- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
建设高可靠性的移动核心网
录入：edatop.com 点击：
随着移动业务在全球的迅速发展，移动核心网也已经在全球范围内得到了大规模的部署。相对传统的移动核心网，现有的移动核心网具有大容量、高集成度的特点，一旦网络中的设备出现故障，就会对网络的服务质量带来很大的负面影响。因此如何建设一个高可靠性的移动核心网网络，已越来越成为运营商关注的课题。本文从网络解决方案和设备实现的角度对移动核心网中电路域和分组域分别进行了网络可靠性的探讨，并列举了华为公司分组网络高可靠性的商用案例。
一、电路域核心网的可靠性保证
从2003年底至今，移动软交换核心网代替传统的电路域网络开始在全球得到广泛商用。传统的电路域核心网缺乏网络级的可靠性策略和手段，但软交换网络可通过引入多种网络级的解决方案如双归属，Mini-Flex和Iu-Flex方案来保证电信网络的可靠性。此外，软交换网络还可以通过具体设备的硬件和软件的可靠性设计来保证网络的可靠性。
1.网络级保证
●双归属(DualHoming)
双归属（DualHoming）解决方案是一种用于保障MSCServer安全性的，由华为公司率先提供的网络安全解决方案。目前，已经在多个商用网络中得到了应用。双归属方案包括1＋1主备、1＋1互助、N＋1主备三种方案。
在1＋1主备方案中，两个Server设置为主备方式。一旦主用Server出现故障，备用Server将激活，MGW注册接入新的Server，以保证网络继续正常运行。
在1＋1互助方案中，MSCServer设置为互助方式。当其中一个MSCServer出现故障时，互助的MSCServer会接管故障方管理的MGW等资源。
在N＋1备份方案中，当N个正常工作的Server中一个出现故障时，互助用的Server能自动接管故障的Server下带的MGW和RNC。
●Iu-Flex方案
Iu-Flex技术是3GPPR5协议中规定的一种用于进行负荷分担的方式。目前，已逐渐被业界认同为一种可进行网络备份的技术。Iu-Flex技术提出了“池”的概念，池中包括多个RNC和多个CN网元,每个RNC节点可以连接多个核心网网元。在软交换网络中，当池内某个MSCServer或MGW节点故障，则由RNC将归属该故障CN节点的用户调整到其它CN节点。Iu-Flex设计的初衷是实现资源的共享，同时具备了备份的能力。其优点主要是令局间切换大大减少，C/D接口的位置更新信令流量大大减少，从而提高网络性能。
●Mini-Flex方案
Mini-Flex技术是一种用于MGW安全性的容灾方案。在该方案中，RNC可接入多个MGW，这些MGW都属于同一个MSCServer管辖(即可在不跨本地网的情况下实现MGW备份)。一个MGW故障时，其它的MGW可接管故障MGW管辖的RNC。
以上的几种网络级保证方案可在不同的情况下分别加以应用。在实际网络中，由于MSCServer一旦故障会对网络带来很大影响而MSCServer备份对网络的资源要求较少，因此首先需要考虑对MSCServer的备份，常首选双归属方案对MSC Server进行备份。在考虑MGW的备份时，因为Mini-Flex实施比Iu-Flex简单，在传输资源较丰富的一个本地网中，可采用Mini-Flex方案对MGW进行备份，并可与双归属方案配合使用。在目前Iu接口通常是ATM承载的情况下，Iu-Flex的优势还较难得到发挥；由于Iu-Flex具有可令局间切换减少的特性，因此可利用其对网络进行优化。在以上方案中，双归属方案已经率先在全球多个商用网络中得到了大规模的应用。
●HLR容灾方案
HLR中存放着移动用户的签约数据，并为用户的呼叫提供支持。如果HLR发生故障，则可能对运营商和终端用户产生损失和伤害。为HLR建立完全的容灾机制将避免或者减小这类损害。针对不同的网络结构，有以下四种HLR容灾解决方案：1+1实时互备容灾方案、1+1实时主备容灾方案、N+1实时容灾方案、N+1兼容性容灾方案。
2.设备级保证
MSCServer硬件系统可采用单板的备份、负荷分担、冗余配置等可靠性设计方法，并通过优化单板和系统的故障检测/隔离技术来提高系统可维护性。软件系统可采用模块化设计，通过专业的容错能力、对故障的监视系统及对故障的合理处理来保证设备的可靠性。
在MGW中，可采用模块化设计，使部分模块变化不会对其它功能模块造成影响。设备的业务单板应支持多种备份和负荷分担方式，避免单点故障。风扇和电源也应采用冗余设计，并提供多种告警处理机制。此外，还可通过多级用户权限管理、防火墙功能、密钥、鉴权、IPSec等方式，提供业务安全性，从而提高系统性能和业务质量。
二、分组域核心网的可靠性保证
1.网络级保证
在分组网络中，网络的可靠性解决方案也主要是通过对网络设备进行负荷分担和备份进行的，具体包含以下三种。
●Iu-Flex解决方案
在分组网络中，通过Iu-Flex技术，每个RNC节点可以连接到多个SGSN网元。通常情况下，SGSN都正常工作，RNC和SGSN采用负荷分担方式连接。在某个SGSN节点故障时，RNC可将本属于该SGSN的用户调整到其它的SGSN节点。该方案还可减少SGSN节点间更新、切换、重定位以及HLR的更新次数。如图1所示。
多个GGSN之间负荷分担解决方案
在该解决方案中，SGSN和GGSN之间支持负荷分担。通常情况下，SGSN可与网络中多个GGSN相连，并实现业务负荷分担。在某个GGSN故障，或SGSN与某个GGSN之间的链路出现故障时，SGSN可将本属于该GGSN的业务调整到其它的GGSN上去。如图2所示。
CG重定向解决方案
分组网络中SGSN和GGSN都会产生话单，它们会将话单先发送到CG上，CG对话单进行初始处理，再将处理后的话单送往计费中心。在CG重定向解决方案中，SGSN和GGSN可和多个CG相连，通常情况下SGSN和GGSN只向一个CG发送话单。当该CG由于各种原因不能处理与SGSN和GGSN间的通讯时，SGSN和GGSN将会将话单重定向到其它CG上去。
2.设备级保证
分组网络的可靠性还可以通过分组设备的硬软件设计来保证。下面是一个简单的介绍。
●SGSN和GGSN可靠性设计
单板级热备份。全部单板采用1+1或N+1备份，关键单板应支持热备份。
软硬件自我故障检测和自愈功能。单板可进行自检，发现异常或故障时，系统就能自动采取一定的措施来排除故障。
软件异常保护。有多种方式，这里列举两个方式。一个是过载控制，该方法在系统出现资源拥塞时，可通过关闭某些非必要功能，或减少用户接入数量防止系统崩溃。另一个是计费可靠性。当SGSN和GGSN与CG之间的网络故障，或CG故障时，SGSN和GGSN会将话单缓存在自己设备的硬盘上，直到与CG的通信恢复后，再将缓存话单发给CG。
●CG可靠性设计
作为话单处理与缓存设备，CG在网上属于非常重要的设备，其可靠性设计包括以下内容。
双机系统。CG在设计上采用双机系统，即有主备两个服务器，双机之间具有故障自动倒换机制，并且关键部件也采用了1＋1的备份方式。
硬盘子系统采用RAID方式。根据服务器、小型机长期使用经验，硬盘子系统是整机较为脆弱的部分，因此可采用业界通常使用的RAID技术，将硬盘冗余配置，保证在一个硬盘故障的情况下数据不丢失。
三、高可靠性网络的商用部署
网络级的解决方案和设备级的可靠性设计是高可靠性的基础，是否具备规模商用部署经验，以及是否经过大话务量的检验则是评价其成熟可靠性的重要标志。
1.华为核心网设备的规模部署
截至2006年5月份，华为移动软交换目前全球出货量第一，所占份额超过35%，在全球60多个国家得到了应用，其中端局服务于全球1亿用户，关口局和汇接局容量超过24万E1。华为分组核心网全球出货量第二，产品已经在30多个国家的4000多万用户中得到规模应用。大量商用网络的实际运行保证并验证了华为公司分组网络的高可靠性。
2.华为助力中国某运营商建成高可靠性的软交换网络
中国某运营商在某省选择华为移动软交换来优化和扩容它的GSM网络，以满足其日益增大的话务量和对新业务需求。华为为其提供了所有的新增设备，包括VMSC、TMSC、GMSC和HLR。
在该移动软交换网络中,华为采纳了双归属方案中的N+1模式来保证网络的可靠性。3个MSCServer作为工作的端局，另有一个MSCServer作为这3个MSC Server的备份，共为100多万用户提供服务。此外，华为的MSC Server和MGW设备还构成了一个独立的备份系统，为有数百万用户的其他供应商的设备提供了备份。
在这个网络中，华为还采用了HLRN+1的实时容灾方案，共建设了6个HLR，其中5个为正常工作的HLR，1个为备份HLR。
双归属和HLR方案不仅在这个网络中，在华为建设的多个2G和3G的网络中也都得到了广泛应用。
3.华为移动核心网成功经受Hajj麦加朝圣大话务的可靠性检验
Hajj麦加朝圣是穆斯林最重要的活动，每年都有数百万穆斯林前往参加，导致话务尖峰现象明显，短信量激增，并造成大量的位置更新和切换，对移动网络的可靠性提出了很高的要求。麦加朝圣话务模型被认为是移动通信行业最严峻的挑战。
2005年4月，沙特电信选择华为移动软交换设备替换原有的传统交换机，以服务麦加地区。2006年的Hajj期间(1月8日至13日)，全球200多万移动用户集中在10平方公里的范围内。华为公司提供的软交换设备，最大的端局等效用户数超过110万，是平时的10倍；最大业务量超过3000KBHCA，接近平时的16倍；短消息次数和切换次数更是分别达到了平时的18倍和24倍。然而，此时移动软交换的入局接通率与平时相比并没有下降，移动用户呼叫也十分正常，系统运行依然保持稳定。
同时进行的大量附着请求和数据业务也对分组域设备的处理能力和可靠性提出了很高的要求。华为公司的GPRS设备，忙时每用户每小时附着请求次数达到标准话务模型和系统设计容量4倍多，每小时激活请求达到标准话务模型的2倍以上，数据转发流量也达到极高值。在此严峻的考验下，华为的分组网络系统负荷均衡，各主要业务处理板在高负荷下稳定运行，成功地经受住了话务高峰的考验。
沙特电信对华为设备的性能稳定性和华为工作人员的工作态度进行了高度赞扬，并向华为颁发了“最佳电信服务成就奖”以感谢华为在本次事件的优异表现。华为移动核心网成功经受Hajj麦加朝圣的话务高峰，再次证明了华为移动核心网技术的先进性和可靠性。
----《通信世界》
作者：朱煜 虞海
一、电路域核心网的可靠性保证
从2003年底至今，移动软交换核心网代替传统的电路域网络开始在全球得到广泛商用。传统的电路域核心网缺乏网络级的可靠性策略和手段，但软交换网络可通过引入多种网络级的解决方案如双归属，Mini-Flex和Iu-Flex方案来保证电信网络的可靠性。此外，软交换网络还可以通过具体设备的硬件和软件的可靠性设计来保证网络的可靠性。
1.网络级保证
●双归属(DualHoming)
双归属（DualHoming）解决方案是一种用于保障MSCServer安全性的，由华为公司率先提供的网络安全解决方案。目前，已经在多个商用网络中得到了应用。双归属方案包括1＋1主备、1＋1互助、N＋1主备三种方案。
在1＋1主备方案中，两个Server设置为主备方式。一旦主用Server出现故障，备用Server将激活，MGW注册接入新的Server，以保证网络继续正常运行。
在1＋1互助方案中，MSCServer设置为互助方式。当其中一个MSCServer出现故障时，互助的MSCServer会接管故障方管理的MGW等资源。
在N＋1备份方案中，当N个正常工作的Server中一个出现故障时，互助用的Server能自动接管故障的Server下带的MGW和RNC。
●Iu-Flex方案
Iu-Flex技术是3GPPR5协议中规定的一种用于进行负荷分担的方式。目前，已逐渐被业界认同为一种可进行网络备份的技术。Iu-Flex技术提出了“池”的概念，池中包括多个RNC和多个CN网元,每个RNC节点可以连接多个核心网网元。在软交换网络中，当池内某个MSCServer或MGW节点故障，则由RNC将归属该故障CN节点的用户调整到其它CN节点。Iu-Flex设计的初衷是实现资源的共享，同时具备了备份的能力。其优点主要是令局间切换大大减少，C/D接口的位置更新信令流量大大减少，从而提高网络性能。
●Mini-Flex方案
Mini-Flex技术是一种用于MGW安全性的容灾方案。在该方案中，RNC可接入多个MGW，这些MGW都属于同一个MSCServer管辖(即可在不跨本地网的情况下实现MGW备份)。一个MGW故障时，其它的MGW可接管故障MGW管辖的RNC。
以上的几种网络级保证方案可在不同的情况下分别加以应用。在实际网络中，由于MSCServer一旦故障会对网络带来很大影响而MSCServer备份对网络的资源要求较少，因此首先需要考虑对MSCServer的备份，常首选双归属方案对MSC Server进行备份。在考虑MGW的备份时，因为Mini-Flex实施比Iu-Flex简单，在传输资源较丰富的一个本地网中，可采用Mini-Flex方案对MGW进行备份，并可与双归属方案配合使用。在目前Iu接口通常是ATM承载的情况下，Iu-Flex的优势还较难得到发挥；由于Iu-Flex具有可令局间切换减少的特性，因此可利用其对网络进行优化。在以上方案中，双归属方案已经率先在全球多个商用网络中得到了大规模的应用。
●HLR容灾方案
HLR中存放着移动用户的签约数据，并为用户的呼叫提供支持。如果HLR发生故障，则可能对运营商和终端用户产生损失和伤害。为HLR建立完全的容灾机制将避免或者减小这类损害。针对不同的网络结构，有以下四种HLR容灾解决方案：1+1实时互备容灾方案、1+1实时主备容灾方案、N+1实时容灾方案、N+1兼容性容灾方案。
2.设备级保证
MSCServer硬件系统可采用单板的备份、负荷分担、冗余配置等可靠性设计方法，并通过优化单板和系统的故障检测/隔离技术来提高系统可维护性。软件系统可采用模块化设计，通过专业的容错能力、对故障的监视系统及对故障的合理处理来保证设备的可靠性。
在MGW中，可采用模块化设计，使部分模块变化不会对其它功能模块造成影响。设备的业务单板应支持多种备份和负荷分担方式，避免单点故障。风扇和电源也应采用冗余设计，并提供多种告警处理机制。此外，还可通过多级用户权限管理、防火墙功能、密钥、鉴权、IPSec等方式，提供业务安全性，从而提高系统性能和业务质量。
二、分组域核心网的可靠性保证
1.网络级保证
在分组网络中，网络的可靠性解决方案也主要是通过对网络设备进行负荷分担和备份进行的，具体包含以下三种。
●Iu-Flex解决方案
在分组网络中，通过Iu-Flex技术，每个RNC节点可以连接到多个SGSN网元。通常情况下，SGSN都正常工作，RNC和SGSN采用负荷分担方式连接。在某个SGSN节点故障时，RNC可将本属于该SGSN的用户调整到其它的SGSN节点。该方案还可减少SGSN节点间更新、切换、重定位以及HLR的更新次数。如图1所示。
多个GGSN之间负荷分担解决方案
在该解决方案中，SGSN和GGSN之间支持负荷分担。通常情况下，SGSN可与网络中多个GGSN相连，并实现业务负荷分担。在某个GGSN故障，或SGSN与某个GGSN之间的链路出现故障时，SGSN可将本属于该GGSN的业务调整到其它的GGSN上去。如图2所示。
CG重定向解决方案
分组网络中SGSN和GGSN都会产生话单，它们会将话单先发送到CG上，CG对话单进行初始处理，再将处理后的话单送往计费中心。在CG重定向解决方案中，SGSN和GGSN可和多个CG相连，通常情况下SGSN和GGSN只向一个CG发送话单。当该CG由于各种原因不能处理与SGSN和GGSN间的通讯时，SGSN和GGSN将会将话单重定向到其它CG上去。
2.设备级保证
分组网络的可靠性还可以通过分组设备的硬软件设计来保证。下面是一个简单的介绍。
●SGSN和GGSN可靠性设计
单板级热备份。全部单板采用1+1或N+1备份，关键单板应支持热备份。
软硬件自我故障检测和自愈功能。单板可进行自检，发现异常或故障时，系统就能自动采取一定的措施来排除故障。
软件异常保护。有多种方式，这里列举两个方式。一个是过载控制，该方法在系统出现资源拥塞时，可通过关闭某些非必要功能，或减少用户接入数量防止系统崩溃。另一个是计费可靠性。当SGSN和GGSN与CG之间的网络故障，或CG故障时，SGSN和GGSN会将话单缓存在自己设备的硬盘上，直到与CG的通信恢复后，再将缓存话单发给CG。
●CG可靠性设计
作为话单处理与缓存设备，CG在网上属于非常重要的设备，其可靠性设计包括以下内容。
双机系统。CG在设计上采用双机系统，即有主备两个服务器，双机之间具有故障自动倒换机制，并且关键部件也采用了1＋1的备份方式。
硬盘子系统采用RAID方式。根据服务器、小型机长期使用经验，硬盘子系统是整机较为脆弱的部分，因此可采用业界通常使用的RAID技术，将硬盘冗余配置，保证在一个硬盘故障的情况下数据不丢失。
三、高可靠性网络的商用部署
网络级的解决方案和设备级的可靠性设计是高可靠性的基础，是否具备规模商用部署经验，以及是否经过大话务量的检验则是评价其成熟可靠性的重要标志。
1.华为核心网设备的规模部署
截至2006年5月份，华为移动软交换目前全球出货量第一，所占份额超过35%，在全球60多个国家得到了应用，其中端局服务于全球1亿用户，关口局和汇接局容量超过24万E1。华为分组核心网全球出货量第二，产品已经在30多个国家的4000多万用户中得到规模应用。大量商用网络的实际运行保证并验证了华为公司分组网络的高可靠性。
2.华为助力中国某运营商建成高可靠性的软交换网络
中国某运营商在某省选择华为移动软交换来优化和扩容它的GSM网络，以满足其日益增大的话务量和对新业务需求。华为为其提供了所有的新增设备，包括VMSC、TMSC、GMSC和HLR。
在该移动软交换网络中,华为采纳了双归属方案中的N+1模式来保证网络的可靠性。3个MSCServer作为工作的端局，另有一个MSCServer作为这3个MSC Server的备份，共为100多万用户提供服务。此外，华为的MSC Server和MGW设备还构成了一个独立的备份系统，为有数百万用户的其他供应商的设备提供了备份。
在这个网络中，华为还采用了HLRN+1的实时容灾方案，共建设了6个HLR，其中5个为正常工作的HLR，1个为备份HLR。
双归属和HLR方案不仅在这个网络中，在华为建设的多个2G和3G的网络中也都得到了广泛应用。
3.华为移动核心网成功经受Hajj麦加朝圣大话务的可靠性检验
Hajj麦加朝圣是穆斯林最重要的活动，每年都有数百万穆斯林前往参加，导致话务尖峰现象明显，短信量激增，并造成大量的位置更新和切换，对移动网络的可靠性提出了很高的要求。麦加朝圣话务模型被认为是移动通信行业最严峻的挑战。
2005年4月，沙特电信选择华为移动软交换设备替换原有的传统交换机，以服务麦加地区。2006年的Hajj期间(1月8日至13日)，全球200多万移动用户集中在10平方公里的范围内。华为公司提供的软交换设备，最大的端局等效用户数超过110万，是平时的10倍；最大业务量超过3000KBHCA，接近平时的16倍；短消息次数和切换次数更是分别达到了平时的18倍和24倍。然而，此时移动软交换的入局接通率与平时相比并没有下降，移动用户呼叫也十分正常，系统运行依然保持稳定。
同时进行的大量附着请求和数据业务也对分组域设备的处理能力和可靠性提出了很高的要求。华为公司的GPRS设备，忙时每用户每小时附着请求次数达到标准话务模型和系统设计容量4倍多，每小时激活请求达到标准话务模型的2倍以上，数据转发流量也达到极高值。在此严峻的考验下，华为的分组网络系统负荷均衡，各主要业务处理板在高负荷下稳定运行，成功地经受住了话务高峰的考验。
沙特电信对华为设备的性能稳定性和华为工作人员的工作态度进行了高度赞扬，并向华为颁发了“最佳电信服务成就奖”以感谢华为在本次事件的优异表现。华为移动核心网成功经受Hajj麦加朝圣的话务高峰，再次证明了华为移动核心网技术的先进性和可靠性。
----《通信世界》
作者：朱煜 虞海
