張卓筠 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院高級工程師，博士

DRA設備關鍵功能淺析

張卓筠 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院高級工程師，博士

在EPC中，與數(shù)據(jù)管理、策略制定和計費管理等功能相關的信令會在Diameter信令網(wǎng)上傳輸，需要引入DRA設備來組建高效可靠的Diameter信令網(wǎng)。本文分析了DRA設備的關鍵技術，包括連接管理、路由尋址、差錯處理和邊界網(wǎng)關幾個方面，從而保障Diameter信令網(wǎng)的有效運行。

DRA路由尋址 差錯處理 邊界網(wǎng)關

1 引言

在LTE的核心網(wǎng)EPC中，HSS、PCRF等設備的接口將主要采用具有更高安全性能的Diameter協(xié)議。這樣，與數(shù)據(jù)管理、策略制定和計費管理等功能相關的信令會在Diameter信令網(wǎng)上傳輸，因此需要建立一張高效可靠的Diameter信令網(wǎng)來保障。

如果該Diameter信令網(wǎng)中的節(jié)點均采用全互聯(lián)的方式，則會增加網(wǎng)絡拓撲的復雜度，給運營商的管理維護帶來很大的困難；如果采用DRA（Diameter Routing Agent）設備來轉(zhuǎn)接節(jié)點之間的信令，則會簡化網(wǎng)絡拓撲，降低運維成本；另外，將DRA設備作為邊界網(wǎng)關，還可以在國際漫游中提供隱藏網(wǎng)絡拓撲和屏蔽消息的功能。

DRA設備的重要作用使得它成為了LTE網(wǎng)絡中的一個研究熱點，在實際應用中，DRA設備需具備連接管理、路由尋址、差錯處理、邊界網(wǎng)關等功能。

2 連接管理功能

2.1 Diameter連接狀態(tài)管理

DRA可以與信令網(wǎng)中其他Diameter節(jié)點配置Diameter鏈路組。該Diameter鏈路組由一到多條Diameter鏈路組成，Diameter鏈路組內(nèi)各條鏈路可以工作在負荷分擔或者主備方式下；Diameter鏈路組的狀態(tài)是由連接組內(nèi)所有鏈路的狀態(tài)決定的，當鏈路組內(nèi)所有鏈路不可用，則該Diameter鏈路組不可用。

對于靜態(tài)配置的Diameter鏈路，在SCTP鏈路建立成功后，進入能力協(xié)議過程，能力協(xié)議成功，鏈路狀態(tài)正常，啟動Diameter心跳流程，同時該鏈路開始轉(zhuǎn)發(fā)Diameter消息。當傳輸任務完成后，DRA可以向?qū)Φ榷税l(fā)送“拆除對等端連接請求”去激活Diameter鏈路。

2.2 鏈路故障檢測與恢復

DRA的鏈路故障檢測包括基于傳輸層和心跳的兩種故障檢測方式。

（1）基于傳輸層故障的檢測與恢復

當DRA檢測到對等端的底層SCTP或者TCP連接故障時，鏈路進入故障狀態(tài)；此時，會由SCTP或者TCP的客戶端定時發(fā)起SCTP/TCP連接請求，嘗試恢復鏈路狀態(tài)；當DRA檢測到由于傳輸層故障引起的Diameter鏈路故障時，需要啟動該鏈路的倒換機制，進行消息重傳處理。

（2）基于心跳的故障檢測與恢復

當DRA上的某一Diameter連接正常時，會啟動心跳定時器。當心跳定時器超時，DRA就發(fā)送DWR消息給對等端。若發(fā)出DWR心跳消息后，在心跳定時器時間內(nèi)未收到來自對端的Diameter消息，該鏈路處于不可信（Suspect）狀態(tài)，啟動該鏈路的倒換機制，進行消息重傳處理。

處于Suspect狀態(tài)的Diameter鏈路，若在下一個Tw周期內(nèi)收到Diameter消息，則鏈路恢復到正常狀態(tài)，重新啟用該鏈路傳送Diameter消息，否則關閉該Diameter連接。

該Diameter連接關閉后，DRA啟動心跳定時器。當心跳定時器超時后，DRA嘗試恢復關閉的Diameter連接。發(fā)送DWR后一定時間內(nèi)收到DWR的響應消息DWA，則表示一次DWR/DWA交互成功，若DWR/ DWA消息連續(xù)交互成功次數(shù)達到連接恢復次數(shù)門限，則表示Diameter鏈路恢復，重新啟用該Diameter鏈路傳送數(shù)據(jù)。否則，連接恢復失敗，重新嘗試該連接的恢復。

3 路由尋址功能

DRA具有4種代理類型，分別為Relay Agent、ProxyAgent、RedirectAgent、TranslationAgent。其中，RedirectAgent和TranslationAgent在實際中使用的場景并不多。

DRA可以根據(jù)Diameter消息內(nèi)容進行尋址，包括IMSI、MSISDN、Application ID、Destination-realm、Destination-host、Origin-Realm、Origin-Host、UE IP地址、APN等。

下面舉例說明S6a接口的尋址方案，考慮跨信令區(qū)的漫游場景（見圖1）。

在圖1中，MME根據(jù)IMSI得到服務該用戶的運營商級別的HSS域名，向具備IMSI到HSS地址解析的DRA發(fā)送ULR消息；DRA收到來自MME的位置登記請求，根據(jù)IMSI解析HSS地址，由于用戶為區(qū)域之間漫游，DRA根據(jù)IMSI解析得到該用戶的下一個區(qū)域的域名，DRA將消息路由到下一個區(qū)域；跨區(qū)域的DRA收到來自其他區(qū)域的位置登記請求，再次根據(jù)IMSI解析HSS地址，獲取HSS的Hostname，將消息發(fā)送到真正服務該用戶的HSS設備。

4 差錯處理功能

4.1 路由備份機制

DRA到任何一個目的端都應該存在2個或者2個以上的路由，當一個路由不可用時，消息可以經(jīng)過其他路由發(fā)送。路由之間可以工作在主備模式或是負荷分擔模式。當工作在主備模式時，DRA會只選用主用路由來傳送消息；當工作在負荷分擔模式時，DRA會按照一定的比例使用所有路由來發(fā)送消息。

4.2 倒換倒回機制

當DRA檢測到某個路由不可用時，會啟動Failover過程，將未收到響應的請求從請求消息緩存隊列中取出，通過其他路由重新發(fā)送。重發(fā)的消息的T比特應被置位，用于重復檢測。一旦DRA設備檢測到該故障的路由恢復，則立即啟動Failback過程，重新啟用該路由發(fā)送消息。

如圖2所示，DRA1-PEER2為主用路由，DRA1-DRA2為備用路由，當DRA1收到來自PEER1的Diameter請求，會將消息通過DRA1-PEER2的路由發(fā)送出去。如果DRA1-PEER2的路由故障，該Diameter請求消息未能發(fā)送出去或者響應消息無法返回，DRA1會啟動Failover過程，將所有未收到響應的請求消息，從備用路由DRA1-DRA2重發(fā)。當DRA1檢測到DRA1-PEER2的主用路由恢復，則立即啟動Failback過程，停止在備用路由上發(fā)送消息，啟用DRA1-PEER2主用路由發(fā)送消息。

圖1 S6a接口尋址—信令區(qū)間漫游場景

圖2 倒換倒回機制

4.3 路由重選機制

當檢測到Diameter請求消息不能正常發(fā)送到目的地，DRA應支持啟動路由重選過程，將收到錯誤響應的請求從DRA的請求消息緩存隊列中取出，通過備用路由重發(fā)消息，此場景下重發(fā)的消息的T比特不置位。

如圖3所示，PEER1-DRA1為主用路由，PEER1-DRA2為備用路由，鏈路正常時，消息通過PEER1-DRA1發(fā)送，如果DRA1到下一跳的多個路由都出現(xiàn)故障，則返回給PEER1“Unable to Deliver”消息，PEER1收到該消息，可以進行路由重選，選擇PEER1-DRA2備用路由發(fā)送消息。

圖3 Diameter路由重選流程圖

4.4 循環(huán)檢測機制

DRA設備的循環(huán)檢測機制主要有以下兩種：

（1）DRA根據(jù)接收到的Request消息中的Route_Record是否攜帶本DRA的主機名進行循環(huán)檢測。

（2）DRA根據(jù)接收到的Request消息中的Route_Record是否攜帶下一跳設備的主機名（基于Route-Record）或者下一跳是否為請求消息的對端節(jié)點（乒乓路由）來檢測路由循環(huán)。

如果DRA設備檢測到出現(xiàn)循環(huán)，則會返回給上一跳節(jié)點“Diameter-Loop-Detected”消息。

5 邊界網(wǎng)關功能

DRA設備也可以作為國際邊界網(wǎng)關來提高網(wǎng)絡安全性。DRA設備可以防止本網(wǎng)信令點越權(quán)接入其他信令網(wǎng)，并屏蔽某些不希望進入本地信令網(wǎng)中的消息。DRA也可以根據(jù)特定的規(guī)則對消息進行過濾篩選，并將過濾后的消息轉(zhuǎn)發(fā)到指定的平臺上。此外，在國際漫游中，DRA可以刪除記錄的逐跳信息來隱藏歸屬地的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并在本地保存該消息的Hop-by-Hop標識和上一跳Diameter節(jié)點信息。另外，也可以存儲并替換消息中的源主機名，并可根據(jù)映射關系來恢復原消息中的源主機名。

6 結(jié)束語

DRA設備的引入是為了轉(zhuǎn)接Diameter信令網(wǎng)中的信令，從而簡化網(wǎng)絡拓撲。這就要求DRA設備具有連接管理、路由尋址、差錯處理、邊界網(wǎng)關等功能。本文分析了DRA設備的4個關鍵性能，為后續(xù)的研究工作奠定了基礎。

1 3GPP TR 29.909.Diameter-based ProtocolsUsageandRecommendations in3GPP

2 RFC3588.Diameter Base Protocol

3 3GPPTS 23.203.Policy and Charging ControlArchitecture

4 GSMAPRD IR.88.LTE Roaming Guidelines

2015-08-25）