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所處的本地交換機根據(jù)此號碼(139)與GSM網(wǎng)的相應入口交換局(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)務區(qū),並向該區(qū)的VLR發(fā)送此IMSI號碼,請求分配一個MSRN。VLR分配併發(fā)送一個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(認為是在呼叫自己),即發(fā)送應答回應。至此,就完成了固定用戶呼叫MS的進程。*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傳輸時延的估算及本次接入的原因。BSC根據(jù)接入原因及當前資料情況,選擇一條空閒的獨立專用控制通道(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,初始化時間提前量、初始化最大傳輸功率以及有關參考值。每個在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分配資訊的歸屬,以避免爭搶引起混亂。*

當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)務請求”資訊。MSC啟動鑒權過程,網(wǎng)路開始對MS進行鑒權。若鑒權通過,MS向MSC傳送業(yè)務數(shù)據(jù)(若需要進行數(shù)據(jù)加密,此操作之前,還需經(jīng)歷加密過程),進入呼叫建立的起始階段。MSC要求BS給MS分配一個無線業(yè)務通道(TCH)。若BS中沒有無線資源可用,則此次呼叫將進入排隊狀態(tài)。若BS找到一個空閒TCH,則向MS發(fā)指配命令,以建立業(yè)務通道鏈接。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端的設備接通後,固定網(wǎng)路通知MSC,MSC給MS發(fā)回鈴資訊。此時,MS進入呼叫成功狀態(tài)並產(chǎn)生回鈴音。在用戶B摘機後,固定網(wǎng)通過MSC發(fā)給MS連接命令。MS作出應答並轉(zhuǎn)入通話。至此,就完成了MS主呼固定用戶的進程。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終止通信。在GSM實施第一階段的規(guī)範中,釋放過程可以簡化成兩條資訊:當釋放由移動臺發(fā)起時,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;當釋放由網(wǎng)路端(如PSTN)發(fā)起時,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,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,因為MSC到移動臺的本地鏈路仍然保持,還需執(zhí)行一些輔助任務,如向移動臺發(fā)送收費指示等。當MSC認為沒有必要再保持與移動臺之間的鏈路時,才向移動臺送“拆除”資訊,移動臺返回“釋放完成”消息,這時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)路必須時刻跟蹤並掌握移動臺所處的位置,及時更新移動臺的相關資訊。這就是要進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重要方面,其進程涉及到MS、BS、MSC和位置寄存器HLR、VLR,以及相應的介面。*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動,掌握移動臺所處的位置,以便在需要時能夠迅速連接上移動臺、實現(xiàn)正常通信而必須將其位置資訊保存起來,並及時地進行資訊更新。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)這兩個功能實體中。*位置登記概念

1)首次登記當一個移動用戶首次入網(wǎng)時,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,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”標記,並向移動臺發(fā)送“位置更新證實”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)進行管理。移動臺每次一開機,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,認為移動臺已由原來位置區(qū)移動到了一個新的位置區(qū)中,必須進行位置更新。

*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把有關位置更新回應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標識和移動臺識別碼的位置更新資訊傳送給HLR(鑒權或加密計算過程從此時開始);

⑤HLR返回回應資訊,其中包含全部相關的移動臺數(shù)據(jù)；

⑥在VLRB中進行移動臺數(shù)據(jù)登記；

⑦通過BTS5把有關位置更新回應的資訊傳送給移動臺(如果重新分配TMSI,此時一起送給移動臺);

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

3)位置刪除如前所述,當移動臺移動到一個新的位置區(qū)並且在該位置區(qū)的VLR中進行登記後,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)和非啟動(關機)兩種狀態(tài)。當移動臺由啟動轉(zhuǎn)換為非啟動狀態(tài)時,應啟動IMSI分離進程,在相關的HLR和VLR中設置標誌。這就使得網(wǎng)路拒絕對該移動臺的呼叫,不再浪費無線通道發(fā)送呼叫資訊。當移動臺由非啟動轉(zhuǎn)換為啟動狀態(tài)時,應啟動IMSI附著進程,以取消相應HLR和VLR中的標誌,恢復正常。*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,而強制移動臺以固定的時間間隔週期性地向網(wǎng)路進行的位置登記?？赡馨l(fā)生的意外情況如:當移動臺向網(wǎng)路發(fā)送“IMSI分離”資訊時,由於無線通道中的信號衰落或受雜訊干擾等原因,可能導致GSM系統(tǒng)不能正確解碼,這就意味著系統(tǒng)仍認為該移動臺處於附著狀態(tài)。再如,當移動臺開著機移動到系統(tǒng)覆蓋區(qū)以外的地方,即盲區(qū)之內(nèi)時,GSM系統(tǒng)會認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,無效佔用無線資源。針對以上問題,GSM系統(tǒng)要求移動臺必需進行週期性的登記,登記時間是通過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)給它做標記,再有對該移動臺的尋呼時,系統(tǒng)就不會再呼叫它。只有當系統(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

一個正在通信的移動臺因某種原因而被迫從當前使用的無線通道上轉(zhuǎn)換到另一個無線通道上的過程,稱為切換(Handover或Handoff)。最常見的切換是越區(qū)切換,它指的是當一個正在通信的移動臺由一個社區(qū)移動到另一個社區(qū)時,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)的某一個通道上轉(zhuǎn)換到所進入社區(qū)的另一個通道上的過程。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。因而,必須採用好的切換技術,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,為了實現(xiàn)快速準確的切換,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提供大量的即時參考數(shù)據(jù),這就大大縮短了切換前期的準備時間,能夠達到快速切換的目的。這是GSM與原有的模擬移動通信系統(tǒng)的一大區(qū)別,也是技術上的一大進步。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,不同的系統(tǒng)可能會採取不同的判斷切換準則,這些準則包括:

(1)按接收信號載波電平的測量值進行判斷;

(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)進行判斷;

(3)按MS到BS的距離進行判斷。

*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隙之間的切換。發(fā)生此類切換,可能有如下幾種情形:

·

當移動臺處於社區(qū)邊緣而信號強度低於某一門限值(如-100dB)時;

·

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

·

當因需要維護等原因,正在通信的物理通道或載頻單元必須退出服務時。*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:

·

當正在通信的移動臺要由當前所處的社區(qū)移動到相鄰的另一個社區(qū)時;

·

當移動臺所處的社區(qū)內(nèi)部發(fā)生了大量的呼叫,需要均衡話務時。顯然,前一種情形有利於移動臺獲得更高的信號場強和更好的通信品質(zhì);後一種情形有利於話務管理,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)的相關資訊報告給歸屬BTS,歸屬BTS再把這些資訊傳送給BSC,BSC以判斷切換準則為基礎,根據(jù)這些資訊對周圍社區(qū)進行比較排隊,然後由BSC做出決定，是否要進行切換、在什麼時候進行切換和切換到哪個社區(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公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)覆蓋的不同移動業(yè)務交換中心(MSC)之間的不同通道的切換。這是一種非常複雜的情況,切換前需要進行大量的資訊傳遞。為了區(qū)別兩個不同的MSC,我們稱切換前MS所處的MSC為服務交換中心(MSCA),切換後MS所處的MSC為目標交換中心(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MSCA切換到另一個MSCB。

(2)後續(xù)切換過程。呼叫從起始建立的那個MSCA切換到另一個MSCB後,再從MSCB切換到第三個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),這三個指標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預處理後再傳輸給基站控制器(BS