移动通信网中移动性管理技术研究

摘要

移动管理技术是移动通信网的核心问题。移动通信网络中的移动管理技术可以分为网内移动性管理和网间移动性管理两个方面。其中网内移动性管理主要包含用户位置管理技术与通信切换管理技术等两方面内容；网间移动性管理根据其实现的机制和程度不同，其移动性可以分为两个层次：无缝移动性和业务漫游。目前，移动通信实现移动管理的核心是基于电路交换7号信令系统的结构，随着移动通信与IP技术的结合，第三代移动通信和第三代以后的移动通信网络都将向全IP移动通信网发展。未来移动业务将在全IP的网络环境实现无缝漫游，网络层、传输层和应用层都可以实现网间业务的移动性。全IP移动通信网是将各种无线接口标准和接入手段的数据信号通过IP网关连接到因特网网络，其管理关心的主要问题有：位置登记管理、切换管理、被动连通性、寻呼、健壮性、可升级性、QOS支持、无线接入网的通信量管理、安全性管理以及业务的连续性与无缝移动等。 本文主要研究移动通信网络中网内移动管理技术的位置管理部分及基于IP移动通信网网间的移动性管理问题。 第二章通过对未来的移动通信网络中网关位置寄存器(GLR)位置更新规范的分析，从减少GLR潜在瓶颈及提高系统健壮性的角度提出一种分布式GLR方案及算法，该方案的思路是访问网络处每个VLR既可作为VLR，也可作为GLR，GLR功能被分散到多个VLR，从而提高系统健壮性，降低呼叫建立开销及呼叫延迟。 在传统隐含注销算法中，由于VLR收不到注销消息，VLR存储空间将最终被用户记录所占满，这会使系统为新到用户执行强制登记操作。为尽量避免有效用户记录被删除，传统隐含注销算法需要大容量的VLR数据库；同时当大量用户访问已经被占满的VLR时(如在特殊的节日)，较高的话务负荷和(强制)登记负荷将有可能使系统性能恶化；另外，如果将传统隐含注销算法用于实际运营中，运营商将无法知晓VLR的有效存储空间利用率，从而为网络扩容和维护工作带来困难。 第三章提出一种易于实现的新隐含注销算法，其基本思想是周期性地对VLR存储记录进行维护管理，及时删除无效用户记录。 在基于运动的移动网络登记方法中，用户终端MT设置相应的计数器来完成用户的位置更新，但该方案没有解决用户之字形移动所带来的用户在附近小区频繁位置更新问题。 第四章提出的登记算法结合了基于运动和距离的改进登记算法，在该算法中，MT能跟踪用户登记小区附件网络的结构信息，从而尽可能降低用户在某些小区附近频繁移动所带来的频繁登记问题，该算法对日常活动小区范围不大的用户(移动性可能很强)是一种较好的登记算法。随着终端技术的进一步发展，本章提出的算法将具有更强的吸引力。 当移动用户漫游到远离其归属HLR的无线覆盖区时(如某成都移动用户漫游到美国西海岸)，由于移动用户的每次VLR覆盖区改变及入呼均要通过长途电路访问HLR数据库，但当漫游用户数量大且用户的CMR较低时，该种方式增加了HLR的无效访问开销及无效的长途电路传输成本(由于用户快速移动要占用大量的系统资源为其提供相应的移动性管理，但用户的入呼很少)，同时由于长途电路所涉网元较多，使系统故障概率增大。 第五章提出了漫游用户的本地VLR移动管理算法。该算法通过将漫游地VLR设置为用户代理HLR完成相应的移动管理功能，从而极大降低用户移动性对用户归属HLR的访问瓶颈压力及有效减少长途信令传输开销。 在移动通信网络中，系统通过相关数据库如(HLR/VLR)对移动用户实施移动性管理，用户的位置更新(含位置注销)和呼叫处理都会涉及大量的数据库访问以及数据库间的信令信息传输。当数据库发生故障时，则用户位置信息在数据库的丢失或破坏将严重降低用户服务质量并恶化系统性能。 第六章通过移动用户的起始呼叫、周期性位置登记(PLAU)、一般位置登记及重新位置登记等四个系统和用户事件对VLR数据库故障进行恢复，同时对VLR故障恢复进行了性能分析。 第七章从不同网络层次，对目前所有的支持网间基于IP移动性管理的方法进行全面的阐述和比较，并在此基础上，提出多层次支持IP移动性管理的模型和机制—多层移动策略表(ML-MPT)机制，该管理机制可以动态地将不同网络层次(网络层和应用层)的移动性支持机制结合起来，根据业务的实际需求，完成多业务和多应用环境下对移动性的支持。 为验证、评估本文所提出的各种算法性能，作者自行开发了相关算法的仿真软件。附录中并给出本文进行算法仿真研究时使用的主要伪代码。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：简略字表

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章移动网络中分布式GLR设计[L4]

第三章移动网络中一种新的隐含注销算法[L9]

第四章移动网络中一种改进的登记算法

第五章移动网络中一种改进的漫游用户登记算法[L7]

第六章移动网络中VLR故障恢复分析[L8]

第七章移动IP网络多层次移动性的支持机制[L1]

全文总结

附录 仿真软件的重要伪代码

致谢

参考文献

个人简历

本文作者在攻读博士学位期间以第一作者发表、录用和投出的与论文相关的文章

获奖和获基金资助情况