蜂窝概念 - 移动性管理

移动台尝试通过按接收信号强度降序排列的列表找到合适的小区，第一个 BCCH 信道，该信道满足它选择的一组要求。

小区选择标准

移动台才能从中接收服务的单元必须满足的要求是 -

它应该是所选 PLMN 的小区。移动台检查该小区是否属于所选 PLMN。
它不应该被“禁止”。PLMN 运营商可能决定不允许移动台访问某些小区。例如，这些小区可能仅用于切换流量。禁止小区信息在 BCCH 上广播，以指示移动台不要访问这些小区。
移动台和所选 BTS 之间的无线路径损耗必须高于 PLMN 运营商设置的阈值。
如果找不到合适的单元，则 MS 将进入“有限服务”状态，在此状态下它只能拨打紧急电话。

呼叫活动移动台

当活动移动台 (MS) 在公共陆地移动网络 (PLMN) 的覆盖区域内移动时，它会报告其移动情况，以便在需要时使用更新过程位置对其进行定位。当网络中的移动服务交换中心 (MSC) 需要建立到在其流区域中运行的移动台的呼叫时，会发生以下情况 -

广播寻呼消息，其中包含 MS 的识别代码。并非网络中的每个基站控制器 (BSC) 都被要求传输寻呼消息。广播仅限于一起形成位置区域的无线小区集群。MS 的最后报告位置确定用于广播的位置区域。
MS 监控其所在无线小区传输的寻呼消息，并在检测到自己的识别代码后，通过向基站收发信机 (BTS) 传输寻呼响应消息进行响应。
然后通过接收寻呼响应消息的 BTS 在 MSC 和 MS 之间建立通信。

位置更新

案例 1 - 位置从未更新。

如果位置从未更新位置更新的实现，成本将变为零。但是我们必须为每个单元寻呼以定位 MS，并且此过程将不具有成本效益。

案例 2 - 位置更新已实现。

位置更新根据网络的要求进行，可能是基于时间或移动或距离。此过程涉及高成本，但我们只需要为定位 MS 寻呼单个单元或几个单元，并且此过程将具有成本效益。

网络配置

公共陆地移动网络 (PLMN) 的配置设计用于使在网络区域内移动的活动移动台仍然能够报告其位置。网络由不同的区域组成 -

PLMN 区域
位置区域
MSC 区域
PLMN 区域

PLMN 区域是特定 PLMN 运营商向公众提供陆地移动通信服务的地理区域。从 PLMN 区域内的任何位置，移动用户都可以建立与同一网络的其他用户的呼叫，或与其他网络的用户呼叫。另一个网络可以是固定网络、另一个 GSM PLMN 或其他类型的 PLMN。同一 PLMN 的用户或其他网络的用户也可以呼叫在 PLMN 区域中活动的移动用户。当有多个 PLMN 运营商时，其网络覆盖的地理区域可能会重叠。PLMN 区域的范围通常以国家边界为限。

位置区域

为了消除对网络范围寻呼广播的需求，PLMN 需要知道在其覆盖区域内活跃的 MS 的近似位置。为了使任何 MS 的近似位置由单个参数表示，网络覆盖的总区域被划分为位置区域。位置区域 (LA) 是一组一个或多个无线小区。该组满足以下要求 -

一个位置区域中的 BTS 可能由一个或多个 BSC 控制。
服务于同一位置区域的 BSC 始终连接到同一个 MSC。
具有由公共 BSC 控制的 BTS 的无线小区可以位于不同的位置区域。

位置区域标识

PLMN 中的每个无线发射器都通过控制信道 BCCH 广播位置区域标识 (LAI) 代码，以识别其服务的区域。当 MS 未参与呼叫时，它会自动扫描本地基站传输的 BCCH，并选择提供最强信号的信道。所选信道广播的 LAI 代码识别 MS 当前所在的位置区域。此 LAI 代码存储在移动设备的订户识别模块 (SIM) 中。

当 MS 在网络区域内移动时，从所选控制信道接收到的信号强度逐渐减弱，直到不再是最强的。此时，MS 重新调整到已成为主导的信道，并检查其正在广播的 LAI 代码。如果接收到的 LAI 代码与 SIM 上存储的代码不同，则表示 MS 已进入另一个位置区域，并启动位置更新过程以将更改报告给 MSC。在过程结束时，SIM 中的 LAI 代码也会更新。

位置区域标识格式

它是用于识别 PLMN 中位置区域的位置区域标识 (LAI) 代码。LAI 代码包含三个组件 -

移动国家代码 (MCC)

MCC 是一个 3 位代码，用于唯一识别移动用户所在地的国家/地区（例如，印度 404）。它由 ITU-T 分配。

移动网络代码 (MNC)

MNC 是一个 2 位代码（GSM-1900 为 3 位代码），用于识别移动用户的家庭 GSM PLMN。如果一个国家/地区存在多个 GSM PLMN，则为每个 GSM PLMN 分配唯一的 MNC。它由每个国家的政府分配。（例如 Cell one，Chennai 64）。

位置区域代码 (LAC)

LAC 组件标识 PLMN 内的位置区域；它具有 2 个八位字节的固定长度，可以使用十六进制表示进行编码。它由运营商分配。

MSC 区域

MSC 区域是网络中由单个 MSC 控制 GSM 运营的区域。MSC 区域由一个或多个位置区域组成。MSC 区域的边界遵循其周边位置区域的外部边界。因此，位置区域永远不会跨越 MSC 区域的边界。

VLR 区域

VLR 区域是由单个访客位置寄存器 (VLR) 监督的网络区域。理论上，VLR 区域可能包含一个或多个 MSC 区域。然而，在实践中，VLR 的功能始终与 MSC 的功能集成在一起，因此“VLR 区域”和“MSC 区域”这两个术语已成为同义词。

位置相关数据库

位置管理使用两个数据库来存储与 MS 位置相关的数据。

访客位置寄存器 (VLR)
归属位置寄存器 (HLR)

访客位置寄存器

VLR 包含其区域中当前正在运行的每个 MS 的数据记录。每个记录包含一组用户标识代码、相关用户订阅信息和位置区域标识 (LAI) 代码。MSC 在处理来自该区域的 MS 的呼叫或呼叫时会使用此信息。当 MS 从一个区域移动到另一个区域时，其监管责任会从一个 VLR 传递到另一个 VLR。采用 MS 的 VLR 会创建一个新的数据记录，并删除旧记录。只要相关网络运营商之间存在互通协议，数据事务就可以跨越网络和国家边界。

归属位置寄存器

HLR 包含与运营 PLMN 的组织的付费客户的移动用户相关的信息。

HLR 存储两种类型的信息 -

用户订阅信息

用户订阅信息包括分配给用户的 IMSI 和目录号码、提供的服务类型以及任何相关限制。

位置信息

位置信息包括用户 MS 当前所在区域的 VLR 地址以及关联的 MSC 的地址。

位置信息使传入呼叫能够路由到 MS。此信息不存在表示 MS 不活动且无法联系。

当 MS 从一个 VLR 区域移动到另一个 VLR 区域时，HLR 中的位置信息将使用从 HLR 复制的用户订阅数据更新为 MS 的新条目。只要相关网络运营商之间存在互通协议，相关数据事务就可以跨越网络和国家边界。

识别号码类型

在执行位置更新过程和处理移动呼叫期间，会使用不同类型的号码 -

移动台 ISDN 号码 (MSISDN)
移动用户漫游号码 (MSRN)
国际移动用户识别码 (IMSI)
临时移动用户识别码 (TMSI)
本地移动台识别码 (LMSI)

每个号码都存储在 HLR 和/或 VLR 中。

移动台 ISDN 号码

MSISDN 是分配给移动用户的目录号码。拨打此号码可向移动用户拨打电话。该号码由移动台注册的国家/地区的国家代码 (CC)（例如印度 91）组成，后跟国家移动号码，该号码由网络目的地代码 (NDC) 和用户号码 (SN) 组成。每个 GSM PLMN 都分配了一个 NDC。

MSISDN 的组成使得它可以用作信令连接控制部分 (SCCP) 中的全局标题地址，用于将消息路由到移动用户的 HLR。

移动台漫游号码

MSRN 是网关 MSC 将来电路由到当前不受网关 MSISDN 控制的 MS 所需的号码。使用移动电话，终止呼叫被路由到 MSC 网关。基于此，MSISDN 网关 MSC 请求 MSRN 以将呼叫路由到当前访问的 MSC 国际移动用户识别码 (IMSI)。

MS 通过其 IMSI 进行识别。IMSI 嵌入在移动设备的 SIM 卡中。无论何时访问网络，MS 都会提供它。

移动国家代码 (MCC)

IMSI 的 MCC 部分是 3 位代码，用于唯一识别用户住所所在的国家/地区。它由 ITU-T 分配。

移动网络代码 (MNC)

MNC 部分是 2 位代码，用于识别移动用户的家庭 GSM PLMN。它由每个国家的政府分配。对于 GSM-1900，使用 3 位 MNC。

移动用户识别号码 (MSIN)

MSIN 是在 GSM PLMN 内识别用户的代码。它由运营商分配。

临时移动用户识别码 (TMSI)

TMSI 是一个身份别名，在可能的情况下用于代替 IMSI。使用 TMSI 可确保通过消除在无线链路上传输未加密 IMSI 代码的需要来保持移动用户真实身份的机密性。

VLR 为在其区域内运行的每个移动用户分配一个唯一的 TMSI 代码。此代码仅在其区域内有效，用于在消息中识别用户，这些消息往返于 MS。当位置区域更改也涉及 VLR 区域更改时，将分配一个新的 TMSI 代码并将其传达给 MS。MS 将 TMSI 存储在其 SIM 卡上。TMSI 由四个八位字节组成。

位置更新场景

在以下位置更新场景中，假设 MS 进入受与 MS 当前注册的 VLR（称为“旧 VLR”）不同的 VLR（称为“新 VLR”）控制的新位置区域。下图显示了移动位置更新场景的步骤。

MS 进入新的小区区域，侦听在广播信道 (BCCH) 上传输的位置区域标识 (LAI)，并将此 LAI 与表示移动电话最后注册区域的最后一个 LAI（存储在 SIM 卡中）进行比较。

MS 检测到它已进入新的位置区域，并通过随机接入信道 (RACH) 传输信道请求消息。
BSS 接收到信道请求消息后，分配一个独立专用控制信道 (SDCCH)，并将此信道分配信息转发到通过接入授权信道 (AGCH) 传输给 MS。MS 将通过 SDCCH 与 BSS 和 MSC 通信。
MS 通过 SDCCH 向 BSS 传输位置更新请求消息。此消息中包含 MS 临时移动用户识别码 (TMSI) 和旧位置区域用户 (旧 LAI)。MS 可以使用其 IMSI 或 TMSI 来识别自身。在本例中，我们将假设移动设备提供了 TMSI。BSS 将位置更新请求消息转发到 MSC。
VLR 分析消息中提供的 LAI，并确定收到的 TMSI 与不同的 VLR（旧 VLR）相关联。为了继续注册，必须确定 MS 的 IMSI。新 VLR 通过使用位置更新请求消息中提供的接收到的 LAI 来确定旧 VLR 的身份。它还请求旧 VLR 为特定 TMSI 提供 IMSI。
位置更新场景 - 更新 HLR/VLR 是我们准备通知 HLR MS 受新 VLR 控制以及 MS 可以从旧 VLR 注销的点。更新 HLR/VLR 阶段的步骤如下：
- 新 VLR 向 HLR 发送消息，通知它给定的 IMSI 已更改位置，并且可以通过将所有来电路由到消息中包含的 VLR 地址来访问它。
- HLR 请求旧 VLR 删除与给定 IMSI 关联的用户记录。确认该请求。
- HLR 使用用户数据（移动用户的客户资料）更新新 VLR。

TMSI 重新分配阶段的步骤

MSC 将位置更新接受消息转发到 MS。此消息包含新的 TMSI。
MS 从消息中检索新的 TMSI 值，并使用此新值更新其 SIM 卡。然后，移动设备向 MSC 发送更新完成消息。
MSC 请求 BSS 释放 MSC 和 MS 之间的信令连接。
MSC 在从 BSS 接收清除完成消息后释放其信令连接的一部分。
BSS 向 MS 发送“无线电资源”信道释放消息，然后释放之前分配的独立专用控制信道 (SDCCH)。然后，BSS 通知 MSC 信令连接已清除。

位置更新周期

当 MS 更改其 LA 时，会自动进行位置更新。如果用户频繁跨越 LA 边界，则可能会生成许多位置更新。如果 MS 保留在同一 LA 中，则位置更新可能会基于时间/移动/距离进行，这由网络提供商定义。

切换

这是将正在进行的呼叫从一个话务信道自动切换到另一个话务信道的过程，以抵消用户移动带来的不利影响。只有当功率控制不再有帮助时，才会启动切换过程。

切换过程是 MAHO（移动辅助切换）。它从 MS 的下行链路测量开始（BTS 发出的信号强度，BTS 发出的信号质量）。MS 可以测量 6 个最佳相邻 BTS 下行链路的信号强度（候选列表）。

切换类型

切换有两种类型：

内部或内部 BSS 切换

小区内切换

小区间切换
外部或外部 BSS 切换

内部 MSC 切换

跨 MSC 切换

内部切换由 BSC 管理，外部切换由 MSC 管理。

切换的目标如下：

保持良好的语音质量。
最大程度地减少呼叫掉线次数。
最大化移动台在最佳小区中的时间。
最大程度地减少切换次数。

何时会发生切换？

MS 和 BTS 之间的距离（传播延迟）变得太大。
如果接收到的信号电平非常低。
如果接收到的信号质量非常低。
移动台到另一个小区的路径损耗情况更好。

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