（计算机软件与理论专业论文）umts分组域的分析、设计与实现.pdf

中文摘要 l 第三代移动通信系统( 3 g ) 是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务， 能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络互通，并以小型便携式 终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。作为3 g 候选方案之一， 通用移动通信系统( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，u m t s ) 采用 宽带码分多址( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，w c d m a ) 作为其无 线传输技术，因此也把u m t s 系统称为w c d m a 通信系统。u m t s 核心网兼容 全球移动通信系统( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，g s m ) 。由于g s m 在世界范围内的主导地位，g s m 向u m t s 的过渡将是2 g 向3 g 过渡的主干。 g s m 以传输话音和低速数据业务为目的，基于电路交换( c i r c u i t s w i t c h e d ， c s ) ，而u m t s 致力于提供多种类型、带有服务质量( q u a l i t y o fs e r v i c e ，q o s ) 的业务。为实现核心网从g s m 到u m t s 的平滑过渡，引入了通用分组无线业务 ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) ，在电路交换的基础上增加了分组交换 ( p a c k e ts w i t c h e d ，p s ) 模式。u m t s 的非接人层( n o n a c c e s ss t r a t u m ，n a s ) 横向地分为两个子层：移动性管理子层和连接管理子层；纵向地分属控制面和 用户面。前者用于信令的传送和处理，后者用于用户数据的传送。完成分组交 换业务的网络层控制面功能实体都属于分组域。_ + 本课题由华为技术有限公司无线研究部下达，主要依据第三代合作伙伴计 划( t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，3 g p p ) 2 0 0 1 年3 月发布的协议，结合 开发的实践，运用消息顺序图( m a s s a g es e q u e n c ec h a r t ，m s c ) 详细地分析了 u m t s 网络层分组域的层次结构和功能，重点分析了p m m 和s m 两个模块的功 能和贯穿系统的信令流程。在设计部分，首先考虑了总体设计：采用多任务方 式，每个模块均作为一个独立的任务运行。这些任务拥有不同的优先级，。任务 间采用消息队列的通信方式，每个任务拥有自己的消息队列。整个系统运行在 基于优先级的抢占式多任务实时操作系统如v x w o r k s 之上，以满足底层任务的 实时性特征。随后给出了位于终端的p m m 和s m 两个模块的相关接口设计，最 后，利用有限状态机、消息驱动的方法实现了这两个模块。 关键词：通用移动通信系统，分组域，移动性管理，会话管理 i i a b s t r a c t 3 g ( i m t 一2 0 0 0 ) m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a np r o v i d em a n yk i n d so f m u l t i m e d i as e r v i c e sw i t hq o st os u b s c r i b e r st h a tc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e ro r w i t hu s e r sa c c e s st of i x e dn e t w o r k b yu s i n gm o b i l es t a t i o na n y w h e r ea n da n y t i m e a s af a m i l ym e m b e ro fi m t 一2 0 0 0 ，u m t sa d o p t sw c d m a a si t sr a d i ot r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y , t h u su m t si s w e l l k n o w na sw c d m ac o m m u n i c a t i o ns y s t e m i n u m t s p h a s eo n e ，c o r en e t w o r ki sc o m p a t i b l ew i t hg s m p h a s e t w o p l u sc o r e n e t w o r k b e c a u s eo ft h ed o m i n a t i o no fg s mi nt h ew o r l d ，t h ee v o l u t i o nf r o mg s m t ou m t s i s t h e m a i ns t e m f r o m2 g t o3 g a sac i r c u i ts w i t c h e ds y s t e m ，g s ma i m e da tv o i c ea n dl o ws p e e dd a t aw h i l e u m t s p r o v i d e sm u l t i t y p es e r v i c ew i t hq o s f o rt h es m o o t ht r a n s i t i o nf r o mg s m t o u m t s ，g p r si si n v o l v e di n i ta d d sp a c k e ts w i t c h e dm o d e t h en o n a c c e s ss t r a m m o fu m t si sd i v i d e di n t ot w os u b l a y e r s ( m o b i l em a n a g e m e n ts u b l a y e ra n ds e s s i o n m a n a g e m e n ts u b l a y e r ) a n ds p l i tu pi n t oc o n t o lp l a n ea n du s e rp l a n e c o n t o lp l a n ei s f o rs i g n a l i n ga n du s e r p l a n e i sf o rd a t a t h i sd i s c o u r s ei sb a s e do nt h e3 g p p p r o c o t o l sr e l e a s e di nm a r c h2 0 0 1a n dt h e a u t h o r sw o r ke x p e r i e n c ei n3 gp r o d u c t l i n eo fw i f e l e s s d e p a r t m e n to fh u a w e i t e c h n i c a ll t d i ta n a l y s e st h eh i b e r a r c h ya n df u n c t i o n so f p a c k e t s w i t c h e dd o m a i n i n u m t sw i t hf o c u so nt h ef u n c t i o n s ，s t a t em a c h i n e sa n d s i g n a l i n gp r o c e d u r e so fp m m a n ds m t h ea n a l y s i so fs i g n a l i n g p r o c e d u r e sb a s e d o nt h eu n d e r s t a n d i n go fm u l t i p l e p r o t o c o l sd e p i c t s a ni n t e r a c t i v e m e s s a g es t r e a mt h r o u g h o u tu e ，r a na n d c n a c c o r d d i n gt ot h e s ea n a l y s i s ，w eh a v ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e dp m m a n ds mi n u e k e yw o r d s ：u m t s ，p sd o m a i n ，p m m ，s m 。 1 i i 引言 人类社会已经进入了一个信息化的社会，信息的传递和交流对于个人活动 和组织运作具有无可替代的重要性。人们期望随时随地、及时可靠、不受时空 限制地进行信息交流，提高工作的效率和经济效益。移动通信作为通信的主要 方式之一，满足了人们对于灵活快捷地获得通信服务的需求，在近年实现了爆 炸式的发展。 第三代移动通信系统( 3 g ) 是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务， 能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络互通，并以小型便携式 终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。作为3 g 候选方案之一， 通用移动通信系统( u m t s ) 采用宽带码分多址( w c d m a ) 作为其无线接入技 术( 因此也把u m t s 系统称为w c d m a 通信系统) ，其核心网兼容全球移动通 信系统( g s m ) 。由于g s m 在世界范围内的主导地位，g s m 向u m t s 的过渡 将是2 g 向3 g 过渡的主干。 g s m 以传输话音和低速数据业务为目的，基于电路交换( c i r c u i t s w i t c h e d ， c s ) ，而u m t s 致力于提供多种类型、带有服务质量( q u a l i t y o fs e r v i c e ，q o s ) 的业务。为实现核心网从g s m 到u m t s 的平滑过渡，引入了通用分组无线业务 ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) ，在电路交换的基础上增加了分组交换 ( p a c k e ts w r c h e d ，p s ) 模式。u m t s 的非接入层( n o n - a c c e s ss t r a t u m ，n a s ) 横向地分为两个子层：移动性管理子层和连接管理子层；纵向地分属两个面： 控制面和用户面。控制面用于信令的传送和处理，用户面用于用户数据的传送。 完成分组交换业务的网络层控制面功能实体都属于分组域。 移动性管理子层位于分组域的部分称为分组域移动性管理( p a c k e t s w i t c h e d d o m a i nm o b i l e m a n a g e m e n t ，p m m ) ；位于电路域的部分称为移动性管理( m o b i l e m a n a g e m e n t ，m m ) 。连接管理子层位于分组域的部分包含多个模块，本文仅讨 论会话管理( s e s s i o nm a n a g e m e m ，s m ) ；位于电路域的部分也包含多个模块， 本文仅涉及呼叫控制。 本文的主要内容为： 第一章：u m t s 系统结构。介绍u m t s 的总体结构、各个功能实体，并着 重讲述u m t s 中的主要接口。 第二章：p a c k e tm o b i l i t ym a n a g e m e n t 。分析分组域移动陛管理的功能、状态 机、主要信令流程。 第三章：s e s s i o nm a n a g e m e n t 。分析会话管理的功能、状态机、主要信令流 程。 第四章：u ep m m 与s m 设计。讨论了一般协议栈软件的多任务设计，以 及与p m m 、s m 有关的接口设计。 第五章：u ep m m 与s m 设计。讨论了任务人口函数和消息处理函数的实 现，并且叙述了p m m 网络搜索功能的实现。 第六章：总结与展望。综述u m t s 分组域的现在和未来。 u m t s 分组域的分析、设计与实现 1 1 概述 第一章u m t s 系统结构 u m t s 系统网络部分采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线 接入网络( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，r a n ) 和核心网络( c o r en e t w o r k ，c n ) 。其 中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所 有的话音呼叫和数据业务( 语音和数据业务既可以是基于分组域的，又可以是 基于电路域的) ，并实现与外部网络的交换和路由功能。r a n 、c n 与用户设备 ( u s e r e q u i p m e n t ，u e ) 一起构成了整个u m t s 系统。其系统结构如图1 1 ： ：l i e ： u ui u l 一一一一一一一一一一一一一一一-一一一一一一一一一一一一一一一一一1 i 粤! 璺业：i 一- c 鬯! 粤? ! 竺翼! ! 图1 1u m t s 系统结构( r e l e a s e 9 9 ) r a n 包括地面接入和卫星接入两种类型，在此我们只讨论u m t s 的地面接人部 分一一通用陆地无线接入网( u n i v e r s a lt 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 ， u t r a n ) 。 u t r a n 和c n 将从目前( r e l e a s e 9 9 ) 基于异步传输模式( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ，a t e ) 和i p 技术逐步向全i p 网络过渡，因此会引入新的功能实 体或进行功能实体升级，但这不会影响我们的讨论。 1 2 网络功能实体 网络功能实体( n e t w o r ke n t i t y ) 代表了一组功能，并不等同于物理设备。 一个物理设备可能只代表一个功能实体，也可能是多个功能实体的组合。一个 嚣 u n t s 分组域的分析、设计与实现 功能实体也可能分散到多个物理设备中。 由图1 1 可以看出，u m t s 系统的功能实体包括如下部分： 1 u e u e 是用户终端设备，它主要分为射频处理单元、基带处理单元、协议栈模 块以及应用层软件模块等。u e 包括两部分： 移动设备( m o b i l ee q u i p m e n t ，m e ) ，提供应用和服务。 通用用户身份识别模块( u n i v e r s a ls u b s c r i b e ri d e n t i t ym o d u l e ，u s i m ) ， 提供用户身份识别。 2 n o d e b n o d e b 是u m t s 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基带 处理部件。 3 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、 无线资源管理控制等功能。 4 m s c v l r ( m o b i l e s w i t c h i n gc e n t e r v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ) m s c v l r 是移动交换中心和访问位置寄存器的结合体。它是u m t s 核心网 c s 域功能节点，主要功能是提供c s 域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密 等功能。v l r 存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提 供呼叫接续的必要数据。可以将其视为一个数据库系统。 5 g m s c g m s c 是u m t s 的c s 域与外部网络之间的网关节点，主要功能是完成呼 人呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功能。 6 s g s n s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 是u m t s 核心网p s 域功能节点，主要功能 是提供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。 7 g g s n g g s n 是u m t s 核心网p s 域功能节点，主要功能是同外部口分组网络的 接口功能，g g s n 需要提供u e 接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点 来看，g g s n 就好象是可寻址u n i t s 移动网络中所有u e 的路由器，需要同外 部网络交换路由信息。 8 h l r h l r ( 归属位置寄存器) 是u m t s 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点， 是一个负责管理移动用户的数据库系统。h l r 的主要功能是提供用户的签约信 息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。 9 a u c 4 l r m t s 分组域的分析、设计与实现 a u t h e n t i c a t i o nc e n t e r ( 鉴权中心) 为c s 域和p s 域共用设备，是存储用户鉴 权算法和加密密钥的实体。 1 3 系统接口 如图1 1 所示，u m t s 系统中主要有如下接口： 1 c u 接口 c u 接口是u s i m 卡和m e 之间的电气接口，c u 接口采用标准接口。 2 u u 接口 u u 接口是u m t s 的无线接口。u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定 网络部分，可以说u u 接口是u m t s 系统中最重要的开放接口。 u u 接口的协议栈如下表所示： 表1 1u u 接口的协议栈 c o n t r o lp l a n eu s e rp 1 a n e r r c p d c p b m c r l cr l c m a cm a c p h y 各部分简介如下： p h y ：p h y s i c a ll a y e r ，即物理层，它提供物理介质中比特流传输所需要的所 有功能。物理层向上( m a c ) 提供传输信道。 m a c ：m e d i u ma c c e s sc o n t r o l ，即媒体接人控制，是数据链路层的一个子 层。m a c 的功能主要是逻辑信道和传输信道之间的映射。m a c 向上( r l c ) 提供逻辑信道。 r l c ：r a d i ol i n kc o n t r o l ，即无线链路控制，是数据链路层的一个子层。 r l c 的功能主要是分割和重组，串联，填充，传送，错误检测。r l c 向上 ( r r c 和n a s ) 提供无线承载( r a d i ob e a r e r ，r b ) 。 p d c p ：p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c o l ，即分组数据会聚协议，是数据 链路层的一个子层，只存在于用户面。p d c p 的功能主要是口数据流的头部 压缩与解压缩。p d c p 向上( n a s ) 提供r b 。 b m c ：b r o a d c a s t i v l u l t i c a s tc o n t r o l ，即广播与多播控制，是数据链路层的 一个子层，只存在于用户面。b m c 的功能主要是小区广播。 r r c ：r a d i or e s o u r c ec o n t r o l ，即无线资源控制，是网络层的一个子层。 l n t s 分组域的分析、设计与实现 r r c 与整个数据链路层一起合成为接人层( a c c e s ss t r a t u m ，a s ) ，r r c 负 责对a s 其它部分乃至物理层的控制，是整个a s 最复杂的部分。 3 i u 接口 i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口。其中r n c 与m s c 之间的接口称为 l u c s ，r n c 与s g s n 之间的接口称为i u p s 。 4 i u r 接口 i u r 接口是u m t s 系统特有的连接r n c 之间的接口，用于对r a n 中移动台 的移动管理。 5 i u b 接口 i u b 接口是连接n o d e b 与r n c 的接口。 1 4 分组域 l i e 的协议栈如表1 2 所示 表1 2u e 的协议栈示意 c o n t r o lp 1 a n eu s e rp 1 a n e c c s s l s m s m s m mlp m v l r r c p d c p ，b m c r l cr l c m a cm a c p h y 其中s m 和p m m 是分组域的主要部分。s g s n 中的分组域结构与u e 相同。 u 2 q t s 分组域的分析、设计与实现 2 1 术语 第二章p a c k e tm o b i l i t ym a n a g e m e n t p l m n ：p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k 公共陆地移动通信网 i m s i ：i n t e r n a t i o n a lm o b i l es u b s c r i b e ri d e n t i t y 国际移动用户标识 每个i m s i 都是全球唯一的，保存在u s i m 中，对用户不可见。 p t m s i ：p a c k e tt e m p o r a r ym o b i l es u b s c r i b e ri d e n t i t y 分组域临时移动 用户标识 r a - r o u t i n ga r e a 路由区 p s u p d a t es t a t u s ：分组域更新标志 保存在s i m 卡中的一个标志，用于指明最近一次登记过程的结果。 2 2 p 删状态机 u e 和s g s n 中的p m m 模块均采用有限状态机的实现方式，利用消息驱动 实现状态迁移。 2 2 1u ep 删状态机 p m m n u l l u e 开机后p m m 的初始状态，表明p s 域的服务不可用。 p m m d e r e g i s t e r e d p s 域的服务可用，但p m mc o n t e x t 未建立。p m m 需要通过a t t a c h 或c o m b i n e d a t t a c h 过程建立p m m c o n t e x t 。 p m m r e g i s t e r e d - i n i t i a t e d 已经发起了a t t a c h 或c o m b i n e da t t a c h 请求，等待网络回应。 p m m r e g i s t e r e d a t t a c h 或c o m b i n e da t t a c h 成功完成，即p m mc o n t e x t 成功建立。在此状态下 可以进行路由区位置更新( r o u t i n ga r e au p d a t e ，r a u ) ，可以响应c n 的寻呼 ( p a g i n g ) ，可以响应s m 的服务请求。 p m m d e r e g i s t e r e d i n i t i a t e d p m m 通过发起d e t a c h 或c o m b i n e dd e t a c h ( 其类型不是p o w e ro f f ) 释放p m m u h t s 分组域的分析、设计与实现 c o n t e x t ，等待网络回应。 p m m - r o u t i n g - a r e a u p d a t l n g i n i t i a t e d p m m 已经发起r a u 或c o m b i n e dr a u ，等待网络回应。 p m m s e r v i c e - r e q u e s t - i n | t i a t e d p m m 已经发起s e r v i c er e q u e s t ，等待网络回应。 在主状态p m m d e r e g i s t e r e d 和p m m - r e g i s t e r e d 中又分别包含了 一些子状态，将会在后续章节中陆续说明。 图2 1u e 中p 删主状态 8 u n t s 分组域的分析、设计与实现 2 2 2s g s np 删状态机 e e 玢c h a c c e o t e dn 如啾硫d a l e d l o i h l a v e r f 湖t a e e e p c h r m u e s t e d 孝1 毒 | - 壶一i 0 四心t l o o e c k e l e a u e s t e d j j a 四删i x o c o d t n e a 口鼎t l o c e d e f 谊l e d s u c c e s s m 1rw r l a v e r f f i h r aa r i 删i m x t d t n e 9 o 苍虹m 氙撼瓠、 迥芝非唑! 尹 图2 2s g s n 中p 删主状态 分别解释如下： p m m d e r e g i s t e r e d s g s n 中没有p m mc o n t e x t 或p m mc o n t e x t 被标记为”d e t a c h e d ”。网络应当 回应u e 发出的a t t a c h 或c o m b i n e da t t a c h 请求。 p m m c o m m o n p r o c e d u r e - i n i t i a t e d s g s n 已经发起一个p m m c o l n n l o np r o c e d u r e ，正等待u e 回应。 p m m r e g i s t e r e d a t t a c h 或c o m b i n e da t t a c h 成功完成，即p m m c o n t e x t 成功建立。 9 i n t s 分组域的分析、设计与实现 p m m d e r e g i s t e r e d i n i t i a t e d s g s n 已经发起一个d e t a c hp r o c e d u r e ，正等待u e 回应。 2 3p 删信令过程 2 3 1 附着过程 附着( a t t a c h ) 过程由u e 发起，其目的是使网络知道u e 的存在。 u e 开机后，如果u s i m 存在，则将进行选网过程，即按照一定的算法选择 一个p l m n ，然后在选定的p l m n 中的个小区驻留( c a m po n ) 下来。此后 r r c 将接收和整理这个小区中广播的系统消息，并通过s y s i n f o i n d 消息告 知p m m 当前网络模式、分组域和电路域是否有服务、r ai d e n t i t y ( 如果分组域 有服务这个信息单元就出现) 。p m m 依据网络模式判断是否进行c o m b i n e da t t a c h ( 网络模式i 下一定是两个域都有服务) 、网络模式i i 下分组域是否有服务等， 然后发出一个a t t a c hr e q 消息。具体流程如图2 3 解释如下： 1 u e 通过发送附着请求发起附着流程。u e 在附着请求消息中携带有a t t a c h 类型( 指明是n o r m a la t t a c h 、c o m b i n e da t t a c h 还是c o m b i n e da t t a c hw i t h i m s ia t t a c h ) 、用户识别标识以及一些表明a s 层能力的参数。对于用户 识别标识，如果u e 没有合法的p 。t m s i ，u e 会使用i m s i ；如果u e 有 合法的p t m s i ，u e 应该使用p t m s i 和配对的路由区标识，同时如果 具有p t m s is i g n a t u r e 的话，也应该带上。 2 如果u e 使用p t m s i 进行附着，并且自上次附着以来改变了s g s n ，新 s g s n 应该发送身份识别请求给旧的s g s n ，带上u e 的p t m s i 和相应 的路由区标识以及旧的p t m s is i g n a t u r e ，如果有的话。旧s g s n 回应身 份识别响应消息，包含u e 的i m s i 和鉴权集。如果u e 在旧s g s n 未知， 旧s g s n 回应消息带上相应的原因值；如果u e 的p t m s i 和签名不匹配， 旧s g s n 回应消息带上相应的原因值。 3 如果u e 在旧s g s n 为未知，新s g s n 应该发起身份识别请求( 对u e 而言，i d e n t i f i c a t i o n 是一个c o m m o n p r o c e d u r e ) 给u e ，身份类型指示i m s i a u e 应该报告自己的i m s i 给s g s n 。 l r m t $ 分组域的分析、设计与实现 图2 3a t t a c h 信令流程 4 如果u e 的移动性管理上下文( p m mc o n t e x t ) 在网络侧不存在，鉴权过程 ( 对u e 而言，a u t h e n t i c a t i o n 是一个c o m m o np r o c e d u r e ) 是必须的。如 果将要重分配p t m s i ，并且网络支持加密，加密模式应该被设置。 u i v l t s 分组域的分析、设计与实现 5 如果s g s n 号码自从上次分离( d e t a c h ) 后发生改变， 次附着，s g s n 应该通知h l r 。 a s g s n 发送一条u p d a t el o c a t i o n 消息( 带有s g s n 号码、 给h l r 。 或者是u e 的第一 s g s n 地址、i m s i ) b h l r 发送c a n c e ll o c a t i o n ( 带有i m s i 、取消类型) 消息给旧的s g s n 同时置取 消类型为u p d a t ep r o c e d u r e 。 c 旧s g s n 以c a n c e ll o c a t i o na c k ( 带有i m s l ) 消息确认收到h l r 的c a n c e l l o c a t i o n 。如果该u e 有任何正在进行中的流程，旧s g s n 应该等待这些流程结 束，然后才能删除u e 的m mc o n t e x t 和p d pc o n t e x t ( 关于p d pc o n t e x t 请参考 第三章) 。 d h l r 发送插入用户签约数据消息( 带有i m s i 、g p r s 签约数据) 给新s g s n 。 e 新s g s n 证实u e 存在于新的路由区中，如果用户签约数据禁止u e 在此路由区 附着，s g s n 应该拒绝e r e 的附着请求，带以恰当的原因值，同时可必回应插入 签约数据确认消息给h l r 。如果签约数据检查由于其他原因失败，s g s n 应该 拒绝u e 附着请求，带上合适的原因值，同时回应h l r 插入签约数据确认消息 ( 带有i m s i 、原因值) 。如果所有签约数据检查通过，s g s n 为u e 构造m m 上 下文，同时回应h l r 插入签约数据确认消息( 带有蹦s i ) 。 f h l r 在删除旧的m m 上下文和插入新的m m 上下文完成后，发送u p d a t e l o c a t i o na c k 消息给s g s n 确认s g s n 的u p d a t el o c a t i o n 消息。如果u p d a t e l o c a t i o n 被h l r 拒绝，s g s n 带上合适的原因值拒绝u e 的附着请求。 6 如果在步骤l 中的a t t a c h 类型指示c o m b i n e da t t a c h 或c o m b i n e da t t a c hw i t h i m s ia t t a c h ，那么v l r 应该被更新，如果配置了g s 接口的话。v l r 号码可 以从路由区信息导出。s g s n 在上面的步骤5 d ，即收到h l r 的第一次插入 用户签约数据消息时，就可以开始l o c a t i o nu p d a t e 流程。 a s g s n 发送l o c a t i o nu p d a t e 消息( 带有新的位置区标识l a i 、i m s i 、s g s n 号 码、l o c a t i o n u p d a t e t y p e ) ，l o c a t i o n u p d a t e t y p e 指示i m s ia t t a c h ，如果u e 附 着类型是联合附着的话；否则，l o c a t i o n u p d a t e t y p e 应该指示n o r m a ll o c a t i o n u p d a t e 。v l r 通过储存s g s n 的号码创建与s g s n 的关联。 b 如果位置区更新发生在m s c 之间，新的v l r 发送u p d a t e l o c a t i o n 消息( i m s i 、 新的v l r 号码) 给h l r 。 c 如果位置区更新发生于m s c 之间，h l r 发送c a n c e ll o c a t i o n ( 带有i m s i ) 消 息给旧v l r 。 d 旧v l r 以c a n c e l l o c a t i o n a c k 消息确认( 带有i m s i ) 。 e 如果位置区更新发生在m s c 之间，h l r 发送插入用户签约数据消息给新的 v i ，r 。 2 u e t s 分组域的分析、设计与实现 f v l r 以插入签约数据确认消息( 带有i m s l ) 确认。 g 在完成m s c 间的l o c a t i o nu p d a t e 流程后，h l r 以u p d a t el o c a t i o na c k 消息( 带 有i m s i ) 给新的v l r 。 h v l r 回应l o c a t i o nu p d a t ea c c e p t ( 带有v l r 号码、t m s i ) 消息给s g s n 。 7 发送附着接受消息( 带有p t m s i 、v l r 号码、t m s i 、p - t m s is i g n a t u r e ) 给u e 。如果重新分配了p t m s i ，应该在消息中带上。 8 如果p t m s i 或者t m s i 改变，u e 以附着完成消息给s g s n 确认新分配 的p t m s l 或t m s i 。 9 如果t m s i 发生改变，s g s n 发生t m s l 重分配完成消息给v l r 以确认 重分配的t m s i 。 u e 在步骤1 是启动了一个保护定时器t 3 3 1 0 ，长度为1 5 秒。如果t 3 3 1 0 超时而还未收到网络回应，u e 将重发附着请求。 如果附着请求被接受，u e 进入状态p m m r e g i s t e r e d 的子状态 n o r m a ls e r v i ce ，可以为上层提供正常服务。 如果附着请求不能被接受，s g s n 回送附着拒绝消息( 带有c a u s e ) 给 u e 。收到拒绝消息后u e 依据不同拒绝原因可能： 进入p m m d e r e g i s t e r e d 的子状态a 丁t e m p t i n gt oa t t a c h ，启 动一个定时器，待其超时后再次发起附着。 进入p m m - d e r e g i s t e r e d 的子状态p l m ns e a r c h ，重新选择一 个p l m n 。 不重新选网，也不再次发起附着，而是进入p m m - d e r e g i s t e r e d 的 子状态l i m i t e ds e r v i ce ，在此状态下上层不能获得正常服务，只能 发起紧急呼叫。 2 3 2 分离过程 分离( d e t a c h ) 过程是附着过程的逆过程，目的是使u e 与网络断开。 d e t a c h 过程分为u e 发起的和s g s n 发起的两种。 u m t s 分组域的分析、设计与实现 2 3 2 1u e 发起d e t a c h 图2 4u e 发起d e t a c h 信令流程 解释如下： 1 ，u e 发送分离请求消息( 带有d e t a c h t y p e ，p t m s i ，p t m s is i g n a t u r e ，s w i t c h o f f ) 给s g s n ，从而发起分离流程。d e t a c ht y p e 指示将要进行何种类型的分 离流程，即p s 分离、i m s l 分离、联合分离。s w i t c ho f f 指示l i e 的分离是 否是因为关机。分离请求消息带有l i e 的p t m s i 和p t m s is i g n a t u r e ，后 者是用来检查l i e 分离消息的合法性的。如果l i e 的签名不合法或者没有带， s g s n 应该发起鉴权。 2 如果是p s 分离，存在于g g s n 中属于该l i e 激活( a c t i v a t e ) 的p d p c o n t e x t 的去活( d e a c t i v a t e ) ，是通过s g s n 向g g s n 发送删除p d pc o n t e x t 请求消 息来实现的。g g s n 以删除p d p 上下文响应消息予以确认。 3 如果是i m s l 分离，s g s n 应该发送i m s l 分离指示消息给v l r 。 4 如果u e 需要在p s 分离同时保留i m s i 附着，s g s n 应该发送p s 分离指示消 息给v l r 。v l r 删除和s g s n 的关联，并且不再通过s g s n 发起寻呼和 l o c a t i o nu p d a t e 。 5 如u e 不是因为关机发起分离，s g s n 应该回应分离接受消息给u e 。 6 如果u e 发起p s 分离，s g s n 释放p s 域信令连接。 1 4 i n t s 分组域的分析、设计与实现 2 3 2 2s g s n 发起d e t a c h 图2 5s g s n 发起d e t a c h 信令流程 解释如下： 1 s g s n 以分离请求消息( 带有分离类型) 通知u e 已经被分离。分离类型指 示u e 是否被要求重新附着和重新激活原先分离前激活的p d p 上下文。如果 是，在分离完成后，附着流程将会发起。 2 s g s n 通知g g s n 删除p d p 上下文请求消息，以通知g g s n 去活该u e 激活 的p d p 上下文。g g s n 以删除p d p 上下文响应消息确认s g s n 的删除请求。 3 如果u e 是联合附着，s g s n 应该发送p s 分离指示消息( 带有用户i m s i ) 通知v l r 。v l r 去除和s g s n 的关联，不再通过s g s n 进行寻呼和位置区 更新。 4 u e 可能在收到s g s n 的分离请求后的任何时候发送分离接受消息给s g s n 。 5 在收到u e 的分离接受消息后，如果分离类型不要求u e 重新附着，那么s g s n 将释放分组域的信令连接。 2 3 3 安全性管理 安全性管理均由网络发起，包括鉴权，力口密( a u t h e n t i c a t i o na n dc i p h e r i n g ) 、 u m t s 分组域的分析、设计与实现 识别( i d e n t i f i c a t i o n ) 、p t m s i 重分配( p t m s ir e a l l o c a t i o n ) 等过程。分别解 释如下： a u t h e n t i c a t i o na n dc i p h e r i n g 鉴权力口密过程的目的有三个： 鉴别u e ：使网络侧可以检查u e 提供的标识( i m s i 、p t m s i ) 是否可 用接受，即是否存在身份冒充的可能。 密钥分发：向u e 提供用于计算加密密钥( cj 【p h e r i n gk e y ，c k ) 和完整 性检查密钥( i n t e g r i t