试论GPRS位置管理策略相关问题

摘　要：GPRS网络的位置管理过程包括小区重选、小区更新和路由区更新；位置管理区域有小区、路由区和位置区。与GSM-R网络中移动台的空闲模式和专用模式不同GPRS移动台和网络有空闲、待命和就绪三种移动性管理状态，激活和未激活两种会话管理状态，并就其中管理状态转移模型进行分析。

关键词：铁路通信；GPRS位置管理；移动台；定时器；状态转移模型

1 引言
　　移动性管理中非常重要的两个问题是位置登记和位置查找。位置登记是指移动用户向系统报告其所在位置的过程，通过位置更新过程完成；位置查找是指用户在被呼叫时，系统根据该用户在相关数据库的信息查找其所在区域的访问位置寄存器通过寻呼过程完成。设计位置管理策略时需要考虑呼叫时延、系统负荷、资源利用及系统复杂性等问题，因此它在移动通信系统设计中是一个非常重要的问题。目前关于位置管理策略的研究都是针对GSM系统小区和位置区两级位置管理区域。对于GPRS系统小区、路南区、位置区三级位置管理区域的研究及在铁路高速运动状态情况下位置管理对数据传输时延的影响还未有深入研究[1，2]。
2 GPRS移动台和网络的状态模式
2.1 GPRS空闲(Idle)状态
　　当移动台处于GPRS空闲状态时，表明移动台已开机，但还没有附着到GPRS网络上去，SGSN和GGSN中的移动性上下文中不存储该移动台的信息。因此移动台无法识别GPRS网络，也就不执行用户相关的移动性管理程序。
　　移动台在这种状态下只能接收PTM．M的数据传输。网络在这种情况下无法寻呼到该用户，移动用户不能接收和发送PTP和PTM—G数据。因此处于这种状态的移动台可以被网络认为是不可及的。为了在移动台和SGSN之间建立移动性管理(MM)连接，移动台将执行GPRS附着过程。
2.2 待命(Standby)状态
　　在GPRS待命状态下，移动台已执行了GPRS附着过程，并且和SGSN建立起了MM连接。但是SGSN对移动台的移动性管理仅在路由区(RA)层次上。移动台在这种状态下可以接收PTP或PTM—G数据的寻呼。通过SGSN，移动台也可以接收电路交换业务的寻呼。
　　移动台在这种状态下，可以执行GPRS小区选择和小区重选，也可以执行本地GPRS路由区更新。在SGSN中关于处在待命状态的移动台的位置信息只有GPRS路由区(I认)的信息。移动台在相同路由区内改变服务小区，并不需要通知SGSN。移动台在此状态下可以激活或清除PDP上下文，如果移动台想要发送数据就必须首先激活一条PDP上下文。也就是说当移动台在发送数据的和接收数据之前，首先应先激活一条PDP上下文。
　　移动台并不能进行PTP数据的接收和传输，也不能进行PTM-G数据传输。
2.3 就绪(Ready)状态
　　当移动台和GPRS网络的分组传输正在进行之中或刚刚结束时，移动台就处于GPRS就绪状态下。就绪定时器定义了在分组传输停止多长时间后，移动台就将从就绪状态转为待命状态。就绪定时器的值由SGSN设定，范围可以从0到无穷大，也就是说当该值设为无穷大时，移动台将永远不会返回待命状态下。在就绪状态下时，SGSN将在具体小区的层次上对移动台进行管理。也就是说SGSN含有处于就绪状态下移动台的小区信息。当移动台在就绪状态下每次改变服务小区时，应向SGSN发送“小区更新”(Cell Update)消息。此时，GPRS的小区选择和重选即可以由移动台自主完成，也可以选择由网络控制完成。在数据传输过程中，移动台数据分组BSSGP头就包括小区的标志。
　　在就绪状态下网络无需给移动台发送寻呼请求。由于移动台的小区位置是已知的，SGSN将直接给PCU发送分组数据，而PCU将立刻发起移动台的立即指配程序。如果移动台此时发起了GPRS分离程序，它将直接从就绪状态变为空闲状态。
　　当SGSN从外部网络收到PTP或PTM．G数据的寻呼时，若移动台处于待命状态，SGSN首先应本身登记的关于移动台的寻呼进行标志(PPF)，它是记录在SGSN中的参数，指示是否能对移动台发起GPRS和非GPRS的寻呼是否被置位，如果被置位，SGSN将在该移动台所处的路由区内发起寻呼；若PPF没有置位，则SGSN不会发起对该移动台的寻呼程序。当SGSN收到该移动台返回的寻呼响应时，将把移动台的MM标志从待命状态改为就绪状态，此后移动台将和网络建立一条PDP上下文，然后就可以开始数据传送了。同样，SGSN在收到移动台发起的数据或信令时，也会将移动台的MM标志从待命状态改为就绪状态。
　　网络的移动台不可达定时器超时后，SGSN可以执行IMSI的隐式分离，以便将移动台的MM标志改为空闲状态，然后SGSN将删除和该移动台的MM的PDP的上下文。如移动台进入GPRS盲区的时间超过移动台不可达定时器，将进入这种状态。
2.4 未激活(Inactive)状态
　　该状态是指用户的某个PDP地址没有激活的数据业务，相应的PDP上下文中没有路由或映射信息。此时移动台不能进行数据传送，移动台的路由区更新不会引起PDP上下文的更新。移动台可以通过发起PDP上下文激活程序，从未激活状态进入激活状态。
2.5 激活(Active)状态
　　该状态是指用户的某个PDP地址有激活的数据业务。由于MS、SGSN、GGSN的相应PDP上下文中包含了该PDP地址所传输的PDU的路由或映射信息，因此他们之间可以传输数据。用户的MM状态为待命或就绪时，PDP状态才可能进入激活状态。只有当执行了PDP上下文的解除程序或者移动台的MM状态变为空闲，PDP状态才从激活转变成未激活。无论PDP地址为静态或动态，都可由MS请求发起PDP上下文激活程序。MS从归属网络发起PDP上下文激活的流程及从拜访网络发起PDP上下文激活的流程。
3 与状态转移相关的定时器
3.1 T3314
　　T3314是ready timer(就绪状态定时器)，它在移动台和网络侧均存在，此定时器控制移动台是否执行小区更新过程。在移动台侧，当移动台在ready(就绪)状态每向网络发送一个点到点的包数据单元时都要启动该定时器。如果移动台在定时器超时后还没有发送下一个包数据单元重置定时器以致定时器超时则移动台进入standby(待命)状态，就绪定时器正常停止。在网络侧，网络每收到一个点到点的包数据单元时都要启动该定时器。如果网络在定时器超时后还没有收到下一个包数据单元重置定时器以致定时器超时则网络进入standby(待命)状态，就绪定时器正常停止。在就绪状态下的移动台，经过同一路由区内的不同小区在完成物理层的小区重选后都应执行小区更新过程；若经过的两个小区位于不同路由区则在完成物理层的小区重选后 执行路由区更新程序。就绪定时器的值在移动台和SGSN中一样的，这个元素是一个可选元素在SGSN中设定是否发送该参数以及该参数的值，如果设定了该参数的值则通过SGSN发送的Attach accept、Routing AreaUpdate Accept消息将该值告知移动台。
3.2 T3312
　　T3312是周期性路由区更新定时器，它只存在于移动台侧。此定时器的值在Attach accept和Routing area update accept消息中作为必须元素，由网络发给移动台控制移动台周期性路由区更新的频度。T3312在移动台的T3314定时器超时离开就绪状态时启动。当T3312超时时，移动台应启动周期性路由更新过程，并将T3312置为初始值，以用于下一次启动。当T3312超时时，如果移动台不处于GPRS移动性管理已注册常规业务状态，那么移动台就将更新过程延迟到它返回到GPRS移动性管理已注册常规业务状态后再执行。
　　对于移动台离开GPRS覆盖区后，又回至0GPRS覆盖区的情况：如果回至UGPRS覆盖区前，周期性路由区更新定时器超时了，移动台重新选到GPRS网络后首先执行路由区更新过程原因值为RA updating only(iE常的路由区更新)过程；如果该定时器没有超时，移动台重新选到GPRS网络后要等到路由区更新定时器超时后才发起周期性路由区更新过程原因值为Periodic update(周期性更新).
3.3 MS unreachable Timer
　　MS unreachable Timer是移动台不可达定时器它监视SGSN内周期性路由区更新过程，因此这个定时器只存在。y-SGSN内，它的设置时间比周期性路由区更新定时器稍长一些，此值比T3312最少大4分钟。当T3314超时移动台从就绪状态转入待命状态时移动台不可达定时器启动，当SGSN收到点到点的包数据单元时停止定时器。当移动台不可达定时器超时后SGSN将停止给移动台发送分组域寻呼或电路域寻呼消息，但会立即启动其他功能(例如基于MSCⅣLR的呼叫转移)。当MS中的下一个活动被检测到时，PPF仍会设置。MM上下文和PDP上下文将全部保存到SGSN中。
4 移动性管理状态转移模型及分析
　　由于控制移动台和SGSN状态转移的定时器分别存在于不同的两侧，例如T3314在移动台和SGSN侧均存在，T3312只在移动台侧，MS unreachable Timer只在SGSN侧。这样就导致移动台的状态转移过程和SGSN状态转移过程存在差异，并且在同一时刻两侧的状态不同。在以往的研究中我们只是对移动性管理状态(包括空闲、待命、就绪状态)和会话管理状态(包括PDP激活、PDP未激活状态)分别作出状态转移分析，并未将二者结合起来。
　　移动台管理状态模型如图1所示。根据模型的建立过程可以看到MS在每个状态的停留时间与使他向下一状态转移的操作有关，并不一定完全服从统一概率分布。离散时间参数的Markov链在每个状态的停留时间都是确定参数l，连续时间参数的Markov链在每个状态的停留时间服从指数分布。而在MS管理状态转移模型中停留时间与它当前的状态有关，把停留时间从指数分布拓展到其他分布。因此用半Markov链分析MS的状态转移过程。分析中需要解决的问题包括两方面：一是MS在某一状态的平均停留时间T，二是MS在某一状态的稳态概率R。