災備份技術在移動軟交換中的應用

【摘要】軟交換作為NGN網絡的呼叫與控制的核心，它的可靠性至關重要。本文綜述了三種軟交換容災備份的方案的備份原理、實現前提、各自優缺點，然后結合工程實際經驗對比分析各個方案適用的場景，為工程建設提供參考。

【關鍵詞】軟交換容災備份網絡資源標識

一、概述

1.1軟交換的基本概念

軟交換的概念最早起源于美國，一經問世，便得到了業界的廣泛關注。軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，即控制與承載分離，并通過軟件實現基本呼叫控制功能（包括呼叫選路、管理控制、連接控制和信令互通），從而實現呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平臺。軟交換作為NGN網絡的呼叫與控制的核心，它包含許多功能。主要提供連接控制、路由選擇、網關管理、帶寬管理、呼叫控制、信令、安全性和呼叫詳細記錄等功能。與此同時，軟交換還將網絡資源、網絡能力封裝起來，通過標準開放的業務接口和業務應用層相連，從而可方便地在網絡上快速提供新業務。軟交換的出現，使三網在網絡層面實現網間互聯互通，在業務層面實現業務的交叉和滲透，使基于統一分組網絡承載多種業務成為可能。

1.2軟交換容災備份的必要性

近年來，人們對通信業務的需求日益膨脹，對移動通信的要求也越來越多。移動用戶數和各地區的話務量的飛速增加，使得移動通信網核心網部分趨向大容量、高集成度發展。2G網中的MSC的容量通常只有20-40萬，而在3G網絡中的軟交換的最大容量可達百萬以上。而且在軟交換網絡的組網中，MSC Server往往處在網絡中較高的位置，覆蓋較大的范圍[1]，所以當出現重大災難情況時，如設備故障、人為操作失誤、自然災害等，會導致大范圍通信不暢甚至業務中斷。因此有必要在建網初期就考慮軟交換的容災備份方案。

二、主要容災策略

2.11+1互備容災方案

大本地網組網方案下，MSC Server管轄的用戶數大大增加，一旦癱機，影響范圍巨大，因此在通信系統組網建設中，MSC Server需要考慮網絡級的容災備份。基于UMTS R4版本的網絡結構下，出現了1+1備份容災技術。在“1+1”互助容災方案中，每個MSC Server都處于激活狀態，都是主用MSC Server，同時也是另一主用MSC Server的容災MSC Server，它們使用一對網元數據，包括信令點編碼、GT等[2]。

采用“1+1”互助容災方案時，軟交換設備的網絡組織結構如圖1所示。正常情況下，每個MSC Server控制不同的MGW。但當其中一個MSC Server產生故障時，它所控制的MGW將被另一個MSC Server接管，也就是說每個媒體網關都有一個主歸屬的MSC Server和一個從歸屬的MSC Server。為了實現上述控制切換，每個MGW有相對獨立的控制信令通道分別到兩個MSC Server，當MGW歸屬的主用MSC Server故障后，備用MSC Server解閉塞信令鏈路，MGW將向備用MSC Server注冊，并且接受備用MSC Server控制[2]。同時兩個軟交換設備之間設有心跳鏈路，用于檢測對方工作是否正常。

靜態雙歸屬切換：兩個MSC Server采用完全一樣的硬件配置，軟件配置和數據配置，采用同樣的對外IP地址。當主用SoftSwitch故障后，手工倒換到備用SoftSwitch。相關數據設備需支持動態路由協議。

（2）自動切換

自動切換就是如果一個MSC Server通過心跳信號發現對端故障（例如心跳超時），立即接管故障MSC Server下的MGW。

動態雙歸屬切換：兩個MSC Server獨立工作，之間有心跳，同時配置有未激活的對方MSC Server下帶的網關、用戶、中繼等業務數據。網關設備同時配置一個主用MSC Server和一個備用MSC Server。正常情況下，網關注冊在主用MSC Server下工作。當主用MSC Server發生故障時，網關將重新注冊在備用MSC Server下，正常工作。主備MSC Server通過心跳確認對方狀態，通過網管同步雙方數據。

負荷分擔方式的動態雙歸屬切換：如果正常工作時Domain1的MSC Server帶部分的業務，Domain2的MSC Server也帶部分業務，一個MSC Server故障后，所有業務倒換到另一個MSC Server。

2.2N+1主備容災方案

為解決當網內MSC Server數量較多時（至少在3個以上）采用“1+1”備份方式造成資源大量的浪費，出現了N+1備份方式。“N+1”主備容災組網方案中，即有N個MSC Server處于激活狀態作為主用MSC Server，另1個MSC Server作為冗余備份系統，且完全處于備份狀態。對于主用MSC Server來說，它們之間沒有交互，相互獨立與備用MSC Server連接；對于備用MSC Server來說，在主用MSC Server正常工作的情況下，備用MSC Server只同時運行主用MSC Server相同的軟件和數據，并存儲所有主用MSC Server數據的鏡像，而其與外部網元如HLR、MGW等的信令鏈路正常連接[3]。

“N+I”主備容災組網結構如圖2示。每個MGW除與自己歸屬的主MSC Server連接外，還要與備用MSC Server連接。當主用MSC Server出現故障時，其所屬的MGW將注冊到備用MSC Server，由備用MSC Server接管故障MSC Server的業務。如果主備MSC服務間不具備實時更新用戶動態數據能力，則倒換時需對所轄用戶進行強制位置更新[3]。

“N+1”主備容災方式屬于雙歸屬容災機制，采用“N+1”主備容災方式組網時MSC Server間控制切換方法類似“1+1”互助容災方式，包括手動切換和自動切換兩種方式。

“N+1”主備容災中，一個備用MSC Server需要來實現對N個主用MSC Serve的容災備份，應具備以下特點。首先備用MSC Server需要支持多套局數據配置；其次需要支持多個局向心跳線的檢測；第三當備用MSC Server倒換為主用局時，如果有其它的MSC Server又出現了問題，發出倒換請求，備用MSC Server拒絕倒換請求；第四由于備用MSC Server需要對多個MSC Server進行備份，故當原主用MSC Server正常后，“N+1”主備雙歸屬需要盡快倒回。

2.3Pool容災方案

MSC Pool的核心技術由Nortel 1997年提出，1999年進入3GPP協議（23.913-100）。在23.913協議的基礎上，多個運營商、廠家共同努力下，在2001年演進到了23.236（基于R99架構）。3GPP TS23.236“Intra-domain connection of Radio Access Network（RAN）nodes to multiple Core Network（CN）nodes”定義了核心網控制節點（MSC，SGSN）以池組方式工作的機制。它既適用于傳統非分層網絡，也適用于分層軟交換網絡，既適用于GSM網絡，也適用于WCDMA網絡[4]。

當MSC Pool區內的移動用戶發起新的業務時，RNC/BSC能夠識別MSC Pool內不同的MSC，通過BSC/RNC的NNSF功能，在MSC Pool內為移動用戶選擇一個服務MSC。該方案的優點是網絡結構清晰，對于MGW宕機的情形有很好的保護機制。僅BSC均需升級，投資較低，標準相對完善，主流廠家均支持。缺點是A接口物理連接復雜，TDM環境下A接口電路數需求較高。存在一個BSC下的用戶間呼叫占用兩個MGW資源的情況。另外，網管維護需要同時管理無線與核心網設備。

當MSC POOL區內的移動用戶發起新的業務時，不需要RNC/BSC支持NNSF能力，而由MGW識別MSC Pool內不同的MSC，通過MGW NNSF功能，在MSC Pool內為移動用戶選擇一個服務MSC。該方案的特點是BSC僅和池中的一個MGW相連，BSC透傳用戶請求至MGW，由MGW選擇核心網節點。MGW和池中的多個MSS有邏輯上的關聯關系。該方案的優點是A接口物理連接簡單，TDM端口數要求少，資源利用率較高；缺點是缺乏對MGW宕機情況下冗余保護機制，標準還在制定中，目前僅有少數廠家支持。

三、結束語

軟交換是下一代網絡中媒體控制、呼叫控制和業務提供與分配系統的核心，它的可靠性對整個網絡的穩定運行起著重要的作用。本文對“1+1”互助容災，“N+1”主備容災及基于MSC Pool技術容災模式，進行了分析和比較，每種方案都各有優劣。在實際應用中，根據網絡系統的實際情況來確定選擇哪種方案來組網。如若是跨地域的大本地網組網模式，為了減少路由迂回，建議采用“1+1”互助或“N+1”主備容災方式機制；對于用戶密集的城區，存在多個MSC Server，為了確保網絡容量保障及總體高話務的防沖擊能力，建議采用MSC Pool容災方案。

參考文獻

[1]李釗.移動軟交換中容災技術的研究與應用[D].西安電子科技大學，2010年：22

[2]戴波.移動軟交換的容災機制及工程實現[D].電子科技大學，2009年：27-30

[3]譚旺生.本地網MSC N+1容災備份方案[D].北京郵電大學，2010年：17-18

[4]呂鵬.核心網容災技術的研究[D].上海交通大學，2008年：52

[5]劉揚. MSC POOL在軟交換設備容災中的應用[J].郵電設計技術，2008：53-54