WCDMA核心網(wǎng)三大容災(zāi)技術(shù)

容災(zāi)的必要性

　　WCDMA相對于GSM網(wǎng)絡(luò)，無線側(cè)用戶在接入速率上有了很大提高，這對核心網(wǎng)網(wǎng)元的處理能力提出了高要求，單個MSC、MSCServer、MGW所承擔的用戶話務(wù)和信令負荷大大提升。

　　同時，隨著技術(shù)的進步以及競爭的加劇，各廠商推出的設(shè)備容量也不斷提高。在2G網(wǎng)絡(luò)中，MSC的容量通常為20~30萬，HLR的容量通常為50~70萬。而在3G網(wǎng)絡(luò)中，R99階段的MSC最大容量達100~180萬左右；R4階段的MSCServer、MGW的最大容量達100~180萬左右，HLR最大容量達200萬左右；R5版本的商用設(shè)備雖然還沒有大規(guī)模推出，不過可以肯定容量將朝著更高的方向發(fā)展。

　　在核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)上，R4階段引入了控制和承載分離的軟交換架構(gòu)，將傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)中的MSC分離成MSCServer和MGW，其中MSCServer負責信令處理、路由和業(yè)務(wù)；MGW負責媒體流處理。由于MSCServer和MGW之間只是IP上承載的信令，占用的帶寬非常少，因此，兩者之間可以經(jīng)濟地拉遠放置。MSC Server可集中設(shè)置在中心城市；MGW由于容量及處理能力的大幅提高，按照集中化原則，也可集中設(shè)置。這樣，整個R4核心網(wǎng)的建設(shè)思路是“大容量，少局所”。一個MSC Server控制多個MGW，組成一個“大本地網(wǎng)”。

　　R5盡管目前還沒有商用組網(wǎng)的實際例子，但它繼承了R4的軟交換架構(gòu)思想，因此，仍會采用“大容量，少局所”的大本地網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

　　但是，在R4、R5之前的R99階段，由于MSC之間的傳輸仍是TDM話路，因此，集中設(shè)置MSC將造成傳輸?shù)拈L途迂回，增加運營成本。因此，R99的組網(wǎng)與現(xiàn)在的GSM相比不會有太大的變化，只是把原來的MSC進行軟硬件升級，以支持WCDMA的接入。

　　從以上分析可以看出，基于移動軟交換架構(gòu)的WCDMA核心網(wǎng)，其集中設(shè)置的MSCServer將成為網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備安全的重要隱患，因此，有必要在建網(wǎng)時考慮其容災(zāi)備份方案，預(yù)防網(wǎng)元單點故障特別是MSCServer設(shè)備故障，而引起大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況發(fā)生。

容災(zāi)方案分析

　　R99核心網(wǎng)容災(zāi)方案

　　R99核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)與GSM相比沒有變化，因此，其單點故障位置及其對網(wǎng)絡(luò)造成的影響也與GSM一樣：MSC失效，導(dǎo)致MSC覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用；HLR失效導(dǎo)致HLR覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用。因此，R99可以采用GSM組網(wǎng)的安全性措施。對于HLR的容災(zāi)方案而言，可以采用N+1備份方案來解決HLR失效的問題。即對主用HLR配置備份HLR，并在兩者之間通過數(shù)據(jù)同步機制實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的同步，當主用HLR出現(xiàn)故障時，備份HLR接管主用HLR的業(yè)務(wù)，減少對現(xiàn)網(wǎng)用戶的影響

　　GSM組網(wǎng)沒有針對MSC失效的安全性措施，只是通過MSC設(shè)備本身的可靠性措施，即設(shè)備的單板備份和端口備份來保證MSC網(wǎng)元的安全。因此，在R99組網(wǎng)中也存在這個安全隱患。通常的解決方法是，盡量采取小容量MSC的策略來規(guī)避風險，但這不能從根本上解決問題。

　　R4核心網(wǎng)容災(zāi)方案

　　R4核心網(wǎng)軟交換架構(gòu)?？梢钥闯?，其單點故障在于：（1）MSCServer失效，導(dǎo)致MSCServer覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用。（2）MGW失效，導(dǎo)致MGW覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用。（3）HLR失效，導(dǎo)致HLR覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)不可用。

　　針對上述故障點，相應(yīng)的安全容災(zāi)方案有：（1）在MSCServer層面，實施雙歸屬方案。建設(shè)MSCServer容災(zāi)備份中心，一個MGW同時接入兩個MSCServer，一個主用，一個備用，當主用MSC Server發(fā)生故障后，MGW重新注冊到備用MSC Server，繼續(xù)原來的事務(wù)。（2）在MGW層面，實施MGW負荷分擔技術(shù)。一個RNC同時接入多個MGW，MGW之間負荷分擔，當一個MGW發(fā)生故障時，其RNC的負荷由其他MGW承擔，RNC的業(yè)務(wù)處理不影響。（3）在HLR層面，采用HLR的N+1備份方案（和GSM的HLR容災(zāi)方案相同）。

　　另外，也可以同時通過板級和端口級的設(shè)備冗余備份來實現(xiàn)一定的安全容災(zāi)。

　　R5核心網(wǎng)容災(zāi)方案

　　R5核心網(wǎng)容災(zāi)技術(shù)基本等同于R4。但R5特有的是，在Iu接口引入了IuFlex技術(shù)。即一個RNC可以同時接入多個MSCServer，MSCServer間負荷分擔，多個MSC Server組成一個“Server池”，共同控制幾個位置區(qū)。當一個MSC Server發(fā)生故障時，RNC可以將故障MSC Server的事務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他MSC Server處理。Iu Flex容災(zāi)是WCDMA一項研究中的核心網(wǎng)容災(zāi)技術(shù)。

三大容災(zāi)技術(shù)

　　MSCServer雙歸屬容災(zāi)

　　雙歸屬技術(shù)來源于固定軟交換，是針對NGN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點而提出的一種網(wǎng)絡(luò)可靠性解決方案。其接入層的各種網(wǎng)關(guān)設(shè)備（TMG、AG、SG）同時與核心控制層的兩個軟交換機SoftSwitchA/B相連，即同時受控于兩個軟交換機。在正常情況下，SoftSwitch A處理TMG、AG、SG相關(guān)業(yè)務(wù)，當它出現(xiàn)異常時，改由Soft Switch B控制。

　　在R4核心網(wǎng)中采用的MSCServer雙歸屬容災(zāi)方案的主要方式是，將MGW從邏輯上分成2個虛擬MGW，并同時歸屬于兩個MSCServer控制。預(yù)先將MGW和兩個MSCServer之間的數(shù)據(jù)配置好，并讓MGW在兩個MSC Server上登記，使MGW和兩個MSC Server之間建立歸屬關(guān)系。在主用MSC Server發(fā)生故障無法繼續(xù)服務(wù)時，MGW向備用MSC Server發(fā)起注冊請求，系統(tǒng)將話務(wù)引導(dǎo)到備用MSC Server，從而增強系統(tǒng)的安全性。

　　MSCServer的雙歸屬方案可支持1+1主備、1+1互備兩種方式。

　　主備方式在每個大區(qū)配置兩個MSCServer，其中MSCServer1為主用MSCServer，MSC Server2為備用MSC Server。在正常工作模式下，MSC Server1負責所轄大區(qū)所有媒體網(wǎng)關(guān)的管理與呼叫處理，MSC Server2通過與MSC Server1間的心跳鏈路備份線，實時監(jiān)控MSC Server1的工作狀態(tài)，一旦MSC Server1出現(xiàn)故障，MSC Server2立即接管該大區(qū)的所有MGW的管理及呼叫處理，保證網(wǎng)絡(luò)的可用性。在這種容災(zāi)方式下，大區(qū)的MSC Server應(yīng)該采用大容量的交換局點，只有這樣，才在經(jīng)濟上比較可行。

　　互備方式是將每個大區(qū)分為兩個子域，稱為域1和域2。每個子域配置一臺MSCServer，其中，域1的為MSCServer1，域2的為MSCServer2，它們互為備份。在正常情況下，MSC Server1、MSC Server2分別管理各子域的MGW設(shè)備及承擔本域內(nèi)的業(yè)務(wù)處理。當一個設(shè)備出現(xiàn)故障時，其所有業(yè)務(wù)處理和MGW管理任務(wù)立即由另一個接管。這種備份方案比較經(jīng)濟，沒必要專門為某臺MSC Server設(shè)置備份點。但是，備份局點在接管故障局點業(yè)務(wù)后，其本身的業(yè)務(wù)處理能力將經(jīng)受考驗，通常，它難以滿足兩個局點業(yè)務(wù)負荷的需求，因此，要求被接管的MSC Server容量不能過大。

　　在上面兩種方式中，MSCServer之間都要有備份通道，用于對VLR簽約數(shù)據(jù)、移動性管理數(shù)據(jù)、動態(tài)資源數(shù)據(jù)等進行備份。備份周期可由用戶設(shè)定。備份通道的傳輸協(xié)議可采用TCP/IP。

　　MGW負荷分擔

　　在R4系統(tǒng)的Iu接口側(cè)，通常一個RNC連接一個MGW。MGW負荷分擔技術(shù)主要是通過MGW互備方式來解決MGW的單點故障問題。

　　形成負荷分擔關(guān)系的MGW組成MGW資源池（MGWPool），MGW1、MGW2、MGW3構(gòu)成了MGW資源池，并由一個MSCServer控制。在理論上，MGW資源池不限制MGW的數(shù)目，運營商可根據(jù)情況自己確定。

　　RNC通過MGW1接入到核心網(wǎng)。MGW負荷分擔技術(shù)在RNC—MGW1連接的基礎(chǔ)上，增加了RNC—MGW2、RNC—MGW3兩條備份連接線。在正常工作時，RNC—MGW1是激活工作狀態(tài)，RNC—MGW2、RNC—MGW3處于非工作狀態(tài)。

　　MSCServer通過H.248的SCTP（基于IP的信令傳輸）連接和Iu接口的SCCP（信令連接控制部分）連接判斷Iu連接狀態(tài)，當所有H.248的SCTP連接和SCCP連接都斷了，并在一定的時間內(nèi)不能恢復(fù)，即判斷出現(xiàn)故障，切換到備份MGW。而RNC則是通過Iu接口的MTP3B（基于ATM的信令傳輸），判斷對端MGW是否故障。當檢測到故障后，啟動切換流程，切換到備份MGW。

　　當某一個MGW發(fā)生故障時，非故障的MGW將承擔兩個MGW的話務(wù)，這對于其業(yè)務(wù)提供能力來說，有可能難以滿足需求。因此，必須通過流控機制來保障設(shè)備免遭阻塞，但這會帶來用戶呼損率的增大。

　　IuFlex容災(zāi)

　　在R5版本以前，沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的共享需求，一個RNC只能被一個核心網(wǎng)節(jié)點控制。也就是說，RNC通過相連的MGW只能與一個MSCServer保持一一對應(yīng)關(guān)系，如果MSCServer發(fā)生故障，即使實施了MSCServer雙歸屬、MGW負荷分擔等容災(zāi)技術(shù)，MSC Server管轄下的RNC也不能正常工作，從而造成服務(wù)區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)的中斷。因此，在R5階段，出現(xiàn)了支持RNC與多個MSC Server相連接的Iu Flex技術(shù)，也稱為RAN共享方式，對應(yīng)的3GPP標準協(xié)議號為3GPP TS 23.236 v5.4.0。

　　采用Pool-Area概念，由多個MSCServer組成一個Server池，共同控制一個或多個位置區(qū)（LA）。這些LA中的RAN同時接到池中的每個MSCServer。RNC的終端用戶按照負載均衡的原則，可以注冊到池中的任意一個MSCServer上，MSC Server間進行負荷分擔。當一個MSC Server發(fā)生故障時，RNC可以將到故障MSC Server的事務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他MSC Server進行處理。這種方式引入了一種新的路由機制，使RNC與多個MSC Server保持路由對應(yīng)關(guān)系。當其中一個MSC Server癱瘓時，通過調(diào)整相應(yīng)的Iu接口參數(shù)，將話務(wù)轉(zhuǎn)移到新的MSC Server上，實現(xiàn)了WCDMA核心網(wǎng)網(wǎng)元的安全容災(zāi)。

容災(zāi)方案比較

　　MGW負荷分擔方式是在MGW發(fā)生故障時，對RNC進行切換的容載方案。其他兩種方案都是針對MSCServer故障的容災(zāi)方案。

　　IuFlex在R5版本中引入，主要是在Iu口的變化。它要求RNC和終端都要做較大的修改。在IuFlex方式中，RAN同時接入多個MSCServer，MSC Server之間是負荷分擔關(guān)系，一個MSC Server的故障不會影響用戶的服務(wù)。MSC Server之間的切換是不需要時間的。

　　MSCServer雙歸屬方式源自于固定軟交換，有一定的工程實施經(jīng)驗，只需在核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配置上做相應(yīng)修改即可。MSCServer雙歸屬方式需要用戶動態(tài)資源數(shù)據(jù)的同步過程。

　　對于用戶密集的大城市或特大城區(qū)，如果存在多個MSCServer，且在設(shè)備支持的情況下，建議采用IuFlex來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全容災(zāi)解決方案。因為它不僅能解決網(wǎng)絡(luò)安全問題，而且還會引入其他組網(wǎng)優(yōu)勢，如基于用戶的負荷分擔和管理，可以大大降低接口信令流量。

　　在“大容量，少局所”的跨地域大本地網(wǎng)組網(wǎng)模式下，由于IuFlex方案需要RNC將Iu接口同時連接到多個MGW，會引起Iu接口不必要的路由迂回，因此，建議采用MSCServer雙歸屬容災(zāi)方案。

　　總之，WCDMA核心網(wǎng)的容災(zāi)是WCDMA系統(tǒng)部署中的技術(shù)難題之一，需要隨著網(wǎng)絡(luò)的逐漸部署，不斷深入研究與探索。目前，只有少數(shù)設(shè)備廠商可以提供WCDMA核心網(wǎng)的容災(zāi)解決方案。