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GSM核心网网元容灾 移动核心网技术交流 1 软交换设备介绍 MSCServer容灾方案比较 MGW容灾方案 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 MGW容灾方案比较 MSCServer容灾方案 2 软交换设备介绍 概述 目前 国内各移动网络运营商在2G网络扩容中均已开始大规模采用软交换设备进行建设 软交换设备具有以下特点 电路域 CS域 的呼叫与承载的分离 将MSC分为移动软交换服务器 MSCServer 和媒体网关 MGW 使呼叫控制和承载完全分开 核心网内支持No 7信令在2个核心网络功能实体间以基于不同的网络方式来传输 包括基于TDM IP和ATM的网络上来传输 核心网电路域的话音业务可选择基于不同的网络方式来传输 包括基于TDM IP和ATM的网络上来传输 3 软交换设备介绍 混合组网 4 移动核心网技术交流 软交换设备介绍 MSCServer容灾方案比较 MGW容灾方案 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 MGW容灾方案比较 MSCServer容灾方案 5 MSCServer容灾方案 分类 1 1 互备 MSCPOOL N 1 主备 N 1 主备 容灾效率和效果较好 但对设备功能要求较高 备份效果相对较差 但是对设备功能要求限制较少 目前主流核心网设备厂家设备均支持 6 MSCServer容灾方案 MSCPOOL MSCPool 规范的历史 最早于1997年由北电提出 1993年6月进入3GPP协议 即当时的TS23 913 100协议 当时这个功能被称之为 Turbocharger 初衷是为了减少用户移动性带来的信令负荷 TS23 913 100协议是R1999协议族的一员 经过发展 于2001年4月该协议演进为TS23 236协议 并正式纳入R5协议族于2004年12月再次升级至R6协议族于2006年12月升级至R7协议族 7 MSCServer容灾方案 MSCPOOL MSCPool 经典网络组织图 一组MSC组成MSCPOOL 覆盖一组无线区域 不同MSCPOOL可以重叠覆盖 POOL和非POOL可以混合组网 8 MSCServer容灾方案 MSCPOOL MSCPool 方式 基于3GPPTS23 236规范 在软交换分离架构网元组网时 是指将若干个和BSC RNC相连的MSCServer放在一个池 Pool 内 组成一个大的服务区域 9 A IuFlex技术 一个BSC RNC可以同时接入到多个MSCS MGW MSCS MGW间负荷分担 多个MSCS MGW组成一个 MSCPOOL 共同控制几个位置区 当一个MSCS MGW故障时 BSC RNC可以将到故障的MSCS MGW的事务转发给其它MSCS MGW来处理 MGW1 A Iu Flex MGW2 MSCS1 MSCS2 MSCPOOL MSCServer容灾方案 MSCPOOL MSCPOOL物理组网 MSCPOOL最关键的就是如何使用户在POOL内无线区域内接入时 都能连接到正确的MSCS MGW 10 MSCServer容灾方案 MSCPOOL MSCPool 方式 池内的BSC RNC受控于池内所有MSCServer 池里的MSCServer共同为各MSCServer覆盖区域之和的大区域服务 NNSF NASNodeSelectionFunction 非接入层节点选择功能 可以由RNC或BSC兼做 规范定义 由MGW兼做提出 基于池内各MSCServer容量以一定算法决定核心网路由 以NRI NetworkResourceIdentifier 网络资源标识 号码并作为后续寻址依据 当MSCServer故障时 由NNSF通过算法改变NRI分配 从而将原属故障MSCServer节点的用户调整到池内其它Server节点 来保证通话接续不受或少受影响影响 通过引入MSCPool将传统网络结构变为MSC资源池结构 使得在任何一个或者几个MSCServer故障时其他MSCServer能够自动接管业务 11 MSCServer容灾方案 MSCPOOL NNSF将漫游进入池服务区域的用户分配到不同MSC 用户始终保持登记在同一个MSC上 直到用户漫游出该MSC资源池服务区 12 MSCServer容灾方案 MSCPOOL NRI重用原则 fulldistribution 13 MSCServer容灾方案 MSCPOOL 采用 MSCPOOL 容灾方式 在故障倒换后 如果故障MSCServer下的用户未发起一次主叫或者进行位置更新 则第一次被叫无法正常接续 但不影响新呼叫的发起和建立 引入被叫解决方案 使用MSCPOOL方式容灾 具有自动倒换 零 故障倒换时间 倒换无需人工干预 用户感知度小的特点 但是在话音承载仍为TDM未IP化的时候 使用该组网方式大大增加了网络复杂性 会给网络扩容 设备配置和日常维护带来较大的工作量 由于主流厂商一般均将NNSF放在BSC RNC上实现 因此 采用 MSCPool 方式容灾 就需要MGW支持 虚拟MGW 功能 对应MSCServer与MGW间的信令及承载实现IP化 全部相关BSC支持A Flex功能 不同厂家BSC上的A Flex负荷分担算法兼容等多个条件 而考虑到大部分厂家的现网在用的BSC设备无法支持该功能 且厂家间实现A Flex功能算法目前缺乏兼容性测试 因此 大部分现有GSM网络中无法利用 MSC Pool 方式实现容灾 从核心网各厂家现有设备的支持情况看 MSCPOOL 方式主要适用于新的移动运营商建网时 在直辖市 省会城市等重点大中型城市本地网内有重点地使用 14 MSCServer容灾方案 MSCPOOL的问题 使用MSCPOOL的问题 网络组织相对复杂扩容建设困难 网络调整数据配置量大跨本地网组POOL时 计费困难现网维护指标无法满足POOL跨本地网组网需求NNSF无标准化算法 异厂家互通困难A接口和局间电路在IP化前做 会造成电路浪费1 物理MGW间TDM资源越少 组Pool后需要新增的TDM资源越多2 Pool内MSCServer的个数越多 需要新增的TDM资源越多跨本地网组POOL时 监听实施不受现有行政区划控制 15 A IuoverIP使POOL更容易 动态调整负荷 CBD 住宅区 Erlang Erlang Erlang Erlang MSCS MSCS SGSN MGW MGW GGSN POOL 提高网络有效利用率 降低TCO 降低切换次数 减少信令负荷 提高网络可靠性 平滑升级扩容 MSCServer容灾方案 MSCPOOL的优势 16 移动核心网技术交流 涪陵MSPOOL实验网组网 17 MSCServer容灾方案 双归属技术 双归属 dualhoming 同一个媒体网关 MGW 归属于两个MSCserver 正常运行情况下 MGW只注册到一个MSCserver上 而当该MSCserver发生故障时 MGW可注册到另一个MSCserver上 继续为此MGW下管理的用户提供业务 这样充分保证了网络的安全性 采用双归属技术的容灾方式的主要代表是 1 1 互备方案和 N 1 主备方案 18 MSCServer容灾方案 1 1 互备 1 1 互备方案 指在MSCServer配置时 将MSCServer进行 配对 每台的备份容量都等于 配对 中另外一台MSCServer的主用容量 当 配对 中的某个MSCServer故障时 另一台MSCServer能以自动或人工方式激活对故障MSCServer备份的相关静态配置数据和动态用户数据 利用双归属技术 使得原属故障MSCServer控制的MGW可以重新注册到 配对 中未故障的MSCServer 接管故障MSCServer的业务 如果主备MSCServer间不具备实时更新用户动态数据能力 则倒换时需对所辖用户进行强制位置更新 19 MSCServer容灾方案 1 1 互备 另外 由于 1 1 互备设置的MSCServer的主备容量同机设置的特点 还可以用于应对节假日突发话务 20 MSCServer容灾方案 N 1 主备 N 1 主备方案 指在由N个主用MSCServer组成的网络中 设置一个备份用的MSCServer的容灾方式 平时N个MSCServer正常工作 备份用的MSCServer只同时运行主MSCServer相同的软件和数据 并存储所有主用MSCServer数据的镜像 而其与外部网元如HLR MGW SCP SMSC STP的信令链路正常连接 且这些链路中除了可能通过STP转接传递的 心跳 消息外 并无信令负荷 21 MSCServer容灾方案 N 1 主备 N 1 主备方案 当N个正常工作的MSCServer中一个出现故障时 备份MSCServer将激活为主用MSCServer 利用双归属技术 使得原故障MSCServer控制的MGW注册接入备份MSCServer 从而达到备用的MSCServer自动接管故障的MSCServer下管理的MGW和BSC的效果 如果主备MSCServer间不具备实时更新用户动态数据能力 则倒换时需对所辖用户进行强制位置更新 22 MSCServer容灾方案 N 1 主备 N 1 主备方案 23 MSCServer容灾方案 双归属技术 采用双归属技术容灾方式 在故障倒换和恢复倒回时 正在通话中的呼叫会中断 通过对现有呼叫建立流程的少量改变 可以做到不影响新呼叫的发起和建立 采用双归属技术容灾方式 具有故障倒换时间短 倒换决定权可控的特点 分钟级的倒换效率 也可以保证较好的容灾效果 同时对设备功能的要求不高 目前 除了要求主备设备须是同厂家设备外 对BSC及其它周边网元能力均无配合要求 从核心网各厂家现有设备的支持情况看 双归属技术容灾方式是目前在网上使用最为广泛的一种方式 其中 N 1 主备方式 因为其较高的效费比 而成为目前软交换移动网络中MSCServer容灾的主流方式 而 1 1 互备方式 则可以优先在需要重点通信保障的地区和突发话务较集中的区域选择使用 24 MSCServer容灾方案 双归属技术 在使用双归属技术的容灾方式时 主备MSCServer之间的数据同步 一般的可以通过以下几种方式 静态数据 通过网管系统同时下发到主备的Server 这就需要网管系统进行改造 具备同时向两个网元下发指令的功能 动态数据 通过IP承载网或No 7信令同步 25 MSCServer容灾方案 冷 备份 冷 备份方案一般采用 N 1 主备设置 指由N个主用MSCServer组成的网络中 设置一个备份用的MSCServer 备份MSCServer没有自己独立的数据 没有独立的信令点 在网络中不可见 当某个主用的MSCServer故障 备用的MSCServer倒换 迅速人工启用容灾数据 同时需要H LSTP配合更改数据 其他网元不需要修改数据 采用 冷 备份容灾方式 在故障倒换和恢复倒回时 正在通话中的呼叫会中断 新的呼叫也无法接续 26 移动核心网技术交流 软交换设备介绍 MSCServer容灾方案比较 MGW容灾方案 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 MGW容灾方案比较 MSCServer容灾方案 27 MSCServer容灾方案比较 28 移动核心网技术交流 软交换设备介绍 MSCServer容灾方案比较 MGW容灾方案 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 MGW容灾方案比较 MSCServer容灾方案 29 MGW容灾方案 分类 人工电路割接 利用传输设备的DXC功能实现电路割接 多样 对核心网设备无要求 MGW和传统TDM交换机均可采用 利用软交换先进的技术 只适用于MGW容灾 30 MGW容灾方案 人工割接 人工割接方式 指采用人工电路割接 设备故障时 将A接口电路人工由故障的MSC MGW割接至备份的MSC MGW 从而实现对MSC MGW的容灾备份功能 需要新建备份MGW和用于控制备份MGW的Server 新建设备数量可根据需求选择 一般地 根据容灾冗余度的需求不同 可以采取新建1套Server控制多套MGW的方式设备功能只需要MSCServer设备支持多信令点码和多MSCID功能即可 对其它网络设备功能无要求新建用于备份的DDF设备 配套设备需求较少 但故障倒换时需要手工割接 倒换工作量较大 倒换速度受限于电路割接速度 31 MGW容灾方案 人工割接 人工割接方式 32 MGW容灾方案 利用DXC割接 利用DXC割接方式 指利用传输设备的电路交叉连接功能实现电路割接 设备故障时 将A接口电路通过传输设备的电路交叉连接功能由故障MSC MGW切换至备份MSC MGW 从而实现对MSC MGW的容灾备份新建的备份MGW和Server与手工割接需求相同 对网络设备功能要求不高需要在每个局址或者业务区新建两套互备的传输环路 而后对全网A接口电路由直连方式改造为经传输设备转接的方式在故障倒换时 利用传输设备的电路交叉连接功能 只需要在传输网管上修改配置数据 就可以完成电路倒换 倒换时间只取决于备份交换设备启动的时间 一般的可以缩短到10分钟级 33 MGW容灾方案 利用DXC割接 A接口割接改造 改造前 改造后 34 MGW容灾方案 利用DXC割接 利用DXC割接方式 这种方式全网A接口改造工作量较大 同时A接口电路割接改造增加了网络运行中的风险 以上改造在A接口引入了新的故障点 由于传输设备的安全性能与电信级设备的安全性能还存在一定差距 即使采取双路由的备份方式 一旦出现单点失效的故障 将可能导致该局址一半A接口电路瘫痪的风险 35 MGW容灾方案 资源预留 资源预留方式 指利用软交换分离架构的技术特性 分厂家建设备份MGW设备根据各厂家支持的解决方案 可以实现实时倒换 从而实现全网MGW设备的容灾备份 极大的减少了倒换时电路割接的工作量 但利用先进技术的同时 也需要付出较大的经济代价传统TDMMSC无法采用此方式进行容灾 36 MGW容灾方案 资源预留 以目前两家主流设备提供商解决方案为例 的Mini A flex方案 需要每个MSCServer下控制多个 至少2个 MGW设备 如果不是在软交换网络建设之初就做此规划的话 就需要增加建设更多的MGW设备 并需增配大量TDM端口 包括MGW BSC 原A接口TDM资源越少 容灾改造后新增TDM资源越多 在设备设备利用率方面 在一个MSCServer下控制N个MGW的情况下 如果要求故障时全部接管话务 则日常每个BSC的A接口端口利用率和MGW的TDM端口各方向利用率都不能超过正常水平的 N 1 N 虽然 理论上N越大可以达到的设备利用率越高 但 随着N的增大对A接口端口配置数量也会增多 且软交换设备局数据制作和维护的工作量也会大幅度增加 37 MGW容灾方案 资源预留 以目前两家主流设备提供商解决方案为例 爱立信的BSC双联方案 利用 虚拟MGW 技术需要每个MSCServer下控制2个MGW设备 将BSC的A接口双连接到两个MGW的方式来实现MGW的实时热备份这种方案同样存在设备利用率偏低的问题 如果要求故障时全部接管话务 则MGW的冗余容量至少需要主用容量相同 即MGW的总利用率比正常水平下降50 38 移动核心网技术交流 软交换设备介绍 MSCServer容灾方案比较 MGW容灾方案 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 MGW容灾方案比较 MSCServer容灾方案 39 MGW容灾方案比较 40 MGW容灾方案比较 41 移动核心网技术交流 故障原因分析 HLR容灾方案 HLR容灾方案比较 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 容灾方式简述 42 HLR故障原因分析 根据近年来对移动通信HLR设备故障的统计 大致可能有以下几种 HLR设备本身系统设计的问题造成的软 硬件升级过程中造成的由于电源问题造成的由于传输问题造成的由于不可抗拒因素 如战争 地震 火灾 洪水等 造成的 43 故障原因分析 HLR容灾方案 HLR容灾方案比较 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 容灾方式简述 HLR容灾方案介绍 44 容灾方式简述 分类 目前HLR设备容灾备份技术就其本质而言可以分成两大类方案 数据容灾方案业务容灾方案 45 容灾方式简述 数据容灾 数据容灾方案 实际为数据异地 异系统 备份的方案 新建一个 或多个 HLR容灾备份中心 每个HLR容灾备份中心存储了所有 或部分 HLR的用户数据 在正常的运行过程中 对用户的任何静态数据的更改都将通过客服系统同步到HLR容灾备份中心 以保证数据的一致性 当有HLR发生故障时 通过修改MSC GMSC HSTP LSTP等相关设备的配置 使对原来HLR的信令流程重新定位到容灾备份中心 由于容灾备份中心具有和故障HLR同步的数据 因此很容易就接管了故障HLR的一切操作 当故障恢复时 首先恢复该HLR的用户数据 然后把相关的信令流程重新定位回到该HLR 46 容灾方式简述 数据容灾 数据容灾方案对现网的影响 1 对移动用户使用的影响 由于主叫移动用户已经在所在VLR中登记鉴权完成 因此对移动用户做主叫没有影响但是由于移动用户用做被叫时每次呼叫均要到其归属的HLR查询用户信息 如VLR位置 前转号码等动态数据 以及智能网签约信息 补充业务等 但此时备份HLR中只有被叫用户的静态数据 缺乏上述动态数据 因此移动用户将不能做被叫 更谈不上使用前转业务等 47 容灾方式简述 数据容灾 2 对业务网的影响主要是针对主用HLR发生故障时 如何把故障HLR的服务转移到HLR容灾备份中心 主要有两个操作 信令的切换 当确认主用HLR或者到HLR的连接发生故障需要启用容灾HLR时 由人工方式对相关的MSC GMSC HSTP LSTP等设备进行数据配置 以使得原来到主用HLR的信令流程重新定位到容灾备份中心HLR 由于容灾备份中心HLR一直处在运行状态 并且数据一直在同步 因此 一旦信令切换过去 该容灾备份中心HLR便可以接管故障HLR的服务发送RESET 当所有信令重定位到容灾备份中心后 先向本地MSC发送RESET 然后再向其他MSC发送RESET消息 这里的RESET是指定以主用HLR的身份发出的 因此在相关的MSC上 会把主用HLR中的所有用户数据删除 这时用户会发生位置更新 这样就保证了容灾备份中心HLR中 属于主用HLR的用户的动态位置信息保持同步 48 容灾方式简述 数据容灾 3 对支撑网的影响 在正常情况下客服系统只向主用HLR传送静态数据 容灾HLR通过客服系统同步静态数据的更新 当主用HLR不能提供服务时 备份HLR需要接管业务 同时要求客服系统向容灾HLR传送静态数据当主用HLR恢复时 首先需要客服系统将这一期间新增加的 更新的静态数据传送到主用HLR 然后才能启用主用HLR接管业务 49 容灾方式简述 业务容灾 业务容灾方案 一般为同一厂家的HLR之间进行备份主用HLR和备份HLR之间通过内部协议进行动态数据的更新 动态数据的更新可以是实时的 也可以是准实时的 根据网上的实际负荷情况 可以用人工的方式定义动态数据更新周期间隔 当主用HLR发生故障时 通过修改MSC GMSC HSTP LSTP等相关设备的配置 使对原来HLR的信令流程重新定位到容灾备份中心 当故障恢复后 首先恢复该主用HLR的用户数据 然后把相关的信令流程重新定位回到该HLR 50 容灾方式简述 业务容灾 业务容灾方案对现网的影响 1 对移动用户使用的影响 由于移动用户的所有用户信息在主用HLR和备份中都有完整的数据 因此当备份HLR接管业务后 移动用户的各种主 被叫及补充业务等都可以完成只是对于在动态数据更新间隔期间的少量数据损失 会有少量的用户被叫业务受到影响 51 容灾方式简述 业务容灾 2 对业务网的影响对业务网的影响主要是针对主用HLR发生故障时 如何把该HLR的服务转移到HLR容灾备份中心 主要是信令的切换操作 信令的切换 当确认主用HLR或者到HLR的连接发生故障需要启用容灾HLR时 由人工方式 或自动方式 对相关的MSC GMSC HSTP LSTP等设备进行数据配置 以使得原来到主用HLR的信令流程重新定位到备份HLR 由于备份HLR一直处在运行状态 并且动态数据一直在同步 因此 一旦信令切换过去 该容灾备份中心HLR便可以接管故障HLR的服务 52 容灾方式简述 数据容灾 3 对支撑网的影响 在正常情况下客服系统只向主用HLR传送静态数据 容灾HLR通过内部协议与主用HLR同步静态数据的更新当主用HLR不能提供服务时 备份HLR需要接管业务 同时要求客服系统向备份HLR传送静态数据当主用HLR恢复时 备份HLR将这一期间新增加的 更新的静态数据传送到主用HLR 然后启用主用HLR接管业务 客服系统向主用HLR发送新的静态数据更新 53 容灾方式简述 信令网组织的影响 目前GSM移动信令网的SCCP寻址方式分为DPC寻址和GT 全局码 寻址 其中省际呼叫采用GT寻址方式 省内呼叫大部分省采用DPC寻址方式 某些省采用GT寻址方式 信令网组织对容灾的影响 对于采用准直联方式的GSM移动信令网来讲 不管采用何种寻址方式 由于信令转接点STP具备设置备用信令点编码的功能 信令转接点STP可以当主用HLR的信令点编码不可达时 使用备用HLR的信令点编码进行接续 从而完成容灾备份 此时 MSC GMSC不需要更改数据 而对于MSC GMSC和HLR有直联方式信令网来讲 就需要更改数据 54 移动核心网技术交流 故障原因分析 HLR容灾方案 HLR容灾方案比较 一 软交换端局容灾方案 二 HLR容灾方案 容灾方式简述 55 HLR容灾方案 分类 目前HLR设备容灾备份技术主要存在以下三种形式 1 1互备 实时 N 1主备 实时 包括1 1主备 N 1主备 非实时 56 HLR容灾方案 1 1互备 1 1互备方式 网上的每一个HLR均配置一个容量相同的备份HLR 同时该备份HLR应与主用HLR通过数据链路或七号信令链路相连 实时或定时同步相关数据任何静态 动态数据更改都必须实时同步到备份HLR中 备份HLR与主用HLR数据完全保持一致 对网元要求 HLR 同厂家设备 并且硬件平台 软件版本保持一致 网管 在STP进行数据配置 至主用HLR的信令点编码设置为第一路由 至备用的HL