位置更新实验及附录

位置更新实验及附录
实验二位置更新实验..
一、实验目的
1、了解移动通信网络中移动性管理的作用及其实现。

2、掌握VLR内部位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表的影响。

3、掌握跨VLR位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表、HLR参数列表的影响。

二、实验原理
移动性管理的实验，主要是让学生了解两种位置更新的信令流程以及对应的VLR和HLR 参数的改变。

这两种位置更新是VLR内的位置更新和跨VLR的位置更新。

本节将介绍移动通信网中移动性管理的作用；VLR内部位置更新和跨VLR位置更新的原理及其信令流程。

1、移动通信网中移动性管理的作用
同固定网络相比，移动通信网络中的用户总是处于不断运动状态的，其位置是不固定的。

当有电话用户要同某移动用户通话时，移动通信网络必须能够知道此移动用户目前的大概位置，从而顺利地寻呼到此用户。

即移动通信网络要始终跟踪移动用户的位置，这项工作就是由移动通信网络中的移动性管理功能块实现的，它是移动网络所特有的。

为了确认移动台（MS）的位置，每个GSM PLMN（GSM公共陆地移动网络）的覆盖区都被分为许多个位置区（LA），一个位置区可以包含一个或多个小区。

一个MSC控制区域可以分为多个位置区，也可以一个MSC控制域就是一个LA。

当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须在新的位置区进行登记，也就是说一旦移动台出于某种需要或发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAI号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。

这个过程就是位置更新。

当移动台从一个小区进入另一个小区，如果新旧小区处于同一个位置区，移动台是不需要进行位置更新的。

只有新旧小区不处于同一个位置区的时候，才触发位置更新过程。

用于标识移动台当前所处位置域的标识LAI会存储在目前移动台所处区域的MSC/VLR中的VLR访问位置寄存器数据库中。

当移动台的位置区改变的时候，而且新旧两个位置区是由相同的MSC/VLR控制的时候，进行的就是VLR内部的更新，这时候VLR中有此移动台的记录，接收到移动台的位置更新请求的时候，VLR只是将记录中的LAI项修改成新的位置区的LAI，不需要通知HLR。

以上过程称为VLR内的位置更新过程。

当移动台的位置区改变的时候，若新旧两个位置区处于不同的
MSC/VLR控制的时候，进行的位置更新就是跨VLR的位置更新。

比如当移动台从归属交换局（MSC-H）覆盖范围移动到被访交换局（MSC-V）覆盖范围时，就是通常所说的漫游，这时的位置更新过程就属于跨VLR的位置更新。

这个更新过程就比较复杂。

新的VLR通过移动台的IMSI知道移动台的HLR地址，新的VLR将向移动台的HLR通知移动台的位置改变。

若HLR检测到MS在新的VLR中有权限，将记录新的VLR号，并向旧VLR（PVLR）发送消息删除MS的“位置消息”。

这样HLR就获得了MS的最新位置信息。

新的VLR继续对MS进行鉴权和TMSI再分配。

在实验一中提到，GSM网络位置更新程序包括三类：IMSI附着、周期性位置更新和正常位置更新。

本节实验中进行的VLR内部的位置更新和跨VLR位置更新就属于正常位置更新。

即移动台前后所处的位置域不相同。

2、VLR内部位置更新的原理及其信令流程
VLR内部的位置更新是一类最简单的位置更新程序，只在当前所在的VLR中进行，而不需通知HLR。

VLR内部位置更新的信令流程如图5.2.2-1所示，从信令的流程可以看出来，它
图5.2.2-1 VLR内位置更新信令流程
跟前面提到过的IMSI附着的信令过程非常相似。

首先同样是信令信道的分配过程，之后在初始化过程中，移动台向网络发送SABM帧中携带LOCATION UPDATING REQUEST消息，但是这个消息中有一个标识位，表明此次接入需要完成的是“正常位置更新”；且该消息中包含MS的TMSI和LAI号。

若MSC收到了此报文，则通知VLR执行位置更新处理。

具体的处理过程是：更新VLR中对此MS的记录，存储新的LAI号码；并根据需要向移动台分配一个新的TMSI 号。

MSC/VLR向MS发送LOCATION UPDATING ACCEPT消息，其中包含新分配的TMSI号。

MS收到新的TMSI号后，向MSC/VLR发送TMSI RELOCATION COMPLETE消息。

此后释放信道，VLR内位置更新结束。

3、跨VLR位置更新的原理及其信令流程
当移动台的位置区改变的时候，若新旧两个位置区处于不同的MSC/VLR控制的时候，进行的位置更新就是跨VLR的位置更新。

跨VLR位置更新的信令流程如图5.2.2-2所示。

若移动台进入一个小区后发现所存储的LAI号与当前的LAI号不一致，则将其旧的LAI号和存储的TMSI号在LOCATION UPDATING REQUEST消息中通过MSC发送给VLR。

MSC 收到MS发送的
LOCATION UPDATING REQUEST消息后，就要求VLR根据LOCA TION UPDATING REQUEST消息中的参数来进行位置更新的操作。

由于是跨VLR位置更新，新的VLR数据库中没有关于此MS对应的TMSI的记录，而这时新的VLR需要得到此MS的IMSI和鉴权参数，目的有两个，一个是利用IMSI向此MS的HLR进行位置更新操作；另一个是要对MS进行鉴权。

信令流程图中PVLR 表示以前MS所在区域的VLR。

新的VLR 从PVLR处得到IMSI和鉴权参数的操作如下：VLR根据旧的TMSI和LAI号码导出前一个VLR（PVLR）的地址，并向PVLR发送消息“MAP SEND IDENTIFICATION”消息。

PVLR 就会向新的VLR回发有关移动台的IMSI和鉴权参数。

这些内容是包含在消息“MAP_SEND_IDENTIFICATION ACK”中。

至此，新的VLR就得到了MS的IMSI，接着
图5.2.2-2 跨VLR位置更新信令流程
要进行HLR位置更新过程了。

操作如下：新的VLR向MS的HLR发出位置更新的消息“MAP_UPDATE_LACA TION”，在此位置消息中，有MS的标识和相关信息以便HLR查询数据和建立路径，HLR收到此消息后，如果新的MSC/VLR有正常的业务权限，则HLR将存储当前的VLR号码，并向PVLR中发出“删除位置”消息（MAP_CANCEL_LACATION）。

PVLR收到“删除位置消息”后将删除该MS的所有信息，并向HLR发回“删除位置确认”
（MAP_CANCEL_LACATION_ACK）。

在新的VLR侧完成鉴权加密后，HLR通过发起“插入用户数据”的消息（MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DA TA）的报文，将向该VLR提供它所需的用户信息，其中包括鉴权参数等信息。

当HLR收到VLR的响应时，则向该VLR发出位置更新确认的消息。

然后，新的MSC/VLR向MS发送LOCA TION UPDATIN ACCEPT 消息，其中包含由VLR新分配的TMSI。

MS于是向MSC/VLR回发TMSI RELOCATION COMPLETE消息。

位置更新结束，释放RR信道。

对于以上的信令过程做两点说明，首先，一般来说VLR的设置总是跟MSC一一对应的，即由一个MSC控制的区域会有一个VLR数据库，其中记录所有目前处在此MSC控制区内的MS 的位置情况。

而HLR则是MS开户的时候登记的数据库，无论MS漫游到什么地方，新的VLR
都需要向HLR进行位置更新，从而使HLR始终知道MS目前处于哪个MSC/VLR里。

这样做的目的，是方便呼叫一个处于漫游状态的用户。

当要呼叫一个漫游状态的用户的时候，呼叫建立过程中，主叫的MSC/VLR（在固定打移动时，则是GMSC）会根据被叫的手机号码查询被叫用
户的HLR，从而得到目前被叫所在的MSC/VLR，从而在主叫的MSC和被叫MSC之间建立有线的链路。

因此，位置更新操作是呼叫能够正常建立的重要前提。

另一个问题是，在信令流程中，可以看到MSC、VLR、HLR之间的信令前有“MAP”的标识，MAP是Mobile Application Part 移动应用部分的简称。

GSM网络中，网络子系统中的实体MSC、VLR、HLR、AUC等之间的接口均采用了7号信令系统。

MAP协议属于七号信令协议层的第七层，即应用层。

MAP的主要功能是支持移动用户位置登记、位置删除；
用户业务管理、用户参数管理；漫游、越区切换等。

MAP和网络信令结合，支持GSM各项业务和网络功能。

4、本实验涉及到参数状态表的介绍
本实验中为了模拟GSM网络的移动性管理的过程，建立并维护了几张参数列表，包括MS 参数状态表、BS参数状态表、MSC/VLR参数状态表和HLR参数状态表。

下面介绍一下每张状态表中包含的内容。

MS参数状态表中在实际系统中相当于MS的SIM卡中记录的关于此MS的信息，包含本MS的IMSI、目前由网络分配的TMSI、目前MS所处的位置区的LAI、更新状态等。

MS的IMSI是在运营商进行开户时，唯一的分配给MS的，它存储在SIM卡中。

更新状态是表示MS在新的位置区是否进行了成功的位置更新。

BS的参数状态表，这张状态表只有一个参数LAI，这个参数表示目前MS所处的小区对应的LAI号。

这个参数在小区的系统消息中不断地向小区中的所有MS广播的。

MSC/VLR参数状态表中包含IMSI、TMSI和LAI三项。

在实际的MSC/VLR的VLR数据库中会保存所有处于此MSC 控制之下的MS的位置信息及其参数。

当然IMSI、TMSI和LAI三项是VLR数据库每条记录的基本内容，实际的VLR数据库还会包含更多的参数，我们在这里做了简化。

MSC/VLR 参数状态表中的一条记录就对应于一个处于此MSC 控制范围内的一个MS的参数。

本实验中有两张MSC/VLR参数状态表，原MSC/VLR参数状态表和新MSC/VLR参数状态表。

在VLR内位置更新时，只有原MSC/VLR参数状态表有效。

在跨VLR 位置更新时，这两种表都有效，因为跨VLR的位置更新，MS从一个MSC/VLR控制区漫游进入了另一个新的MSC/VLR控制区，所以在位置更新的过程中，原MSC/VLR和新MSC/VLR维护的参数都会发生改变。

HLR参数列表中包含IMSI和MSC/VLR识别码，表中的一条记录就对应一个在此HLR进行开户登记的MS的位置参数。

包括此MS的IMSI，此MS目前所处的MSC/VLR 的识别码。

当然实际的HLR数据库中还会记录更多的MS的参数，比如用于鉴权的三参数等。

本实验中重要的内容之一就是观察位置更新前后这些参数状态表的变化情况。

三、实验步骤
1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。

将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。

在主界面上双击“移动性管理”实验图标，进入此实验界面。

2、选择界面上“位置更新模式”为“内部”，进行VLR内位置更新实验。

点击界面上的“初始化”键。

看到消息框中出现“初始化”完成。

3、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、HLR参数状态表。

记录MS参数状态表的内容，并根据此MS的IMSI作为索引，在VLR 参数状态表、HLR参数状态表中寻找与本IMSI对应的一行记录，并记录下来。

4、点击界面上的“位置更新”键，观察消息框中显示的VLR内位置更新信令过程。

位置更新过程若正常结束，会弹出对话框“位置更新过程结束”。

5、点击界面上“查看参数列表”键，再次观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、HLR 参数状态表。

对比之前记录的参数状态表，可以发现MS的TMSI和LAI都改变了，即MS所在的位置区改变了，但由于这两个位置区同处于一个MSC/VLR的控制，因此HLR 参数状态表中MSC/VLR识别码没有发生改变。

VLR内位置更新实验结束，若想重复以上过程，可以选择“VLR 内”、“单步”标识，再按动“初始化”键，进入单步VLR内位置更新过程。

点击“位置更新”键，并按动“下一步”键，信令过程可单步执行。

6、VLR内位置更新过程结束后，可进行跨VLR位置更新过程。

选择界面上的“跨区”，点击“初始化”键。

看到消息框中出现“初始化”完成。

这样就可进行跨VLR的实验。

7、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、漫游MSC/VLR（即MS漫游到的新MSC/VLR）参数状态表、HLR参数状态表。

记录MS 参数状态表的内容，并根据此MS的IMSI作为索引，在原MSC/VLR参数状态表、HLR参数状态表中寻找与本IMSI对应的一行记录，并记录下来。

同时观察漫游MSC/VLR参数状态列表可以看到找不到与此IMSI对应的记录。

8、点击“位置更新”键，开始位置更新，信令流程会依次显示在消息框中，当所有信令流程结束时，点击界面上“查看参数列表”键，观察参数状态表的变化。

可以看到漫游MSC/VLR 参数状态表中出现了此MS的记录。

HLR中对应于此MS的记录中MSC/VLR的识别码改变了，MSC/VLR参数状态表中，关于此MS的记录项已被删除。

同时也可以看到原MS参数状态表中的数据也发生了改变。

请对这些参数状态表的改变做相应的记录。

9、由于底层通信的误码，可能位置更新过程失败，这时请记录位置更新过程失败的信令流程，并重新按动“初始化”、“位置更新”键进行实验。

四、实验报告
1、记录GSM网络VLR内位置更新的信令流程，并说明VLR内位置更新对MS、MSC/VLR、HLR参数状态表的改变情况。

2、记录GSM网络跨VLR位置更新的信令流程，并说明跨VLR位置更新对MS、MSC/VLR、HLR参数状态表的改变情况。

3、比较VLR内位置更新和跨VLR位置更新的异同。

附录
系统实验涉及信令一览表。