軟交換網和ＩＰ承載網之間的流量均衡研究

黃耀軍　黃偉湘　張紅軍　周江衛　歐　建

【摘要】文章首先介紹了軟交換設備接入IP承載網的組網，及其流量均衡問題；接著通過對路由的深入分析，得出影響CE到AR間流量均衡的關鍵因素，并結合實際案例進行討論。

【關鍵詞】軟交換 IP承載網 流量均衡 路由

目前，全IP化成為通信網絡發展的趨勢，對于核心網絡來講，以架夠分離為標志的軟交換成為網絡發展的重要階段。伴隨著3G的到來，各電信運營商均著手進行核心網的軟交換和IP化建設及改造。在此期間，軟交換和IP承載網的關系進一步加強，其中流量均衡問題成為其對接的重要內容。

1軟交換接入承載網的流量均衡問題

軟交換和承載網之間的流量均衡問題主要指CE（軟交換側）和AR（承載網側）的流量路由問題。

1.1 軟交換接入承載網的組網分析

軟交換設備的MSC Server（簡稱MSS）、MGW的信令流和媒體流均需通過一對CE設備以“口”字型方式接入IP承載網，具體連接參見圖1。其中，CE以“口”字型上聯到AR，軟交換設備以雙臂上聯到CE1、CE2。

1.2 流量均衡問題

目前CE到AR之間一般是1G、10G的以太網，或等帶寬的POS接口等，其傳輸模式可以是裸纖、波分、MSTP等。正常情況下，軟交換的流量（主要是媒體流）應該以負荷分擔模式均勻分配到CE1和CE2，確保流量均衡。

鏈路負荷一般以70%為宜，按照單邊1G以太網計算，在負荷均衡情況下，BHCA值（同時承載呼叫數）為（AMR12.2k模式下一個呼叫約占30kb流量）：1G*0.7*2（雙邊）/30k=47萬。考慮極端不均衡的單邊承載業務情況，則BHCA容量退化為1G*0.7*1（單邊）/30k=24萬。因此，軟交換接入承載網的流量均衡非常重要。

2上行流量路由及均衡分析

上行流量是指CE到AR的數據流量，其均衡主要是指CE1到AR1、CE2到AR2的流量基本相當。此過程主要涉及兩個環節，首先是軟交換設備選擇CE，其次是CE選擇AR。

2.1 軟交換選擇CE

軟交換設備選擇CE的過程是上行流量均衡的第一步。目前，軟交換設備普遍使用靜態路由，將CE作為其出口網關，因此軟交換的合理、均勻配置是流量均衡的第一步。對于不同的軟交換設備，其實現原理也不盡相同。

（1）愛立信軟交換

愛立信軟交換的媒體網關使用二層方式接入CE，并且其媒體流接口板成對配置，如圖2（左）目前為4個單板負荷分擔。對于CE來講，利用VRRP向軟交換設備提供2組出口網關，每2個單板使用一組網關。這種組網的流量均衡控制點在于軟交換設備和CE設備：軟交換設備的出口單板需要成對配置；CE設備需要啟用雙VRRP組，以保證CE1、CE2接收到的流量比較均衡。

（2）華為軟交換

對于華為UMG8900來講，其接口板（HRD）成對配置，如圖2（中）IP1、IP3分別為HRD的網關。其流量均衡主要由軟交換側控制，軟交換需要正確配置網關地址，并將HRD均勻分配到不同的CE上。

（3）中興軟交換

中興設備實現機制和華為類似，其流量均衡的關鍵點仍為軟交換設備。但和華為設備不同的是，中興設備的接口和處理器地址是分開的，其接口和處理器之間的對接需要配置多條等值的靜態路由，并且各路由等值，否則CE1和CE2的流量將不均衡。

2.2 CE選擇AR

CE選擇AR是上行流量的重要環節，當數據包發到CE后，CE檢查其VRF路由表，通過路由匹配進行轉發。CE路由分析如圖3所示：

正常情況下，AR需要下發0.0.0.0/0和10.0.0.0/8給CE，這兩條路由都是OSPF外部路由方式。因此如果這兩條路由出現問題，則一般可能是AR發布路由出錯。

對于CE的出口路由，除了下一跳指向對應直連AR外（優選路由），也可以選擇配對CE為下一跳，此時出口路由為CE1-CE2-AR2（這種情況只能是上行流量不均衡且CE1-AR1出現故障時的一種保護措施）。

3下行流量路由及均衡分析

下行流量是指承載網發至軟交換的數據流，主要涉及兩個環節，首先是遠端承載網（異AR片區）選擇本端AR，其次是AR選擇CE。

3.1 遠端承載網選擇AR

承載網一般使用MPBGP協議構成全國性VPN。承載網任一遠端AR設備，通過反射器RR獲得全網性VPN路由，和本端AR構成邏輯直聯。

圖4中，AR1、AR2為本端，AR3、AR4為遠端，對于本端AR1/AR2下掛軟交換的媒體路由，首先由CE1/CE2發布給AR1/AR2，此時發布是通過OSPF的，且帶COST值。當AR1/AR2收到此路由后，AR將COST轉化為MGBGP的擴展屬性，進而發給RR；RR根據AR1、AR2發起的優先級不同，生成不同的路由并向全網擴散。

根據以上分析可以看出，對于軟交換的匯聚路由，如果CE1、CE2是等值發布的，則AR1、AR2也會等值收到此路由條目，進而導致RR、遠端AR無法區分其優先級。盡管承載網設備支持等值路由，但考慮路由表的容量，目前尚未啟用等值路由；而是按照BGP協議原則，根據AR的ROUTER ID進行選擇，一般AR1的ROUTER ID較小而成為優選。

3.2 AR選擇CE

當AR收到下行數據包后，正常情況下，AR選擇直聯CE，即AR1選擇CE1為下一跳，AR2選擇CE2為下一跳。

此時在AR和CE配置時，需要注意，不管AR和CE間是否為10G或1G鏈路，其OSPF COST值統一取10，不能按照10G/BW的方式計算；否則AR將未必選直連CE，而選擇鏈路帶寬大的其它機房的CE為橋接進行轉發，從而產生機房間橫向流量。

4流量不均衡的案例分析

在實際CE對接AR測試中，發現現網存在流量不均衡的案例，分析如下：

4.1 上行流量不均衡案例

在某地建設的驗收過程中發現CE上對10.0.0.0/8的軟交換匯聚路由出現問題。

如圖5所示，CE的路由10.0.0.0/8指向配對的CE，而非直聯AR，這樣一來造成所有上行流量均通過配對CE-AR出口，造成嚴重不均衡。

由于此路由是O_ASE類型，根據分析，應該是AR下發錯誤導致。在AR檢查配置發現圖6所示情況：

不難發現，直聯AR（AR3）只是配置為BGP引入OSPF（無指定引入類型，缺省類型為TYPE=2），而配對AR（AR4）則明確指出以TYPE=1的模式引入OSPF。而根據OSPF協議，路由的優先級由低到高依次為：區域內部路由、區域間路由、Type 1外部路由、Type 2外部路由。這樣一來，CE接受從配對CE發過來的非最佳路由（TYPE=1），而拒絕其直聯的AR發出的路由（TYPE=2），造成路由錯誤，影響流量均衡。

4.2 下行流量不均衡案例

某地軟交換局割接后發現AR到CE的下行流量出現不均衡情況，其流量對比統計見圖7：

由圖7可以看出，30秒內統計上行（output）流量相當，但下行（input）卻相差懸殊。其原因主要是遠端均選擇AR3作為下一跳。

由圖8可以看出，全網AR（包括AR1平面、AR2平面）均收斂到AR3（221.130.209.3），而不是均衡收斂到AR3、AR4。這樣一來，AR3直接發給直聯CE，從而造成AR3下行為重載，而AR4下行為輕載。又因為AR的路由是CE發布的，所以其主要原因是CE等值發布其下連軟交換的地址。

5結語

軟交換和承載網之間對接是網絡3G演進的重要內容，其流量均衡問題直接影響網絡性能和容量。為提高網絡IP化的效率，促使網絡向3G順利、平滑過渡，降低運行隱患，需要交換、數據等不同專業發揮各自優勢共同完成。

參考文獻

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[2]3GPP TS 29.414(Rel 8). Core network Nb data transport and transport signalling[S].

[3]孫立新等. 第三代移動通信技術[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2001.★

【作者簡介】

黃耀軍：工程師，碩士畢業于華中科技大學，現任職于中國移動廣東公司深圳分公司，長期從事GSM、GPRS、3G網絡技術研究，發表論文多篇，研究方向：無線通信系統。

黃偉湘：工程師，本科畢業于中山大學，現任職于中國移動廣東公司深圳分公司，長期從事網絡技術及網絡增值業務研究，發表論文多篇，研究方向：計算機網絡及應用。

張紅軍：工程師，碩士畢業于中國科技大學，現任職于中國移動廣東公司深圳分公司，長期從事網絡技術、數據庫技術研究，發表論文多篇，研究方向：計算機網絡。

收稿日期：2009年2月12日