Overview of Location Management for Current Cellular and PCS

1. Overview of Location Management for Current Cellular and PCS 발표자 : 이진우

2. Table of Contents • 1. PCS or Cellular Architecture • 2. Location Management • 2.1 Location Registration • 2.2 Call Delivery • 3. Location Registration and Call Delivery Research • 3.1 Centralized Database Architectures • 3.2 Distributed Database Architectures • 4. Location Update and Terminal Paging Research • 4.1 Location Update Schemes • 4.2 Terminal Paging Schemes

3. 1. PCS or Cellular Architecture • ▪ Two level data structure : • - HLR (home location register) : 모든 가 • 입자에 관련된 정보가 저장 • - VLR ( Visit location register) : 관련된 • 영역을 방문하는 MT의 정보를 저장 • ▪ 각각의 셀에 하나의 base station (BS) • ▪연속된 몇 개의 셀들은 하나의 Mobile • Switching center (MSC) 연결 • ▪Signal System 7(SS7) : the protocol used • for signaling exchange • ▪ Signal Transfer Point (STP) : Network의 • routing을 담당하며 call의 routing 정보 • 를 확인한 다음 목적지로 전송 Figure 2 : PCS 망의 구조

4. 2. Location management • ▪ Tracks and locates the MT for delivery of incoming calls • ▪ Two methods : • 1) The Electronic and Telephone Industry Associations EIA/TIA • Interim Standard 41 (IS-41) • 2) The Global System for Mobile Communication Mobile Application Part • (GSM MAP) • ▪ Location registration (location update) : querying and storing • information in location database when MT enters the new LA • ▪ Call delivery : sending paging signals to locate the user within the • network when incoming call

5. Figure 1 :Location management operation

6. 2.1 Location Registration (cont.) • ▪ Location update : Reporting MT’s current location to the network • ▪ Location registration 과정을 통해 주기적으로 database 를 update • ▪ When a MT enters an LA : • - In case of same VLR : Updating only VLR • - In case of different VLR : Requiring a number of extra steps

7. 2.1 Location Registration • < Location Registration Procedures > • 1. MT transmits a location update message to the new BS • 2. The BS forwards the location update message to the MSC which launches a registration query to its associate VLR • 3. The VLR updates its record on the location of the MT and sends • a location registration message to the HLR • 4. The HLR authenticates the MT and records the ID of the new serving VLR of the MT and sends a registration acknowledgement message to the new VLR • 5. The HLR sends a registration cancellation message to the old VLR • 6. The old VLR removes the record of the MT returns a cancellation acknowledgement message to the HLR

8. Figure 3, 4 Figure 3:Location Registration Procedures Figure 4:Call Delivery Procedures

9. 2.2 Call Delivery (cont.) • ▪ Two major steps : • - Determining the serving VLR of the called MT • - Locating the visiting cell of the called MT • ▪ Paging • - MT에 호가 오면 마지막으로 등록된 MT의 위치를 기준으로 가까운 위치에 cells에게 polling signal을 보내서 단말기의 정확한 위치를 파악하게 하는 과정

10. 2.2 Call Delivery • < Call Delivery Procedures > • 1. The calling MT sends a call initiation signal to the serving MSC of the MT • through a nearby BS • 2. The MSC determines the address of the HLR of the called MT by global title • translation and sends a location request message to the HLR • 3. The HLR determines the serving VLR of the called MT and sends a route • request message to the VLR . This VLR then forwards the message to the MSC • serving the MT • 4. The MSC allocates a temporary identifier called temporary local directory • number (TLDN) to the MT and sends a reply to the HLR • 5. The HLR forwards this information to the MSC of the calling MT • 6. The calling MSC requests a call setup to the called MSC through the SS7 • network

11. 3. Location Registration and Call Delivery Research • ▪ As the number of mobile subscribers keeps increasing, the volume of signaling traffic generated by location management is extremely high •  Need Methods for reducing the signaling traffic • ▪ Two categories : • 1) Schemes based on centralized database architectures inherited from the IS-41 standard • 2) Schemes based on distributed database architectures

12. 3.1 Centralized Database Architectures (cont.) • 4.1.1 Dynamic Hierarchical Database Architecture • ▪ Based on that of the IS-41 standard with the addition of a • new level of database called directory registers (DRs) • ▪각각의 MT는 유일한 포인터 설정과 local pointer , direct remote , indirect remote 의 세가지 형태의 pointer를 가짐. • ▪ DR의 주된 기능은 서비스 영역에 있는 MT들에 대해 주기적으로 location pointer configuration 을 계산 하고 저장 • ▪Calling MT 지역의 DR에 pointer를 설정함으로써 call delivery에 대한 signaling overhead를 줄임 • ▪HLR은 DR의 ID를 설정함으로써 MT가 이동할 때 DR의 pointer만 갱신하기 때문에 location registration 대한 signaling overhead를 줄임

13. 3.1 Centralized Database Architectures (cont.) • 4.1.2 Per-User Location Caching • ▪ The volume of signaling and database access traffic for locating an MT can be reduced by maintaining a cache of location information at a nearby STP • ▪ MT가 cache에 존재할 때 Under the same VLR  hit Moved to another location miss •  IS-41 call delivery scheme • MT가 cache에 없을 때 IS-41 call delivery scheme • ▪ miss 수를 줄이기 위해서 특정 시간 (T-threshold) 후에 cached entries 을 초기화 • 4.1.3 User Profile Replication • ▪ Local database 에 user profiles을 복사함으로써 먼 거리 호 발생시 HLR query 없이 called MT를 찾는 방식 • ▪MT가 다른 위치로 이동할 경우 MT의 user profile에 모든 사본들을 갱신하여야 하기 때문에 높은 signaling overhead를 발생하는 단점

14. 3.1 Centralized Database Architectures • 4.1.4 Pointer Forwarding • ▪ MT가 다른 VLR 지역으로 이동할 경우마다 HLR에 위치 변화를 보고하는 대신에 이전 VLR에서 새로운 VLR로 pointer를 간단히 설정함으로써 reporting을 제거 • ▪MT를 locating 하는 최소한의 delay를 위해 pointer 길이 threshold설정 • 4.1.5 Local Anchoring • ▪ MT에 근접한 VLR에 local anchor를 둠으로써 location registration에 대한 signaling traffic을 감소 • ▪Static local anchor : 최근의 call arrival 시에 VLR이 local anchor • ▪ Dynamic local anchor : Mobility와 call arrival을 기반으로 local anchor 설정

15. 3.2 Distributed Database Architectures • 3.2.1 A Fully Distributed Registration Scheme • ▪ Organized as a tree with the root and leaves • ▪많은 database들을 update 와 query 가 증가해서 location registration, call delivery 지연이 증가하는 단점 • 3.2.2 Partitioning • ▪ MT가 빈번하게 움직이는 location server을 그룹화 해서 partition • ▪같은 partition 안에서 location registration 을 하지 않기 때문에 signaling message 비용을 상당히 감소

16. 4. Location Update and Terminal Paging Research • ▪현재 IS-41의 문제점 • 1) 두 LA간의 경계를 빈번한 왕래하는 경우 location update가 증가되어 signaling traffic 증가 • 2) LA의 크기가 고정되어 MT의 트래픽 밀도와 이동속도의 변화에 따른 융통성 있는 운영이 어려움 • 3) MT의 mobility 를 전혀 고려 되지 않아 비효율성 • 4) Call arrival때 마다 LA내의 셀에 paging 하므로 broadcasting traffic을 초래 • ▪Location update 와 paging은 상대적인 관계 • - MT의 등록횟수가 많아지면 paging 횟수를 줄일 수 있지만 location update 로 인한 비용이 증가하고 반대로 location update 수를 늘리면 paging 비용이 증가.

17. 4.1 Location Update Schemes (cont.) • 4.1.1 Static Location Update • ▪ MT가 새로운 LA에 들어갈 때 마다 update함으로서 network이 MT의 가장 최근의 정보를 유지하는 것. • ▪ MT들의 mobility와 call arrival pattern 특성을 반영하지 않고 필요 이상의 location update 가 발생하여 무선 리소스 낭비. • 4.1.2 Dynamic Location Update • ▪정해진 cell에서 location update 하는 것이 아니라 미리 정해진 Threshold에 따라 location update을 수행하는 cell이 변화 • ▪Time-based location update : • - MT가 일정한 시간 간격 (∆T)에 따라 주기적으로 update. • - 위치가 변하지 않는 MT들에 대해서도 일정한 시간이 지나면 불필요한 • update, MT들의 mobility 을 반영하여 동적으로 적용할 수 있는 Time Threshold • 구현하기 어려움

18. 4.1 Location Update Schemes • ▪ Movement-based location update : • - MT는 cell 경계를 이미 정해진 수만큼 이동할 경우에 update • - 두 개의 cell 경계를 계속 왕복하는 MT에 대해서는 불필요한 update 로 • 성능 저하 • ▪Distance-based location update : • - 마지막 등록 위치에서 이미 정해진 거리를 초과하였을 경우에 update • - 다른 방법에 비해서 성능이 좋지만 MT가 이동할 때 마다 거리를 측정 • 해야 하므로 MT들의 다양한 call arrival을 반영하지 못하는 단점

19. 4.2 Terminal Paging Schemes • 4.2.1 Paging Under Delay Constraints • ▪ Network area가 분할되고 MT가 LA에 있을 확률 (probability)이 주어진 가정하에 최소한의 polling cost 얻을 수 있는 최적의 polling sequence • 4.2.2 Update Paging Under Delay Contraints • ▪ MT를 위치하는데 요구되는 시간을 이미 정해진 값(threshold)이거나 이보다 작은 시간이 되도록 paging delay 제한 • ▪ 최적한 threshold distance을 위치하기 위해 iterative algorithm 사용