移动ＡＴＭ网络的位置管理

１ 引言

    随着数字无线通信业务的迅速增长，要求新的移动交换结构支持蜂窝、个人通信业务和无线通信技术。蜂窝移动电话系统（ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＰＣＳ）、移动互联网协议和无线局域网均支持移动用户的通信技术，这些通信系统可称之为非ＡＴＭ无线接入系统，它们必须支持两个基本功能，即：

    在接续之前和接续过程中需对移动通信终端进行位置管理；

    在用户移动时进行接续路由连接。

    近年来，随着无线移动通信的迅猛发展，新一代无线ＡＴＭ（ＷＡＴＭ）移动通信系统应运而生。它与非ＡＴＭ无线接入系统的主要差别是：

    有了支持终端移动性的ＡＴＭ网络，即移动ＡＴＭ核心网络；

    能支持ＡＴＭ和非ＡＴＭ移动通信终端的位置和越区管理。

    使用移动ＡＴＭ的优点有如下３点：

（１）建立移动ＡＴＭ核心网络可提供支持移动通信终端位置和越区管理的高速通信骨干网，移动ＡＴＭ还可以作为各种移动通信技术的通用接口网。

     之所以这样说，是因为异步转移模式（ＡＴＭ）作为一种大流通量的交换技术，具有较高的性能价格比，而且允许不同类型的流量信息在同一网络中传输。例如，蜂窝移动通信中话音信息可作为ＡＴＭ适配层１（ＡＡＬ１），其分组信息按恒定比特率（ＣＢＲ）处理；ＩＰ数据可作为ＡＡＬ５，其分组信息以未规定比特率（ＵＢＲ）或可用比特率（ＡＢＲ）连接。

（２）不论何种无线接入技术，移动ＡＴＭ均可支持通信终端的移动性。

     这是因为ＡＴＭ层的最低连接可在无线端口处，所接收的流量信息在无线信道中采用链路层方式处理，这时的无线端口承担把无线链路指定的数据格式转换为ＡＡＬ所适应的格式的任务。例如，移动ＡＴＭ网络中无线端口可提供无线局域网（ＷＬＡＮ）的接入处理，ＩＰ终端可在无线ＡＴＭ帧中嵌入ＩＰ信息并送至无线端口，无线端口把接收到的分组信包传至ＡＴＭ连接中。此外，ＩＰ终端利用ＡＴＭ的移动性功能把ＩＰ映射到ＡＴＭ，完成越区切换和位置管理。

（３）有线ＡＴＭ协议与移动性功能相结合，可以实现无线ＡＴＭ的终端在多个无线接口间的无缝通信。

     移动性是无线网络的主要优点，而位置管理和越区切换是移动性管理中需要重点解决的问题。

     下面主要以移动ＡＴＭ的移动性管理为主题，对移动ＡＴＭ的网络结构、位置管理进行讨论。

２ 网络结构

    移动ＡＴＭ网络结构是由标准ＡＴＭ网络、无线端口、固定或移动通信终端组成，其中基站的无线端口通过无线信道与移动通信终端建立通信链路。移动ＡＴＭ网络结构具有下述特点：

     在支持无线ＡＴＭ通信终端时，每个无线端口在一个或多个通信接口间提供信元交换功能；在移动通信终端上建立端与端之间的ＡＴＭ连接，并承担移动通信终端当前位置信息、端间路由优化，以及在通信终端移出本无线端口覆盖区后的路由重新链接与越区管理等；在无线终端上的每个无线端口提供用户网络接口（ＵＮＩ）功能，在其它交换设备上则提供网络网络接口（ＮＮＩ）功能；为避免产生相邻信道干扰，每个无线端口工作在与相邻信道无线端口相比不同的无线频谱上。当移动通信终端移至其它无线端口覆盖区内，则需要变动移动通信终端的工作频率，而在相邻无线端口覆盖重叠区内，需执行越区过程管理。

     移动ＡＴＭ通过用户网络接口和网络网络接口信令来支持移动性位置和越区管理，其支持移动性管理的软件结构。

     移动ＡＴＭ网络结构与有线ＡＴＭ网络结构相比，主要有三个不同之处：

（１）多址连接无线媒体

    无线通信媒体提供了移动通信终端通信媒体，与其相应的无线接入技术提供了点与点通信寻址方式。无线通信媒体与有线通信媒体相比，具有较高的差错概率和较低的频带利用率，为解决这一难题就需要特殊物理层（ＳＰＬ）、媒体访问控制（ＭＡＣ）和数据链路控制（ＤＬＣ）协议来解决在无线链路上高效传输ＡＴＭ信元问题。

（２）位置管理

    现有ＡＴＭ协议大部分都是假设通信终端地址中隐含着通信终端在网络中的物理地址。然而在移动ＡＴＭ中，移动通信终端的协议终端地址并不是其实际地址，而需要增加寻址方案和寻址协议，以实现位置识别、修改、跟踪移动通信终端位置和通信终端寻址接入。

（３）越区切换

     在ＡＴＭ通信网络中，若与固定终端的通信一旦建立，在通话期间除了交换失效外，其通信链路路径不再变动。然而在移动ＡＴＭ通信中，当移动通信终端从无线端口ｂ３区移至无线端口ｂ４区时，就会发生越区现象。原先建立的链路路径中就需删除无线端口ｂ３到交换机Ｓ３这一段路径，而增加从交换机Ｓ３到无线端口ｂ４这一段路径。

支持越区管理的关键问题在于：

    选择交叉交换机，使新通信路径维持与原通信路径相同的服务质量（ＱｏＳ）；

    在选择新链接路径时，避免丢失ＡＴＭ信元。

３ 位置管理

     在ＡＴＭ网络中，通过网络地址来识别每个不同的通信终端。使用这个地址有两个目的，即：

    作为端点识别器，通信协议可利用端点识别器来建立传输层链接；

    作为位置识别器，它隐含着到达端点的通信网络路由。

    事实上，常规识别器在通信终端相对于网络位置不变动期间也是有上述端点和位置识别器作用。

    但是，当终端一旦发生位置移动，常规识别器就无法实现上述两个目的。这时就需要增加通信终端的端点识别器，使其它通信终端能识别它并建立联络，也需要增加移动通信终端的位置识别器来解决到达移动通信终端的可达性（Ｒｅａｃｈａｂｉｌｉｔｙ）。

    现有两种方案可解决这个移动通信终端位置管理问题：

 （１）作为外部业务的位置管理方案（简称外部方案）

      在这个方案中，内部交换信令协议与移动性无关。利用链接建立过程之外的位置管理业务，把当前位置身份确认为移动通信终端的名称，采用当前位置身份来建立通信链接，而互交换信令并不关心移动性。换言之，一个移动通信终端的名称可作为其现存位置识别器。利用位置管理业务建立互交换链接，通信网络应随时提供接入与移动端点识别器有关的位置管理业务，使得互交换链接建立过程并不随移动通信终端变化而变动。此外，还需要区分移动端点标识（ＩＤ）和静态端点标识的机制，以便只对移动端点标识请求位置管理业务。

     移动站名ｂ１．１的位置识别器为ｂ１．１，信令经过本地节点与呼叫者连通，当ｂ１．１移至ｂ３．１时，其移动站名仍为ｂ１．１，但其位置识别器改为ｂ３．１。

     该方案的主要优点是内部交换链接建立过程不必随移动通信终端的位置变动而变。然而，网络要从静止通信终端库中区别出移动通信终端的身份，要负责提供通信终端的接入位置管理业务途径。从功能上对每个终端加上移动或固定终端标识，以便于对两者进行不同的识别过程。固定终端不能改变其附属点，除非加以行政干预；而移动终端则可改变其附属点。通信终端标识（ＩＤ）为ｂ１．１，由位置管理业务更动移动终端标识为ｂ３．１，然后利用移动终端标识ｂ３．１来建立移动通信链接。

（２）位置管理与链接建立综合方案（以下简称综合方案）

    位置管理是吸收和扩展了由互连网工程业务（ＩＥＩＦ）的移动ＩＰ工作组制定的面向连接ＡＴＭ网络的无链接ＩＰ思路，把位置管理与链接建立过程综合在一起的方案。由于移动终端本地ＡＴＭ地址反映本地与外地ＡＴＭ地址之间的关系，在移动ＡＴＭ网中移动时，仅在移动ＡＴＭ层进行位置更新，即每次移动后给移动终端分配一个新的外部ＡＴＭ地址。

      移动通信终端的本地交换机必须支持通信移动性。利用附加信息单元（ＩＥ）在已有建立（ＳＥＴＵＰ）、连接（ＣＯＮＮＥＣＴ）和释放（ＲＥＬＥＡＳＥ）等信令消息中扩展ＡＴＭ信令结构，并与链接简历建立综合在一起完成移动端点的位置识别。

    一个移动通信终端的位置识别与过程建立综合过程可简述如下：在未知被呼者是移动通信终端还是未知链接路径上交换机是移动的情况下，呼叫者利用被呼者本地地址发出携带标志位建立消息，确定在链接路径上哪一个交换机是支持移动性的。若在上行通信链路中，存在需支持性的信息，建立信令就携带一个显示交换的下行标志。

     只要管辖移动通信终端的本地交换机具备支持移动性，总可以在链接路径上存在着这样一个交换机来支持移动性。

     当ＳＥＴＵＰ消息到达被呼叫者的网络网络接口／用户网络接口边界时，在下述３种情况下，返回ＣＯＮＮＥＣＴ或ＲＥＬＥＡＳＥ响应，它们分别是：

    移动通信终端为静止终端；

    移动通信终端是移动的，但还归属于本地交换机管辖；

    移动通信终端归属于一个非本地交换机管辖，但该交换机能支持移动性，且ＲＥＬＥＡＳＥ消息携带着当前地址。

    若呼叫者为一个移动通信终端，在ＳＥＴＵＰ阶段，其链接为移动链接。此外，若呼叫者来自非本地交换机管辖范围，ＳＥＴＵＰ还需携带本地地址信息。

位置管理与链接建立综合方案不需改变网络路由和专用网络间接口（ＰＮＮＩ），它只利用ＰＮＮＩ提供的信息建立路由接续，其主要优点是：

    与移动ＩＰ和蜂窝电话不同，综合方案所建立的终端与终端链接路径是最佳的；

    地址空间不必分割为固定终端或移动通信终端空间，也不需专门路由来处理到移动通信终端的链接建立；

    移动通信终端数目不影响正比于交换数的网络路由表的大小。

（３）两种位置管理方案的比较

    对上述两种位置管理方案可以从以下几个方面进行比较：

    使用灵活性

    外部方案要求全部网址空间分割成静止或移动通信终端，每个终端必须标记为移动或固定终端。这意味着静止终端若在不增加新地址或释放旧地址时，也就不能改变其附属点。

    链接建立

    在外部方案中，移动通信终端的链接建立必须先于位置识别之前，终端不能在交换中再重新安排地址，而它的移动地址却可转换为拓扑地址；而在综合方案中，移动通信终端的链接建立由本地移动交换机负责。当在本区范围内移动时，会有足够高的增益用于链接建立。

    前向兼容性

   两种方案中均有前向兼容性，在外部方案中，网络中交换机可升级支持移动性并能改善外部方案的性能；而在综合方案中，链接均与移动有关且可做到端到端之间链接路由是优化的。

    网络带宽效率和处理开销

    即使终端不在本地交换范围内移动，综合方案也要保存本地交换的链接资源。这个缺点仅仅存在于识别终端现有位置的转换期内。若移动通信终端不在本地覆盖范围内，则综合方案在交换过程中将要增加处理开销，即在上行链路由ＳＥＴＵＰ用于链接资源，而在下行由ＲＥＬＥＡＳＥ用于释放资源。

    功能可替代性

    外部方案可在众多业务中分散外部位置业务，增加路由协议来进行路由位置识别和消息更新，这些功能可由专用网络间接口信令和路由帧来替代。而在综合方案中，可平衡地得到现有专用网络间接口路由容量和信令消息。

４ 总结

    位置管理是移动性管理所要解决的问题之一。本文以移动ＡＴＭ网络为主题，着重介绍了移动ＡＴＭ网络结构及其位置管理，并对两个位置管理方案进行了比较。在现有ＡＴＭ核心网基础上，增加支持通信终端移动性的位置管理和业务应用自适应性来实现移动ＡＴＭ，这是把ＡＴＭ无隙扩展到移动通信终端必须考虑的问题。

参考文献

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（收稿日期：１９９９－０５－１９）

[摘要] 文章以移动ＡＴＭ的移动性管理为主题，对移动ＡＴＭ的网络结构、位置管理进行了讨论。

[关键词] 异步转移模式 移动性 网络管理 移动ＡＴＭ

[Abstract] Ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｓｕｂｊｅｃｔ ｏｆ ｍｏｂｉｌ-ｉｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ａ ｍｏｂｉｌｅ ＡＴＭ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｏ-ｃａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ．

[Keywords] ＡＴＭ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｍｏｂｉｌｅ ＡＴＭ