第三章无线网络工作原理(2)

1、第三章 无线网络工作原理 3.2 无线网络的移动性管理无线网络的移动性管理 无线网络的最大优点无线网络的最大优点： 可以无约束的介入各种业务中，（无约束的介入意味可以无约束的介入各种业务中，（无约束的介入意味着终端的移动性。）着终端的移动性。）实现通信：实现通信：为了使任意消息能够到达指定的目标，必须为了使任意消息能够到达指定的目标，必须掌握目标的掌握目标的位置（定位）位置（定位）以及以及如何到达目标（路由）如何到达目标（路由）。 无线网络的移动管理就是为完成这个工作而设置的，无线网络的移动管理就是为完成这个工作而设置的，它涉及两个方面的内容：分别对应于会话前和会话中的它涉及两个方面的内容：分

2、别对应于会话前和会话中的MS管理。即位置管理和越区切换。管理。即位置管理和越区切换。 第三章 无线网络工作原理 位置管理位置管理 在无线网络中，终端可以在任何地方，为在无线网络中，终端可以在任何地方，为了与之通信，必须有一种终端定位机制。这就了与之通信，必须有一种终端定位机制。这就是位置管理。是位置管理。（位置管理是位置管理是MSMS开机后，首先需要进行的建开机后，首先需要进行的建立过程。定位于会话开始前，即连接建立时的立过程。定位于会话开始前，即连接建立时的MSMS的位置及状态）的位置及状态）第三章 无线网络工作原理 越区切换越区切换 越区切换是越区切换是MSMS在联机状态下，保持不间断、在

3、联机状态下，保持不间断、无缝隙通信的一种有效手段无缝隙通信的一种有效手段 由于终端的移动性，当由于终端的移动性，当MS远离远离BS移动时，移动时，来自当前的来自当前的BS信号减弱，需要把通信交给另一个信号减弱，需要把通信交给另一个BS。 越区切换就是完成，把一个越区切换就是完成，把一个MS与相应终端的与相应终端的当前连接从网络的一个接入点移交给另一个接入当前连接从网络的一个接入点移交给另一个接入点。点。 越区切换越区切换是会话过程中的移动管理。是会话过程中的移动管理。 第三章 无线网络工作原理 一、位置管理：一、位置管理： 基本概念：基本概念：1、任务：、任务： 对对MS定位：语音网：在通信前

4、必须建立一条专用通道，为此必须定位：语音网：在通信前必须建立一条专用通道，为此必须 对对MS进行定位。在数据网，一个地址只指向一个物理进行定位。在数据网，一个地址只指向一个物理 位置，同样需要确定位置，同样需要确定MS的位置。的位置。确定确定MS的状态：如果的状态：如果MS关闭了，网络应该知道它无法接通，从而关闭了，网络应该知道它无法接通，从而 根据业务需求采取合适的措施。例如：可以把短消息根据业务需求采取合适的措施。例如：可以把短消息 存储在服务器中，以后再发送。存储在服务器中，以后再发送。2、组成：、组成：位置更新位置更新: MS根据它接入固定网络的接入点变化发布的消息根据它接入固定网络的

5、接入点变化发布的消息. （每次（每次MS发出位置更新信息，网络固定部分的数据库就发出位置更新信息，网络固定部分的数据库就 要被更新以反映出要被更新以反映出MS的新位置）的新位置）寻呼：寻呼：网络向网络向MS广播发送信息，必须在一组小区中寻呼广播发送信息，必须在一组小区中寻呼MS，确，确 定定MS在小区的确切位置。在小区的确切位置。 位置信息发布：位置信息发布：请求存储和发布与提供业务网络中的请求存储和发布与提供业务网络中的MS相关的相关的 位置信息的过程。位置信息的过程。 第三章 无线网络工作原理 3、位置管理的基本问题：在自然开销、位置更新次数、位置管理的基本问题：在自然开销、位置更新次数、

6、频率和寻呼开销间找到平衡。频率和寻呼开销间找到平衡。 如果位置更新过于频繁并且到达的信息很少，网络如果位置更新过于频繁并且到达的信息很少，网络上的负载就会造成不必要的开销，这包括了稀缺频谱的上的负载就会造成不必要的开销，这包括了稀缺频谱的使用、网络资源的更新和位置更新的处理。使用、网络资源的更新和位置更新的处理。 如果位置更新太少，为了对如果位置更新太少，为了对MS定位，就需要在更定位，就需要在更大的地区并因此在更多的小区内进行寻呼。在没有存在大的地区并因此在更多的小区内进行寻呼。在没有存在移动的终端的小区内进行寻呼是对资源的浪费。移动的终端的小区内进行寻呼是对资源的浪费。 第三章 无线网络工

7、作原理 （一）位置更新算法（一）位置更新算法1、分类：、分类：1）静态：）静态： 基于拓扑结构的位置更新：蜂窝网采用基于拓扑结构的位置更新：蜂窝网采用 基于距离的位置更新：经过一定数量的小区后基于距离的位置更新：经过一定数量的小区后基于时间的位置更新：经过一定时间后基于时间的位置更新：经过一定时间后2）动态：）动态：基于状态（基于状态（MS根据自己的当前状态信息决定何时进根据自己的当前状态信息决定何时进行位置更新（状态信息可以使用几种度量方式行位置更新（状态信息可以使用几种度量方式:，消，消逝时间，行进距离、穿越逝时间，行进距离、穿越LA的数量、接收呼叫的次的数量、接收呼叫的次数）数）基于用户

8、分布网：依据基于用户分布网：依据LA序列表进行。序列表进行。 （LA序列表序列表反映了反映了MS在不同时间点的可能位置）。在不同时间点的可能位置）。第三章 无线网络工作原理 2、基于拓扑结构的静态更新：、基于拓扑结构的静态更新：1）基本原理：）基本原理：在拓扑结构上为一组小区分配了位置识别码（寻呼在拓扑结构上为一组小区分配了位置识别码（寻呼 区）用区）用LA表示。表示。BS定期广播识别码，定期广播识别码，MS持续侦听控制信道中的持续侦听控制信道中的LA识别码，根据侦听到识别码，根据侦听到的识别码的变化，启动位置更新，将更新信息送入的识别码的变化，启动位置更新，将更新信息送入数据库。数据库。第三

9、章 无线网络工作原理 基于位置更新的位置区基于位置更新的位置区 （L-A）第三章 无线网络工作原理 2）GSM中的位置更新机制中的位置更新机制 在在GSM中，中，LA称为寻呼区。一个称为寻呼区。一个LA通常包含一组通常包含一组小区，由小区，由BSC控制，控制， MS在三种情况下进行位置更新：在三种情况下进行位置更新：（1）在加电时：要对以前记录的位置区和现在正在广播的）在加电时：要对以前记录的位置区和现在正在广播的位置区进行比较，不同则更新。位置区进行比较，不同则更新。（2）MS通过一个位置区的边界时，它会进行位置更新。通过一个位置区的边界时，它会进行位置更新。（3）由网络预先确定一段时间后，

10、进行位置更新以保证获）由网络预先确定一段时间后，进行位置更新以保证获得得MS。 3）问题）问题MS在两个在两个LA的边界处穿越会产生乒乓效应。的边界处穿越会产生乒乓效应。（采用停留计时器，在一段时间内不进行位置更新）（采用停留计时器，在一段时间内不进行位置更新）第三章 无线网络工作原理 （二）、寻呼方案：（二）、寻呼方案：1、地毯寻呼：、地毯寻呼： 在一个在一个LA的所有小区中同时寻呼的所有小区中同时寻呼MS 。2、顺序寻呼：（最近小区优先）：、顺序寻呼：（最近小区优先）： 首先对首先对MS上次所在的小区进行寻呼（寻呼在对应上次所在的小区进行寻呼（寻呼在对应于上次位置更新的区域中进行）然后根据

11、一些参数于上次位置更新的区域中进行）然后根据一些参数（历史记录和距离），在最有可能的区域进行随后（历史记录和距离），在最有可能的区域进行随后的寻呼。在特定的寻呼周期中使用了计时器来判断的寻呼。在特定的寻呼周期中使用了计时器来判断MS是否可达。是否可达。 第三章 无线网络工作原理 （三）位置信息发布（三）位置信息发布 位置信息发布是指：请求存储和发布与位置信息发布是指：请求存储和发布与MS位置信息有位置信息有关的过程，它涉及以下实体：关的过程，它涉及以下实体：1、本地网络、本地网络/本地数据库（本地数据库（HLR）：）： MS的注册地的注册地(MS归属的网络归属的网络) 。 本地数据库记录着本地

12、数据库记录着MS概况（移动标识，身份验证概况（移动标识，身份验证密钥，用户概况，计费信息，位置信息）密钥，用户概况，计费信息，位置信息）2、访问网络、访问网络/访问数据库（访问数据库（VLR）：）： MS的位置所在地。的位置所在地。访问数据库对该服务区的访问数据库对该服务区的MS进行跟踪。进行跟踪。 位置信息发布就是在本地数据库和访问数据库相互通位置信息发布就是在本地数据库和访问数据库相互通信，对信，对MS身份进行验证和更新的过程。身份进行验证和更新的过程。第三章 无线网络工作原理 （四）（四）GSM中的位置管理过程基本流程：中的位置管理过程基本流程：手机状态和通信事件手机状态和通信事件第三章

13、 无线网络工作原理 GSM中的位置管理过程基本流程中的位置管理过程基本流程 整个过程可分为整个过程可分为3步：步：1）用户发出位置登记请求和建立登记过程：）用户发出位置登记请求和建立登记过程：（1）MS从从BA，进行位置区更新。（，进行位置区更新。（MS在在该区则省去）该区则省去）（2）MS进入进入A区，检测由区，检测由BSA基站发送的广基站发送的广播信息，播信息，MS收到位置区收到位置区A的识别消息。的识别消息。（3）（）（4）MS通过该基站通过该基站BSA向所属的向所属的MSC（Mobile Switching Centre）发送）发送“我在这里我在这里”的位置登记和更新信息。的位置登记和

14、更新信息。2）签权、确认过程）签权、确认过程（5）MSC把含有把含有MSC标示和标示和MS识别码的位识别码的位置更新消息送给置更新消息送给HLR，开始进行签权和加密，开始进行签权和加密（6）如果顺利通过上述过程，则）如果顺利通过上述过程，则HLR向向MSC发回响应消息，并包括全部相关的用户数据。发回响应消息，并包括全部相关的用户数据。 3）用户数据登记、更新及通知用户的过程）用户数据登记、更新及通知用户的过程（7）（）（8）MSC在用户被访问的存储器在用户被访问的存储器VLR中进行用户数据登记中进行用户数据登记（9）在）在VLR中用户数据登记以后，中用户数据登记以后，MSC将把将把有关位置登记

15、或更新消息通过基站有关位置登记或更新消息通过基站BS送给送给MS。如果如果MS是从另一个位置区是从另一个位置区B进入到目前位置区进入到目前位置区A，则：，则：（）新位置区的归属数据库向原（）新位置区的归属数据库向原位置区的访问数据库发出删除此移动位置区的访问数据库发出删除此移动用户的全部有关数据。用户的全部有关数据。第三章 无线网络工作原理 二、越区切换管理二、越区切换管理1、任务：当一个终端从一个接入点的覆盖区移动到另、任务：当一个终端从一个接入点的覆盖区移动到另一个接入点的覆盖区时，需要对当前连接进行处理的全一个接入点的覆盖区时，需要对当前连接进行处理的全部问题和行为。部问题和行为。2、步

16、骤：、步骤：第一步：越区切换的判断与发起。（由越区切换管理判第一步：越区切换的判断与发起。（由越区切换管理判断是不是需要越区切换）断是不是需要越区切换） 第二步：刷新和重定向数据（第二步：刷新和重定向数据（ 网络实体了解正在进行网络实体了解正在进行越区切换，重新建立连接以反映出越区切换，重新建立连接以反映出MS新的位置）新的位置） 。第三章 无线网络工作原理 3、 关键技术：关键技术：1）、越区切换中的结构问题：）、越区切换中的结构问题：（1）越区切换过程：越区切换过程包括一组协）越区切换过程：越区切换过程包括一组协议，完成以下工作：议，完成以下工作：通知：通知与特定连接相关的实体，切换开始。

17、通知：通知与特定连接相关的实体，切换开始。分离：分离：MS与旧的连接点分离。与旧的连接点分离。重接：重接：MS与新的连接点建立连接。与新的连接点建立连接。第三章 无线网络工作原理 （2）越区切换的分类：）越区切换的分类：硬切换：先断开后切换。硬切换：先断开后切换。MSMS在与新的连接建立之前，就中断了与旧的在与新的连接建立之前，就中断了与旧的BSBS的连接的连接 ，会造成短暂的暂时中断，主要用于及一切转换会造成短暂的暂时中断，主要用于及一切转换载频的切换载频的切换无缝切换：断开切换同时进行。无缝切换：断开切换同时进行。它是在新链路建立过程中同时释放当前的链路，欧洲它是在新链路建立过程中同时释放

18、当前的链路，欧洲采用此方法采用此方法软切换：软切换：先切换后断开（它是在新链路建立后才开始释放当前先切换后断开（它是在新链路建立后才开始释放当前链路。广泛用于系统）链路。广泛用于系统）第三章 无线网络工作原理 第三章 无线网络工作原理 越区切换控制包括越区切换控制包括越区切换的参数控制、越区切换的过程控制越区切换的参数控制、越区切换的过程控制在移动通信系统中，在移动通信系统中，过程控制过程控制的方式主要有三种的方式主要有三种:手机移动台控制的越区切换（手机移动台控制的越区切换（PACS ）手机连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强手机连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质

19、量。度和质量。在满足某种越区切换准则后，移动台手机选择具有可用业在满足某种越区切换准则后，移动台手机选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。每次切换务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。每次切换时间较短一般是时间较短一般是100MS 。（3）越区切换控制）越区切换控制第三章 无线网络工作原理 网络控制的越区切换（网络控制的越区切换（TACS）基站监测来自手机的信号强度和质量，在信号低于某个基站监测来自手机的信号强度和质量，在信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站越区切换。门限后，网络开始安排向另一个基站越区切换。网络要求手机周围的所有基站都监测该手机的信号，并网络要求

20、手机周围的所有基站都监测该手机的信号，并把测量结果报告给网络。网络从这些基站中选择一个基把测量结果报告给网络。网络从这些基站中选择一个基站作为越区切换的新基站，把结果通过旧基站通知移动站作为越区切换的新基站，把结果通过旧基站通知移动台并通知新基站。（每次切换的时间较长，需要数秒钟，台并通知新基站。（每次切换的时间较长，需要数秒钟，适用于模拟式的第一代通信系统。）适用于模拟式的第一代通信系统。）手机辅助的越区切换（手机辅助的越区切换（GSM IS-95）网络要求移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报网络要求移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换

21、告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪个基站。需要时间以及切换到哪个基站。需要时间1S。第三章 无线网络工作原理 2） 越区切换判断时间算法越区切换判断时间算法（1）一般方法：）一般方法： 使用阈值与来自不同连接点的测量值使用阈值与来自不同连接点的测量值进行比较，以判定何时进行越区切换。进行比较，以判定何时进行越区切换。（2）度量标准：）度量标准：路径损耗、载干比（路径损耗、载干比（CIR）、）、 信号干扰比（信号干扰比（SIR）、）、 误误比特率（比特率（BER）、）、 误块率（误块率（BLER）、误符号率）、误符号率（SER）、功率预算和小区分级。）、功率预算和小区分

22、级。 以上值可以单独或者联合用于特定的移动语音或数据网中用以上值可以单独或者联合用于特定的移动语音或数据网中用于判断越区切换。于判断越区切换。为了避免乒乓效应，算法中使用了额外参数：滞后余量、为了避免乒乓效应，算法中使用了额外参数：滞后余量、停留计时器和平均窗口。停留计时器和平均窗口。 第三章 无线网络工作原理 （3）传统的越区切换算法：一般基于）传统的越区切换算法：一般基于RSS或接收功率或接收功率P。基于基于RSS：选择具有最强接收信号的：选择具有最强接收信号的BS（如果（如果 选选择择 ）基于基于RSS和阈值：如果一个新的和阈值：如果一个新的BS的的RSS超过了当前的超过了当前的BS的的

23、RSS，并且当前基站信号低于阈值，并且当前基站信号低于阈值T时，才可以进行时，才可以进行越区切换（如果越区切换（如果 并且并且 选择选择 ）基于基于RSS和滞后余量和滞后余量H：如果：如果 选择选择 基于基于RSS、滞后余量和阈值：如果、滞后余量和阈值：如果 并且并且选择选择 算法和停留计时器：当满足算法的条件时，计数器开始计算法和停留计时器：当满足算法的条件时，计数器开始计时，只有计时器到时了，条件持续满足，才可以切换。时，只有计时器到时了，条件持续满足，才可以切换。 oldnewPPnewBoldnewPPTPoldnewBHPPoldnewnewBHPPoldnewTPoldnewB第三

24、章 无线网络工作原理 （4）评价依据）评价依据 完成切换的时间越短越好。完成切换的时间越短越好。 假切换概率越小越好。无线信号的强度本身具有不稳假切换概率越小越好。无线信号的强度本身具有不稳 定、突发变化的特性，信号的突然强弱变化都会触发定、突发变化的特性，信号的突然强弱变化都会触发 越区切换，即假切换。越区切换，即假切换。 切换频率在满足正常通信的条件下越低越好。切换频率在满足正常通信的条件下越低越好。第三章 无线网络工作原理 3）一般越区切换管理过程）一般越区切换管理过程（1） 越区切换的判断与启动越区切换的判断与启动 （2）发布越区切换消息，移动终端在新的访问数据库中登记）发布越区切换消

25、息，移动终端在新的访问数据库中登记（3）访问数据库与本地数据库建相互通信获得用户信息）访问数据库与本地数据库建相互通信获得用户信息 （4）本地数据库依据移动台的签权响应，建立连接，两个数）本地数据库依据移动台的签权响应，建立连接，两个数据库的内容更新，新的访问数据库将移动终端列表。据库的内容更新，新的访问数据库将移动终端列表。 （5）本地数据库发送一个消息给旧的访问数据库，用于刷新）本地数据库发送一个消息给旧的访问数据库，用于刷新其内容和终端登记信息其内容和终端登记信息（6）旧的访问数据库刷新或重定向分组给新的访问数据库，）旧的访问数据库刷新或重定向分组给新的访问数据库，将终端从列表中删除。将

26、终端从列表中删除。第三章 无线网络工作原理 一般越区切换管理过程一般越区切换管理过程第三章 无线网络工作原理 4）GSM采用的越区切换采用的越区切换 采用移动台辅助切换法采用移动台辅助切换法由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测得结果送给得结果送给MSC进行分析和处理，从而做出有关过区进行分析和处理，从而做出有关过区切换的决策。切换的决策。时分多址（时分多址（TDMA）技术给移动台辅助切换法提供了）技术给移动台辅助切换法提供了条件。条件。GSM系统在一帧的系统在一帧的8个时隙中，移动台最多占个时隙中，移动台最多占用两个时隙分别进行发送和接收

27、，其余时隙可以对周用两个时隙分别进行发送和接收，其余时隙可以对周围基站的广播控制信道（围基站的广播控制信道（BCCH）进行信号强度的测）进行信号强度的测量。量。第三章 无线网络工作原理 GSM区域划分区域划分从地理位置范围来看，从地理位置范围来看，GSM系统分为系统分为GSM服务区、公用服务区、公用陆地移动网（陆地移动网（PLMN）业务区、移动交换控制区（）业务区、移动交换控制区（MSC区）、位置区（区）、位置区（LA）和小区。）和小区。GSM服务区服务区由联网的由联网的GSM全部成员国组成、移动用户只要在服务区全部成员国组成、移动用户只要在服务区内，就能得到系统的内，就能得到系统的 各种服务

28、，包括完成国际漫游。各种服务，包括完成国际漫游。PLMN业务区业务区由由GSM系统构成的系统构成的PLMN处于国际或国内汇接交换机的处于国际或国内汇接交换机的级别上，它可以与目前各种公用网络互联，在该区域内，级别上，它可以与目前各种公用网络互联，在该区域内，有共同的编号方法及路由规划，一个有共同的编号方法及路由规划，一个PLMN业务区包括多业务区包括多个个MSC业务区，甚至可以扩展到全国。业务区，甚至可以扩展到全国。第三章 无线网络工作原理 MSC/VLR业务区业务区MSC服务区表示网络中由一个服务区表示网络中由一个MSC所覆所覆盖的部分。一个盖的部分。一个PLMN通常由多个通常由多个MSC服

29、务区组成，在该区内的移动用户要在该服务区组成，在该区内的移动用户要在该区的拜访位置寄存器（区的拜访位置寄存器（VLR）内登记，）内登记，MSC与与VLR构成同一节点构成同一节点。第三章 无线网络工作原理 位置区（位置区（LA）每个每个MSC/VLR业务区分成几个位置区。业务区分成几个位置区。位置区是位置区是MSC/VLR业务区的一部分，在一个位置区内移业务区的一部分，在一个位置区内移动台可动台可“自由地自由地”移动，不需作位置更新处理。移动，不需作位置更新处理。在一个位置区内发射广播消息，以便找到移动用户，是在一个位置区内发射广播消息，以便找到移动用户，是一个寻呼区域。一个寻呼区域。一个位置区

30、只属于某个一个位置区只属于某个MSC/VLR业务区，利用位置区识业务区，利用位置区识别码（别码（LAI），系统能够区分不同位置区。），系统能够区分不同位置区。一个位置区含有几个小区，且可能和一个或几个一个位置区含有几个小区，且可能和一个或几个BSC有有关，它是定位和寻呼区。关，它是定位和寻呼区。第三章 无线网络工作原理 小区（小区（Cell）一个位置区包括若干个小区，每个小区都有专一个位置区包括若干个小区，每个小区都有专用的识别码，它表示网络中一个基本的无线覆用的识别码，它表示网络中一个基本的无线覆盖区域，是一个特定盖区域，是一个特定BTS所覆盖的区域。利用所覆盖的区域。利用基站识别码（基站识

31、别码（BSIC）移动台能区分各小区。）移动台能区分各小区。第三章 无线网络工作原理 第三章 无线网络工作原理 越区切换主要有三种不同情况越区切换主要有三种不同情况（1）同一位置区内的不同小区（特征：属于同一）同一位置区内的不同小区（特征：属于同一BSC） 同一同一BSC越区切换示意图越区切换示意图首先由首先由MS向向BSC报告原基站报告原基站和周围基站的信号强度，和周围基站的信号强度，由由BSC发出切换命令发出切换命令，MS切切换到新换到新TCH信道后告知信道后告知BSC，由由BSC通知通知MSC/VLR，某移，某移动台已完成此次切换。动台已完成此次切换。其锁定的其锁定的BCCH载频不载频不同

32、，但没有位置区的变同，但没有位置区的变化，无需位置更新。化，无需位置更新。 第三章 无线网络工作原理 （2）在同一业务区的不同位置区（特征：属于同一）在同一业务区的不同位置区（特征：属于同一MSC）同一个同一个MSC不同不同BSC越区切换越区切换示意图示意图流程图流程图第三章 无线网络工作原理 这种这种切换由切换由MSC负责负责切换过程：切换过程：首先由首先由MS向原基站控制器（向原基站控制器（BSC1）报告测试数据）报告测试数据,BSC1向向MSC发送发送“切换请求切换请求”，再由再由MSC向向BSC2(新基站控制器新基站控制器)发送发送“切换指令切换指令”，BSC2向向MSC发送发送“切换证实切换证实”消息。消息。然后，然后，MSC向向BSC1、MS发送发送“切换命令切换命令”；待切换完成后，待切换完成后，MSC向向BSC1发发“清除命令清除命令”，释放，释放原占用的信道。原占用的信道。第三章 无线网络工作原理 切换结果切换结果