陳 韜

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶400065)

1 概述

1.1 WCDMA核心網(wǎng)基本概念

隨著3G牌照于中國(guó)在2009年的正式發(fā)放，中國(guó)聯(lián)通獲得了全球應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)鏈最成熟的WCDMA牌照，在WCDMA演進(jìn)過(guò)程中，R99階段繼承了2G網(wǎng)絡(luò)的GSM和GRPS業(yè)務(wù)與功能，分別發(fā)展為WCDMA網(wǎng)絡(luò)中的CS電路域和PS分組域;R4階段繼承R99業(yè)務(wù)與功能，重點(diǎn)在于引入的控制與承載相分離的軟交換構(gòu)架，將傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)中的MSC分離為MSC Server和MGW媒體網(wǎng)關(guān)，由于兩者之間只是IP上承載的信令，故兩者之間可以經(jīng)濟(jì)地拉遠(yuǎn)放置。MSC Server一般集中設(shè)置在省會(huì)中心城市，而WMG可分列地市，一個(gè)MSC Server控制多個(gè)WMG，組成大本地網(wǎng)。因此，建網(wǎng)時(shí)考慮各個(gè)層面的整機(jī)容災(zāi)備份方案，打造安全、可靠、穩(wěn)定的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，為顧客提供更優(yōu)的服務(wù)，是中國(guó)聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重大問(wèn)題。

1.2 容災(zāi)保護(hù)方案分類

由軟交換機(jī)和媒體網(wǎng)關(guān)組成的移動(dòng)NGN網(wǎng)絡(luò)，由于地理分布較廣，軟交換業(yè)務(wù)覆蓋范圍較大，媒體網(wǎng)關(guān)分布靈活等特點(diǎn)，需要結(jié)合組網(wǎng)方式考慮網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)備份能力，提供多層次的容災(zāi)機(jī)制。

包括對(duì)控制層面WSS(無(wú)線軟交換)，承載層面WMG(無(wú)線媒體網(wǎng)關(guān))的分層次考慮和多種實(shí)現(xiàn)方案?？刂茖用娴腤SS(無(wú)線軟交換)可以采用地理級(jí)冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)。具體實(shí)現(xiàn)方案包括主備用方式(Active－Standby)、互為備份方式(Load Sharing)、N+1(N Active+1 Standby)備份方式以及MSC POOL備份方式。針對(duì)不同的組網(wǎng)需求，應(yīng)綜合考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能，倒換需求及可靠性等因素選用最適合的實(shí)現(xiàn)方案。目標(biāo)是提高網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力，但不給組網(wǎng)帶來(lái)更多的復(fù)雜度和過(guò)多的成本投入。承載層面的WMG(無(wú)線媒體網(wǎng)關(guān))可以采用WMG保護(hù)群(WMG Cluster)的機(jī)制實(shí)現(xiàn)承載層保護(hù)。多個(gè)WMG可以放置在一起，也可以在地理上分離，取決于承載網(wǎng)的配置。另外，整個(gè)WMG保護(hù)群方案的實(shí)施，完全是在Call Server上路由算法的改進(jìn)，對(duì)WMG沒(méi)有影響，對(duì)于周邊網(wǎng)元(BSC、RNC、其它MSC等)透明。

2 WSS的地理冗余方案介紹

移動(dòng)軟交換地理冗余實(shí)現(xiàn)方案包括主備用方式、互為備份方式、N+1備份方式。

2.1 WSS互備容災(zāi)方案

在互為備份的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，同時(shí)激活的兩臺(tái)WSS均處于運(yùn)行狀態(tài)，組網(wǎng)時(shí)將業(yè)務(wù)分為兩個(gè)平面，A平面和B平面，各區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)在兩平面上負(fù)荷分擔(dān)，A/B平面分別受控于WSS A和WSS B。WSS A和WSS B具有相同的配置，配置容量應(yīng)能承擔(dān)A和B平面的所有業(yè)務(wù)，以滿足倒換后的業(yè)務(wù)處理。正常情況下，WSS A、WSS B負(fù)責(zé)各個(gè)平面的業(yè)務(wù)處理，當(dāng)某一WSS出現(xiàn)故障或判定與平面內(nèi)WMG的Mc接口失去通信時(shí)，另一個(gè)WSS接管對(duì)方的所有業(yè)務(wù)，接管相應(yīng)平面內(nèi)的WMG。

2.2 WSS的N+1容災(zāi)方案

由于上述方案要求軟交換成對(duì)設(shè)置，均提供兩倍的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際容量，特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，將造成建網(wǎng)成本的大量增加，這時(shí)采用N+1的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)備份方案將更具優(yōu)勢(shì)［1］。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，建網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)成本少，“N”為同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)下的激活的 MSC Server，“1”為備份的 MSC Server，在正常操作狀態(tài)下，備份的MSC Server在網(wǎng)絡(luò)上是不可見(jiàn)的，但同時(shí)對(duì)N個(gè)激活的MSC Server進(jìn)行配置數(shù)據(jù)的同步，當(dāng)有某一個(gè)MSC Server出現(xiàn)故障或判定與平面內(nèi)WMG的Mc接口失去通信時(shí)，則由備份的MSC Server進(jìn)行業(yè)務(wù)接管。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1:

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.3 MSC POOL 容災(zāi)方案

MSC POOL技術(shù)是基于 3GPP TS 23.236“Intradomain connection of Radio Access Network(RAN)nodes to multiple Core Network(CN)nodes”，MSC POOL在3G中的應(yīng)用稱為Iu－Flex，在2G中的應(yīng)用稱為A－Flex。其基本工作原理如下［2］:當(dāng)用戶進(jìn)入到某個(gè)MSC POOL的覆蓋區(qū)域時(shí)，RAN節(jié)點(diǎn)會(huì)按照負(fù)載均衡的原則將用戶的位置更新請(qǐng)求隨機(jī)地分配給池組中的某一個(gè)MSC，這個(gè)MSC完成位置更新過(guò)程并給用戶分配一個(gè)TMSI，這個(gè)TMSI里面攜帶了“網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)志(NRI)”字段，用來(lái)標(biāo)識(shí)為這個(gè)用戶服務(wù)的MSC編號(hào)。該用戶在MSC POOL的服務(wù)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，將一直由這個(gè)MSC為其服務(wù)，直到離開(kāi)MSC POOL的服務(wù)區(qū)域?yàn)橹埂Ｔ谶@期間，如果用戶有業(yè)務(wù)請(qǐng)求，那么RAN節(jié)點(diǎn)將根據(jù)請(qǐng)求消息中所帶的TMSI中的NRI信息，將話務(wù)直接分配到對(duì)應(yīng)的MSC進(jìn)行處理。MSC POOL定義了核心網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)以池組的方式工作的機(jī)制，打破了以往RNC與MSC Server之間一對(duì)一的控制關(guān)系。實(shí)質(zhì)是多個(gè)MSC Server共同服務(wù)于相同的服務(wù)區(qū)，每個(gè)RNC都與池組中的每個(gè)MSC Server建立連接，按一定的負(fù)荷均衡原則將用戶按比例分配在池組中的每個(gè)MSC Server中。移動(dòng)用戶只要在此MSC POOL的池區(qū)內(nèi)移動(dòng)，就不需要進(jìn)行跨MSC的切換，且一直注冊(cè)在同一MSC Server。當(dāng)MSC池中的某一個(gè)或某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，無(wú)線側(cè)的接入請(qǐng)求(位置更新/呼叫等)被負(fù)荷均分給池組中其他仍在正常工作的節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能和可靠性。MSC POOL組網(wǎng)圖如圖2:

圖2 MSC POOL組網(wǎng)圖

2.4 容災(zāi)方案對(duì)比

(1)局?jǐn)?shù)據(jù)配置和管理復(fù)雜度

主備方案(包含N+1):僅需備用軟交換維護(hù)與主用軟交換相同的配置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)配置和管理簡(jiǎn)單。

互備方案:由于一對(duì)互備的軟交換中的每臺(tái)軟交換需要維護(hù)對(duì)方軟交換的配置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)配置和管理復(fù)雜。

采用MSC POOL容災(zāi)方式:MGW支持VMGW功能，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)中承載網(wǎng)的IP化，每個(gè)MGW都要配置在每個(gè)MSC之下，數(shù)據(jù)配置和管理相對(duì)復(fù)雜。

(2)倒換時(shí)的業(yè)務(wù)丟失

主備方案(包含 N+1):主用軟交換控制所有端局MGW，備用軟交換采用與主用軟交換完全相同的容量配置，倒換時(shí)業(yè)務(wù)全部接管。

互備方案:端局包含端局之間的業(yè)務(wù)量，到TMSC和GMSC的業(yè)務(wù)量，難以將業(yè)務(wù)平均分為兩個(gè)平面，由一對(duì)互備的軟交換接管，難以準(zhǔn)確配置軟交換容量。由于互備方案時(shí)，正常狀態(tài)時(shí)應(yīng)維持每臺(tái)軟交換工作在一半的平均負(fù)荷，但由于網(wǎng)絡(luò)無(wú)法準(zhǔn)確配置，而且在實(shí)際中很可能在超出50%負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行。

MSC POOL:由于池組中的每個(gè)MGW都受每個(gè)MSC的控制，切倒換過(guò)程只有10s左右，基本不會(huì)存在業(yè)務(wù)丟失。

(3)投資成本及設(shè)備利用率

“1+1”互助容災(zāi)模式考慮容災(zāi)，網(wǎng)絡(luò)容量?jī)杀杜渲?。例如?00萬(wàn)BHCA的網(wǎng)絡(luò)容量需求，需要配置100萬(wàn)+100萬(wàn)的兩臺(tái)軟交換，正常工作時(shí)各處理50萬(wàn)的容量。

“N+1”主備容災(zāi)模式考慮容災(zāi)，網(wǎng)絡(luò)容量?jī)H需增加一個(gè)軟交換的配置。例如，100萬(wàn)BHCA的網(wǎng)絡(luò)容量需求，可以配置50萬(wàn)+50萬(wàn)+50萬(wàn)的三臺(tái)軟交換，更具成本優(yōu)勢(shì)。

MSC POOL容災(zāi)方式設(shè)備由于采用負(fù)荷分擔(dān)，每個(gè)MSC都在工作，利用率100%。

3 WMG的媒體網(wǎng)關(guān)保護(hù)群方案介紹

為提供承載層的保護(hù)，這里介紹WMG保護(hù)群方案。WMG保護(hù)群(WMG cluster)指在相鄰的或遠(yuǎn)離的地理位置上放置多個(gè)WMG，話務(wù)在這些WMG間進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)，從而起到承載層保護(hù)的作用。多個(gè)WMG的設(shè)置方式取決于承載網(wǎng)的配置。

圖3 WMG Cluster示意圖

圖3是WMG Cluster的示意圖，其中CS為電路集Circuit Set，它是中繼群TKG的一部分。WMG Cluster的技術(shù)特點(diǎn)如下:

來(lái)自各個(gè)局向的TKG均勻地分成多個(gè)CS連接到多個(gè)WMG上;如圖3所示，TKGA、B、C是分別來(lái)自GMSC和兩個(gè)BSS的不同局向，而每個(gè)TKG都均勻地分為4個(gè)CS，分別連接到 WMG1、2、3、4上。比如，TKG －A 均勻分為 CS－A1、CS－A2、CS － A3、CS － A4，分別連往 WMG1、WMG2、WMG3、WMG4;對(duì)于TKG－B和TKG－C也是同樣均勻分為4個(gè)CS，分別連接4個(gè)WMG。

創(chuàng)新的區(qū)分路由算法確保盡可能使出局CS和入局CS位于同一個(gè)WMG。比如當(dāng)前有一個(gè)呼叫，從局向TKG－A呼往局向TKG－B。那么優(yōu)選路徑為CS－A1、WMG1、CSB1或 CS－A2、WMG2、CS－B2 或 CS－A3、WMG3、CS－B3或CS－A4、WMG4、CS－B4。在這些優(yōu)選路徑中，入局 CS(比如CS－B1)和出局CS(比如CS－A1)是位于同一WMG(比如WMG1)。這樣呼叫所占用的話路最少，速度最快。而且所有呼叫可以在這4個(gè)WMG之間進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)。

由于WMG可以盡量靠近業(yè)務(wù)區(qū)進(jìn)行設(shè)置，即WMG可以盡量靠近BSS設(shè)置，無(wú)需A接口鏈路的大規(guī)模迂回，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)元無(wú)任何影響。假如所有的優(yōu)選路由都滿了，還有迂回路由來(lái)保證話務(wù)的接通。例如當(dāng)來(lái)話由GMSC出發(fā)，經(jīng)CS－A1到達(dá)WMG1時(shí)，CS－B1沒(méi)有空閑話路;WMG1會(huì)選擇interconnect連接，將來(lái)話接續(xù)往WMG2(或者 WMG3、或者WMG4)，再?gòu)腃S－B2(如果連往WMG3，則從CS－B3;如果連往WMG4，則從CS－B4)繼續(xù)到TKG－B。這樣可以最大限度地保證話務(wù)的接通。

從上述的論述可以看出，WMG cluster技術(shù)可以保證同一業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)各個(gè)WMG之間的話務(wù)均勻分擔(dān);而且如果某一WMG宕機(jī)，其他的WMG將會(huì)分擔(dān)該宕機(jī)WMG的業(yè)務(wù)，從而保證相關(guān)局向的話務(wù)依然有效。從而實(shí)現(xiàn)承載層的冗余備份。

4 總結(jié)

本文對(duì)通過(guò)MSC層面和MGW層面的容災(zāi)方案分析，并對(duì)“1+1”互助容災(zāi)，“N+1”主備容災(zāi)，基于MSC POOL技術(shù)容災(zāi)等技術(shù)進(jìn)行了分析和比較，每種方案都各有優(yōu)劣。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)當(dāng)?shù)赜脩粜枨蠛推渌乩憝h(huán)境等來(lái)確定選擇哪種方案來(lái)組網(wǎng)。這兩層面的容災(zāi)并不是孤立的，MGW的負(fù)荷分擔(dān)和MSC Server容災(zāi)技術(shù)任意一種結(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)容災(zāi)方案的建立，在組網(wǎng)規(guī)劃時(shí)需要綜合考慮各種因素采用合理的容災(zāi)方式。

［1］譚旺生.本地網(wǎng)MSC N+1容災(zāi)備份方案［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2010:17－18.

［2］劉蓉，李旭.MSC POOL技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011(21):35－36.