MSCG POOL技術在城域數據網中的應用

摘 要：隨著IP技術的飛速發展，各種增值業務在互聯網上得到了廣泛的應用。集團專線、WLAN以及新興的IMS、IPTV等業務，對城域數據網的可靠性提出了很高的要求。文章通過分析城域數據網面臨的挑戰，并針對POOL組網關鍵技術進行深入研究，提出MSCG設備組POOL的方案，可以有效提高城域數據網的可靠性和安全性。

關鍵詞：城域數據網；MSCG；POOL

1 前言

隨著IP技術的飛速發展，各種增值業務在互聯網上得到了廣泛的應用。集團專線、WLAN以及新興的IMS、IPTV等業務，對城域數據網的可靠性提出了非常高的要求。IMS語音業務故障恢復時間必須控制在毫秒級，IPTV同樣也要求毫秒級別的恢復時間，否則用戶會有感知，對業務造成不良影響。為了承載高質量的多業務，城域數據網必須達到電信級可靠性標準。因此，盡快提高城域數據網的網絡可靠性，已迫在眉睫。

2 城域數據網面臨的挑戰

2.1 容量提升

目前，城域數據網接入的用戶數量需求急劇增加，單臺MSCG（Multi-Service Control Gateway多業務控制網關）設備都接入了大量的用戶，以達到萬戶級別，并且覆蓋范圍也逐漸擴大，因此如果一臺MSCG設備發生故障，就會造成上萬用戶的網絡中斷，造成大規模用戶投訴，將嚴重影響運營商的服務質量和客戶滿意度。另一方面，由于城域數據網覆蓋范圍不斷擴大，業務控制點MSCG設備開始逐步下移至地市、郊縣匯聚節點機房，而匯聚節點機房空調、電源等配套資源的可靠性與核心機房相比，存在一定劣勢，可能會對MSCG設備的可用性造成影響。因此如何提高MSCG設備的可靠性，已成為運營商面臨的重要問題。

2.2 業務對網絡可靠性要求高

VOIP業務對時延要求十分敏感，對網絡的可靠性提出了更高的要求。要求網絡的保護倒換過程應當保持呼叫不中斷，盡量少丟包。運營經驗表明，當承載網的保護倒換時間在50ms-500ms之間時，可保證呼叫連接不中斷，可能有少量丟包，但基本不影響通話質量。網絡游戲業務對上網通道可靠性要求也逐漸提高，時延超過300ms，游戲流暢度將受到影響，從而會引起玩家投訴。

2.3 現有備份成本高

目前，城域數據網中MSCG設備的備份方式有設備內熱備和設備間熱備。設備內備份分為單臺MSCG設備同板卡備份和板卡間備份，同板卡備份由于用戶基本信息、計費信息、QoS信息都保存在業務單板上，因此當用戶流量從故障端口切換到另一端口后，用戶表項不用更新，用戶都無需重新認證，從而實現熱備份；板卡間備份用戶基本信息、計費信息、QoS信息都保存在主控板和主用端口對應的業務單板，主用端口Down后，這些信息都可從主控板重新下載到新的主端口對應的業務單板，所以，用戶不需重新撥號，不需重新生成用戶接入表項，達到熱備份的目的。設備間熱備方式為兩臺或多臺MSCG設備，配置VRRP+BFD協議，當設備或設備下行鏈路出現故障，MSCG設備間自動切換主備，保證業務不中斷，實現用戶無感知。各種備份方式均增加了對MSCG設備的端口需求，造成MSCG設備實現備份成本過高。

綜上分析可知，面向未來的城域數據網需要更加靈活，低成本的高可靠性的技術方案。MSCG POOL技術應運而生，能夠滿足未來業務承載的發展需求，MSCG POOL高效利用MSCG空閑資源，最低程度增加備份MSCG節點。實現MSCG接入用戶動態負荷分擔，并實現故障的保護及解決流量潮汐現象。

3 MSCG POOL組網解決方案及關鍵技術

MSCG POOL解決方案主要由MSCG池，分發設備和資源管理系統等部件組成。MSCG池是由多臺MSCG組成，負責用戶接入/認證/計費等工作，并負責用戶信息的備份工作。分發設備負責按照資源管理系統下發的信息，把用戶報文發送到指定的主MSCG。同時，負責探測MSCG的狀態，并上報資源管理系統。資源管理系統，負責選擇主/備用MSCG。當收到分發設備報上來的MSCG故障通知后，選擇一個備用MSCG升為主用MSCG，并把主MSCG信息下發給分發設備。MSCG POOL方案的兩種資源備份模式：集中式備份模式和分布式備份模式。

3.1 集中式備份模式

MSCG設備集中式備份模式：用戶上線后，主MSCG把用戶信息備份到資源管理系統。主備倒換后，資源管理系統把用戶信息發給備用MSCG。集中式備份模式適合于溫備場景。優點是節約備份MSCG的資源，保護性能指標可以達到500個用戶/秒。MSCG設備集中式備份模式示意圖如圖1所示：集中式備份詳細流程：①用戶上線后，主MSCG將用戶上線信息、接口流量等信息備份到資源管理系統。②主MSCG設備發生故障，分發設備將主MSCG故障告知資源管理系統。③資源管理系統根據各MSCG上報上來的用戶上線數量，接口流量等信息選擇備份MSCG設備，同時將用戶上線信息發送給備份MSCG設備，并將新的主用MSCG信息告知分發設備。④分發設備指向新的主用MSCG設備，此時用戶通過新的主用MSCG設備上網，無須重新撥號，不影響業務感知。

3.2 分布式備份模式

MSCG設備分布式備份模式：MSCG啟動后，向資源管理系統上報端口信息，接入能力等信息。資源管理系統為該MSCG指定備份MSCG。用戶上線后，主MSCG把用戶信息備份到備MSCG。分布式備份模式適合于熱備場景。優點是故障恢復速度快，滿用戶狀態下，故障恢復時間可以達到毫秒級。

MSCG設備分布式備份模式示意圖如圖2所示：分布式備份詳細流程：①MSCG設備啟動，上報狀態信息；同時，資源管理系統為該MSCG設備指定備份MSCG設備。②用戶上線后，主MSCG把用戶信息備份到備MSCG。③主MSCG設備發生故障，分發設備將主MSCG故障告知資源管理系統。同時，資源管理系統將新的MSCG信息反饋給分發設備。④分發設備指向新的主用MSCG設備，此時用戶通過新的主用MSCG設備上網，無須重新撥號，不影響業務感知。

3.3 MSCG POOL關鍵技術

4 MSCG POOL備份方案的應用場景

4.1 同局址備份場景

4.2 異局址備份場景

4.3 解決流量潮汐問題

流量潮汐問題是指，部分MSCG設備短時間內用戶量/流量大于某個閾值。MSCG POOL通過把部分用戶倒換到備用MSCG，實現負載分擔，從而解決流量潮汐問題。倒換一般由資源管理系統觸發，觸發的條件可以是：主MSCG上用戶數過多，或者是接口下流量過大。MSCG POOL解決流量潮汐問題詳細流程：①用戶上線，主MSCG向資源管理系統上報用戶信息（如用戶數、流量信息）。②資源管理系統發現主MSCG過載，立刻向主MSCG和備MSCG發送倒換指令。當主MSCG接收到倒換指令后，將用戶上線信息發送給備MSCG。③資源管理系統向分發設備發送倒換指令。④分發設備指向備用MSCG設備，用戶通過備MSCG上網，對倒換過程無感知，不影響業務體驗。

4.4 系統平滑擴容

MSCG POOL通過將新MSCG配置成備用MSCG，然后把部分用戶倒換到新MSCG上的方式實現平滑擴容。擴容時，不會影響已上線用戶。MSCG POOL實現平滑擴容詳細流程：①用戶上線，主MSCG向資源管理系統上報用戶信息（用戶數、流量信息等）。②MSCG POOL中新增MSCG設備，在資源管理系統中把新MSCG配置成備MSCG。③資源管理系統，向主MSCG和新增的MSCG發送倒換指令，同時，主MSCG向新增的MSCG發送部分用戶上線信息，將部分用戶倒換到新MSCG上。④資源管理系統向分發設備發送倒換指令。⑤分發設備將部分用戶流量指向新MSCG，完成平滑擴容，擴容過程不影響已上線用戶。

5 結束語

通過以上研究及論述， MSCG設備同局址備份及異局址備份，主用MSCG設備發生故障時，備用MSCG自動啟用，保障了已上線用戶對設備業務切換無感知，大大減少客戶投訴量。并且，當主MSCG上用戶數過多，或者是接口下流量過大時，由資源管理系統觸發倒換指令，能夠解決流量潮汐問題。同時，MSCG POOL可以將新增MSCG配置成備用MSCG，解決系統平滑升級問題。因此，將MSCG POOL技術應用到城域數據網中，可以十分有效地提高網絡承載業務的可靠性和安全性。

但是，由于城域數據網中業務控制層MSCG設備種類不斷增多，不同廠商MSCG設備組POOL的問題還有待于進一步研究及解決。今后將跟蹤新增廠商、型號的MSCG設備，分析其性能和功能，并密切關注異廠商MSCG設備組POOL技術及相關行業標準的發展。