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文章编号：１００５－６０３３（２００６）１８－0206-03 收稿日期：２００６－０７－２７
摘 要：介绍了移动通信系统中现有的位置管理技术，分别对集中式和分布式位置管理策略进行了研究，针对位置管理中存在的一些问题，提出了相应的改进方案，并指出了位置管理今后的发展方向。
关键词：移动通信系统；位置管理策略；位置更新
中图分类号：TN929.5 文献标识码：Ａ
在移动通信系统中，当移动用户在网络中漫游时，为了把数据或语音信息快速、准确地传输给用户，必须有效地跟踪用户，明确用户所处的位置。位置管理（ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ）是移动通信中一类非常重要的问题，属于移动性管理的范畴，其主要任务就是跟踪用户，明确用户当前所在的位置。就位置管理而言，网络的目标是为了准备到移动用户的路由。为此，网络必须记住每个用户在什么地方注册，当前在什么地方活动。因此，一个简单的解决方法是在数据库中存储每个用户标识符，他是否注册的指示，以及在哪可以找到他的信息。在实际应用中，位置管理主要包括两个部分：第一部分是位置更新， 即移动终端向网络报告其当前位置信息，由网络进行更新。第二部分是位置查询，即当需要呼叫某个用户时，由网络提供其位置信息。
１ 现有位置管理策略简介
当前的位置管理策略采用集中式的双层数据库（即归属位置寄存器ＨＬＲ和拜访位置寄存器ＶＬＲ）的模式。以ＧＳＭ ＭＡＰ协议为例，ＨＬＲ中保存了用户的标识、业务数据和简要位置信息，ＶＬＲ中存储用户精确的位置区标识信息及作为主叫所需的业务信息。
１．１ 位置更新
当移动台决定最适合服务用户的位置区发生变化时或周期性登记时，它将通知当前服务小区所属的ＭＳＣ/ＶＬＲ。按照移动台的位置变化，可分为以下两种情况：
（１）同一ＭＳＣ/ＶＬＲ服务区内的位置更新，即ＭＳＣ/ＶＬＲ Ａ就是ＭＳＣ/ＶＬＲ Ｂ，只是提供服务的位置区发生变化。此种位置更新只需更新服务ＶＬＲ中的位置信息，而不需通知ＨＬＲ也更新。
（２）不同ＭＳＣ/ＶＬＲ服务区间的位置更新， 即ＭＳＣ/ＶＬＲ Ａ不等于ＭＳＣ/ＶＬＲ Ｂ。此种位置更新不仅需提供服务的ＶＬＲ及ＨＬＲ更新用户的位置信息，同时还需通知旧的ＶＬＲ删除此用户的无效数据。
１．２ 位置查询
我们在呼叫一个移动用户时，必须知道此移动用户的当前位置，即为此移动用户提供服务的ＶＬＲ。然后再根据此服务ＶＬＲ获得此移动用户所在的位置区标示来进行寻呼。用户的定位过程如下：
（１）主叫ＭＳ Ａ向其服务ＭＳＣ/ＶＬＲ Ａ发出呼叫请求；
（２） ＭＳＣ/ＶＬＲ Ａ分析被叫ＭＳ Ｂ的ＭＳＩＳＤＮ，确定被叫ＭＳ Ｂ的ＨＬＲ Ｂ的地址，并向该ＨＬＲ Ｂ查询被叫ＭＳ Ｂ的路由信息；
（３）ＨＬＲ Ｂ确定被叫ＭＳ Ｂ的服务ＭＳＣ/ＶＬＲ Ｂ， 并向此ＭＳＣ/ＶＬＲ Ｂ请求被叫ＭＳ Ｂ的漫游号码；
（４） ＭＳＣ/ＶＬＲ Ｂ在收到漫游号请求的消息后，为被叫ＭＳ Ｂ分配一个临时漫游号码，通知ＨＬＲ Ｂ，并建立此漫游号到ＭＳ Ｂ用户数据的索引；
（５）ＨＬＲ Ｂ将此漫游号转发给ＭＳＣ/ＶＬＲ Ａ；
（６）ＭＳＣ/ＶＬＲ Ａ根据获得的漫游号确定路由，开始呼叫建立过程；
（７）ＭＳＣ/ＶＬＲ Ｂ在收到呼叫建立请求后，根据漫游号索引到用户记录，按照记录的位置区进行寻呼ＭＳ Ｂ。
２ 位置管理的新策略研究
以上是在传统集中式的双层数据库（即归属位置寄存器ＨＬＲ和拜访位置寄存器ＶＬＲ）的模式下讨论位置管理技术。随着移动用户数目的不断增加、移动用户流动性的增大和通话频率的增加，将导致ＨＬＲ的访问频率增大，ＨＬＲ与ＶＬＲ之间的通信链路负荷越来越重，必将成为瓶颈。如何减少信令链路负荷和位置数据库的访问次数已成为现阶段位置管理研究的焦点。目前，这方面的研究分为两大类：
（１）基于集中式数据库结构的位置管理。主要是保持数据库结构不变的情况下对传统的位置管理技术的改进。
（２）基于分布式数据库结构的位置管理。这种方案采用全新的数据库结构。因此，位置管理技术将发生很大变化。
２．１ 集中式位置管理策略
２．１．１ 被叫位置缓存方案
此方案的基本思想是通过ＭＳＣ每次缓存被叫的位置信息，从而减小定位被叫的信令开销和访问被叫ＨＬＲ数据库的交互次数及通信流量。ＭＳＣ每次呼叫某ＭＳ时缓存此被叫的位置信息，即建立ＭＳ到服务ＶＬＲ 的索引。当再次呼叫此ＭＳ时，先判断在缓存中是否有此ＭS的位置信息记录。若有，则不必向被叫的ＨＬＲ查询此ＭＳ的位置，直接利用缓存的位置信息建立呼叫；否则，按传统的方法建立呼叫。这里必须注意两点：
第一，被叫ＭＳ的移动性：由于被叫处于不断的移动中，所以上次呼叫某ＭＳ时保存的位置信息在当前可能不能正确反映此ＭＳ所处的位置。这时，我们需要一个判断缓存位置信息是否有效的方法，可以使用静态门限或自适应门限策略。
第二，主叫ＭＳ的移动性：由于主叫也处于不断的移动中，所以当主叫还在同一ＭＳＣ中时，重复呼叫同一被叫时可以利用缓存信息。但当主叫移动到新的ＭＳＣ服务区时，前一ＭＳＣ中的缓存信息就不能够利用了。因此，我们也可以在ＭＳ中缓存被叫号码到所在位置的索引。
此种方案的实现较易，很容易与先有的设备兼容。但由于被叫的移动性，此方案的性能差异较大。当被叫用户移动频繁时，此方案并不优于传统策略。只有当用户移动不太频繁且被叫次数较多时，此方案将明显优于传统方案。
２．１．２ 前向指针方案
此方案的基本思想是在ＶＬＲ间建立链关系，从而减少向ＨＬＲ报告位置变化的交互次数。当用户进入新的ＶＬＲ服务区时，并不向ＨＬＲ报告其当前位置，而是由原ＶＬＲ建立一个指向当前ＶＬＲ的指针。当有其他用户呼叫此用户时，先向被叫ＨＬＲ查询被叫当前位置信息，ＨＬＲ则向起始ＶＬＲ查询被叫，起始ＶＬＲ收到查询请求后，将指针指向下一个ＶＬＲ查询用户位置。依次链表，直到找到当前为用户服务的ＶＬＲ。必须注意以下问题：
第一，链长控制：当链太长时，沿链查询用户所需的时间相应延长，所以必须定义链的最大长度。当用户进入新的ＶＬＲ服务区时，先判断链的长度是否到达最大值。如是，则按传统模式通知ＨＬＲ更新位置信息，ＨＬＲ同时将删除此指针链；否则，由原ＶＬＲ建立一个指向当前ＶＬＲ的指针。
第二，业务数据的传输：由于用户呼叫时需业务信息，当前服务ＶＬＲ必须获得用户数据。在位置更新时，并不必要立刻在ＶＬＲ 间传递用户数据。如是，则在呼叫时必须由前一ＶＬＲ获得。
第三，兼容性问题：如果前一ＶＬＲ 由于不支持指针策略导致指针建立请求被拒绝后，当前服务ＶＬＲ应引发传统的位置更新过程。
由于此方案涉及到几个ＶＬＲ之间的交互，所以实现起来比较复杂。此方案表面上可以减少对ＨＬＲ的访问次数，但由于用户信息必须在ＶＬＲ间传递，这必将加重ＶＬＲ间的通信负荷及处理复杂度。同时删除ＶＬＲ链表，增加额外交互流程。因此，此方案相对于传统方案而言，并不是总能减小开销，利弊还有待于进一步分析权衡。
２．１．３ 本地缓存方案
此方案的基本思想是选择一个接近用户的ＶＬＲ作为本地缓存，从而减少向ＨＬＲ报告位置变化的交互次数。当用户进入新的ＶＬＲ服务区时，并不向ＨＬＲ报告其当前位置，而是报告给本地缓存。当有其他用户呼叫此用户时，先向被叫ＨＬＲ查询被叫当前位置信息，ＨＬＲ则向本地缓存查询被叫，本地缓存收到查询请求后，将向当前服务的ＶＬＲ查询用户位置。必须注意本地缓存的变化，每次呼叫期间，都应将服务ＶＬＲ设为本地缓存。当用户在移动时，可以根据ＶＬＲ距离的远近及呼叫的频率决定是否改变本地缓存。此方案与前向指针方案相似，可以将之理解为链长最大为２。因此，此方案同前向指针方案一样，并不是总能减小开销。如果呼叫频繁的话，与传统策略几乎相同。
２．１．４ 区域登记方案
此方案的基本思想是预先在指定区域存储用户的位置信息，从而通过稍微增加位置更新代价来减少呼叫时向ＨＬＲ查询用户位置的交互次数。由于在实际使用中，用户移动和呼叫一般都有自己的规律。用户经常在特定的区域内漫游，所收到的呼叫也大部分来自这个区域。每个用户在可定义自己的局部区域（即用户相对较常漫游的区域）。当用户进行位置更新时，除了传统策略的操作外，还需通知局部区域中的ＶＬＲ更新当前用户的位置信息。当局部区域中的用户呼叫该用户时，可直接利用已有的该用户位置信息发起呼叫，而不需询问该用户的ＨＬＲ。必须注意：
第一，局部区域的大小：局部区域的大小需定义合理。太大没有必要，太小则不足以满足用户要求。可以考虑以ＶＬＲ服务区或城市为单位划分局部区域。
第二，局部区域的个数：如果局部区域的个数过多，将给位置更新过程带来额外负担。因此，局部区域的个数一定要限制在有限的数量内。
第三，兼容性问题：如果当前服务ＶＬＲ不支持区域登记策略，将无法通知局部区域中的ＶＬＲ更新当前用户的位置信息。因此，局部区域中的ＶＬＲ应当在利用记录的位置信息找不到用户时，能自动删除此位置信息。
由于此方案用增加位置更新的代价来减小被叫时的代价，因此，当用户移动不太频繁且被叫次数较多时，此方案将明显优于传统方案，这一点与被叫位置缓存方案相似。
２．２ 分布式位置管理策略——多层分布式方案
此方案的基本思想是在电信网的每一交换节点设置一位置数据库，这样将形成一多层的分布式数据库结构，以避免ＨＬＲ成为网络中的瓶颈。为了便于呼叫时查询用户的业务参数，业务参数放置在与用户直接发生联系的最底层节点（称为业务信息节点，简称业务节点）；以上各层节点记录用户的位置信息（称为位置信息节点）；上层数据库中存放着其覆盖范围内用户的下一层节点的地址。这样从上到下用户的位置信息一步步地得到了细化。
每一用户有两种位置信息：归属位置信息和当前位置信息。用户登记的业务节点为归属业务节点，当前服务业务节点为拜访业务节点。归属业务节点和拜访业务节点的关系类似于ＧＳＭ系统中的ＨＬＲ和ＶＬＲ，两者同时存放用户的业务参数。与传统方式不同，归属业务节点中不记录用户当前的拜访业务节点地址，归属业务节点中的用户参数只是作为一个备份，用于拜访业务节点中用户参数丢失时的故障恢复（见图ｌ、图２）。由于此方案将对传统方案中ＨＬＲ的访问分散到多个下层数据库中完成，从而减少对ＨＬＲ的访问，降低通信负荷。同时增加了位置更新的次数及数据库查询次数，从而增加位置更新和呼叫的时延，并且没有从根本上解决上层数据库的瓶颈问题。
３ 位置管理的发展方向
目前，位置管理的研究都是基于集中或分布式结构的位置信息数据库。对于集中式位置管理策略，虽然对数据库访问的次数少，但由于ＨＬＲ有限的处理能力，将大大降低未来个人通信的性能；分布式位置管理策略虽然能充分利用用户移动和呼叫的局部性特点，将位置信息的查询分散到众多的位置信息数据库中，且将各种操作限制在尽可能小的范围内处理，但正由于分布性，导致对数据库的访问明显增加。可见，理想的位置管理方案应当介于集中式和全分布式之间。实际上，大多数正在进行的研究集中在以下两个方面：第一，提高集中式数据库结构中位置信息的分布性。第二，限制分布式数据库结构中位置信息的分布性。
此外，用户的移动性和呼叫特征各不相同，因此，未来的位置管理策略应能根据不同用户的特点进行各自适应的动态调整。动态方案通常要求即时收集和处理用户数据，这将会消耗很大的计算代价，因此如何简化这些计算并能使之实用化也是非常重要的。
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（实习编辑：李 敏）
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第一作者简介：肖 斌，男，１９８２年８月生，现为北京交通大学电子信息工程学院２００４级硕士研究生，北京市北京交通大学现代通信研究所，１０００４４．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｉｎ ｔｈｅ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
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ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔａｃｔｉｃｓ， ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ａｄｖａｎｃｅｓ ｓｏｍｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ， ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ； ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔａｃｔｉｃｓ； ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｐｄａｔｉｎｇ
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