NR的尋呼機制學習

NR的尋呼機制（一）

這個系列介紹NR的尋呼（Paging）。和隨機接入（RandomAccess）相似，在移動通信系統(tǒng)中，尋呼也是必不可少的。尋呼有什么作用呢？簡單的說，在大部分時間里，網(wǎng)絡不知道終端（MS或UE）“具體”在哪兒，兩者之間只有“松散”的“連接”。終端通過隨機接入（主動）聯(lián)系網(wǎng)絡，網(wǎng)絡通過尋呼（主動）聯(lián)系終端——“尋呼”中的“尋”就是尋找的意思。按照以往的慣例（掛羊頭賣狗肉），我從上古時期說起，希望在5G退網(wǎng)前可以寫完。

GSM部分主要參考韓斌杰的《GSM原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化》；LTE部分主要參考金輝老師的《深入理解LTE-A》，ShareTechNote的《Paging》；NB-IoT部分主要參考金輝老師的《深入理解NB-IoT》；NR部分主要參考愛立信的《5GNR標準：下一代無線通信技術》、人民郵電出版社的《5G空口特性與關鍵技術》和《5G移動通信系統(tǒng)設計與標準詳解》、金輝老師的《Paging：尋呼流程》和Haykey老師的《5G，4GPaging大比拼》。金輝老師的公眾號是“金輝5G”，網(wǎng)站是“”（不積跬步，無以至千里），Haykey老師的公眾號是“手機通信問題集錦”，推薦大家關注和學習。本人理論水平有限，也沒有無線專業(yè)的工作經(jīng)歷，文章難免存在錯漏，歡迎各位專家批評和指正。

說起“尋呼”，上世紀末流行過這么個玩意兒，名字就叫“尋呼機”（Pager），那會兒也算是身份的象征吧，人們喜歡把它別在腰間（怕別人看不見呀）。你要是在路上見到哪個人突然一哆嗦，臉上像吃了蜜似的，多半是收到“小甜甜”的呼喚了（過程2）——不過，“小甜甜”要先打電話給尋呼臺（過程1），“牛魔王”也要找到電話亭才能回應（過程3）。由上可見，三個過程是相互獨立的，靠人的行為連接起來，從某種意義來說，也算是一個完整的“移動通信系統(tǒng)”。“小甜甜”為啥通過尋呼臺找“牛魔王”呢？原因是不知道“牛魔王”在哪兒，攜帶“尋呼機”的用戶是會移動的，如果“牛魔王”一天到晚都待在洞里，把座機號告訴“小甜甜”不就得了。不過，這事兒交給尋呼臺也沒啥不同，尋呼臺一樣不知道“牛魔王”在哪兒，只能通過廣播“尋”人，這就好像村里的大喇叭，一喊全村都聽見了——“尋呼”中的“呼”就是呼喊的意思。當然，“牛魔王”要知道找的是他，廣播得帶上“牛魔王”的名字，為了不暴露身份（萬一“牛夫人”聽見了呢），使用呼號替代，這就“尋呼標識”。

如果只在村里廣播，“牛魔王”在村里能找著，出遠門就找不著了。相似的，在多大塊地兒能找著用戶，取決于尋呼信號的覆蓋，這就是“尋呼范圍”。對用戶來說，“尋呼范圍”越大，服務體驗越好，但對運營商來說，“尋呼范圍”越大，投入成本越高。更糟心的是，尋呼是通過廣播實現(xiàn)的，擴大“尋呼范圍”不會增加用戶容量——好比村里多了幾百號人，一個喇叭喊不過來了，加大音量有啥用呢？運營商要打好小算盤（賺錢），還得考慮系統(tǒng)支持的用戶數(shù)量，這就是“尋呼容量”。

由上可見，“尋呼機”只能接收信號，無法上報位置，因而網(wǎng)絡只能廣播找人。“大哥大”可以發(fā)送信號，為啥也要尋呼呢？個人理解，對用戶而言，語音業(yè)務需求是間歇性的，一天到晚電話不停的，那是賣保險的——在早期的香港影片中，“大哥大”是身份的象征，有的人愛拎在手里，說不好就是個水壺。別看“大哥大”個頭大，電池存不了多少電，還特別耗電。所以，在大多數(shù)時候，“大哥大”還是“安安靜靜”的做個美男子吧。

對終端來說，是為了節(jié)省能源，對網(wǎng)絡來說，是為了節(jié)省資源（你省省吧~）。如果網(wǎng)絡一直保持和終端之間的連接，不僅終端受不了（費電），網(wǎng)絡也受不了，因為無線資源是有限的。在一個網(wǎng)絡中，通常不會出現(xiàn)所有用戶同時通話的情況，如果只為通話用戶建立連接，網(wǎng)絡容量可以遠大于連接數(shù)量——反過來，如果發(fā)生突發(fā)事件（比如地震），網(wǎng)絡很可能會擁塞，因為有通話需求的用戶多了，業(yè)務模型和網(wǎng)絡規(guī)劃不同?！按蟾绱蟆碧b遠了，說一下稍近的GSM吧。在GSM中，MS（MobileStation）大部分時間處于空閑模式（IdleMode），通話時才處于專用模式（DedicatedMode）。更準確的說，如果BSC（BaseStationController）和MS之間存在RR連接（不一定存在業(yè)務通道），MS處于專用模式，否則處于空閑模式。RR連接是NAS信令連接的構成部分。反過來，如果MS處于空閑模式，NAS信令連接不存在，MSC（MobileSwitchingCenter）不知道MS在哪個小區(qū)（基站），需要通過尋呼找到MS。由上可見，在CS網(wǎng)絡中，尋呼是由CN（CoreNetwork），即MSC觸發(fā)的（CNInitiated）。這么看來，MS有點像綁著“尋呼機”的座機，把過程2和3（前半部分）連接起來，如果把過程1連接上就完美了。GSM是如何實現(xiàn)的呢——MSC替代了尋呼臺，“小甜甜”打電話給尋呼臺，變成了打給MSC。由于MSC服務范圍有限，網(wǎng)絡可能部署多個MSC，“牛魔王”開機時在某個MSC（MSC-T）登記，MSC-T再向“牛魔王”的HLR（HomeLocationRegister）登記。“小甜甜”發(fā)起呼叫時，GMSC（或MSC-O）向“牛魔王”的HLR查詢（SRI），獲得“牛魔王”的MSRN（MobileSubscriberRoamingNumber），就可以將呼叫接續(xù)到MSC-T。（嗯，這段不是很重要…）

MSC如何尋呼呢？

第一，用什么作為“尋呼標識”呢？我們使用排除法：MSISDN（MobileSubscriberInternationalISDNNumber）不合適，相當于在大喇叭直接喊“牛魔王”，太危險了；IMSI（InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber）也不合適，對網(wǎng)絡來說，IMSI是用戶的永久標識，暴露次數(shù)多了，“牛夫人”容易和“牛魔王”聯(lián)系起來，也不安全。因此，最好的選擇，是MSC分配的TMSI（TemporaryMobileSubscriberIdentity），只有MSC和“牛魔王”知道MSISDN和TMSI的對應關系，還可以時不時更換，增加“牛夫人”猜測的難度。GSM協(xié)議規(guī)定，如果MSC使用TMSI尋呼失敗，可以嘗試使用IMSI尋呼，取決于運營商策略。第二，“尋呼范圍”多大合適呢？這好像是句廢話，如果MSC樂意，“尋呼范圍”當然可以是MSC服務范圍，這稱為Global尋呼。不過，這也意味著MSC用戶容量受限于空口（和業(yè)務模型），不合理。因此，GSM協(xié)議將MSC服務范圍劃分為若干個LA（LocationArea，位置區(qū)），在MS附著時，MSC將MS所在LA記錄下來，MS有來電（或MT短信）時在對應LA尋呼即可，這稱為Local尋呼。如果Local尋呼失敗，可以嘗試Global尋呼，取決于運營商策略。由此帶來的問題是，如果MS移動到新的LA，需要向MSC報告一下，否則MSC在舊的LA找不到MS。因此，空閑模式的MS駐留到新的小區(qū)時，如果新的LA和舊的LA不一樣，會向MSC發(fā)送LocationUpdate——這個過程稱為“位置更新”。反過來，空閑模式的MS在同一LA的小區(qū)間移動，不會向MSC發(fā)送任何東西，MSC不知道MS具體在哪個小區(qū)（所以才需要尋呼）。另一個極端，如果MS移動出MSC服務范圍，LocationUpdate會被新的MSC收到，新的MSC需要向HLR報告一下，否則呼叫會接續(xù)到舊的MSC，也找不到MS。由上可見，LA規(guī)劃是一件復雜的事，需要考慮用戶分布、話務模型和移動模型等因素。如果LA范圍太大，包含用戶數(shù)量過多，容易出現(xiàn)尋呼擁塞（尋呼需求過多）；如果LA范圍太小，位置更新次數(shù)過多，又會增加信令負荷，且可能影響用戶感知（流程沖突導致業(yè)務失?。o論LA范圍多大，應盡量選擇人員移動較少的地方作為邊界。

從高層角度看（上帝視角），尋呼的信令很簡單，一來一回就兩條消息。MSC向選擇LA（MS所在LA，或MSC所有LA）的所有MS發(fā)送Paging，對應MS返回PagingResponse。不過，MSC自己是無法廣播的（畢竟是Core，這種粗活怎么能干，要保持優(yōu)雅），只能將Paging發(fā)送給BSC，由BSC控制基站（BTS）進行廣播。MSC知道LA和BSC的對應關系，而BSC知道LA和小區(qū)的對應關系。

在CSFB中，終端（UE）平時待在EPS（EvolvedPacketSystem），通話（MO或MT）時才回到CS（CircuitSwitching）網(wǎng)絡，移動性管理主要依賴EPS。終端在EPS進行“聯(lián)合”（Combined）的附著和位置更新，這可以理解為，MME（MobilityManagementEntity）通過SGS接口“模擬”終端通過A接口進行附著和位置更新。MSC記錄終端所在MME。MSC觸發(fā)尋呼流程時，向MME（而不是BSC）發(fā)送Paging，終端返回ExtendServiceRequest作為響應，MME指示終端“Fallback”到CS（示圖沒有呈現(xiàn)），最后終端在CS返回PagingResponse，后續(xù)流程和CS相同。和CS的LA相似，EPS有TA（TrackingArea，跟蹤區(qū)）。終端聯(lián)合附著或位置更新時，MME根據(jù)TA-LA映射關系找到對應MSC。終端回落CS后，MME失去對終端的控制，后續(xù)的事情MME就一無所知了。由于TA和LA不可能完全重疊，終端在MSCPOOL邊界收到Paging（EPS），回落CS后，可能重選另一個MSCPOOL的小區(qū)，PagingResponse（CS）被另一個MSC接收，需要MTRF（MobileTerminatingRoamingForward）或MTRR（MobileTerminatingRoamingRetry）來拯救呼叫，這里不展開了。這一篇談GSM尋呼的實現(xiàn)。從高層角度看，尋呼由MSC觸發(fā)，但從底層角度看，MS接收的信號來自于BTS。MSC管不著，也不想管BTS，于是MSC將尋呼請求（客氣一下，其實是要求）傳遞給BSC，BSC再指揮BTS進行尋呼廣播。MSC根據(jù)LA（MS所在LA，或MSC所有LA）確定BSC，BSC根據(jù)LA確定BTS（和小區(qū)），示圖只畫了1個BSC和1個BTS，實際上，MSC每生成1個尋呼請求，都會有多個BSC和BTS參與——所謂“領導張張嘴，下屬跑斷腿”啊。GSM引入尋呼，是因為MS會移動。因此，在“概念”上尋呼是一個MM（MobilityManagement）過程。不過，空閑模式的MS和MSC之間沒有NAS信令連接（沒對上眼），MSC向BSC發(fā)送的Paging不是DTAP（DirectTransferApplicationPart）消息（類似于NAS消息），而是BSSMAP（BSSManagementApplicationPart）消息。相似的，BSC和MS之間一開始也沒有RR連接，MS確認MSC找的是自己后（尋呼ID匹配），才構成（L3的）PagingRESP，請求建立RR連接，并返回PagingRESP。

在空中接口，MS在PCH（PagingChannel，尋呼信道）接收尋呼。由于尋呼廣播需要被小區(qū)所有MS聽到，PCH映射到“公用”的CCCH（CommonControlChannel，公共控制信道）。反過來，只有網(wǎng)絡“呼喚”的MS返回PagingRESP，此時需要“專用”的SDCCH（StandAloneDedicatedControlChannel，獨立專用控制信道）——誰讓我是“天選之子”呢。在MS和BSC之間，被“呼喚”的MS通過RACH（RandomAccessChannel，隨機接入信道）向BTS發(fā)送ChannelRequest，BTS再向BSC發(fā)送ChannelRequired，以請求SDCCH資源。BSC確認信道資源準備后（ChannelActivation和ChannelActivationACK），向BTS發(fā)送ImmediateAssignCommand，BTS再通過AGCH（AccessGrantChannel，接入許可信道）向MS發(fā)送ImmediateAssignment，以指派SDCCH資源。在BSC和MSC之間，BSC會向MSC發(fā)送CR（ConnectionRequest），請求建立SCCP（SignalingConnectionPart）連接，同時攜帶（L3的）PagingRESP給MSC。

這里重點關注空口。MS待在空閑模式是可以省電，但如果接不了電話，就只是一塊磚頭。因此，MS需要持續(xù)的監(jiān)聽PCH，以確定是否有自己的來電（尋呼）。問題是，MS無法預知來電（尋呼）的時間（要是能知道，去干算命多好），如果一直豎著耳朵聽，也不比專用模式輕松多少。由上，對于特定的MS來說，PCH分布必然不是連續(xù)的，這樣MS才有歇息的機會。不過，MS歇太久也不合適，接續(xù)時間過長會影響（MO）用戶的感知（你丫死哪兒去了？）。在說PCH之前，簡單說一下GSM的幀結構。GSM應用TDMA（Time-DivisionMultipleAccess，時分復用）技術，1個TDMA幀包含8個時隙，對應8個物理信道。1326個TDMA幀構成1個超幀，包含51個26復幀，或26個51復幀（26x51=1326）。26復幀時間間隔為120ms，用于TCH（SACCH/T）和FACCH等業(yè)務信道，51復幀時間間隔約為235ms，用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道?？刂菩诺赖挠成潢P系如上圖所示。將51復幀每一個TDMA幀的同一時隙（比如TS0）抽出來，構成一行（1個物理信道）。由于控制信道的交織機制（為了對抗干擾），BCCH、CCCH、SDCCH和SACCH橫跨4個TDMA幀。以第一行為例，共包含5個F（頻率校正脈沖序列）、5個S（同步脈沖序列）、1個B（BCCH，廣播信道）、9個C（CCCH，公共控制信道）和1個N，共5+5+4+4x9+1=51時隙。如果CCCH使用1個物理信道，且不與SDCCH共用，1個BCCH復幀包含9個CCCH塊（藍色格子）；如果CCCH使用1個物理信道，且與SDCCH共用，1個BCCH復幀包含3個CCCH塊。

不是所有CCCH都用于PCH，還要預留一些給AGCH（準許接入信道）。BTS通過AGCH指配SDCCH或TCH（TrafficChannel，業(yè)務信道），如果沒有AGCH，別說語音無路（TCH）可走，尋呼響應（SDCCH）都無法返回，這系統(tǒng)也沒啥用了。通過系統(tǒng)參數(shù)CCCHCONF（公共控制信道配置）和BSAGBLKRES（準許接入保留塊數(shù)），MS可以確定PCH的CCCH塊數(shù)量：如果CCCHCONF為'001'，1個BCCH復幀包含9個CCCH塊，PCH的CCCH塊數(shù)量為9–BSAGBLKRES；如果CCCHCONF不為'001'，1個BCCH復幀包含3個CCCH塊，PCH的CCCH塊數(shù)量為3–BSAGBLKRES。1個51復幀的PCH數(shù)量有限，協(xié)議又定義了系統(tǒng)參數(shù)BSPAMFRMS（尋呼信道復幀數(shù)），編碼為'001'~'111'，分別表示2~9個51復幀。由此，CCCHCONF、BSAGBLKRES和BSPAMFRMS定義了一個PCH集合，包含PCH數(shù)量為((9or3)–BSAGBLKRES)xBSPAMFRMS。以上圖為例，如果CCCHCONF不為'001'，BSAGBLKRES為2，BSPAMFRMS為6，集合包含的PCH數(shù)量為(9–2)x6=42。

如果要求MS監(jiān)聽每一個PCH，就沒必要定義集合了。盡管PCH分布不是連續(xù)的，但間隔時間還是太短，MS剛瞇一會兒又得豎起耳朵，省不了多少電。因此，GSM引入DRX（DiscontinuousReception，不連續(xù)接收）概念，在一個PCH集合中，MS只需要監(jiān)聽1個PCH，在其他時候可以“打盹兒”（測量另說）。更具體的，PCH集合劃分為若干個尋呼組（PagingGroup），每組對應1個PCH，稱為尋呼子信道。MS確定自己的尋呼組，就可以只在對應的尋呼子信道監(jiān)聽。

打個比方，“牛魔王”住在一個大院（小區(qū)）里，每天（PCH集合）都去傳達室，看看“小甜甜”有沒有來信（尋呼），大多數(shù)時候會空手而歸。傳達室大爺看“牛魔王”這么折騰，告訴他每周五（某個尋呼子信道）去一趟就好，傳達室收到給“牛魔王”的信，先保存好，等周五再交給“牛魔王”。大院里的其他人（用戶），比如“牛夫人”，告訴她別的天（其他尋呼子信道）去就好。如果大院里人太多，有些人只能安排在同一天（抽屜原理）——這些人就被劃入一個組（尋呼組）。這里有個小問題，網(wǎng)絡因為找不著MS，所以才尋呼MS——因此，大爺也不能見到“牛魔王”才告訴他，雙方需要提前約定。GSM的實現(xiàn)方式，是利用IMSI進行分組——PagingGroup=(IMSImod1000)modN——N表示尋呼子信道的總數(shù)。對于特定的某一次尋呼，BSC和MS使用相同的IMSI計算，獲得相同的PagingGroup，可以確保MS的尋呼在同一尋呼子信道發(fā)送和接收（3GPPTS05.02表達有點復雜，尋呼所在幀號FN滿足PagingGroupdiv(NdivBSPAMFRMS)=(FNdiv51)modBSPAMFRMS），尋呼在復幀內的索引PagingBlockIndex=PagingGroupmod(NdivBSPAMFRMS)）。另外，根據(jù)IMSI分組，可以均衡PCH的負荷，因為如果用戶數(shù)足夠大，各尋呼組的用戶數(shù)相近。通常來說，一個LA用戶數(shù)量可以達到數(shù)十萬，即使分到若干個尋呼組，單個尋呼子信道的“負擔”也挺重的。幸好，一個尋呼子信道（CCCH塊）可以同時攜帶（同一尋呼組）多個用戶的尋呼，由于IMSI占用位數(shù)比TMSI大，如果全部使用TMSI尋呼，在空中接口，可以比IMSI多一倍容量。不過，無論尋呼ID是IMSI還是TMSI，在A接口，MSC都會將IMSI發(fā)送給BSC，用于計算MS的尋呼組。

由上可見，BSPAMFRMS定義了尋呼子信道的循環(huán)周期。在一個小區(qū)中，如果用戶數(shù)量（和話務模型）是確定的，BSPAMFRMS越大，尋呼子信道數(shù)量越多，每個尋呼子信道分配的用戶越少。反過來，BSPAMFRMS越小，尋呼子信道數(shù)量越少，每個尋呼子信道分配的用戶越多。這么看來，BSPAMFRMS越大越好，盡管不會增加總體尋呼容量，但可以避免尋呼擁塞。不過，凡事都有兩面，循環(huán)周期過大，也會增加尋呼到達MS時長，最終影響接續(xù)時長。沿用前面的例子，如果“小甜甜”周四來信，“牛魔王”周五來正好，如果“小甜甜”周六來信，得過好幾天才能到“牛魔王”手里。如果BSPAMFRMS再大一點，比如說，“牛魔王”每4周才來看一次，平均時延會增加很多。由上，BSPAMFRMS配置需要綜合考慮尋呼負荷和用戶感知，不能過大（增加尋呼時延，增加接續(xù)時延），也不能過小（導致尋呼擁塞，降低接續(xù)成功率）。

最后，網(wǎng)絡只能盡力“呼喚”MS，至于MS聽不聽得到，響應回不回得來，就只能看“緣分”了（佛性尋呼）。因為無線環(huán)境變化很快，尋呼又講究“時機”，失敗是常有的事。MSC在發(fā)送Paging時啟動定時器T3113，在收到PagingRESP時終止T3113——如果T3113超時，MSC判定為尋呼失敗。如果第一次尋呼失敗，MSC可以再次發(fā)送Paging，并重啟T3113。對MSC來說，重發(fā)尋呼和初次尋呼對應同一次MT業(yè)務（語音或短信），兩者存在關聯(lián)，而對BSC和BTS來說，此時還沒有MS的“記憶”（沒有SCCP連接和RR連接），視重發(fā)尋呼為一次獨立的尋呼（Thisisthenewshit…），反正分辨初次尋呼和重發(fā)尋呼也沒什么意義。MSC增加尋呼重發(fā)的次數(shù)，可以提高最終的尋呼成功率（R10），但尋呼時延和接續(xù)時延會相應增加。在實際網(wǎng)絡中，MSC通常只會重發(fā)一次。有的廠家支持配置多次重發(fā)，但增益不會很明顯——這就好像你找一個人，第一次有回應的可能性最大，往后可能性會越來越小，多喊幾次也不會有多大幫助。NR的尋呼機制（三）這一篇談GPRS的尋呼（沒想到吧，我就是這么無聊）。本文參考了愛老師的《GPRS網(wǎng)絡信令實例詳解》，本人水平有限，有些地方理解不到位，請讀者以愛老師為準。在進入尋呼主題之前，先簡單介紹一下GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分組無線服務）。GSM設計初衷是提供“移動語音”業(yè)務，GPRS可視為GSM的“補丁”，為GSM用戶提供“移動數(shù)據(jù)”業(yè)務——通俗的說，就是“上網(wǎng)沖浪”（2G沖浪）。傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡的目標是為MS建立話音通道，而GPRS的目標是為MS建立數(shù)據(jù)通道。

語音業(yè)務的特點是“連續(xù)”和“獨占”，MS通話期間連續(xù)占用1個語音通道（即使用戶沒在說話，此時MS通過DTX省電），（TCH）資源需求固定；數(shù)據(jù)業(yè)務的特點是“突發(fā)”和“共享”，（PDTCH）資源需求不固定，MS不一定連續(xù)占用資源（比如WEB業(yè)務，頁面下載完成后，用戶會瀏覽一會兒，此時MS和網(wǎng)絡不一定交互），但需求有時較大，有時較小（取決于訪問內容）。語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務的特點不同，為了充分利用網(wǎng)絡資源，兩種通道使用不同的交換方式，傳統(tǒng)GSM是典型的CS（CircuitSwitching，電路交換）網(wǎng)絡，而GPRS是PS（PacketSwitching，分組交換）網(wǎng)絡。

GPRS利用傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡的無線部分（BSC和BTS，麻煩擠一擠），新增獨立的PS核心網(wǎng)絡（SGSN和GGSN）。為了避免混淆，以下GSM特指傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡的無線部分，CS和PS分別表示語音業(yè)務的“電路域”和數(shù)據(jù)業(yè)務的“分組域”。在PS中，為了實現(xiàn)CN（SGSN）和RAN（BSS）的對接，BSC需要新增處理分組（Packet）的“技能包”——PCU（PacketControlUnit）。PS網(wǎng)絡就像一個“局域網(wǎng)”（LAN），GGSN是“局域網(wǎng)”的邊界（網(wǎng)關），MS想到“外面的世界”看一看，關鍵是建立MS到GGSN的通道（PDP），GGSN會實現(xiàn)MS和外部PDN（ExternalPacketDataNetwork）之間的數(shù)據(jù)路由和轉發(fā)。MS和GGSN之間的一個通道，由一個PDP（PacketDataProtocol）上下文描述，包含一個分配給MS的PDP地址（UEIP）以及其他相關參數(shù)，比如公網(wǎng)DNS服務器的IP地址。在控制面（信令面），SGSN和GGSN都參與PDP上下文的創(chuàng)建和維護；在用戶面（業(yè)務面），SGSN和GGSN也都參與業(yè)務數(shù)據(jù)的轉發(fā)。MS要“上網(wǎng)”，得分兩步走。第一步，附著（Attach），MS和SGSN創(chuàng)建MM（MobilityManagement）上下文；第二步，激活PDP上下文（PDPContextActivation），MS、SGSN和GGSN創(chuàng)建PDP上下文。簡單的說，MS先和SGSN說的上話（建立控制面通道，NAS信令連接），才能和GGSN說的上話（建立用戶面通道，PDP上下文）。PDP狀態(tài)和MM狀態(tài)獨立，但受限于MM狀態(tài)——如果MM狀態(tài)為IDLE，網(wǎng)絡完全不知道MS在哪兒，更不可能有PDP上下文，PDP狀態(tài)必然為INACTIVE。在控制面（或信令面），MS和SGSN之間的層3消息（GMM/SM）通過LLC（LogicalLinkConnection）實現(xiàn)可靠傳輸。在SGSN和BSS（參照協(xié)議，這里將BSC和BTS合并為BSS呈現(xiàn)）之間，LLCPDU由BSSGP（替代CS的BSSMAP）承載。在BSS和MS之間，GPRS借用局域網(wǎng)的協(xié)議分層，增加RLC（RadioLinkControl）和MAC（MediumAccessControl），底層沿用GSM的協(xié)議棧（開始出現(xiàn)EPS和NR的雛形）。在用戶面（或業(yè)務面），MS和GGSN之間的業(yè)務數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN轉發(fā)。在SGSN和GGSN之間，業(yè)務數(shù)據(jù)通過GTP-U（GPRSTunnellingProtocol–User，這名字夠直白的）傳輸。在MS和SGSN之間，和控制面相似，業(yè)務數(shù)據(jù)也通過LLC實現(xiàn)可靠傳輸，只是在LLC之上增加SNDCP（SubnetworkDependenceConvergenceProtocol），實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)的分段/重組和壓縮/解壓。在LLC之下，用戶面和控制面協(xié)議棧完全相同，這意味著，無論是控制面的層3消息，還是用戶面的業(yè)務數(shù)據(jù)，都會封裝為LLCPDU傳輸，底層不進行區(qū)分——一個間接的“證據(jù)”是，在Um接口，承載LLCPDU的“RLC/MAC塊”都是“RLC/MAC數(shù)據(jù)塊”，不是“RLC/MAC控制塊”。

言歸正傳。

PS為啥需要尋呼呢？和CS一樣，是為了節(jié)省MS能源和網(wǎng)絡資源。MS和網(wǎng)絡（SGSN）之間的連接不能一直保持，有時網(wǎng)絡（SGSN）不知道MS具體位置（小區(qū)），就需要“廣播找人”。從MS角度看，在CS中，根據(jù)RR連接（SDCCH）是否存在，MS工作模式分為空閑模式（IdleMode）和專用模式（DedicatedMode）；相似的，在PS中，根據(jù)RR連接（TBF）是否存在，MS工作模式分為分組空閑模式（PacketIdleMode）和分組傳輸模式（PacketTransferMode）。

把CS和PS合并考慮，則稍微復雜一些。按照MS的服務能力，可分為三種類型：ClassA、ClassB和ClassC。簡單的說，ClassA支持同時打電話（CS）和上網(wǎng)（PS）；ClassB打電話時不能上網(wǎng)，上網(wǎng)時不能打電話；ClassC只能打電話或上網(wǎng)。如果MS同時進行CS和PS業(yè)務，則處于DualTransferMode，簡稱DTM。ClassA用戶體驗好，但實現(xiàn)也較為復雜（成本高），大部分MS都是ClassB。由上，ClassA的MS有4種工作模式（組合）：Idle/PacketIdle、Dedicated（CS）、PacketTransfer（PS）、DualTransfer（CS+PS）。根據(jù)CS和PS業(yè)務發(fā)生的順序，MS先進入Dedicatedmode或PacketTransfermode，再從Dedicatedmode或PacketTransfermode進入DualTransfermode。ClassB（或所在網(wǎng)絡不支持DTM的ClassA）少一種工作模式（DTM）。RR連接存在于MS和BSS的RR實體之間，對SGSN不可見。SGSN和MS需要維護更高層的MM（MobilityManagement）狀態(tài)。和CS不同，PS有三種MM狀態(tài)：Idle、Standby和Ready。在PS中，（Packet）Idle表示MS沒有附著，網(wǎng)絡對MS狀態(tài)一無所知，更談不上尋呼了。因此，這里只關注Standby和Ready，簡單的說，Standby表示MS已經(jīng)附著，SGSN和MS已經(jīng)建立MM上下文，但（LLC）連接不存在；Ready表示（LLC）連接存在，SGSN知道MS的具體小區(qū)，SGSN和MS之間可以傳輸LLCPDU。由于SGSN無法感知RR連接狀態(tài)，MM狀態(tài)和RR工作模式并不總是“同步”。如果忽略CS，SGSN只在（MM）Standby狀態(tài)發(fā)送（PS）尋呼，MS只在（RR）PacketIdle模式監(jiān)聽（PS）尋呼。對于特定的MS，如果SGSN的MM狀態(tài)為Ready，以下三種場景會轉變?yōu)镾tandby：1、SGSN和MS之間長時間沒有傳輸LLCPDU，Ready定時器超時（Readytimerexpiry）；2、SGSN強制進入Standby（Forcetostandby，主動轉變）；3、RLC異常（AbnormalRLCCondition，被動轉變）。反過來，如果SGSN的MM狀態(tài)為Standby，SGSN接收到MS發(fā)送的任意LLCPDU（除了NullLLCframe），MM狀態(tài)轉變Ready——這個LLCPDU通常是對尋呼的響應，但不再顯性的叫“PagingResponse”，好比“小甜甜”呼喚“牛魔王”，“牛魔王”不一定回“到”，回“親愛的”、“乖乖”、“死樣”都可以。

由上可見，在PS中，尋呼是由CN，即SGSN觸發(fā)的（CNInitiated）。在CS中，尋呼標識可為TMSI或IMSI，由于TMSI是MSC分配的，SGSN不知道，使用自己分配的P-TMSI（PS的TMSI）替代。P-TMSI長度也為32，最高位（MSB）為“11”，以和CS的TMSI區(qū)分。和TMSI相似，如果SGSN組成SGSNPOOL，P-TMSI一部分用于表示NRI（NetworkResourceIdentity）。SGSN和MS基于P-TMSI生成（Local和Foreign）TLLI（TemporaryLinkLayerIdentity），作為LLC的用戶標識。和CS不一樣，在PS中，IMSI尋呼用于錯誤恢復（ErrorRecovery），如果網(wǎng)絡錯誤導致P-TMSI不可用，網(wǎng)絡可以觸發(fā)IMSI尋呼。如果MS收到IMSI尋呼，應停止T3346，在本地去激活所有PDP，并進行Detach和Re-Attach。這就好像你媽平常都喊你小名（P-TMSI），有一天突然喊你大名（IMSI），你馬上意識到出了什么狀況，立馬停下手里的事（DeactivatePDP和Detach），向老媽報到（Re-Attach）。在CS中，尋呼范圍是MS所在LA（LocationArea，位置區(qū)）。相似的，在PS中，尋呼范圍是MS所在RA（RoutingArea，路由區(qū)）。由于數(shù)據(jù)業(yè)務是“突發(fā)”的，MM狀態(tài)變更比CS頻繁，PS尋呼需求比CS會多一些，協(xié)議將RA定義為LA的子區(qū)域——一個LA可劃分為多個RA，RA的標識RAI（RoutingAreaIdentification）由LAI（LocationAreaIdentification）和RAC（RoutingAreaCode）構成。大概是PS用戶規(guī)模沒達到預期，現(xiàn)網(wǎng)大部分LA沒有劃分，只包含一個RA。在CS中，如果MS移動到新的LA，需要向MSC發(fā)送LocationUpdateRequest（位置區(qū)更新），如果移動到新MSC服務范圍，新MSC還會向HLR發(fā)送UpdateLocation。相似的，在PS中，如果MS移動到新的RA，需要向SGSN發(fā)送RoutingAreaRequest（路由區(qū)更新），如果移動到新SGSN服務范圍，新SGSN也會向HLR發(fā)送UpdateLocation。在CS中，GMSC（語音）或SMSC（短信）通過HLR找到MS所在MSC，在HLR更新MSC地址很重要，否則被叫業(yè)務（MT語音或MT短信）無法接續(xù)。在PS中，如果PDP上下文是MS主動建立的（ActivatePDPContextRequest），下行數(shù)據(jù)到達時，GGSN已有PDP上下文，不需要向HLR查詢就可以找到SGSN；如果下行數(shù)據(jù)（PDPPDU）到達時，GGSN沒有PDP上下文，GGSN向HLR查詢SGSN信息，通過SGSN要求MS啟動PDP上下文激活流程（RequestPDPContextActivation）——問題是，GGSN和HLR之間的Gc接口使用SS7（7號信令），而GGSN產(chǎn)品通?；诼酚善髌脚_開發(fā)，為了降低實現(xiàn)難度（省錢），大部分產(chǎn)品沒有實現(xiàn)Gc接口。一些“貌似”由網(wǎng)絡觸發(fā)PDP上下文建立的業(yè)務（比如說，彩信），實際是通過“帶外”方式（比如說，短信）通知MS，MS再觸發(fā)PDP上下文建立。

最后，CS和PS共用無線網(wǎng)絡，從高層角度看，MS的CS模塊和PS模塊捆綁在一起，移動性可以“聯(lián)合”管理——MS可以只向SGSN“報告”位置（RoutingAreaUpdateRequest），SGSN再通過Gs接口轉告MSC（LocationUpdateRequest），這稱為CombinedRA/LAUpdate，和CSFB的聯(lián)合位置更新相似（相應的，CS業(yè)務的尋呼經(jīng)Gs接口發(fā)送給SGSN，尋呼請求以PS方式發(fā)送給MS，尋呼響應以CS方式返回MSC）。在聯(lián)合位置更新中，MS向SGSN“報告”，而不是向MSC“報告”，原因是RA比LA小，選擇RAU而不是LU，可以及時反映MS位置變化。換個說法，聯(lián)合位置更新大概是這么回事：MS的CS模塊和PS模塊就像外出旅行的小兩口，為了讓家長（CN）放心，男方（CS）給婆家（MSC）打電話（LU），女方（PS）給娘家（SGSN）打電話（RAU），如果婆家（MSC）和娘家（SGSN）常有聯(lián)系（Gs接口），女方給娘家打電話，娘家再轉告婆家就可以了。現(xiàn)實是，婆家和娘家大多不怎么來往，相似的，Gs接口通常也沒有部署。NR的尋呼機制（四）這一篇談GPRS（PS）尋呼的實現(xiàn)。在Gb接口，PS尋呼請求通過BSSGP（對應CS的BSSMAP）發(fā)送給BSC，BSC指示BTS進行尋呼廣播，在相反方向，被“呼喚”的MS向SGSN發(fā)送任意LLCPDU作為尋呼響應。對于特定的MS，只有MM狀態(tài)為Standby，SGSN才會發(fā)送PS尋呼請求——由于SGSN和MS之間沒有連接，PS尋呼請求由PSPagingPDU攜帶，而不是DLUNIDATAPDU（封裝了下行LLCPDU，類似于CS的DTAP消息）。如果MM狀態(tài)為Ready，SGSN不會發(fā)送PS尋呼請求（沒有必要），但可能會發(fā)送（來自Gs接口的）CS尋呼請求，由CSPagingPDU攜帶。在Um接口，PS尋呼請求通過PPCH（PacketPagingChannel）發(fā)送，在相反方向，作為尋呼響應的LLCPDU通過PDTCH（PacketDataTrafficChannel）發(fā)送。如果和CS對照，PPCH和CS的PCH（PagingChannel）對應，屬于“公共”信道；PDTCH和SDCCH（StandAloneDedicatedControlChannel）對應，屬于“專用”信道。相似的，MS通過PRACH（PacketRandomAccessChannel，對應RACH）請求PDTCH資源（ChannelRequest），BSS通過PAGCH（PacketAccessGrantChannel，對應AGCH）指派PDTCH資源（PacketUplinkAssignment）。

由上可見，PS尋呼和CS尋呼實現(xiàn)整體相似，最明顯的差異是尋呼響應，以及返回的方式。在CS中，尋呼響應是層3消息（PagingResponse），通過特定的控制信道（SDCCH）發(fā)送；在PS中，尋呼響應可以是任意LLCPDU（除了NullLLCPDU），無論是層3消息還是業(yè)務數(shù)據(jù)，在底層都以相同的方式傳送。更具體的，在PS中，MS和BSS的RR實體之間，需要建立MS到BSS的上行TBF，承載作為尋呼響應的LLCPDU。

TBF（TemporaryBlockFlow）是RR實體之間的邏輯連接，只在數(shù)據(jù)傳送時存在。在某種程度上，TBF有一點像EPS（EvolvedPacketSystem）的RB（RadioBearer，無線承載）——只是GPRS還沒有PDCP（PacketDataConvergenceProtocol）實體。TBF都是單向的，根據(jù)傳送方向（上行/下行）和TFI（TemporaryFlowIdentity，取值為0~31）區(qū)分。在CS中，一個MS只占用一個物理信道（SDCCH或TCH），反正多了也沒用，在PS中，一個MS可能占用多個物理信道，具體表現(xiàn)是TBF可能對應多個PDTCH，如果網(wǎng)絡樂意，可以把物理信道資源都給一個用戶，以提升單個用戶的速率——廣告上的峰值速率都是這么算出來的。

在PS中，多個MS也可以共享同一物理信道（大丈夫，能伸能屈）。更具體的，MS在ChannelRequest攜帶標識自己的隨機數(shù)（RandomNumber），然后監(jiān)測PAGCH，等待上行資源分配，如果PacketImmediateAssignment攜帶的隨機數(shù)和自己匹配，則認為獲得“不完全”授權。接著，MS根據(jù)PacketImmediateAssignment攜帶的TN（TimeslotNumber）和USF（UplinkStateFlag）監(jiān)測下行鏈路，如果對應TN的下行塊包含分配的USF，則認為獲得“完全”授權，在上行方向對應TN發(fā)送數(shù)據(jù)?？梢钥吹?，GPRS開始出現(xiàn)“上行調度”的影子。

如果ChannelRequest的建立原因（EstablishmentCause）為SingleBlockPacketAccess（二次接入方式），PAGCH分配的上行資源會用于上報MS能力（MSCapability，比如支持多時隙），BSS根據(jù)MS能力，通過PACCH再次分配上行資源（包括TLLI、ARFCN、TN、TFI和USF）。如果ChannelRequest的建立原因為OnePhasePacketAccess（一次接入方式），則沒有這兩步，過程如上文所述。從上往下看，在MS側，如果LLCPDU（包含LLChead、LLCpayload和FCS）較大，先分段，然后封裝為多個“RLC/MAC數(shù)據(jù)塊”（包含RLC/MAChead和RLC/MACpayload）,再由TBF對應的PDTCH傳送。再往下，每個PDTCH對應一個“無線塊”（RadioBlock）——在PS中，無線資源的分配單位就是“無線塊”。那么，“無線塊”是什么呢？在GSM中，用于PS的物理信道（時隙）稱為PDCH。和CS的51復幀（控制）或26復幀（業(yè)務）不同，PS使用52復幀（控制+業(yè)務）。如果把連續(xù)4幀的同一時隙抽取出來，就構成1個“無線塊”——每個“無線塊”包含4個NormalBurst（常規(guī)突發(fā)脈沖序列），最多攜帶114x4=456位信息。52復幀包含12個“無線塊”（B0~B11）。剩余52–4x12=4幀，2幀（X）為IdleFrame（空閑幀），用于識別鄰區(qū)BSIC（BaseStationIdentityCode），進行干擾測量，2幀（T）為PTCCH（PacketTimingAdvanceControlChannel），用于傳送TA（時間提前）信息。除了PDTCH，前面提到的各種PS邏輯信道，包括PPCH，也各對應一個“無線塊”，具體信道類型可由“RLC/MAC塊”頭部和RLC/MAC控制消息類型確定——PRACH除外（在各種移動通信系統(tǒng)中，隨機接入信道總是與眾不同，因為攜帶的是“信號”（隨機接入突發(fā)脈沖），而不是“數(shù)據(jù)”（常規(guī)突發(fā)脈沖））。由上，PS也有一套獨立的邏輯信道，分為業(yè)務信道和控制信道。業(yè)務信道包括上行的PDTCH/U和下行的PDTCH/D，用于傳送LLCPDU。控制信道包括PBCCH（PacketBroadcastControlChannel）、“公用”的PCCCH（PacketCommon