モビリティ管理

モビリティ管理は、携帯電話を機能させるGSMまたはUMTSネットワークの主要な機能の 1 つです。モビリティ管理の目的は、加入者の居場所を追跡し、通話、SMS、その他の携帯電話サービスを加入者に提供できるようにすることです。

GSMまたはUMTSネットワークは、他のすべてのセルラー ネットワークと同様に、基本的には基地局と呼ばれる個別のセルの無線ネットワークです。各基地局は、一意に識別されるロケーション エリアの一部である小さな地理的エリアをカバーします。これらの各基地局のカバレッジを統合することで、セルラー ネットワークははるかに広いエリアに無線カバレッジを提供します。GSM の場​​合、基地局はベース トランシーバー ステーション(BTS) と呼ばれ、UMTS の場合はノード Bと呼ばれます。基地局のグループは、ロケーション エリアまたはルーティング エリアと呼ばれます。

位置更新手順により、モバイルデバイスは、ある位置エリアから次の位置エリアに移動するたびに、セルラー ネットワークに通知できます。モバイルは、位置エリア コー​​ド (LAC) を検出する役割を担っています。モバイルは、位置エリア コー​​ドが前回の更新と異なることを検出すると、ネットワークに位置更新要求、以前の位置、および一時モバイル加入者 ID (TMSI) を送信して、別の更新を実行します。

モバイルは、現在の LAC を SIM カードに保存し、最近使用した LAC のリストに連結します。これは、モバイルが強制的にオフにされ (たとえば、バッテリーを取り外すなど)、IMSI のデタッチでネットワークに通知する機会がなく、オフにした直後にオンになった場合に、不要な IMSI 接続手順を回避するために行われます。モバイルが現在の位置エリアのモバイル スイッチング センター/ビジター ロケーション レジスタ(MSC/VLR) にまだ関連付けられているという事実を考慮すると、いかなる種類の IMSI 接続手順も実行する必要はありません。

モバイルがネットワークに更新された位置情報を提供する理由はいくつかあります。モバイルの電源がオンまたはオフになるたびに、ネットワークはモバイルにIMSI アタッチまたは IMSI デタッチの位置情報更新手順の実行を要求する場合があります。また、各モバイルは、定期的な位置情報更新手順を使用して、設定された時間間隔で定期的にその位置を報告する必要があります。モバイルが通話中でないときにある位置エリアから次の位置エリアに移動するときは、ランダムな位置情報更新が必要です。これは、信号フェードのために別の位置エリアのセルからカバレッジを再選択する固定モバイルにも必要です。したがって、加入者はネットワークへの信頼性の高いアクセスを持ち、通話で連絡を受けることができ、カバレッジエリア全体で移動の自由を享受できます。

加入者が通話または SMS を配信するために呼び出され、加入者がその呼び出しに応答しない場合、加入者は MSC/VLR とホーム ロケーション レジスタ (HLR) の両方で不在としてマークされます (モバイル到達不能フラグ MNRF が設定されます)。次にモバイルが位置更新を実行すると、HLR が更新され、モバイル到達不能フラグがクリアされます。

一時モバイル加入者 ID (TMSI) は、モバイルとネットワーク間で最も一般的に送信される ID です。必要な精度に応じて、TMSI は VLR、SGSN、または MME によって設定されます。最も精度が低いケースでは、ID の機密性をサポートするために、電源がオンになった瞬間に、VLR によってそのエリア内のすべてのモバイルに TMSI がランダムに割り当てられます。この番号はロケーション エリアにローカルであるため、モバイルが新しい地理的エリアに移動するたびに更新する必要があります。

VLR、SGSN、および MME は、割り当てられた TMSI を、それが割り当てられた MS の IMSI と関連付ける機能を備えている必要があります。MS には、MSC を通じて提供されるサービス用 (TMSI)、SGSN を通じて提供されるサービス用 (パケット TMSI または P-TMSI)、および MME が提供するサービス用 (MME-TMSI または M-TMSI、GUTI の一部) の 3 つの TMSI が割り当てられる場合があります。

ネットワークは、いつでもモバイルの TMSI を変更できます。通常、TMSI を変更するのは、加入者が無線インターフェイスの盗聴者によって識別され、追跡されるのを防ぐためです。これにより、モバイルの電源を入れた直後や、モバイルのデータが何らかの理由で無効になったときなど、短時間を除き、どのモバイルがどのモバイルであるかを追跡することが困難になります。その時点で、グローバルな「国際モバイル加入者 ID」( IMSI ) をネットワークに送信する必要があります。IMSI は、識別および追跡されないように、できるだけ頻繁に送信されません。

TMSI の主な用途は、モバイルへのページングです。「ページング」とは、モバイルと基地局間の 1 対 1 の通信です。ブロードキャスト情報の最も重要な用途は、「ページング」用のチャネルを設定することです。すべてのセルラー システムには、このような情報を複数のモバイルに配信するための ブロードキャストメカニズムがあります。

TMSIのサイズは完全な16進数で4オクテットですが、SIMは有効なTMSIが利用できないことを示すためにすべてのビットが1である4オクテットを使用するため、すべてFFにすることはできません。^[1]

ローミングは、すべての携帯電話ネットワークの基本的なモビリティ管理手順の 1 つです^。ローミングは、携帯電話の顧客がホーム ネットワークの地理的カバー エリア外に移動しているときに、訪問先ネットワークを使用して、音声通話の発信と受信、データの送受信、ホーム データ サービスを含むその他のサービスへのアクセスを自動的に行うことができる機能として定義されています [2]。これは、通信端末を使用することによって、または訪問先ネットワークの加入者 ID を使用することによって実行できます。ローミングは、モビリティ管理、認証、承認、および課金手順によって技術的にサポートされています。

「ロケーション エリア」とは、信号を最適化するためにグループ化された基地局のセットです。通常、数十または数百の基地局が、GSM では 1 つの基地局コントローラ(BSC)、UMTS では無線ネットワーク コントローラ(RNC) を共有します。BSC/RNC は基地局の背後にあるインテリジェンスであり、無線チャネルの割り当てを処理し、携帯電話から測定値を受信し、基地局間のハンドオーバーを制御します。

各ロケーション エリアには、「ロケーション エリア コー​​ド」(LAC) と呼ばれる、数字で構成された一意の識別子が割り当てられています。LAC は、各基地局によって定期的にブロードキャストされます。ロケーション エリア内では、各基地局に個別の「セル識別子」(CI) 番号が割り当てられます。セル グローバル IDも参照してください。

ロケーションエリアが広く、人口密度が中程度の場合、同時に動作するモバイルの数が多くなり、ページングトラフィックが非常に多くなる可能性があります。これは、すべてのページング要求をロケーションエリア内のすべての基地局にブロードキャストする必要があるためです。最終的には、ブロードキャストメッセージをリッスンする必要が生じ、モバイルデバイスの帯域幅と電力が浪費されます。同様に、その一方で小さなロケーションエリアが多すぎると、モバイルデバイスは場所の変更のためにネットワークに頻繁に接続する必要があり、デバイスのバッテリーも消耗します。したがって、ロケーションエリアのサイズとロケーションエリア内のモバイルデバイスユーザー数のバランスをとることが重要です^{[引用が必要]}。

ルーティング エリアは、ロケーション エリアに相当するパケット交換ドメインです。「ルーティング エリア」は通常、「ロケーション エリア」のサブディビジョンです。ルーティング エリアは、GPRSに接続されたモバイルで使用されます。GPRS は、ワイヤレス インターネット/イントラネットやマルチメディア サービスなどの「バースト」データ通信サービスに最適化されています。ユーザーをインターネット サービス プロバイダーに直接接続するため、 GSM-IP (「インターネット プロトコル」)とも呼ばれます。

パケット トラフィックのバースト性により、モバイルごとにより多くのページング メッセージが予測されるため、従来の回線交換トラフィックよりもモバイルの位置を正確に把握する価値があります。ルーティング エリア間の変更 (「ルーティング エリア更新」と呼ばれる) は、位置エリア間の変更とほぼ同じ方法で行われます。主な違いは、「サービング GPRS サポート ノード」( SGSN ) が関係する要素であることです。

トラッキング エリアは、LTE におけるロケーション エリアとルーティング エリアの対応物です。トラッキング エリアはセルのセットです。トラッキング エリアは、トラッキング エリアのリスト (TA リスト) にグループ化することができ、ユーザー エクイップメント(UE) で設定できます。トラッキング エリアの更新は、定期的に実行されるか、UE が TA リストに含まれていないトラッキング エリアに移動したときに実行されます。

オペレータは、異なる TA リストを異なる UE に割り当てることができます。これにより、状況によってはシグナリング ピークを回避できます。たとえば、電車の乗客の UE は、追跡エリアの更新を同時に実行しない場合があります。

ネットワーク側では、モビリティ管理エンティティ(MME)が関係する要素です。MME は、 Attach Accept、TAU Accept、GUTI Reallocation Command などの NASメッセージを使用して TA リストを構成します。

• 渡す
• IEEE802.21 規格
• モバイルIP
• モバイル QoS
• モビリティモデル
• 無線リソース管理(RRM)
• ローミング
• 垂直ハンドオフ

• 3GPP 技術仕様 TS 23.003 番号、アドレス指定、識別には、LAI、LAC、RAI、RAC、CI、CGI、BSIC、RSZI、LN、SAI を使用した位置エリアと基地局の識別を定義するセクションが含まれています。また、IMSI、TMSI、P-TMSI、LMSI、TLLIを使用したモバイル加入者の識別に関するセクションもあります。
• 3GPP 技術仕様 TS 23.012 位置管理手順では、位置管理を定義し、回線交換ドメインの手順について説明します。
• 3GPP 技術仕様 TS 23.060 GPRS サービス記述では、パケット交換ドメインの位置管理手順について説明しています。
• 位置情報更新シーケンス図 (PDF)
• IP ネットワークにおけるモビリティ管理