GSM的手機狀態與動作

[GSM MS基本狀態]

MS有兩種狀態：關機(NULL狀態)與開機(power-on)
MS開機後又有兩種模式：Idle Mode和Dedicated Mode.

- Idle Mode，通常是指手機開機後，排除通話、傳送簡訊與上網的時候，用戶沒有使用任何服務的空白狀態。有兩種特性:
1. Searching BCH狀態：MS搜尋信號品質最好的BCCH，這時MS 會測量signal strength 與BER of theserving BTS，隨時若發現有收訊更好的cell，就會轉到此cell要求服務。
2. BCH狀態：MS與某一個BCCH同步，隨時可以透過RACH執行隨機接取的程序。
在Idle Mode的MS並不佔有任何專屬通道，除了聽BCCH以外，同時還聽CCCH以便接收呼叫(Paging)。

- Dedicated Mode，通常是指手機開機後進入通話、傳送簡訊或上網的時候，也就是用戶使用服務的狀態。也有兩種特性:
1. Tuning DCH狀態：MS授權後擁有一個實體層通道，並試圖保持與此通道的同步。
2. DCH狀態：MS開始建立專屬邏輯通道，進行上層的通訊。
在Dedicated Mode的MS佔有實體通道，並與BTS間保持最少兩條專屬邏輯通道的狀態，其中有一條是SACCH。

當MS開機之後的短短一分鐘之間，MS內部就如同上午10點剛開張的上海某百貨公司一樣，客人還沒上門，內部已經忙成一團，專櫃小姐剛吃完早點正在補妝，特價品的牌子堆在推車上需要人手更換，週年慶的綵帶剛剛札好，彩色氣球躺在地上充氣，準備中午升空招財...

同樣地這時候的MS雖然處於Idle Mode，卻一點都不"Idle"，看看規格書[4]的經典敘述：
When an MS is switched on, it attempts to make contact with a GSM public land mobile network (PLMN). The particular PLMN to be contacted may be selected either automatically or manually.

The MS looks for a suitable cell of the chosen PLMN and chooses that cell to provide available services, and tunes to its control channel. This choosing is known as "camping on the cell". The MS will then register its presence in the registration area of the chosen cell if necessary, by means of a location registration (LR), GPRS attach or IMSI attach procedure.

If the MS loses coverage of a cell, it reselects onto the most suitable alternative cell of the selected PLMN and camps on that cell. If the new cell is in a different registration area, an LR request is performed. If the MS loses coverage of a PLMN, either a new PLMN is selected automatically, or an indication of which PLMNs are available is given to the user, so that a manual selection can be made.

[GSM MS開機程序]

手機被用戶開機之後的一兩分鐘內，忙著下面的幾件事：

- PLMN Selection 或 Network Selection (網路選擇)<-- 每次必做
- Cell Selection (小區選擇) <-- 每次必做
- Cell Re-selection (小區重選)<-- 有條件
- Location Updating (位置更新)<-- 有條件

(這四個程序未來我們會個別詳細研究。)

請注意以上這四個程序不一定只在手機開機後才做，附圖說明其互動關係。

談到這裡，筆者漸漸感覺到，MS的狀態受到三個重要因素的控制：
地理位置(Location)、使用服務(Service)與時間(Time)。
如果寫成數學方程式，應該可以表示成:

state machine of MS := MS(Location, Service, Time)

以開機而言為例，同一隻手機在不同國家或地區的開機程序，可能不同；同一隻手機在相同地區相隔一段長時間(例如說一年後)的開機程序，可能不同；同一隻手機在關機前所使用的服務，可能會影響到下次開機的程
序。正因為條件如此多變，所以手機的技術會顯得如此複雜難懂，也是理所當然。:-)

[心得]
研究到此，筆者不得不承認一點，Idle Mode與Dedicated Mode這個名稱與定義很容易引起誤解，請讀者務必要小心判斷。

尤其是MS執行LU(Location Updating)程序的時候最難判斷。當用戶開機後沒有使用任何服務，表面上MS應該乖乖處於Idle Mode，其實不然也，MS會週期性或因為移動而自動向網路提出LU的申請，尤其當開車的時候最明顯，原本安靜的MS會突然忙錄起來，電波耦合到汽車音響偶爾發出刺耳嘟-嘟-嘟的聲音，此時即是MS暫時切換到Dedicated Mode，執行LU的程序。

對有GPRS功能的MS而言，有些設計成一開機即向網路要求一個IP，直到關機才釋放，這也是從Idle Mode自動切換到Dedicated Mode的例子。

所以MS的Idle Mode與Dedicated Mode似乎不應該以用戶是否使用MS來判斷，而應該以MS內部是否使用專屬通道的狀態來區分。

Ref:
[1] Joerg Eberspaecher and Hans-Joerg Voegel, GSM:Switching Services and Protocols, 1999.
[2] 3GPP TS 44.018, Radio Resource Control Protocol.
[3] 張威, GSM網路優化 – 原理與工程, 人民郵電出版社, 2004.
[4] (1999-11) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+);Functions related to Mobile Station (MS)in idle mode and group receive mode(GSM 03.22 version 7.2.0 Release 1998)

070620r4版本