CN101616399A

CN101616399A - 一种高速铁路gsm专用网络的位置更新系统及方法

Info

Publication number: CN101616399A
Application number: CN200910088261A
Authority: CN
Inventors: 吴昊; 王涛; 陈霞; 钟章队; 朱刚
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: CN101616399B

Abstract

本发明公开了一种高速铁路GSM专用网络的位置更新系统及方法。该系统包含移动组头和具有WiFi功能的移动终端，由同一节车厢中的旅客用户组成一个整体(群组)，并由群组中的移动组头作为整个组的代表，进行统一的位置更新。本发明有利于节省系统的频率资源，减少系统用于位置更新的开销，同时还不需要改动移动终端，解决了原来由于同时进行大量位置更新所带来的网络无线资源浪费问题。

Description

一种高速铁路GSM专用网络的位置更新系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新系统及方法，属于铁路数字专用移动通信领域。

背景技术

在第一代和第二代蜂窝移动通信系统中，应用最为广泛的位置管理办法就是引入了位置区LA(Location Area)的概念。位置区由一些蜂窝小区组成，通过合理设置位置区所包含的小区数来优化网络。在现有的移动通信网络中，位置管理是自动进行的，当系统需要建立与移动台之间的通信时，只要在移动台所在的位置区内进行寻呼即可。

位置更新是指移动用户向移动网络报告其所在的接入小区，以便移动网络对其进行鉴权并更新位置记录，其作用是移动台用一些触发器通告网络用户的当前位置信息，避免通过全部基站进行穷举查找该用户，有利于节约有限的信道资源。

位置更新操作主要包括鉴权和数据库更新，现有的位置更新的方法有周期性位置更新、越区位置更新和混合位置更新。本发明涉及的位置更新方法是指越区位置更新，越区位置更新方法要求各基站周期性地在本区广播其位置区识别码(LAI)，当移动台接收到的LAI与它自身存储的LAI不同时，自动进行位置更新。

随着国内几条客运专线的开通建设，移动用户在高速行驶列车上的通话等业务需求也逐渐提高，而由于高速环境下的无线电波传播复杂，导致GSM网络用户存在通话质量下降等问题。目前的方案是建设一个高速专网提供列车上移动用户的业务，但同时带来新的问题，在列车运行过程中，由于高速移动引起频繁的位置更新造成了很大的信令开销；而且由于列车上存在大量的移动用户，在位置更新时所有的移动用户同时向网络发送位置更新请求的消息，导致位置更新同时进行，造成了很大的信令开销；此外，即使高速专网的话音业务需求不大，不需要很多频点支持，但为了保障位置更新，也必须设置更多频点，浪费了网络资源。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新系统及方法。该系统及方法基于移动组头(Mobile Group Head，简称MGH)和具有WiFi功能的移动终端(Mobile Terminal，简称MT)，根据同一节车厢中的旅客之间距离很近且具有相同的位置信息，以及他们在旅途中又有相同的运动趋势等特点，考虑将这些用户组成一个整体(即群组)，并由群组中的移动组头作为整个组的代表，进行统一的位置更新。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新系统，其包括：固定在车厢内的移动组头；具有WiFi功能的移动终端；以及，多个无线局域网(简称WLAN)；其中，所述移动组头由无线接入点(AP)和一个GSM通信模块构成，且移动组头内置用于存储组内成员注册信息的移动组头寄存器；所述移动终端除了具有GSM网络无线收发功能还具有WiFi功能，即接入到WLAN中；所述多个无线局域网是指在每节车厢布设一个无线局域网，其覆盖范围限定在车厢内部。

一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，该方法首先建立群组并更新群组成员；然后，进行同一MSC/VLR下成组位置更新，或者不同MSC/VLR下，即从VLR1移动到VLR2的成组位置更新。

所述建立群组并更新群组成员是指，当列车开车时，车厢内部WLAN开启，移动组头中的AP周期性地发送成员加入通知消息，该车厢内用户通过WLAN与AP建立关联，组成一个整体(群组)，并由群组中的移动组头作为整个组的代表，普通移动用户为组成员。所述建立群组并更新群组成员包括如下步骤：

步骤1 列车上的车载移动组头中的AP对所覆盖的无线范围(一般为一节车厢内)发送周期为T的检测信号，例如T＝10min；移动组头寄存器存储每个用户的移动用户身份识别号(IMSI)或临时用户身份识别号(TMSI)，每个IMSI和TMSI是一一对应的；

步骤2车厢中WLAN信号覆盖范围内的WiFi移动终端(MT)接收到此检测信号后，回复自己的IMSI(或TMSI)号，申请加入群组；

步骤3移动组头收到各用户的回复后，在移动组头寄存器中登记各个用户的IMSI(或TMSI)号和顺序号，同时给用户返回一个入组确认信号及顺序号，用户收到群组返回的确认信号后，就相当于加入了群组，并明确了自己在组内的顺序号；

步骤4移动组头每隔T周期定期地检测车厢内的成员变化，当移动组头发现返回的用户IMSI(或TMSI)号中有新的成员，则对新的用户信息进行登记，并返回相应的确认信号和顺序号；

步骤5当移动组头发出的周期性检测信号没有收到某位原来已经登记过的用户返回的IMSI(或TMSI)号时，认为此用户已经离开群组，则注销此用户在群组中的登记信息。

所述进行同一MSC/VLR下成组位置更新，或者不同MSC/VLR下，即从VLR1移动到VLR2的成组位置更新是指，当移动组头检测出到达新的位置区时，移动组头将通过GSM通信模块向基站发送成组位置更新消息，该消息中携带了该车厢内所有移动用户的IMSI或TMSI；网络侧集中进行成组位置更新处理，分配组内移动成员用户新的TMSI并发送给移动组头，移动组头通过车厢内的WLAN转发位置更新消息给相应的移动成员用户。

所述同一MSC/VLR下的成组位置更新步骤如下：

步骤1移动组头和网络之间进行信道分配，移动组头在RACH上发送成组位置更新CHANNEL REQUEST消息，该消息优先级高于普通移动用户位置更新的CHANNEL REQUEST消息优先级，基站在专用信道上应答IMMEDIATE ASSIGNMENT消息；

步骤2 移动组头向基站子系统发送LOCATION UPDATING REQUEST消息，该消息中按顺序号包含组内每个移动用户的IMSI(或TMSI)号和旧LAI，经过MSC到达VLR，发起位置更新的业务请求；

步骤3VLR存储组内每个移动用户新的LAI，并根据需要分配一个新的TMSI，按照顺序号把新的TMSI表通过LOCATION UPDATING ACCEPT消息发送到移动组头；

步骤4移动组头收到新的TMSI表后，通过车内WLAN向各个移动用户转发包含用户新的TMSI的消息，让每个移动用户更新自己的位置信息和TMSI号码；

步骤5群组内的移动用户通过车厢内的WLAN向移动组头返回TMSIREALLOCATION COMPLETE确认消息，如果移动组头没有收到某个用户的TMSIREALLOCATION COMPLETE确认消息，则认为该用户位置更新失败；

步骤6移动组头按照顺序号向网络发送每个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE消息或位置更新失败消息，MSC收到该消息后释放信道连接；对于位置更新失败的用户，网络将应答该移动用户作为个体发送给基站的位置更新CHANNEL REQUEST消息，进行传统的移动用户位置更新流程；

步骤7 位置更新完成后，移动台在SIM卡中设置更新状态为UPDATED(最新的)并存储新的LAI。

所述不同MSC/VLR下，即从VLR1移动到VLR2的成组位置更新步骤如下：

步骤2移动组头向基站子系统发送LOCATION UPDATING REQUEST消息，该消息中按顺序号包含组内每个移动用户的IMSI(或TMSI)号和旧LAI，经过MSC2到达VLR2，发起位置更新的业务请求；

步骤3新的VLR2向旧的VLR1查询组内每个移动用户的身份和加密算子；

步骤4旧的VLR1向新的VLR2按顺序号返回组内每个移动用户的IMSI、随机数RAND、符号响应SRES和加密密钥Kc；

步骤5新的VLR2给组内每个用户分配一个TMSI，按照顺序号把新的TMSI表通过LOCATION UPDATING ACCEPT消息发送到移动组头，如果需要的话，还将发送加密模式；

步骤6移动组头收到新的TMSI表后，通过车内WLAN向各个移动用户转发包含用户新的TMSI的消息，让每个移动用户更新自己的位置信息和TMSI号码；

步骤7 组内的移动用户通过车内WLAN向移动组头返回TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，如果移动组头没有收到某个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，则认为该用户位置更新失败；

步骤8移动组头向网络按照顺序号发送每个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE消息或位置更新失败消息，MSC收到该消息后释放信道连接，对于位置更新失败的用户，网络将应答该移动用户作为个体发送给基站的位置更新CHANNEL REQUEST消息，进行传统的移动用户位置更新流程；

步骤9新的VLR2通知每个移动用户所属的归属位置寄存器(HLR)，HLR向新的VLR2发送用户数据并告知旧的VLR1删除该移动台的数据；

步骤10位置更新完成后，移动台在SIM卡中设置更新状态为UPDATED(最新的)并存储新的LAI。

当移动用户检测出到达新的位置更新区时，每个移动用户也可向基站发起个别位置更新请求消息，以解决个别移动用户在位置更新时刻由于不在本组WLAN覆盖范围所导致的不能正常进行成组位置更新的问题，保证个别移动用户成功进行位置更新，降低寻呼失败率；网络侧定义成组位置更新消息优先级高于移动用户个别位置更新消息。

移动成员用户如果成功收到位置更新的消息，则返回确认信息给移动组头，移动组头经过合并处理后再转发给基站，如果网络侧等待某移动成员用户确认消息超时，则会按照移动用户个别位置更新来做处理；如果列车到站，移动用户离开了车厢，车厢内部的WLAN则关闭，解除了用户与移动组头的绑定位置更新。

本发明的有益效果：本发明的优点之一是，沿用了原来GSM网络的用户位置更新策略，并且对用户进行成组更新，大大节省了更新时间，提高了更新效率。此外，用户的位置更新过程与GSM网中的更新过程相同，成组位置更新策略节省了移动用户位置更新平均时间，减小了由于移动用户个别位置更新而造成的大量信令开销，从而节约了网络资源。

本发明的另一个优点是，在通过移动组头成组位置更新的同时，也允许移动用户个别位置更新，网络侧定义成组位置更新优先级高于移动用户个别位置更新，在个别移动用户离开本组WLAN覆盖范围，同时移动组头还未能即时进行组成员列表更新的情况下，这种措施可以简化移动组头维护组成员列表的复杂度，保证个别移动用户成功进行位置更新，降低寻呼失败率。

本发明中的成组位置更新策略节省了移动用户位置更新平均时间，有效地节约了信令开销和无线信道资源，而采用个别用户位置更新则即可保证位置更新成功率，又可简化移动组头维护组成员列表的复杂度。

附图说明

图1基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新系统结构示意图；

图2移动组头的内部结构简图；

图3根据本发明的移动成员用户群组建立和群组成员更新流程图；

图4同一MSC/VLR下的成组位置更新流程图；

图5不同MSC/VLR下的成组位置更新流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1 一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新系统，如图1和图2所示，其包括：固定在车厢内的移动组头和具有WiFi功能的移动终端，每节车厢布设一个无线局域网，其覆盖范围限定在车厢内部；移动组头由无线接入点和一个GSM通信模块构成，且移动组头内置用于存储组内成员注册信息的移动组头寄存器；移动终端除了具有GSM网络无线收发功能还具有WiFi功能，即接入到WLAN中。

实施例2如图3所示的根据本发明的移动成员用户群组建立和群组成员更新流程图，当旅客用户上车时(一组移动台聚集在一节车厢内)，开启车厢内的车载移动组头，由于用户与移动组头具有相近的物理位置，此时将按照一定的规则形成群组。群组形成步骤如下：

步骤1列车上的车载移动组头中的AP对所覆盖的无线范围(一般为一节车厢内)发送周期为T的检测信号，例如T＝10min；移动组头寄存器存储每个用户的移动用户身份识IMSITMSI，每个IMSI和TMSI是一一对应的；

步骤2车厢内WLAN信号覆盖范围内的WiFi移动终端接收到此检测信号后，回复自己的IMSI(或TMSI)号，申请加入群组；

步骤3移动组头收到各用户的回复后，在移动组头寄存器中登记各个用户的IMSI(或TMSI)号和顺序号，同时返回用户一个入组确认信号及顺序号。用户收到群组返回的确认信号后，就相当于加入了群组，并明确了自己在组内的顺序号。

步骤4移动组头每隔T周期定期地检测到车厢内的成员变化，当移动组头发现返回的用户IMSI(或TMSI)号中有新的成员，则对新的用户信息进行登记，并返回相应的确认信号和顺序号。

步骤5当移动组头发出的周期性检测信号没有收到某位原来已经登记过的用户返回的IMSI(或TMSI)号时，认为此用户已经离开群组，则注销此用户在群组中的登记信息。此时，此用户的位置更新由自己完成，相当于GSM网络中的一个普通移动用户的位置更新。

实施例3 图4和图5描述了基于本发明的高速铁路GSM专用网络的成组位置更新过程。所谓成组更新是和传统GSM网络的用户更新相区别而言的，传统的GSM网络中用户位置更新由用户发起，每次更新只更新一个用户的信息；而成组更新是由移动组头发起的更新，并且一次更新移动组头管理下的所有移动用户的位置信息，显然，这种方式的更新效率要远远高于传统GSM网络中的更新方式。

如图4所示，在本实施例中，基于同一MSC/VLR下的成组位置更新步骤如下：

步骤1 移动组头和网络之间进行信道分配，移动组头在RACH上发送成组位置更新CHANNEL REQUEST消息，该消息优先级高于普通移动用户位置更新的CHANNEL REQUEST消息优先级，基站在专用信道上应答IMMEDIATE ASSIGNMENT消息。

步骤2 移动组头向基站子系统发送LOCATION UPDATING REQUEST消息，该消息中按顺序号包含组内每个移动用户的IMSI(或TMSI)号和旧LAI，经过MSC到达VLR，发起位置更新的业务请求。

步骤3 VLR存储组内每个移动用户新的LAI，并根据需要分配一个新的TMSI，按照顺序号把新的TMSI表通过LOCATION UPDATING ACCEPT消息发送到移动组头。

步骤4 移动组头收到新的TMSI表后，通过车内WLAN向各个移动用户转发包含用户新的TMSI的消息，让每个移动用户更新自己的位置信息和TMSI号码。

步骤5 组内的移动用户通过车内WLAN向组头返回TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，如果组头没有收到某个用户的TMSI REALLOCATION COMPLETE确认消息，则认为该用户位置更新失败。

步骤6 移动组头向网络按照顺序号发送每个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE消息或位置更新失败消息，MSC收到该消息后释放信道连接。对于位置更新失败的用户，网络将应答该移动用户作为个体发送给基站的位置更新CHANNEL REQUEST消息，进行传统的移动用户位置更新流程。

步骤7位置更新完成后，移动台在SIM卡中设置更新状态为UPDATED(最新的)并存储新的LAI。

实施例4 如图5所示，对于不同MSC/VLR下的成组位置更新，即从VLR1移动到VLR2，步骤如下：

步骤2移动组头向基站子系统发送LOCATION UPDATING REQUEST消息，该消息中按顺序号包含组内每个移动用户的IMSI(或TMSI)号和旧LAI，经过MSC2到达VLR2，发起位置更新的业务请求。

步骤3 新的VLR2向旧的VLR1查询组内每个移动用户的身份和加密算子。

步骤4 旧的VLR1向新的VLR2按顺序号返回组内每个移动用户的IMSI、RAND、SRES和Kc。

步骤5 新的VLR2给组内每个用户分配一个TMSI，按照顺序号把新的TMSI表通过LOCATION UPDATING ACCEPT消息发送到移动组头。如果需要的话，还将发送加密模式。

步骤6 移动组头收到新的TMSI表后，通过车内WLAN向各个移动用户转发包含用户新的TMSI的消息，让每个移动用户更新自己的位置信息和TMSI号码。

步骤7 组内的移动用户通过车内WLAN向移动组头返回TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，如果移动组头没有收到某个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，则认为该用户位置更新失败。

步骤8 移动组头向网络按照顺序号发送每个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE消息或位置更新失败消息，MSC收到该消息后释放信道连接。对于位置更新失败的用户，网络将应答该移动用户作为个体发送给基站的位置更新CHANNEL REQUEST消息，进行传统的移动用户位置更新流程。

步骤9 新的VLR2通知每个移动用户所属的HLR，HLR向新的VLR2发送用户数据并告知旧的VLR1删除该移动台的数据。

步骤10 位置更新完成后，移动台在SIM卡中设置更新状态为UPDATED(最新的)并存储新的LAI。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新系统，其特征是，包括：固定在车厢内的移动组头；具有WiFi功能的移动终端MT；以及，多个无线局域网；其中，所述移动组头由无线接入点AP和一个GSM通信单元构成，且移动组头内置用于存储组内成员注册信息的移动组头寄存器；所述移动终端除了具有GSM网络无线收发功能还具有WiFi功能，即接入到WLAN中；所述多个无线局域网是指在每节车厢布设一个无线局域网，其覆盖范围限定在车厢内部。

2.一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征在于：首先，建立群组并更新群组成员；然后，进行同一MSC/VLR下成组位置更新，或者不同MSC/VLR下，即从VLR1移动到VLR2的成组位置更新。

3.根据权利要求2所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于，所述建立群组并更新群组成员是指，当列车开车时，车厢内部WLAN开启，移动组头中的AP周期性地发送成员加入通知消息，该车厢内用户通过WLAN与AP建立关联，组成一个整体(群组)，并由群组中的移动组头作为整个组的代表，普通移动用户为组成员。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于，所述建立群组并更新群组成员包括如下步骤：

步骤1列车上车载移动组头中的AP对所覆盖的无线范围发送周期为T的检测信号，所述无线范围为一节车厢内，T＝10min；移动组头寄存器存储每个用户的移动用户身份识别号IMSI或临时用户身份识别号TMSI，每个IMSI和TMSI是一一对应的；

步骤2车厢内WLAN信号覆盖范围内的WiFi移动终端MT接收到此检测信号后，回复自己的IMSI或TMSI号，申请加入群组；

步骤3移动组头收到各用户的回复后，在移动组头寄存器中登记各个用户的IMSI或TMSI号和顺序号，同时给用户返回一个入组确认信号及顺序号，用户收到群组返回的确认信号后，就相当于加入了群组，并明确了自己在组内的顺序号；

步骤4移动组头每隔T周期定期地检测车厢内的成员变化，当移动组头发现返回的用户IMSI或TMSI号中有新的成员，则对新的用户信息进行登记，并返回相应的确认信号和顺序号；

步骤5当移动组头发出的周期性检测信号没有收到某位原来已经登记过的用户返回的IMSI或TMSI号时，认为此用户已经离开群组，则注销此用户在群组中的登记信息。

5.根据权利要求2所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于，所述进行同一MSC/VLR下成组位置更新，或者不同MSC/VLR下，即从VLR1移动到VLR2的成组位置更新是指，当移动组头检测出到达新的位置区时，移动组头将通过GSM通信模块向基站发送成组位置更新消息，该消息中携带了该车厢内所有移动用户的IMSI或TMSI；网络侧集中进行成组位置更新处理，分配组内移动成员用户新的TMSI并发送给移动组头，移动组头通过车厢内的WLAN转发位置更新消息给相应的移动成员用户。

6.根据权利要求2或5所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于，所述同一MSC/VLR下的成组位置更新步骤如下：

步骤2移动组头向基站子系统发送LOCATION UPDATING REQUEST消息，该消息中按顺序号包含组内每个移动用户的IMSI或TMSI号和旧LAI，经过MSC到达VLR，发起位置更新的业务请求；

步骤3 VLR存储组内每个移动用户新的LAI，并根据需要分配一个新的TMSI，按照顺序号把新的TMSI表通过LOCATION UPDATING ACCEPT消息发送到移动组头；

步骤4移动组头收到新的TMSI表后，通过车厢内的WLAN向各个移动用户转发包含用户新的TMSI的消息，让每个移动用户更新自己的位置信息和TMSI号码；

步骤5群组内的移动用户通过车厢内的WLAN向组头返回TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，如果组头没有收到某个用户的TMSI REALLOCATION COMPLETE确认消息，则认为该用户位置更新失败；

7.根据权利要求2或5所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于，所述不同MSC/VLR下，即从VLR1移动到VLR2的成组位置更新步骤如下：

步骤4旧的VLR1向新的VLR2按顺序号返回组内每个移动用户的IMSI、RAND、SRES和Kc；

步骤7组内的移动用户通过车内WLAN向移动组头返回TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，如果移动组头没有收到某个用户的TMSI REALLOCATIONCOMPLETE确认消息，则认为该用户位置更新失败；

步骤9新的VLR2通知每个移动用户所属的HLR，HLR向新的VLR2发送用户数据并告知旧的VLR1删除该移动台的数据；

8.根据权利要求2所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于：当移动用户检测出到达新的位置更新区时，每个移动用户也可向基站发起个别位置更新请求消息，以解决个别移动用户在位置更新时刻由于不在本组WLAN覆盖范围所导致的不能正常进行成组位置更新的问题，保证个别移动用户成功进行位置更新，降低寻呼失败率；网络侧定义成组位置更新消息优先级高于移动用户个别位置更新消息。

9.根据权利要求2所述的一种基于移动组头的高速铁路GSM专用网络的位置更新方法，其特征还在于：移动成员用户如果成功收到位置更新的消息，则返回确认信息给移动组头，移动组头经过合并处理后再转发给基站，如果网络侧等待某移动成员用户确认消息超时，则会按照移动用户个别位置更新来做处理；如果列车到站，移动用户离开了车厢，车厢内部的WLAN则关闭，解除了用户与移动组头的绑定位置更新。