Diameter信令 网策略研究

0  前言

随着IMS、EPC的引入，原有基于电路交换的核心网正越来越快地向基于IP包交换的网络演进，底层基于IP的信令越来越多，这其中，Diameter协议被广泛应用在IMS/PCC/EPC架构中，诸如HSS、CSCF、PCRF、OCS等大量网元之间都采用Diameter信令进行交互，使其成为现阶段电信网中分布最广，也最重要的几个信令之一，因此很多运营商都开始考虑建设DRA（Diameter Routing Agent）节点，组建Diameter信令网，保障网络安全高效运行。

1  建设DRA的必要性

1.1  Diameter信令概述

传统的用于完成计费功能的Radius协议，以其简单安全，易于管理，扩展性好，而得到广泛应用。但是由于协议本身的缺陷，比如基于UDP的传输、简单的丢包机制、没有关于重传的规定和集中式计费服务，都使得它不太适应当前网络的发展，需要进一步改进。

随着新的接入技术的引入和移动网络的快速扩容，对AAA协议提出了新的要求，使得传统的Radius结构的缺点日益明显。目前核心网络正逐步向全IP网络演进，不仅在核心网络使用支持IP的网络实体，在接入网络也使用基于IP的技术，而且移动终端也成为可激活的IP客户端。这就需要采用新一代的AAA协议——Diameter。Diameter基础协议为各种认证、授权和计费业务提供了安全、可靠、易于扩展的框架。以此为基础定义Diameter应用，只需要定义应用协议的应用标识、参与通信的网络功能实体、相互通信的功能实体间的消息内容以及协议过程，就可以完全依赖Diameter基础协议完成特定的接入和应用业务。Diameter协议具有如下特性。

a） 拥有良好的失败机制，支持失败替代（failover）和失败回溯（faiback）。

b） 拥有快速检测到对端不可达的能力。

c） 拥有更好的包丢弃处理机制，Diameter协议要求对每个消息进行确认。

d） 可以保证数据体的完整性和机密性。

e） 支持端到端安全，支持TLS和IPSec。

f） 为每个会话进行认证/授权，以保证安全性。

1.2  DRA信令网的场景

Diameter 信令作为Radius的演进和继承者，在UMTS/IMS/EPC等核心网络中都会用到。在各个网络中使用Diameter的场景包括EPC漫游、计费、控制策略以及HSS接入等。

EPC漫游场景主要使用在MME与HSS之间的S6接口上，在EPC建网初期，就应设置Diameter信令转接节点，转接漫游地SGSN、MME与归属地EPC-HSS之间的Diameter信令，实现EPC用户的鉴权和移动性管理功能。考虑到漫游业务的开展，建议漫游信令通过Diameter信令网转接（见图1）。

计费控制场景主要用于核心网与PCRF以及OCS/OFCS网元的互联，这些网元之间的Diameter消息，可以通过Diameter信令网转接。

a） 如果EPC用户采用回归属地P-GW接入，那么PCC相关网元都是在本省内直接互联，因此PCC的Diameter信令初期可以不经过DRA转接。未来随着省内PCC规模的增加，再考虑通过DRA转接。

b） 如果EPC用户采用从漫游地P-GW接入，那么需要通过DRA实现漫游地P-GW与归属地OCS以及PCRF的信令转接，具体如图2所示。

EPC和IMS中网元（如CSCF、AS）与IMS-HSS的互通也需要用到Diameter信令。这部分信令消息是否通过信令网转接，主要取决于省内IMS网络的网元数量，如果网元数量不多，上述网元之间的Diameter信令可以直连。通过DRA互联的网络组织图如图3所示。

1.3  DRA信令组网的目的

运营商设置DRA节点、构建Diameter信令网，主要实现如下目的。

a） 简化网络结构、便于局数据管理。EPC、PCC、IMS都是接下来核心网发展的重点，当网络上采用Diameter信令的网元较多时，如果还保持网元之间的全互联，势必会对数据配置和网络维护带来巨大压力。

b） 实现负载均衡。当核心网元和多个PCRF等策略控制网元互联时，需要设置DRA实现多个PCRF之间的负载均衡，同时实现同一用户在不同网元下的Diameter消息路由到该用户归属的PCRF。

c） 隐藏网络拓扑等目的。当EPC用户进行运营商之间的国际漫游时，应部署I-DRA屏蔽运营商内部的网间结构，保护网络安全；同时 DRA还提供信令计费和监测功能，用于运营商之间信令计费、网络可视性、排障等。

从上述必要性分析可以看出，建网时就应考虑建设Diameter信令网络，由其转接EPC漫游信令；并应综合考虑PCC、IMS、OCS/OFCS网元的接入。

2  DRA组网需要关注的问题

2.1  DRA的工作模式

DRA主要有如下几种工作模式。

a） Relay方式。只做路由转发，不对消息中非路由相关字段进行修改，中继不维护会话状态，维护事务状态，实现逻辑比较简单。

b） Proxy方式。与中继类似，Proxy代理利用Diameter路由表来路由Diameter消息。它们的不同之处在于，Proxy代理修改消息以达到策略的强制实施。可以实现应用级别的决策。

c） Redirect重定向。重定向代理在Diameter路由需要集中配置的情况下非常有用。重定向代理为某个域内的所有成员提供服务，但不希望负担域间消息中继的任务。

在现网部署中，主要用Proxy 和Relay两种功能进行组网，对于知道域名但无直连条件的场景采用Relay功能，对于无直连条件且不知道域名的场景则采用Proxy功能。

2.2  DRA的数据同步

一般情况下，DRA节点只是负责转发Diameter客户端和服务端之间信令，并不关心转发的信令是否属于同一个客户。但是到了VoLTE阶段，尤其是SPR独立设置时，当DRA转接PCEF以及AF到多个负载均衡的PCRF信令时，需要DRA保存IMSI和IP，以及IMSI和PCRF的对应关系，保证同一个用户在Gx、Rx等不同接口上的Diameter信令路由到同一个PCRF，解决多PCRF部署带来的寻址技术问题。而这种对应关系经常会带来本地1对DRA之间的动态数据的同步，

图4示出的是多PCRF下IMSI和IP绑定。

2.3  DRA的处理能力

大多数厂家的DRA设备都采用ATCA架构，DRA设备处理能力较之传统的STP有较大提高。设备处理能力多以每秒处理会话数（TPS）来衡量，即DRA每秒钟能够处理的Diameter一问一答的会话个数。

DRA设备的处理能力与用户模型有很大关系。在只做信令转发，不需维持信令之间的状态关系同步时，一般单个DRA节点可以支持几百万个TPS，典型模型下可支持上亿用户。而当DRA需要维持信令之间的状态同步时，处理能力会有所下降，一些厂家的设备能力甚至下降30%～50%。

3  Diameter信令网组网策略研究

按照各场景对DRA需求的紧迫性不同，本文首先讨论满足EPC漫游需求时，Diameter信令网的组网策略，然后再讨论未来满足计费策略控制以及IMS接入等其他场景的组网策略。

3.1  EPC漫游信令组网策略

3.1.1  DRA节点的设置

DRA节点作为Diameter信令的转接点，不建议和STP合设，应单独设置，主要理由如下：

a） Diameter信令网与目前的STP信令网络承担的业务内容完全不同，仅在硬件上可以共用部分处理能力。而现网已有的STP大多在硬件上就不支持DRA功能。

b） STP的IP化需求目前尚不迫切，因此目前也没必要用DRA替换现网的STP。

c） STP是CS域传统语音承载的控制信令成熟网络，而DRA承载的业务都是IMS业务或是PS业务相对不成熟不稳定的新技术网络，业务变化快，设备更新频繁，网络调整快而多，如果合设，将会对STP承载语音的控制信令网元产生不必要的风险和影响。

3.1.2  DRA组织结构

对于DRA的组织结构，建议按照一级结构设置Diameter网络，首先，一级结构比二级结构高效、简单；其次，IP信令互联，无需像传统TDM信令那样需要调配传输电路，只要IP可达即可，所以2种结构下新增网元或者号段数据带来的局数据调整工作量差别不大；第三，DRA的设备容量比传统STP要大很多，完全可以满足一个或者多个省的用户EPC需求。

3.1.3  DRA的覆盖范围

从厂家目前提供的处理能力能看，在只承担S6接口转接功能时，单个DRA支持的EPC用户数基本上都超过1亿户。因此，一般来说处理能力不是DRA节点的覆盖范围的瓶颈，更多的是从管理维护的便利以及网络结构的演进角度考虑DRA覆盖范围的设置。

a） 省际漫游DRA节点可按大区或者省设置。初期可以按大区设置，在大区中心设置DRA节点，覆盖大区内多个省份，未来随着规模的扩大，再逐步或者一步分裂到各个省。

b） 独立设置I-DRA节点，实现运营商之间的国际漫游。I-DRA还需要承担运营商之间的拓扑隐藏等额外功能，在数据制作和要求上与省际漫游DRA差别较大，建议独立设置。可以参照ISTP设置模式，独立设置在国际信令转接点所在城市。

3.1.4  DRA厂家选择

DRA一般成对设置，每对DRA间采用负荷分担方式；全国范围内组成双平面，网络结构简单，连接关系只有全互联的50％，易于维护（见图5）。

从网络安全保障角度考虑，仅承担EPC漫游功能的DRA 2个平面可以仿照STP实施两厂家平面的组网。

3.2  计费和策略控制信令组网策略

如果采用归属地疏通流量的方式，用户的计费和策略控制均由归属地P-GW/GGSN分别与OCS、PCRF互联实现。这时候，只有当OCS以及PCRF网元数量较多时，才需要引入DRA来简化网元之间互联，实现负载均衡。

如果采用漫游地疏通流量的方式，用户的计费和策略控制均由P-GW/GGSN分别与归属地OCS、PCRF互联实现。这时候，需要引入DRA来简化两地网元之间互联，并实现负载均衡。

在VoLTE阶段，当DRA转接PCEF以及AF到多个负载均衡的PCRF信令时，需要本地1对DRA节点之间的数据能够同步，这种同步接口为私有接口，目前只有同一厂家的DRA之间才能实现。

对于运营商来说，无论哪种流量疏通方式，运营商都会面临是否将转接EPC漫游信令的DRA与转接计费和策略控制信令的DRA合设的问题，除了考虑处理能力的因素以外，还需要考虑EPC漫游信令DRA异厂家双平面设置能否满足本地1对DRA之间数据同步的要求。

如果选择合设，那么在当初建设EPC漫游的DRA节点时，就应该选择全国同一厂家组网或至少省内1对DRA为同一厂家；如果分开设置，那么EPC漫游的DRA节点的2个平面可以为2个厂家，而本地单独设置1对同厂家的DRA用于转接计费和策略控制。

3.3  HSS接入信令组网策略

前面已经论述过，当HSS网元较多时，EPC和IMS中与HSS之间的Diameter信令互联，可以通过Diameter信令网转接。在网络发展初期，上述需求并不迫切。未来有需求时，上述连接也都是在本省发生，并不涉及跨省的全国组网，可以和前面2种DRA中的1种合设，也可以独立设置。

4  结束语

综上所述，为满足疏通EPC漫游信令，以及IMS网元之间的Diameter信令消息的需求，应在全国范围内建设DRA信令网，并且应采用一级结构，在大区中心或省会设置双节点以保证网络安全，这种业务模式下，全网可以采用同厂家设备，也可以采用2个厂家设备双平面组网。

但PCC引入后，由于成对设置的节点之间的同步问题，则限制了厂家的选择。如果前述DRA网络采用了同厂家设备组网，则可以合设，否则，也可以考虑在全网采用大区制单独再建设第二套DRA网络专门疏通Gx、S9等接口的Diameter消息。

参考文献：

［1］  3GPP TS 29.118 Mobility Management Entity （MME） –Visitor Location Register （VLR） SGs interface specification［S/OL］. ［2012-12-24］. http://bz.ccr100.com/topic.asp?id=53146.

［2］  3GPP TS 29.212 Policy and Charging Control （PCC） over Gx reference point［S/OL］. ［2012-12-24］. http://bz.ccr100.com/topic.asp?id=167089.