（通信与信息系统专业论文）基于cdma2000系统vlr用户数据存储与管理.pdf

摘要 c d m a 2 0 0 0 是第三代移动通信的主要标准之一，能够提供统一的全球范围内 覆盖使用的系统，支持从话音服务到分组数据业务到多媒体业务。拜访位置寄存 器v l r 是c d m a 2 0 0 0 移动通信网络中的一个重要的功能单元，用于存储漫游在 本移动交换中心m s c 管辖区域中移动用户的相关数据，并向业务的其他子系统提 供访问数据的接口。随着用户数量的不断增加、业务的不断丰富以及各种容灾解 决方案的提出，通信系统对v l r 的容量和实时性提出了更高的要求。本文主要对 v l r 系统的用户数据管理部分进行了研究。 本文首先对c d m a 2 0 0 0 系统网络结构和功能进行了介绍，并阐述了v l r 在 系统中的地位和作用，通过对分布式存储原理的研究，给出了分布式v l r 管理系 统的设计方案。然后针对现网的问题，对分布式管理中存在的不足进行了分析， 提出了用户搬移策略，实现了分布参数调整方式的改进及周期性广播的优化。为 了提高系统的实时性，采用面向对象方法设计v l r 内存数据库。通过对索引方式 的比较与分析，设计了基于哈希索引的哈希函数构造方法以及冲突的处理方式， 并给出了基本操作的具体实现方案。最后详细设计了用户数据的备份机制，并针 对v l r 数据库中存在问题进行分析，提出了三种典型错误恢复解决方案。 关键字：v l r 分布式哈希索引内存数据库 a b s t r a c t c d m a 2 0 0 0i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts t a n d a r d so ft h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hc a np r o v i d eu n i f i e ds y s t e mt h a tb e i n gu s e di nt h ew h o l e w o r l d a n ds u p p o r ts u c hs e r v i c e sa sg r o u p i n gp a c k a g e d a t aa n dm e d i at r a n s a c t i o n s v l r i sa ni m p o r t a n tf u n c t i o n a lu n i ti nc d m a 2 0 0 0m o b i l ec o m m u n i c a t i o nc o r en e t w o r k s y s t e m i ti su s e df o rt l l ed a t as t o r a g eo ft h e u s e r sw h oa r er o a m e du n d e rt h ed o m i n a t i o n o fm s ca n ds u p p o r tt h ev i s i t i n gi n t e r f a c eo ft h ed a t af o ro t h e rs e r v i c es u b s y s t e m w i t h t h ec o n t i n u o u si n c r e a s eo fs u b s c r i b e r s n u m b e r , a na b u n d a n c eo f s e r v i c e sa n dav a r i e t y o fd i s a s t e rr e c o v e r ys o l u t i o n sb e i n gp r o p o s e d ，h i g h e l r e q u i r e m e n t so n v l r c a p a c i t ya n d r e a l t i m eq u a l i t ya r ep u tf o r w a r df o rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s o m e r e s e a r c ho n m a n a g e m e n to f u s e r s d a t ai nv l r s y s t e mi sd o n ei nt h et h e s i s f i r s t l y , t h en e t w o r ks t r u c t u r ea n d f u n c t i o no fc d m a 2 0 0 0s y s t e ma r ei n t r o d u c e di n t h i sp a p e r , a n dt h e nt h es t a t u sa n dr o l eo fv l r i nt h es y s t e ma r ed e s c r i b e d b yt h e r e s e a r c ho nd i s t r i b u t e ds t o r a g ep r i n c i p l e ，t h e s y s t e mi sp r o p o s e d i na l l u s i o nt ot h ep r o b l e m d e s i g no fv l r d i s t r i b u t e dm a n a g e m e n t e x i s t i n gi nt h ec u r r e n tn e t w o r k ，t h ep a p e r a n a l y z e st h es h o r t c o m i n g so ft h ed i s t r i b u t e dm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dp r o p o s e st h e u s e r m o v 锄e i l ts t r a t e g y , a c h i e v e st h ea d j u s t m e n tm e t h o do ft h ed i s t r i b u t e dp a r a m e t e ra n d p e r i o d i cb r o a d c a s t i n go p t i m i z a t i o ns o l u t i o n s i no r d e rt oi m p r o v et h es y s t e m sr e a l 。t i m e q u a l i t y , o b j e c t o r i e n t e dd e s i g n o fv l rm e m o r yd a t a b a s ei sa d o p t e d b yw a yo f c o m p a r i s o na n da n a l y s i so f t h ei n d e x ，h a s hf u n c t i o nc o n s t r u a i o nm e t h o d sb a s e d o nt h e h a s hi n d e x e sa n dt h eh a n d l i n go ft h ec o n f l i c ta r ed e s i g n e d ，a n dt h e nc o n c r e t er e a l i z a t i o n o ft h eb a s i co p e r a t i o no ft h ep r o g r a mi sg i v e n f i n a l l yt h eu s e rd a t ab a c k u pm e c h a n i s m h a sb e e nd e t a i l e dd e s i g n e d ，a n dt h r e ek i n d so fr e c o v e r ys o l u t i o n st ot y p i c a le r r o r sa r e d i s c u s s e db a s e do nt h ea n a l y s i so fp r o b l e m se x i s t i n gi nt h ev l r d a t a b a s e k e y w o r d ：v l r d i s t r i b u t e dh a s hi n d e xm a i nm e m o r yd a t a b a s e 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 叠：啦 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期丝 里_ lf 髟 h 期2 o ：0 于盏 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题背景及来源 随着移动通讯的迅速发展，c d m a 在全球得到了飞速的发展，据世界著名市 场研究公司e m c 的统计报告显示，c d m a 是全球发展速度最快的无线通信技术， 并且c d m a 网络正在向更加开放、更加灵活的网络结构演进。 目前，移动通信市场发展异常迅速，c d m a 2 0 0 0 作为全球三大主流3 g 标准 之一，已经在全球多个国家和地区投入商用。我国工业和信息化部在0 9 年初为中 国移动、中国电信和中国联通发放3 张第三代移动通信( 3 g ) 牌照。其中中国电 信获得了c d m a 2 0 0 0 的3 g 牌照，标志着我国正式进入3 g 时代。 本课题源于华为公司的c d m a 2 0 0 0 核心网项目。本人实习期间有幸参与了 c d m a 2 0 0 0 交换机产品中v l r 用户数据库部分的开发和维护工作。在努力学习和 思考的基础上，逐渐掌握了v l r 模块的体系结构和功能，实习期间主要做了以下 工作： 1 参与分布式管理方案的详细设计与改进方案的讨论，与同事协作完成代码 的编写。 2 参与数据备份机制的详细设计并完成启动过程备份机制的相关代码。 3 参与内存数据库的错误恢复机制的方案设计与部分代码编写和测试用例的 写作，对版本测试期间出现的问题进行定位和修改。 。 4 参与中国电信维护类命令增量开发项目，独立完成了八个v l r 部分维护命 令的主机代码和存储过程的增量开发，其中包括v l r 维护命令中非常重要并且复 杂的查询用户信息命令( d s pu s r i n f ) 。 通过以上的工作，对v l r 用户数据存储与管理方式有了较深刻的理解，本文 就是在此基础上展开的。 1 2v l r 研究现状和发展综述 拜访位置寄存器v l r 是c d m a 2 0 0 0 移动通信网的重要的数据存储网元。在 实际应用中v l r 通常与移动交换中心m s c 合设，v l r 内嵌在m s c 中，是服务 于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信 息，v l r 为m s c 提供必要的业务和数据支持，为已登记的移动用户提供建立呼叫 接续的必要条件。 2 基于c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与管理 在一个m s c 覆盖区域内，v l r 作为实时系统中重要的数据单元，直接影响 m s c 可服务的用户容量以及业务处理能力，而且v l r 的故障会直接导致本m s c 范围内的业务故障，严重影响通信系统质量，所以通信设备提供商都会非常重视 v l r 的开发，从各个方面提高v l r 的用户容量、稳定性、处理能力等。 为了减少通信系统的时延，除选择高速率传输线传输信令外，更重要的是减 少每次查询v l r 和归属位置寄存器( h l r ) 的数据库的时间。v l r 也从最初的磁 盘数据库发展到现在的内存数据库，对用户数据进行实时存储管理，来提高访问 用户数据的速度，并针对内存数据库的特点设计有效的错误恢复方案及备份方案。 分布式存储的提出使得运营商可以根据运营范围内的用户数量及业务负荷情况来 灵活配置v l r 模块的数量，实现大容量高速处理的v l r 系统。为了进一步提高 系统的容灾能力，全球主要通信设备提供商，e r i c s s o n 、华为、中兴等都提供了多 种核心网容灾解决方案，i + i 实时互备容灾方案，n + i 实时容灾方案，m s c p o o l 容灾方案等也逐渐应用到实际的网络中。各种容灾方案对v l r 的容量和处理能力 提出了新的更高的要求。 1 3 论文的工作 作为网络中重要的用户数据存储网元，开发一个好的v l r 系统可以为通信系 统提供更大的容量和更高的处理能力。本文就是在此需求的基础上，基于华为 c s o f t x 30 0 0 产品的o s t a( o p e ns t a n d a r d st e l e c o ma r c h i t e c t u r ep l a t f o r m ) 硬件 平台和v x w o r k s 操作系统，对c d m a 2 0 0 0 系统中v l r 用户数据的存储与管理进 行研究，本文的研究内容及成果具体体现在如下方面： 1 通过对c d m a 2 0 0 0 系统的介绍，详细阐述了v l r 在系统中的地位和作用， 根据系统对v l r 的需求提出了分布式管理模型和内存数据库存储管理模型。 2 对v l r 分布式存储原理进行阐述，提出基于分布参数的分布原则，设计 了分布式v l r 管理系统。对分布式管理中分布节点增加和减少情况下分布参数的 调整策略进行研究，通过模拟测试比较给出了详细的改进方案。为了进一步提高 分布式管理系统的可靠性，实现了周期性广播的优化机制。 3 采用面向对象方法设计内存数据库中用户数据的存储与管理方式。主要对 索引方式进行了对比研究，设计了基于哈希索引的哈希函数构造以及冲突的处理 方式，并给出了基本操作的具体实现方案。 4 针对1 + 1 备份解决方案，对用户数据的备份机制做了详细的设计，并针对 内存数据库的特点，对数据库中的三种典型错误恢复机制进行了研究，给出了具 体的错误恢复解决方法。 第章绪论 1 4 论文的结构安排 本文分为六章，章节安排如下： 第一章是绪论部分，介绍了论文的选题背景及来源、拜访位置寄存器的研究 现状、发展综述和论文的主要研究内容及成果。 第二章先回顾当前移动通信发展趋势，然后对c d m a 2 0 0 0 的发展和网络结构 进行了简述，介绍了c d m a 2 0 0 0 系统核心网的发展以及软交换技术在核心网的应 用。 第三章首先对位置管理策略进行了概述，重点介绍了v l r 的功能，基于v l r 的特点提出分布式存储管理模型以及内存数据库在v l r 中的应用。 第四章主要设计了基于分布参数分布原则的分布式v l r 管理系统。对分布式 管理中分布节点增加和减少情况下分布参数的调整策略进行了改进。进一步提出 了周期性广播的优化机制。最后给出了系统测试的结果。 第五章主要根据面向对象的方法设计了内存数据库，通过对比分析，设计了 哈希索引的实现方式。针对硬件冗余的1 + 1 备份解决方案给出了数据备份过程的 详细设计。为了提高内存数据库的可靠性对数据库中可能出现的错误进行了研究， 设计实现了三种错误恢复机制。最后给出了测试结果。 第六章是结束语，对全文进行总结。 第二章c d m a 2 0 0 0 系统简介 第二章c d m a 2 0 0 0 系统简介 2 1 当前移动通信发展趋势 当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就 无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时随地，及时可靠，不受时 空限制地进行信息交流，提高工作的效率和经济效益。 移动通信可以说从无线电发明之日就产生了。1 8 9 7 年，马可尼所完成的无线 通信实验就是在固定站与一艘拖船之间进行的。而蜂窝移动通信是在二十世纪七 十年代中期以后发展的。移动通信综合利用了有线、无线的传输方式，为人们提 供了一种快速便捷的通讯手段。由于电子技术，尤其是半导体，集成电路及计算 机技术的发展，以及市场的推动，使物美价廉、轻便可靠、性能优越的移动通信 设备成为可能。现代的移动通信发展至今，主要走过了两代，而第三代现在已经 基本研制成熟，部分厂家的产品已经进行了大规模的商用。 第一代8 0 年代第二代9 0 年代第三代 模拟数字 i m t - 2 0 0 0 图2 1 从图2 1 移动通信发展概况来看， 为第三代移动通信的核心技术【8 1 。 移动通信发展概况 由于自有的技术优势，c d m a 技术已经成 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟( i t u ) 于1 9 8 5 年提出，当时称为未来 公众陆地移动通信系统( f p l m t s ，f u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) ，1 9 9 6 年更名为i m t - 2 0 0 0 ( i n t e m a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n 一2 0 0 0 ) ， 意即该系统工作在2 0 0 0 m h z 频段，最高业务速率可达2 0 0 0 k b p s ，2 0 0 0 年左右得 6 基于c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与管理 到商用。主要体制有w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 。1 9 9 9 年1 1 月5 日， 国际电联i t u r t g 8 i 第1 8 次会议通过了“i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范 建议， 其中我国提出的t d - s c d m a 技术写在了第三代无线接口规范建议的i m t - 2 0 0 0 c d m a t d d 部分中。 我国工业和信息化部在0 9 年初为中国移动、中国电信和中国联通发放3 张第 三代移动通信( 3 g ) 牌照，批准中国移动通信集团公司增加基于t d s c d m a 技 术制式的第三代移动通信( 3 g ) 业务经营许可，中国电信集团公司增加基于 c d m a 2 0 0 0 技术制式的3 g 业务经营许可，中国联合网络通信集团公司增加基于 w c d m a 技术制式的3 g 业务经营许可。此举标志着我国正式进入3 g 时代。 2 2c d m a 系统发展综述 自从2 0 世纪9 0 年代以来，c d m a 系统引起了人们的广泛关注，相关的研究工 作也十分活跃。c d m a 2 0 0 0 是3 g 的主流技术之一，在全球多个国家和地区已经投 入商用。 c d m a o n e c d m a 2 0 0 0 图2 2c d m a 系统的演进变化 如图2 2 所示，最早的c d m a 系统的空中接口标准称为i s 9 5 ，于1 9 9 3 年由 美国电信工业协会提出。后经多年的发展演迸，技术发展到i s 9 5 b 标准。人们将 基于i s 9 5 标准系列的c d m a 系统称为c d m a o n e 系统。它包括更多的相关标准， 如：i s 9 5 ，i s 9 5 a ，t s b 7 4 ，j - s t d 0 0 8 及i s 9 5 b 。在工作中，人们通常将c d m a o n e 系统称为i s 9 5 c d m a 系统，而很少使用c d m a o n e 。 i s 9 5 系统向第三代移动通信系统演进时，所采用的技术体制为c d m a 2 0 0 0 ， 这也是r r u 在制定第三代移动通信系统空中接口标准时，美国所提出的技术建议。 实现c d m a 2 0 0 0 技术体制的正式标准名称为i s 2 0 0 0 ，它由美国电信工业协会制 定，并经3 g p p 2 批准成为一种第三代移动通信系统的空中接口标准。i s 2 0 0 0 向下 兼容i s 9 5 系统。使运营者能以一种好的方式来作出战略配置决定。 c d m a 2 0 0 0 可以指采用i s 2 0 0 0 标准的系统，也可以表示空中接口所采用的技 第二章c d m a 2 0 0 0 系统简介 7 术。按照使用的带宽划分，c d m a 2 0 0 0 系统有多种工作方式。其中对立使用一个 1 2 5 m h z 载波的方式称为c d m a 2 0 0 0 1 x ，将三个1 2 5 m h z 载波捆绑在一起使用的 方式称为c d m a 3 x 。目前，c d m a 2 0 0 0 系统已经在世界上多个国家和地区投入商 用，采用的都是c d m a 2 0 0 0 1 x 技术。 2 3c d m a 2 0 0 0 核心网 2 3 1c d m a 2 0 0 0 网络参考模型 图2 3c d m a 2 0 0 0 网络参考模型 如图2 3 为c d m a 2 0 0 0 网络参考模型【2 1 。主要实体如下： m s c 移动软交换中心：主要完成移动性管理，呼叫接续等功能。 h l r 归属位置寄存器：静态保存用户数据，动态保存用户的位置信息。 v l r 拜访位置寄存器：动态保存漫游到本v l r 所服务的m s c 区域的用户数 据，动态保存用户的位置信息、部分签约信息及状态信息。 主要接口说明： a 接口：m s c 和b s c 之间的接口。 b 接口：m s c 和v l r 之间的内部接口。 c 接口：m s c 和h l r 之间的接口。 d 接口：h l r 和v l r 之间的接口。 e 接口：m s c 和m s c 之间的接口。 f 接口：m s c 和e i r 之间的接口。 g 接口：v l r 和v l r 之间的接口。 基于c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与管理 其中m s c v l r 系统实行模块化、层次化相结合的设计原则，层次之间为单向 调用，同层次各模块间采用消息接口方式，强调模块的对立性和模块间接e 1 的通 用性。整个软件系统由一系列功能子系统构成，各个子系统相互独立，系统之间 采用消息机制进行通信。各个子系统又可以细分为多个功能模块。 2 3 2 软交换技术在核心网的应用 2 0 0 3 年1 2 月，全球第一个基于软交换架构的商用3 g 网络阿联酋e t i s a l a t 的u m t s 网络放号运营；同月，中国香港s u n d a y 也选择软交换架构来建设覆盖全 港的3 g 网络。2 0 0 4 年3 月，泰国a i s 2 g 移动软交换割接入网；4 月，中国移动选择 移动软交换技术建设覆盖全国的移动长途汇接网：7 , q ，毛里求斯e m t e l 采用i 软交换建设3 g 网络。“软交换 不再是固定网络运营商热烈讨论的一个热点词汇， 深具眼光的移动设备提供商和移动网络运营商们已将软交换系统真实地推到了用 户面前，标志着移动核心网软交换时代已经来临。从2 0 0 3 年以来，华为公司基于 对软交换技术的深刻理解，在业界首次把软交换的技术应用到对传统g s m 网络和 c d m a 网络的改造和升级中，而且率先在海内外获得了大规模商用。 软交换的核心思想是将传统电路交换按功能分解为不同层次，从而实现业务 提供与呼叫控制分离，呼叫控制与承载连接分离，不同的功能层次之间通过开放 的接口连接，呼叫控制功能从物理交换机中分离出来，通过基于服务器的软件来 实现，有利于传统电信网与分组网的融合：业务实现功能从物理交换机中分离出 来，业务开发者可以面向开放、统一的接口开发出丰富多彩的业务。 软交换是下一代网络呼叫与控制的核心，提供具有实时性要求的呼叫控制和 连接控制功能。又称为呼叫代理、呼叫服务器或媒体网关控制。在传统电路交换 网中，呼叫控制、业务提供以及交换矩阵均集中在一个交换系统中，呼叫控制和 业务结合在一起，不同的业务所需要的呼叫控制是不同的。而软交换相当于传统 交换机的呼叫控制部分和业务提供部分。如果说传统的电路交换网络是基于交换 机的电路交换网络，那么下一代网络则是基于软交换的分组网络。 3 g 发展至今经历了较快的演变过程，其中核心网发生了实体的改变，主要体 现是引入了软交换的结构，即将原核心网络中m s c 的功能分为两个设备来实现： m s c e ( 主要包括m s c 的呼叫控制和移动控制部分，负责处理信令) 和m g w ( 媒 体网关) ，进而实现控制与承载的分离。 c d m a 2 0 0 0 系统的核心网( c o r en e t w o r k ) 由两部分组成：电路域交换系统 ( c sd o m a i n ) 和分组域交换系统( p sd o m a i n ) 。电路域交换系统主要为移动用户 提供语音服务和低速电路型的数据服务的支持，分组域交换系统是为了支持高速 分组数据业务而设计。 第二章c d m a 2 0 0 0 系统简介 c s o f t x 3 0 0 0 为华为公司为c d m a 2 0 0 0 系统提供的m s c e 产品，m s c c 在移 动网络中的位置如图2 4 所示l i 2 1 。 c s o f t x 3 0 0 0 是3 g p p 2 定义的l m s d 阶段的m s c c 实体，实现了控制与承载 的分离，主要完成呼叫控制、m g w 的接入控制、资源分配、协议处理、路由、认 证和计费等功能，向用户提供基本语音业务、移动业务和智能增值业务。软交换 内置v l r 和s s p 功能充分满足电路核心网的组网功能要求。与u m g 8 9 0 0 联合， 承担c d m a 核心网络交换和网络控制功能，在网络中同时承担v m s c 、v l r 、s s p 、 i p 、g m s c 和t m s c 的作用，同时提供与无线接入网及p s l 州i s d n 的接口。具有 s r p ( s i g n a l i n g t r a n s f e r p o i n t ) 和s g ( s i g n a l i n g g a t e w a y ) 功能，可作为核心网的 内置信令转接点l s t p ( l o w l e v e ls i g n a l i n g t r a n s f e r p o i n t ) 。 幽2 4基f i s - 9 5 a 标准的c d m a 2 0 0 0 组网结构幽 核心网主要网元介绍如下： m s c c ( m o b i l c s w i t c h i n g c e n t e r e m u l a t i o n ) ：移动软交换中心，是c d m a 网络 的核心设备。可向用户提供基本语音业务、移动业务、多媒体业务，完成呼叫控 制、m g w 的接入控制、资源分配、协议赴理、路由、认证、计费等功能。 m o w ( m e d i ag a t e w a y ) ：媒体网关，一般与媒体资源功能处理嚣m r f p 合一， 负责媒体流格式转换和提供放音、会议资源等媒体资源的功能。华为的u m g 8 9 0 0 兼有s g 功能，实现信令在口承载和七号信令网之间的互通。 v l r ( v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ) ：拜访位置寄存器。用户动态内存数据库， 存储漫游到本控制区域的用户临时信息( 建立呼叫所必须的全部数据) ，物理上 1 0 基于c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与管理 和m s c e 合设。 s s p ( s e r v i c es w i t c h i n gp o i n t ) ：业务交换点。负责检出智能业务请求，并与 s c p 通信；对s c p 的请求作出响应，允许s c p 中的业务逻辑影响呼叫处理。一个s s p 应该包括呼叫控制功能和业务交换功能，可以和m s c e 合设。 h l r ( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ) ：归属位置寄存器，负责移动用户管理的数据 库，存储用户开户信息( 电信业务签约数据和用户状态) 、移动台位置信息、m d n 、 i m s i ( m i n ) 等。 a c ( a u t h e n t i c a t i o nc e n t e r ) ：鉴权中心，是管理移动台鉴权相关信息的功能 实体，物理上和h l r 合设。 p d s n ( p a c k e td a t as e r v i n gn o d e ) ：分组数据服务节点，是连接移动网络和 i p 骨干网络的网关设备，为移动用户提供分组数据接入服务。 2 4 小结 在本章中先简单的回顾了移动通信的发展趋势，对c d m a 2 0 0 0 的发展和网络 结构做了介绍，阐述了核心网部分的发展变化，由传统的呼叫控制、业务提供以 及交换矩阵均集中在一个交换系统中的电路交换网发展为控制与承载分离的基于 软交换的核心网架构，并介绍了此架构下的核心网主要网元实体及作用。 第三章v l r 系统用户数据管理设计 第三章v l r 系统用户数据管理设计 3 1v l r 功能研究 移动通信支持个人移动性和终端移动性，用户可以在任何时间和任何地点， 使用任何固定或移动终端，通过个人通信号码和任何人进行通信。为了将呼叫传 递给随意移动的用户，除了对用户的各种签约信息进行存储之外，还需要有一个 高效的位置管理系统来跟踪用户的位置。其中v l r 作为位置管理中重要的一部分， 也在不断的发展改进中，以适应现在通信系统的要求。 3 1 1 位置管理功能 当前位置管理策略主要包括两种：集中式位置管理策略和分布式位置管理策 略。随着移动用户数量日渐增长，位置管理策略对网络信令负荷和网络数据库访 问负荷的影响越来越显著。好的位置管理策略可以大大降低系统开发和运行开销， 显著提高系统性能【3 】。 位置管理策略使网络保持跟踪移动台当前实际所处的位置并存储位置信息。 c d m a 2 0 0 0 系统中位置管理策略目前广泛使用的是基于集中式的位置管理策略， 即网络结构上是一种双层结构，上层为归属位置寄存器h l r ，下层为拜访位置寄 存器v l r 。位置信息存储在h l r 、m s c e v l r 和移动台中，位置管理流程的目的 是确保上述三个实体保存的相关位置信息一致。 h l r 记录着覆盖区域内所有用户的移动数据，包括每个移动用户的属性、路 由信息、状态信息等。归属用户的业务信息和当前归属用户所在的v l r 区域有关 的地址信息。v l r 管理那些处于本m s c 管辖下所有位置区内当前用户资料，它包 括用户的精确的位置区域标志信息和其它与用户相关信息。这种双层结构的优点 是对数据库的访问次数少，整个网络结构简单。 当移动台处于空闲模式时，确定其位置是很重要的。只有明确知道移动台当 前位置，才能在呼叫时迅速建立主叫与其的连接。 位置管理流程主要包括位置登记流程、取消登记流程和移动台去活流程。 位置登记流程 常见位置登记主要有以下几种【9 l ：开机位置登记、关机位置登记、周期位置登 记、位置改变位置登记、基于距离的位置登记、参数改变位置登记、隐含登记。 普通位置登记流程如图3 1 所示。 1 2 基于c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与管理 图3 1 位置登记流程 ( 1 ) 移动台m s 发起位置登记，所在的b s c 向m s c e ( m s c e 2 ) 发送l o c a t i o n u p d a t i n g r e q u e s t 消息。 ( 2 ) m s c e ( m s c e 2 ) 向m s 归属的h l r 发送位置登记消息r e g n o t 。 ( 3 ) 如果该m s 以前在其他m s c e 服务区登记过，则h l r 向以前的拜访 m s c e l v l r l 发送取消登记消。息r e g c a n c ，m s c e l n l r l 根据收到的消息，删除 该m s 的记录信息。 ( 4 ) m s c e l n l r l 向h l r 发送取消登记响应消，息r e g c a n c 。 ( 5 ) h l r 向m s c e 2 l r 2 发送位置登记响应消，皂, r e g n o t 。 ( 6 ) m s c e 2 v l r 2 向m s 所在的b s c 发位置更新接受消息l o c a t i o nu p d a t i n g a c c e p t 。 取消登记流程 当用户关机或长时间与网络失去联系时，m s c e n l r 将发起取消登记流程。如 图3 2 所示。 图3 2m s c e n l r 发起的取消登记流程 ( 1 ) 如果m s 关机、去活或者长时间与网络失去联系，m s c e v l r 将向与该m s 第三章v l r 系统用户数据管理设计 1 3 相关的h l r 发送m s i n a c t 消息，同时删除v l 中这个m s 的所有记录。 ( 2 ) h l r 取消该m s 的位置登记信息，并向m s c e v l r 发送m s i n a c t 消息以确认取 消操作。 移动台去活流程 移动台去活包括服务m s c e 宣布移动台去活、服务m s c e 在位置登记时宣布 移动台去活、h l r 通过r o u t r e q 消息报告移动台去活。 最常见的服务m s c e 宣布移动台去活流程。该流程如图3 3 所示。 图3 3 移动台去活流程 ( 1 ) 在判断一个已登记的漫游m s 不再活动后( 如该m s 没有做周期性位置更 新) ，它的服务m s c e v l r 标记该m s 为去活状态，并向与该m s 相关的h l r 发 送移动台去活消息( m s i n a c t ) 。 ( 2 ) h l r 设置该m s 状态为去活态，向该m s 的服务m s c e v l r 发送m s 去活 响应消息m s i n a c t 。 ( 3 ) 一段时间后，当m s c e v l r 确定在其服务区内m s 重新激活时，m s c e n l r 向与该m s 相关的h l r 发送位置登记消息( r e g n o t ) 这时的服务m s c e 与最初 宣布m s 去活的m s c e 不一定是同一个m s c e 。 ( 4 ) h l r 向m s c e v l r 发送位置登记响应消息r e g n o t 。 3 1 2 用户数据管理 v l r 负责存储并管理当前漫游到本m s c e v l r 区域中的移动用户的有关数 据，当v l r 中存储的用户数目超过所设置的最大值时，v l r 将会拒绝用户进行位 置登记。v l r 中保存的用户数据可以分为两类：从h l r 获取的用户数据，包括用 户号码、业务属性等；用户在进行位置更新或呼叫时记录的用户位置、状态等临 时信息。 v l r 中存储的用户数据包括：i m s i 号码、m d n 号码、e s n 号码、位置区小 1 4 基于c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与管理 区信息、归属h l r 地址、用户类别、用户状态、用户签约的业务等信息，另外还 存储鉴权和加密数据。 、 v l r 支持在呼叫建立时，根据m s c e 的请求，依据i m s i 或m d n 向m s c e 提供用户的信息。通常当移动台作主叫时，依据i m s i 查询主叫用户的信息；移动 台作被叫时，依据m d n 查询被叫用户的信息。 3 1 3 移动性管理 1 用户状态管理 在用户进行各种业务的时候，需要针对业务流程实时标记用户的各种状态， 以保证业务的正常进行以及并发操作的状态判断。 在一个呼叫过程中，主叫用户设置为三种状态【7 】：i d l e 、p e n d i n g 、a c t i v e ；被叫 用户设置四种状态：i d l e 、a c c e s s 、p e n d i n g 、a c t i v e ，其中i d l e 、a c t i v e 属于稳定状 态；p e n d i n g 、a c c e s s 属于非稳定状态。开始主叫用户处于i d l e 态，发起呼叫时首 先要到v l r 置主叫用户状态，此时v l r 会将用户状态置为p e n d i n g ，被叫应答连 接已建立之后主被叫开始通话，主叫进入a c t i v e 状态。对于被叫，号码分析若号码 类型为m d n ，则首先到h l r 取位置信息( l o c r e q ) ，然后h l r 到被叫v l r 取路由信息( r o u t r e q ) ，v l r 为其分配了t l d n 之后，被叫用户进入a c c e s s 状态；被叫寻呼响应后移动管理模块向v d b 发送取寻呼消息以便获取与呼叫相关 模块的表号、模块号，返回寻呼响应消息，此时v d b 置被叫用户为p e n d i n g 态， 被叫应答即c o n n e c t 之后，双方开始通话，被叫进入a c t i v e 状态。通话结束拆线后 主被叫进入i d l e 空闲态。这些用户状态的迁移都是由v l r 管理的。 类似在p d s n 数据业务中用户设置i d l e ，a c c e s s ，p e n d i n g ，a c t i v e ，h o ，d o r m a n t 状态。其他业务根据业务的具体要求设置用户的状态，这些状态信息全部存在用 户记录r e c c o m m d a t a 结构体中，所以随着业务的种类的多样化、丰富化，用户记 录中结构体中的字段不断扩充，对空间的要求也越来越高。 2 鉴权 当s s d ( s h a r e ds e c r e td a t a ) 共享时，v l r 支持鉴权操作，能够向a c 索取 并存储鉴权参数。此时v l r 能够通过m s c e 要求对移动台进行鉴权，并比较从 移动台返回的和自己所存的鉴权参数。当比较得到的结果不一致时产生告警并返 回鉴权不成功的次数。 3 临时本地号码分配 m s 做被叫时，被叫m s 所属的v l r 能根据h l r 的请求分配t l d n ，并将t l d n 号码发往请求的h l r ，即支持对每次呼叫进行t l d n 分配。 支持每次用户做被叫时根据配置随机分配t l d n 或根据用户号段、m s c i d 、 第三章v l r 系统用户数据管理设计 1 5 位置区号进行t l d n 分配，保证能够正确寻址到被叫。当v l r 分配t l d n 号码后， 在设定时间内若没有收到m s c e 发送给v l r 的取被叫信息的消息，或者呼叫接续 已经完成，则会自动释放该t l d n 号码。 4 话务统计 对用户数、补充业务、扩展补充业务、始呼标识、监听记录、监听中心数目 等话务统计指标进行话务统计，通过性能管理工具为维护人员提供系统维护定位 手段。 3 2v l r 系统的设计 通过以上章节的介绍，我们知道v l r 是移动通信系统中的一个重要部分，现 在大多数设备提供商均采用m s c 和v l r 合设，v l r 内置于m s c 服务器方式实 现，一个v l r 也可以服务多个m s c 服务器，提供m s c 服务器所需要的移动用户 数据。v l r 是一个动态的用户数据库，用户数据由于其移动和呼叫不断的发生着 变化。 随着移动通信系统的发展，业务种类不断增多，每个用户需要占用的空间越 来越大，移动用户的数目也在逐步增多，同时交换机产品对实时性的要求特别高， 要求系统能快速查询各个用户的信息数据，这样对v l r 提出了两方面的要求，一 个是存储容量的要求，一个是对数据快速存储和访问的要求。 3 2 1 分布式v l r 设计原理 在实际应用中，v l r 的存储容量和处理能力有限，不能满足v l r 大容量的需 求，造成这种情况的主要原因在于，之前的技术方案采用单个硬件实体构成v l r 系统，在存储空间和中央处理器处理能力上难免收到单个v l r 硬件实体即v l r 模块资源的限制，造成系统的存储容量和处理能力无法有大的突破。 为了解决以上问题，提出了分布式v l r 系统【l 们。采用两个以上的v l r 模块， 以及代理模块进行分布式管理，将v l r 系统的负担均匀分摊到多个并行的v l r 模块上。 如图3 4 所示，单代理分布式v l r 系统是由v l r 代理模块和v l r 模块l 至 v l r 模块n 组成，其中n 为大于等于2 的任意整数。v l r 模块l 至v l r 模块a 分别与v l r 代理模块通过内部接口连接。每一个v l r 模块相当于一个独立的v l r 硬件实体，用于存储用户的部分签约信息，移动性管理信息和呼叫相关的信息。 处理并响应v l r 代理模块所分发的消息。v l r 代理模块用于接收v l r 接口的消 息并分发到相应的v l r 模块，并综合一个或多个v l r 模块的响应对外给出响应 1 6 基y - c d m a 2 0 0 0 系统v l r 用户数据存储与