1、位置区、路由区1 基本概念首先介绍位置区、路由区、UMTS 登记区、小区的基本概念。1.1 定义 位置区（Location Area）是 CS 域网络侧寻找手机的区域范围。 路由区（Routing Area）是 PS 域网络侧寻找手机的区域范围。 UMTS 登记区（UTRAN Registration Area）是 UTRAN 内部区域的划分适用于 UE处于 RRC 连接状态的情形。 小区（Cell）是移动台可以识别的当前在系统中所能驻扎的最小单位。 1.2 概念解释 位置区标识 LAILAI 是指 UE 在不更新 VLR 的情况下可以自由移动的区域。LAI=MCC+MNC+LAC+CID，L
2、AC（Location Area Code）为位置区域码。对 CS 域业务来说，CN 使用 LAI 识别 UE。一个位置区可以涵盖一个或几个小区。当几个 MSC 共用一个 VLR 时，位置区是可以跨 MSC 区的。但目前实现中，大都采用一个MSC 捆绑一个 VLR 的方式。 路由区标识 RAIRAI 是在特定操作模式下，移动终端不需要更新 SGSN 的情况下可以自由移动的区域。RAI=MCC+MNC+LAC+RAC，其中：RAC （Routing Area Code）为路由区域码。对 PS 域业务来说，CN 使用 RAI 识别 UE，RAI 可以跨 RNC 区，但不能跨 SGSN 区，RAI
3、标识一个位置区内的一个路由区，在位置区中唯一。RAI 由一个或多个小区组成，用于在 SGSN 标识移动台处于 PMM-IDLE 状态时的位置信息。 UMTS 登记区 URAUMTS 登记区 URA（UTRAN Registration Area）是 UTRAN 内部区域的划分适用于UE 处于 RRC 连接状态的情形，概念只出现在移动性状态管理中，与 LA 和 RA 没有关系，一个 URA 包含了一个或多个 Cell，具体由运营商决定。在 UMTS 中移动台进入休眠状态时，会选择一个 URA 或一个小区内，进入 URA-PCH 状态进行休眠，取决于移动性管理的当前状态。URA 主要是控制 cel
4、l update 的更新频率减少信令负荷。 小区标识 Cell小区标识（Cell）是移动台可以识别的当前在系统中所能驻扎的最小单位。小区可以是扇区（Sector）的概念也可以不是。由上述定义可以看出 RA 是包含在 LA 内的。LAI 由 MCC、MNC 和 LAC 组成，而RAI 由 MCC、 MNC、LAC 和 RAC 组成，所以 RA 应小于等于 LA，即：小区(Cell) UMTS 登记区 URA 路由区 RAI 位置区 LAI PLMNMSC 负责位置区的管理、SGSN 负责路由区的管理，二者均要表明的是在当前系统中移动台当前的位置。手机在空闲状态下移动，进入了另外一个寻呼区域范围，
5、就需要进行位置区更新。位置区和路由区大小的确定取决于网络侧寻呼处理能力，不宜过大或过小。位置区过大，找到被叫就比较费劲，增加了寻呼时延；位置区太小，手机移动起来就会有频繁的位置区更新，增加了系统开销。太过频繁的位置更新很容易导致掉话。需要尽量合理划分位置区、缩短位置更新时间，减少位置更新的次数。1.3 位置区、路由区注册简介在一个 PLMN 上选择了合适驻留的小区后，要通过注册过程，才能获得网络提供的服务。注册分为位置区注册和路由区注册。1.3.1 位置区注册有三种（即三种位置更新）：(1) IMSI attach (IMSI 附着过程：对应用户开机，开机时位置区没有变化，ATT flag 指
6、示允许，卡的状态为 update，卡里保存的 LAI 与广播的一致 )(2) Normal location update (正常位置更新过程：开机时位置区变化、MM 处于 IDLE 下位置区发生变化)1）LAI 发生改变，更新 MS 在网络中的真实位置区注册信息；2）MS 必须处于 MM IDLE 状态；3）在 MM 连接请求时，网络指示 MS 在网络的 VLR 中未知时触发；4）同网络模式下，LAI 发生改变，发生在系统间，如果 LAI 不变，不发起 LU，变化则发起 LU。与系统内处理无异。(3) Periodic location update (周期性位置更新：对应 T3212 定时
7、)当 MS 处于 MM IDLE 的 NORMAL SERVICE 或者 ATTEMPTING TO UPDATE 子状态时，启动 T3212 计时器，T3212 超时时将触发位置更新。T3212 是从进入 IDLE 态开始启动的。注：T3212 是从进入 IDLE 态开始启动的，链接态下和网络有交互，不需要周期性LU。其实周期性 LU 也就是周期的给网络报告 UE 的位置信息， 所谓的周期也就是从网络不知道你的位置开始计算，也就是进入 IDLE 状态。例如：TDGSMCS 长保中： T3212 定时器停止计时，不触发周期性 LU，语音挂断后，回到 idle 态，初始化并重新等待 T3212
8、定时器超时后发起周期性 LU。（对比 T3312 类似）PS 长保中：T3212 不会停止，超时即做。UE是否进行位置登记，通常由以下3种情况决定：1. 不需要进行位置登记，此时USIM 中存储的位置区标识与 UE所驻留小区的位置区标识一致，USIM中存储的更新状态为“UPDATED”，这种情况下，UE可以不进行位置登记就可以直接获得正常服务。2. UE中没有插入USIM，此时UE不能进行位置登记，根据小区选择和重选过程， UE进入任意小区的驻留状态。3. UE需要进行位置登记，该过程通过正常的位置更新实现，以下情况需要进行位置更新：1）UE 进入一个新的位置区后，从广播信道信息中得到位置区标
9、识（LAI ）与UE存储的LAI不同；2 ）UE当前的状态为 “NOT UPDATED”；3）周期性位置更新的定时器超时等。UE向网络端发出位置登记请求消息，网络端接收到后将通告 UE位置登记是否操作成功。位置更新过程是由HLR，MSC/VLR 等实体之间逻辑配合完成。 HLR记录移动用户当前位置信息和所有用户数据； VLR记录漫游到由该VLR控制位置区的移动用户的相关用户数据； MSC处理移动用户的位置登记进程，与移动用户对话并与HLR，VLR交互信息。 位置更新包括正常位置更新，周期性位置更新， IMSI Attach。1.3.2 路由区注册只有在已经进行了 GPRS ATTACH 的情况
10、下才有可能发起 RAU 过程。路由区更新有两种：Normal RAU period RAU Normal RAU 三种情况：(1) 路由区发生变化（idle or connect 状态）(2) 收到 RRC 层的信令连接释放带的原因值为“Directed signalling connection re-establishment”后无论路由区有无发生变化，都要发起 RAU（24.008_4.7.2.5） (3) PS 异系统系间切换或空闲态小区重选无论路由区发没发生变化，都会发起路由区更新。Period RAU：周期性路由区更新1.3.3 几个问题1. 何时发起 LU/RAU(1) MM 在
11、连接状态是不会发起 normal LU 的，空闲态才会发起 periodic LU。(2) GMM 在连接状态是可以发起 normal RAU 的，空闲态才会发起 periodic RAU。例：做 PS 切换到 new_cell 时，由于 MM 此时没有做业务是在 IDLE 态，因此会发起 LU，而 GMM 不管是连接态还是 IDLE 态，只要都满足条件可以发起 RAU 的；做 CS 切换到 new_cell 时，由于 MM 在连接态，因此不会发起 LU，而 RAU 是可以发起的，要等到挂话后回到 IDLE 态后，只要满足 LU 条件才会发起 LU。2. UE 如何知道路由区和位置区发生变化了
12、？通过读系统消息或切换命令中带的目标小区的 RAI 和 LAI 对比来判断的。说明：UE 处于 rrc 连接态的情况下不会把系统消息通知 NAS。处于 rrc 连接态的 UE可以通过 physicalChannelReconfiguration 或 cell_update confirm 消息来获取 LAI 和 RAI 信息，避免丢掉寻呼。3. 相同网络模式下 跨系统转换原则：NMO2 下：(1) 位置区码和路由区码不同时，必要做 LU RAU；(2) TD 和 GSM 同位置区的话，发生跨系统小区重选后，不做 LU。TD 和 GSM 同路由区的话，发生跨系统小区重选后，RAU 是必须做的，如
13、果在 PS transfer 状态立刻做 RAU,在 PS idle 态有业务请求的时候触发 RAU。4. 同系统下，不同网络模式间转换LAI 和 RAI 相同的情况下不需要做，如果不同，按重选或者切换后的小区网络模式执行。IMSI attach 过程一般发生在开机或重新返回信号覆盖区或 SIM 卡被重新插入，同时需要满足以下条件：1) 在 RRC 接收到的 NAS 系统消息中，ATT 标志指示需要 IMSI Attach 过程；2) 更新状态是“UPDATED”；3) 驻留的 LAI 与 USIM 中保存的 LAI 相同。在其它所有需要做位置更新的情况下，除了因为周期位置更新定时器 T321
14、2 超时，同时 MM 更新状态为“UPDATED”时进行周期位置更新外，其它都是进行正常位置更新。2 LU 过程介绍2.1 位置更新 MM 状态机MM 功能介绍:1、PLMN 选择和重选2、IMSI 激活/去激活3、安全流程 -1）TMSI 重分配过程； 2）鉴权过程；3）识别过程。4、位置更新（位置登记和周期性位置登记）5、MM 连接管理功能1）MM 连接建立2）MM 连接重建(呼叫重建) 3）MM 连接 information transfer 4）MM 连接释放注:rrc 连接释放才回到 MM idle 态24.008 Detailed Description of the MS beh
15、aviour in MM IDLE State. 524.2.2.1 Service State, NORMAL SERVICE 524.2.2.2 Service State, ATTEMPTING TO UPDATE524.2.2.3 Service State, LIMITED SERVICE 534.2.2.4 Service State, NO IMSI 534.2.2.5 Service State, SEARCH FOR PLMN, NORMAL SERVICE 544.2.2.6 Service State, SEARCH FOR PLMN 544.2.2.7 Service
16、State, RECEIVING GROUP CALL (NORMAL SERVICE) 544.2.2.8 Service State, RECEIVING GROUP CALL (LIMITED SERVICE) 55一共有10个，协议上主要介绍了8个还有NO CELL AVAILABLE，LOCATION UPDATE NEEDED举例: 4.2.2.4 Service State, NO IMSIWhen in state MM IDLE and service state NO IMSI the mobile station shall (see subclause 3.2, 3GP
17、P TS 43.022 82 and 3GPP TS 45.008 34):- not start any normal location updating attempt;- not perform periodic updating;- not perform IMSI detach if powered down;- reject any request from CM entities for MM connections except for emergency calls;- not respond to paging;- only perform default cell sel
18、ection.In addition, mobile stations supporting VGCS listening or VBS listening shall:- not indicate notifications to the GCC or BCC layer.2.2 三种位置更新MS 从一个位置区移动到另一个位置区时，必须进行登记，也就是说一旦 MS 发现其存储器中的 LAI 与接收到的 LAI 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。网络侧处理位置更新的模块主要是 VLR/MSC，也可以由此分成跨 vlr 和同一个vlr 下的 LU。MM 特殊过程: IM
19、SI attach (IMSI 附着过程)Normal location update (正常位置更新过程)Periodic location update (周期性位置更新 )一般过程和特殊过程的区别在于是否已经有信令连接，如下:TMSI reallocation procedure(TMSI 重分配)Authentication procedure(鉴权)Identification procedure(身份识别)IMSI detach procedure(IMSI 分离)Abort procedureMM information procedure触发 MM 特殊过程的条件:1. 无其他
20、 MM 特殊过程在运行 2.MS 和网络间不存在任何MM 连接.所以 CS 语音 时不能 LU.终端位置更新流程介绍:1、正常位置更新2、周期性位置更新3、IMSI attach LU 发起类型以 tmsi 发起或者以 imsi 发起:uai_mm_usimdata_ind 里如果是 UPDATED，证明上次的 TMSI 是有效的，LU 时会以该 TMSI 发起注册，一般情况下成功后在 accept 里重新分配一个新的 TMSI（比 imsi 发起，对用户安全保障性好） ，特殊情况下也不分配。如果是 not updated，则会以 IMSI 发起 LU注册。uai_gmm_usimdata_i
21、nd 里同样的，如果 updated，则证明 p_tmsi 有效，会用此发起attach，如果是 not updated，则证明 p_tmsi 无效，会用 IMSI 发起注册。(卡中状态，取决于上次 LU 过程的结果，如果成功，状态更新为 updated，如果不成功例如 rej 或者非正常原因失败，就置为 not updated)2.2.1 IMSI Attach作用：用来指示 IMSI 在网络中是否激活；触发 IMSI attach 的必要条件:1.网络要求做 attach/detach 即 ATT=1 标志指示需要 IMSI Attach 过程2.MS 处于网络覆盖范围内激活 IMSI 或
22、者 MS 不在网络覆盖范围内激活 IMSI，此时MS 进入网络覆盖范围；3.驻留的 LAI 与 USIM 中保存的 LAI 相同（不相同就是 normal 位置更新）注解: 如果 att=1 但是如果 LAI 不同，则做 normal 类 lU 如果 att=0 但是如果 LAI 相同，那开机什么都不做了，搜不到寻呼。为了避免这种情况，所以同一位置区的不同小区 att 应该设置开启（网络优化范畴）CS 域的 gsmMAP 参数中的高 8 位代表定时器 T3212 的值，单位是 6 分钟。gsmMAP 参数中的低 8 位中只有最后一位有效，代表 ATT。当 T3212 等于 0 时，不作周期性位
23、置更新。当 ATT0 时，UE 不作 imsi attach 和 imsi detach 过程。当 ATT1 时，UE 做 imsi attach 和 imsi detach 过程。PS 域的 gsmMAP 参数中的高 8 位代表 RAC，低 8 位中只有最后一位有效，代表NMO。 NMO 0 时，代表网络模式 1，NMO1 时，代表网络模式 2。2.2.2 Normal 位置更新1.LAI 发生改变，更新 MS 在网络中的真实位置区注册信息；2.MS 必须处于 MM IDLE 状态；3.在 MM 连接请求时，网络指示 MS 在网络的 VLR 中未知时触发；协议中原话：The normal l
24、ocation updating procedure shall also be started if the network indicates that the mobile station is unknown in the VLR as a response to MM connection establishment request.4.同网络模式下，LAI 发生改变，发生在系统间，如果 LAI 不变，不发起 LU，变化则发起 LU。与系统内处理无异。2.2.3 周期性位置更新当 MS 处于 MM IDLE 的 NORMAL SERVICE 或者 ATTEMPTING TO UPDA
25、TE 子状态时，启动 T3212 计时器，T3212 超时时将触发位置更新；T3212 停止的条件：1）收到 LOCATION UPDATING ACCEPT 或者 LOCATION UPDATING REJECT 消息；2）收到 AUTHENTICATION REJECT 消息；3）当最近的服务状态不为 LIMITED SERVICE，MS 在 MM 连接建立中收到第一条MM 消息或者 security mode setting 完成；4）MS 响应寻呼后，正确接收第一条非 RR 消息的层 3 消息；5）MS 去激活（如 :关机或者移除 SIM 卡） 。T3212 超时不发起周期性位置更新：
26、1）MS 不处于 MM IDLE 状态，位置更新推迟到下次进入 MM IDLE 状态；2）MS 处于 NO CELL AVAILABLE , LIMITED SERVICE, PLMN SEARCH 或者PLMN SEARCH-NORMAL SERVICE 状态，则位置更新将推迟到离开该服务状态；3）时间累计。最新广播消息中指示周期性位置更新不可用；MS 处于 NO CELL AVAILABLE, LIMITED SERVICE, PLMN SEARCH 或者 PLMN SEARCH-NORMAL SERVICE 状态，T3212 值不可改变；注：可以得出 丢网（NO CELL AVAILAB
27、LE）仍然计时，例如:无网络这段时间内，T3212 超时，无法发起 LU，恢复网络立即发起。 LIMITED SERVICE, PLMN SEARCH 相同。注：T3212 是从进入 IDLE 态开始启动的，链接态下和网络有交互，不需要周期性LU。其实周期性 LU 也就是周期的给网络报告 UE 的位置信息， 所谓的周期也就是从网络不知道你的位置开始计算，也就是进入 IDLE 状态。例如:TDgsm cs 长保中 T3212 定时器停止计时，不触发周期性 LU，语音挂断后，回到 idle 态，初始化并重新 等待 T3212 定时器超时后发起周期性 LU。（对比 T3312 类似）PS 长保中，T
28、3212 不会停止，超时即做。注:同位置区下的小区重选，不作 LU，小区更新，T3212 改变，终端处理情况:使新小区上的 T3212 作为 T1，原小区 T3212 为 a，并上驻留了 b 分钟。那么 value （a-b） modulo t1，就是在新小区上等候超时的时间。例如:同位置区下，在 t3212 周期为 12 分钟的小区 LU 后驻留时长为 2 分钟，之后重选到周期为 6 分钟的小区，重选后驻留时长为 1 分钟，那再过几分钟发起周期 LU？ 3 分钟步骤：（12-2）mod 6 1 = 33 RAU 过程介绍3.1 RAU 相关 GMM 状态机GM-NUL GM-ROUTING-
29、 AEPDA INTIE GM- DERISTERD - enable GPRS mode - DETACH requsted ( not pw of)GM- REISTERD Any stae GM- DERISTERD- INA - ATCH requsted- ATCH rejcted DETACH requsted (pow of) - Network int. DETACH requsted - Lr layer failure - RAU rejcted Netwok int. DETACH requsted - implict - DETACH aceptd Lower lyr
30、filur- disable GPRS mode - RAU requsted - RAU aceptd filGM- REISTERD- NA GM- SERVICE -REQUT INATD - SR aceptd fil- SR requsted acptd - ATCH aceptdrejcted (#13, 5) - Figure 4.1b/3GPP TS 24.008:GMM main states in the MSDetailed description of the MS behaviour in state GMM-DEREGISTERED 574.2.4.2.1 Subs
31、tate, NORMAL-SERVICE 574.2.4.2.2 Substate, ATTEMPTING-TO-ATTACH 574.2.4.2.3 Substate, LIMITED-SERVICE 574.2.4.2.4 Substate, NO-IMSI 574.2.4.2.5 Substate, NO-CELL 584.2.4.2.6 Substate, PLMN-SEARCH 584.2.4.2.7 Substate, ATTACH-NEEDED 58Detailed description of the MS behaviour in state GMM-REGISTERED 5
32、94.2.5.1.1 Substate, NORMAL-SERVICE 594.2.5.1.2 Substate, SUSPENDED (GSM only) 594.2.5.1.3 Substate, UPDATE-NEEDED 594.2.5.1.4 Substate, ATTEMPTING-TO-UPDATE 594.2.5.1.5 Substate, NO-CELL-AVAILABLE 604.2.5.1.6 Substate, LIMITED-SERVICE 604.2.5.1.7 Substate, ATTEMPTING-TO-UPDATE-MM 604.2.5.1.8 Substa
33、te, PLMN-SEARCH 603.2 三种 RAU 过程介绍GMM 一般过程- P-TMSI Reallocation- GPRS Authentication and Ciphering- GPRS IdentificationGMM 特殊过程- GPRS Attach and combined GPRS Attach- GPRS Detach and combined GPRS Detach （只有去注册/关机/掉卡的时候才combined GPRS Detach）- Routing Area Updating(Normal, Combined, or Periodic)- Serv
34、ice RequestRAU 过程Normal, Combined, or Periodic默认在 ps 域附着状态有效。3.2.1 normal rau MS NetworkROUTING AREA UPDATE REQUESTIf P-TMSI orTMSI alocated,or Receive N-PDUNumber neded ROUTING AREA UPDATE ACEPTROUTING AREA UPDATE COMPLETEStop T330Start T330Stop T350Start T350orROUTING AREA UPDATE REJCTStop T330 RO
35、UTING AREA UPDATE REQUESTStart T330If P-TMSI orTMSI alocated,or Receive N-PDUNumber nededRAU request 中带的参数 : RAU type: RA update, combined RA/LA updating, combined RA/LA updating with IMSI attach, Periodic upating. GPRS CKSN old RAI MS radio access capability DRX parameter old P-TMSI Signature P-TMS
36、I MS network capability Requested READY timer TMSI status PDP context status3.2.2 Periodic rauNMO2 模式下（gsm 下默认 classB 终端）T3312 定时器超时，触发周期性 RAU 过程TD1. cs 长保中 直接发起2. ps 长保中 回到 PMM-IDLE mode 启动 T3312. PMM-CONNECTED 模式下停止GSM1.cs 长保中 挂断后发起 （协议规定必须挂断）2.ps 长保中 进入 standby mode 启动 T3312。Ready 模式下停止。Periodic
37、updating 的周期：协议中有二段话说明:In UMTS, the Mobile Reachable timer is reset and started with its initial value, when the MS goes from PMM-CONNECTED to PMM-IDLE mode. The Mobile Reachable timer is stopped when the MS enters PMM-CONNECTED mode。In GSM, the Mobile Reachable timer is reset and started with its i
38、nitial value, when the READY timer is stopped or expires. The Mobile Reachable timer is stopped and shall be set to its initial value for the next start when the READY timer is started.Gsm下移动性管理状态介绍：空闲状态(IDLE)MS和 SGSN中没有存储用户相关的有效的位置信息或路由信息。这个状态下不能进行与用户有关的移动性管理过程。MS除了只能收到PTM-M 的信息外，移动用户不能进行PTP数据的接收或发
39、送，不能进行PTM-G数据的传输，也无法接收寻呼。MS需要通过执行GPRS附着过程在MS和SGSN 中建立MM 上下文。等待状态（STANDBY）GMM上下文已经建立。MS可接收PTM-M和PTM-G数据，也可以接收寻呼，但不能进行PTP数据收发和PTM-G数据的发送。当MS 响应了寻呼（发送一个LLC PDU，cell update）， MS中的移动性状态就会转变到就绪(Ready)状态。在 SGSN中，如果它收到了MS对寻呼的回应信息，其GMM 状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从MS处发送时，MS 的MM状态会改变到就绪状态。相应地，当 SGSN收到MS发来的数据和信令时，其GM
40、M状态也会改变到就绪状态。就绪状态（READY）在就绪状态下，SGSN GMM上下文会对在相应的等待状态下的GMM上下文进行扩充，它将用户位置信息扩充到小区级别。在就绪状态下，MS可以收发PTP PDU。在此状态下，网络不启动对MS 的GPRS业务寻呼。不管无线资源是否已分配给了用户，即使没有数据传送，GMM 上下文总保持在就绪状态。就绪状态由一个定时器（T3314）监控，当T3314超时后，GMM 上下文就会从就绪状态转移到等待状态。UTMS 下移动性管理状态介绍PMM-DETACHEDSGSN中没有保存MS的GMM上下文。为了建立GMM上下文，MS需要发起GPRS ATTACH过程，过程时
41、， MS和SGSN之间需创建PS信令连接，状态变迁到PMM-CONNECTED。PMM-IDLESGSN中已经保存MS的GMM上下文，并记录了RA级别的MS位置信息。此时MS可以接收PTM-M和 PTM-G数据，也可以接收寻呼。但在这个状态下，不能进行PTP数据收发和PTM-G数据的发送。当detach时，GMM上下文被删除（在一段时间后，通过 purge功能），进入PMM-DETACHED状态。PMM-CONNECTEDSGSN中已经保存MS的GMM上下文，并记录了SRNC级别的 MS位置信息，而cell级别的位置信息有SRNC控制。在这个状态，MS和SGSN之间存在着PS信令连接。当NAS信令流程完成后，SGSN决定是否释放PS信令连接，如果PS信令连接被释放，进入PMM-IDLE状态。3.2.3 combine RAU参考：4.7.5.2.1 Combined routing area updating procedure initiation 127
