孤岛型无线通信系统的网络结构.pdf

具体实施方式

如图1以及图2所示，移动电话20是用以对GSM系统进行语音资料
的传送与接收，其中，移动电话20又称为移动台(MS，Mobile Station)，
移动电话20储存移动用户拨号号码，即一般所称的手机号码。当移动电
话20欲接收来电或进行拨号时，GSM系统从本籍位置记录器72中，判
断移动电话20是置于那一个区域中(例如，基地台控制器60所控制的第一
区域LA1)，再由那一个基地台控制器指定其中一个收发基地台(例如，收
发基地台30)与移动电话20进行语音资料的传递与接收。其中，GSM系
统是包括下列设备：

收发基地台(Base Transceiver Station，BTS)，是直接与移动电话20
进行语音资料的传递与接收的设备，其中，每一收发基地台所服务的区域
(范围)称的为微细胞区域(cell)，而复数个微细胞区域组成一个区域。例如，
第一区域LA1包括收发基地台30、31、32、33、34以及35所服务的区域，
第二区域LA2包括收发基地台40、41、42、43、44以及45所服务的区域，
第三区域LA3包括收发基地台50、51、52以及53所服务的区域。

基地台控制器(Base Station Controller，BSC)，是用以控制一个区域
内的所有收发基地台的运作，使收发基地台能与移动电话20进行语音资
料传递与接收，并连接至移动资讯交换中心80以进行语音资料的传递与
接收。其中，每一个区域设有一区域代码(Location Area Identify，LAI)以
作为区域的识别，而移动电话20置于其中一个区域时，将储存对应至那
个区域的区域代码。

例如，基地台控制器用以控制第一区域LA1的每一收发基地台的运
作，而第一区域LA1内的移动电话20，储存对应至第一区域LA1的区域
代码；基地台控制器62用以控制第二区域LA2的每一收发基地台的运作，
而第二区域LA2内的移动电话20，储存对应至第二区域LA2的区域代码；
基地台控制器64用以控制第三区域LA3的每一收发基地台的运作，而第
三区域LA3内的移动电话20，储存对应至第三区域LA3的区域代码。

访客位置记录器(VLR，Visitor location Register)，是用以记录一个区
域内所有移动电话20的移动用户拨号号码，并提供其对应的基地台控制
器查询移动用户拨号号码的用途。例如，当移动电话20进入第一区域LA1
的范围时，访客位置记录器61即记录移动电话20的移动用户拨号号码；
当移动电话20离开第一区域LA1的范围时，访客位置记录器61即移除移
动电话20的移动用户拨号号码。如此一来，基地台控制器60仅需查询访
客位置记录器61的记录资料，即能得知移动电话20是否在第一区域LA1
的范围内。另外，访客位置记录器63记录第二区域LA2所有移动电话20
的移动用户拨号号码，并提供基地台控制器62作移动用户拨号号码的查
询；访客位置记录器65记录第三区域LA3所有移动电话20的移动用户拨
号号码，并提供基地台控制器64作移动用户拨号号码的查询。设备识别
记录器70(EIR，Equipment Identity Register)，每一移动电话20都具备有
独特的设备号码(IMEI，International Mobile Equipment Identity)，并于移动
电话20制造时，即由制造厂商所设定完成。当使用者第一次连结至GSM
系统时，GSM系统将移动电话20的设备号码记录在设备识别记录器70
中，以判断移动电话20目前的使用状况。其中，设备识别记录器70依移
动电话20的使用状况，将行动电话20分成三种等级：白名单(White list)，
使用状况正常的移动电话20；灰名单(Grey list)，被列为观察对象的移动
电话20；黑名单(Black list)：已遭偷窃的移动电话20或停止服务的移动
电话20。    

本籍位置记录器72(HLR，Home Location Register)，是用以储存静态
基本资料，例如使用者所申请的电信特别服务、特殊路由讯息、指定转接
号码等，本籍位置记录器72亦记录访客位置记录器61、访客位置记录器
63以及访客位置记录器65的相关资料以及各别所储存的移动用户拨号号
码。例如，当移动电话20从收发基地台30所服务的微细胞区域移动至收
发基地台40所服务的微细胞区域时，这表示移动电话20已由第一区域
LA1移动至第二区域LA2，所以基地台控制器60将访客位置记录器61所
记录的移动电话20的移动用户拨号号码移除；基地台控制器62新增移动
电话20的移动用户拨号号码至访客位置记录器63，本籍位置记录器72
将移动电话20的移动用户拨号号码的资料更新，由对应至访客位置记录
器61变更为对应至访客位置记录器63。

本籍位置记录器72所储存的移动用户拨号号码可被移动资讯交换中
心80或基地台控制器60读取，以便GSM系统能取得移动电话20目前所
在的区域。例如，基地台控制器60向访客位置记录器61查询移动电话20
的移动用户拨号号码，如果有回应，这表示移动电话20是置于第一区域
LA1；如果没有回应，则请求移动资讯交换中心80向本籍位置记录器72
查询移动电话20的移动用户拨号号码，如果本籍位置记录器72的资料显
示，移动电话20的移动用户拨号号码是对应至访客位置记录器63，这表
示移动电话20目前是位于第二区域LA2内。

认证中心74(Authentication Center，AUC)，是用以负责提供移动电话
20进行认证程序所须的参数。当移动电话20开机时，移动电话20以国际
移动用户辨识码(IMSI，International Mobile Subscriber Identify)、移动用户
拨号号码等资料，向GSM系统进行认证程序，GSM系统利用储存于认证
中心74的移动电话20相关的参数，对移动电话20进行身份的确认，等
移动电话20完成身份确认之后，依据既定的通信协定，予以移动电话20
一个暂时移动用户授权码(Temporary Mobile Subscriber Identify，TMSI)以
及区域代码，其中区域代码是对应至移动电话20目前所在的区域，上述
程序称为位置注册(Location Registration)。移动电话20将暂时移动用户授
权码以及区域代码储存起来，日后，移动电话20与GSM系统进行语音资
料的传递与接收前，需以暂时移动用户授权码以及区域代码，向GSM系
统先进行认证程序，直到完成认证程序后，才得以进行语音资料的传递与
接收的程序。

假设移动电话20由收发基地台30所对应的微细胞区域移动至收发基
地台35所对应的微细胞区域，由于皆位于第一区域LA1内，所以无须对
移动电话20进行位置资料更新的程序。然而当移动电话20由收发基地台
35所服务的微细胞区域移动至收发基地台40所服务的微细胞区域时，由
于移动电话20由第一区域LA1移动至第二区域LA2，所以移动电话20
需以暂时移动用户授权码、移动用户拨号号码以及区域代码，向GSM系
统进行位置资料更新的程序。此时，GSM系统将移动电话20的移动用户
拨号号码从访客位置记录器61移除，并新增至访客位置记录器63，并予
以新的区域代码(对应至第二区域LA2)，可想而知，本籍位置记录器72
所记录的资料亦会更新，此位置资料更新的程序称为位置更新(Location
Updating)。

移动资讯交换中心闸道76(Gateway MSC，GMSC)，与有线骨干78进
行连结，移动资讯交换中心80将移动电话20的语音资料传递至有线骨干
78并从有线骨干78接收有线的语音资料，以传递至移动电话20。

有线骨干78是指有线的网络架构，包括数字式整合服务网络
(Integrated Services Digil Network，ISDN)、公众交换电话网络(Public System
Telephone Network，PSTN)以及移动交换网络(Public Land Mobile
Network，PLMN)等，则GSM系统通过公众交换电话网络即能与有线电话
进行连结，或通过数字式整合服务网络而连接至较远的移动资讯交换中
心，或通过移动交换网络而与其他服务业者的GSM系统进行连结。

移动资讯交换中心80(Mobile Switching Center，MSC)为GSM系统的
主要连结中心，许多控制作过程序以及认证程序皆由移动资讯交换中心80
来执行以及确认。例如，移动电话20拨打一组号码时，假设访客位置记
录器61并无这组号码的记录，于是基地台控制器60请求移动资讯交换中
心80找寻这组号码，移动资讯交换中心80读取本籍位置记录器72所记
录的资料以进行资料对比，以决定该组号码的位置。所以，基地台控制器
60可能连结至基地台控制器64并与另一移动电话进行语音资料的传递与
接收，或可能连结至有线骨干78并与另一支有线电话进行语音资料的传
递与接收。

此外，基地台控制器60以及62的运作是由移动资讯交换中心80所
控制。由此可知，单一移动资讯交换中心可控制一个以上基地台控制器，
即其控制的范围可为一个区域以上。移动资讯交换中心80连结至移动资
讯交换中心闸道76以对有线骨干78进行语音资料的传递与接收，这使得
有线电话可以拨打电话至移动电话20，其他服务业的GSM系统的移动电
话亦可以拨打电话至移动电话20，反之亦然。

上述之中，已完整地描述GSM系统的架构。当GSM系统欲与移动电
话20建立语音资料的传送与接收时，GSM系统需先判断移动电话20所
在的区域，并指定适当的收发基地台与移动电话20进行无线连结。然而，
GSM系统判断移动电话20所在的微细胞区域并指定收发基地台与移动电
话20进行无线连结的方法，可为下列三种方式：第一种，每次皆由每一
收发基地台发出呼叫讯号并等待移动电话20的回应以判断移动电话20所
在的微细胞区域，并指定收发基地台与移动电话20进行无线连结，然而，
这将消耗GSM系统的资源而导致GSM系统效能低落；第二种，移动电话
20每到达一个微细胞区域，即进行一次位置更新的程序，使GSM系统更
新移动电话20目前所在的微细胞区域，然而，这将造成移动电话20与
GSM系统需进行太多的位置更新的程序，加重GSM系统与移动电话20
的负担；第三种，将许多收发基地台组合成一个区域，当移动电话20移
动到不同的区域时才进行位置更新的程序。其中，呼叫的程序是指同一区
域内的所有收发基地台发出呼叫的讯号。目前GSM系统的网络架构是采
用第三种方式。

由于移动电话20进行位置注册或位置更新程序之后，即进入待机状
态，GSM系统仅能得知移动电话20目前所在的区域，而无法确定其所在
的微细胞区域。如果GSM系统欲知移动电话20目前所在的微细胞区域，
仅有三种方式。第一种，周期性呼叫，为了确定移动电话20目前仍在线
上以及其所在微细胞区域，GSM系统会周期性呼叫移动电话20，周期之
间隔视实际需求而定，例如，30分钟。第二种方式，GSM系统主动呼叫，
这种方式一般发生在移动电话20有来电时。假设移动电话20目前是位于
收发基地台33所服务的微细胞区域内，当移动电话20有来电时，GSM系
统仅知移动电话20位于第一区域LA1内，于是，GSM系统令基地台控制
器60所控制的所有收发基地台，包括收发基地台30、31、32、33、34以
及35，同时对移动电话20执行呼叫的动作，并且等待移动电话20对收发
基地台的回应，此时，移动电话20对收发基地台33作出回应，则GSM
系统10确定移动电话20是位于收发基地台33所对应的微细胞区域内，
并利用收发基地台33与移动电话20进行语音资料的传递与接收。第三种，
移动电话20主动呼叫，这种方式一般发生在移动电话20进行拨号时。当
移动电话20进行拨号时，移动电话20通过收发基地台33向GSM系统请
求无线连结，而GSM系统通过收发基地台33以对移动电话20进行语音
资料的传递与接收。

假设，收发基地台33、43以及53所服务的微细胞区域内，分别设有
百货公司A、B以及C，此三家百货公司为连锁的百货公司，并且准备对
百货公司A、B以及C附近的所有消费者进行一则简讯传送服务所有商品
一律五折(All things are 50％discounts)，以吸引消费者进入百货公司A、
B以及C进行消费。然而，公知GSM系统的网络架构并无法在不增加系
统负载下达到此目的。

如图3以及图4所示，本发明是将收发基地台33、43以及53分别指
定成孤岛收发基地台39、49以及59，并将孤岛收发基地台39、49以及
59连结至孤岛基地台控制器66(Isand BSC)，且分别切断与基地台控制器
60、62以及64的连结，并予以孤岛收发基地台39、49以及59一个对应
至孤岛区域的区域代码，由图3中可知，孤岛区域中的孤岛收发基地台并
非彼此相邻。其中，孤岛基地台控制器66连结孤岛访客位置记录器
67(Island VLR)。所以，位于收发基地台30、31、32、34以及35所服务的
微细胞区域内的移动电话20，其区域代码皆对应第一区域LA1；位于收发
基地台40、41、42、44以及45所服务的微细胞区域内的移动电话20，其
区域代码皆对应第二区域LA2；位于收发基地台50、51以及52所服务的
微细胞区域内的移动电话20，其区域代码皆对应第三区域LA3；位于孤岛
收发基地台39、49以及59所服务的孤岛微细胞区域内的移动电话20，其
区域代码皆对应孤岛区域。而孤岛基地台控制器66可连接至任何一个移
动资讯交换中心，并受其控制，例如，移动资讯交换中心90。其中，孤岛
基地台控制器66与基地台控制器60、62以及64的功能相同，孤岛访客
位置记录器67与访客位置记录器61、63以及65的功能相同。

当移动电话20由第一区域LA1进入孤岛区域时，因为区域代码不同，
所以移动电话20需向GSM系统进行位置更新的程序，并将移动电话20
的移动用户拨号号码记录于孤岛访客位置记录器67，可想而知，访客位置
记录器61以及本籍位置记录器72亦会更新移动电话20的移动用户拨号
号码的相关资料。如此一来，孤岛访客位置记录器67即记录所有位于孤
岛收发基地台39、49以及59所服务的孤岛微细胞区域内移动电话20的
移动用户拨号号码。假设，上述百货公司欲进行上述简讯传送服务，则
GSM系统依序对孤岛访客位置记录器67所记录的移动用户拨号号码进行
简讯传送服务，即能达到上述目的。如图5所示，除了简讯传送服务之外，
GSM系统亦能对移动电话20进行多媒体讯息传送服务(Multimedia
Message Service，MMS)，其中，多媒体讯息传送服务包括图片、动画及
声音，甚至影音短片。

由于本发明中，将部分收发基地台变更成孤岛收发基地台，集结成孤
岛区域，予以孤岛区域代码，并将位于孤岛区域内移动电话20的移动用
户拨号号码记录于孤岛访客位置记录器67中，GSM系统读取孤岛访客位
置记录器67的记录即能得知孤岛区域的所有移动用户拨号号码以进行简
讯传送服务。对GSM系统而言，其整体架构并无较大的改变，GSM系统
所使用的通信传输协定亦不需作改变，GSM系统的运作与公知相同。另
外，GSM系统不须对移动电话20进行额外的呼叫，仅增加部份位置更新
的程序，所以不会消耗GSM系统的大量资源，如此一来，不但能达到本
发明的目的，较公知的技术亦具有显著的进步性。

此外，不管是近代的其他无线通信系统，例如分码多重撷取系统
(CDMA)，或是未来的无线通信系统，例如第三代的无线通信系统，例如
宽频分码多重撷取系统(Wideband-CDMA，W-CDMA)、分码多重撷取系
统2000(CDMA2000)、通用移动通信系统(Universal Mobile
Telecommunications System，UMTS)或者是国际移动通信系统
2000(International Mobile Telcommunications，IMT2000)，其网络结构方式
与GSM系统相同，不同之处仅在于使用不同的无线通信协定以对移动电
话20进行无线连结服务，故本发明亦能适用于其他无线通信系统。

上述实施例仅是了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自
应以专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。