試論GPRS位置管理策略相關問題論文
摘 要：GPRS網(wǎng)絡的位置管理過程包括小區(qū)重選、小區(qū)更新和路由區(qū)更新；位置管理區(qū)域有小區(qū)、路由區(qū)和位置區(qū)。與GSM-R網(wǎng)絡中移動臺的空閑模式和專用模式不同GPRS移動臺和網(wǎng)絡有空閑、待命和就緒三種移動性管理狀態(tài)，激活和未激活兩種會話管理狀態(tài)，并就其中管理狀態(tài)轉移模型進行分析。
關鍵詞：鐵路通信；GPRS位置管理；移動臺；定時器；狀態(tài)轉移模型
1 引言
移動性管理中非常重要的兩個問題是位置登記和位置查找。位置登記是指移動用戶向系統(tǒng)報告其所在位置的過程，通過位置更新過程完成；位置查找是指用戶在被呼叫時，系統(tǒng)根據(jù)該用戶在相關數(shù)據(jù)庫的信息查找其所在區(qū)域的訪問位置寄存器通過尋呼過程完成。設計位置管理策略時需要考慮呼叫時延、系統(tǒng)負荷、資源利用及系統(tǒng)復雜性等問題，因此它在移動通信系統(tǒng)設計中是一個非常重要的問題。目前關于位置管理策略的研究都是針對GSM系統(tǒng)小區(qū)和位置區(qū)兩級位置管理區(qū)域。對于GPRS系統(tǒng)小區(qū)、路南區(qū)、位置區(qū)三級位置管理區(qū)域的研究及在鐵路高速運動狀態(tài)情況下位置管理對數(shù)據(jù)傳輸時延的影響還未有深入研究[1，2]。
2 GPRS移動臺和網(wǎng)絡的狀態(tài)模式
2.1 GPRS空閑(Idle)狀態(tài)
當移動臺處于GPRS空閑狀態(tài)時，表明移動臺已開機，但還沒有附著到GPRS網(wǎng)絡上去，SGSN和GGSN中的移動性上下文中不存儲該移動臺的信息。因此移動臺無法識別GPRS網(wǎng)絡，也就不執(zhí)行用戶相關的移動性管理程序。
移動臺在這種狀態(tài)下只能接收PTM．M的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡在這種情況下無法尋呼到該用戶，移動用戶不能接收和發(fā)送PTP和PTM—G數(shù)據(jù)。因此處于這種狀態(tài)的移動臺可以被網(wǎng)絡認為是不可及的。為了在移動臺和SGSN之間建立移動性管理(MM)連接，移動臺將執(zhí)行GPRS附著過程。
2.2 待命(Standby)狀態(tài)
在GPRS待命狀態(tài)下，移動臺已執(zhí)行了GPRS附著過程，并且和SGSN建立起了MM連接。但是SGSN對移動臺的移動性管理僅在路由區(qū)(RA)層次上。移動臺在這種狀態(tài)下可以接收PTP或PTM—G數(shù)據(jù)的尋呼。通過SGSN，移動臺也可以接收電路交換業(yè)務的尋呼。
移動臺在這種狀態(tài)下，可以執(zhí)行GPRS小區(qū)選擇和小區(qū)重選，也可以執(zhí)行本地GPRS路由區(qū)更新。在SGSN中關于處在待命狀態(tài)的移動臺的位置信息只有GPRS路由區(qū)(I認)的信息。移動臺在相同路由區(qū)內(nèi)改變服務小區(qū)，并不需要通知SGSN。移動臺在此狀態(tài)下可以激活或清除PDP上下文，如果移動臺想要發(fā)送數(shù)據(jù)就必須首先激活一條PDP上下文。也就是說當移動臺在發(fā)送數(shù)據(jù)的和接收數(shù)據(jù)之前，首先應先激活一條PDP上下文。
移動臺并不能進行PTP數(shù)據(jù)的接收和傳輸，也不能進行PTM-G數(shù)據(jù)傳輸。
2.3 就緒(Ready)狀態(tài)
當移動臺和GPRS網(wǎng)絡的分組傳輸正在進行之中或剛剛結束時，移動臺就處于GPRS就緒狀態(tài)下。就緒定時器定義了在分組傳輸停止多長時間后，移動臺就將從就緒狀態(tài)轉為待命狀態(tài)。就緒定時器的值由SGSN設定，范圍可以從0到無窮大，也就是說當該值設為無窮大時，移動臺將永遠不會返回待命狀態(tài)下。在就緒狀態(tài)下時，SGSN將在具體小區(qū)的層次上對移動臺進行管理。也就是說SGSN含有處于就緒狀態(tài)下移動臺的小區(qū)信息。當移動臺在就緒狀態(tài)下每次改變服務小區(qū)時，應向SGSN發(fā)送“小區(qū)更新”(Cell Update)消息。此時，GPRS的小區(qū)選擇和重選即可以由移動臺自主完成，也可以選擇由網(wǎng)絡控制完成。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，移動臺數(shù)據(jù)分組BSSGP頭就包括小區(qū)的標志。
在就緒狀態(tài)下網(wǎng)絡無需給移動臺發(fā)送尋呼請求。由于移動臺的小區(qū)位置是已知的，SGSN將直接給PCU發(fā)送分組數(shù)據(jù)，而PCU將立刻發(fā)起移動臺的立即指配程序。如果移動臺此時發(fā)起了GPRS分離程序，它將直接從就緒狀態(tài)變?yōu)榭臻e狀態(tài)。
當SGSN從外部網(wǎng)絡收到PTP或PTM．G數(shù)據(jù)的尋呼時，若移動臺處于待命狀態(tài)，SGSN首先應本身登記的關于移動臺的尋呼進行標志(PPF)，它是記錄在SGSN中的參數(shù)，指示是否能對移動臺發(fā)起GPRS和非GPRS的尋呼是否被置位，如果被置位，SGSN將在該移動臺所處的路由區(qū)內(nèi)發(fā)起尋呼；若PPF沒有置位，則SGSN不會發(fā)起對該移動臺的尋呼程序。當SGSN收到該移動臺返回的尋呼響應時，將把移動臺的MM標志從待命狀態(tài)改為就緒狀態(tài)，此后移動臺將和網(wǎng)絡建立一條PDP上下文，然后就可以開始數(shù)據(jù)傳送了。同樣，SGSN在收到移動臺發(fā)起的數(shù)據(jù)或信令時，也會將移動臺的MM標志從待命狀態(tài)改為就緒狀態(tài)。
網(wǎng)絡的移動臺不可達定時器超時后，SGSN可以執(zhí)行IMSI的隱式分離，以便將移動臺的MM標志改為空閑狀態(tài)，然后SGSN將刪除和該移動臺的MM的PDP的上下文。如移動臺進入GPRS盲區(qū)的時間超過移動臺不可達定時器，將進入這種狀態(tài)。
2.4 未激活(Inactive)狀態(tài)
該狀態(tài)是指用戶的某個PDP地址沒有激活的數(shù)據(jù)業(yè)務，相應的PDP上下文中沒有路由或映射信息。此時移動臺不能進行數(shù)據(jù)傳送，移動臺的路由區(qū)更新不會引起PDP上下文的更新。移動臺可以通過發(fā)起PDP上下文激活程序，從未激活狀態(tài)進入激活狀態(tài)。
2.5 激活(Active)狀態(tài)
該狀態(tài)是指用戶的某個PDP地址有激活的數(shù)據(jù)業(yè)務。由于MS、SGSN、GGSN的相應PDP上下文中包含了該PDP地址所傳輸?shù)腜DU的路由或映射信息，因此他們之間可以傳輸數(shù)據(jù)。用戶的MM狀態(tài)為待命或就緒時，PDP狀態(tài)才可能進入激活狀態(tài)。只有當執(zhí)行了PDP上下文的解除程序或者移動臺的MM狀態(tài)變?yōu)榭臻e，PDP狀態(tài)才從激活轉變成未激活。無論PDP地址為靜態(tài)或動態(tài)，都可由MS請求發(fā)起PDP上下文激活程序。MS從歸屬網(wǎng)絡發(fā)起PDP上下文激活的流程及從拜訪網(wǎng)絡發(fā)起PDP上下文激活的流程。
3 與狀態(tài)轉移相關的定時器
3.1 T3314
T3314是ready timer(就緒狀態(tài)定時器)，它在移動臺和網(wǎng)絡側均存在，此定時器控制移動臺是否執(zhí)行小區(qū)更新過程。在移動臺側，當移動臺在ready(就緒)狀態(tài)每向網(wǎng)絡發(fā)送一個點到點的包數(shù)據(jù)單元時都要啟動該定時器。如果移動臺在定時器超時后還沒有發(fā)送下一個包數(shù)據(jù)單元重置定時器以致定時器超時則移動臺進入standby(待命)狀態(tài)，就緒定時器正常停止。在網(wǎng)絡側，網(wǎng)絡每收到一個點到點的包數(shù)據(jù)單元時都要啟動該定時器。如果網(wǎng)絡在定時器超時后還沒有收到下一個包數(shù)據(jù)單元重置定時器以致定時器超時則網(wǎng)絡進入standby(待命)狀態(tài)，就緒定時器正常停止。在就緒狀態(tài)下的移動臺，經(jīng)過同一路由區(qū)內(nèi)的不同小區(qū)在完成物理層的小區(qū)重選后都應執(zhí)行小區(qū)更新過程；若經(jīng)過的兩個小區(qū)位于不同路由區(qū)則在完成物理層的小區(qū)重選后執(zhí)行路由區(qū)更新程序。就緒定時器的值在移動臺和SGSN中一樣的，這個元素是一個可選元素在SGSN中設定是否發(fā)送該參數(shù)以及該參數(shù)的值，如果設定了該參數(shù)的值則通過SGSN發(fā)送的Attach accept、Routing AreaUpdate Accept消息將該值告知移動臺。
3.2 T3312
T3312是周期性路由區(qū)更新定時器，它只存在于移動臺側。此定時器的值在Attach accept和Routing area accept消息中作為必須元素，由網(wǎng)絡發(fā)給移動臺控制移動臺周期性路由區(qū)更新的頻度。T3312在移動臺的T3314定時器超時離開就緒狀態(tài)時啟動。當T3312超時時，移動臺應啟動周期性路由更新過程，并將T3312置為初始值，以用于下一次啟動。當T3312超時時，如果移動臺不處于GPRS移動性管理已注冊常規(guī)業(yè)務狀態(tài)，那么移動臺就將更新過程延遲到它返回到GPRS移動性管理已注冊常規(guī)業(yè)務狀態(tài)后再執(zhí)行。
對于移動臺離開GPRS覆蓋區(qū)后，又回至0GPRS覆蓋區(qū)的情況：如果回至UGPRS覆蓋區(qū)前，周期性路由區(qū)更新定時器超時了，移動臺重新選到GPRS網(wǎng)絡后首先執(zhí)行路由區(qū)更新過程原因值為RA updating only(iE常的路由區(qū)更新)過程；如果該定時器沒有超時，移動臺重新選到GPRS網(wǎng)絡后要等到路由區(qū)更新定時器超時后才發(fā)起周期性路由區(qū)更新過程原因值為Periodic update(周期性更新).
3.3 MS unreachable Timer
MS unreachable Timer是移動臺不可達定時器它監(jiān)視SGSN內(nèi)周期性路由區(qū)更新過程，因此這個定時器只存在。y-SGSN內(nèi)，它的設置時間比周期性路由區(qū)更新定時器稍長一些，此值比T3312最少大4分鐘。當T3314超時移動臺從就緒狀態(tài)轉入待命狀態(tài)時移動臺不可達定時器啟動，當SGSN收到點到點的包數(shù)據(jù)單元時停止定時器。當移動臺不可達定時器超時后SGSN將停止給移動臺發(fā)送分組域尋呼或電路域尋呼消息，但會立即啟動其他功能(例如基于MSCⅣLR的呼叫轉移)。當MS中的下一個活動被檢測到時，PPF仍會設置。MM上下文和PDP上下文將全部保存到SGSN中。
4 移動性管理狀態(tài)轉移模型及分析
由于控制移動臺和SGSN狀態(tài)轉移的定時器分別存在于不同的兩側，例如T3314在移動臺和SGSN側均存在，T3312只在移動臺側，MS unreachable Timer只在SGSN側。這樣就導致移動臺的狀態(tài)轉移過程和SGSN狀態(tài)轉移過程存在差異，并且在同一時刻兩側的狀態(tài)不同。在以往的研究中我們只是對移動性管理狀態(tài)(包括空閑、待命、就緒狀態(tài))和會話管理狀態(tài)(包括PDP激活、PDP未激活狀態(tài))分別作出狀態(tài)轉移分析，并未將二者結合起來。
移動臺管理狀態(tài)模型如圖1所示。根據(jù)模型的建立過程可以看到MS在每個狀態(tài)的停留時間與使他向下一狀態(tài)轉移的操作有關，并不一定完全服從統(tǒng)一概率分布。離散時間參數(shù)的Markov鏈在每個狀態(tài)的停留時間都是確定參數(shù)l，連續(xù)時間參數(shù)的Markov鏈在每個狀態(tài)的停留時間服從指數(shù)分布。而在MS管理狀態(tài)轉移模型中停留時間與它當前的狀態(tài)有關，把停留時間從指數(shù)分布拓展到其他分布。因此用半Markov鏈分析MS的狀態(tài)轉移過程。分析中需要解決的問題包括兩方面：一是MS在某一狀態(tài)的平均停留時間T，二是MS在某一狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率R。
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