Gestion de La Mobilite

7/25/2019 Gestion de La Mobilite

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Gestion de la mobilit dans les rseaux radiomobiles

Dr. Mohamed Tahar MISSAOUI

SupCom 2015/2016INDP2

112/17/2015 [email protected]


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Gestion de la mobilit dans les

rseaux radio mobiles 2G


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Architecture dun rseau GSM

BSC

BSC

MSC

HLR

VLRRTCP

AuC

BT

S

BT

S

BTS

BTS


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Communication FixeMobile

VLR

GMSC

MSC/VLR

CAA

MSISDN

HLR

MSRN: Mobile Station Roaming NumberIMSI: International Mobile Subscriber NumberMSISDN: MS ISDN NumberTMSI: Temporary Mobile Subscriber Number

IMSI=MCC+MNC+H1H2+SNMSISDN=CC+NDC+SNMSRN=CC+NDC+@MSCSN= ladresse de lMSC

TMSI IMSI


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Identification dun Abonn GSM

IMSI MS - ISDN

( International Mobile Subscriber Identity )

International IdentityNature

(Mobile Station - Integrated Service Digital Networkn )

MCC MNCMSIN

H1 H2 x x x ........ x x x

Mobile

CountryCode

Mobile

National

Code

Mobile Subscriber Identity Number

including H1 H2 = N of physical HLR

Format

Nbre de digites

Examples

Caratristiques

3 2 max 10

605

605 02

03

enregistr dans le SIM et lAuC

CC NDCSN

M1 M2 x x x x x x x x

Country

Code

National

Code*Destination

Subscriber Number

( national identity )

including M1 M2 identifying the logical HLR

(ZAB) (PQ)

1 to 3 2 to 4

9x Tunisie Tlcom2x Tunisiana

98/ 97

96 / 95

HLR 1

HLR2

Associ un IMSI dans le HLR

01 xx xx xx xx (TT HL1)

02xx xx xx xx (TT HL2)

?

Tunisie

Tunisie

T. Tlcom

Tunisiana

total up to 15

* instead of identifying a geographic area, the NDC identifies an OPERATOR:

( national identity )NMSI


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Problmatiques

La mobilit des terminaux dans les rseaux radio mobilespose les problmatiques suivantes:

1. Au sens rseau: Problme de localisation et recherche des mobiles (ex. lors des

communications entrantes)

2. Au sens radio :

Procdures de handovers intercellulaires Mcanisme de slction/rselection


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Gestion de la mobilit au sens Rseau

La gestion de la localisation est base sur deuxmcanismes fondamentaux:

1. Localisation et mise jour de localisation: le systme doitconnatre tout instant la position ou bien la zone de holding

de chaque mobile.

2. Recherche dabonn: lors dune demande de connexion par lerseau (ex. appel entrant) le systme doit retrouver le mobilerapidement

On doit raliser un compromis entre les deux procdures


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Rseau sans localisation (premiers systmes):

Lors dun appel entrant le rseau doit mettre un messagede recherche paging dans tout le rseau

Problmes Congestion des liens de signalisation (DL) de chaque cellule

temps dtablissement des connexions lev


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Rseau avec localisation exacte (par cellule) de chaque mobile attach aurseau Lors dun appel entrant le rseau connat exactement la cellule de sjour du

mobile

Avantage: temps dtablissement des connexions rduit (pas derecherche)

Inconvnient: besoin des mises jour de localisation des mobiles chaque changement de cellule (slection/rsection)

congestion des liens de signalisation des cellules saturation des ressources des processeurs responsables de la gestion des bases de

localisation


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Rseau avec zone de localisation Cette mthode est un compromis entre les deux premires mthodes

prcites.

Une zone de localisation comporte plusieurs cellules (la taille

de la zone de localisation est dtermine en fonction du traficoffert, taux darrive, taux de SMS,.. )

Chaque mobile est localis chaque instant par zone delocalisation

La procdure de mise jour de localisation est dclenche chaque transition entre deux zones de localisation => moinsde flux de signalisation


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Gestion de la mobilit au sens RseauMise jour de localisation par zone

Les cellules relevant dune mme zone delocalisation diffusent en permanence lidentit de lazone LAC: Location Area Code

Les mobiles en tat de veille coutent les informationsdiffuses par le rseau et enregistrent le numro de lazone de localisation

Si ce numro est chang le mobile dclanche uneprocdure de mise jour de localisation


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Procdure de mise jour location1. Sur changement de LAC

2. Priodique

3. Suite dettach/attach dans deux zones diffrentes

Mise jour de localisation intra_VLR Mise jour de localisation sous le mme MSC/VLR

Mise jour de localisation inter_VLR

Transition entre deux zones de localisation couvertes par deuxMSC/VLR diffrents.


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Gestion de la mobilit au sens RseauProcdure de recherche dans le rseau GSM

Base de Donnes Nominale : HLR (Homelocation Register)

En plus des informations relatives labonnement dunusager (abonn) cette base contient ladresse du VLRou ledit abonn est localis

La recherche dun abonn commence par

linterrogation de la base HLR


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Gestion de la mobilit au sens RseauProcdure de recherche dans le rseau GSM

Base de Donnes des visiteurs : VLR (Visitor Location Register)

Typiquement dans le rseau GSM avec chaque MSC il y a unVLR

La base VLR stocke pour chaque mobile : Lidentit IMSI

Lidentit TMSI

LAC: code de la zone de localisation o il est enregistr,

Suite linterrogation du VLR, lMSC envoie un message derecherche dans toutes les cellules relevant de la zone de

localisation identidie dans le VL


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Gestion de la mobilit au sens Radio

De point de vue radio, il y a deuxmcanismes:

1. Mobilit en tat de veille (Idle mode) :

mcanisme de slection/rselection

2. Mobilit en tant ddi (Dedicated Mode):Handover


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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de slection/rselection en GSM (Rec GSM 05.08)

1. En tat de veille le mobile mesure le niveau de lapuissance reue (Rxlev) de sa cellule dcoute(courante) et des cellules avoisinantes

2. Si C1(k) > C1(0)+CellReslectHysteresis

3. Le mobile se met lcoute de la nouvelle cellule (k) Si le LACde la cellule (k) est diffrent du LACde la cellule

(0) le mobile dclanche une mise jour de localisation


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Slection : Un mobile slectionne que les cellules o :

C1=A-Max(B,0)>0

Avec: A= RxLev- RxLev_access_Min B=MS_TxPwrMaxCCH - P

RxLev: puissance reue mesure par le MS RxLev_access_Min: puissance minimale ncessaire pour accder la

cellule (diffus sur le canal BCCH) MS_TxPwrMaxCCH: puissance maximale que peut utiliser un MS pour

accder au canal RACH (diffus sur le canal BCCH) Valeurs par dfaut:

33 dBm (900) 30 dBm (1800)

P: puissance du mobile selon son classe MS classe 4 : 33 dBm MS classe 5 : 29 dBm

Ajustement de RxLev_access_Min pour Load Balancing (hot sopt)


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C1(Cell_1)0

Cellule Cell_1Cellule Cell_2

C1(Cell_2)>0

C1(Cell_1)> C1(Cell_2) C1(Cell_1) < C1(Cell_2)

Slection/r-slection de la cellule qui offre le max (C1)

Critres de slection/r-slection phase 1:

C1(Cell_2)


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Critres de r-slection phase 2: Soit T le temps durant lequel le MS reoit correctement une cellule

avoisinante (neighboring cell among the 6 best cells)

Si T


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Utilit de : TemporaryOffset

Pour un MS ayant une grande vitesse, il passerait par la microcellule avec unegrande probabilit davoir TpenaltyTime il aura beaucoup plus de chance de seconnecter la cellule micro


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Utilit de : CellReslectOffset

Permet par exemple de favoriser la bande 1800 sur la

bande 900

Utilit de : CellReslectHysteresis Une cellule X est slectionne et la cellule Y est abandonne ssi:

C1(X)>C1(Y)+CellReslectHysteresis (phase 1)

C2(X)>C2(Y)+CellReslectHysteresis (phase 2)

Permet dviter le phnomne de Ping-pong (surtout entredeux zones de localisation)


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Gestion de la mobilit au sens RadioProcdure de Handover en GSM

Handover: changement de canal au cours dunecommunication:

I. Handover intracellulaire : Au sien de la mme cellule (ex. Pb deRXQUAL)

II. Handover intercellulaire : Entre deux cellules

1. HO IntraBSC: entre deux cellules pilotes par un mme BSC

2. HO InterBSC: entre deux cellules pilotes par deux BSC diffrents

3. HO InterMSC : entre deux cellules pilotes par deux BSCs chacunconnect un MSC diffrent


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Etape 1: Dcision de dclanchement dun HO:

Un Ho est dclanch sur plusieurs vnements dontprincipalement:

1. Ho sur niveau : lorsque le niveau de la stationserveuse devient < seuil: RXLEV_XXseuil (RxQual>3) RXQUAL_XX>L_RXQUAL_XX_H (XX=DL ou UL)


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Dcision de dclanchement dun HO (suite)

3. Ho sur distance : lorsque le mobile sloigne dune certaine distancede la cellule MS_BTS> MAX_MS_RANGE

4. Ho sur bilan de liaison PBGT(n)> HO_MARGIN(n) et PBGT(n)>0Avec :

PBGT(n)= [Min(MS_TX_PWR_MAX, P)-RXLEV_DL- PWR_C_D]-[Min(MS_TX_PWR_MAX, P)-RXLEV_NCELL(n)]

PWR_C_D=Puissance maximale permise sur DL - Puissance utilise

Dans la norme il y a dautres types de Ho : Ho sur trafic, HOsur SDCCH (Directed Retry),


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Etape 2: Slection dune cellule daccueil (par leBSC)

Suite la dcision de dclanchement dun HO, le BSCslectionne une cellule daccueil en se basant sur :

1. les mesures de puissance effectues par le mobile surles cellules avoisinantes

2. La charge des meilleures cellules slectionnes


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Etape 3: Excution de Ho:1. Le BSC rserve et active un canal dans la cellule daccueil,

2. Le BSC envoie un ordre au mobile, qui est encore

connect la cellule (0), de basculer sa communicationsur le nouveau canal de la deuxime cellule,

3. Ds que le mobile russit se connecter la celluledaccueil, le BSC libre le canal qui a t utilis par lemobile dans la premire cellule.


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Gestion de la mobilit au sens Radio

Mobilit et Qos radio Rduction de la congestion cot radio

Equilibre et rpartition de charge entre : Les diffrentes bandes du rseau (900/1800)

Des cellules charges vers les cellules moins charges

Ajustement de paramtres de slection / r-slection et de Ho

Rduction du taux de coupure des communications et du taux dchecde Ho Minimiser les Handovers Inter_BSC,

raffectation des BTS aux BSC,

BSS uniforme dans la mme zone,

Vrifier la liste de voisinage

Ajuster les paramtres de dclanchement de HO


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Gestion de la mobility dans un

resaeu GPRS/EDGE

12/17/2015 [email protected] 28


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Architecture dun rseau GSM/GPRS

BSC

GMSC

MSC/VLR

SGSN

PTM-SC

EIR

HLR

AUC

GGSNIP-Backbone

Network

External

IP Network

External

X.25 Network

Gs

Gf

Gr

Traffic & Signaling

Signaling

BTS - Base Transceiver StationBSC - Base Station ControllerMSC - Mobile Switching CentreHLR - Home Location RegisterSGSN - Serving GPRS Support NodeGGSN - Gateway GPRS Support NodePTM-SC - Point-to-Multipoint Service Centre

Notebook & GPRS mobile

BTS

Gb

External

IP Network

Um

ISDN/

PSTN

Gn

Gi


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GPRS: Echange et ProcduresGPRS Attach (mme SGSN)

Attach Request

Update Location

Security functions

Attach Accept

MS BSS SGSN HLR GGSN

Securityfunctions

Update Location Ack

Insert Subscriber Data(IMSI, Subscriber data)

Insert Subscriber Data Ack

Attach Complete

Remarque: Le cryptage de data en GPRS est entre

MSSGSN, contrairement au GSM (MSBTS)


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GPRS: Echange et ProcduresActivation de PDP context

Suite un GPRS attach, un mobile peut demander un ouplusieurs PDP adresses (Packet Data Protocole address).

Chaque PDP adresse est dcrit par un PDP context:

Type de PDP (ex. IP) PDP adresse of MS (IP adresse, peut tre statique ou dynamique)

Qos class (min, max throughput demand)

Adresse du GGSN de service

Le PDP context est enregistr dans le MS, SGSN et

GGSN


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GPRS: Echange et ProcduresActivation de PDP context

Send Routing Info

for GPRS

Activate PDP Context Request

PDU Notification Request

Security Functions

Activate PDP context Accept

MS BSS SGSN HLR GGSN

Create PDP Context Request

Create PDP Context Response

PDP PDU

Send Routing Info

for GPRS Ack

PDU Notification Response

Request PDP Context Activation

PDP Context Activation Procedure

MS

request

GGSN

request

PDP Context activ sur demande de MS

PDP Context activ sur demande de rseau


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GPRS: Echange et ProcduresUpdate Location

Update PDP Context Request

( Identity old RA)

Routing Area Update Request

(Old)(New)

Cancel Location

Cancel Location Ack

Update Location Ack

Routing Area update Accept

Routing Area update Complete

GGSNMS BSS SGSN SGSN HLR

SGSN Context Request

SGSN Context Response

Security functions

SGSN Context Ack

Update PDP Context Response

Update Location

Insert Subscriber Data

Insert Subscriber Data Ack


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GPRS: Echange et ProcduresSlection/r-slection

En GPRS pas de Handover slection/ rslection

En GPRS la procdure de slection r-slection est effectue par le MS et nonpas le BSS Procdure (slection/rselection par MS):

1. Suite une dtection dune dgradation de du lien radio (augmentation du taux deretransmission)

2. Le mobile cherche une autre cellule offrant un meilleur niveau du signal3. Interruption du TBF4. changement dtat packet tranfert ltat packet idle)

5. Slection de la nouvelle cellule et lecture de son systme dinformation6. Passe en tat de packet tranfert sur la nouvelle cellule et tablissement dun

nouveau TBF

Problme: Slection sur niveau de puissance problme de rparation decharge entre les cellules

Solution: Network Controlled Cell Reselection

NCO : Network Control Order

NCO= 0 : le MS contrle la r-slection sans envoi de rapport de mesuresNCO=1 : le MS contrle la r-slection avec envoi de rapport de mesuresNCO=2 : le rseau contrle la r-slection avec envoi de rapport de mesures


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Gestion de la mobility 3G

12/17/2015 [email protected] 35


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Architecture dun Rseau UMTS (R99)

Server

WCDMA

RAN

GSM

BSC

HLR/VLR

SCP

MSC

GGSN

NN--ISDNISDN

IP NetworkIP NetworkSGSN

Mme CN pour le GSM/GPRS/EDGE et UMTSDeux sous systmes radio spars :BSS-GRAN (GSM) et UTRAN (UMTS)


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WCDMA Handovers

Intra-Node B

Intra-RNC

Inter RNC (Serving/Drift)

SoftSoft handover :handover :

Same BTS, inter- sector

SofterSofter handoverhandover

Inter-frequency hand-off

Intra-frequency inter RNC (non Serving/Drift)

Intra-system

Hard handoverHard handover


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3G selection/reselection

Mesure Q:

Dtermine la qualit de la cellule

Utilis dans le calcule des paramtres S et R

Le critre S: Dtermine si le cellule est Suitable pour camping

du mobile

Critre R:

Dtermine le Rang Ranking de la cellule par raportau cellule serveuse et les cellules avoisinantes

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Definition de critere Suitable:Srxlev>0 et Squal>0

Avec

Srxlev=Qrexlevmeas Qrexlevmin-Pcompensation

Squal=Qqualmeas-Qqualmin

Pcompensation= max(UE_TX_PWR_Max_RACH-P_Max, 0)

P_Max=maximum de puissance TX du Mobile,

UE_TX_PWR_Max_RACH: maximum de puissance on PRACH

Qrxlevmin : Minimum CPICH RSCP de la cellule pour tre Suitable

Qqualmin: Minimum CPICH Ec/No pour que la cellule soit Suitable

Ranking: Rs=Qmeas,s + Qhysts (cellule serveuse) Rn=Qmeas,n Qoffsets,n (cellules avoisinantes)

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Squal ranked for

Treselection (s)

Has UE been al leastone second since

camping on serving cell

Meets all othersuitablilitycriteria?

ReselectNew Cell

Remain onServing Cell

No

No

No

Yes No No

Yes

Yes

No

Yes


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WCDMA Soft/Softer Handover

Soft Handover : moins de coupure decommunications

SoftHo: tablissement de lien avec la cellule cible avant la coupure avec la cellule

courante


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T-Add

T-Drop

C1

C2

C1+C2

Eb

/N0

RNC2

CN

RNC1


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Gain apport par le Soft Ho

Cot Mobile et Communication Soft Ho= un Gain de Macro diversit

Au niveau de SRNC = [Rc1(t), RC2(t)]

Cot rseau Rduction dinterfrence (Hard Ho gnre plus dinterfrence)

Perte apporte par le Soft Ho

Allocation de double ressources physique pour un seul UE


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Paramtres et Procdures de Soft HO

Messages et signalisation utiliss en Soft HO

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Measurement Control:

envoy par la BTS (NodeB); il indique aux UE quest ce quils doiventmesurer et quand ils doivent remontrer au rseau les rapports demesures

Measurement report:

rapport de mesures effectues par le UE selon la demande du rseau etenvoyer au NodeB (priodiquement ou bien selon vnements spcifispar le rseau),

Active set Update:

mise a jour de la liste de cellules incluse dans le mcanisme deSoftHo


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3G Hard Handover

Inter-frequency HO:

Handover entre deux differentes porteuses 3G,

Un secteur 3G peut avoir jusqua 4 porteuses 3G (4 x 5MHz)

Inter-RAT HO: Handover vers diffrent access radio ( GSM/ LTE/CDMA200)

RNC to RNC HO

Uniquement dans le case ou il ny a pas dinterface Iur


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Mesures HO: parametres devenements

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Event 1a : A primary CPICHenters the Reporting Range,

Event 1b : A primary CPICHleaves the Reporting Range,

Event 1c : A non activePrimary CPICH becomes

better than an active PrimaryCPICH

Event 1d : Change of best cell,

Event 1e : A Primary CPICHbecomes better than anabsolute threshold

Event 1f : A Primary CPICHbecomes worse than anabsolute threshold

Intra-Frequency Events

Event 2a : Change of bestfrequency,

Event 2b : the estimated qualityof the curently used frequencyis < threshold and estimatedquality of nonused frequency is> threshold,

Event 2c : the estimated qualityof a nonused frequency is >threshold,

Event 2d : The estimated qualityof the currently used frequencyis < threshold,

Event 2e: : the estimatedquality of a nonused frequencyis < threshold,

Event 2f: : the estimatedquality of a currently usedfrequency is > threshold,

Event 3a : The estimatedQuality of the current usedUTRAN frequency is threshold

Event 3b : The estimatedquality of the other system isbelow a certain threshold,

Event 3c : The estimatedquality of the other system isabove a certain threshold,

Event 3e : Change of best cellin the other system

Inter-Frequency Events Inter-RAT Events


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Recommandations pratiques:

1. Dfinition correcte de la liste de voisinage de chaque cellule Vrification de la liste par Drive test SCAN

2. Ajustement de paramtres de Soft_Ho (fentre de soft Ho ,

Hystrisis) Paramtrage systme en fonction des KPI observs

3. viter une sur-couverture (Overlapping) importante entre les cellules(pas de HCS avec la mme frquence!!)

4. Eviter une faible surcouverture entre les cellules risque de

coupure de lien radio avant tablissement du deuxime lien. Lors de la planification (choix de site, estimation de la rpartition de trafic,

paramtres radio)

Documents

Gestion de La Mobilite