災(zāi)備份技術(shù)在移動(dòng)軟交換中的應(yīng)用

【摘要】軟交換作為NGN網(wǎng)絡(luò)的呼叫與控制的核心，它的可靠性至關(guān)重要。本文綜述了三種軟交換容災(zāi)備份的方案的備份原理、實(shí)現(xiàn)前提、各自優(yōu)缺點(diǎn)，然后結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)比分析各個(gè)方案適用的場(chǎng)景，為工程建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】軟交換容災(zāi)備份網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(shí)

一、概述

1.1軟交換的基本概念

軟交換的概念最早起源于美國，一經(jīng)問世，便得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，即控制與承載分離，并通過軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能（包括呼叫選路、管理控制、連接控制和信令互通），從而實(shí)現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平臺(tái)。軟交換作為NGN網(wǎng)絡(luò)的呼叫與控制的核心，它包含許多功能。主要提供連接控制、路由選擇、網(wǎng)關(guān)管理、帶寬管理、呼叫控制、信令、安全性和呼叫詳細(xì)記錄等功能。與此同時(shí)，軟交換還將網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)能力封裝起來，通過標(biāo)準(zhǔn)開放的業(yè)務(wù)接口和業(yè)務(wù)應(yīng)用層相連，從而可方便地在網(wǎng)絡(luò)上快速提供新業(yè)務(wù)。軟交換的出現(xiàn)，使三網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)互通，在業(yè)務(wù)層面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的交叉和滲透，使基于統(tǒng)一分組網(wǎng)絡(luò)承載多種業(yè)務(wù)成為可能。

1.2軟交換容災(zāi)備份的必要性

近年來，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求日益膨脹，對(duì)移動(dòng)通信的要求也越來越多。移動(dòng)用戶數(shù)和各地區(qū)的話務(wù)量的飛速增加，使得移動(dòng)通信網(wǎng)核心網(wǎng)部分趨向大容量、高集成度發(fā)展。2G網(wǎng)中的MSC的容量通常只有20-40萬，而在3G網(wǎng)絡(luò)中的軟交換的最大容量可達(dá)百萬以上。而且在軟交換網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)中，MSC Server往往處在網(wǎng)絡(luò)中較高的位置，覆蓋較大的范圍[1]，所以當(dāng)出現(xiàn)重大災(zāi)難情況時(shí)，如設(shè)備故障、人為操作失誤、自然災(zāi)害等，會(huì)導(dǎo)致大范圍通信不暢甚至業(yè)務(wù)中斷。因此有必要在建網(wǎng)初期就考慮軟交換的容災(zāi)備份方案。

二、主要容災(zāi)策略

2.11+1互備容災(zāi)方案

大本地網(wǎng)組網(wǎng)方案下，MSC Server管轄的用戶數(shù)大大增加，一旦癱機(jī)，影響范圍巨大，因此在通信系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)中，MSC Server需要考慮網(wǎng)絡(luò)級(jí)的容災(zāi)備份?；赨MTS R4版本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，出現(xiàn)了1+1備份容災(zāi)技術(shù)。在“1+1”互助容災(zāi)方案中，每個(gè)MSC Server都處于激活狀態(tài)，都是主用MSC Server，同時(shí)也是另一主用MSC Server的容災(zāi)MSC Server，它們使用一對(duì)網(wǎng)元數(shù)據(jù)，包括信令點(diǎn)編碼、GT等[2]。

采用“1+1”互助容災(zāi)方案時(shí)，軟交換設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。正常情況下，每個(gè)MSC Server控制不同的MGW。但當(dāng)其中一個(gè)MSC Server產(chǎn)生故障時(shí)，它所控制的MGW將被另一個(gè)MSC Server接管，也就是說每個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)都有一個(gè)主歸屬的MSC Server和一個(gè)從歸屬的MSC Server。為了實(shí)現(xiàn)上述控制切換，每個(gè)MGW有相對(duì)獨(dú)立的控制信令通道分別到兩個(gè)MSC Server，當(dāng)MGW歸屬的主用MSC Server故障后，備用MSC Server解閉塞信令鏈路，MGW將向備用MSC Server注冊(cè)，并且接受備用MSC Server控制[2]。同時(shí)兩個(gè)軟交換設(shè)備之間設(shè)有心跳鏈路，用于檢測(cè)對(duì)方工作是否正常。

靜態(tài)雙歸屬切換：兩個(gè)MSC Server采用完全一樣的硬件配置，軟件配置和數(shù)據(jù)配置，采用同樣的對(duì)外IP地址。當(dāng)主用SoftSwitch故障后，手工倒換到備用SoftSwitch。相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)備需支持動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。

（2）自動(dòng)切換

自動(dòng)切換就是如果一個(gè)MSC Server通過心跳信號(hào)發(fā)現(xiàn)對(duì)端故障（例如心跳超時(shí)），立即接管故障MSC Server下的MGW。

動(dòng)態(tài)雙歸屬切換：兩個(gè)MSC Server獨(dú)立工作，之間有心跳，同時(shí)配置有未激活的對(duì)方MSC Server下帶的網(wǎng)關(guān)、用戶、中繼等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)設(shè)備同時(shí)配置一個(gè)主用MSC Server和一個(gè)備用MSC Server。正常情況下，網(wǎng)關(guān)注冊(cè)在主用MSC Server下工作。當(dāng)主用MSC Server發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)關(guān)將重新注冊(cè)在備用MSC Server下，正常工作。主備MSC Server通過心跳確認(rèn)對(duì)方狀態(tài)，通過網(wǎng)管同步雙方數(shù)據(jù)。

負(fù)荷分擔(dān)方式的動(dòng)態(tài)雙歸屬切換：如果正常工作時(shí)Domain1的MSC Server帶部分的業(yè)務(wù)，Domain2的MSC Server也帶部分業(yè)務(wù)，一個(gè)MSC Server故障后，所有業(yè)務(wù)倒換到另一個(gè)MSC Server。

2.2N+1主備容災(zāi)方案

為解決當(dāng)網(wǎng)內(nèi)MSC Server數(shù)量較多時(shí)（至少在3個(gè)以上）采用“1+1”備份方式造成資源大量的浪費(fèi)，出現(xiàn)了N+1備份方式?！癗+1”主備容災(zāi)組網(wǎng)方案中，即有N個(gè)MSC Server處于激活狀態(tài)作為主用MSC Server，另1個(gè)MSC Server作為冗余備份系統(tǒng)，且完全處于備份狀態(tài)。對(duì)于主用MSC Server來說，它們之間沒有交互，相互獨(dú)立與備用MSC Server連接；對(duì)于備用MSC Server來說，在主用MSC Server正常工作的情況下，備用MSC Server只同時(shí)運(yùn)行主用MSC Server相同的軟件和數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)所有主用MSC Server數(shù)據(jù)的鏡像，而其與外部網(wǎng)元如HLR、MGW等的信令鏈路正常連接[3]。

“N+I”主備容災(zāi)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2示。每個(gè)MGW除與自己歸屬的主MSC Server連接外，還要與備用MSC Server連接。當(dāng)主用MSC Server出現(xiàn)故障時(shí)，其所屬的MGW將注冊(cè)到備用MSC Server，由備用MSC Server接管故障MSC Server的業(yè)務(wù)。如果主備MSC服務(wù)間不具備實(shí)時(shí)更新用戶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)能力，則倒換時(shí)需對(duì)所轄用戶進(jìn)行強(qiáng)制位置更新[3]。

“N+1”主備容災(zāi)方式屬于雙歸屬容災(zāi)機(jī)制，采用“N+1”主備容災(zāi)方式組網(wǎng)時(shí)MSC Server間控制切換方法類似“1+1”互助容災(zāi)方式，包括手動(dòng)切換和自動(dòng)切換兩種方式。

“N+1”主備容災(zāi)中，一個(gè)備用MSC Server需要來實(shí)現(xiàn)對(duì)N個(gè)主用MSC Serve的容災(zāi)備份，應(yīng)具備以下特點(diǎn)。首先備用MSC Server需要支持多套局?jǐn)?shù)據(jù)配置；其次需要支持多個(gè)局向心跳線的檢測(cè)；第三當(dāng)備用MSC Server倒換為主用局時(shí)，如果有其它的MSC Server又出現(xiàn)了問題，發(fā)出倒換請(qǐng)求，備用MSC Server拒絕倒換請(qǐng)求；第四由于備用MSC Server需要對(duì)多個(gè)MSC Server進(jìn)行備份，故當(dāng)原主用MSC Server正常后，“N+1”主備雙歸屬需要盡快倒回。

2.3Pool容災(zāi)方案

MSC Pool的核心技術(shù)由Nortel 1997年提出，1999年進(jìn)入3GPP協(xié)議（23.913-100）。在23.913協(xié)議的基礎(chǔ)上，多個(gè)運(yùn)營商、廠家共同努力下，在2001年演進(jìn)到了23.236（基于R99架構(gòu)）。3GPP TS23.236“Intra-domain connection of Radio Access Network（RAN）nodes to multiple Core Network（CN）nodes”定義了核心網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)（MSC，SGSN）以池組方式工作的機(jī)制。它既適用于傳統(tǒng)非分層網(wǎng)絡(luò)，也適用于分層軟交換網(wǎng)絡(luò)，既適用于GSM網(wǎng)絡(luò)，也適用于WCDMA網(wǎng)絡(luò)[4]。

當(dāng)MSC Pool區(qū)內(nèi)的移動(dòng)用戶發(fā)起新的業(yè)務(wù)時(shí)，RNC/BSC能夠識(shí)別MSC Pool內(nèi)不同的MSC，通過BSC/RNC的NNSF功能，在MSC Pool內(nèi)為移動(dòng)用戶選擇一個(gè)服務(wù)MSC。該方案的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，對(duì)于MGW宕機(jī)的情形有很好的保護(hù)機(jī)制。僅BSC均需升級(jí)，投資較低，標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善，主流廠家均支持。缺點(diǎn)是A接口物理連接復(fù)雜，TDM環(huán)境下A接口電路數(shù)需求較高。存在一個(gè)BSC下的用戶間呼叫占用兩個(gè)MGW資源的情況。另外，網(wǎng)管維護(hù)需要同時(shí)管理無線與核心網(wǎng)設(shè)備。

當(dāng)MSC POOL區(qū)內(nèi)的移動(dòng)用戶發(fā)起新的業(yè)務(wù)時(shí)，不需要RNC/BSC支持NNSF能力，而由MGW識(shí)別MSC Pool內(nèi)不同的MSC，通過MGW NNSF功能，在MSC Pool內(nèi)為移動(dòng)用戶選擇一個(gè)服務(wù)MSC。該方案的特點(diǎn)是BSC僅和池中的一個(gè)MGW相連，BSC透?jìng)饔脩粽?qǐng)求至MGW，由MGW選擇核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。MGW和池中的多個(gè)MSS有邏輯上的關(guān)聯(lián)關(guān)系。該方案的優(yōu)點(diǎn)是A接口物理連接簡(jiǎn)單，TDM端口數(shù)要求少，資源利用率較高；缺點(diǎn)是缺乏對(duì)MGW宕機(jī)情況下冗余保護(hù)機(jī)制，標(biāo)準(zhǔn)還在制定中，目前僅有少數(shù)廠家支持。

三、結(jié)束語

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)中媒體控制、呼叫控制和業(yè)務(wù)提供與分配系統(tǒng)的核心，它的可靠性對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。本文對(duì)“1+1”互助容災(zāi)，“N+1”主備容災(zāi)及基于MSC Pool技術(shù)容災(zāi)模式，進(jìn)行了分析和比較，每種方案都各有優(yōu)劣。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際情況來確定選擇哪種方案來組網(wǎng)。如若是跨地域的大本地網(wǎng)組網(wǎng)模式，為了減少路由迂回，建議采用“1+1”互助或“N+1”主備容災(zāi)方式機(jī)制；對(duì)于用戶密集的城區(qū)，存在多個(gè)MSC Server，為了確保網(wǎng)絡(luò)容量保障及總體高話務(wù)的防沖擊能力，建議采用MSC Pool容災(zāi)方案。

參考文獻(xiàn)

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