四 代移动通信的系统设计，有一定的指导意义和应用价值。 v 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第1 章引言 本章简述了 移动通信的 发展概况和未来趋势.接着介绍了 移动通信中的关 键技术一 移动性 管理的 任务、 墓本实现方式、 现有标准、移动性概念的扩展等，分析了 移动性管理中的重要 组成部分一 数据库技术的 概况、 在移动通 信中的应用、 性能要求等.最后说明了 本文的 研究内 容、意义与主要贡献，介绍了 本文各章节的安排. 1 . 1 移动通信的 现状与发展趋势 1 . 1 . 1 移动通信的发展棍况 移动通信是指通信双方或至少有一方是处在移动中进行信息交流的通信。陆地移动通信 所涉及的系统主要有蜂窝移动通信、 无线寻呼、 无绳电话、 集群移动通信、无中 心选址通信 等，并向个人通信和未来全球移动通信方向发展。 移动通信在最近二十多年得到了蓬勃发展。 六十年代末， 美国贝尔实验室等单位提出了 蜂窝系统的概念和理论，蜂窝结构是移动通信发展中革命性的标志，蜂窝结构的特征是同频 复用和小区分裂。七十年代，大规模集成电路和微处理机技术的广泛应用为蜂窝移动通信的 实现提供了技术基础，表面组装工艺 ( s m t )的出现义加速了它的发展。到了七十年代末和 八十年代初，出 现了 美国、日 本和斯堪的纳维亚 地区的三个蜂窝移动通信系统。随后儿年， 国际上又出现了多种不同的系统，它们在八十年代都取得了飞快的发展，其中以美国的 a m p s 、 北欧的n m t 、英国 和我国的t a c s 、日 本的h c m t s等系统为主要代表，它们属于 第 一代的模 拟式 蜂窝 移动通信系 统it模拟制的 弱点是 f2 1 : ) 制式 太多， 互不兼 容， 妨 碍漫 游: 2 ) 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数据承载业务很难开展， 业务种类受到限制: 3 ) 频 谱利用率低， 无法适应大容量需 求; 4 ) 安全保密性差， 易被窃听。 因 此，八十年代初，正 当它们刚投入运行不久，世界发达国家便开始从事下一代数字移动通信系统的研究和开发工 作。 八十年代是各类通信网络竟相从模拟向数字过渡的年代，移动通信也不例外，先后有 g s m. d - a mp s , p d c . e - t d m a , n - c d ma等局部性规范在八十年代末和九十年代初陆续 颁布。 在这些第二代数字移动通信系统中，最有代表性的制式有泛欧的g s m，美国的a d c l 1 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 ( 也常称d - a m p s )和日 本的j d c i i现改 称为p d c )等， 其中以g s m的发展最引人注目 。 g s m系统是第二代系统中应用最1 泛， 也是最完善的系统， 其网络己分布 1 0 0 多个国家。 1 9 8 9 年， g s m标准生效:1 9 9 1 年， g s m系统正式在欧洲问 世，网路开始运行， 从此移动通信跨 入第二代。数字系统与模拟系统相比，具有以卜 优点川 :1) 容量大， 频谱利用率高:2 ) 通 信质量好; 3 ) 业务种类多: 4 ) 易于保密:5 ) 用户设备小巧轻便， 成本低; 6 ) 便于与i s d n , p s t n , p d n等网 络互联。数字系统中主要采用两种多址方式: t d m a技术和c d m a技术。 g s m 9 0 0 / d c s 1 8 0 0 , r美的。 - a m p s 、日 本的p d c都采用t d m a ，而北美c d m a扩频蜂窝 系统则采用c d m a i i , i4 i 技术。 c d m a比t d m a突出的优点是具有更大的系统容量， 有极强 的抗干扰性能，无需频率动态分配，无需小区频率规划，组网灵活方便，无间断越区切换。 我国于1 9 8 7 年 i 1 月在广州开通了第一个模拟制蜂窝移动通信系统，1 9 8 9 年邮电系统从 美国m o t o r o l a 、瑞典e r i c c s s o n 引进9 0 0 m h z t a c s 体制，自 北京、上海、 ) 州等相继组建模 拟移动电话系统以来，年增长率一直超过 1 0 0 %， 其发展速度不仅在中国通信史上绝无仅有， 在世界通信史上也极为罕见。1 9 9 5 年 1 月1 日 我国公用9 0 0 mh z 模拟蜂窝移动电话全国联网 投入试运行i 0 ) e 1 9 9 2年，我国上海贝尔电 话设备制造公司与比利时贝尔公司 签约，在浙江 省嘉兴市建立和开通了我国第一个g s m试验系统，并于 是 1 9 9 3 年9 月止式开放业务。 ) 一 东 省于1 9 9 4 年9 月在全国 率先建成特区 及珠江三角洲数字移动电话网 ， 初期容量5 万用户， 于当 年 1 0 月试运营。1 9 9 7 年 ii月起， c d m a数字移动电话网也在北京开始投入运营。 近儿年 来，移动通信的发展突飞猛进，手机己成为普通人的通讯工具。有关部门预测，到2 0 1 0 年， 中国移动电话用户总数将达到2 亿户。 我国的移动通信上 业的发展曾一 度落后，从系统到终端的市场都被西方公司 所垄断. 这 种局面从1 9 9 7 年发生了 重大转变，一批国内 企业、研究机构依靠自 主能力开发研制成功一系 列g s m系统.1 9 9 8年以 来国 产 g s m 设 备迈出了实用化的步伐， 完成了大量商用实验网测 试、 认证工作。目 前， 我国的移动通信业己 能自 主生产从手机、基站到移动交换机的 全系列 产品。作为我国民族通信产业代表之一的金鹏集团有限责 任公司，以国内 知名的大学和研究 所为技术依托，以 研究开发、生产和销售移动通信系统与产品为主导业务，1 9 9 9 年3 月，在 e i m - 6 0 1 交换技术基础上开 发出 来的 金 鹏j p m - 1 数字移动 交换系统 顺利 通过专家评审， 并获 得信息产业部颁发的电信设备进网证。 -一一-一一-一一一一一 2 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 1 . 1 . 2 移动 通信的 发 展趋势 移动通信的未来是全球化的个人通信网，其近期日 标是实现第二代移动通信系统。个人 通信 ( p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n s ) 是指利用各种可能的网 络技术，实现任何人 ( w h o e v e r ) 在 任何时fa l ( w h e n e v e r ) 、 任何地点( w h e r e v e r ) ， 与任何人( w h o e v e r ) 进行任何种类 ( w h a t e v e r ) 的信息交换，即 所谓五个 “ w ” 。目前对个人通信网的定义是:个人通信网 = 无线或有线接入 + 1-m 定的宽 带传输网 络+ 智能p g 6 - 10 . 在第二代与第三代系 统之间出 现了 各种个人通信形式， 在i t u - t 中称为通用个人通信u p t ( u n i v e r s a l p e r s o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o n ) 7 7 ,在美国称为p c s o 7 ( p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n s e r v i c e s )，在欧洲称为p c n ( p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k )。美国关于p c s 的定义是: p c s是 “ 允许终端移动性、个人移动性和业务 档案管理进行某种组合的能力集”。美国 t i a 和t i 委员会于1 9 9 5 年 1 2 月 批准了6 个 标准，再 加上基于d e c t的 标准， 共七个空中 接口 标 准76 7 , u p t的定义如下: u p t 在允许个人移动性 ( p e r s o n a l m o b i l i t y ) 的情况下获取电 信业 务， 它能使每个 u p t用户享用一组由 用户规定的预定业务，并利用一个对网络透明的 u p t 个人号码， 跨越多个网络， 在任何地理位置、在任何一个固定或移动的终端上发起和接收呼 叫。 它只受终端和网络能力以 及网 络经营者的规定限制。” p c n和p c s 都把移动通信网作为 实现个人通信的基础网络结构， 把小型化的移动终端作为实现个人通信的必要条件;而 u p t 则强调“ 个人移动性”与终端移动性的本质区别， 强调u p t的核心是实现 “ 个人通信”，同 时也肯 定无线移动接入和无线传输部分是实现个人通信网路结构中的一种重要组成部分， 但 并不把它们作为必要条件。 u p t仅仅是智能网中的一种业务， 可称之为个人通信业务， 实现 u p t的必要条件是高 度先进的网路智能。 迈向 个人通信这一目 标的主要系统有6 7 , o 低功率系统:这些系统主要用来提供公用无绳电话业务， 其中 最流行的是c t - 2 系统。 令 数字蜂窝系统:主要有欧洲的g s m、 英国的d c s - 1 8 0 0 、北美的c d m a和d - a m p s ，日 本的p d c等。 冷 移动卫星系统n n :主要有同步轨道移动卫星系统和中低轨道移动卫星系统两大类。 令无线l a n a v a n 7 7 ， 以及以 现有的a m p s 蜂窝网为基础， 提供蜂窝数字分组数据c d p d 业务，以g s m网为基础提供通用分组无线业务g p r s i l o 个无线用户环路 令专用移动无线电 和寻呼系统 1 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第二 代 移 动 通 信系 统( 3 g ) 是 指i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t io n a l m o b i le t e le c o m m u n ic a t i o n s - 2 0 0 0 ) p , . 2 1 1 ，原名f p l m t s ( f u t u r e p u b l i c l a n d m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m )，1 9 9 4 年更为现 名， 由国际电联i t u组织各国共同研究。 i t u - t 建议8 1 6 对f p l m t s 业务的定义如卜 : f p t l m s 是计划在2 0 0 0 年左右开始服务的第三代移动通信系统，它们通过一个或多个无线链路，接入 由固定电信网支持的) 一 泛的电信业务和对移动用户特定的其它业务。i mt - 2 0 0 0的目 标是将多 种现有的移动通信系统集成为统一的可替代系统，满足多速率、多环境和多业务的要求，使 终端设备及其使用者在世界范围内具备移动性， 为实现个人通信奠定坚实的基础。 i m t - 2 0 0 0 0 的系统模型p 2 】采用模块化的概念， 在核心 ( 交换)网 络与无线接入网之间定义了一个明确的 无线接入网络接口，该接口 允许未来发明的多种无线接入系统和现存的无线系统连接到多种 现在的核心网络和 i mt - 2 0 0 0核心网络。在核心网络一侧，i mt - 2 0 0 0通过合适的互通功能 ( i w f - i n t e r w o r k in g f u n c t i o n s ) 或适配=/ 1 能 ( a d a p t io n f u n c t io n s ) 与己 存在的 核心网 络互连。 此外， 还有一些区域性的第二代系统，如在欧洲， 对第二代移动通信系统的研究和开发 通常指u m t s ( u n i v e r s a l m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ) ( 2 2 -2 4 ) ， 它把属于第二代的g s m, d e c t , e r me s以 及移动数据通信的 业务和特性综合在一起构成一个新系统，并在欧洲范围 内实现真正的个人移动通信。u m t s 归属欧洲的r a c e 计划。 不同的组织对第三代系统提出的具体系统目标不尽相同，人致可概括为 1 6 2 ， 令在多种无线环境 卜 工作 ( 蜂窝系统、无绳系统、卫星系统和固定和无线系统环境): o支持广泛的业务和多种业务速率 ( 3 g在广域网上实现3 8 4 k b / s 数据速率，在办公室和家 中速率可高达2 mb / s ); 令 高质量的 业务要求 ( 例: 达到长 途电话质量的语音，数据业务的 误比 特率小于1 0 -1 ); 1作在宏蜂窝、 微蜂窝、 微微蜂窝等混合蜂窝小区的场合， 蜂窝小区半径小到2 5 - 5 0 m 队 令 使用智能网技术进行移动性管理和业务 控制: 在频率和无线资源管理、系统建立和业务 提供等方面具有高度的灵活性: 令能_ f 作在不同经营者的网络中，具有国际漫游和系统内部越区切换的能力。 第三代移动通信系统的关键技术包括: 命 多 址技术 2 3 t . 令 软件无线电 t2 6 ; 4 智能 天线2 7 1 ; 令移动性管理和智能网技术: 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 令无线a t m 3 g的1 : 作频带在 2 g h z附近，支持业务带宽最高可达 2 mb / s .在 3 g仍处于标准融合与 优化阶段的同时， 4 g课题也己 提出， 4 g的目 标是支持更宽的业务带宽 ( 如 l o m b / s )， 并探 讨地面移动业务与卫星移动业务的结合。 肠 1 . 2 移动性管理与数据库 技 术 . z . 移动性管理及其发展 移动网与固定网的主要区别在于 用户的移动性。用户移动性主要表现在两个方面:首先， 呼叫移动用户时需要知道该移动用户所在的小区: 其次，当 移动用户在通话中越区时，必须 自 动进行越区切换，而不能丢失信息或中断通话 。这两个特点要求网络具有移动性管理功能。 移动性管理技术涉及三个方面的任务f i l (2 ) :位置管理、切换和漫游。 命位置管理: 指网络能跟踪移动台实际所处的位置，其主要目 的是能止确有效地引导指向该 ms 的呼叫至移动台，同时也能保证由网络发起至 m s的各种操作以 及向移动台 传送短消息 等操作的进行。 令 越区切换: 保证在通信进行过程中，当 m s跨越不同的区时能始终接入网络，或者当 通信质量 不好时能及时切换至信号较强的信道，以 保证通信质量。 越区切换过程首先需要在专用 信道上检出小区信号的变化，其次将原小区中所用的信道改接到新小区的信道上去，并 希望使用户感觉到的干扰降到最低。 冷漫游: 当m s 在不同的运营网 络、不同的国家和地区间移动时， 能保证用户签约业务不变， 入局、出 局呼叫正常进行。漫游需要采用相同的规范， 遵守接口 协议，经营者之间能够 合作。 漫游的实现有行政管理和技术两方面的因素。从技术角度看， 有些是根本性的， 如网络间位置数据的转换，以 及公共存取接口的 存在等。公共存取接口 的存在可能是最 重要的一环，它要求任何简单的用户设备都能够接入不同的网 络。为此，一个公共的空 中接口很早就定出了规范，以便用户用同一移动台可接人所有的网络。 位置管理是移动性管理的主要任务之一，在第二代系统中采用了 大致相同的位置管理技 5 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 术:位置管理的基础是区域划分:位置管理的实现通过网络数据库和移动交换机 ms c共同 完成;位置管理的操作分为四个阶段:位置更新，位置登记，查询/ 呼叫传递，寻呼。此外， 还有两种与位置管理有关的过程:联接 ( a tt a c h m e n t ) 和分离 ( d e t a c h m e n t )。联接相当于登 录，移动台表示其进入网络筱盖范围或重开机:分离相当于注销，移动台表示暂时退出网络。 日 前在p l m n中有两种可用的 位置管理标准:i s 4 1 7 0 1 8 1 g s m的m a p 1 标准。i s - 4 1 主要用 于 北美的a mp s 3 0 1 . i s - 5 4 3 1 和p a c s 网中， 而g s m m a p用于g s m. d c s - 1 8 0 0 和p c s - 1 9 0 0 中，它们都使用两层数据库组织。 在个人通信的发展过程中，新技术、新思想不断涌现，其中智能网 ( i n )技术1 3 7 - 3 6 1 、无 线a t m ( w a t m) 技术 -0 1 . i n t e r n e t 的 ) 一 泛影响 4 9 -5 0 1与移动 i p 协议 5 1-5 6 1 等， 都对移 动性 管 理技术的发展产生了 深远的影响。同时，移动性的概念也进一步扩展，第二代系统的移动性 是以移动的手机为对象的，而在个人通信中，移动性涵盖了三个方面，即终端移动性，个人 移动性和业务移动性16 , 3 6 1 - 令 终端移动性: 要求网络有支持移动终端接入网络的能力。虽然第一、二代移动通信系统是支持终 端移动性的，但由于个人通信五个 “ w”的特点，移动终端数和终端的移动性都将大大 增加，传统方式在信令链路和数据库系统上都将存在潜在的问 题，不能适应未来无线网 络发展的需求。 令个人移动性: 保证用户无论位于何地，使用何种形式的终端，都能接入网络，即网络是以移动的 人为通信对象的。支持个人移动性的方法是采用个人通信号码 p t n ( p e r s o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o n n u m b e r ) 和个人通信卜 ，当用户使用某种终端时，通过将个人通信 卜 插入终端进行登记的方式，在网络中建立p t n与用户当 前终端号的映射关系。 令业务移动性: 保证用户无论处于何地，使用何种终端，都能访问同样的网络业务。个人通信一个 突出的特点是业务的个人化，使用户不仅能自由 地享用自己所选择的网络业务，而且还 可以自由地构造和生成自己所需的业务，因此， 在网络数据库中将建立个人业务档案。 因此， 现有的移动性管理技术已 不能适应移动通信发展的需要， 研究适应个人通信末来发展 的新的移动性管理技术己成为当务之急。 6 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 1 . 2 . 2 移 动通信中 的 数据 库技术 数据库系统 ( d b s )领域的发展可以回溯到六十年代初商用语言 c o b o l和文件系统发 展的时候，它首先是从应用领域发展起来的，在当 今已 成为信息处理的重要工具和组成部分， 其理论和技术都己 达到相当成熟的阶段。 六十年代末至七十年代初在文件系统后相继出现了 层次数据模型、网 状数据模型和关系 数据模型15 7 . 5 8 1 ，层次数据模型采用简单的树结构来表达实体及实体间的联系:网 状数据模型 用网状结构来表达实体及实体间的联系;关系数据模型则以关系的集合论为基础， 用统一的 关系 ( 二维表格数据)来表达实体及实体间的联系， 具有较高的数据独立性和较严密的数学 理论基础。上述三大经典数据模型的主要特点是它们都基本上面向计算机世界，即它们易于 有效地实现数据的存贮和处理。但其追求的目 标不是建模对象的语义，它们有限的表达能力 也远不能自 然地按直接方式来描述和模拟现实世界中的复杂应用，因而它们基本上不是面向 现实世界的。因此，在二大经典数据模型之外，又产生了一批新的数据模型，其中有代表性 的 上 要 有 实 体 一 联系 模型( e n t ity - r e la t io n s h ip m o d e l ) ， 简 称为e - r 模 型， 和面向 对象 的 数 据 模型( o b j e c t - o r i e n t e d d a t a m o d e l ) 等， 它 们的 共同 特点 是 尽 可能 直 接 地 表 达建 模 对象 及 其 之 间联系的语义，而不是象经典数据模型那样着重于具体描述数据的组织结构。因此这些数据 模型对于现实世界有更直接的表达能力， 基于这些数据模型的数据库系统也更便于操作。 由于 各行各业应用要求的不断提高， 数据库技术也在不断接受新的挑战，数据库的研究 开发领域还在不断地发展，出现了 各种新的数据库技术，如分布式数据库系 统1 5 9 1 、面向对象 数据库系统15 8 1 、客户机一 服务器数据库系统15 8 1 ，以 及实时数据库1 6 6 . 6 1 1 、主动数据库16 2 1 等。 数据库在通信领域起着十分关键的作用，在固定通信网中，数据库用来提供动静态实际 数据，包括局数据和用户数据。数据库管理程序则提供系统和这些数据的接口。在程控交换 机中的数据库管理程序具有以下特点n 1 . 令数据的存取必须满足实时要求; 令由于数据库是一种公共资源，因此必须要随时控制对数据库的存取; 今 要维持数据的完整性， 满足系 统对可靠性的 要求; 令 在交换机引入新功能时， 数据库结构要求尽可能地保持不变: 令 要有可能使维护人员查询 所存放的数据。 移动通信同样有上述要求，而且，相对于固定通信，对数据库技术提出了更高的要求。 由于用户的移动特点，移动通信网中的数据库必须保存有关用户当前位置的数据，由于用户 7 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 的位置是经常在变动的，因而 移动网中的数据库具有实时、动态的特点。在第二代系统中， 通过 h l r - v l r的两层数据