浅析WCDMA核心网容灾技术

来源:用户上传      作者: 刘文娟 时永生

　　伴随着移动软交换技术的全面引入,这种基于控制和承载分离的技术架构,能够实现“大容量、少局所”的建设模式。而如何采用多层面、多方式的全方位、立体化的容灾技术,全力打造安全、稳定、可靠的移动核心网络成为首要问题。本文就当前使用的WCDMA系统核心网R4版本的容灾技术进行重点剖析。
　　
　　一、容灾的必要性
　　
　　WCDMA网络相对于GSM网络,无线侧用户在接入速率上有了很大提高,这对核心网网元的处理能力提出了更高的要求,单个MSC、MSC Server、MGW所承担的用户话务和信令负荷大大提升。
　　在核心网结构上,R4阶段引入了控制和承载分离的软交换架构,将传统2G网络中的MSC分离成MSC Server和MGW,其中MSC Server负责信令处理、路由和业务;MGW负责媒体流处理。由于MSC Server和MGW之间只是IP上承载的信令,占用的带宽非常少,MSCServer可集中设置在中心城市;MGW由于容量及处理能力的大幅提高,按照集中化原则,也可集中设置。这样,整个R4核心网的建设思路是“大容量,少局所”。一个MSC Server控制多个MGW,组成一个“大本地网”。(图1)
　　从以上分析看出,基于移动软交换架构的WCDMA核心网,其集中设置的MSC Server将成为网络和设备安全的重要隐患,因此,有必要在建网时考虑其容灾备份方案,预防网元单点故障特别是MSC Server设备故障,而引起大面积网络瘫痪的情况发生。
　　
　　二、R4核心网容灾方案分析
　　
　　从R4核心网软交换架构,可以看出其单点故障在于:(1)MSC Server失效,导致MSC Server覆盖区域的网络不可用;(2)MGW失效,导致MGW覆盖区域的网络不可用;(3)HLR失效,导致HLR覆盖区域的网络不可用。
　　针对上述故障点,相应的安全容灾方案有:(1)在MSC Server层面,实施双归属方案。建设MSC Server容灾备份中心,一个MGW同时接入两个MSC Server,一个主用,一个备用。当主用MSC Server发生故障后,MGW重新注册到备用MSC Server,继续原来的事务;(2)在MGW层面,实施MGW负荷分担技术。一个RNC同时接入多个MGW,MGW之间负荷分担,当一个MGW发生故障时,其RNC的负荷由其他MGW承担,RNC的业务处理不影响;(3)在HLR层面,采用HLR的N+1备份方案(和GSM的HLR容灾方案相同)。
　　
　　
　　三、R4核心网容灾技术
　　
　　1、MSC Server双归属容灾。在R4核心网中采用的MSC Server双归属容灾方案的主要方式是,将MGW从逻辑上分成2个虚拟MGW,并同时归属于两个MSC Server控制。预先将MGW和两个MSC Server之间的数据配置好,并让MGW在两个MSC Server上登记,使MGW和两个MSC Server之间建立归属关系。在主用MSC Server发生故障无法继续服务时,MGW向备用MSC Server发起注册请求,系统将话务引导到备用MSC Server,从而增强系统的安全性。
　　MSC Server的双归属方案可支持1+1主备、1+1互备两种方式。主备方式在每个大区配置两个MSC Server,其中MSC Server1为主用MSC Server,MSC Server2为备用MSC Server。在正常工作模式下,MSC Server1负责所辖大区所有媒体网关的管理与呼叫处理,MSC Server2通过与MSC Server1间的心跳链路备份线,实时监控MSC Server1的工作状态,一旦MSC Server1出现故障,MSC Server2立即接管该大区的所有MGW的管理及呼叫处理,保证网络的可用性。
　　互备方式是将每个大区分为两个子域,称为域1和域2。每个子域配置一台MSC Server,其中,域1的为MSC Server1,域2的为MSC Server2,它们互为备份。在正常情况下,MSC Server1、MSC Server2分别管理各子域的MGW设备及承担本域内的业务处理。当一个设备出现故障时,其所有业务处理和MGW管理任务立即由另一个接管。这种备份方案比较经济,没必要专门为某台MSC Server设置备份点。但是,备份局点在接管故障局点业务后,其本身的业务处理能力将经受考验,通常,它难以满足两个局点业务负荷的需求,因此要求被接管的MSC Server容量不能过大。
　　ServerN+1备份方式是1+1备份的扩展,能够将1+1备份认为是N=1的N+1备份方式。实现方式和1+1相同,由于备份Server要对N个Server备份,则必须需要1个Server对应多个MSC号码,需要配置任何Server的局数据。因此,对于备份Server来说,需要增加如下功能:网络配置能够对本局配置多个MSC号码,并能够指定0个或1个主用MSC号码。即当MSC Server备用时,无主用MSC号码,当N个中的一个MSC Server故障后,必须通过配置将需要接管的故障MSC Server的MSC号码配置为备用Server的主要MSC号码,这样对于其他Server来看,都有一个和自己配置数据一致的Server。
　　在上面两种方式中,MSC Server之间都要有备份通道,用于对VLR签约数据、移动性管理数据、动态资源数据等进行备份。备份周期可由用户设定。备份通道的传输协议可采用TCP/IP。
　　2、MGW负荷分担。在R4系统的Iu接口侧,通常一个RNC连接一个MGW。MGW负荷分担技术主要是通过MGW互备方式来解决MGW的单点故障问题。
　　形成负荷分担关系的MGW组成MGW资源池(MGWPool),MGW1、MGW2、MGW3构成了MGW资源池,并由一个MSC Server控制。
　　RNC通过MGW1接入到核心网。MGW负荷分担技术在RNC-MGW1连接的基础上,增加了RNC-MGW2、RNC-MGW3两条备份连接线。在正常工作时,RNC-MGW1是激活工作状态,RNC-MGW2、RNC-MGW3是非工作状态。
　　MSC Server通过H.248的SCTP(基于IP的信令传输)连接和Iu接口的SCCP(信令连接控制部分)连接判断Iu连接状态,当所有H.248的SCTP连接和SCCP连接都断了,并在一定的时间内不能恢复,即判断出现故障,切换到备份MGW。而RNC则是通过Iu接口的MTP3B(基于ATM的信令传输),判断对端MGW是否故障。当检测到故障后,启动切换流程,切换到备份MGW。
　　当某一个MGW发生故障时,非故障的MGW将承担两个MGW的话务,这对于其业务提供能力来说,有可能难以满足需求。因此,必须通过流控机制来保障设备免遭阻塞,但这会带来用户呼损率的增大。
　　
　　四、容灾方案比较
　　
　　MGW负荷分担方式是在MGW发生故障时,对RNC进行切换的容载方案。其他两种方案都是针对MSC Server故障的容灾方案。MSC Server双归属方式源自于固定软交换,有一定的工程实施经验,只需在核心网网络配置上做相应修改即可。MSC Server双归属方式需要用户动态资源数据的同步过程。在“大容量,少局所”的跨地域大本地网组网模式下,建议采用MSC Server双归属容灾方案。
　　总之,WCDMA核心网的容灾是WCDMA网络部署中的技术难题之一,需要随着网络的逐渐部署,不断深入研究与探索,才能确保WCDMA核心网的容灾解决方案日趋完善。
　　(作者单位:中国联合网络通信集团有限公司沧州分公司)

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