IP承載網單平面丟包問題的組網優化

摘要:針對移動軟交換Mc接口組網中IP承載網單平面丟包問題，分析其在主備接入方式、負荷分擔接入方式下對軟交換業務的影響，并重點分析了負荷分擔接入方式下的相關優化思路，提出了具體的組網優化建議，對移動軟交換組網優化及網絡安全有一定的參考意義。

關鍵詞:移動軟交換;Mc接口; IP承載網單平面丟包問題;組網優化

Abstract: This article addresses the issue of single-plane packet loss in IP bearer networks， which occurs in Mc interface optimization in soft-switching systems， and this article will discuss the impact of this problem on soft-switching services which underlie the active-standby access mode and load-sharing mode. It also analyzes issues related to the load-balancing mode and offers suggestions for network optimization. It is a reference for optimization and safety protectionof mobile soft-switching networks.

Key words: Mobile soft-switching; Interface Mc; single-plane packet loss in IP-bearer network; network optimization

在移動軟交換系統中，Mc接口是指(網關MSC服務器)((G) MSCS)和媒體網關(MGW)之間的接口。該接口的協議傳輸可以基于IP，也可以基于異步傳輸模式(ATM)，但是在目前的實際組網結構中基本都是采用基于IP的承載方式。

由于MGW通常還需要兼做信令網關功能，因此MSCS和MGW之間需要通過IP承載網來傳輸的控制消息除了Mc接口的H248信令以外，通常還需要轉接A口信令(基站系統應用部分(BSSAP)/信令連接控制部分(SCCP))、局間信令(ISDN用戶部分(ISUP)、電話用戶部分(TUP))，有些組網情況下可能還需要轉接移動應用部分(MAP)/SCCP信令(移動交換中心子系統移動應用部分(MSCMAP)、拜訪位置寄存器子系統移動應用部分(VLRMAP)、歸屬位置寄存器子系統移動應用部分(HLRMAP))[1]。

因此，在軟交換設備組網中，IP承載網是非常重要的一個環節，是軟交換系統正常運轉的必要條件。

通常IP承載網采用雙平面的組網方式，其中任意一個平面中斷不會影響其承載的軟交換業務。但是在實際應用中卻發現當IP承載網出現單平面丟包(非完全中斷)時，軟交換業務會受到嚴重的影響，表現為偶聯擁塞、偶聯中斷、接通率下降等現象。

本文以中興通訊ZXWN CS設備為例，從軟交換設備的角度，針對IP承載網單平面丟包問題進行分析，并提供優化解決的方法，希望給相關網絡規劃和優化人員提供有益的參考。

1 主備接入方式和負荷 分擔接入方式組網介紹

在移動軟交換設備逐步替換傳統交換設備的初期，當還未具備接入全網統一的IP承載網的條件時，往往會采用IP承載網專網的方式，提供點到點之間的IP承載。隨著IP承載網建設的完善，再逐步把軟交換設備割接到一個統一的IP承載網中[2]。

軟交換設備在接入IP承載網時，通常有兩種典型的組網方式，即主備接入方式、負荷分擔接入方式。

主備接入方式的特點是:

(1)軟交換側通常配置1對SIPI(信令IP接口板)單板，每個單板出1個快速以太網(FE)接口，分別接入2臺二層交換機，再通過交換機分別接入2臺站點接入設備(CE);

其中二層交換機的主要作用是保證軟交換側SIPI主備倒換和CE側虛擬路由器冗余協議(VRRP)倒換可以分別獨立進行，當某些CE支持二層接口時可以不用再單獨配置二層交換機。

(2)軟交換側的接口板采用主備工作方式，CE對軟交換側啟用VRRP;

(3) SIPI、CE間故障檢測是獨立進行的、兩者沒有關聯，其中SIPI主備倒換檢測的主要依據為SIPI和二層交換機之間端口狀態，CE的VRRP倒換檢測的主要依據為CE之間心跳消息。

(4) 在正常情況下，采用主備方式接入的MSCS和MGW之間實際只能使用其中的1條傳輸通道(主用通道)，示例如下:

負荷分擔接入方式的特點是:

(1)軟交換側通常配置1對SIPI單板，每個單板出1個FE接口，可以直接接入CE或者通過交換機匯聚以后再接入CE;

(2)軟交換側的接口板采用負荷分擔工作方式，CE也采用負荷分擔的工作方式;

(3) SIPI和CE之間可以通過雙向轉發檢測(BFD)進行檢測;

(4) 在正常情況下，采用負荷分擔方式接入的MSCS 和MGW之間可以使用2條傳輸通道，示例如下:

2 兩種組網方式下對IP承載網單平面丟包問題的分析

(1) 主備接入方式下，業務只承載于主用傳輸通道，針對IP承載網單平面丟包問題的表現如下:

備用傳輸通道出現丟包問題時，由于軟交換業務不會承載于備用傳輸通道，因此對業務沒有任何影響;軟交換設備也無法檢測到備用通道是否存在丟包;

主用傳輸通道出現丟包問題時，由于軟交換業務全部承載于主用傳輸通道，因此對業務會有一定影響，影響程度和IP承載網的丟包率有關;軟交換設備可以檢測到主用通道存在丟包，但是無法控制IP承載網倒換到備用通道上。

也就是說，當主用通道中斷時，IP承載網可以檢測到并切換到備用通道;當主用通道出現丟包時，IP承載網通常無法檢測到，也就不會切換到備用通道。

因此，主備接入方式下針對IP承載網單平面丟包問題，軟交換側基本上無法再繼續進行相關的優化工作。

(2) 負荷分擔接入方式下，業務可以承載在2個傳輸通道上，針對IP承載網單平面丟包問題的表現如下:

其中任何1個傳輸通道出現丟包，只會影響承載在此通道上的業務，另一個通道上的業務不受影響。同時，軟交換側可以檢測到其中存在丟包的傳輸通道，也就可能主動選擇其中傳輸質量較好的通道進行傳輸。

因此，負荷分擔接入方式下針對IP承載網單平面丟包問題，軟交換側基本具體繼續進行相關的優化工作的條件。

3 負荷分擔接入方式下針對IP承載網單平面丟包問題的優化分析

從上述分析可知，采用主備接入方式時，一旦主用傳輸通道出現丟包等問題，由于路由器通常不具備根據鏈路質量檢測功能，不會進行路由切換，導致承載的上層業務受到嚴重影響;而采用負荷分擔方式時，可以通過優化避免上層業務受到影響。

在實際應用當中，發現有些情況下雖然已經采用負荷分擔組網，但是在單個傳輸通道出現故障時仍然會影響所有承載的業務，以下對其中的幾個關鍵因素進行分析

(1) 流控制傳輸協議(SCTP)[3]目的地地址的路由配置方式

在軟交換側需要設置到SCTP目的地IP地址的路由，對于負荷分擔接入方式，常見的設置方式有如下3種:

路由配置方式一:配置一條路由，下一跳選擇其中一個路由器的接口地址;

路由配置方式二:配置兩條等價路由，下一跳分別選擇2個路由器的接口地址，且兩條路由是等價的，兩條路由同時有效;

路由配置方式三:配置兩條非等價路由，下一跳分別選擇2個路由器的接口地址，且兩條路由是不等價的，正常情況下只有優先級高的路由是有效的，當高優先級路由不可用時，低優先級的路由才有效。

路由配置方式一、三本質上都是單下一跳的方式，其中方式三相對方式一增加了備選路由;路由配置方式二則是多下一跳方式。

(2)是否采用SCTP多歸屬

SCTP協議中對多歸屬的定義為“如果可以使用多個目的地傳送地址作為到一個端點的目的地地址，則這個SCTP端點可以被看作是多歸屬的。更進一步，端點的高層協議(ULP)應當可以在多個目的地地址中選擇一個地址作為到這個多歸屬SCTP點的首選通路”。此特點也是SCTP和傳輸控制協議 (TCP)的主要區別之一。

當不采用SCTP多歸屬時，到目的地址的傳送地址就只有1個。對于路由配置方式一、三，到此目的IP的有效路由只有1條，當這條路由上出現丟包時，就影響SCTP傳送業務;對于路由配置方式二，只要其中1條路由出現丟包，會影響SCTP傳送業務。

當采用SCTP多歸屬時，到目的地址可以有2個或者多個傳送地址，在端到端之間有2個或者多個通路。對于路由配置方式一、三，可以使不同目的IP在不同的路由上傳送，當其中1條路由出現丟包時，只會影響相關的通路，在另外1條路由上的其他通路可以不受影響，如果此通路為SCTP的首選通路，那么SCTP傳送業務就可以不受影響;對于路由配置方式二，則由于所有通路都會在2條路由上傳輸，因此只要其中1條路由出現丟包，就會影響SCTP傳送業務。

(3) SCTP擁塞對選路的影響

以上(1)、(2)分析是針對單個SCTP而言的，但在實際應用時，上層業務通常都會使用一組SCTP進行傳輸。以MTP第三級用戶的適配層(M3UA)[4]為例，分析部分SCTP故障時對上層業務的影響。

在M3UA協議中對故障克服的定義是“在現行使用的應用服務器進程故障或不可用的情況下，信令業務重新選路到替換服務器進程或應用服務器過程(ASP)組的能力。故障克服也應用于返回先前不可用的應用服務器進程的業務時。”

ASP包含SCTP端點，當ASP組中部分SCTP出現故障或不可用時，根據協議規定，上層業務就不會再選擇故障的SCTP了;但部分SCTP出現擁塞但未中斷時，上層業務可能仍然會選擇擁塞的SCTP，從而導致業務受到影響。

3 組網優化建議

根據上述分析，對移動軟交換和IP承載網組網的優化建議如下[5]:

(1)采用負荷分擔接入方式:主備接入方式下不能實現轉發平面或路徑的切換，網元沒有切換主動權，因此需要選擇負荷分擔接入方式;

(2)SCTP支持傳輸質量監控:當SCTP通路存在多個傳輸路徑時，需要SCTP層進行各路徑傳輸質量監控，并自動選擇其中傳輸質量較好的路徑。

該功能要求多個傳輸路徑不能存在交叉節點，否則交叉節點出現丟包時會導致所有傳輸路徑的鏈路質量下降。

(3)采用SCTP多歸屬配置:采用SCTP多歸屬配置，每條SCTP的主用通路、備用通路分別走不同的路由，且沒有交叉節點。

默認情況下，當主用通路所在傳輸平面故障、重傳超過5次(該參數可配置)時，自動進行SCTP首選通路的切換;

在支持傳輸質量監控的情況下，SCTP可以檢測各通路的傳輸質量，當主用通路傳輸質量劣化但未導致通路斷時，SCTP仍然可以進行通路切換，自動選擇傳輸質量較好的通路。

(4)SCTP擁塞控制優化:上層業務在進行動態選路時，根據SCTP擁塞狀態判斷，自動選擇未擁塞的SCTP;同時，設置擁塞上報的門限值，只有超過門限時才向上層用戶上報擁塞，并由上層用戶進行業務流量的擁塞控制。

4 參考文獻

(1) 譚穎.V05.03.70_3GPF_CCS_P022 控制面對傳輸單平面丟包優化方案設計

(2) 王愛民. CS軟交換控制面高可靠性(HA)方案

(3) YD/T 1194—2002. 流控制傳送協議(SCTP) [S]. 2002.

(4) YD/T 1192—2002. No.7信令與IP互通適配層技術規范——消息傳遞部分(MTP)第三級用戶適配層(M3UA) [S]. 2002.

(5) 盧偉豐.移動軟交換設備Mc、Nc接口組網優化工程實施方案

收稿日期:2009-08-03

盧偉豐，東南大學畢業，現為中興通訊技術服務有限責任公司移動產品支持中心移動南京用服部技術支持工程師。