GSM的接續(xù)和移動性管理課件

GSM的接續(xù)和移動性管理

呼叫處理*

這種情況屬於移動用戶被呼的情況。其基本過程為:固定網(wǎng)路用戶A撥打GSM網(wǎng)用戶B的MSISDN號碼(如139H1H2H3ABCD),A所處的本地交換機(jī)根據(jù)此號碼(139)與GSM網(wǎng)的相應(yīng)入口交換局(GMSC)建立鏈路,並將此號碼傳送給GMSC。GMSC據(jù)此號碼(H1H2H3ABCD)分析出B的HLR,即向該HLR發(fā)送此MSISDN號碼,並向其索要B的漫遊號碼(MSRN)。固定用戶至移動用戶的入局呼叫*固定用戶至移動用戶的入局呼叫HLR將此MSISDN號碼轉(zhuǎn)換為移動用戶識別碼(IMSI),查詢內(nèi)部數(shù)據(jù),獲知用戶B目前所處的MSC業(yè)務(wù)區(qū),並向該區(qū)的VLR發(fā)送此IMSI號碼,請求分配一個(gè)MSRN。VLR分配併發(fā)送一個(gè)MSRN給HLR,再由HLR傳送給GMSC。GMSC有了MSRN,就可以把入局呼叫接到B用戶所在的MSC處。GMSC與MSC的連接可以是直達(dá)鏈路,也可以是由匯接局轉(zhuǎn)接的間接鏈路。*固定用戶至移動用戶的入局呼叫

MSC根據(jù)從VLR處查到的該用戶的位置區(qū)識別碼(LAI),將向該位置區(qū)內(nèi)的所有BTS發(fā)送尋呼資訊(稱為一起呼叫),而這些BTS再通過無線尋呼通道(PCH)向該位置區(qū)內(nèi)的所有MS發(fā)送尋呼資訊(也是一起呼叫)。B用戶的MS收到此信息並識別出其IMSI碼後(認(rèn)為是在呼叫自己),即發(fā)送應(yīng)答回應(yīng)。至此,就完成了固定用戶呼叫MS的進(jìn)程。*固定用戶至移動用戶的入局呼叫

固定用戶至移動用戶的入局呼叫框圖*固定用戶至移動用戶的入局呼叫

固定用戶至移動用戶的入局呼叫流程圖*移動用戶至固定用戶的出局呼叫

這種情況屬於移動用戶被呼的情況。其基本過程為:GSM網(wǎng)用戶A撥打固定網(wǎng)用戶B的號碼,A的MS在隨機(jī)接入通道(RACH)上向BTS發(fā)送“通道請求”資訊。BTS收到此信息後通知BSC,並附上BTS對該MS到BTS傳輸時(shí)延的估算及本次接入的原因。BSC根據(jù)接入原因及當(dāng)前資料情況,選擇一條空閒的獨(dú)立專用控制通道(SDCCH),並通知BTS啟動它。BTS完成指定通道的啟動後,BSC在允許接入通道(AGCH)上發(fā)送“立即分配”資訊(ImmediateAssignment),其中包含BSC分配給MS的SDCCH描述,初始化時(shí)間提前量、初始化最大傳輸功率以及有關(guān)參考值。每個(gè)在AGCH通道上等待分配的MS都可以通過比較參考值來判斷這個(gè)分配資訊的歸屬,以避免爭搶引起混亂。*

當(dāng)A的MS正確地收到自己的分配資訊後,根據(jù)通道的描述,把自己調(diào)整到該DCCH上,從而和BS之間建立起一條信令傳輸鏈路。通過BS,MS向MSC發(fā)送“業(yè)務(wù)請求”資訊。MSC啟動鑒權(quán)過程,網(wǎng)路開始對MS進(jìn)行鑒權(quán)。若鑒權(quán)通過,MS向MSC傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(若需要進(jìn)行數(shù)據(jù)加密,此操作之前,還需經(jīng)歷加密過程),進(jìn)入呼叫建立的起始階段。MSC要求BS給MS分配一個(gè)無線業(yè)務(wù)通道(TCH)。若BS中沒有無線資源可用,則此次呼叫將進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)。若BS找到一個(gè)空閒TCH,則向MS發(fā)指配命令,以建立業(yè)務(wù)通道鏈接。連接完成後,向MSC返回分配完成資訊。MSC收到此信息後,向固定網(wǎng)路發(fā)送IAM資訊,將呼叫接續(xù)到固定網(wǎng)路。在用戶B端的設(shè)備接通後,固定網(wǎng)路通知MSC,MSC給MS發(fā)回鈴資訊。此時(shí),MS進(jìn)入呼叫成功狀態(tài)並產(chǎn)生回鈴音。在用戶B摘機(jī)後,固定網(wǎng)通過MSC發(fā)給MS連接命令。MS作出應(yīng)答並轉(zhuǎn)入通話。至此,就完成了MS主呼固定用戶的進(jìn)程。移動用戶至固定用戶的出局呼叫*移動用戶至固定用戶的出局呼叫

移動用戶至固定用戶的出局呼叫框圖*

移動用戶至固定用戶的出局呼叫流程圖

移動用戶至固定用戶的出局呼叫*

GSM系統(tǒng)使用的呼叫釋放方法與其他通信網(wǎng)使用的呼叫釋放方法基本相同,通信的雙方都可以隨時(shí)終止通信。在GSM實(shí)施第一階段的規(guī)範(fàn)中,釋放過程可以簡化成兩條資訊:當(dāng)釋放由移動臺發(fā)起時(shí),用戶按“結(jié)束(END)”鍵,發(fā)送“拆除”資訊,MSC收到後就發(fā)送“釋放”資訊;當(dāng)釋放由網(wǎng)路端(如PSTN)發(fā)起時(shí),MSC收到“釋放”資訊就向移動臺發(fā)出“拆線”資訊。在這一階段,用戶從拆線到釋放這段時(shí)間內(nèi)不再交換信令數(shù)據(jù)釋放*釋放在GSMⅡ階段,釋放過程要用三條資訊:如釋放由網(wǎng)路端(如PSTN)發(fā)起時(shí),MSC在ISUP上送出“釋放”資訊,通知PSTN用戶通信終止,端到端的連接到此結(jié)束。但至此呼叫並未完全釋放,因?yàn)镸SC到移動臺的本地鏈路仍然保持,還需執(zhí)行一些輔助任務(wù),如向移動臺發(fā)送收費(fèi)指示等。當(dāng)MSC認(rèn)為沒有必要再保持與移動臺之間的鏈路時(shí),才向移動臺送“拆除”資訊,移動臺返回“釋放完成”消息,這時(shí)所有底層鏈路才釋放,移動臺回到空閒狀態(tài)。*釋放

由MS發(fā)起的釋放*釋放

由網(wǎng)路端發(fā)起的釋放位置登記和刪除*進(jìn)行位置登記的原因

在GSM這樣的社區(qū)制蜂窩移動通信網(wǎng)中,為了便於管理,劃分了若干不同等級的區(qū)域,但無論移動臺處於何處,只要是在系統(tǒng)區(qū)域內(nèi),就應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)所有的功能,包括越區(qū)切換、自動漫遊等。為此,網(wǎng)路必須時(shí)刻跟蹤並掌握移動臺所處的位置,及時(shí)更新移動臺的相關(guān)資訊。這就是要進(jìn)行位置登記和刪除的原因。移動臺位置登記和刪除是網(wǎng)路移動管理功能的一個(gè)重要方面,其進(jìn)程涉及到MS、BS、MSC和位置寄存器HLR、VLR,以及相應(yīng)的介面。*位置登記概念位置登記是指為了保證網(wǎng)路能夠跟蹤移動臺的運(yùn)動,掌握移動臺所處的位置,以便在需要時(shí)能夠迅速連接上移動臺、實(shí)現(xiàn)正常通信而必須將其位置資訊保存起來,並及時(shí)地進(jìn)行資訊更新。通常,移動臺的位置資訊存儲在歸屬位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)這兩個(gè)功能實(shí)體中。*位置登記概念

1)首次登記當(dāng)一個(gè)移動用戶首次入網(wǎng)時(shí),由於在其SIM卡中找不到原來的位置區(qū)識別碼(LAI),它會立即申請接入網(wǎng)絡(luò),向移動交換中心(MSC)發(fā)送“位置更新請求”資訊,通知GSM系統(tǒng)這是一個(gè)該位置區(qū)內(nèi)的新用戶。MSC根據(jù)該移動臺發(fā)送的IMSI中的H1H2H3資訊,向某個(gè)特定的位置寄存器發(fā)送“位置更新請求”資訊,該位置寄存器就是該移動臺的歸屬位置寄存器(HLR)。HLR把發(fā)送請求的MSC的號碼(即M1M2M3)記錄下來,並向該MSC回送“位置更新接受”資訊。至此,MSC認(rèn)為此移動臺已被啟動,便要求訪問位置寄存器(VLR)對該移動臺作“附著”標(biāo)記,並向移動臺發(fā)送“位置更新證實(shí)”資訊,移動臺會在其SIM卡中把資訊中的位置區(qū)識別碼存儲起來,以備後用。*位置登記概念

移動臺首次登記示意圖*位置登記概念2)位置更新位置更新指的是移動臺向網(wǎng)路登記其新的位置區(qū),以保證在有此移動臺的呼叫時(shí)網(wǎng)路能夠正常接續(xù)到該移動臺處。移動臺的位置更新主要由另一種位置寄存器——訪問位置寄存器(VLR)進(jìn)行管理。移動臺每次一開機(jī),就會收到來自於其所在位置區(qū)中的廣播控制通道(BCCH)發(fā)出的位置區(qū)識別碼(LAI),它自動將該識別碼與自身記憶體中的位置區(qū)識別碼(上次開機(jī)所處位置區(qū)的編碼)相比較,若相同,則說明該移動臺的位置未發(fā)生改變,無需位置更新;否則,認(rèn)為移動臺已由原來位置區(qū)移動到了一個(gè)新的位置區(qū)中,必須進(jìn)行位置更新。

*位置登記概念

圖１位置更新示意圖*

位置登記概念(1)同MSC/VLR中不同位置區(qū)的位置更新。圖１中,移動臺由cell3移動到cell4中的情況,就屬於同MSC/VLR(MSC/VLRA)中不同位置區(qū)的位置更新。該位置更新的實(shí)質(zhì)是:cell4中的BTS通過BSCA把位置資訊傳到MSC/VLRA中。其基本流程包括:

①移動臺從cell3移動到cell4中;②通過檢測由BTS4持續(xù)發(fā)送的廣播資訊,移動臺發(fā)現(xiàn)新收到的LAI與目前存儲並使用的LAI不同;*位置登記概念

③移動臺通過BTS4和BSCA向MSCA發(fā)送“我在這裏”位置更新請求資訊;

④MSCA分析出新的位置區(qū)也屬本業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)的位置區(qū),即通知VLRA修改移動臺位置資訊;

⑤VLRA向MSCA發(fā)出回饋資訊,通知位置資訊已修改成功;⑥MSCA通過BTS4把有關(guān)位置更新回應(yīng)的資訊傳送給移動臺,位置更新過程結(jié)束。*

位置登記概念

*

位置登記概念(2)不同MSC／VLR之間不同位置區(qū)的位置更新。圖１中,移動臺由cell3移動到cell5中的情況,就屬於不同MSC/VLR(MSC/VLRA和MSC/VLRB)之間不同位置區(qū)的位置更新。該位置更新的實(shí)質(zhì)是:cell5中的BTS通過BSCC把位置資訊傳到MSC/VLRB中。其基本流程包括:

①移動臺從cell3(屬於MSCA的覆蓋區(qū))移動到cell5(屬於MSCB的覆蓋區(qū))中;

②通過檢測由BTS5持續(xù)發(fā)送的廣播資訊,移動臺發(fā)現(xiàn)新收到的LAI與目前存儲並使用的LAI不同;*位置登記概念

③移動臺通過BTS5和BSCB向MSCB發(fā)送“我在這裏”的位置更新請求資訊;

④MSCB把含有MSCB標(biāo)識和移動臺識別碼的位置更新資訊傳送給HLR(鑒權(quán)或加密計(jì)算過程從此時(shí)開始);

⑤HLR返回回應(yīng)資訊,其中包含全部相關(guān)的移動臺數(shù)據(jù)；

⑥在VLRB中進(jìn)行移動臺數(shù)據(jù)登記；

⑦通過BTS5把有關(guān)位置更新回應(yīng)的資訊傳送給移動臺(如果重新分配TMSI,此時(shí)一起送給移動臺);

⑧通知MSC/VLRA刪除有關(guān)此移動臺的數(shù)據(jù)。*位置登記概念*位置登記概念

3)位置刪除如前所述,當(dāng)移動臺移動到一個(gè)新的位置區(qū)並且在該位置區(qū)的VLR中進(jìn)行登記後,還要由其HLR通知原位置區(qū)中的VLR刪除該移動臺的相關(guān)資訊,這叫做位置刪除。

*位置登記概念

4)IMSI分離/附著移動臺的國際移動臺識別碼(IMSI)在系統(tǒng)的某個(gè)HLR和VLR及該移動臺的SIM卡中都有存儲。移動臺可處於啟動(開機(jī))和非啟動(關(guān)機(jī))兩種狀態(tài)。當(dāng)移動臺由啟動轉(zhuǎn)換為非啟動狀態(tài)時(shí),應(yīng)啟動IMSI分離進(jìn)程,在相關(guān)的HLR和VLR中設(shè)置標(biāo)誌。這就使得網(wǎng)路拒絕對該移動臺的呼叫,不再浪費(fèi)無線通道發(fā)送呼叫資訊。當(dāng)移動臺由非啟動轉(zhuǎn)換為啟動狀態(tài)時(shí),應(yīng)啟動IMSI附著進(jìn)程,以取消相應(yīng)HLR和VLR中的標(biāo)誌,恢復(fù)正常。*位置登記概念5)週期性位置登記週期性位置登記指的是為了防止某些意外情況的發(fā)生,進(jìn)一步保證網(wǎng)路對移動臺所處位置及狀態(tài)的確知性,而強(qiáng)制移動臺以固定的時(shí)間間隔週期性地向網(wǎng)路進(jìn)行的位置登記?？赡馨l(fā)生的意外情況如:當(dāng)移動臺向網(wǎng)路發(fā)送“IMSI分離”資訊時(shí),由於無線通道中的信號衰落或受雜訊干擾等原因,可能導(dǎo)致GSM系統(tǒng)不能正確解碼,這就意味著系統(tǒng)仍認(rèn)為該移動臺處於附著狀態(tài)。再如,當(dāng)移動臺開著機(jī)移動到系統(tǒng)覆蓋區(qū)以外的地方,即盲區(qū)之內(nèi)時(shí),GSM系統(tǒng)會認(rèn)為該移動臺仍處於附著狀態(tài)。*

如果系統(tǒng)沒有採用週期性位置登記,在發(fā)生以上兩種情況之後,若該移動臺被尋呼,由於系統(tǒng)認(rèn)為它仍處於附著狀態(tài),因而會不斷地發(fā)出呼叫資訊,無效佔(zhàn)用無線資源。針對以上問題,GSM系統(tǒng)要求移動臺必需進(jìn)行週期性的登記,登記時(shí)間是通過BCCH通知所有移動臺的。若系統(tǒng)沒有接收到某移動臺的週期性登記資訊,就會在移動臺所處的VLR處以“隱分離”狀態(tài)給它做標(biāo)記,再有對該移動臺的尋呼時(shí),系統(tǒng)就不會再呼叫它。只有當(dāng)系統(tǒng)再次接收到正確的週期性登記資訊後,才將移動臺狀態(tài)改為“附著”。位置登記概念切換功能*切換的基本概念

一個(gè)正在通信的移動臺因某種原因而被迫從當(dāng)前使用的無線通道上轉(zhuǎn)換到另一個(gè)無線通道上的過程,稱為切換(Handover或Handoff)。最常見的切換是越區(qū)切換,它指的是當(dāng)一個(gè)正在通信的移動臺由一個(gè)社區(qū)移動到另一個(gè)社區(qū)時(shí),為了保證通信上的連續(xù)性,而被系統(tǒng)要求從正在通信的社區(qū)的某一個(gè)通道上轉(zhuǎn)換到所進(jìn)入社區(qū)的另一個(gè)通道上的過程。在大、中容量的移動通信系統(tǒng)中,高頻率的越區(qū)切換已成為不可避免的事實(shí)。因而,必須採用好的切換技術(shù),以保證通信的連續(xù)性,否則,很容易產(chǎn)生“掉話”現(xiàn)象。*切換的基本概念在GSM移動通信系統(tǒng)中,為了實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的切換,移動臺會主動參與切換過程。即在發(fā)生切換之前,MS會主動為MSC和BS提供大量的即時(shí)參考數(shù)據(jù),這就大大縮短了切換前期的準(zhǔn)備時(shí)間,能夠達(dá)到快速切換的目的。這是GSM與原有的模擬移動通信系統(tǒng)的一大區(qū)別,也是技術(shù)上的一大進(jìn)步。在通信過程中,MS不斷向MSC和BS週期性地提供大量的參考數(shù)據(jù)是系統(tǒng)判斷是否需要發(fā)起切換過程的重要依據(jù)。以這些參考數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),不同的系統(tǒng)可能會採取不同的判斷切換準(zhǔn)則,這些準(zhǔn)則包括:

(1)按接收信號載波電平的測量值進(jìn)行判斷;

(2)按MS的載幹比(即載波功率與干擾雜訊的功率比,記為C/I)進(jìn)行判斷;

(3)按MS到BS的距離進(jìn)行判斷。

*社區(qū)內(nèi)部的切換社區(qū)內(nèi)部切換指的是在同一社區(qū)(同一基站收發(fā)信臺BTS)內(nèi)部不同物理通道之間的切換,包括在同一載頻或不同載頻的時(shí)隙之間的切換。發(fā)生此類切換,可能有如下幾種情形:

·

當(dāng)移動臺處於社區(qū)邊緣而信號強(qiáng)度低於某一門限值(如-100dB)時(shí);

·

當(dāng)正在通信的物理通道受到干擾(如陰影區(qū)的遮罩作用),通話無法進(jìn)行下去時(shí);

·

當(dāng)因需要維護(hù)等原因,正在通信的物理通道或載頻單元必須退出服務(wù)時(shí)。*社區(qū)之間的切換

社區(qū)之間的切換指的是在同一基站控制器(BSC)控制的不同社區(qū)之間的不同通道的切換。發(fā)生此類切換,可能有如下幾種情形:

·

當(dāng)正在通信的移動臺要由當(dāng)前所處的社區(qū)移動到相鄰的另一個(gè)社區(qū)時(shí);

·

當(dāng)移動臺所處的社區(qū)內(nèi)部發(fā)生了大量的呼叫,需要均衡話務(wù)時(shí)。顯然,前一種情形有利於移動臺獲得更高的信號場強(qiáng)和更好的通信品質(zhì);後一種情形有利於話務(wù)管理,能夠?qū)崿F(xiàn)密集區(qū)域中大多數(shù)移動臺的正常通信。*社區(qū)之間的切換

BSC內(nèi)部的不同社區(qū)之間的切換*

該類切換的過程如下:MS不斷將其所處社區(qū)周圍的社區(qū)的相關(guān)資訊報(bào)告給歸屬BTS,歸屬BTS再把這些資訊傳送給BSC,BSC以判斷切換準(zhǔn)則為基礎(chǔ),根據(jù)這些資訊對周圍社區(qū)進(jìn)行比較排隊(duì),然後由BSC做出決定，是否要進(jìn)行切換、在什麼時(shí)候進(jìn)行切換和切換到哪個(gè)社區(qū)中(BTS上)。BSC先與該社區(qū)的BTS建立鏈路連接,在新社區(qū)內(nèi)選擇並保留出空閒的業(yè)務(wù)通道(TCH),最後,BSC命令MS切換到該社區(qū)內(nèi)保留的空閒業(yè)務(wù)通道上。社區(qū)之間的切換*BSC之間的切換(MSC內(nèi)部)

*MSC之間的切換(PLMN內(nèi)部)

MSC之間的切換指的是在同一個(gè)公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)覆蓋的不同移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的不同通道的切換。這是一種非常複雜的情況,切換前需要進(jìn)行大量的資訊傳遞。為了區(qū)別兩個(gè)不同的MSC,我們稱切換前MS所處的MSC為服務(wù)交換中心(MSCA),切換後MS所處的MSC為目標(biāo)交換中心(MSCB)。MSC之間切換的示意圖如圖所示。此類切換可分為兩種:(1)基本切換過程。呼叫從起始建立的那個(gè)MSCA切換到另一個(gè)MSCB。

(2)後續(xù)切換過程。呼叫從起始建立的那個(gè)MSCA切換到另一個(gè)MSCB後,再從MSCB切換到第三個(gè)MSCC或切換回MSCA。*MSC之間的切換(PLMN內(nèi)部)MSC之間的切換流程要經(jīng)歷若干的步驟。簡單來說,這些步驟包括:

(1)穩(wěn)定的呼叫連接狀態(tài)。

(2)移動臺對鄰近基站發(fā)出的信號進(jìn)行無線測量。測量的內(nèi)容包括功率、距離和話音品質(zhì),這三個(gè)指標(biāo)決定了切換的門限值。無線測量結(jié)果通過信令通道傳輸給基站子系統(tǒng)(BSS)中的基站收發(fā)信臺(BTS)。

(3)無線測量結(jié)果經(jīng)過BTS預(yù)處理後再傳輸給基站控制器(BS