（通信与信息系统专业论文）移动通信的移动性管理研究.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：i p 与宽带网络技术 作者：2 0 0 7 级硕士研究生姚莉 指导教师：张理云高级工程师 题目：移动通信的移动性管理研究 英文题目：t h er e s e a r c ho fm o b i l i t ym a n a g e m e n t f o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 主题词：移动性管理，切换，中继增强型网络，r n k e yw o r d s ：m o b i l i t ym a n a g e m e n t ；h a n d o v e r ；r e l a y e n h a n c e dn e t w o r k s ； r n 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 本文在讨论3 g 和l t e 的移动性管理的基础上，重点对中继增强型网络的切换管理进 行了研究。 中继技术是4 g 网络中的典型关键技术之一。将中继技术集成到蜂窝小区中不仅扩展 了小区基站的覆盖范围，消除了阴影效应所导致的无线通信盲区，还在一定程度上提高了 整个系统的吞吐量。基于集中和分布两种中继方式，本文提出了该网络下r n 与r n 之间、 r n 与e n b 之间的切换流程，并且分为同- d , 区内、不同小区间两种情况进行讨论。关于 不同小区间跨r n 的分布式切换，本文对文献1 2 9 1 所提出的信令流程进行几点改进。由于分 布方式下r n 具有资源管理功能，本文提出由r n 来参与对测量报告的管理，只有当r n 需要发起切换时，才将该报告发送给e n b ，从而减少了信令开销。另外，在切换时的数据 前转时，将前转的起点从源e n b 转移到了源r n ，由r n 负责对中继用户的数据进行缓存。 本文还将l t e 最新的状态预留机制运用到了中继网络中，从而可以减少数据丢失率。 关键词：移动性管理，切换，中继增强型网络，r n 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sa r t i c l ew a sm a i n l yf o c u s e do nt h eh a n d o v e rm a n a g e m e n tp r o c e d u r e so fr e l a ye n h a n c e d l t en e t w o r k s t h er e s e a r c hw a sb a s e do nt h em o b i l i t ym a n a g e m e n to f3 ga n dl t e r e l a y i n gi so n eo ft h ep r o p o s e dt e c h n o l o g i e sf o rf u t u r e4 gn e t w o r k s i n t r o d u c i n gr e l a y i n g i nac e l l u l a rn e t w o r ki se x p e c t e dt oi n c r e a s et h ec o v e r a g eo fb a s es t a t i o n , a n di tc a na l s oh e l pi n t h ep r o v i s i o n i n go fh i g hd a t ar a t ec o v e r a g ei nh i g hs h a d o w i n ge n v i r o n m e n ta n de n h a n c i n gt h e t h r o u g h p u to ft h ew h o l es y s t e m i nt h i sa r t i c l e ，t h eh a n d o v e rp r o c e d u r e sb e t w e e nt w or n sa n d b e t w e e na ne n ba n dar nw e r ep u tf o r w a r di nc e n t r a l i z e da n dd i s t r i b u t e dm a n n e r t h e ya r e d i f f e r e n tw i t h i nt h es a m eo rd i f f e r e n tc e l l s ，a n dt h e yw e r ed i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y w i t hr e g a r dt o t h eh a n d o v e rb e t w e e nt w or n sw i t h i nt h ed i f f e r e n tc e l l si n d i s t r i b u t e dm a n n e r , s e v e r a l i m p r o v e m e n t sw e r es u g g e s t e do nt h eb a s i so fr e f e r e n c e r nh a st h ef u n c t i o no fr a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n ti nd i s t r i b u t e dm a n n e r f o rt h i st h ew o r ks u g g e s t st h a tr n c a nb ei n v o l v e di nt h e m a n a g e m e n to fm e a s u r e m e n tr e p o r t s r ns e n d sr e p o r t st oe n bo n l yw h e nah a n d o v e ri si n i t i a t e d b yt h es o u r c ：er n ，a n dt h es i g n a lo v e r h e a dw a sr e d u c e d i na d d i t i o n , t h ea a a i n gp o i n to fd a t a f o r w a r d i n g 鄹c h a n g e df r o mt h e5 0 l l l e ee n bt ot h es o l 豫r n ，a n dr ni sr e s p o n s i b l ef o r i m f f e r i n gt h ed a t ao ft h el i e sw h i c h 戤s e r v e db yr a n t h el a t e s ts t a t u sr e s e r v a t i o nm e c h a n i s m o f l t ei sa p p l i e dt ot h e a yn e t w o r lw h i c h 啪r e d u c et h el o s so fd a t a k e yw o r d s ：m o b i l i t ym a n a g e m e n t ；h a n d o v e r , r e l a y e n h a n c e dn e t w o r k s ；r n i i 重室由! 皇奎学硕士研究生学位论文 目录 目录 摘要，i a b s t r a c t i i 目 录i 第一章绪论1 1 1 选题背景及其意义。1 1 2 移动性管理的概念【3 j 2 1 2 1 位置管理2 1 2 2 切换管理3 l3 本文的研究内容和论文的结构安排3 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理4 2 13 g p p r 9 9 既麦罡一4 2 1 13 g p pr 9 9 的网络架构旧4 2 1 2 无线接口协议参考模型网5 2 2 终端的移动性管理。 6 2 2 1 区域划分6 2 2 2 终端的状, 态t o q 7 2 2 4 小区更新和u r a 更新过程【刁9 2 3 位置管理11 2 3 1 寻呼嗍。1 1 2 3 2c s 域的位置更新1 9 1 2 2 3 3p s 域的路由区更新1 1 4 2 4 切换控制。15 2 4 1 硬切换【1 4 1 。1 6 2 4 2 软切换1 7 2 4 3s r n s 重定位【1 刀2 0 2 53 g p p 其他版本介绍2 l 2 6 本章小结2 2 第三章l t e 的移动性管理2 3 m 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 3 1l t e 概述【1 引2 3 3 2l t e 的位置管理2 3 3 2 1 跟踪区列表( 1 al i s t ) 。2 3 3 2 2l 1 ：e 的寻呼2 4 3 2 3l t e 的位置更新2 4 3 3l t e 的切换管理2 5 3 3 1e n b 内切换【2 0 1 。2 5 3 3 2e n b 间切换【2 1 1 一2 6 3 3 3 通过s 1 接口的e n b 间切换2 9 3 3 4 异系统切换。3 l 3 4 本章小结3 1 第四章中继增强型网络的切换研究3 2 4 1 中继增强网络的引入3 2 4 2 中继增强网络的中继方式3 3 4 2 1 集中方式3 3 4 2 2 分布方式。 4 3 中继增强网络的切换流程 3 3 3 3 4 3 1r n 与r n 之间的切换3 4 4 3 2e n b 与r n 之间的切换一3 8 4 4 本章小结4 1 第五章全文总结4 2 参考文献4 3 致谢j 2 1 5 缩略语4 6 i v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景及其意义 第一章绪论 随着社会的发展和进步，人类对信息通信的需求日益迫切，对其要求也越来越高。理 想的目标就是要实现“5 w 信息通信，即任何人可在任何时候、任何地方、与任何人，以 及相关的物体进行任何形式的信息通信。可见，没有移动通信系统，这种愿望是无法实现 的【l 】o 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。其历史可以 追溯到1 8 9 7 年无线电的发明者马可尼所进行的将莫尔斯电报用于船舶通信的实验。现代 移动通信技术的发展始于2 0 世纪2 0 年代，早期主要在短波几个频段上开发专用移动通信 系统。2 0 世纪4 0 年代中期，公用移动通信业务开始问世。直至2 0 世纪7 0 年代中期，移 动通信技术经历了从单工向双工、从人工接续到自动接续的蓬勃发展。但是，在此之前的 移动通信技术，实质上是最简单的无线通信，基本上没有移动性管理功能田。 移动通信就是通信高度发展的产物，也是信息时代的重要标志。移动通信是固定通信 网的延伸，不仅是当前通信网中发展最快的通信手段，给社会带来了可观的经济效益，而 且也是人类实现理想通信目标个人通信的必备手段。移动通信发展到现在已自成一网 络体系，属国家或国际通信网中一个重要的组成部分。它可与综合业务数字网( i s d n ) 、公 用电话交换网( p s t n ) 、公用数据n ( p n d ) 连接互通，从而使整个通信网更趋完善。 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，国际电信联盟( 1 1 u ) 以全球通用、支持综合业务作为 基本出发点，大力组织研究作为第三代的未来公众陆地移动通信系统。w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是i t u t 采纳的3 g 无线接入系统的3 种主流标准，它们都采用了c d m a 技术。 由于全球利益格局的原因，3 g 系统仍然是一种标准不统一的移动通信系统，无法解决 全球无缝漫游的问题，以及支持多媒体和视频通信等高速新业务的要求。新一代的移动通 信系统希望能够提供更大的通信带宽需求，在网络覆盖、服务质量、移动性管理和安全机 制上满足支持高速数据业务和高分辨率多媒体服务的需要。 无论哪一种类型的网络，对于无缝隙通信和计算的一个具有挑战性的问题是移动性管 理。移动性管理能使网络为传递呼叫而定位随机移动的终端和当终端移至另一新的服务区 时与网络保持联系。在移动通信网络中，用户可以在系统覆盖范围内任意移动。由于移动 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 性管理的研究成果，可以应用于世界各国( 包括我国) 目前正在使用的移动通信网络，可以 极大地提高移动通信系统的运行效率，优化资源配置，产生巨大的经济和社会效益。因此， 各国政府花巨资资助这领域的研究。这一领域已经成为一个研究热点，方兴未艾。 1 2 移动性管理的概念【3 1 移动性是指移动目标( 用户或终端) 在网络覆盖范围内的移动过程中，网络能持续提 供通信服务能力，即指用户的通信和对业务的访问可以不受移动目标位置变化的影响，不 受接入技术变化的影响，也即独立于网络接入点的变化。 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。 1 2 1 位置管理 位置管理( l o c a t i o nm a n a g e m e n t ) 是移动性管理中关键技术之一，用于实现跟踪、存 储、查找和更新移动目标的位置信息。它主要包括位置更新( l o c a t i o nu p d a t a ) 和寻呼 ( p a g i n g ) 。位置更新是指移动目标向网络系统报告其位置变更的过程，寻呼则是网络系统 查找移动目标所在位置的过程。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 2 2 切换管理 切换管理能使当移动终端随机游动并改变网络接入点时，网络跟移动终端仍保持联 系。蜂窝结构可以适应很高的用户密度，同时也产生了一个很复杂的问题，那就是怎样确 保用户在小区之间移动时保持通信不中断，这个处理过程叫越区切换( 简称为切换) 。 切换的目的是在移动台和网络之间保持一个可以接受的通信质量，同时要减小全局干 扰电平，如改变移动台的信道频率或所处的小区就可以实现这一目的。切换无疑是呼叫( 或 建立在移动台与网络之间的任何形式的其他通信业务) 期间最关键的处理过程，因为必须 保证在无线信道频率改变的时候保持通信的连续性。切换可以发生在同一个小区内( 即小 区切换) ，也可以发生在小区间( 即小区间切换) 。切换的性能直接关系着提供给用户的通 信质量。 在蜂窝网络中，切换必须能实现下列功能：在通话进行当中允许用户移动；在恶劣的 无线传输条件下恢复并保持通信，避免移动台与网络之间的链路发生中断( 这种现象称作 “营救性切换一) ；平衡各小区间的业务负荷( 即“业务切换) ；在遇到干扰时能保持可 接受的通信质量；优化频率资源的使用；减小移动台的功率消耗和全局干扰电平( “限制 性切换一) 。切换过程既影响着无线资源的分配和使用，也影响着网络资源的分配和使用。 1 3 本文的研究内容和论文的结构安排 本文在介绍3 g p pr 9 9 和l t e 网络的移动性管理的基础上，对目前最新的中继增强网 络的移动性管理进行了研究。 论文的主要内容和结构安排如下： 第一章绪论。简述论文的选题背景及意义，介绍移动性管理的概念。 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理。介绍了3 g p pr 9 9 的网络架构，详述终端的移动性 管理、位置管理和切换管理过程。 第三章l t e 的移动性管理研究。介绍了l t e 的网络架构，对l t e 的位置管理和切换 管理进行了全面的分析。 第四章中继增强型网络的切换研究。首先引入中继增强网络，简单介绍了两种中继 增强方式，重点研究了移动性管理中最为重要的切换过程。根据l t e 网络的切换流程和中 继的特点，提出了中继网络中几种情况下的切换流程。 第五章全文总结。对本文所做的工作进行总结。 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 2 13 g p pr 9 9 概述 在3 g 移动通信技术的选择问题中，最关键的是无线传输技术的选择，主要包括多址 技术、调制技术、信道编码与交织、双工技术、物理信道结构与复用、帧结构和r f 信道 参数等。技术、市场和商业的因素都影响着r t t 的最终选择，w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和 t d s c d m a 是被1 1 u 接纳的、全球三大主流3 g 无线接口标准。国际标准化组织3 g p p 负 责制定基于g s m g p r s 核心网和全口核心网。r 9 9 是3 g p p 提出的第一个u m t s 网络结 构版本。 2 1 13 g p pr 9 9 的网络架构【4 】 3 g p pr 9 9 继承了g s m g p r s 的网络架构，系统分为用户设备( u s e re q u i p m e n t ，u e ) 、 无线接入网络( r a d i o a c c e s s n e t w o r k ，m 蝌) 和核心网( c o r e n e t w o r k ，c n ) 3 部分。其 中，无线接入网包括n o d e b 和r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r s ) ，与2 g 相比，n o d e b 相 当于b t s ，r n c 相当于b s c ，空中接口采用w c d m a 技术。核心网分为电路交换( c i r c u i t s w i t c h i n g ，c s ) 域和分组交换( p a c k e ts w i t c h i n g ，p s ) 域两部分。c s 域由2 g 系统的m s c 发展而来，支持基于电路交换的语音和数据业务；p s 域由g s s 发展而来，支持分组交换 数据业务，加强了q o s 的控制。 r 9 9 最关键的因素是接入网中无线接口方式的改变，采用了新的无线接口技术 w c d m a 技术，引入了适于分组数据传输的协议和机制，相应无线接入网内的传输采用了 a t m 技术，高层协议有根本的改变。无线接入网与核心网的传输也采用了a t m 技术。同 时，r 9 9 的网络前向兼容g s m g p r s 网络，核心网提供a 接口和g b 接口，以支持2 g 的 b s c 分别接入1 l 0 9 的m s c 和s g s n 。 由于r 9 9 的网络继承了g s m g p r s 的网络结构，移动性管理的实现与g s m g p r s 系 统类似，增强的是：w c d m a 可以支持软切换。r n c 与m s c s g s n 之间增加了r n s 重定 位的信令流程，以支持切换功能。3 g p pr 9 9 的网络结构如图2 1 所示。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 g m 【s c h u il 一； j _ 11 g g s ni - d 图2 13 g p pr 9 9 的网络结构 ，。、 l 偷l 卜巡! l i! ；2 ；2 ；! 旧l l 竺一 2 1 2 无线接口协议参考模型【5 1 u t r a n 无线接口协议是基于w c d m a 无线技术的，它和2 g 的无线接入技术有一些 本质的区别。无线接口协议主要控制不同种类和不同来源的业务流的复用。为了保证对复 用的有效控制，对任务进行了严格的分层。 如图2 - 2 所示，物理层以w c d m a 传输信道集的方式提供它的服务。因此物理层负责 第一次复用功能：把传输信道的数据映射到物理信道，或进行相反的映射。无线链路层是 第二个复用层，主要负责w c d m a 无线接口容量的动态共享。与l 1 层传输信道的多样性 不同，无线链路层使高层看到的只是些无线承载，不同的业务借助这些承载通过无线链路 进行传输。m a c 子层控制传输块容量的使用，确保u t r a n 端所做的容量分配能及时在无 线接口两端执行。r l c 子层再对m a c 子层提供的逻辑信道添加常规的链路层功能。r l c 服务能满足l 3 控制协议的需要，但是对于特定领域的用户数据，还需要附加的会聚协议 才能完成全部的无线承载服务。c s 域数据( 如编码转换的语言数据) 不需要会聚功能，但 p s 域必须要有附加的会聚子层。p d c p 子层使u m t s 无线接口能够传输m 数据名。另一 个会聚协议b m c 用于消息广播和多播，主要任务是调度发送到l i e 的小区广播消息。 控制信令和用户数据的分离是在协议工程中长期应用的另一个主要的设计原则。根据 这个原则，用于控制功能的协议将成为系统级控制平面的一部分，而承载用户数据的协议 则属于用户平面。 l 3 的控制平面协议是r r c 协议，如图2 - 2 所示，在u t r a n 和u e 侧，r r c 协议实 体同所有其它协议实体一样都存在接口。一旦由r r c 控制的协议实体位于其它的u t r a n 网元中，就需要使用标准的协议来支持这种控制机制。在其它情况下，控制接口集成在一 个单独的l i e 或u t r a n 网元的内部，所以没有严格的标准化，但是这些控制接口的存在 对于r r c 子层实现无线资源管理的任务是非常重要的。 s 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 控制平面用户平面 2 2 终端的移动性管理 2 2 1 区域划分 图2 - 2 无线接口协议参考模型 l l 为了移动性管理的需要，网络应该具有逻辑结构。如图2 3 所示，这个结构代表接入 网络的逻辑部分。它就像移动性处理过程和参数配置时所用的一张“地图 。u m t s 基本 上包括4 个逻辑定义：l a ( l o c a t i o n a r e a ，位置区) 、r a ( r o u t i n g a r e a ，路由区) 、u r a ( u t r a nr e g i s t r a t i o n a r e a ，u t r a n 注册区) 和c e l l ( 小区) 。 在c nc s 域中，l a 是u e 可以自由移动而无需进行位置更新的区域。l a 由小区组成， 最小为一个小区，最大为v l r 中的所有小区。位置更新过程使v l r 以l a 的精确度更新 l i e 的位置，移动台被叫时需要这一信息。除v l r 之外，在其他方面，l a 没有硬件限制。 例如，一个r n c 可以有多个l a ，一个l a 也可以覆盖多个r n c 。 和c nc s 域一样，p s 域根据r a 进行位置注册过程。r a 和l a 非常相似，u e 在这 个区域内移动时无需进行r a 更新。另一方面，r a 是l a 的“子集 ：一个l a 可以有 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 多个r a ，但反过来不成立。另外，一个r a 不能属于两个l a 。 在g s m 网络中，移动性管理完全在终端和n s s 之间处理。在u m t s 中，u t r a n 部 分介入了移动性管理，因此有了一个局部的移动性注册，即u r a 。一个u r a 是一个包含 许多小区的区域，它只存在于u t r a n 内部，对c n 是不可见的。这就是说，当u e 有一 个r r c 连接时，u t r a n 能在u r a 的级别上知道u e 的具体位置。 小区是移动性管理逻辑实体中最小的“模块 。c n 基本上不需要直接识别小区，只需 识别小区集合。 2 2 2 终端的状态网 图2 3m m 的逻辑实体及其关系 终端l i e 有两种基本的运行模式：空闲模式和连接模式。上电开始，l y e 就停留在空闲 模式下，通过非接入层标识如i m s i ，t m s i 或p t m s i 等标志来区分。u t r a n 不保存空闲 模式u e 的信息，仅能够寻呼一个小区中的所有l i e 或同一个寻呼时刻的所有l i e 。 当l y e 完成r r c 连接建立时，l i e 才从空闲模式转移到连接模式：c e l lf a c h 或 c e l ld c h 状态。u e 的连接模式，也叫u e 的r r c 状态，反映了l y e 连接的级别及l i e 可以使用的传输信道。当r r c 连接释放时，l i e 从连接模式转移到空闲模式。l i e 状态转 移模式如图2 - 4 所示。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 图2 _ 4l y e 状态转移模式 u e 在连接模式下，一共有4 种状态，分别是：c e l ld c h 状态、c e l lf a c h 状态、 u r ap c h 状态和c e l lp c h 状态。 ( 1 ) c e l ld c h 状态 在c e l ld c h 状态下，专用物理信道已分配给u e 。l i e 可以通过建立r r c 连接从空 闲模式进) k c e l l _ d c h 状态，或者通过建立专用物理信道从c e l l _ f a c h 进a c e l lo c h 状态。在c e l ld c h 状态下，基于u e 当前的活动集可以知道l i e 所在的小区。假如u e 移动到另一个小区时会发生切换，此时l i e 与新小区建立专用物理信道并释放与旧小区的 专用物理信道。当r r c 连接释放时，u e 转换为空闲模式。u e 也可能通过明确的信令指 示转换到另一个连接模式状态。 电路交换的呼叫需要专用物理信道提供有保证的吞吐速率，因此总是在c e l l d c h 状态下操作。高速分组业务也在c e l l d c h 状态下操作，特别是需要确保高速数据速率 传输的时候。然而对于低速分组交换的业务，为了节省资源，一般在c e l l f a c h 状态下 操作。 ( 2 ) c e l lf a c h 状态 在c e l lf a c h 状态下，没有为u e 分配专用物理信道。u e 可以从空闲模式或连接 模式的其他三种状态转移到c e l l f a c h 状态。当建立r r c 连接但没有建立专用物理信 道时，u e 从空闲模式转换到c e l l - f a c h 状态。在c e l l d c h 状态下，由于数据业务减 少而释放专用物理信道时，l i e 从c e l l d c h 状态转换到c e l l f a c h 状态。另外，当 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章3 g p pi l 0 9 的移动性管理 u e 处于c e l lp c h 和u r ap c h 状态下并发觉需要发送信令或用户数据时，也可以从 c e l lp c h 或u r ap c h 转换到c e l lf a c h 状态。 ( ”u r a p c h 状态 ： 在u r ap c h 状态下，u e 没有分配专用物理信道而且不能实现上行链路的活动。u e 可以从c e l lf a c h 或c e l ld c h 状态转换到u r ap c h 状态。当u e 处于分组交换呼 叫，有一段时间没有收发数据时，将转换到u r a p c h 状态。与空闲模式类似，u e 大部 分时间都处于休眠状态，只有在寻呼时机醒来监测寻呼指示信道和相关的寻呼信道。假如 要恢复收发数据，u e 必须再转换到c e l lf a c h 状态。在u r ap c h 状态下，u t r a n 知 道u e 在哪个u r a ( u t m r e g i s t r a t i o na r e a ) ，因为当u e 移动到新u r a 区域时必须要 进行区域更新。 ( 4 ) c e l u c h 状态 c e l lp c h 状态与u r ap c h 状态类似，只是辖区仅限于单一小区。u e 可以从 c e l lf a c h 或c e l ld c h 状态转换到c e l lp c h 状态。在c e l lp c h 状态下，由于 l i e 移动到新的小区时必须进行小区更新，所以u t r a n 知道u e 在哪个小区。 2 2 3 小区重选 当u e 处于空闲模式、c e l lp c h 、u r ap c h 、c e l lf a c h 状态下，它会不断地 搜寻更好的小区。小区重选是一种用来确定是否有邻小区比当前服务小区信号更好的机 制，一般由u e 的r r c 来控制。u e 会根据从系统消息中收到的参数自主地决定是否进行 小区重选。在空闲模式下，如果小区重选发生，u e 不需通知u t r a n 。然而，如果新小区 属于新的位置区或路由区域，非接入层的m m 或g m m 可能会进行位置区域更新或路由区 域更新。在c e l lp c h 、u r ap c h 、c e l lf a c h 状态下，与空闲模式不一样，u e 必 须通过小区更新或u r a 更新过程通知u t r a n 它已经转移到新小区。 2 2 4 小区更新和u r a 更新过程忉 小区更新和u r a 更新过程是u e 在连接状态下通知u t r a n 它己转移到了一个新小 区。如果u e 处于c e l lf a c h 或c e l lp c h 状态下，l i e 的r r c 会跟踪当前的小区并在 移动到新小区时通过小区更新消息通知u t r a n 。类似地，如果u e 处于u r ap c h 状态， u e 的r r c 跟踪当前的u t r a n 登记区域并在它移动到新u r a 时通过u r a 更新消息通知 u t r a n 。 ( 1 ) 小区更新过程 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 在c e l lf a c h 或c e l lp c h 状态下，u e 用小区更新过程通知u t r a n 它所处的小 区。小区更新过程如图2 5 所示。假如u e 是在c e l lp c h 状态下，u t r a n 可以对一个 小区寻呼u e 。为保证能够寻呼到u e ，当l i e 移动到一个新小区时必须通过“小区更新 消息通知u t r a n 。u e 发送该消息时，必须先转到c e l lf a c h 状态。当u e 在c e l l _ f a c h 状态时，它的专用逻辑信道就转到它待机的新小区。u t r a n 收到“小区更新消息之后， 通常会回应一个“小区更新确认”消息给u e 。该消息用于重新配置或释放无线承载、重 新配置传输及物理信道、重新建立r l c 实体以及把u e 转换到c e l ld c h 、c e l lp c h 或u r ap c h 状态。但是，u t r a n 也有可能以“r r c 连接释放消息回应，这时u e 将 执行r r c 连接释放过程，释放所有的专用资源并回到空闲模式。 除了转到新小区待机外，如果l i e 要发送数据或者被网络寻呼时，l i e 也还需先进行小 区更新过程。另外为了报告可能的无线链路失败，小区更新过程的执行也可以设置成周期 性的。 圈圈 小区更新请求 - l ， 小区更新确认 j 图2 5 小区更新过程 ( 2 ) u r a 更新过程 当l i e 在u r ap c h 状态时，u t r a n 需要知道l i e 所处的u r a ，因为u t r a n 寻呼 l i e 是在u r a 范围内的所有小区寻呼。u e 通过u r a 更新过程通知u t r a n 它所处的u r a 。 u r a 更新过程如图2 6 所示。u e 可能由于小区重选转移到一新小区，假如新小区是属于 别的l i r a ，l i e 就必须发送“u r a 更新 消息通知u t r a n 。跟发送“小区更新消息一 样，u e 必须先转到c e l lf a c h 状态才能发送“u r a 更新 消息。u t r a n 收到“u r a 更新 消息之后，它通常会回应“u r a 更新确认消息。但它也有可能会回应“r r c 连 接释放消息，使l i e 释放所有的专用资源回到空闲模式。 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 园圈 u r a 更新请求 。 ， u l 认更蓊确认 图2 6u r a 更新过程 2 3 位置管理 蜂窝移动通信网络中，移动台可以在网络覆盖范围内任意漫游。为了适应移动台的移 动性，系统需要不断地识别移动台的位置。3 g 及未来的蜂窝移动通信系统中载波频率的提 高使得小区的划分越来越小，另外，随着用户数量的增大，支持多媒体通信的新要求增多， 通信系统面临着降低位置开销和保证切换性能的巨大挑战。所以，移动台的位置管理是蜂 窝移动通信系统所面临的重要问题之一。3 g 网络的位置管理包括寻呼、c s 域的位置更新 和p s 域的路由区更新。 2 3 1 寻呼嗍 与固定通信系统( 如p s t n ) 不同，蜂窝移动通信中的通信终端位置是不固定的。为 了建立一次呼叫，核心网通过i u 接口向u t r a n 发送寻呼消息，u t r a n 则将核心网寻呼 消息通过u u 接口上的寻呼过程发送给l i e ，使得被寻呼的l y e 发起与核心网间的信令连接 建立过程。寻呼分为两种类型：第1 类型寻呼和第2 类型寻呼。 当u t r a n 收到某个核心网域( c s 域或p s 域) 的寻呼消息时，首先需要判断l i e 是 否与另一个核心网域建立了信令连接。如果没有建立信令连接，那么u t r a n 只能知道u e 当前所在的服务区，并通过寻呼控制信道将寻呼消息发送给u e ，这就是p a g i n gn 俾e 1 消息；如果已经建立信令连接，在c e l l d c h 或c e l l f a c h 状态下，u t r a n 就可以知 道u e 当前活动的信道类型，并通过专用控制信道将寻呼消息发送给l i e ，这就是p a g i n g t y p e 2 消息。 ( 1 ) 第1 类型寻呼 当u e 处于空闲模式、c e l lp c h 或u r ap c h 状态时，使用第1 类型寻呼。这一类 型的寻呼过程如图2 7 所示。该过程使用p c c h 信道寻呼处于这三种状态下的u e ，向被 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 选择的l i e 发送寻呼消息，其作用如下： ( a ) 为了建立一次呼叫或一条信令连接，网络侧的高层发起寻呼过程； ( b ) 为了将u e 的状态从c e l lp c h 或u r ap c h 状态迁移到c e l lf a c h 状态， u t ra n 发起寻呼以触发l i e 状态的迁移； ( c ) 当系统消息发生改变时，u t r a n 发起空闲模式、c e l lp c h 和u r ap c h 状态 下的寻呼，以触发l i e 读取更新后的系统信息。 因圈 p a g i n g t y p e1 l j 图2 7 第1 类型寻呼过程 ( 2 ) 第2 类型寻呼 当l i e 处于c e l l d c h 或c e l l f a c h 状态时，使用第2 类型寻呼。这一类型的寻 呼过程如图2 8 所示。u t r a nr c c 层采用在d c h 或f a c h 信道上发送p a g i n gn 旧e2 消息来启动寻呼过程。在u e 已经在通话中的情况下，u t r a n 发送第2 类型寻呼消息给 l i e 以建立第二个呼叫，比如同时建立语音和数据呼叫。 圈圈 2 3 2c s 域的位置更新【9 】 p a g 州gt 丫p e 2 - 图2 8 第2 类型寻呼过程 位置更新过程是由h l r 和m s c v l r 等实体之间逻辑配合完成的。h l r 记录移动用 户当前位置信息和所有用户数据。v l r 记录漫游到由该v l r 控制的l a 内移动用户的相 关用户数据。m s c 处理移动用户的位置登记过程，与移动用户对话并与h l r 和v l r 交互 信息。通常，终端在以下三种情况时发生位置更新： 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g p pr 9 9 的移动性管理 ( a ) l i e 选择新的l a 内小区作为服务小区； ( b ) 在附着分离功能打开的条件下，u e 在重新开机( 或插入s i m 卡) 后，发现当 前所处的位置登记区与l y e 内存储的位置区标识不一致； ， ( c ) 由小区参数t 3 2 1 2 ( 周期位置更新计时器) 定义的周期性位置更新。 如图2 - 9 所示，为u e 和c nc s 域之间进行位置更新时的信令流。如果该l i e 没有和 u t r a n 的r r c 连接，将先建立r r c 连接。 圆圈匦巫园圃匦圈 图2 9位置更新过程 u e 发送位置更新请求消息给r n c ，并由r n c 将该消息转发给c n 。“l o c a t i o n u p d a t a r e q u e s t ”消息中包含了旧的l a 标识和新的l a 标识，并附加了用户识别信息。正常情况 下用户识别信息是旧m s c 服务器分配的t m s i 。 在m s c 服务器中的v l r 功能判断它是否有该用户的鉴权向量。如果没有就从a u c 中提取相应的安全参数，a u c 通过“s e n dp a r a m e t e r s 消息发送预定的一些参数给v l r 。 v l r 收到参数后即可启动接入级的安全过程以进行鉴权和加密。如果新旧l a 标识不同， v l r 向用户的h l r 通知新的位置。h l r 通过“c a n c dl o c a t i o n ”消息取消u e 原来的位置 信息，并通过“i n s e r tu s e