摘 要 移动性管理是移动通信技术中的一个关键问题，对于移动通信网络的性能具有决定性的作用。文章介绍了移动管理的基本概念，分别讨论了PCS网、移动IP、无线ATM网和卫星网中所提出的移动管理方案，并针对下一代移动通信网的特点提出了将来研究的重心。

　   移动性管理是移动通信技术中的一个关键问题，对移动通信网络的性能具有决定性的作用。当移动终端漫游到新的服务区时，移动管理使网络能随时确定移动终端的位置，以便正确地转发数据包，从而确保用户数据的连续性。一个效率高的移动管理方案将使得各种多媒体服务成为可能，比如实时图像、语音服务等。
　　移动用户的剧增和移动通信业务的发展，对移动性管理提出了更高的要求。因此，在移动通信的结构中，设计一个有效的移动性管理方案

是十分必要的。本文讨论了针对ＰＣＳ网络、移动ＩＰ、无线ＡＴＭ网和卫星网分别提出的移动管理方案，分析了它们的动机和特点，这将有助于提出和创建更高效率的移动管理方案。
　　１ 移动管理概述
　　移动管理使移动终端漫游到新的服务区时能通过无线网络继续享用不间断的服务，移动终端可以随意改变它在网络中的接入点。移动管理的主要功能就是提供移动用户在网络中的“无缝连接”。移动管理包括两个相互联系的部分：位置管理和切换管理。
　　位置管理（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）又分为位置注册和数据包转发两个过程。前者指移动终端通过更新网络数据库中的相应信息从而将新的访问接入点通知网络和其它节点。后者指当有数据包要转发到移动终端时，网络查询用户的位置注册表，从而找到移动终端目前的确定位置。位置管理中的一些关键技术包括寻址、数据库结构设计、寻呼机制和延时等。
　　切换管理（Ｈａｎｄｏｆｆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）使移动终端在改变访问接入点的过程中，仍能与网络保持连接，从而确保用户数据的连续性。它又分为切换启动、重建连接和数据流控制三个过程。切换启动指移动终端或网络代理通过监测网络状态，如信号强度和质量、带宽资源等，确定并启动切换过程。重建连接指网络为切换连接分配新的资源，并更新相应的路由信息。数据流控制指把数据包的发送从旧连接转发到新建连接上。切换管理中的一些关键技术包括减少信令流量、优化连接路由、移动检测和预测等。
　　２ ＰＣＳ（个人通信业务）网
　　由于市场巨大需求的推动，目前已经开发出了多种ＰＣＳ系统，以满足这种需求的快速增长。其中的大多数系统都是连接到公共电话交换网（ＰＳＴＮ）上的，提供对有线电话的接入。在ＰＣＳ中两种最流行的技术是：蜂窝电话技术、无绳和低层ＰＣＳ电话技术。
　　ＰＣＳ的体系结构如图１所示。移动业务范围由一系列的基站（ＢＳ）覆盖，基站负责转移其自身覆盖区域中移动台（ＭＳ）的呼叫。在ＰＣＳ网中，习惯性地把移动终端称作移动台，基站通过陆地链路连接到移动交换中心（ＭＳＣ）。ＭＳＣ是一种专门为移动应用配置的电话交换机，它是移动台（通过ＢＳ）到ＰＳＴＮ的接口。一个位置区域（ＬＡ）包含多个蜂窝单元，属于同一个ＬＡ的所有ＢＳ连接到同一个ＭＳＣ。为了支持移动性管理，应用在ＰＣＳ网中的协议包括ＥＩＡ／ＴＩＡ过渡标准（ＩＳ－４１）和全球移动通信系统（ＧＳＭ）移动应用单元（ＭＡＰ）。这里讨论的方案是基于ＩＳ－４１标准的。
　　２．１ 位置管理
　　ＩＳ－４１标准中提出的位置管理策略是两级模式的，采用归属和访问数据库两级系统。当用户在某一ＰＣＳ网络中注册服务时，归属位置寄存器（ＨＬＲ）就为该用户建立了一个记录。ＨＬＲ给每个用户分配一个识别符，包括目录号、简表信息、当前位置和有效期等。当移动用户访问一个不是自己归属系统的ＰＣＳ网络时，在该系统的访问位置寄存器（ＶＬＲ）中就要为此用户建立一个临时记录。ＶＬＲ暂时为来访的用户存储注册信息，以便对应的ＭＳＣ为其服务。
　　ＰＣＳ网络与ＰＳＴＮ之间的信令传输是由ＳＳ７网络来实现。通过ＳＳ７网络的位置注册过程如下（假定新旧ＬＡ属于不同的ＶＬＲ）：
　　（１）移动台进入一个新的ＬＡ后向新的基站发送位置更新报文；
　　（２）新的基站把这个报文转发到相应的ＭＳＣ，ＭＳＣ向其ＶＬＲ发出注册请求；
　　（３）新的ＶＬＲ从ＭＳ的移动识别号（ＭＩＮ）中找到ＨＬＲ的地址（这个翻译过程是通过一个称为全球名称翻译的表查询技术来完成的）并向ＨＬＲ注册；
　　（４）注册之后，ＨＬＲ向新的ＶＬＲ回送一个确认信息；
　　（５）ＨＬＲ向原先的ＶＬＲ发送一条注销消息，删除过期记录。
　　２．２ 切换管理
　　当一个移动用户正在通话时，此ＭＳ通过无线链路连接到ＢＳ上。通话过程中，ＭＳ持续监督来自所接入的ＢＳ和周围ＢＳ的信号强度及质量。当检测到切换需求时，即启动切换过程。ＭＳ立即结束现在进行的通话，先给新ＢＳ的空闲信道发送信号请求切换，然后重新恢复原ＢＳ上的通话。新的ＢＳ建立一条新的链路并桥接到原路径上，ＭＳ转移到新的ＢＳ覆盖的区域，利用新的信道保持继续通话。当切换完成时，连到原ＢＳ的无线链路最终被断掉。除了这种移动台控制的切换策略（ＭＣＨＯ），还有网络控制的切换（ＮＣＨＯ）和移动台辅助的切换（ＭＡＨＯ）。它们的操作原理是相同的，主要区别在于检测切换需求的实体不同。
　　３ 移动ＩＰ
　　为了支持全球的ＩＰ网络互联和设备漫游，ＩＥＴＦ提出了ＩＰ移动性支持的规范，即移动ＩＰ。移动ＩＰ提供了一种网络层的移动解决方案，使移动节点可以用一个永久的ＩＰ地址连接到任何链路。移动终端在移动ＩＰ中习惯性地称为移动节点。
　　移动ＩＰ的体系结构如图２所示。在移动ＩＰ中定义了三种功能实体：移动节点（ＭＮ）、家乡代理（ＨＡ）和外地代理（ＦＡ）。移动节点的任何移动都必须报告给家乡代理，由家乡代理来维护移动节点的移动绑定。这种简单的移动性管理方案与现有网络兼容。
　　３．１ 位置管理
　　通过周期性地组播或广播，一个称为代理广播的消息，家乡代理和外地代理宣告它们与链路的连接关系。移动节点收到这些代理广播消息后，检查其中的内容以确定自己是连接在家乡链路还是外地链路。连在外地链路上的移动节点通过ＤＨＣＰ或手工配置获得一个转交地址（ＣＯＡ），并通过外地代理向家乡代理注册这个转交地址。家乡代理收到注册请求后，根据转交地址、家乡地址和生存时间对绑定表项进行更新，随后向移动节点发送注册应答消息。
　　家乡代理截获送往移动节点的数据包，并按照移动节点注册的转交地址，通过隧道技术将数据包转发给移动节点。相反，由移动节点发出的数据包将直接选路到目的节点上，无需隧道技术。对所有来访的移动节点发出的分组来说，外地代理完成了路由器的功能。
　　３．２ 切换管理
　　移动ＩＰ支持网络层的切换管理。如果移动节点在生存时间域内没有收到代理广播或是收到的代理广播中的网络前缀发生了改变，那么移动节点就启动切换，并通过位置注册来建立自身到家乡代理的新连接。
　　目前，ＩＰＶ４中的路由优化机制让新的外地代理在向家乡代理注册时，也向旧的外地代理注册移动节点目前的转交地址。这样切换时，当有数据包发往旧的外地代理时，它会根据绑定表项把数据包转发到移动节点此时的转交地址。这样移动节点在切换时仍然能收到旧的外地代理转发的数据包，从而实现了平滑切换。当移动节点改变网络的访问接入点时，平滑切换对保证服务质量是非常重要的。
　　４ 无线ＡＴＭ
　　无线ＡＴＭ是超高速本地无线通信系统的方案之一，是以实现无线多媒体传输为目标的综合业务数字蜂窝移动通信系统。公用ＡＴＭ网络提供的移动ＡＴＭ业务，其体系结构非常类似蜂窝电话和ＰＣＳ网络。为了实现的方便和有效性，无线ＡＴＭ工作组定义了与现有ＡＴＭ标准相一致的移动管理方案。
　　４．１ 位置管理
　　无线ＡＴＭ中用于位置管理的协议采用了三种技术：位置服务器（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｅｒｓ）、位置广播（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）和终端寻呼（Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｐａｇｉｎｇ）。位置服务器使用数据库记录该网络中每个终端的位置信息，原理与ＰＣＳ网相似。由于数据库的存储和查询会在网络中造成大量的负荷，所以位置广播采取了另外一种模式，通过在网络中广播位置信息从而避免了使用数据库。而终端寻呼是用于搜索服务区内移动终端的确切位置。
　　采用的两级数据库方案把网络分成了若干个区域（Ｚｏｎｅｓ）。区域管理器类似于无线结构中的移动业务控制点（ＭＳＣＰ）管理该区域移动终端的位置更新。数据库的家乡级（ＨＬＲ）存储在该区域永久注册的移动终端的位置信息，而第二级（ＶＬＲ）则记录来访移动终端的位置信息。每个移动终端都有一个永久注册的家乡区域。
　　当移动终端检测到进入一个新的区域后，即启动注册过程，如图３所示。
　　（１）移动终端发送注册请求报文给新的ＭＳＣＰ２，包括它的用户识别号和前一个区域的识别号；
　　（２）新的ＭＳＣＰ２从前一个区域的ＭＳＣＰ１处得到移动终端家乡区域的位置；
　　（３）家乡ＭＳＣＰ３认证用户后，用新的位置信息更新用户的注册表；
　　（４）家乡区域复制一份新的注册表给移动终端目前所在的区域，由数据库的第二级（ＶＬＲ２）存储该注册表；
　　（５）新的ＭＳＣＰ２给旧的区域发送注销报文，旧区域从ＶＬＲ１层删除该用户的注册表。
　　４．２ 切换管理
　　用于切换管理的ＮＣＮＲ算法通过寻找两个区域最近的公共节点建立切换连接。在树型拓扑结构中，所谓两个区域的公共节点是指这两个区域源于同一个节点的不同分支。发生切换时，移动终端的ＭＳＣＰ给通信对方发送切换启动报文，该报文包括移动终端、目标转换器（Ｓｗｉｔｃｈ）以及原先转换器的ＡＴＭ地址。该链路上的每个转换器都通过ＡＴＭ地址检查自己是否是新旧两个区域最近的公共节点（ＮＣＮ），直到找到此节点。最近的公共节点通过发送路由重建报文建立与目标区域的新连接。目标区域收到重建路由报文后给原先的区域发送确认应答。在切换过程中，最近的公共节点把通信方的数据同时发送到目标区域和原先的区域。这样，ＮＣＮＲ算法以一定的ＱｏＳ保持了数据的连接。切换完成后，最近的公共节点删除与原先区域的连接。
　　５ ＬＥＯ（低轨）卫星移动通信系统
　　卫星移动通信系统作为地面移动通信网的补充和延伸，用以覆盖地面无线系统不易覆盖的恶劣地区或人口稀少地区。ＬＥＯ卫星移动通信系统的轨道高度在５００～２０００ｍ，链路损耗小，降低了用户终端的有效全向辐射功率（ＥＩＲＰ）和接收机品质因数（Ｇ／Ｉ），可支持手持机直接通过卫星进行通信。同时，几乎觉察不到的较短传播时延允许移动台到移动台的双跳通信而不必采用复杂的星上交换技术。
　　低轨卫星移动通信系统的基本特点是所利用的卫星星座按一定的规律分布，由对地非静止的多颗卫星构成，这些卫星绕地球高速运动。在其体系结构中，关口站是系统与各种类型的地面网接口，ＬＥＯ卫星系统的移动用户通过此接口与地面网用户建立通信关系。关口站分为归属关口站和本地服务关口站。
　　５．１ 位置管理
　　ＬＥＯ卫星移动通信系统的网络环境使位置管理比较复杂。例如，由于移动终端的运动相对于卫星运转来说是微不足道的，因而ＬＡ的边界就不能简单地通过ＭＴ的移动决定。手持机一般采用双模式工作方式，既可在公共陆地移动网络（ＰＬＭＮ）中使用，也可在卫星移动通信网中使用。作为ＰＬＭＮ延伸的ＬＥＯ卫星系统，利用了ＰＬＭＮ的部分资源。它把移动终端在归属关口站的注册登记功能交给ＰＬＭＮ的移动交换中心，即移动终端的注册是在本地ＰＬＭＮ网中的ＨＬＲ中进行的。
　　用户请求接入系统时，首先搜寻的是地面的ＰＬＭＮ网。如果用户在ＰＬＭＮ服务范围内，就直接进入ＰＬＭＮ网，否则就进入卫星移动通信系统，本地的关口站为用户建立一个所需的ＨＬＲ，完成用户的登记注册。当关口站发现移动终端的来访接入请求时，就在它的ＶＬＲ中对用户登记，并存储其位置信息。同时，关口站与用户的ＨＬＲ联系，确认其使用权，并在ＨＬＲ中更新用户新的位置信息。
　　５．２ 切换管理
　　在地面移动通信网中，只有移动终端是运动的，基站是静止的。而低轨卫星系统的卫星星座相对于地面是高速运转的。它的复杂性使得切换管理远比前者复杂。低轨卫星系统产生切换的根本原因是由于构成系统的各元件（卫星、关口站等）之间的相对运动。每一种相对运动都对应一种切换操作来支持，以确保通信链路的不间断。切换方式分别为：卫星内（间）的移动终端切换、卫星内（间）的关口站切换、卫星内（间）的系统控制中心切换、关口站间的移动终端切换、关口站间的卫星切换和区内卫星移动终端切换。无论哪种切换都要求不能干扰正常的通信，对用户来说是透明的。
　　假定目前呼叫的通信链路是：ＰＳＴＮ——本地服务关口站——卫星Ａ——移动终端（ＭＴ）。ＭＴ在通信的过程中扫描相邻波束，当发现自己原卫星波束的信号强度低于限制值时，则通过卫星向本地服务关口站发出申请切换，并把自己监视扫描各相邻波束的情况向本地服务关口站报告。本地服务关口站经分析将选定的信道分给ＭＴ，假定新分配的信道属于卫星Ｂ。切换瞬间，采用通信业务可采用卫星Ａ和卫星Ｂ上同时发送的办法，以确保通信链路不中断。切换后，释放卫星Ａ上的链路，通信链路变为ＰＳＴＮ——本地服务关口站——卫星Ｂ——ＭＴ。
　　６ 结束语
　　无论哪种网络中的移动管理协议，其主要目的都是为了把骨干网到移动终端的数据有效地传到合适的无线接入点，即保证最小或无包丢失的快速切换，以及最小的信令流量（有大量的移动终端时）。一个好的移动管理协议必须具备网络开销更低、切换延时更小、安全程度更高、实现更容易以及应用更广等特点。
　　从前面的分析介绍看出，上述几种移动管理方案有着较多的相似之处，同时也存在着各自的缺陷。如ＰＣＳ网中，当移动终端远离归属网络时，现有的位置管理机制会造成较长的注册延时。特别是当移动终端在两个基站的交界处频繁地来回移动时，将会在ＳＳ７信令网中引发大量的注册报文，从而严重影响网络性能。对于移动ＩＰ而言，有许多开发性问题需要探讨和研究，譬如无缝快速切换问题和微移动管理协议，而且它不支持寻呼功能。ＡＴＭ协议是被设计成运行在相对可靠，无差错的信道上的，而无线网络环境使得ＡＴＭ移动终端的无线电信号易于遭受严重的信道损伤，如多径衰落和共用信道或相邻信道干扰，这对检测切换需求是有影响的。陆地移动通信系统中，只有终端是移动的，基站是静止的。而ＬＥＯ卫星移动通信系统，由于卫星的高速运转和卫星数目多，带来了多普勒频移严重以及切换控制复杂的问题。
　　下一代无线通信网络要提供全方位移动性，使终端的接入没有地域的限制，用户在繁荣的城镇通过因特网享受的服务，在偏远的乡村通过卫星网同样也能享用。同时，全方位移动性要能实现终端的移动不局限于某个特定的骨干网。例如，终端能在ＡＴＭ服务区和移动ＩＰ服务区之间漫游，当移动终端进入ＡＴＭ区时，移动管理由无线ＡＴＭ控制，此过程对移动ＩＰ是透明的；而进入移动ＩＰ服务区后，就由移动ＩＰ接管移动性。
　　因此，将来的研究重心不仅要针对具体的网络提出相应的更高效率的移动管理方案，而且要集中于实现这些方案之间的兼容性，使得用户在不同的骨干网之间漫游时，不会影响服务质量。＆
　　参考文献
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