（通信与信息系统专业论文）cdma无线接入网基站系统间漫游的研究与实现.pdf

南京理工大学硕士学位论文 c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 摘要 y 6 2 4 4 3 5 漫游是移动通信系统的一个重要的功能。在大部分移动通信系统中，漫游是由移 动交换系统实现的。但在无线接入网中，无线接入网是采用v 5 接口与本地交换机连 接的，v 5 接口与本地交换机都不支持用户的移动性管理，不可能在交换系统中实现漫 游管理，因此如何实现移动用户基站系统间的漫游成了无线接入网的一个难题。 为了解决该问题，本文对无线接入网、v 5 接口、本地交换机以及蜂窝移动通信系 统的漫游方案进行了研究，提出了一个适合在无线接入网中使用的漫游方案：在无线 接入网中设置了归属位置寄存器( h l r ) 模块和拜访位置寄存器( v l r ) 模块对用户进行 移动性管理，利用本地交换机的呼叫转移功能来实现移动台在基站系统间的漫游。并 对该方案的相关问题进行了详细的探讨。 本方案充分利用了本地交换机中已有的功能，降低了无线接入网的开发成本，保 证了系统的稳健性；同时由于仅需要在无线接入网上设置相关模块，本地交换机上不 需要进行改动，保证了接入系统的通用性。 在此上述研究的基础上，本文将该方案应用到中兴通讯公司正在开发的c o m a 2 0 0 0 l x 无线接入系统中a 首先，本文对漫游业务进行了深入的研究，设计了适合无线接 入系统的漫游业务流程。然后根据业务流程和无线接入系统的特点，完成了该方案主 要功能模块( h l r 模块和v l r 模块) 的设计和开发。 关键词：漫游，无线接入网，归属位置寄存器，拜访位置寄存器，呼叫转移 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 a b s t r a c t r o a m i n gi s a n i m p o r t a n tf i m c f i o n o fm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m i nm o s tm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，r o a m i n gi sm a n a g e di nm o b i l es w i t c h i n gs y s t e m ；h o w e v e r ，t h e r a d i on e t w o r ki sc o n n e c t e dw i t l ll o c a le x c h a n g e rb yv 5i n t e r f a c ei nr a d i oa c c e s sn e t w o r k a n dl o c a le x c h a n g e ra n dv 5i n t e r f a c ed o n ts u p p o r tm o b i l i t ym a n a g e m e n t ，s oi t sd i f f i c u l t t op r o v i d er o a m i n gb e t w e e nb a s es t a t i o ns y s t e m so fm o b i l ea c c e s sn e t w o r k i no r d e rt or e s o l v et h i sp r o b l e m ，t h ep a p e rd o e sm u c hr e s e a r c ho nl o c a le x c h a n g e lv 5 i n t e r f a c e ，r o a m i n go fc e l l u l a rm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e me t c i tp u tf o r w a r da r o a m i n gm e t h o df o rr a d i oa c c e s sn e t w o r k ：s e th l r ( h o m e l o c a t i o nr e g i s t e r ) m o d u l ea n d v l r ( v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ) m o d u l ei nr a d i on e t w o r k t op r o v i d e m o b i l i t ym a n a g e m e n t ， a n d i m p l e m e n tr o a m i n gb y t h ec a l lt r a n s f e rf i m c t i o no fl o c a le x c h a n g e r t h em e t h o dt a k e s a d v a n t a g e o ft h ea v a i l a b l ef u n c t i o n so fl o c a l e x c h a n g e r , r e d u c e d e v e l o p m e n tc o s to f r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，a n de n s u r et h es t a b i l i t yo ft h es y s t e m i t sn o n e e dt om o d i f yt h el o c a le x c h a n g e ga n dt h ea c c e s sn e t w o r ki s a d a p t e dt oa n ye x c h a n g e n t h em e t h o di ss i m p l eb u te f f e c t i v e t h ep a p e ri m p l e m e n t s r o a m i n go fz t ec d m a 2 0 0 0l x r a d i oa c c e s sn e t w o r k b yt h i s m e t h o d a tf i r s t ，t h e p a p e rd e s i g n a l lt r a n s a c t i o nf l o w so fr o a m i n ga c c o r d i n gt o t h e s t r u c t u r eo ft h en e t w o r k ，t h e ni td e s i g nt h eh l rm o d u l ea n dv l rm o d u l e a c c o r d i n gt ot h e t r a n s a c t i o nf l o w s k e y w o r d s ：r o a m i n g ，r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，h o m el o c a t i o nr e g i s t e r , v i s i t o rl o c a t i o n r e g i s t e r , c a l lt r a n s f e r i l 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网墨些系统哩造塑婴壅兰塞塑 1 绪论 1 1 问题的提出 在过去的二十几年，是电信网长足发展最辉煌的时期。电信网中的交换网和传输 网都先后完成了从模拟到数字的过渡，从交换节点到交换节点的信息高速公路可以说 已基本建成。但是，用户终端与交换节点之间9 0 以上仍由传统的本地环路连接着。 这线路大都采用双绞线，只能传话音和低速数据，它的投资要占市话网投资5 0 以上 甚至还多，而引起的故障却占7 0 以上，因此本环路已成为现代高速通信发展的“瓶 颈”。为此，i t u t 在建议g 9 6 3 中，提出了接入网a n ( a c c e s sn e t w o r k ) 的概念。并 且在1 9 9 5 年1 1 月将接入网定义为：“用户接入网是由业务节点接口和相关用户网络 接口之间的一系列传送实体( 诸如线路设施和传输设施) 所组成的为传递电信业务提 供所需传送承载能力的实施系统”【2 】。 目前，接入网技术被人们视为信息高速公路的最后一公里【3 】。已成了未来国家信 息基础设施( n i i ) 的发展重点。其市场之大，前所未有，吸引了制造商、运营公司 和业务提供者的注意。而作为接入网一个重要组成部分的无线接入网更是被广泛的研 究和应用，成为备受通信界关注的热点，据美国权威机构预测：到2 0 1 0 年无线本地 环路将占到整个本地环路增量的4 0 一5 0 。在众多的无线接入技术中，最受关注当属 c d m a 无线接入技术，近年来其广泛应用于无线市话领域。 和移动蜂窝通信系统一样，当无线接入系统存在多个基站系统时，也必须考虑移 动用户的漫游问题。特别是在无线市话系统中，随着移动通讯系统容量的扩大，到一 个基站系统的容量不足以覆盖一个地区的时候，就需要由多个基站系统共同完成对这 个地区的覆盖。当一个移动台在该区域移动时，就会要求在覆盖该地区的多个基站系 统之间进行漫游。 当前移动系统的漫游实现方式都是由交换系统来管理移动台的位置信息来实现 漫游。但是在无线接入网中，交换系统采用的是本地交换机，没有移动台位置管理功 能。也就是说到目前为止还没有基于本地交换机的无线市话系统实现基站系统之间漫 游的移动通讯系统。怎样以最简单有效的方式支持多个基站系统间的漫游成了摆在移 动通讯厂商面前的一个难题。 针对该问题，本文对无线接入网，v 5 接口，以及蜂窝移动系统中漫游的实现等相 关内容进行了深入的研究，在此基础上提出了一个在无线接入网中实现漫游的方案： 在无线接入网上添加移动管理单元( v l r h l r 模块) 对用户进行移动性管理，采用本 地交换机的呼叫转移来实现移动台的基站系统之间的漫游。该方案有效的利用现有的 本地交换机，无线接入网资源。是一个高效、稳定、可靠的漫游支持方案，是实现漫 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基盏垮缠塑婆游塑堑窒兰塞堡 游的一种新思路，值得在电讯业中推广应用。 在此基础上，本文在c d m a 2 0 0 0l x 无线接入系统中采用该方案实现了漫游功能。 首先，本文针对该无线接入系统设计了与漫游相关业务的业务流程。然后根据业务流 程和无线接入系统的特点，完成了实现该方案的主要功能模块( h l r 模块和v l r 模块) 的设计和开发。 本课题来源于中兴通讯公司正在开发的c d m a 2 0 0 0l x 无线接入系统。采用该方案 的无线接入网已经进入商用，系统运行良好。该方案受到运营商和公司的一致肯 定，认为是一个简单而有效的解决方案。 1 2 研究背景 1 2 1 无线接入网 无线接入技术是用无线通信系统全部或部分替代传统本地环路的接入技术，所 以，无线接入网又称为无线本地环路w l l ( w i r e l e s sl o c a ll o o p ) 【4 或无线用户系统 w s s ( w i t e l e s ss u b s c r i b e rs y s t e m ) 。无线接入网根据连接的用户终端分为固定无线 接入网f w a ( f i x e dw i r e l e s sa c c e s s ) 和移动无线接入网m w a ( m o b i l ew i r e l e s s a c c e s s ) 。在固定无线接入网中，用户终端固定或只是在办公室、会议室或家中等场 所作有限移动，因此固定无线接入不需要移动控制和越区切换功能，实现较容易。相 反，在移动无线接入网中，用户终端是移动的。这里我们只讨论m 1 a 5 】【6 】。 无线用户环路的宗旨和目标是提供与有线接入网相同的业务种类和更广泛的服 务范围，无线用户环路由于具有应用灵活，安装快捷等特点，目前已成为接入技术中 最热门的话题，受到各国尤其是电信业务急需普及的发展中国家的重视。基于无线接 入网的发展需要，我国也提出了一个满足第三代移动通信系统的要求无线接入标准 t d s c d m a t7 1 。 无线接入网具备如下优点： ( 1 ) 支持用户的移动，为用户提供更好的服务。 ( 2 ) 无线接入网无须铺设通信电缆，建网投资费用低。 ( 3 ) 增加了网络灵活性：组网灵活、安装迅速、建设周期短。 ( 4 ) 无线接入网扩容方便。 ( 5 ) 运营成本低，取消了铜线分配网和铜线分接线，无需人员修复设备线路。 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线壁垒圈垂塑墨堑囹望塑盟竖窒量皇垫 ( 6 ) 安全性好、抗灾能力强。对地震水灾等自然灾害，无线网络比有线网络的抗灾 能力强，同时在修复方面也比较简单易行。 无线按入网的结构 一般说来，无线按入网主要由基站控制器( b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r ，简称b s c ) 、 基站b s ( b a s es t a t i o n ，主要包括基站收发机b t s 和天线) 和用户站s s ( s u b s c r i b e r s t a t i o n ，在m w a 中，用户站也称为移动台m s ) 组成。其中b s c 是实现有线与无线信 令代码的转换，提供与交换机、网络管理系统、基站的接口，并对无线信道的分配进 行控制，并对基站监测，一个b s c 可以控制多个b s ，b s c 可以安装在电话交换局内， 也可以安装在电话交换局外。基站( b s ) 通过无线接口与用户站s s 连接，通过有线( 或 无线) 链路与控制器b s c 相连接，并完成无线接口的认证和保密、无线资源管理和用 户单元登记、路由选择等多种功能。用户站是一个无线网络终端，它提供电话、数据、 传真等标准接口，而与基站是通过无线接口相连接。另外许多系统还设置了网络管理 系统n m s ( n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ) 来实现操作维护功能，负责无线接入网的设备 故障诊断和操作维修，以及网络管理。 无线接入网与本地交换机之间的接口为业务节点接口( s u b s c r i b e rn e t w o r k i n t e r f a c e ，缩写s n i ) ，它在功能上应该满足p s t n 的接入需要。该接口在物理上可 以采用双绞线，同轴电缆，微波或者光纤来实现。接口标准有：v 5 接口、z 接口、厂 家专用协议、中国一号随路信息、七号信令等哺1 。其中v 5 接口是由i u t t 建议的， 也是目前在接入网系统中应用最广的接口。 v 5 接口 v 5 接口是专为接入网( a n ) 的发展而提出的本地交换机( l e ) 和接入网之间的接口。 该接口不仅把交换机与接入设备之间模拟连接改变为标准化的数字接口连接，解决了 过去模拟连接传输性能差、设备费用高、数字业务发展难的问题：而且该接口具有很 好的通用性，保证了接入网与交换机能够采用一个自由连接的接口 9 1 。1 9 9 3 年，欧洲 的电信标准化组织e t s i 颁布了v 5 接口标准。鉴于v 5 接口的重要性和接入网发展的 迫切性，国际电信联盟标准部( i t u t ) 于1 9 9 4 1 9 9 5 年以加速程序通过了v 5 接口规范。 我国相应的v 5 接口标准经过多次评审和修改，也于1 9 9 6 年1 2 月颁布实施，见参考 文献 1 0 和参考文献 1 i 。 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 已标准化的v 5 接口规范包括v 5 1 接口规范( i t u t 建议g 9 6 4 ，参考文献 1 2 ) 和v 5 2 接口规范( i u t t 建议g 9 6 5 ，参考文献 1 3 ) 。v 5 1 接口由单个2 0 4 8 k b s 接 口构成，时隙与业务通道一一对应，不支持集线功能，支持p s t n ( 包括单个用户和 p a b x ) 接入和i s d n 基本接入；v 5 2 接口按需可以由l 1 6 个2 0 4 8 k b s 链路构成，支 持集线功能，时隙动态分配，它除了支持v 5 1 的业务外，还可以支持i s d n 基群速率 接口( 即支持3 0 b + d 或支持1 t 0 ，h 1 2 和n x 6 4 k b i t s 业务) 。v 5 1 可以看成是v 5 2 的一个子集，v 5 1 可以发展成v 5 2 。 v 5 接口是一个在接入网中适用范围广、标准化程度高的新型数字接口，对于设各 的开发应用、各种业务的发展和网络的更新起着重要作用。总的来讲，采用v 5 接口 带来的优点集中体现在以下几个方面： 1 、开放的标准接口促进接入网的迅速发展 由于v 5 接口是统一和开放的，不同厂家的交换设备和不同厂家的接入设备可以互 相组合，激励在平等基础上的合理竞争，使网络运营者能够选择最好的系统设备组织 接入网。 v 5 接口为接入网的数字化和接入网的光纤化提供了条件，也为其它各种媒介的合 理应用提出了一致的要求，使各种先进技术设备经济地在接入网中应用，以取代交换 机原有的模拟接口和各种专线及i s d n 用户接口，促进接入网的迅速发展。 2 、使a n 配置灵活、业务提供快捷便利 通过v 5 接口，可依照网络需要选择a n 中的传输媒质，灵活配置接入设备，可提 供话音、数据、专线等多种业务，使a n 提供业务的能力向综合性的方向发展。统一 和开放的接口使得接入网在支持业务的能力和灵活性上超过现有的用户交换机和远 端模块。 3 、降低成本 通过v 5 接口接入网把数字通道延伸到用户附近，可降低用户线的成本，经济地提 供各类业务，同时还减少了运营维护费用。 4 、增强网管能力，提高服务质量 v 5 接口系统提供的全面的监控和管理功能，使接入网这个通信信息网中最大规模 的网络的维护、管理和控制变得有效和简便，从而也有利于服务质量的提高。 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 1 2 2 c d m a 无线接入网 c o m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多址) 技术是在数字扩频通信基础 上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。c d m a 作为一种先进的、有广阔发展前 景的多址接入方式，目前已成为世界许多国家研究开发的热点，正得到广泛的研究。 c d m a 系统有着如下特点：覆盖范围大，是标准g s m 的2 倍左右，相同覆盖范围所 需的基沾少，节省投资；频谱利用率高，频率复用系数为l ，相同频谱情况下容量是 g s m 的5 5 倍；话音质量高，采用8 k 、8 ke v r c 、1 3 k 语音编码技术，良好的背景噪声 抑制功能；8 k 速率的话音质量相当于g s m 的1 3 k ，而1 3 k 的话音质量接近于有线电话， 8 ke v r c 话音在汽车背景噪声下优于有线电话质量；采用独特的软切换技术，降低了 掉话率：无线网络规划简单，工程设计简单，扩容方便；采用完善的功率控制、话音 激活技术，降低了手机发射功率：增加了系统容量，c d m a 移动通信系统容量是f m f d m a 系统容量的1 0 倍以上，是f d t d m a 系统容量的5 倍以上【1 6 】；降低了移动台的平均 发射功率，减少了对人体和环境的辐射，对人体健康的影响最小，被誉为“绿色手机”： 发射功率大约0 2 w ，而g s m 手机的发射功率约为l 2 w ；采用独特的软容量技术，具 有小区呼吸功能：采用自干扰技术，保密性强f l7 】：其服务质量、性能价格比具有明 显优势。这些优势使得c d m a 技术成为第三代移动通讯的首选技术，目前正得到突飞 猛进的发展，就单c d m a2 0 0 0 系列标准而言，在短短的几年时间内，其已经走过了 i s 一9 5 a 、i s 一9 5 b ( 我国末采用) 和c d l a 2 0 0 01 x ，并正向c d m ae v d o 、c d m ae v d v 发展1 1 8 。l 。不仅速率不断得到提高，提供的服务也越来越丰富。 正由于c d m a 这些优点，现在c d m a 无线接入技术正得到快速的发展，许多公司都 推出了基于c d m a 技术的无线接入网，基于c d m a 无线接入网的无线市话更是一个快速 增长的领域。特别是中兴通讯公司在其开发的8 0 0 m h z 1 9 g h zc d m a 蜂窝移动通信系 统基础上，推出了基于c d m a 2 0 0 01 x 技术的新一代超级无线接入网，它与交换机采用 符合中国规范的v 5 2 接口，正广泛应用于无线市话系统。该系统是在c d m a 蜂窝移动 通信系统的基础上开发的，降低了无线接入网的开发成本，保证了系统的稳健性，同 时继承了c d m a 移动蜂窝系统的优越性能，从而使其能提供比其它无线接入系统更好 的服务。 1 3 漫游原理综述 漫游指移动台从归属的无线局进入受访的无线局的时候，移动台不需要作任何变 化，系统仍能自动处理进出移动台的电话及计费的一种功能。漫游功能使用户能够在 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 整个系统中使用，而不受用户所在位置的限制。漫游是绝大部分移动通信系统必须实 现的重要功能。在移动蜂窝系统中，漫游的包括：基站系统之间的漫游，局间的漫游， 以及国际漫游。对于无线局域网来说，如何实现在不同a p 之间的漫游也是一个必须 要考虑的问题【2 “ 2 2 1 。 一般说来，漫游都只能在同一个系统内进行，但是为了为用户提供更好的服务， 目前实现不同系统之间漫游也是一个研究的热点问题，比如g m s 与c d m a 系统的网 间漫游等 2 3 】。 无论是那种漫游方式，要实现漫游必须实现如下基本功能： 1 移动性管理： 在移动通信系统中，移动性管理主要功能为对拜访的用户的基本信息和所在的位 置进行管理。主要包括移动台激活、去活，位置管理，用户管理，端口操作等方面【2 4 4 ”。 2 移动台鉴权： 移动通信系统与移动用户之间采用空中的接口，比有线环路更容易受到盗用。因 此对移动台用户进行鉴权是无线按入网一个必要的功能f 2 8 。叭。 3 移动用户的话费统计： 需要统计移动用户在各个拜访位置的话费，以及漫游的费用【3 l 】。 由于移动系统中漫游的重要性，无线通信中的漫游正得到广泛的研究【3 2 06 1 。其中 移动蜂窝系统的漫游方案的研究最为广泛和深入，也最为成熟。移动蜂窝系统的漫游 功能是由移动交换系统来实现的。在移动交换系统中设置了h l r 模块”1 和v l r 模块 来记录用户的信息，完成用户的移动性管理，同时设置了鉴权中心a u c ，a u c 一般 需要与h l r 配合进行用户鉴权操作。所有的漫游业务( 包括话费统计) 都是由移动 交换中心m s c 来调度和管理的。在蜂窝移动通信系统中，漫游是在交换系统中实现 的。但是本文提出的漫游方案是在无线接入侧实现漫游功能，是实现漫游的一种新思 路，很具有创新性。 1 4 论文的工作和组织结构 本篇论文是作者工作的总结，主要包括如下三个方面： 1 对蜂窝移动系统，c d m a 无线接入网和v 5 接口进行深入的研究，根据c d m a 无线接x n 的特点，提出了一个适合v 5 接1 ：3 的漫游实现方案，并完成相关的系统设 计工作，并对该方案的性能和相关问题进行了探讨和研究。 2 对漫游原理，以及蜂窝移动通信系统漫游流程进行了深入研究，并结合c d m a 无线接入网，设计了漫游业务的业务流程。 3 完成了c d m a 无线接入网中实现漫游功能的两个主要模块：h l r 模块、v l r 模 6 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 块的软件设计，实现了无线接入网中相关的漫游业务。 本文的组织结构如下： 第一章即本文的绪论部分，该章提出了论文的研究的问题：c d m a 无线接入网 中漫游的实现，介绍了该问题的背景以及目前漫游问题的研究情况，并对本文的工作 进行归纳。 第二章对蜂窝移动通信系统中的漫游方案进行了研究，提出c d m a 无线接入网 的漫游实现方案，并对相关问题进行了讨论。 第三章详细讨论了c d m a 无线接入网的系统结构和主要的漫游业务流程：登记、 呼叫转移设置、移动台去活、移动台起呼、移动台被呼等。 第四章对v l r 模块的设计难点，关键问题，以及本模块需要处理的业务进行了 深入的探讨和研究。并对该模块进行了设计。 第五章对h l r 模块实现的难点，关键问题，以及本模块中学需要处理的相关业 务进行了深入的探讨和研究。并对该模块三个部分：用户数据库、h l r 业务服务模块、 受理台模块进行了设计。 第六章为本文的总结 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 2 漫游的实现 本章先对蜂窝移动通信系统的移动交换中心进行研究，探讨其漫游的实现原理。 在此基础上提出了一个适合在无线接入网中使用的漫游方案，并对该方案进行深入讨 论，分析和解决相关的问题。 2 1 蜂窝移动通信系统中漫游的实现 漫游指移动台从归属的无线局进入受访的无线局的时候，移动台不需要作任何变 化，系统仍能自动处理进出移动台的通话及计费的一种功能。在蜂窝移动通信系统中， 该功能是由移动交换系统实现的。 2 1 1 移动交换系统的结构 蜂窝移动通信系统中，漫游主要由移动交换系统来完成。移动交换系统的结构如 图2 1 所示。它主要包含如下几个功能实体：移动业务交换中，1 = , ( m o b i l es w i t c h i n g c e n t e r ，m s c ) 、拜访位置寄存器( v l r ) 、归属位置寄存器( h l r ) 、鉴权中心 ( a u t h e n t i c a t i o nc e n t e r ，a u c ) 3 8 - - 3 9 1 。 b t s b s c b t s b s c 图2 1 移动交换系统结构 移动交换中心( 船c ) ： 移动交换中心是网络的核心，提供交换功能、负责完成移动用户寻呼接入、信道 分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其它功能实 体和面向固定网( p s t n 、i s d n 、p d n ) 的接1 2 1 ，与其他网络单元协同工作，共同完 成移动用户位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 拜访位置寄存器( v l r ) ： 拜访位置寄存器是服务于其控制区域内的移动用户的，它存储着进入其控制区域 内已登记的移动用户的相关信息，为己登记的移动用户提供建立呼叫的必要条件。 v l r 从该移动用户的归属位置寄存器( h l r ) 处获取并存储必要的数据。一旦移动用 户离开该v l r 的控制区域，则需要重新在另一个v l r 登记，原v l r 将取消l 临时记 录的移动用户数据。因此，v l r 可看作为个动态用户数据库。 归属位置寄存器( 札r ) ： 归属位置寄存器是蜂窝移动通信系统的数据中心，它存储着固定区域内所有移动 用户的位置信息、业务数据、账户管理等信息，并可实时地提供对用户位置信息的查 询和修改，及实现一系列业务操作( 包括位置更新、呼叫处理、鉴权、补充业务等) ， 完成移动通信网中用户移动性管理。 鉴权中心( a u c ) ： 鉴权中心专用于蜂窝移动通信系统的安全性管理，鉴权中心( a u c ) 存储着鉴权 信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的 安全。由于鉴权的时候需要h l r 提供数据，与h l r 的关系比较密切，因此a u c 模 块和h l r 模块通常会共用一个物理实体f ”1 。 2 1 2 移动通信系统中漫游的实现和主要业务 为了实现漫游，移动交换系统用来访位置寄存器( v l r ) 来实现移动台位置跟踪功 能。当一个移动台进入新的位置区时，它将在该区进行登记。受访地的m s c ( v m s c ) 将审核该移动台是否登记过，如果登记过，v m s c 将原移动用户号码( m c n ) 换成新的 移动用户漫游号码( m s r n ) ，并通知更新归属地m s c ( h m s c ) 中的记录，h m s c 记录 该移动台漫游时所处的移动无线局( m s c ) 区。如果移动台从一个v m s c 进入新的 v m s c 或返回h m s c ，h m s c 就通知原有v m s c 清除它们来访登记记录中有关该移 动台的数据。移动台在新局内通话时，新局将记费信息送到原局，可实现更改了的通 信的计费问题。 由此可见，在移动通信系统中漫游业务是由m s c 发起和调度的，具体功能由h l r ， v l r ，a u c 三部分协助完成f 4 1 1 。实现漫游主要需要处理如下业务： i ) 登记 当m s 从一个系统漫游到另一个系统时，新的服务系统执行登记和漫游用户批准 的过程。 9 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 2 ) 取消登记 当移动台离开该系统的时候，移动台关机等情况下，要进行取消登记业务，消除 该移动台在v l r 中的记录，并更改相应的h l r 中的信息。 3 、m s 去活 移动台在相应的系统中活动的时候，要进行周期性登记，如果移动台长时间没有 登记，那么系统认为该移动台无效，发起去活业务，并在v l r 和h l r 中标识。 4 ) 鉴权 鉴权的目的是为了防止假冒合法用户的“入侵”，保护合法用户和运营商的利益 不受损害。 在蜂窝移动通信系统中，鉴权的功能是由移动台( m s ) 和a u c 共同实现的。移 动通信系统中常见的鉴权方法如下：由v l r ，a u c 或者b s c 发送随机数r a n d 到 m s ，m s 利用内部存储的密钥s s da 和鉴权算法，计算出一个结果a u t hm s ，回 送到v l r 或者a u c ，v l r 或者a u c 利用内部存储的密钥s s da 和同样的鉴权算 法。 5 ) 基本业务处理 在处理移动台的呼叫业务( 起呼和被呼) 时候，需要h l r v l r 提供移动台的相关 信息来完成。 2 2 v 5 接口无线接入网系统总体架构 本文涉及的无线接入网是以蜂窝移动通信系统为基础开发的，其目标用户为本地 移动的用户，功能上是结合蜂窝系统功能和v 5 接口所具有的功能综合而成。由基站 收发信机b t s 和基站控制系统b s c 组成。 无线接入网与蜂窝移动通信系统在移动用户的漫游在实现上有区别。对用户鉴 权、位置更新等功能，在蜂窝移动通信系统中，这些工作是由m s c v l r h l r 和a u c 来完成。在无线接入网中，由于本地交换机( l e ) 只具有p s t n 的功能【4 2 1 ，并且在 v 5 接口上不支持用户的位置更新，所以移动性管理的工作必须在无线接入侧实现。 在无线接入网中，在每个b s c 上都设置一个v l r 模块，用于存放所有拜访该b s s 移动用户动态信息，并且设计了h l r 存放用户原始信息，h l r 为系统中所有的v l r 模块提供用户的信息。v l r 与h l r 之间只有在用户漫游登记时，才需要交换信息； 而在正常的呼叫过程中，b s c 只从v l r 中获得信息，所以对h l r 的载荷和处理容量， 要求并不是很高。采用v 5 接口的无线接入网系统总体架构如图2 2 所示： 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究复窭现 图2 2v 5 接口无线接入网系统总体架构 2 3 无线接入网基站系统间漫游的实现方案 2 3 1 漫游的实现原理 2 在本方案中，无线接入网( v 5 接口) 基站系统间漫游通过l e ( 本地交换机) 之间 的呼叫转移来实现。当移动台m s l 入网时，管理员会在受理台对其分配号码，各b s c 号码段的范围由其连接的l e 上的号码段决定，包括在归属b s c 上的号码t e l l ，以及 其余b s c 上的号码( t e l 2 等) 。所有用户的原始信息均存在h l r 中。 该漫游系统中，每个b s c 都设置了一个v l r 模块，并且所有的v l r 模块都通过 网线连接到h l r 上，b s c 上的漫游业务将直接交于与之连接的v l r 模块处理，v l r 模块处理漫游业务的时候，将从h l r 上获取用户信息，并且通过h l r 模块来通知其 它b s c 模块更新用户信息并进行相关的业务处理。 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 归属 拜访 图2 3 移动台基站系统之间漫游 当移动台进入拜访b s c 服务区时，拜访b s c 向v l r 模块发起用户登记请求，要 求漫游处理模块( v l r 模块和h l r 模块) 处理该漫游用户的信息，拜访v l r 从h l r 中获取该用户的初始记录，在v l r 中登记该用户。这时，h l r 需要更新h l r 上该用 户的位置信息，并且通知归属b s c 对该用户发起呼叫转移操作，在与之相连的l e 上 设置呼叫转移。并且在原来的v l r 中清除该用户的记录。 当漫游用户起呼时，若该用户已经在该b s c 上登记( 在相连的v l r 上已经有该用 户的记录) ，则对移动台进行鉴权操作( 直接在相连的v l r 上完成，而不需要请求 h l r ) ，通过后继续起呼流程；若该用户没有登记，则需要由v l r 通知h l r 设置呼 叫转移并获得鉴权信息，然后继续呼叫流程。 当漫游用户被呼时，由于在h o m el e ( 归属本地交换机) 或者原来拜访的本地交换 机上设置了到拜访b s c 号码的呼叫转移，h o m el e 自动将该呼叫转到v i s i t o r b s c ( 拜 访的b s c ) 上，然后由v i s i t o r b s c 通过v i s i t o r v l r 获得移动台信息并完成寻呼流程。 2 3 2 用户数据的管理 在v 5 接口无线接入网漫游系统中，用户的数据管理是由h l r 模块和v l r 模块 共同完成的。h l r 上保存了所有移动台的用户数据和移动位置信息，这些数据包括： 移动台的国际移动台识别号码( i m s i ) 、移动台的v 5 i d 和层三地址，在各个b s c 上 的用户号码薄号码、用户的服务项目清单、登记与激活数据等。而v l r 上保存了拜 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 访对应的b s c 的用户的基本信息和移动台动态信息，用户的基本信息包括移动台的 i m s i 号码，v 5 i d ，层三地址等，其内容实际上是h l r 的部分拷贝。而动态信息则是 b s c 存放在v l r 上的支持用户进行起呼、寻呼的电路信息，当需要时由b s c 向v l r 申请。 在无线通信系统中，无线接入侧是采用移动台的i m s i 号码和e s n 号码来识别用 户的，因此与蜂窝移动通信系统一样，h l r v l r 数据库采用i m s i 为关键字就可以识 别各个用户的记录。而在交换侧，本地交换机( l e ) 采用的是普通的p s t n 交换机， 用户数据较为简单，它为每个用户分配了一个v 5 的l 3 地址，一个l 3 地址对应了一 个用户电话号码。因此在交换侧，是不可能采用移动台的i m s i 号码来标识用户的， 需要在h l r f v l r 的数据库中同时记录每个用户的v 5 i d 和层三地址。b s c 收到移动 台的i m s i 和e s n ，通过v l r 检查其合法性，然后转为对应的v 5 的l 3 地址，再通 过对应的v 5 接口送到l e 进行处理。反之，当b s c 接收到从l e 来的消息时，也需 要将其v 5 i d 的l 3 地址通过v l r 变换成i m s i 后，接入侧才能进行处理。 2 3 3 鉴权的设计 由于移动用户采用空间接口，因此相对固定电话来说，它更容易受到攻击和盗用， 为检测和防止移动通信中的盗打、盗用等非法使用移动通信资源和业务的现象，保证 网络安全和保障电信运营者及用户的正当权益，移动用户鉴权是一种行之有效的方 法。 针对本系统的特点，本系统采用了一个简化的鉴权方法来判断用户的合法性，采 用检查比较用户的i m s i 和e s n 的方法来判断用户的合法性。 为了防止用户移动台丢失后被冒用，软件设计时采用i m s i 和e s n 区别移动台， 例如，寻呼移动台时，进行鉴权的消息中增加移动台的e s n ，当合法的移动台响应时 予以通过，非法的移动台响应时拒绝( 合法的移动台和非法的移动台i m s i 相同但e s n 不同) 。非法的移动台发起呼叫时带上其i m s i 和e s n 送到v 5 代理，在v l r 通过查 数据库，可以发现其e s n 是非法的，从而拒绝该呼叫。 2 3 4 计费 在移动蜂窝系统中，当移动台移动到拜访区的时候，拜访地的m s c 将会为移动 台分配一个临时号码，提供路由之用，其计费可以采用用户的i m s i 来记录。但是如 果在无线接入网，如果也采用l 临时号码，由于l e 上没有用户的i m s i 记录，将无法 实现正常业务的计费。 针对这个问题，在本无线接入网中，我们采用了在所有b s c 上放号的策略来解 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 决。对移动台实行一次性，静态放号。即在归属b s c 预先一次性将该移动台在拜访 b s c 区的号码分配好，所有的b s c 上的号码将同时对该用户进行计费，进行话单统 计时，要求计费中心将移动台在各b s c 上的费用合并到一起计算得到用户的实际费 用。 具体的实现过程如下： 如图2 4 所示，考虑两个b s c ( b s c l 、b s c 2 ) 漫游的情况。 归属 拜访 目 m s l 图2 4 移动台基站系统间漫游计费 根据该无线接入网的放号原则，移动台m s l 在b s c l 分配了号码t e l l ，在b s c 2 分配了号码t e l 2 ，并在无线系统的移动性管理组件h l r 上登记m s l 对应号码为( m s l ， t e l l ，t e l 2 ) 。 当移动台登记时，b s c 2 通知b s c l 设置m s l 由t e l l 到t e l 2 的呼叫转移，同时h l r 给b s c 2 提供m s l 在b s c 2 的号码t e l 2 ，b s c 2 保留m s l 的漫游信息( m s l ，t e l 2 ) 。 当移动台作起呼时，m s l 采用( m s l ，t e l 2 ) 进行与b s c 2 的本地号码一样的处理。 b s c 2 访问漫游信息获取m s l 对应的号码t e l 2 ，并向l e 完成呼叫。计费中心将m s l 的话单记录在t e l 2 上。 当移动台做寻呼时，由于b s c l 上设置了t e l l 到t e l 2 的呼叫转移，因此，在t e l i 上产生一个呼叫转移费用。若寻呼收费，则在t e l 2 上产生一个作为被叫的费用。 进行话单统计时，要求计费中心将t e l l 和t e l 2 的话单合并到一起作为m s l 的话 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 单。 2 3 5 号码资源以及放号策略 由于需要在每个b s c 上同时进行放号，号码资源的浪费是无法避免的。因此在系 统设计时，很有必要根据无线接入网的用户容量估算一下该无线接入网最大可能占用 的号码资源。在无线市话系统中，无线接入网的号码将采用固话系统的电话号码，随 着固定电话的发展，现在固定电话都进行了升位( 一般都有7 位或8 位) ，由于无线 接八网相对于固定电话来说，用户量要少的多( 一般不会超过t 0 万) ，因此即使有1 0 个b s c 需要同时放号的话，无线接入系统占用的电话号码资源也是可以接受的。 由于需要同时在多个b s c 上进行放号，为了有效的利用电话号码资源，放号的时 候将为每给b s c 分配一个电话号码的号码端，并且移动台在不同的b s c 分配的号码尽 量有规则的对应。采用这样放号策略，当系统要新添加一个b s c 的时，可以很容易的 为其分配一个号码段，避免了号码的冲突，并且对于己经放号的用户也容易进行更新 处理。 南京理工大学硕士学位论文c d m a 无线接入网基站系统间漫游的研究与实现 3 基本业务流程 本章将把上章提出的漫游方案应用到c d m a 无线接入网中。本章先简要介绍 c d m a 无线接入网的系统结构，着重介绍系统中与漫游相关的功能模块以及它们之 间的相互关系。然后在此基础上具体介绍与漫游相关的业务流程：漫游用户登记，移 动台去活，漫游用户起呼的呼叫流程，漫游用户作终呼的呼叫流程，呼叫转移请求和 设置，用户端口操作。 3 1 c d m a 无线接入网系统结构 本c d m a 无线接入网的接入侧是以c d m a 基站子系统b s s 和v 5 接入网子系 统为基础构成。为了实现用户的漫游管理，在无线侧添加了h l r v l r 子系统，为无 线按入网提供简单的用户鉴权、移动性管理和呼叫处理等功能。 如下图3 1 所示，c d m a 无线接入网主要组成部分有：c d m a 基站子系统b s s 、 v 5 接入网子系统、h l r v l r 子系统。基站子系统负责无线侧的工作。v 5 接入网子 系统负责无线侧和本地交换机的接口，由于基站子系统b s s 的接口为a 接口，而v 5 子系统的接口为v 5 2 接1 3 ，所以专门添加了v 5 代t 里( v 5 p r