大容量分布式ＨＬＲ的引入策略研究

邱　鈞　李　赟

【摘要】文章重點分析了分布式HLR的主要技術特點,比較了它與傳統集中式HLR的優劣勢,并對分布式HLR的引入策略提出了相應建議。

【關鍵詞】分布式HLR 分層架構 前端設備 后端設備

1 概述

HLR(Home Location Register,歸屬位置寄存器)設備作為GSM移動網中最重要的數據中心,負責存儲全網客戶的簽約數據和位置信息。中國移動現有網絡的用戶數據存儲在HLR中。現網HLR主要采用集中式的軟件結構,設備的性能受限于硬件平臺,不易進行容量擴展。隨著網絡的不斷發展,這些缺點將愈加突出,由此帶來的管理維護問題也會愈加嚴重。

IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒體子系統)的引入和接入技術的發展使各種各樣的終端都可能成為IMS用戶,用戶數量與現有網絡相比將有數量級上的增長,同時用戶的信息量也將有著大量的增長,集中式HLR在未來將很難滿足不斷發展的網絡需求。隨著技術的發展,我們應積極推進分布式軟件結構HLR的技術成熟,并考慮適時引入。

2 分布式HLR的主要技術特點及優劣勢分析

2.1 分布式HLR的主要技術特點

R4標準架構下的交換網絡的特點是承載和控制分離,這種架構有著大容量、高處理能力、節約網絡投資的優點,同時簡單清晰的網絡結構也使得網絡擴容、維護成本低,并且可實施容災備份機制。分布式HLR技術在設備架構上借鑒了R4分離架構MSC的一些概念,采用了數據存儲和業務處理分層的架構。分布式HLR系統架構如圖1所示:

相比較于傳統HLR,分布式HLR具有以下技術特點:

(1)用戶容量靈活:用戶數據存儲容量、接口處理能力及各層實體數量可按需擴展,其處理能力可從一百萬用戶到上億用戶靈活配置。

(2)分層架構清晰:應用邏輯與數據存儲分離,兩者之間采用統一開放接口協議,提供集中設備、數據管理;采用IP網絡作為承載。

(3)設備可用性高:“N+K”設備配置,多點動態負荷分擔,多點異地容災,實現業務不中斷。

(4)設備可靠性高:前端采用N+K負荷分擔與備份機制,后端數據庫之間采用實時同步備份機制。

(5)應用擴展靈活:數據庫的開放性縮短新業務開發的周期,可快速增加新的應用(如增加HSS FE的應用)。

傳統HLR與分布式HLR的技術實現如圖2所示:

HLR設備邏輯上由信令接入和業務處理、用戶數據庫存儲兩大部分組成。傳統HLR設備一般是采用同一設備平臺或“交換平臺+小型機平臺”實現這兩大邏輯功能。

分布式HLR采用獨立的前端設備(FE)實現“信令接入和業務處理”功能,獨立的后端設備(BE)實現“用戶數據庫存儲”功能;BE之間可以自動完成用戶數據的實時同步,可同時實現用戶數據的容災備份;任一FE設備可以訪問任一BE設備,相應的要求BE設備同時具備“數據路由”功能。

2.2 分布式HLR的優劣勢

從以上對分布式HLR的技術特點的分析和與傳統HLR的比較可以看出,分布式HLR不僅具有傳統HLR的所有功能,還具有以下幾個方面的優勢:

(1)分布式HLR的大容量、分層架構的發展方向,與“簡化網絡結構,節約網絡投資”的網絡發展趨勢一致。

(2)適應以用戶為中心的網絡和業務融合,提供分離的應用和數據之間的開放標準接口,以便業務快速部署。

(3)可解決現網HLR存在的問題,如提升容量和接口能力、提升容災效率、集中網絡與數據管理、提升BOSS適應性等。

(4)內部采用IP網絡作為承載,集中式HLR經IP化改造可以升級為FE,適應IP化演進趨勢。

(5)采用電信級IT平臺作為硬件平臺,集中度提高,單位用戶造價和功耗降低,符合節能減排的要求。

(6)作為適應長期網絡演進的新技術,能夠適應未來3G、IMS等新業務和網絡的融合,減少網絡改造。

但同時我們也應看到,截至目前分布式HLR存在一些技術風險:

(1)分布式HLR沒有標準指導,各廠商設備差異較大,為現網引入、運維、互操作、長期演進帶來障礙,需要對其制定統一技術規范并進行測試、試點。

(2)基于IP承載網的容災分布實施仍需要現網試點驗證,以獲得分布化與IP承載效率之間的最佳均衡點。

(3)現網部署涉及網元多、跨地域廣、影響范圍廣、割接難度較大,需要制定完善的實施方案。

(4)運維方式方法將有較大改變,設備本身需要具備更多運維功能(例如大容量下分權分域),且運維人員需要適應與學習。

3分布式HLR的關鍵技術分析

(1)采用分層架構

各層功能實體根據容量和處理能力需求靈活擴展,根據容災需求靈活異地部署。

(2)實現N+K負荷分擔與備份機制

(3)實現統一的BOSS接口

采用N+K多點接入,處理能力可靈活擴展;可實現統一BOSS接口協議、用戶模板格式;采用指令/結果匹配對應機制,可區分BOSS指令處理優先級,并提供增量或全量數據輸出比對功能及數據快速寫入功能。

(4)實現集中統一的網絡和數據管理

◆部署具有高度靈活性,設備集中設置,采用統一網管,減少設備運維成本。

◆為大容量存儲的用戶數據管理、BOSS接入提供統一接口、數據視圖。

◆通過虛擬HLR技術為不同的本地網提供統計、測量、安全、業務開展、數據管理等方面的獨立運維。

(5)實現統一開放的數據庫接口(圖5)

◆剝離各業務網元的用戶數據,并利用分布式HLR對其進行統一存儲和訪問。

◆分布式HLR提供統一開放數據庫接口,為各種業務應用邏輯提供數據服務,簡化網絡。

◆原有獨立的用戶數據在分布式HLR中根據用戶標識、用戶數據模型框架關聯,以消除數據冗余、實現用戶數據融合。

◆FE和BE廠商兼容,可獨立采購。

(6)采用可擴展的用戶數據模型(圖6)

采用樹型為數據組織形式,數據關系清晰,可隨意對其中節點進行增刪改。

業務開展產生的用戶數據增加、刪除、更改可以在線進行,無需升級軟件、中斷業務,從而加速了業務開展,適應了未來網絡和業務發展趨勢。

4 分布式HLR的引入策略建議

針對目前已有大量傳統HLR且分散設置的網絡現狀,對于分布式HLR的引入策略建議如下:

◆逐步引入,以保證業務不中斷為最主要目標;

◆確保引入過程每一步安全和有保護;

◆引入過程中驗證分布式HLR自身功能和性能;

◆驗證網絡各環節的可用性和可靠性;

◆服務現網,提升網絡和業務質量。

初期可考慮將分布式HLR作為集中式HLR使用,驗證其功能,以及與交換網、信令網、BOSS和網管的兼容性,驗證其性能和容量優勢。

第二階段可利用IP承載網進行分布式部署,分離FE和BE;驗證N+K負荷分擔與備份機制;調整和適應新的運維方式;提出新需求,進一步改善分布式HLR。

后續可利用分布式HLR融合3G、IMS、固話網絡及其業務的用戶數據,實現統一的用戶數據存儲、訪問和管理。

5 結束語

分布式HLR引入有助于解決現網問題,符合IP化、節能減排、網絡及業務融合的網絡發展趨勢。建議通過現網試點來驗證分布式HLR關鍵特性,獲取現網應用經驗,滿足新的需求,促使其盡早完善,為下一步大規模推廣分布式HLR積累寶貴經驗。★

【作者簡介】

邱鈞:高級工程師,本科畢業于長春郵電學院(現吉林大學),中國移動通信集團設計院有限公司高級項目經理,從事通信設計咨詢工作18年,重點跟蹤研究移動交換網絡的演進,具有豐富的交換網絡規劃、設計、咨詢經驗。

李赟:工程師,本科畢業于北京廣播學院(現中國傳媒大學),現任職于中國移動通信集團設計院有限公司,研究方向:移動核心網絡組織及演進。