手机待机过程及实现

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孚机待机过程及实现　

王玉霞　

（中兴通讯股份有限公司上海研发中心，上海市２０１２０３）　

摘　要　文章以国内网络及手机情况为例，介绍手机待机过程及手机实现这些过程的软件框　

图。手机待机时，需要进行ＰＬＭＮ选择、小区选择和重选及位置注册，这样才能进行呼叫、收发　

短消息、上网浏览等正常业务。待机时手机的行为都是围绕“获得高质量的业务”这个中心。文　

中提到的一些基本概念和基本过程不仅适用于ＧＳＭ／ＧＰＲＳ手机，对３Ｇ手机也同样适用。　

关键词待机，ＰＬＭＮ选择，小区选择，位置注册，漫游　

综上所述，手机待机时，要做好ＰＬＭＮ选择、小　

区选择及位置注册三项工作。前二者都是为位置注　

移动通信系统的最主要特点是用户的移动性，　

表现在两方面：ａ）呼叫时，尤其是移动用户作被叫　

时，网络需要知道此移动用户所在的位置区、小区；　

ｈ）当移动用户在通话中越区时，必须自动进行越区　

切换，保证通信不问断。可以说，待机时手机进行的　

各种过程归根到底是为了使移动用户能正常使用各　

册服务的，而位置注册又是为了向网络侧请求获得　

正常的业务，所以归根结底，待机时手机的一切行为　

都是围绕“获得高质量的业务”这个中心的。　

以刚开机、选择ＰＬＭＮ、选择小区、注册这个过　

程为例，手机软件实现的流程如图１所示。　

种业务（承载业务、电信业务、附加业务）。　

以ＧＳＭ系统为例，它可分成几个独立的运营　

网，称为ＰＬＭＮ（Ｐｕｂｌｉｃ　Ｌａｎｄｓ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）。在　

用层接口　

ＲＲ　

中国大陆，目前有联通网和移动网两个ＰＬＭＮ。每个　

选择好ＰＬＭＮ，开　

请求ＲＲ寻求所选　

始注册　

开始小区　

ＰＬＭＮ的小区　

选择　

所选ＰＬＭＮ的　

小区已找到　

命令ＲＲ向网络请　

求建立连接以便发　

送位置更新请求　

－—－——————————————————————・・－—－　

移动用户都在某个ＰＬＭＮ内注册。每个ＰＬＭＮ区域　

再为分为移动业务交换中心（ＭＳＣ）区域、位置区　

（ＬＡ）区域、小区。当用户移动时，一旦发生位置区变　

化，手机首先要进行位置更新，被网络侧接受后才能　

进行各种正常业务。　

手机开机，会自动尝试注册到某一ＰＬＭＮ。首先　

需要选择ＰＬＭＮ，然后驻留到此ＰＬＭＮ的某个小区。　

ＲＲ连接建好，并　

且位置更新请求　

已发出　

●—　——————————————————————————————一　

驻留的含义是ＭＳ寻找所选ＰＬＭＮ的合适的小区，　

选择此小区提供可用的业务，并转到它的控制信道　

上。然后进行位置注册。　

如果手机失去此小区的覆盖，则它选择此　

手机与网络之间司　

ＭＭ收到网络侧　

能的身份识别和鉴　

来的“位置更新　

权过程，通过ＲＲ适　

受”消息，注册　

接来接收ＭＭ信呜　

向用户显示　

功，汇报应用层　

功找到网络　

ＰＬＭＮ的最合适的其他小区并驻留。如果此新小区　

与原小区分属不同的注册区（即位置区或路由区，对　

于３Ｇ手机同样适用），也需要位置注册，发起相应　

图１开机流程框图　

的规程：位置更新规程或路由区更新规程。　

如果手机失去此ＰＬＭＮ的覆盖，则可自动选择　

新的ＰＬＭＮ，或者向用户提供可用ＰＬＭＮ列表，以便　

进行手动选择网络。　

其中，应用层接口可以理解为ＭＭＩ与协议栈之　

间的接口，ＭＭ是手机侧移动性管理模块，ＲＲ是手　

机侧无线资源管理模块（在ＵＭＴＳ系统中称为　

ＲＲＣ），在网络侧都有对等模块。　

ｎ　

／　ＩＩＩ）￣ｌｈｌ　

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２００６年第１０期　

ＲＰＬＭＮ或虽然找到ＲＰＬＭＮ但是注册失败，手机将　

按照优先级自动选择其他ＰＬＭＮ。这个过程无需用　

ｌ　．、！Ｎ邈脊　

户感知。　

手动找网是由手机向用户显示当前有哪些　

手机的ＰＬＭＮ选择有“自动ＰＩ　ＭＮ选择”和“手　

动ＰＬＭＮ选择”两种模式，俗称“找网模式”。　

自动ＰＬＭＮ选择如图２所示。　

ＰＬＭＮ可备选。刚开机时，手机仍然是自动选择　

ＲＰＬＭＮ注册，但是如果注册未成功，手机搜索当前　

存在的所有ＰＬＭＮ，并将所有可用的ＰＬＭＮ按照如　

下顺序显示给用户：ＨＰＬＭＮ；ＳＩＭ卡中“ＰＬＭＮ　

Ｓｅｌｅｃｔｏｒ”中的ＰＬＭＮ，按优先级顺序；其他接收信号　

强度在一８５ｄｂ以上的ＰＬＭＮ，随机顺序；所有其他　

ＰＬＭＮ，按信号强度降序。　

当用户手动选择了其中某个ＰＬＭＮ后，手机尝　

试注册到此ＰＬＭＮ。　

在手动找网模式中，当失去覆盖后，多了个向用　

户显示当前可以选择的ＰＬＭＮ，并等待用户选择的　

过程，不再赘述。　

总之，不管找网模式是“手动”还是“自动”，ＭＳ　

开机或者失去覆盖又正常驻留后，总是自动先尝试　

注册到ＲＰＩ　ＭＮ上。只有当ＲＰＩ　ＭＮ不可用时，才会　

按“自动”或“手动”分开走两套流程。如果是自动，则　

ＭＳ自动按照上述的ＰＬＭＮ优先级列表尝试注册，　

如果是手动，则将ＰＬＭＮ列表显示给用，ｒＬＩ，由用户　

选择一个网络进行注册，此时，如果用户没有选择的　

活，ＭＳ就要自己注册到前一・个ＰＬＭＮ上，如果这个　

ＩｘｉＪ络也不可用，则ＭＳ不再象自动找网那样一个一　

个地尝试，而是随便驻留一个可接受的小区进入限　

制服务。　

管当前ＭＳ处于哪种找网模式，在任何时刻，　

用＿ｒＬｌ都可以要求手机重新选择和注册到另外某个　

ＰＩ　ＭＮ』　。　

以中兴手机为例，手机出厂时默认的找网模式　

是“自动”，选择菜单一设置一网络设置一网络供应　

商一手动，即可设置找网模式＿为手动，手机开始寻找　

图２　自动ＰＬＭＮ选择　

当前可用的全部ＰＬＭＮ（如中同移动和中国联通），　

并显示给用户　以后除非川户再次更改，否则就会保　

自动ＰＬＭＮ选择是由手机自动选择优先级最　

高的ＰＬＭＮ。手机中保存有优先级列表如Ｆ：归属网　

络（ＨＰＩ　ＭＮ）、ＳＩＭ卡中保存的优选ＰＬＭＮ、其他接收　

持七次设置的找　模式，关机后电不取消。当然，由　

于目前中罔移动和中国联通两个Ｉ舣］络运营商之间足　

／ｆ　支持漫游的，所以移动用户选择联通网络的话，结　

果是注册失败，此时手机自动注册ｌ川到中国移动网。　

联通手机亦如是。　

信号强度在一８５ｄＢ以』二的ＰＬＭＮ随机顺序所有其他　

ＰＬＭＮ，按信号强度降序。　

开机或从丢失覆盖刮恢复覆盖时，上次注册成　

功的ＰＬＭＮ（即ＲＰＬＭＮ）具有最高优先级。手机首先　

选择ＲＰＬＭＮ，并在ＲＰＩ　ＭＮ卜注册。如果没有　

３Ｇ于机的找网流程也类似，所　同的足３Ｇ手　

机引入了儿个新概念，如等价ＰＬＭＮ（可认为与　

ＲＰＬＭＮ地位相同）、接入技术（找网Ｉｔ寸需要考虑是接　

电隹．．，　

１８　

“…　

・　

一，　Ⅲ…”　

报　

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０６　

２０

年第　期

１０　

一——一二二＿１］—譬蓍墨ｌ蓄Ｉ＿　—　＿　Ｉｌ譬ｌ　翟　

入２Ｇ的网还是３Ｇ的网）。　

小区选择过程由无线资源管理ＲＲ模块执行。　

有可能是开机找网时发起，也有可能是待机时，失去　

小区覆盖时ＲＲ自己发起的　

＾　，　、　㈡ｊ　

漫游分国际漫游和国内漫游，都是指手机未注　

册到归属网络ＨＰＬＭＮ的情况。国际漫游时ＭＳ在　

非归属同的ＰＬＭＮ上获得业务。国内漫游时ＭＳ在　

小区选择过程包括小区选择和小区重选两种不　

归属国的非ＨＰＬＭＮ的ＰＬＭＮ（即ＶＰＬＭＮ）上获得业　

务。当进行国内漫游时，ＭＳ需要周期性地搜索　

ＨＰＬＭＮ，周期时间在ＳＩＭ卡中有保存，最长为８小　

时，缺省值是３０分钟。　

由于移动和联通问没有达成协议，用户不能在　

移动和联通两网问漫游。但是，如果　海的移动用户　

同的过程，其状态如图３所示。其中，离开空闲态　

和进入连接态　由用户打电话或收发短消息等触　

发，离开空闲态料、进入连接态料由用户拔打紧急　

呼叫触发。　

到北京去，大家会从移动电话账单中可见“漫游费”　

一

项，严格来讲这并不是ＧＳＭ或３ＧＰＰ协议所规定　

的“漫游”。　

那么如何实现中国移动的ＳＩＭ卡只能在中国　

移动网上注册呢？可以有两种做法：ａ）中国移动定制　

ＳＩＭ卡，在卡¨ｊ厂时就将联通网写到ＳＩＭ卡的禁止　

网络列表中，这样手机就不会自动到联通网上尝试　

注册；ｂ）ＳＩＭ卡出厂时禁止网络列表为空，这样手机　

就有机会尝试到联通网注册，但是，联通网会拒绝手　

机的注册请求，并且将禁止原因“网络不允许”发送　

给手机，手机收到这个原因后，就会自动将联通网写　

到ＳＩＭ卡的禁止网络列表中。以后，除非用户非要　

手动选择联通网，否则，手机是不会自动选择到联通　

『斓上的。同理，联通的ＳＩＭ卡只能在联通网上注册，　

也可以这样实现。　

末插入ＳＩＭ卡，手机【ｉ王可以打电话，但只能拨　

打紧急呼叫号码ｌｌ２。　

未插入ＳＩＭ卡或网络认为ＭＳ非法（如鉴权失　

败），则于机不应该尝试注册任何一个ＰＬＭＮ，除非　

手机关机　Ｊｆ，并且插入ＳＩＭ卡。　

那么，手机如何知道网络认为自己非法呢？有四　

种情况：ａ）鉴权失败；ｂ）网络拒绝了手机的位置注册　

请求，并填写拒绝原因是“在ＨＬＲ中查不到此手机　

的ＩＭＳＩ信息”，亦即认为这个移动用户号码还没有　

在此网络中注册过；ｃ）网络拒绝了手机的注册请求　

图３小区选择过程状态图　

手机开机或丢失覆盖后又回到服务区时，选择　

或业务请求，原因是认为手机的标识非法；ｄ）网络拒　

绝了手机的注册请求或业务请求，原因是认为手机　

的设备号（指出厂时厂商固化在裸机中的号码，全球　

唯一，不是指用户号码）非法（如手机设备号被写入　

黑名单），当手机被窃时，此功能显得尤其重要。　

好ＰＬＭＮ后，ＲＲ就开始搜索属于这个ＰＬＭＮ的小　

区，此时用到普通小区选择过程，先按照信号强度进　

行一次全面的搜索，寻找承载ＢＣＣＨ信道的载频。　

而当手机正常待机时，会不断测量当前小区及附近　

相邻小区的强度，一旦发现有更好的小区，就会发起　

重选，即重新选择到另一个小区。如果重选没成功，　

则继续进行小区选择过程，如果再不成功，手机就会　

电隹／　

”／ｉ　　夹报　

ＩＩＭＩＩ　

１９　

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向用户显示“无服务”，通俗地说，掉网＿ｒ。　

如果手机每次进行小区选择时都要把所有频点　

搜索一次来寻找ＢＣＣＨ载频，显然比较浪费时问。　

为了加快小区选择过程，网络会在　…ＰＩ　ＭＮ的　

发次数“Ｍａｘ　ｒｅｔｒａｎｓ”后，随机接入仍然失败。Ｍａｘ　

ｒｅｔｒａｎｓ是系统广播的参数。这就是所谓的“接入失败　

导致重选”的概念。　

ｊ。　曩｝ｌ　＿ｌ　；　ｌ—　ｉ　０　ｉ　ｊ　方ｊ　

ＢＣＣＨ上广播ＢＡ列表，即ＰＬＭＮ在某个给定的物　

除了ＭＳ丰动自行的小区选择或重选外，网络　

埘ＭＳ的小区选择或重选有一些限制措施。　

１）小区『才】塞Ｂａｒｒｅｄ　Ｃｅｌｌｓ　

ＰＬＭＮ运营商可以决定不允许ＭＳ驻留在某　

理区域中使用的ＢＣＣＨ载频列表，表示手机进行驻　

留时需要监听的ＲＦ信道。一旦找到了所选ＰＬＭＮ　

的某个ＢＣＣＨ载频，ＭＳ就可以读ＢＡ，这样就能知　

道下次小区选择和重选时应该监视哪些ＲＦ信道。　

当手机关机时，可以选择将上一一次已知的ＢＡ　

小区（如仪用于切换的小区）。系统信息中会广播　

ｂａｒｒｅｄ　ｃｅｌｌ信息。由于ｂａｒｒｅｄ　ｃｅｌｌ可以是动态改变　

（ＢＣＣＨ）保存在非易失性存储器中，以便Ｆ一次开　

机时加快找网速度。　

的，手机需要定期检查系统信息中的这个参数。　

２）小区优先级　

但是，当手机再次开机时，ＢＡ不一定有效（如　

网络运营商改变　ＢＡ，或关机后手机移动到其他　

任合适的小区之问还有正常优先级和低优先级　

之分，鼓励ＭＳ优先选择某些小区。　

物理区域，或用户原先使用移动的卡，现在换成联通　

的卡了），这时，手机仍按照以前保存的ＢＡ来寻找　

小区显然是无效的，此时，手机不得不再进行一次不　

３）利用小区重选参数鼓励ＭＳ优先重选某小区　

带ＢＡ的普通小　选择，全频搜索ＲＹ载频来寻找　

ＢＣＣＨ载频　

位置注册过程是指手机为了获得正常业务向网　

络侧发起注册请求的过程。对于ＧＳＭ手机是指位置　

小区选择包括两种：一种是带ＢＡ的小区选择，　

一

种是不带ＢＡ的／】、　选择，也称作“普通，Ｊ、区选　

择”。如果按照带ＢＡ的小区选择，没有找到合适的　

小区（即使是低优先级的小区电没有找到），则手机　

再尝试普通小区选择，全频搜索以寻找小区。　

这里说的“所有载频”其实也是有限的，　

＼——　—厂丌机—＇＼　：　！厂　

插Ｓ｛口　需，ＩＭ　　ｇ｝－位　开　饥配注册　，　一薰需要位置注册　Ｉ　ｊ　八　

，一＿面　

＝置ｊ－ｔ　

知　接受－Ｊ　

ｌ　位置注册失败，需要重试　

ＧＳＭ９００频段为３０个，ＤＣＳｌ８００频段为４０个，　

ＤＣＳｌ９００频段为４０个。　

Ｉｌ　

位簧注册被　绝，原因足手　

ｂ＇ｔｔｌ￣法或ＧＦ＇ＲＳ＂４ｋ务不允许　

位置注册被拒绝，　

㈣＆　

如果手机找不到所选ＰＬＭＮ的合适￣／９ｄ，区，就　

会随便选择一个小区，这个小　可能属十另・个　

ＰＬＭＮ，只能用来提供紧急呼叫　

不管于机是进行小　选择还是小区重选，基本　

周期性　ｌ　ＩｌＩ进入新ｌ　

（已更新）　

厂凰　

评　岳不允　＼此　

置区不斛坶湔　１Ｍ　拔ｌ｛１　

Ｎ　

许沿游．１诜择ＨＰＬＭ　

僮罩往　．１　ｌＩｌ注册区ｌ　

败原闲　

ｆ　当拒绝原　Ｉ是小允　

日的都是使ＭＳ驻留到合适的小区，并调整到此小　

区的控制道　驻留后，ＭＳ根据情况决定是台发起　

注册，以便实现接收该ＰＬＭＮ的系统消息、接收寻　

呼、发起呼叫等功能　

．

Ｏ　

拒绝原凶足　拒绝原　是位黄区不允　

９　络不允许，　许，选择了新的　ＭＮ　

选择了新的　或者进入新的位置　

２　小区重选　

卜列事件将触发小区重选：ａ）当前服务小区的　

路径损耗太人Ｉｂ）卜行信令链路失败：手机监视解码　

寻呼子信道的信令块的　确率，如果止确率降到人　

低，下行信令链路失败，表示下行链路上有干扰，则　

手机　会尝试小区重选；ｃ）当前服务小区闭塞；ｄ）　

同一注册区有较好的小　，或存同一・ＰＬＭＮ的另外　

一

ｉ辐、一　］　

周期性注册定时器超时　

④　●　

图４位置注册状态图　

个沣册　有好得多的小区；ｅ）在随机接入最大重　更新规程，对丁支持ＧＰＲＳ业务的手机和３Ｇ手机，　

电信一，　

Ｌ　

“…　

／一…ｈ　Ｉ１ｈ……　

夹报　

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＿　圣　ｌｌ¨＿Ⅲ＿ｌ＿＿＿　二二＿　■■一：：一—雷图因圈ｌ　

可以是路由区更新规程　

于机侧位置注册过程实现如图４所示。　

手机开机时会向网络发起位置注册规程，相应　

的，手机关机时也会向网络侧发送去注册消息来通　

于机正常待机时，如果用户移动时只改变了小　

知网络侧，此问如果有其他用户呼叫这个用户，则网　

络侧不再尝试寻呼这个手机，而是直接通知主叫方　

区，则手机不需要向网络发起位置注册请求。若改变　

了注册区，对于ＧＳＭ手机是指改变了位置区，而对　

“该用户不在服务区”，以免浪费资源。　

丁ＧＰＲＳ手机或３Ｇ手机，也可以是指改变了路由　

区。此时，就需要发起位置注册规程。　

埘于支持ＧＳＭ和ＧＰＲＳ两种业务的手机来说，　

由于位置区的改变必定包含路由区的改变，所以位　

置　改变时，路由区电一一定变化了，那么既需要发起　

手机待机过程就是ＰＬＭＮ选择、小区选择和重　

选、位置注册三种过程的组合。对于目前炒得沸沸扬　

扬的３Ｇ终端，待机时同样存在这三种过程，但由于　

位置更新规程，又需要发起路由区更新规程。从路由　

标识ＲＡＩ和位置区标识ＬＡＩ的结构中也可以看　

出这一点：　

ＬＡＩ＝ＭＣＣ＋ＭＮＣ＋ＬＡＣ　

ＲＡＩ＝ＬＡＩ＋ＲＡＣ　

接入方式的改变，具体实现方法有区别，主要表现在　

选择ＰＬＭＮ的策略、小区选择和重选的算法、位置　

注册消息的内容和发送方式。　

ＧＳＭ数字移动通信工程．中曰通信学会主编．北京：人民邮　

电　版　，２００２　

ＧＳＭ　０３．２２　ｖｅｒｓｉｏｎ　７．３．０　Ｒｅｌｅａｓｅ　ｌ９９８　

其中，Ｉ，ＡＣ和ＲＡＣ分别是基十ＭＣＣ和ＭＮＣ　

’的位置区标识号和路由区标识号。　

ｌ　・　ｊ　０　谚　

３ＧＩ　Ｉ　ｒｒＳ　０４．０８　ｖｅｒｓｉｏｎ　７．１　７．０　Ｒｅｌｅａｓｅ　１　９９８　

３ＧＩ　Ｐ　ＴＳ　２４．００８　ｖｅｒｓｉｏｎ　３．１　９．０　Ｒｅｌｅａｓｅ　１　９９９　

３ＧＩ　Ｉ　ＴＳ２５．３０４　ｖｅｒｓｉｏｎ　３．１９．０　Ｒｅｌｅａｓｅ　１９９９　

待机时，手机会进行周期性位置注册。这个过程　

是南周期性注册定时器控制的，定时器时长在６分　

钟到２５５ｘ６分钟　ｊ，具体时Ｋ由网络决定，例如２小　

时。定时器超时，手机　叮决定发起周期性位置注册。　

４．　｛目计手　江栅　

王玉霞（１９７２一），女，工程师，主要从事手机　

ＧＳＭ／ＧＰＲＳ／ＷＣＤＭＡ协议栈研究及软件研发工作。　

收稿日期：２００６—０８—２２　

商的竞争和用户日渐提高的对网络质量的要求，达　

（卜接第ｌ３页）　

到５个“９”的运营商级服务质馈目前还只有ＡＴＭ网　

络能为重要客户提供。　

因此，研究ＡＴＭ网络的质量提升是很有必要　

备份，呵以采用监测物理端口状态的“Ｂａｃｋ—ｕｐ　

ｉｎ！ｅｆｆａｃｅ”方式；Ｉ））采用监测路由状态的“浮动路ｆ｝１”　

力‘　式　。　

的。本文提出的相关方案已经在上海电信成功进行　

了部分试验。　

参考文献　

１　Ｃｏｎｖｅｒｇｅｄ　Ｄａｔａ　Ｎｅｔｗ（１ｒｋｓ——Ｂｒｉｎｇ　Ｆｏｇｅｔｈｅｌ’Ａ　Ｉ＇Ｍ　ａｎｄ　

Ｍ　Ｉ　Ｉ　Ｓ　Ｆｅ，￣：ｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．　Ｗｈｉｔｅ　Ｐａ１）ｅｒ．　Ａｐｒｉｌ　２００４　

这佯会增加用户成本，电信运营商可给备用电　

路适当折扣，从而提升电路质黾及服务信誉。目前　

已有一些运营商开展类似服务，如江苏电信等。　

２　Ｐａｓｓｐｏｒｔ１　５ｋ　Ｕｓｅｒｇｕｉｄｅ．Ｎｏｒｔｅｌ　

虽然ＩＰ的简单币¨价廉导致了网络发Ｊ醍的ＩＰ化　

总体趋势，昂贵而复杂的ＡＴＭ　Ｉｘｘ】络面临退网的威　

张届新（１９７５一），女，工程师，主要从事基础数　

据网和城域网接入汇聚层面的技术支撑和网络优化　

工作。　

胁，但是目前ＩＰ技术和ＩＰ　Ｉ舣】络还无法很好解决端　

到端的ＱｏＳ及安全　题。面对Ｈ益激烈的电信运营　

毫　，　

Ｌ

。。‘　”　报　

２１　

／　１ＩｌｌＩＩＩ（）