□文/劉文娟 時永生

淺析WCDMA核心網(wǎng)容災(zāi)技術(shù)

□文/劉文娟 時永生

伴隨著移動軟交換技術(shù)的全面引入，這種基于控制和承載分離的技術(shù)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)“大容量、少局所”的建設(shè)模式。而如何采用多層面、多方式的全方位、立體化的容災(zāi)技術(shù)，全力打造安全、穩(wěn)定、可靠的移動核心網(wǎng)絡(luò)成為首要問題。本文就當(dāng)前使用的WCDMA系統(tǒng)核心網(wǎng)R4版本的容災(zāi)技術(shù)進行重點剖析。

一、容災(zāi)的必要性

WCDMA網(wǎng)絡(luò)相對于GSM網(wǎng)絡(luò)，無線側(cè)用戶在接入速率上有了很大提高，這對核心網(wǎng)網(wǎng)元的處理能力提出了更高的要求，單個MSC、MSC Server、MGW所承擔(dān)的用戶話務(wù)和信令負荷大大提升。

在核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)上，R4階段引入了控制和承載分離的軟交換架構(gòu)，將傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)中的MSC分離成MSC Server和MGW，其中MSC Server負責(zé)信令處理、路由和業(yè)務(wù)；MGW負責(zé)媒體流處理。由于MSC Server和MGW之間只是IP上承載的信令，占用的帶寬非常少，MSC Server可集中設(shè)置在中心城市；MGW由于容量及處理能力的大幅提高，按照集中化原則，也可集中設(shè)置。這樣，整個R4核心網(wǎng)的建設(shè)思路是“大容量，少局所”。一個MSC Server控制多個MGW，組成一個“大本地網(wǎng)”。（圖1）

從以上分析看出，基于移動軟交換架構(gòu)的WCDMA核心網(wǎng)，其集中設(shè)置的MSC Server將成為網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備安全的重要隱患，因此，有必要在建網(wǎng)時考慮其容災(zāi)備份方案，預(yù)防網(wǎng)元單點故障特別是MSC Server設(shè)備故障，而引起大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況發(fā)生。

二、R4核心網(wǎng)容災(zāi)方案分析

從R4核心網(wǎng)軟交換架構(gòu)，可以看出其單點故障在于：（1）MSC Server失效，導(dǎo)致MSC Server覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用；（2）MGW失效，導(dǎo)致MGW覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用；（3）HLR失效，導(dǎo)致HLR覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用。

圖1 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

針對上述故障點，相應(yīng)的安全容災(zāi)方案有：（1）在MSC Server層面，實施雙歸屬方案。建設(shè)MSC Server容災(zāi)備份中心，一個MGW同時接入兩個MSC Server，一個主用，一個備用。當(dāng)主用MSC Server發(fā)生故障后，MGW重新注冊到備用MSC Server，繼續(xù)原來的事務(wù)；（2）在MGW層面，實施MGW負荷分擔(dān)技術(shù)。一個RNC同時接入多個MGW，MGW之間負荷分擔(dān)，當(dāng)一個MGW發(fā)生故障時，其RNC的負荷由其他MGW承擔(dān)，RNC的業(yè)務(wù)處理不影響；（3）在HLR層面，采用HLR的N+1備份方案（和GSM的HLR容災(zāi)方案相同）。

三、R 4核心網(wǎng)容災(zāi)技術(shù)

1、M SC Server雙歸屬容災(zāi)。在R4核心網(wǎng)中采用的MSC Server雙歸屬容災(zāi)方案的主要方式是，將MGW從邏輯上分成2個虛擬MGW，并同時歸屬于兩個MSC Server控制。預(yù)先將MGW和兩個MSC Server之間的數(shù)據(jù)配置好，并讓MGW在兩個MSC Server上登記，使MGW和兩個MSC Server之間建立歸屬關(guān)系。在主用MSC Server發(fā)生故障無法繼續(xù)服務(wù)時，MGW向備用MSC Server發(fā)起注冊請求，系統(tǒng)將話務(wù)引導(dǎo)到備用MSC Server，從而增強系統(tǒng)的安全性。

MSC Server的雙歸屬方案可支持1+1主備、1+1互備兩種方式。主備方式在每個大區(qū)配置兩個MSC Server，其中MSC Server1為主用MSC Server，MSC Server2為備用MSC Server。在正常工作模式下，MSC Server1負責(zé)所轄大區(qū)所有媒體網(wǎng)關(guān)的管理與呼叫處理，MSC Server2通過與MSC Server1間的心跳鏈路備份線，實時監(jiān)控MSC Server1的工作狀態(tài)，一旦MSC Server1出現(xiàn)故障，MSC Server2立即接管該大區(qū)的所有MGW的管理及呼叫處理，保證網(wǎng)絡(luò)的可用性。

互備方式是將每個大區(qū)分為兩個子域，稱為域1和域2。每個子域配置一臺MSC Server，其中，域1的為MSC Server1，域2的為MSC Server2，它們互為備份。在正常情況下，MSCServer1、MSC Server2分別管理各子域的MGW設(shè)備及承擔(dān)本域內(nèi)的業(yè)務(wù)處理。當(dāng)一個設(shè)備出現(xiàn)故障時，其所有業(yè)務(wù)處理和MGW管理任務(wù)立即由另一個接管。這種備份方案比較經(jīng)濟，沒必要專門為某臺MSC Server設(shè)置備份點。但是，備份局點在接管故障局點業(yè)務(wù)后，其本身的業(yè)務(wù)處理能力將經(jīng)受考驗，通常，它難以滿足兩個局點業(yè)務(wù)負荷的需求，因此要求被接管的MSC Server容量不能過大。

ServerN+1備份方式是1+1備份的擴展，能夠?qū)?+1備份認為是N=1的N+1備份方式。實現(xiàn)方式和1+1相同，由于備份Server要對N個Server備份，則必須需要1個Server對應(yīng)多個MSC號碼，需要配置任何Server的局數(shù)據(jù)。因此，對于備份Server來說，需要增加如下功能：網(wǎng)絡(luò)配置能夠?qū)Ρ揪峙渲枚鄠€MSC號碼，并能夠指定0個或1個主用MSC號碼。即當(dāng)MSC Server備用時，無主用MSC號碼，當(dāng)N個中的一個MSC Server故障后，必須通過配置將需要接管的故障MSC Server的MSC號碼配置為備用Server的主要MSC號碼，這樣對于其他Server來看，都有一個和自己配置數(shù)據(jù)一致的Server。

在上面兩種方式中，MSC Server之間都要有備份通道，用于對VLR簽約數(shù)據(jù)、移動性管理數(shù)據(jù)、動態(tài)資源數(shù)據(jù)等進行備份。備份周期可由用戶設(shè)定。備份通道的傳輸協(xié)議可采用TCP/IP。

2、M G W負荷分擔(dān)。在R4系統(tǒng)的Iu接口側(cè)，通常一個RNC連接一個MGW。MGW負荷分擔(dān)技術(shù)主要是通過MGW互備方式來解決MGW的單點故障問題。

形成負荷分擔(dān)關(guān)系的MGW組成MGW資源池（MGWPool），MGW1、MGW2、MGW3構(gòu)成了MGW資源池，并由一個MSC Server控制。

RNC通過MGW1接入到核心網(wǎng)。MGW負荷分擔(dān)技術(shù)在RNC-MGW1連接的基礎(chǔ)上，增加了RNC-MGW2、RNC-MGW3兩條備份連接線。在正常工作時，RNC-MGW1是激活工作狀態(tài)，RNC-MGW2、RNC-MGW3是非工作狀態(tài)。

MSC Server通過H.248的SCTP（基于IP的信令傳輸）連接和Iu接口的SCCP（信令連接控制部分）連接判斷Iu連接狀態(tài)，當(dāng)所有H. 248的SCTP連接和SCCP連接都斷了，并在一定的時間內(nèi)不能恢復(fù)，即判斷出現(xiàn)故障，切換到備份MGW。而RNC則是通過Iu接口的MTP3B（基于ATM的信令傳輸），判斷對端MGW是否故障。當(dāng)檢測到故障后，啟動切換流程，切換到備份MGW。

當(dāng)某一個MGW發(fā)生故障時，非故障的MGW將承擔(dān)兩個MGW的話務(wù)，這對于其業(yè)務(wù)提供能力來說，有可能難以滿足需求。因此，必須通過流控機制來保障設(shè)備免遭阻塞，但這會帶來用戶呼損率的增大。

四、容災(zāi)方案比較

MGW負荷分擔(dān)方式是在MGW發(fā)生故障時，對RNC進行切換的容載方案。其他兩種方案都是針對MSC Server故障的容災(zāi)方案。MSC Server雙歸屬方式源自于固定軟交換，有一定的工程實施經(jīng)驗，只需在核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配置上做相應(yīng)修改即可。MSC Server雙歸屬方式需要用戶動態(tài)資源數(shù)據(jù)的同步過程。在“大容量，少局所”的跨地域大本地網(wǎng)組網(wǎng)模式下，建議采用MSC Server雙歸屬容災(zāi)方案。

總之，WCDMA核心網(wǎng)的容災(zāi)是WCDMA網(wǎng)絡(luò)部署中的技術(shù)難題之一，需要隨著網(wǎng)絡(luò)的逐漸部署，不斷深入研究與探索，才能確保WCDMA核心網(wǎng)的容災(zāi)解決方案日趨完善。

（作者單位：中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司滄州分公司）