GSM的接续和移动性管理课件

GSM的接续和移动性管理

呼叫处理*

这种情况属于移动用户被呼的情况。其基本过程为:固定网络用户A拨打GSM网用户B的MSISDN号码(如139H1H2H3ABCD),A所处的本地交换机根据此号码(139)与GSM网的相应入口交换局(GMSC)建立链路,并将此号码传送给GMSC。GMSC据此号码(H1H2H3ABCD)分析出B的HLR,即向该HLR发送此MSISDN号码,并向其索要B的漫游号码(MSRN)。固定用户至移动用户的入局呼叫*固定用户至移动用户的入局呼叫HLR将此MSISDN号码转换为移动用户识别码(IMSI),查询内部数据,获知用户B目前所处的MSC业务区,并向该区的VLR发送此IMSI号码,请求分配一个MSRN。VLR分配并发送一个MSRN给HLR,再由HLR传送给GMSC。GMSC有了MSRN,就可以把入局呼叫接到B用户所在的MSC处。GMSC与MSC的连接可以是直达链路,也可以是由汇接局转接的间接链路。*固定用户至移动用户的入局呼叫

MSC根据从VLR处查到的该用户的位置区识别码(LAI),将向该位置区内的所有BTS发送寻呼信息(称为一起呼叫),而这些BTS再通过无线寻呼信道(PCH)向该位置区内的所有MS发送寻呼信息(也是一起呼叫)。B用户的MS收到此信息并识别出其IMSI码后(认为是在呼叫自己),即发送应答响应。至此,就完成了固定用户呼叫MS的进程。*固定用户至移动用户的入局呼叫

固定用户至移动用户的入局呼叫框图*固定用户至移动用户的入局呼叫

固定用户至移动用户的入局呼叫流程图*移动用户至固定用户的出局呼叫

这种情况属于移动用户被呼的情况。其基本过程为:GSM网用户A拨打固定网用户B的号码,A的MS在随机接入信道(RACH)上向BTS发送“信道请求”信息。BTS收到此信息后通知BSC,并附上BTS对该MS到BTS传输时延的估算及本次接入的原因。BSC根据接入原因及当前资料情况,选择一条空闲的独立专用控制信道(SDCCH),并通知BTS激活它。BTS完成指定信道的激活后,BSC在允许接入信道(AGCH)上发送“立即分配”信息(ImmediateAssignment),其中包含BSC分配给MS的SDCCH描述,初始化时间提前量、初始化最大传输功率以及有关参考值。每个在AGCH信道上等待分配的MS都可以通过比较参考值来判断这个分配信息的归属,以避免争抢引起混乱。*

当A的MS正确地收到自己的分配信息后,根据信道的描述,把自己调整到该DCCH上,从而和BS之间建立起一条信令传输链路。通过BS,MS向MSC发送“业务请求”信息。MSC启动鉴权过程,网络开始对MS进行鉴权。若鉴权通过,MS向MSC传送业务数据(若需要进行数据加密,此操作之前,还需经历加密过程),进入呼叫建立的起始阶段。MSC要求BS给MS分配一个无线业务信道(TCH)。若BS中没有无线资源可用,则此次呼叫将进入排队状态。若BS找到一个空闲TCH,则向MS发指配命令,以建立业务信道链接。连接完成后,向MSC返回分配完成信息。MSC收到此信息后,向固定网络发送IAM信息,将呼叫接续到固定网络。在用户B端的设备接通后,固定网络通知MSC,MSC给MS发回铃信息。此时,MS进入呼叫成功状态并产生回铃音。在用户B摘机后,固定网通过MSC发给MS连接命令。MS作出应答并转入通话。至此,就完成了MS主呼固定用户的进程。移动用户至固定用户的出局呼叫*移动用户至固定用户的出局呼叫

移动用户至固定用户的出局呼叫框图*

移动用户至固定用户的出局呼叫流程图

移动用户至固定用户的出局呼叫*

GSM系统使用的呼叫释放方法与其他通信网使用的呼叫释放方法基本相同,通信的双方都可以随时终止通信。在GSM实施第一阶段的规范中,释放过程可以简化成两条信息:当释放由移动台发起时,用户按“结束(END)”键,发送“拆除”信息,MSC收到后就发送“释放”信息;当释放由网络端(如PSTN)发起时,MSC收到“释放”信息就向移动台发出“拆线”信息。在这一阶段,用户从拆线到释放这段时间内不再交换信令数据释放*释放在GSMⅡ阶段,释放过程要用三条信息:如释放由网络端(如PSTN)发起时,MSC在ISUP上送出“释放”信息,通知PSTN用户通信终止,端到端的连接到此结束。但至此呼叫并未完全释放,因为MSC到移动台的本地链路仍然保持,还需执行一些辅助任务,如向移动台发送收费指示等。当MSC认为没有必要再保持与移动台之间的链路时,才向移动台送“拆除”信息,移动台返回“释放完成”消息,这时所有底层链路才释放,移动台回到空闲状态。*释放

由MS发起的释放*释放

由网络端发起的释放位置登记和删除*进行位置登记的原因

在GSM这样的小区制蜂窝移动通信网中,为了便于管理,划分了若干不同等级的区域,但无论移动台处于何处,只要是在系统区域内,就应该能够实现所有的功能,包括越区切换、自动漫游等。为此,网络必须时刻跟踪并掌握移动台所处的位置,及时更新移动台的相关信息。这就是要进行位置登记和删除的原因。移动台位置登记和删除是网络移动管理功能的一个重要方面,其进程涉及到MS、BS、MSC和位置寄存器HLR、VLR,以及相应的接口。*位置登记概念位置登记是指为了保证网络能够跟踪移动台的运动,掌握移动台所处的位置,以便在需要时能够迅速连接上移动台、实现正常通信而必须将其位置信息保存起来,并及时地进行信息更新。通常,移动台的位置信息存储在归属位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)这两个功能实体中。*位置登记概念

1)首次登记当一个移动用户首次入网时,由于在其SIM卡中找不到原来的位置区识别码(LAI),它会立即申请接入网络,向移动交换中心(MSC)发送“位置更新请求”信息,通知GSM系统这是一个该位置区内的新用户。MSC根据该移动台发送的IMSI中的H1H2H3信息,向某个特定的位置寄存器发送“位置更新请求”信息,该位置寄存器就是该移动台的归属位置寄存器(HLR)。HLR把发送请求的MSC的号码(即M1M2M3)记录下来,并向该MSC回送“位置更新接受”信息。至此,MSC认为此移动台已被激活,便要求访问位置寄存器(VLR)对该移动台作“附着”标记,并向移动台发送“位置更新证实”信息,移动台会在其SIM卡中把信息中的位置区识别码存储起来,以备后用。*位置登记概念

移动台首次登记示意图*位置登记概念2)位置更新位置更新指的是移动台向网络登记其新的位置区,以保证在有此移动台的呼叫时网络能够正常接续到该移动台处。移动台的位置更新主要由另一种位置寄存器——访问位置寄存器(VLR)进行管理。移动台每次一开机,就会收到来自于其所在位置区中的广播控制信道(BCCH)发出的位置区识别码(LAI),它自动将该识别码与自身存储器中的位置区识别码(上次开机所处位置区的编码)相比较,若相同,则说明该移动台的位置未发生改变,无需位置更新;否则,认为移动台已由原来位置区移动到了一个新的位置区中,必须进行位置更新。

*位置登记概念

图１位置更新示意图*

位置登记概念(1)同MSC/VLR中不同位置区的位置更新。图１中,移动台由cell3移动到cell4中的情况,就属于同MSC/VLR(MSC/VLRA)中不同位置区的位置更新。该位置更新的实质是:cell4中的BTS通过BSCA把位置信息传到MSC/VLRA中。其基本流程包括:

①移动台从cell3移动到cell4中;②通过检测由BTS4持续发送的广播信息,移动台发现新收到的LAI与目前存储并使用的LAI不同;*位置登记概念

③移动台通过BTS4和BSCA向MSCA发送“我在这里”位置更新请求信息;

④MSCA分析出新的位置区也属本业务区内的位置区,即通知VLRA修改移动台位置信息;

⑤VLRA向MSCA发出反馈信息,通知位置信息已修改成功;⑥MSCA通过BTS4把有关位置更新响应的信息传送给移动台,位置更新过程结束。*

位置登记概念

*

位置登记概念(2)不同MSC／VLR之间不同位置区的位置更新。图１中,移动台由cell3移动到cell5中的情况,就属于不同MSC/VLR(MSC/VLRA和MSC/VLRB)之间不同位置区的位置更新。该位置更新的实质是:cell5中的BTS通过BSCC把位置信息传到MSC/VLRB中。其基本流程包括:

①移动台从cell3(属于MSCA的覆盖区)移动到cell5(属于MSCB的覆盖区)中;

②通过检测由BTS5持续发送的广播信息,移动台发现新收到的LAI与目前存储并使用的LAI不同;*位置登记概念

③移动台通过BTS5和BSCB向MSCB发送“我在这里”的位置更新请求信息;

④MSCB把含有MSCB标识和移动台识别码的位置更新信息传送给HLR(鉴权或加密计算过程从此时开始);

⑤HLR返回响应信息,其中包含全部相关的移动台数据；

⑥在VLRB中进行移动台数据登记；

⑦通过BTS5把有关位置更新响应的信息传送给移动台(如果重新分配TMSI,此时一起送给移动台);

⑧通知MSC/VLRA删除有关此移动台的数据。*位置登记概念*位置登记概念

3)位置删除如前所述,当移动台移动到一个新的位置区并且在该位置区的VLR中进行登记后,还要由其HLR通知原位置区中的VLR删除该移动台的相关信息,这叫做位置删除。

*位置登记概念

4)IMSI分离/附着移动台的国际移动台识别码(IMSI)在系统的某个HLR和VLR及该移动台的SIM卡中都有存储。移动台可处于激活(开机)和非激活(关机)两种状态。当移动台由激活转换为非激活状态时,应启动IMSI分离进程,在相关的HLR和VLR中设置标志。这就使得网络拒绝对该移动台的呼叫,不再浪费无线信道发送呼叫信息。当移动台由非激活转换为激活状态时,应启动IMSI附着进程,以取消相应HLR和VLR中的标志,恢复正常。*位置登记概念5)周期性位置登记周期性位置登记指的是为了防止某些意外情况的发生,进一步保证网络对移动台所处位置及状态的确知性,而强制移动台以固定的时间间隔周期性地向网络进行的位置登记。可能发生的意外情况如:当移动台向网络发送“IMSI分离”信息时,由于无线信道中的信号衰落或受噪声干扰等原因,可能导致GSM系统不能正确译码,这就意味着系统仍认为该移动台处于附着状态。再如,当移动台开着机移动到系统覆盖区以外的地方,即盲区之内时,GSM系统会认为该移动台仍处于附着状态。*

如果系统没有采用周期性位置登记,在发生以上两种情况之后,若该移动台被寻呼,由于系统认为它仍处于附着状态,因而会不断地发出呼叫信息,无效占用无线资源。针对以上问题,GSM系统要求移动台必需进行周期性的登记,登记时间是通过BCCH通知所有移动台的。若系统没有接收到某移动台的周期性登记信息,就会在移动台所处的VLR处以“隐分离”状态给它做标记,再有对该移动台的寻呼时,系统就不会再呼叫它。只有当系统再次接收到正确的周期性登记信息后,才将移动台状态改为“附着”。位置登记概念切换功能*切换的基本概念

一个正在通信的移动台因某种原因而被迫从当前使用的无线信道上转换到另一个无线信道上的过程,称为切换(Handover或Handoff)。最常见的切换是越区切换,它指的是当一个正在通信的移动台由一个小区移动到另一个小区时,为了保证通信上的连续性,而被系统要求从正在通信的小区的某一个信道上转换到所进入小区的另一个信道上的过程。在大、中容量的移动通信系统中,高频率的越区切换已成为不可避免的事实。因而,必须采用好的切换技术,以保证通信的连续性,否则,很容易产生“掉话”现象。*切换的基本概念在GSM移动通信系统中,为了实现快速准确的切换,移动台会主动参与切换过程。即在发生切换之前,MS会主动为MSC和BS提供大量的实时参考数据,这就大大缩短了切换前期的准备时间,能够达到快速切换的目的。这是GSM与原有的模拟移动通信系统的一大区别,也是技术上的一大进步。在通信过程中,MS不断向MSC和BS周期性地提供大量的参考数据是系统判断是否需要发起切换过程的重要依据。以这些参考数据为基础,不同的系统可能会采取不同的判断切换准则,这些准则包括:

(1)按接收信号载波电平的测量值进行判断;

(2)按MS的载干比(即载波功率与干扰噪声的功率比,记为C/I)进行判断;

(3)按MS到BS的距离进行判断。

*小区内部的切换小区内部切换指的是在同一小区(同一基站收发信台BTS)内部不同物理信道之间的切换,包括在同一载频或不同载频的时隙之间的切换。发生此类切换,可能有如下几种情形:

·

当移动台处于小区边缘而信号强度低于某一门限值(如-100dB)时;

·

当正在通信的物理信道受到干扰(如阴影区的屏蔽作用),通话无法进行下去时;

·

当因需要维护等原因,正在通信的物理信道或载频单元必须退出服务时。*小区之间的切换

小区之间的切换指的是在同一基站控制器(BSC)控制的不同小区之间的不同信道的切换。发生此类切换,可能有如下几种情形:

·

当正在通信的移动台要由当前所处的小区移动到相邻的另一个小区时;

·

当移动台所处的小区内部发生了大量的呼叫,需要均衡话务时。显然,前一种情形有利于移动台获得更高的信号场强和更好的通信质量;后一种情形有利于话务管理,能够实现密集区域中大多数移动台的正常通信。*小区之间的切换

BSC内部的不同小区之间的切换*

该类切换的过程如下:MS不断将其所处小区周围的小区的相关信息报告给归属BTS,归属BTS再把这些信息传送给BSC,BSC以判断切换准则为基础,根据这些信息对周围小区进行比较排队,然后由BSC做出决定，是否要进行切换、在什么时候进行切换和切换到哪个小区中(BTS上)。BSC先与该小区的BTS建立链路连接,在新小区内选择并保留出空闲的业务信道(TCH),最后,BSC命令MS切换到该小区内保留的空闲业务信道上。小区之间的切换*BSC之间的切换(MSC内部)

*MSC之间的切换(PLMN内部)

MSC之间的切换指的是在同一个公用陆地移动网(PLMN)覆盖的不同移动业务交换中心(MSC)之间的不同信道的切换。这是一种非常复杂的情况,切换前需要进行大量的信息传递。为了区别两个不同的MSC,我们称切换前MS所处的MSC为服务交换中心(MSCA),切换后MS所处的MSC为目标交换中心(MSCB)。MSC之间切换的示意图如图所示。此类切换可分为两种:(1)基本切换过程。呼叫从起始建立的那个MSCA切换到另一个MSCB。

(2)后续切换过程。呼叫从起始建立的那个MSCA切换到另一个MSCB后,再从MSCB切换到第三个MSCC或切换回MSCA。*MSC之间的切换(PLMN内部)MSC之间的切换流程要经历若干的步骤。简单来说,这些步骤包括:

(1)稳定的呼叫连接状态。

(2)移动台对邻近基站发出的信号进行无线测量。测量的内容包括功率、距离和话音质量,这三个指标决定了切换的门限值。无线测量结果通过信令信道传输给基站子系统(BSS)中的基站收发信台(BTS)。

(3)无线测量结果经过BTS预处理后再传输给基站控制器(BS