移動(dòng)通信-第17講-移動(dòng)性管理

移動(dòng)通信技術(shù)第17講移動(dòng)性管理主題引入移動(dòng)通信與固定通信最大的不同在于：移動(dòng)用戶的“位置”不受限制，可以隨機(jī)自在的移動(dòng)。為了確保移動(dòng)通信用戶的移動(dòng)性，移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具備固定通信系統(tǒng)所沒有的一些控制技術(shù)，如位置管理越區(qū)切換01位置管理02越區(qū)切換本講學(xué)習(xí)內(nèi)容一、位置管理1、位置登記/更新（1）手機(jī)空閑模式的三種行為：1）PLMN選擇/重選；2）小區(qū)的選擇/重選；3）位置登記/更新位置區(qū)劃分PLMN公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)BSC基站控制器BTS基站收發(fā)臺(tái)MSC移動(dòng)交換中心一、位置管理是通信網(wǎng)為了跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置變化，由移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告自己的位置信息，

網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)臺(tái)的位置信息進(jìn)行登記、刪除、更新的過程。也就是：移動(dòng)用戶在空閑狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)了解其移動(dòng)位置的過程。

網(wǎng)絡(luò)為什么要對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行位置登記？什么是位置登記？1、位置登記/更新（2）位置登記/更新的定義網(wǎng)絡(luò)可以能夠有效地向移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫網(wǎng)絡(luò)可以知道移動(dòng)臺(tái)的位置、等級(jí)和通信能力網(wǎng)絡(luò)可以確定移動(dòng)臺(tái)在尋呼信道的哪個(gè)時(shí)隙中監(jiān)聽通過位置登記/更新一、位置管理位置區(qū)域信息存儲(chǔ)在HLR和VLR中。原籍(歸屬)位置寄存器(HLR)

存儲(chǔ)在其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)注冊(cè)的所有用戶的信息，包括用戶預(yù)定的業(yè)務(wù)、記賬信息、位置信息等。訪問位置寄存器(VLR)一個(gè)位置區(qū)由一定數(shù)量的蜂窩小區(qū)組成，VLR管理該網(wǎng)絡(luò)中若干位置區(qū)內(nèi)的移動(dòng)用戶組成。系統(tǒng)如何找到用戶？1、位置登記/更新（3）位置登記/更新的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)從第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)開始，位置管理采用兩層數(shù)據(jù)庫(kù)。1）位置區(qū)識(shí)別碼LAILAI=移動(dòng)國(guó)家號(hào)MCC+移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)MNC+位置區(qū)號(hào)LAC。MCC：由3位十進(jìn)制數(shù)字組成，它表明移動(dòng)用戶(或系統(tǒng))歸屬的國(guó)家。例如：中國(guó)的MCC為“460”。MNC：由2位十進(jìn)制數(shù)組成，用以唯一地表示國(guó)內(nèi)的某個(gè)PLMN。例如：中國(guó)移動(dòng)的GSM網(wǎng)號(hào)為00，中國(guó)聯(lián)通的GSM網(wǎng)號(hào)為01，中國(guó)電信的CDMA網(wǎng)號(hào)為03。LAC：由16位二進(jìn)制數(shù)組成，用于唯一地標(biāo)識(shí)PLMN中的1個(gè)位置區(qū)。一、位置管理（4）位置登記/更新涉及的識(shí)別碼1、位置登記/更新2）國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）——網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別用戶的身份號(hào)碼IMSI：是國(guó)際上為了唯一識(shí)別1個(gè)移動(dòng)用戶所分配的號(hào)碼，一般在入網(wǎng)和TMSI更新失敗時(shí)使用，存儲(chǔ)在SIM卡、HLR和VLR中。IMSI=移動(dòng)國(guó)家號(hào)MCC+移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)MNC+移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)MSIN。MSIN：由10位十進(jìn)制數(shù)組成，例如中國(guó)移動(dòng)某一用戶的IMSI為460-00-4777770001。（4）位置登記/更新涉及的識(shí)別碼一、位置管理1、位置登記/更新3）臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼TMSI——用戶的臨時(shí)身份號(hào)碼TMSI：是為了防止非法監(jiān)聽無線信號(hào)中的信令消息而竊得移動(dòng)用戶真實(shí)的IMSI或跟蹤移動(dòng)用戶的位置，由MSC/VLR分配，并不斷進(jìn)行更換，TMIS在當(dāng)前VLR所管轄的范圍內(nèi)是唯一的。網(wǎng)絡(luò)尋呼用戶時(shí)候，就會(huì)使用TMSI進(jìn)行呼叫。TMSI由32位二進(jìn)制數(shù)組成，但32位二進(jìn)制數(shù)不能全部為1，全1時(shí)表示TMSI無效。（4）位置登記/更新涉及的識(shí)別碼一、位置管理1、位置登記/更新（5）位置登記/更新的分類開機(jī)位置登記（位置區(qū)登記，IMSI附著)關(guān)機(jī)位置登記（IMSI分離)常規(guī)性位置更新周期性位置更新位置登記的類型一、位置管理1、位置登記/更新（5）位置登記/更新的分類1）開機(jī)位置登記（位置區(qū)登記）①首次開機(jī)，移動(dòng)臺(tái)將進(jìn)行入網(wǎng)位置更新，也叫注冊(cè)：移動(dòng)臺(tái)一開機(jī)，即可從廣播信道上搜索到位置區(qū)識(shí)別碼，并將它提取出來，存儲(chǔ)在移動(dòng)臺(tái)的存儲(chǔ)器中。

②關(guān)機(jī)后在原來所在的位置區(qū)重新開機(jī)，那么移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行位置登記（即IMSI可及）。③關(guān)機(jī)后改變了所在位置區(qū)重新開機(jī)，那么移動(dòng)臺(tái)將進(jìn)行

位置更新：為其在當(dāng)前VLR重新登記,并從原來VLR中刪除該移動(dòng)臺(tái)的有關(guān)信息。一、位置管理1、位置登記/更新（5）位置登記/更新的分類2）關(guān)機(jī)位置登記當(dāng)關(guān)機(jī)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)不會(huì)馬上關(guān)掉電源，而是由移動(dòng)臺(tái)先向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出關(guān)機(jī)指令，直到關(guān)機(jī)位置登記（即IMSI不可及過程）完成之后移動(dòng)臺(tái)才真正關(guān)掉電源。注意：只有移動(dòng)臺(tái)在當(dāng)前服務(wù)系統(tǒng)中已經(jīng)位置登記過，才進(jìn)行關(guān)機(jī)位置登記IMSI分離：指用戶關(guān)機(jī)，或者取出SIM卡時(shí)的位置更新。如放“用戶已關(guān)機(jī)”的錄音等。一、位置管理1、位置登記/更新（5）位置登記/更新的分類3）常規(guī)性位置更新當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后或在移動(dòng)過程中，收到的位置區(qū)識(shí)別碼與移動(dòng)臺(tái)存儲(chǔ)的位置區(qū)識(shí)別碼不一樣時(shí)，就會(huì)發(fā)出位置更新請(qǐng)求，并通知網(wǎng)絡(luò)更新該移動(dòng)臺(tái)的新的位置區(qū)識(shí)別消息。同時(shí)，移動(dòng)臺(tái)到一個(gè)新位置區(qū)后，需要為其在當(dāng)前VLR重新登記；并從原來VLR中刪除該移動(dòng)臺(tái)的有關(guān)信息（位置刪除）。常規(guī)性位置更新：不同位置區(qū)（LAI）的切換或重選。常規(guī)位置更新又分為兩種情況：

（1）移動(dòng)臺(tái)在VLR內(nèi)不同位置區(qū)的位置更新（2）移動(dòng)臺(tái)跨越不同VLR的位置更新。一、位置管理1、位置登記/更新（5）位置登記/更新的分類4）周期性位置更新含義：每個(gè)移動(dòng)臺(tái)定期地、周期性地發(fā)送自己的位置登記信號(hào)給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)據(jù)此得知移動(dòng)臺(tái)的位置。使處于待機(jī)狀態(tài)且位置穩(wěn)定的移動(dòng)臺(tái)以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔周期性地進(jìn)行位置更新。作用：保證系統(tǒng)能經(jīng)常掌握移動(dòng)臺(tái)的狀態(tài)；保證在移動(dòng)臺(tái)關(guān)機(jī)而系統(tǒng)一直沒有收到IMSI不可及的消息時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)對(duì)移動(dòng)臺(tái)不斷地進(jìn)行尋呼。移動(dòng)臺(tái)定期向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行位置登記，范圍為0～225。若為0，則該小區(qū)不采用周期性位置登記；若為1，這就意味著每6分鐘登記1次。如T3212＝1（1/10小時(shí)），表示0.1小時(shí)=6分鐘.一、位置管理1、位置登記/更新位置登記在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的實(shí)際使用在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，目前應(yīng)用廣泛的是一種：“基于跨位置區(qū)”的位置更新和“周期性”位置更新“相結(jié)合”的方法、來共同實(shí)現(xiàn)“位置跟蹤”。而實(shí)際使用中，具體還要根據(jù)“移動(dòng)臺(tái)”的“移動(dòng)情況”和無線“傳輸環(huán)境”來確定。一、位置管理2、位置更新的實(shí)現(xiàn)一、位置管理2、位置更新的實(shí)現(xiàn)一次完整的位置登記過程

1.用戶發(fā)出位置登記請(qǐng)求和建立登記的過程；

2.完成鑒權(quán)、確認(rèn)的過程；

3.用戶數(shù)據(jù)登記、更新及通知用戶的過程；

4.刪除更新原來位置區(qū)中該用戶數(shù)據(jù)的過程。不同MSC／VLR業(yè)務(wù)區(qū)間的位置更新過程（1）不管走到哪里，歸屬的HLR都知道（2）你所在的VLR知道你在它那里一、位置管理

位置管理的另一個(gè)任務(wù)是呼叫傳遞，即在有呼叫給移動(dòng)臺(tái)的情況下，根據(jù)HLR和VLR中可用的位置信息來定位移動(dòng)臺(tái)。3、呼叫傳遞（尋呼）移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼（MSRN）：用戶漫游時(shí)為了尋路所用的臨時(shí)號(hào)碼。呼叫傳遞涉及的號(hào)碼移動(dòng)臺(tái)國(guó)際ISDN號(hào)碼（MSISDN）：為呼叫該移動(dòng)用戶所需撥的號(hào)碼，即手機(jī)號(hào)。呼叫傳遞過程移動(dòng)通信系統(tǒng)在覆蓋范圍內(nèi)劃分成多個(gè)位置區(qū)(RA)。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，將在位置區(qū)內(nèi)尋呼，以確定用戶在哪個(gè)小區(qū)范圍內(nèi)。位置區(qū)大，位置更新少，但尋呼開銷大；位置區(qū)小，位置更新多，尋呼開銷小；一、位置管理4、位置更新和尋呼的矛盾二、越區(qū)切換空閑狀態(tài)小區(qū)選擇小區(qū)重選通話狀態(tài)越區(qū)切換通話狀態(tài)的移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，通過切換保持移動(dòng)臺(tái)與基站的通信。二、越區(qū)切換1、越區(qū)切換的概念越區(qū)(過區(qū))切換(Handover或Handoff)，是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過程。

該過程也稱為自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)移ALT(AutomaticLinkTransfer)。二、越區(qū)切換硬切換：先斷開舊連接，再建新連接。軟切換：不斷開舊連接，新連接建立穩(wěn)定后再斷開。2、越區(qū)切換的分類2G：硬切換->使用頻率劃分信道；3G：軟切換->使用CDMA技術(shù)，同時(shí)，基站使用相同頻率。二、越區(qū)切換思考：軟切換更好，為什么還需要硬切換？2、越區(qū)切換的分類（1）同一制式不同載頻之間的切換（2）同一網(wǎng)絡(luò)不同制式之間的切換（3）不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或者不同制式之間的切換二、越區(qū)切換越區(qū)切換的研究包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①越區(qū)切換的原因，即為何要進(jìn)行越區(qū)切換；②越區(qū)切換的準(zhǔn)則，即何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換；③越區(qū)切換如何控制，包括同一類型小區(qū)之間的切換控制以及不同類型小區(qū)之間的切換控制；④越區(qū)切換時(shí)的信道分配。評(píng)價(jià)越區(qū)切換的主要性能指標(biāo)有越區(qū)切換的失敗概率、因越區(qū)切換失敗而使通信中斷的概率、越區(qū)切換的速率、越區(qū)切換引起的通信中斷的時(shí)間間隔、越區(qū)切換發(fā)生的時(shí)延等。二、越區(qū)切換3、按切換的原因劃分（1）基于無線質(zhì)量的切換。通常此類切換的原因是移動(dòng)臺(tái)測(cè)量報(bào)告顯示出存在比當(dāng)前服務(wù)小區(qū)信道質(zhì)量更好的鄰小區(qū)。（2）基于無線接入技術(shù)覆蓋的切換。此類切換是在移動(dòng)臺(tái)失去當(dāng)前無線接入技術(shù)覆蓋，從而連接到其他無線接入技術(shù)覆蓋的情況。例如，一個(gè)移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離城市區(qū)域從而失去LTE覆蓋，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)切換到移動(dòng)臺(tái)檢測(cè)到的GSM覆蓋中。（3）基于負(fù)載情況的切換。此類切換用于當(dāng)前小區(qū)過載時(shí)，為平衡小區(qū)間的負(fù)載狀況，一些移動(dòng)臺(tái)需要從過載的小區(qū)切換到空閑小區(qū)。二、越區(qū)切換是否進(jìn)行切換通常根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處接收的平均信號(hào)強(qiáng)度來確定，也可以根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處的信噪比(或信號(hào)干擾比)、誤比特率等參數(shù)來確定。切換執(zhí)行的原則有以下幾種：4、切換執(zhí)行的原則（1）相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則1）。（2）具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則2）。（3）具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則3）。（4）具有滯后余量和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則4）。二、越區(qū)切換4、切換執(zhí)行的原則

原則1.相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則

在任何時(shí)間都選擇具有最強(qiáng)接收信號(hào)的基站。如圖中的A處將發(fā)生越區(qū)切換。

這種準(zhǔn)則的缺點(diǎn)是：在原基站的信號(hào)強(qiáng)度仍滿足要求的情況下，會(huì)引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。

假設(shè)移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)，其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖所示。越區(qū)切換示意圖二、越區(qū)切換4、切換執(zhí)行的原則

假設(shè)移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)，其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖所示。越區(qū)切換示意圖

原則2.具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)足夠弱(低于某一門限)，且新基站的信號(hào)強(qiáng)于本基站的信號(hào)情況下，才可以進(jìn)行越區(qū)切換。

如圖所示，在門限為Th2時(shí)，在B點(diǎn)將發(fā)生越區(qū)切換。二、越區(qū)切換4、切換執(zhí)行的原則

假設(shè)移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)，其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖所示。越區(qū)切換示意圖

原則3.具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則

僅允許移動(dòng)用戶在新的基站的信號(hào)強(qiáng)度比原基站信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)很多(即大于滯后余量HysteresisMargin)的情況下進(jìn)行越區(qū)切換。如圖中的C點(diǎn)。

該技術(shù)可以防止由于信號(hào)波動(dòng)引起的移動(dòng)臺(tái)在兩個(gè)基站之間來回重復(fù)切換，即“乒乓效應(yīng)”。二、越區(qū)切換4、切換執(zhí)行的原則

假設(shè)移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)，其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖所示。越區(qū)切換示意圖

原則4.具有滯后余量和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則

僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)電平低于規(guī)定門限并且新基站的信號(hào)強(qiáng)度高于當(dāng)前基站一個(gè)給定滯后余量時(shí)進(jìn)行越區(qū)切換。二、越區(qū)切換5、切換的實(shí)現(xiàn)過程當(dāng)移動(dòng)臺(tái)滿足切換執(zhí)行的原則時(shí)，就要發(fā)起切換過程的處理，完成切換的信道轉(zhuǎn)換，執(zhí)行它相應(yīng)的任務(wù)。在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，切換過程控制主要有三種方式實(shí)現(xiàn)。（1）移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換（2）網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換（3）移動(dòng)臺(tái)輔助的越區(qū)切換二、越區(qū)切換（1）移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換A、移動(dòng)臺(tái)連續(xù)監(jiān)測(cè)當(dāng)前基站和幾個(gè)越區(qū)時(shí)的候選基站的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量。B、滿足某種越區(qū)切換準(zhǔn)則后，移動(dòng)臺(tái)選擇具有可用業(yè)務(wù)信道的最佳候選基站發(fā)送越區(qū)切換請(qǐng)求。（2）網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換A、基站監(jiān)測(cè)來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量。B、在信號(hào)低于某個(gè)門限后，網(wǎng)絡(luò)開始安排向另一個(gè)基站的越區(qū)切換。（3）移動(dòng)臺(tái)輔助的越區(qū)切換A