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移动软交换安全备份方案

2007-01-30 推荐:32129 收藏:20784 评论:0 来源:U-SYSTM通用NGN解决方案

摘要　详细介绍了Iu-Flex、1:1、N+1安全备份方案，分析了各方案的特点，给出了方案应用的建议。

　　3GPP在R4中引入了移动软交换技术，将控制与承载相分离，即将原来的MSC分成了MSC Sever和MGW。这样在组网时就可以将MGW拉远，利用大容量的MSC Server集中控制大本地网，从而很好地解决了传统组网方式下大容量、少局所和话务路由迂回之间的矛盾。除3G核心网之外，移动软交换技术目前还大量应用于其他的网元设备，如关口局、汇接局等。但是由于移动软交换（Mobile SoftSwitch，MSS）集中了呼叫接续及控制功能，一旦出现故障将会导致用户无法进行呼叫，而且容量越大，对网络的整体影响就越大。因此，在运营商采用移动软交换技术进行网络部署时，核心网软交换设备的安全问题应当重点考虑。与MSS相比，MGW故障影响范围较小，且设备相对简单，一般是硬件故障，通过换板件可以快速恢复，而且数据配置较少、工作量小。但如果要完全备份，则在Iu接口需要配置大量冗余链路，代价非常高，所以在实际组网时MSS的安全备份问题应重点考虑。

1、Iu-Flex技术方案

　　3GPP在R5中开始支持Iu-Flex功能，引入了“区域池（Pool Area）”的概念，即核心网节点作为资源池，RNC可以支持一个RAN节点到多个CN节点的域内连接路由功能，允许RAN节点把信息在相应的CS域或PS域路由到不同的CN节点，从而使多个MSC或SGSN之间进行负荷分担以进一步提高硬件的使用效率。如图1所示，Pool Area集中了一个或多个MSC（MSC Server+MGW）或SGSN服务区，UE可以在此区域中漫游而不需要改变服务CN节点。一个区域池可以服务于几个并行的CN节点，区域池对CS域和PS域可以独立配置。MSC为终端用户分配TMSI和SGSN为用户分配P-TMSI的临时标志的字段中分配网络资源标志（NRI），标志CN节点编号，表明用户注册到哪个池中的网元；RNC通过NRI将上行消息路由接到核心网节点。从RAN的角度来看，区域池包括一组并行CN节点所服务的一个或多个RNC所有的位置区/路由区（LA/RA），这组CN节点可能还服务于该区域池之外的LA/RA，也可能服务于其他的区域池。这组CN节点也可以是相应的MSC池或SGSN池。一个区域池中多个CN节点可以实现负荷均衡，而且它们所提供的服务范围与单个CN节点提供的服务区相比扩大了许多，这样可以减少CN间节点更新、切换和重定位，降低归属位置寄存器（HLR）的更新流量。

图1　Iu-Flex技术

　　虽然Iu-Flex技术设计的初衷是为了减少核心网络内的信令流量，实现网络资源共享，提高网内硬件资源的利用率，但同时也提供了一种核心网网元的备份方案。如图2所示，在正常情况下，RNC基于用户标识以一定算法决定核心网路由，以NRI编号作为后续寻址方式来决定接入的MSC（MSC Server+MGW）。当MSC（MSC Server+MGW）发生故障时，RNC改变算法来确定到备份路径的路由，从而接入到备份的MSC（MSC Server+MGW）。因此，Iu-Flex技术应用到移动软交换环境中，既可备份MSC Server，也可以完成对MGW的备份，而且当核心网内多个节点出现故障时，RNC仍然可以通过算法来调整用于接入的MSC（Server+MGW），从而保证网络的安全。但是如果要对MSC Server进行完全备份，就必须实施RNC至MGW链路倒换的完全备份策略，这种方案对Iu接口数量要求多，代价非常高。

图2　Iu-Flex备份方案

　　Iu-F1ex备份方案的主叫过程如图3所示。

图3　Iu-F1ex方案的主叫过程

　　①UE是MSS1的附着用户，正常情况下向MSS1发起主叫；

　　②MSS1发生故障时，RNC改变路由算法，将主叫请求发往MSS2；

　　③MSS2的VLR无MS数据，故返回失败，原因为“缺席用户”；

　　④UE发起LAU过程，此后主叫可以成功。

　　Iu-F1ex备份方案的被叫过程如图4所示。

图4　Iu-F1ex方案的被叫过程

　　①主叫向HLR发送SRI请求路由信息；

　　②HLR仍然将PRN消息发往故障的MSS1，导致被叫失败。

　　在这种情况下，只能等待被叫MS主动发起位置更新或发起主叫后才能恢复正常。

2、1:1备份方案

　　1:1的备份方式主要解决MSS的备份问题，不涉及MGW层面的备份。因为是专注于网络备份的方案，没有针对资源共享（负荷分担），所以Iu-Flex具有的资源共享方面的优势，1:1备份方式没有。每个MGW受控于两个MSS，平时两个MSS均处于工作状态。相互配对的MSS应都要配置对方的信息，如信令点、MSC号、VLR号、IP地址和MGW的信息等，但是这些信息正常时处于非激活状态。平时两个MSS之间要做到数据的实时/准实时同步，从而备份对方MSS的动态信息，如VLR和资源分配信息等。对于MGW而言，两个MSS之间是主备关系。如图5所示，当MSS1出现故障时，MGW1可立即重新注册到备用的MSS2上，MSS2通过两个MSS之间的“心跳”协议检测到MSS1已经故障以及MGW1的注册请求时，开始接管故障MSS1的工作，自动激活本局配置的MSS2的信令点以及业务数据。因为MSS在对方宕机后能接管两个MSS所有的业务，所以MSS设备的实际处理能力应是平时主用能力的两倍。此外，由于成对MSS之间都要配置对方的信令点，所以要求MSS都要支持多信令点配置。

图5　1:1备份方式

　　1:1备份方案的主叫过程如图6所示。

图6　1:1备份方案的主叫过程

　　①UE是MSS1的附着用户，正常情况下向MSS1发起主叫；

　　②MSS1故障时，激活MSS2的备份功能，MGW重新注册到MSS2；

　　③MGW改变信令路由，将主叫请求发往MSS2；

　　④MSS2的VLR无MS数据，故返回失败，原因为“缺席用户”；

　　⑤UE发起LAU过程，此后主叫可以成功。

　　1:1备份方案的被叫过程如图7所示。

图7　1:1备份方案的被叫过程

　　①主叫向HLR发送SRI请求路由信息；

　　②HLR向MSS2中的备份MSS1提取MSRN；

　　③MSS2的备份MSS1中的VLR无用户数据，向HLR发起数据恢复；

　　④HLR插入用户数据到MSS2中备份的MSS1的VLR；

　　⑤MSS2中备份MSS1返回PRN RSP，被叫过程成功继续。

3、N+1备份方案

　　N+1的备份方式仍然是针对MSC Server的备份问题，如图8所示，每个MGW均受控于一个MSS和备份的MSS。平时N个主用的MSS形成一个备份组，另外一个备份的MSS对该组进行静态备份，当组中某个MSS出现故障的情况下，备份MSS首先从OMC加载故障MSS的数据，之后接替故障MSS下带MGW的注册请求和故障MSS的所有工作。备份的MSS平时工作在小容量、类似备件方式的状态。与1:1方式相比，N+1方式的备份MSS无需和主用的MSS保持数据同步；实际处理能力也无需是工作着的MSS的两倍，只要大于或等于工作组中最大处理能力的MSS即可，并且备份组中MSS的数量越多节省的网络投资就越多。其缺点是完成备份前需加载故障MSS的全部数据，无法做到实时备份倒换，从而可能导致业务损失。

图8　N+1备份方式

　　N+1备份方案的主叫和被叫过程与1:1方式基本类似，只是在第二步时备份MSS要加载MSS1的数据，此处不再仔细介绍。

4、方案应用分析

　　根据以上描述，三种方案各有优缺点，因此在应用移动软交换组网时可根据实际情况选择不同的安全备份方式。其中，1:1备份的最大特点是可以做到实时地安全备份，业务连续性好，但是必须要求成对使用，网络设备投资较大，因此可以在对网络质量要求较高的地方采用或者在网络建设的初期采用。应用N+1备份方式可以节省投资，而且对设备网元的扩容非常方便（扩容时基本不用考虑备份的问题），但是在数据备份时加载速度慢，而且加载期间会有业务损失，因此适用于网络发展的中后期，此时网络已经比较稳定，而且网元数量也多，可以更好地发挥N+1备份方案的优势。此外，根据目前各厂商的情况，只有很少的厂商可以支持其他厂商的设备来互相备份，一般只能在同一厂商设备间才可支持1:1和N+1两种安全备份方案。所以当进行大本地网组网时，如果选用不同的厂商设备，N+1备份方式将不一定适用。

　　Iu-Flex技术方案可以同时对MSC Server和MGW备份，具有较强的备份能力，而且具有网络资源共享的优势。但是在备份倒换后被叫无法自动恢复，每个MSC Server都需要配置池内所有RNC以及MGW的数据，备份所需的冗余量较大，而且对Iu接口的资源需求也非常大。因此Iu-Flex方案不宜单独采用，可在网络大本地网组网中后期、单个大本地网内有两个以上MSC Server且单个小本地网有两个以上MGW的情况下，配合1:1备份方案或者N+1备份方案在3G核心网内采用。

5、结束语

　　网络安全是组网时非常关键的一个问题，一旦出现故障，就会直接影响到运营商提供给用户的网络服务质量。在实际应用移动软交换技术组网时，除了需考虑本文所述的网络级安全备份之外，还需考虑其他层面的安全备份方式，采用多种安全备份策略，如相互备份网元设备应尽量安装在不同地点的机房、相同局向之间考虑链路的备份等，防止故障隐患的发生。

----《电信技术》