范波勇,廖海洲,周井泉

(1.長沙通信職業(yè)技術學院 移動通信系, 長沙410015;2.南京郵電大學 電子科學與工程學院,南京210003)

1 引 言

隨著中國電信CDMA2000[1]網絡業(yè)務的大力發(fā)展,傳統(tǒng)的公眾電話交換網(PSTN)關口局已經不能滿足大業(yè)務量的要求,取而代之的是軟交換架構的綜合關口局。綜合關口局集成了CDMA 網絡的移動交換中心(MSC)和服務交換點(SSP)功能,負責完成CDMA網絡尋址功能以及智能業(yè)務觸發(fā)等操作,以及對公眾電話交換網(PSTN)的話務匯接,實現網間接續(xù)、網間結算和呼叫匯接,能夠減少CDMA 的尋址節(jié)點,縮短呼叫路由。CDMA 綜合關口局使用控制和承載分離的軟交換架構,其中移動交換中心仿真(MSCe)負責信令處理、路由和業(yè)務,媒體網關(MGW)負責媒體流處理[2]。綜合關口局使用的MSCe 一般叫網關MSCe(GMSCe),使用的MGW 一般叫網關MGW(GMGW),負責疏通電信CDMA 網和PSTN 網與移動、聯通等其他運營商的互聯互通話務。

綜合關口局具備CDMA 網絡尋址和智能業(yè)務觸發(fā)等功能,所以組網方面比傳統(tǒng)的關口局更加復雜。如何在綜合關口局上建立全方位、立體化的容災機制, 打造安全、穩(wěn)定、可靠、高效的互聯互通網絡,成為中國電信綜合關口局建設的首要問題。在綜合關口局的建設中,容災組網、信令組網、會話層呼叫協議(SIP)組網[3]、后臺組網都是不可避免的問題,本文著重對容災組網方面進行闡述。

文獻[4]提出了WCDMA 核心網雙歸屬容災和MSC 容災池(MSC POOL)容災的應用。針對端局容災來著重描述了N+1 主備和MSC POOL 容災技術。文獻[5]在網絡級容災中將幾種主要容災方案的應用場景作了描述。以上文獻都沒有針對綜合關口局的容災組網進行闡述。而成對設置的綜合關口局所用的容災模式一般是1+1 主備容災和1+1 互備容災。CDMA 綜合關口局在國內應用還在發(fā)展階段,國內外對容災方案研究還是空白,本文在這一方面進行詳細闡述。

綜合關口局的特點是網元成對設置、不帶終端用戶、互聯互通的網元多、信令組網復雜、SIP 組網復雜、局數據量大等,根據綜合關口局的特點,需要了解容災組網的結構和其優(yōu)劣勢,才能在建設綜合關口局的過程中進行優(yōu)選容災組網方式。

2 關口局的容災模式

所謂雙歸屬是指在軟交換的組網架構下,一個GMGW 可以歸屬到兩個GMSCe 的組網模式。正常情況下,每個GMGW 只注冊到主用GMSCe 上,當主用GMSCe 發(fā)生故障或者是當系統(tǒng)出現突發(fā)災害事故時,該GMGW 可注冊到備用GMSCe 上,從而確保綜合關口局網絡可以繼續(xù)為用戶提供互聯互通服務。當主用GMSCe 恢復正常以后,業(yè)務將切換回主用GMSCe。

一般情況下,關口局只采用兩種容災模式:1+1主備模式和1+1 互備模式。根據容災設置的基本原則,綜合關口局的主用GMSCe 和備用GMSCe 不能放置在同一機房。這樣,在一個機房斷電或者設備癱瘓的情況下,另外一個機房的GMSCe 能夠立即接管所有業(yè)務。

2.1 雙歸屬1+1 主備模式

1+1 主備模式在每個服務大區(qū)配置兩個GMSCe, 其中GMSCe1 為主用MSCe, GMSCe2 為備用MSCe。主用GMSCe1 與備用GMSCe2 同時運行相同的軟件版本和數據,備用GMSCe2 是主用GMSCe1 的鏡像,備用GMSCe2 與外部網元(如HLRe、LSTP)的信令鏈路平時處于非激活狀態(tài)。

圖1 所示為筆者設計的H 省電信北方大區(qū)綜合關口局組網圖,共有6 個地級市,每個地級市新增一個綜合關口局。在正常工作模式下,GMSCe1 負責所轄大區(qū)所有媒體網關(如GMGW 1-GMGW 6)的管理與呼叫處理,GMSCe2 通過與GMSCe1 間的心跳鏈路,實時監(jiān)控GMSCe1 的工作狀態(tài),一旦GMSCe1 出現故障,GMSCe2 立即接管該大區(qū)的所有GMGW 的管理及呼叫處理,保證網絡的可用性。此時,備用GMSCe2 將激活為主用服務器,GMGW1 ～GMGW6 注冊接入GMSCe2。采用這種容災模式情況下,容災切換時業(yè)務會有短時間的中斷。

圖1 1+1 主備容災Fig.1 1+1 active/standby mode

2.2 雙歸屬1+1 互備模式

1+1 互備模式是將每個服務大區(qū)分為兩個子域,稱為容災域1 和容災域2[3]。每個子域配置一套GMSCe,其中, 容災域1 為GMSCe1,容災域2 為GMSCe2,它們互為備份。如圖2 所示,在GMSCe1 的物理實體內,同時有兩個邏輯實體:容災域1 的主用域和容災域2 的備用域;同樣,在GMSCe2 的物理實體內,也同時有兩個邏輯實體:容災域1 的備用域和容災域2 的主用域。

如圖2 所示,為G 省電信南方大區(qū)綜合關口局組網圖,共有5 個地級市,每個地級市新增一對綜合關口局GMGW1、GMGW2。在正常情況下,GMSCe1管理容災域1 中的5 個地市的GMGW1,而GMSCe2管理容災域2 中的5 個地市的GMGW2,并分別承擔本域內的業(yè)務處理。兩個GMSCe 以互備的方式進行工作, 當GMSCe 1 發(fā)生故障時,其歸屬的所有5個GMGW1 和備份的GMSCe2 檢查到該情況,會啟動一個媒體網關重注冊的流程,即所有GMGW1 重新注冊到備用GMSCe2 上,從而使得GMSCe2 在處理本身容災域2 的所有業(yè)務外,還能夠接管容災域1(故障GMSCe1)的所有業(yè)務。這樣,當備份局點在接管故障局點所有業(yè)務后,其本身的業(yè)務處理能力將經受考驗,將有10 個GMGW 的通話業(yè)務需要處理。所以在綜合關口局進行設備容量設計的時候,每個GMSCe 必須具備能夠承擔服務大區(qū)內所有GMGW業(yè)務處理的能力。

在GMSCe 數據配置的時候,每個GMSCe 都必須預留部分資源給對方作為非激活態(tài)的資源,一旦對方GMSCe 服務器出現故障,就激活預留的資源,接管對方管理的GMGW,將兩個原來獨立運行的綜合關口局合二為一。互備情況下,每個GMSCe 都需要配置另一個GMSCe 的信令點碼,在正常狀態(tài)該點碼不用激活,所以每個GMSCe 中都配置有兩個對外的信令點碼。根據這個方案, 兩套GMSCe 都要配置全套對方GMSCe 的局數據, 需要支持多信令點。兩個GMSCe 間配置兩組心跳鏈路, 檢測容災域1、容災域2 的GMSCe 狀態(tài)。

圖2 1+1 互備容災Fig.2 1+1 standby with each other mode

3 兩種容災模式的話務負荷測試

為了比較大話務量時GMSCe 在兩種容災模式下的話務負荷情況,選用G 省南方大區(qū)的網絡進行大話務量測試,首先將關口局網絡組建為1+1 互備模式,對GMSCe1 局進行大話務量測試,測試結果如表1 所示。

表1 1+1 互備方式的全局話務統(tǒng)計(MSCe1-全局話務統(tǒng)計)Table 1 Global traffic statistics of 1+1 active/standby mode

然后再將關口局網絡現場改造成1+1 主備容災模式,對GMSCe1 進行測試,測試結果如表2 所示。

表2 1+1 主備方式的全局話務統(tǒng)計(MSCe1-全局話務統(tǒng)計)Table 2 Global traffic statistics of 1+1 standby with each other mode

通過對表1 和表2 的全局話務統(tǒng)計進行對比發(fā)現,在同等測量條件下,采用1+1 主備容災模式的GMSCe1 全局話務統(tǒng)計比采用1+1 互備容災模式時高了近1 倍。由此可見,同等條件下,1+1 互備容災比1+1 主備容災在通信負荷承擔方面具有優(yōu)勢。

4 兩種容災模式的優(yōu)劣勢

文獻[6] 提出了一種觀點:1+1 主備模式可以應用于本地網容量較小的情況,1+1 互備模式可以應付節(jié)假日突發(fā)話務沖擊。這種觀點同樣適用于綜合關口局的容災組網,但該文獻沒有對這兩種容災模式的優(yōu)劣勢作詳細分析。兩種容災模式的比較如表3 所示,下面對各自的優(yōu)劣勢作詳細說明。

表3 1+1 主備與1+1 互備容災的比較Table 3 Comparison between 1+1 standby with each other mode and 1+1 active/standby mode

對于1+1 主備容災模式,其劣勢為需要一定的時間才能完成容災切換到備份GMSCe,會造成一定時間通信業(yè)務的中斷。另外,一套GMSCe 系統(tǒng)完全備用,造成設備資源比較浪費。同時,在話務高峰時段,主用GMSCe 的話務負荷比較大,抗壓能力比較弱。優(yōu)勢是在數據配置上比較節(jié)約,操作起來非常簡便。

對于1+1 互備容災模式,其劣勢為要求GMSCe必須成對配置,每個網元都要預留資源,造成了平時網元處理能力的閑置。該容災方式的網元配置數據比較復雜,每個網元中都有一整套冗余數據去備份對方網元。同時在設備維護過程中,有許多配置數據都必須在主用局和備用局上同時制作,增加了維護上的復雜性。同時信令組網、SIP 組網的復雜度也大大增加,需要同時考慮主備共4 個局向與對端局向進行對接,對接工作量成幾何數上升。優(yōu)勢主要是設備資源能夠得到充分利用,同時每套設備在話務高峰期的抗壓能力比較強。

5 兩種容災模式的應用場景

1+1 主備容災模式適用于下面情況的現場組網:

(1)日常話務量較小的本地網關口局或者全省關口局;

(2)期望日常維護量較小,對維護技術力量要求相對較低;

(3)現階段建設只更換所有本地網第一個老關口局準備下一階段建設再更換第二個老關口局的情況。

H 省電信北方大區(qū)就選用1+1 主備容災模式。該工程只替換6 個地市的老關口局一,分擔50%的話務負荷,話務量比較小;將6 個GMGW1 同時掛在GMSCe1 下主用,其媒體網關數量也比較合適;該省有后續(xù)進行老關口局二也進行替換的工程需求,可以在后續(xù)設計中,將6 個地市的GMGW2 同時掛在GMSCe2 下,這樣在調測階段比較方便;局方工作人員也希望維護相對簡潔。基于以上考慮,最終在組網時選擇了1+1 主備容災方案。

1+1 互備容災模式適用于下面4 種情況:

(1)本次建設工程各本地網的老關口局一和老關口局二同時更換;

(2)下掛的所有本地網的互聯互通的話務量大;

(3)下掛的GMGW 的個數很多,超過10 個的情況下;

(4)維護技術力量較強。

G 省電信南方大區(qū)就選用1+1 互備容災模式。該工程替換5 個地市的老關口局一和老關口局二,互聯互通的話務負荷比較大;將5 個GMGW1 同時掛在GMSCe1 下主用,將5 個GMGW2 同時掛在GMSCe2 下主用,其媒體網關數量也比較合適;局方工作人員維護技術力量較強,在選擇容災方案時主要考慮到單網元的話務負荷和容災切換時的安全問題?；谝陨峡紤],最終在組網時選擇了1+1 主備容災方案。

由以上組網案例可見,在大規(guī)模的綜合關口局組網中,首先應考慮網元話務負荷水平的因素,再次考慮網絡倒換時對業(yè)務的影響程度,建議優(yōu)先選用1+1 互備容災方案,為通信網絡安全打下一個良好的基礎。

6 結束語

綜合關口局的容災模式的選擇是進行系統(tǒng)組網的基礎工作,只有正確選用了容災模式,才能為建設一張安全、穩(wěn)定、可靠、高效的互聯互通網絡打下良好的基礎。本文根據綜合關口局進行系統(tǒng)組網的工程實踐,介紹了1+1 主備容災組網和1+1 互備容災組網,分析了兩種容災組網的優(yōu)劣勢,提出了兩種容災組網的應用場景。話務負荷測試數據結果表明,1+1 主備方式的話務負荷是1+1 互備方式的2倍,所以在大規(guī)模關口局組網時必須考慮到大話務量時的系統(tǒng)承受能力,優(yōu)先選用1+1 互備方式。以前研究沒有對關口局環(huán)境下容災方案的優(yōu)劣進行評判,也沒有指出容災方案的適用場景,本文在這兩方面進行了詳細的研究。研究結果在理論上歸納了容災組網方案的優(yōu)劣勢及選用條件,為運營商綜合關口局組網提供了參考依據。下一步還需要對關口局具體容災模式下的信令組網等進行探討。

[1] 3GPP2 TSG-C C.S0063-A-v2.0, cdma2000 High Rate Packet Data Supplemental Services[S] .

[ 2] 3GPP2 TSG-C C.S0024- 0 v4.0, cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification[ S] .

[3] TIA/EIA/Interim Standard(IS-95), Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellu lar System[S] .

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