移动通信网络位置管理方案建模与开销分析

摘要

位置管理在移动通信网络中起着非常重要的作用，其目的是高效地跟踪处于空闲模式下的移动用户(User Equipment，UE)的位置，以保证当有呼叫到达时，网络能快速准确地定位到目标UE并建立通信链路。性能分析对位置管理方案的确定和网络系统设计起着关键作用，而信令开销分析是评价位置管理方案性能的重要指标。现有很多算法对2G/3G/4G所采用的位置管理机制进行完善和改进，其中包括基于运动的位置管理方案和4G网络采用的基于跟踪区列表的位置管理方案。
　　首先，针对2G/3G网络中的基于运动的位置管理方案没有完全考虑网络的HLR/VLR(Home Location Register/Visitor Location Register)结构，本论文考虑网络的HLR/VLR架构，采用流体流动模型，提出一种嵌入式马尔科夫链模型，分析呼叫到达间隔服从指数分布、小区驻留时间服从一般分布时的位置管理信令开销，得到了两次呼叫到达之间位置更新开销和寻呼开销的闭合表达式，得到了使位置管理开销最低的最佳运动阈值，并分析了不同参数对基于运动的位置管理方案的影响。
　　其次，由于跟踪区列表的分配方案很大程度上影响着4G LTE网络中基于跟踪区列表的位置管理方案的性能，而至今没有研究能够提出一种最优化的跟踪区列表分配方案使得基于跟踪区列表的位置管理方案的信令开销最低，本论文致力于寻找一种最优化的跟踪区列表的分配方案。利用本地用户活动范围小、运动规律性强的特点，提出了一种嵌入式马尔科夫链模型分析基于跟踪区列表的位置管理方案的信令开销，得到了两次呼叫到达间位置更新开销和寻呼开销的数学公式，得到了使位置管理的信令开销最低的跟踪区列表的分配方案，并分析了不同参数对基于跟踪区列表的位置管理方案的影响。
　　本文的分析方便人们找到基于运动的位置管理方案的最佳运动阈值和基于跟踪区列表的位置管理方案的最佳跟踪区列表分配方案，所建立的嵌入式马尔科夫链模型适用性广泛，所得到的结果能为移动通信网络系统架构配置提供理论基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 位置管理的网络拓扑及移动模型

1．2．1 位置管理的网络拓扑

1．2．2 位置管理常用的移动模型

1．3 移动通信网络架构

1．3．1 2G／3G网络架构

1．3．2 4G LTE网络架构

1．4 位置管理中的用户标识

1．4．1 国际移动用户识别码

1．4．2 临时用户识别码

1．4．3 分组临时移动用户识别码

1．4．4 全球唯一临时UE标识

1．5 位置管理的研究内容

1．5．1 2G GSM／3G UMTS CS域中位置区更新

1．5．2 2G GSM／3G UMTS PS域中路由区更新

1．5．3 4G LTE网络中跟踪区更新

1．5．4 2G／3G／4G网络寻呼

1．6 已有的位置管理方案

1．7 位置管理方案的研究现状

1．7．1 基于运动的位置管理方案的国内外研究现状

1．7．2 基于TAL的位置管理方案的国内外研究现状

1．8 论文主要研究内容和结构安排

第二章 已有位置管理算法对比

2．1 位置更新方案

2．1．1 静态位置管理方案

2．1．2 基于时间的位置管理方案

2．1．3 基于距离的位置管理方案

2．1．4 基于运动的位置管理方案

2．1．5 基于TAL的位置管理方案

2．1．6 其他的位置管理方案

2．2 寻呼方案

2．2．1 并行寻呼方案

2．2．2 串行寻呼方案

2．3 本章小结

第三章 基于运动的位置管理方案的开销分析

3．1 相关的研究工作

3．2 符号与假设

3．3 小区驻留时间、LA驻留时间和VLR驻留时间的关系

3．4 嵌入式马尔科夫链模型

3．5 基于运动的位置管理方案信令开销分析

3．5．1 位置更新的信令开销分析

3．5．2 寻呼的信令开销分析

3．5．3 基于运动的位置管理信令总开销

3．6 结果验证

3．6．1 nVLR正确性的验证

3．6．2 nHLR正确性的验证

3．6．3 npaging正确性的验证

3．7 基于运动的位置管理方案性能分析

3．7．1 参数设定

3．7．2 不同参数对基于运动的位置管理的影响

3．8 本章小结

第四章 LTE位置管理中信令开销的分析

4．1 相关的研究工作

4．2 系统模型

4．2．1 移动模型

4．2．2 参数设置

4．3 基于TAL的位置管理方案信令开销分析

4．3．1 嵌入式马尔科夫链模型

4．3．2 基于TAL的位置管理信令开销计算

4．4 系统仿真与性能分析

4．4．1 参数选择

4．4．2 性能分析

4．4．3 系统仿真

4．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文