MSC Pool的關(guān)鍵技術(shù)和組網(wǎng)原則

陳婉娥，邢志翀

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司，杭州 310006）

MSC Pool的關(guān)鍵技術(shù)和組網(wǎng)原則

陳婉娥，邢志翀

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司，杭州 310006）

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，通信系統(tǒng)的安全和網(wǎng)絡(luò)容量面臨著巨大挑戰(zhàn)。如何提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和容災(zāi)能力，是各廠商共同關(guān)注的問(wèn)題。MSC Pool技術(shù)的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)BSC/ RNC只能連接到一個(gè)MSC的限制，將多個(gè)MSC共同組成一個(gè)資源池，為所連接的BSC/RNC提供服務(wù)。MSC Pool能提升核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源利用率，降低信令開銷，提升了系統(tǒng)效率。本文在3GPP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基礎(chǔ)上，從MSC Pool的技術(shù)原理入手，結(jié)合MSC Pool的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)MSC Pool的關(guān)鍵技術(shù)和組網(wǎng)原則進(jìn)行了分析研究。

MSC Pool；NRI；負(fù)荷分擔(dān)；NNSF；容災(zāi)

軟交換承載控制分離的架構(gòu)以及大容量的特點(diǎn)使其設(shè)備的安全性顯得越來(lái)越重要，而傳統(tǒng)MSC基于單板和端口的安全備份機(jī)制已經(jīng)不能滿足軟交換網(wǎng)絡(luò)的安全要求，有必要引入新的容災(zāi)備份機(jī)制，以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。MSC Pool技術(shù)可以滿足交換機(jī)級(jí)的容災(zāi)備份需求，將網(wǎng)絡(luò)的安全性提升到一個(gè)新的層次。

MSC Pool提供了網(wǎng)絡(luò)級(jí)自動(dòng)實(shí)時(shí)備份機(jī)制，在一個(gè)“池區(qū)”中所有的MSC Server之間都是互為備份的。如果其中任何一個(gè)發(fā)生故障，其所服務(wù)的用戶一旦有業(yè)務(wù)請(qǐng)求，馬上會(huì)被MSC Pool中其它MSC Server接管，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動(dòng)、實(shí)時(shí)冗災(zāi)備份機(jī)制，能夠較好的解決長(zhǎng)久以來(lái)MSC設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)故障單點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行有著重大意義。

1 MSC Pool若干關(guān)鍵技術(shù)的研究

1.1 NRI的選擇

網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(shí)符（NRI，network resource identifier），用來(lái)唯一識(shí)別MSC Pool區(qū)中的一個(gè)MSC或MSC Server節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)MS初次注冊(cè)到MSC Pool內(nèi)的一個(gè)MSC時(shí)，這個(gè)MSC將分配含有本局NRI的TMSI給MS。后續(xù)，MS再次發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)將攜帶NRI信息，RNC/BSC將利用NRI信息將MS發(fā)起的業(yè)務(wù)路由到NRI對(duì)應(yīng)的MSC。這樣保證MSC Pool area內(nèi)的MS每次發(fā)起的業(yè)務(wù)均能夠被路由到MS已注冊(cè)的MSC（這樣，MS在MSC Pool area內(nèi)漫游時(shí)，無(wú)需更改服務(wù)MSC。與傳統(tǒng)組網(wǎng)相比，這可以減少C/D接口的位置更新信令）。

圖1 TMSI長(zhǎng)度

NRI包含在TMSI中，TMSI長(zhǎng)度一共是32 bit，如圖1所示。

31～30 bit：CS/PS業(yè)務(wù)指示。

29 bit：VLR重啟計(jì)數(shù)。

23～n bit（n≥14）：NRI。NRI長(zhǎng)度可變，最大10 bit，當(dāng)NRI長(zhǎng)度不為0時(shí)，NRI由高位23 bit開始，長(zhǎng)度為0表示不啟用MSC Pool功能。

24～28 bit & 0～(n-1) bit：User ID，用戶標(biāo)識(shí)。下面表中是每個(gè)交換機(jī)分配幾個(gè)NRI、Pool中有多少個(gè)MSS、建議規(guī)劃的NRI位長(zhǎng)的關(guān)系。

NRI的取值長(zhǎng)度和User ID范圍是相互競(jìng)爭(zhēng)的，當(dāng)NRI取值長(zhǎng)，標(biāo)識(shí)Pool內(nèi)MSC的個(gè)數(shù)就多，可用于User ID標(biāo)識(shí)用戶的比特?cái)?shù)就少，MSC/VLR能夠管理的用戶數(shù)也會(huì)減少。而NRI取值短，標(biāo)識(shí)Pool內(nèi)MSC的個(gè)數(shù)就少，可用于User ID標(biāo)識(shí)用戶多，MSC/VLR能夠管理的用戶數(shù)就多。

NRI長(zhǎng)度與User ID之間的關(guān)系如表1所示。

表1 NRI長(zhǎng)度與User ID之間的關(guān)系

當(dāng)多個(gè)本地網(wǎng)的所有MSC組成MSC Pool后，會(huì)在一定區(qū)域內(nèi)形成多個(gè)MSC Pool，而邊界相鄰的兩個(gè)MSC Pool中使用的NRI值是不能相同的，否則會(huì)產(chǎn)生MSC Pool中的負(fù)荷失衡，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致MSC Pool出現(xiàn)問(wèn)題。

1.2 負(fù)荷分擔(dān)

在MSC Pool的組網(wǎng)中，由于一個(gè)BSC/RNC與MSC Pool內(nèi)的多個(gè)MSC連接，所以當(dāng)BSC/RNC業(yè)務(wù)區(qū)中的MS發(fā)起新的業(yè)務(wù)時(shí)，需要為MS發(fā)起的業(yè)務(wù)選擇一個(gè)服務(wù)的MSC。這里為MS選擇服務(wù)MSC的功能被稱為非接入層節(jié)點(diǎn)選擇功能（NNSF，NAS node selection function），通過(guò)這個(gè)功能單元，MSC Pool實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)，資源共享等業(yè)務(wù)功能。

圖2 負(fù)荷分擔(dān)原理圖

（1）當(dāng)MS以IMSI/IMEI發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)，RNC/ BSC采用負(fù)荷分擔(dān)算法，根據(jù)MSC Pool內(nèi)各有效的MSC的用戶容量的比例來(lái)選擇一個(gè)有效的MSC作為MS的服務(wù)MSC。MS以IMSI發(fā)起業(yè)務(wù)的情況下，被選擇的MSC將分配含有本局NRI的TMSI給MS。

（2）當(dāng)MS以TMSI發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)，RNC/BSC根據(jù)自身配置的NRI與MSC Pool內(nèi)MSC的對(duì)應(yīng)關(guān)系為MS選擇服務(wù)的MSC。當(dāng)被選擇的MSC無(wú)效或無(wú)NRI與MSC的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，RNC/BSC采用負(fù)荷分擔(dān)算法，根據(jù)MSC Pool內(nèi)各有效MSC的用戶容量的比例來(lái)選擇一個(gè)有效的MSC作為服務(wù)的MSC。被選擇的MSC將分配含有本局NRI的TMSI給MS（如果是漫游進(jìn)來(lái)的其他MSC中的用戶注冊(cè)到被選擇的MSC，被選擇的MSC需要先通過(guò)E接口到用戶原注冊(cè)的MSC取用戶標(biāo)識(shí)信息或通過(guò)空口取用戶標(biāo)識(shí)信息并完成位置更新，同時(shí)分配含有本局NRI的TMSI給MS）。

（3）當(dāng)MSC以IMSI尋呼被叫MS時(shí)，RNC/BSC將臨時(shí)存儲(chǔ)IMSI與發(fā)尋呼的MSC的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)被尋呼的MS以IMSI尋呼響應(yīng)返回給MSC時(shí)，如果攜帶了NRI（在3G的情況下，網(wǎng)絡(luò)采用IMSI尋呼MS，如果USIM卡中含有TMSI，MS在初始直傳消息中的IDNNS信元中將攜帶NRI信息，尋呼響應(yīng)消息中將攜帶IMSI信息），RNC將按NRI和MSC的對(duì)應(yīng)關(guān)系選擇一個(gè)MSC；否則RNC/BSC將根據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)的IMSI與MSC的對(duì)應(yīng)關(guān)系為MS選擇服務(wù)的MSC。這樣能夠使尋呼響應(yīng)被發(fā)送到發(fā)尋呼的MSC，保證呼叫成功。當(dāng)被選擇的MSC無(wú)效或不能通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系選擇MSC時(shí)，RNC/ BSC將采用上述負(fù)荷分擔(dān)算法選擇一個(gè)有效的MSC。

1.3 容災(zāi)

MSC Pool技術(shù)，能夠解決一部分基于網(wǎng)絡(luò)層面的容災(zāi)，當(dāng)MSC Pool內(nèi)某個(gè)MSC故障，BSC/RNC識(shí)別該MSC故障后，會(huì)將本來(lái)分配給該MSC的新發(fā)起的用戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到MSC Pool中其它有效的MSC上，從而實(shí)現(xiàn)MSC Pool內(nèi)MSC間的容災(zāi)。

NNSF節(jié)點(diǎn)可以將這部分用戶，轉(zhuǎn)移到其它正常的主用MSC中。

完成上述工作，取決于以下兩點(diǎn)。

（1）如圖3所示，MSC Pool內(nèi)其它正常主用MSC剩余容量大于故障的MSC容量，否則，可能會(huì)形成多米諾效應(yīng)影響整個(gè)MSC Pool內(nèi)其它正常MSC使用。

假設(shè)MSC Pool中一共有5個(gè)MSC，每個(gè)MSC有效用戶數(shù)是40萬(wàn)，當(dāng)余量是10萬(wàn)時(shí)，即每個(gè)MSC總?cè)萘烤鶠?0萬(wàn)，可以滿足一個(gè)MSC故障時(shí)的用戶遷移。當(dāng)余量是27萬(wàn)時(shí)，即每個(gè)MSC總?cè)萘烤鶠?7萬(wàn)，可以滿足兩個(gè)MSC故障時(shí)的用戶遷移。

圖3

所以當(dāng)MSC Pool中MSC數(shù)量較多時(shí)，可以減少余量配置，滿足容災(zāi)需求。

（2）遷移的速度，故障MSC的VLR用戶數(shù)據(jù)在MSC Pool的其它主用MSC中是沒(méi)有的，在至少一個(gè)位置更新周期過(guò)程中，故障MSC用戶數(shù)據(jù)在整個(gè)MSC Pool中是不存在的，此時(shí)會(huì)存在一定量的呼損，接通率降低。

1.4 切換

由于MSC Pool area內(nèi)的任意一個(gè)LA均被MSC Pool內(nèi)的所有MSC所服務(wù)，所以MS通話過(guò)程中在MSC Pool area內(nèi)移動(dòng)時(shí)，只進(jìn)行LA間切換，不進(jìn)行MSC間切換，這樣與傳統(tǒng)組網(wǎng)相比，可以減少局間切換，提高用戶通話質(zhì)量。

MSC Pool外的MSC可以將MSC Pool內(nèi)的任意一個(gè)MSC配置為切換的目的MSC，但為了避免切入MSC Pool area的局間切換負(fù)荷集中于MSC Pool內(nèi)的一個(gè)MSC上，以及為了降低MSC單點(diǎn)故障的影響，需要通過(guò)數(shù)據(jù)配置規(guī)劃將MSC Pool外的各MSC的切換目標(biāo)分別配置為MSC Pool內(nèi)不同的MSC。

1.5 漫游

MSC Pool內(nèi)的用戶漫游到Pool外進(jìn)行IMSI附著時(shí)需要到Pool內(nèi)的前MSC取用戶信息（用戶的IMSI及未被使用的加密參數(shù)信息），Pool外MSC需要根據(jù)配置的相鄰MSC信息找到前MSC。但為了避免取用戶信息負(fù)荷集中于MSC Pool內(nèi)的一個(gè)MSC上，Pool外MSC為Pool內(nèi)不同LAI配置不同的MSC為相鄰MSC。假設(shè)，Pool內(nèi)有3個(gè)MSC1、MSC2、MSC3，有3個(gè)位置區(qū)LAI1、LAI2、LAI3，Pool外MSC的相鄰MSC的配置可以為：LAI1的相鄰MSC為MSC1、LAI2的相鄰MSC為MSC2、LAI3的相鄰MSC為MSC3，這樣，用戶從LAI1漫游出Pool時(shí)通過(guò)MSC1取用戶信息，用戶從LAI2漫游出Pool時(shí)通過(guò)MSC2取用戶信息。

1.6 MSC間用戶的遷移

有兩種MSC間用戶遷移的實(shí)現(xiàn)方案：一種是按3GPP 23.236 630協(xié)議規(guī)定的方案，通過(guò)在位置更新接受TMSI重分配命令中帶有non-broadcast LAI，指示用戶non-broadcast LAI的方式觸發(fā)用戶由一個(gè)MSC中重新位置更新到另一個(gè)MSC中；另一種是局間重定向方案，遷移始發(fā)局通過(guò)局間MAP信令將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送到遷移目的局，遷移目的局完成對(duì)用戶的位置更新，完成遷移用戶操作。

2 MSC Pool組網(wǎng)原則

MSC Pool組網(wǎng)原則，考慮適用場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、信令、話務(wù)、計(jì)費(fèi)等，指導(dǎo)市場(chǎng)宣傳、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)、工程實(shí)施的口徑統(tǒng)一，前后一致。

2.1 MSC Pool適用場(chǎng)景

（1）潮汐效應(yīng)明顯，網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)話務(wù)分布不均衡的地區(qū)以及節(jié)假日和平日話務(wù)容量差異較大的區(qū)域，通過(guò)部署MSC Pool降低設(shè)備峰值負(fù)荷、提高設(shè)備利用率，充分發(fā)揮其能夠“消峰抑谷”的特性。

（2）局間切換多，信令負(fù)荷高的區(qū)域，TD-SCDMA無(wú)線覆蓋不連續(xù)并且2G、TD-SCDMA互操作頻繁的區(qū)域，通過(guò)部署MSC Pool提升系統(tǒng)整體性能、縮短位置更新時(shí)延以及提高切換成功率。

（3）在大型集會(huì)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)容災(zāi)要求高的區(qū)域，以及單局點(diǎn)容量較大的地區(qū)，通過(guò)部署MSC Pool實(shí)現(xiàn)MSC實(shí)時(shí)容災(zāi)備份，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MSC Pool內(nèi)MSC不接Pool外的BSC/RNC。當(dāng)BSC/RNC代理NNSF功能，MSC Pool內(nèi)MSC連接Pool外的BSC或者RNC，將導(dǎo)致負(fù)荷不均衡；當(dāng)采用MGW代理NNSF功能，將使得組Pool不需對(duì)BSC/RNC的特殊需求，所以MSC Pool內(nèi)的MSC無(wú)需區(qū)分BSC/RNC是Pool內(nèi)還是Pool外，實(shí)質(zhì)是MSC將所有的BSC/RNC都?xì)w入MSC Pool內(nèi)。

如果MGW有容災(zāi)需求，可以考慮Mini-flex和MSC Pool混合使用，但是推薦1個(gè)BSC最多連接2個(gè)MGW。

2G/3G混合組MSC Pool，建議統(tǒng)一由MGW支持NNSF功能，以避免異廠家IOT問(wèn)題。同時(shí)避免了MGW分發(fā)算法與RNC分發(fā)算法不一致導(dǎo)致MSC Server負(fù)荷不一致的可能。

對(duì)于純2G局點(diǎn)與2G/3G共建局點(diǎn)組Pool的場(chǎng)景特別說(shuō)明：其中的純2G局點(diǎn)必須先完成2G/3G共建改造，包括需要申請(qǐng)3G用戶數(shù)的LICENSE，以支持3G用戶在Pool內(nèi)的該Server上注冊(cè)，確保Pool內(nèi)各Server具備相同的業(yè)務(wù)特性。

如果兩個(gè)MSC Pool包含不同的本地網(wǎng)，可以利用現(xiàn)有長(zhǎng)途軟交換實(shí)現(xiàn)的CMN功能互通BICC信令；如果兩個(gè)MSC Pool屬于同一個(gè)本地網(wǎng)，可以考慮新建本地CMN，互通BICC信令。

圖4 信令結(jié)構(gòu)圖

2.3 信令

信令結(jié)構(gòu)如圖4所示。

允許HLR/SCP等純信令網(wǎng)元與MSC Pool內(nèi)的MSC直連，禁止MSC Pool內(nèi)端局兼做關(guān)口局，進(jìn)行TDM/IP的互通。

2.4 話務(wù)

MSC Pool標(biāo)準(zhǔn)話路組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

當(dāng)采用MGW支持NNSF功能，A口電路管理下移，可以有效提高A口電路的資源利用率，避免引入MSC Pool后，A接口電路管理、規(guī)劃復(fù)雜和鏈路增加的情況。

2.5 計(jì)費(fèi)

對(duì)于MSC Pool區(qū)內(nèi)只有一個(gè)本地網(wǎng)的情況，保持與原有軟交換MSC相同的計(jì)費(fèi)方案，采用MSC ID計(jì)費(fèi)的方式或者LAI計(jì)費(fèi)的方式。

對(duì)于MSC Pool內(nèi)覆蓋多個(gè)本地網(wǎng)的情況，推薦采用LAI計(jì)費(fèi)方案；對(duì)于目前基于MSC ID的計(jì)費(fèi)方式推薦改為基于LAI計(jì)費(fèi)的方式。

圖5 話路組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3 總結(jié)

MSC Pool技術(shù)以其可靠的網(wǎng)絡(luò)安全性以及靈活的核心網(wǎng)組網(wǎng)方式在未來(lái)的幾年會(huì)得到持續(xù)的應(yīng)用，它實(shí)現(xiàn)了資源共享和話務(wù)均衡分配，有效提高了設(shè)備利用率和網(wǎng)絡(luò)性能，節(jié)省了信令開銷?；贛SC Pool的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，研究組網(wǎng)的原則，進(jìn)一步挖掘MSC Pool的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有利于在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)條件下，找到一個(gè)較合理的組Pool方案，為今后MSC Pool在現(xiàn)網(wǎng)的全面推廣提供參考和借鑒，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，帶來(lái)更多的方便和契機(jī)。

Analysis of the MSC pool key technologies and networking principles

CHEN Wan-e, XING Zhi-chong
(China Mobile Group Zhejiang Co., Ltd., Hangzhou 310006, China)

With the continuous development of the mobile network, the size of the network continues to expand, the security of the communication system and network capacity is facing enormous challenges.How to improve the utilization of network resources and disaster recovery capabilities, the manufacturers of common concern. MSC pool technology, breaking the traditional network BSC / RNC can only be connected to one MSC limit the number of MSC together to form a Pool of resources to provide services for the connected BSC / RNC. The MSC Pool enhance the core network system resource utilization, reduce signaling overhead, and enhance the eff i ciency of the system. 3GPP standard protocols based on the technical principles of the MSC pool from the start, combined with the current development of the MSC pool, were analyzed on the the MSC pool key technologies and networking principles.

MSC pool; NRI; load sharing; NNSF; redundancy

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0032-05

2013-06-16