范波勇,廖海洲,周井泉

(1.長沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院 移動通信系, 長沙410015;2.南京郵電大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院,南京210003)

1 引 言

隨著中國電信CDMA2000[1]網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的大力發(fā)展,傳統(tǒng)的公眾電話交換網(wǎng)(PSTN)關(guān)口局已經(jīng)不能滿足大業(yè)務(wù)量的要求,取而代之的是軟交換架構(gòu)的綜合關(guān)口局。綜合關(guān)口局集成了CDMA 網(wǎng)絡(luò)的移動交換中心(MSC)和服務(wù)交換點(SSP)功能,負(fù)責(zé)完成CDMA網(wǎng)絡(luò)尋址功能以及智能業(yè)務(wù)觸發(fā)等操作,以及對公眾電話交換網(wǎng)(PSTN)的話務(wù)匯接,實現(xiàn)網(wǎng)間接續(xù)、網(wǎng)間結(jié)算和呼叫匯接,能夠減少CDMA 的尋址節(jié)點,縮短呼叫路由。CDMA 綜合關(guān)口局使用控制和承載分離的軟交換架構(gòu),其中移動交換中心仿真(MSCe)負(fù)責(zé)信令處理、路由和業(yè)務(wù),媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)負(fù)責(zé)媒體流處理[2]。綜合關(guān)口局使用的MSCe 一般叫網(wǎng)關(guān)MSCe(GMSCe),使用的MGW 一般叫網(wǎng)關(guān)MGW(GMGW),負(fù)責(zé)疏通電信CDMA 網(wǎng)和PSTN 網(wǎng)與移動、聯(lián)通等其他運營商的互聯(lián)互通話務(wù)。

綜合關(guān)口局具備CDMA 網(wǎng)絡(luò)尋址和智能業(yè)務(wù)觸發(fā)等功能,所以組網(wǎng)方面比傳統(tǒng)的關(guān)口局更加復(fù)雜。如何在綜合關(guān)口局上建立全方位、立體化的容災(zāi)機制, 打造安全、穩(wěn)定、可靠、高效的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò),成為中國電信綜合關(guān)口局建設(shè)的首要問題。在綜合關(guān)口局的建設(shè)中,容災(zāi)組網(wǎng)、信令組網(wǎng)、會話層呼叫協(xié)議(SIP)組網(wǎng)[3]、后臺組網(wǎng)都是不可避免的問題,本文著重對容災(zāi)組網(wǎng)方面進(jìn)行闡述。

文獻(xiàn)[4]提出了WCDMA 核心網(wǎng)雙歸屬容災(zāi)和MSC 容災(zāi)池(MSC POOL)容災(zāi)的應(yīng)用。針對端局容災(zāi)來著重描述了N+1 主備和MSC POOL 容災(zāi)技術(shù)。文獻(xiàn)[5]在網(wǎng)絡(luò)級容災(zāi)中將幾種主要容災(zāi)方案的應(yīng)用場景作了描述。以上文獻(xiàn)都沒有針對綜合關(guān)口局的容災(zāi)組網(wǎng)進(jìn)行闡述。而成對設(shè)置的綜合關(guān)口局所用的容災(zāi)模式一般是1+1 主備容災(zāi)和1+1 互備容災(zāi)。CDMA 綜合關(guān)口局在國內(nèi)應(yīng)用還在發(fā)展階段,國內(nèi)外對容災(zāi)方案研究還是空白,本文在這一方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

綜合關(guān)口局的特點是網(wǎng)元成對設(shè)置、不帶終端用戶、互聯(lián)互通的網(wǎng)元多、信令組網(wǎng)復(fù)雜、SIP 組網(wǎng)復(fù)雜、局?jǐn)?shù)據(jù)量大等,根據(jù)綜合關(guān)口局的特點,需要了解容災(zāi)組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和其優(yōu)劣勢,才能在建設(shè)綜合關(guān)口局的過程中進(jìn)行優(yōu)選容災(zāi)組網(wǎng)方式。

2 關(guān)口局的容災(zāi)模式

所謂雙歸屬是指在軟交換的組網(wǎng)架構(gòu)下,一個GMGW 可以歸屬到兩個GMSCe 的組網(wǎng)模式。正常情況下,每個GMGW 只注冊到主用GMSCe 上,當(dāng)主用GMSCe 發(fā)生故障或者是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)災(zāi)害事故時,該GMGW 可注冊到備用GMSCe 上,從而確保綜合關(guān)口局網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)為用戶提供互聯(lián)互通服務(wù)。當(dāng)主用GMSCe 恢復(fù)正常以后,業(yè)務(wù)將切換回主用GMSCe。

一般情況下,關(guān)口局只采用兩種容災(zāi)模式:1+1主備模式和1+1 互備模式。根據(jù)容災(zāi)設(shè)置的基本原則,綜合關(guān)口局的主用GMSCe 和備用GMSCe 不能放置在同一機房。這樣,在一個機房斷電或者設(shè)備癱瘓的情況下,另外一個機房的GMSCe 能夠立即接管所有業(yè)務(wù)。

2.1 雙歸屬1+1 主備模式

1+1 主備模式在每個服務(wù)大區(qū)配置兩個GMSCe, 其中GMSCe1 為主用MSCe, GMSCe2 為備用MSCe。主用GMSCe1 與備用GMSCe2 同時運行相同的軟件版本和數(shù)據(jù),備用GMSCe2 是主用GMSCe1 的鏡像,備用GMSCe2 與外部網(wǎng)元(如HLRe、LSTP)的信令鏈路平時處于非激活狀態(tài)。

圖1 所示為筆者設(shè)計的H 省電信北方大區(qū)綜合關(guān)口局組網(wǎng)圖,共有6 個地級市,每個地級市新增一個綜合關(guān)口局。在正常工作模式下,GMSCe1 負(fù)責(zé)所轄大區(qū)所有媒體網(wǎng)關(guān)(如GMGW 1-GMGW 6)的管理與呼叫處理,GMSCe2 通過與GMSCe1 間的心跳鏈路,實時監(jiān)控GMSCe1 的工作狀態(tài),一旦GMSCe1 出現(xiàn)故障,GMSCe2 立即接管該大區(qū)的所有GMGW 的管理及呼叫處理,保證網(wǎng)絡(luò)的可用性。此時,備用GMSCe2 將激活為主用服務(wù)器,GMGW1 ～GMGW6 注冊接入GMSCe2。采用這種容災(zāi)模式情況下,容災(zāi)切換時業(yè)務(wù)會有短時間的中斷。

圖1 1+1 主備容災(zāi)Fig.1 1+1 active/standby mode

2.2 雙歸屬1+1 互備模式

1+1 互備模式是將每個服務(wù)大區(qū)分為兩個子域,稱為容災(zāi)域1 和容災(zāi)域2[3]。每個子域配置一套GMSCe,其中, 容災(zāi)域1 為GMSCe1,容災(zāi)域2 為GMSCe2,它們互為備份。如圖2 所示,在GMSCe1 的物理實體內(nèi),同時有兩個邏輯實體:容災(zāi)域1 的主用域和容災(zāi)域2 的備用域;同樣,在GMSCe2 的物理實體內(nèi),也同時有兩個邏輯實體:容災(zāi)域1 的備用域和容災(zāi)域2 的主用域。

如圖2 所示,為G 省電信南方大區(qū)綜合關(guān)口局組網(wǎng)圖,共有5 個地級市,每個地級市新增一對綜合關(guān)口局GMGW1、GMGW2。在正常情況下,GMSCe1管理容災(zāi)域1 中的5 個地市的GMGW1,而GMSCe2管理容災(zāi)域2 中的5 個地市的GMGW2,并分別承擔(dān)本域內(nèi)的業(yè)務(wù)處理。兩個GMSCe 以互備的方式進(jìn)行工作, 當(dāng)GMSCe 1 發(fā)生故障時,其歸屬的所有5個GMGW1 和備份的GMSCe2 檢查到該情況,會啟動一個媒體網(wǎng)關(guān)重注冊的流程,即所有GMGW1 重新注冊到備用GMSCe2 上,從而使得GMSCe2 在處理本身容災(zāi)域2 的所有業(yè)務(wù)外,還能夠接管容災(zāi)域1(故障GMSCe1)的所有業(yè)務(wù)。這樣,當(dāng)備份局點在接管故障局點所有業(yè)務(wù)后,其本身的業(yè)務(wù)處理能力將經(jīng)受考驗,將有10 個GMGW 的通話業(yè)務(wù)需要處理。所以在綜合關(guān)口局進(jìn)行設(shè)備容量設(shè)計的時候,每個GMSCe 必須具備能夠承擔(dān)服務(wù)大區(qū)內(nèi)所有GMGW業(yè)務(wù)處理的能力。

在GMSCe 數(shù)據(jù)配置的時候,每個GMSCe 都必須預(yù)留部分資源給對方作為非激活態(tài)的資源,一旦對方GMSCe 服務(wù)器出現(xiàn)故障,就激活預(yù)留的資源,接管對方管理的GMGW,將兩個原來獨立運行的綜合關(guān)口局合二為一?；淝闆r下,每個GMSCe 都需要配置另一個GMSCe 的信令點碼,在正常狀態(tài)該點碼不用激活,所以每個GMSCe 中都配置有兩個對外的信令點碼。根據(jù)這個方案, 兩套GMSCe 都要配置全套對方GMSCe 的局?jǐn)?shù)據(jù), 需要支持多信令點。兩個GMSCe 間配置兩組心跳鏈路, 檢測容災(zāi)域1、容災(zāi)域2 的GMSCe 狀態(tài)。

圖2 1+1 互備容災(zāi)Fig.2 1+1 standby with each other mode

3 兩種容災(zāi)模式的話務(wù)負(fù)荷測試

為了比較大話務(wù)量時GMSCe 在兩種容災(zāi)模式下的話務(wù)負(fù)荷情況,選用G 省南方大區(qū)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大話務(wù)量測試,首先將關(guān)口局網(wǎng)絡(luò)組建為1+1 互備模式,對GMSCe1 局進(jìn)行大話務(wù)量測試,測試結(jié)果如表1 所示。

表1 1+1 互備方式的全局話務(wù)統(tǒng)計(MSCe1-全局話務(wù)統(tǒng)計)Table 1 Global traffic statistics of 1+1 active/standby mode

然后再將關(guān)口局網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場改造成1+1 主備容災(zāi)模式,對GMSCe1 進(jìn)行測試,測試結(jié)果如表2 所示。

表2 1+1 主備方式的全局話務(wù)統(tǒng)計(MSCe1-全局話務(wù)統(tǒng)計)Table 2 Global traffic statistics of 1+1 standby with each other mode

通過對表1 和表2 的全局話務(wù)統(tǒng)計進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),在同等測量條件下,采用1+1 主備容災(zāi)模式的GMSCe1 全局話務(wù)統(tǒng)計比采用1+1 互備容災(zāi)模式時高了近1 倍。由此可見,同等條件下,1+1 互備容災(zāi)比1+1 主備容災(zāi)在通信負(fù)荷承擔(dān)方面具有優(yōu)勢。

4 兩種容災(zāi)模式的優(yōu)劣勢

文獻(xiàn)[6] 提出了一種觀點:1+1 主備模式可以應(yīng)用于本地網(wǎng)容量較小的情況,1+1 互備模式可以應(yīng)付節(jié)假日突發(fā)話務(wù)沖擊。這種觀點同樣適用于綜合關(guān)口局的容災(zāi)組網(wǎng),但該文獻(xiàn)沒有對這兩種容災(zāi)模式的優(yōu)劣勢作詳細(xì)分析。兩種容災(zāi)模式的比較如表3 所示,下面對各自的優(yōu)劣勢作詳細(xì)說明。

表3 1+1 主備與1+1 互備容災(zāi)的比較Table 3 Comparison between 1+1 standby with each other mode and 1+1 active/standby mode

對于1+1 主備容災(zāi)模式,其劣勢為需要一定的時間才能完成容災(zāi)切換到備份GMSCe,會造成一定時間通信業(yè)務(wù)的中斷。另外,一套GMSCe 系統(tǒng)完全備用,造成設(shè)備資源比較浪費。同時,在話務(wù)高峰時段,主用GMSCe 的話務(wù)負(fù)荷比較大,抗壓能力比較弱。優(yōu)勢是在數(shù)據(jù)配置上比較節(jié)約,操作起來非常簡便。

對于1+1 互備容災(zāi)模式,其劣勢為要求GMSCe必須成對配置,每個網(wǎng)元都要預(yù)留資源,造成了平時網(wǎng)元處理能力的閑置。該容災(zāi)方式的網(wǎng)元配置數(shù)據(jù)比較復(fù)雜,每個網(wǎng)元中都有一整套冗余數(shù)據(jù)去備份對方網(wǎng)元。同時在設(shè)備維護(hù)過程中,有許多配置數(shù)據(jù)都必須在主用局和備用局上同時制作,增加了維護(hù)上的復(fù)雜性。同時信令組網(wǎng)、SIP 組網(wǎng)的復(fù)雜度也大大增加,需要同時考慮主備共4 個局向與對端局向進(jìn)行對接,對接工作量成幾何數(shù)上升。優(yōu)勢主要是設(shè)備資源能夠得到充分利用,同時每套設(shè)備在話務(wù)高峰期的抗壓能力比較強。

5 兩種容災(zāi)模式的應(yīng)用場景

1+1 主備容災(zāi)模式適用于下面情況的現(xiàn)場組網(wǎng):

(1)日常話務(wù)量較小的本地網(wǎng)關(guān)口局或者全省關(guān)口局;

(2)期望日常維護(hù)量較小,對維護(hù)技術(shù)力量要求相對較低;

(3)現(xiàn)階段建設(shè)只更換所有本地網(wǎng)第一個老關(guān)口局準(zhǔn)備下一階段建設(shè)再更換第二個老關(guān)口局的情況。

H 省電信北方大區(qū)就選用1+1 主備容災(zāi)模式。該工程只替換6 個地市的老關(guān)口局一,分擔(dān)50%的話務(wù)負(fù)荷,話務(wù)量比較小;將6 個GMGW1 同時掛在GMSCe1 下主用,其媒體網(wǎng)關(guān)數(shù)量也比較合適;該省有后續(xù)進(jìn)行老關(guān)口局二也進(jìn)行替換的工程需求,可以在后續(xù)設(shè)計中,將6 個地市的GMGW2 同時掛在GMSCe2 下,這樣在調(diào)測階段比較方便;局方工作人員也希望維護(hù)相對簡潔。基于以上考慮,最終在組網(wǎng)時選擇了1+1 主備容災(zāi)方案。

1+1 互備容災(zāi)模式適用于下面4 種情況:

(1)本次建設(shè)工程各本地網(wǎng)的老關(guān)口局一和老關(guān)口局二同時更換;

(2)下掛的所有本地網(wǎng)的互聯(lián)互通的話務(wù)量大;

(3)下掛的GMGW 的個數(shù)很多,超過10 個的情況下;

(4)維護(hù)技術(shù)力量較強。

G 省電信南方大區(qū)就選用1+1 互備容災(zāi)模式。該工程替換5 個地市的老關(guān)口局一和老關(guān)口局二,互聯(lián)互通的話務(wù)負(fù)荷比較大;將5 個GMGW1 同時掛在GMSCe1 下主用,將5 個GMGW2 同時掛在GMSCe2 下主用,其媒體網(wǎng)關(guān)數(shù)量也比較合適;局方工作人員維護(hù)技術(shù)力量較強,在選擇容災(zāi)方案時主要考慮到單網(wǎng)元的話務(wù)負(fù)荷和容災(zāi)切換時的安全問題?；谝陨峡紤],最終在組網(wǎng)時選擇了1+1 主備容災(zāi)方案。

由以上組網(wǎng)案例可見,在大規(guī)模的綜合關(guān)口局組網(wǎng)中,首先應(yīng)考慮網(wǎng)元話務(wù)負(fù)荷水平的因素,再次考慮網(wǎng)絡(luò)倒換時對業(yè)務(wù)的影響程度,建議優(yōu)先選用1+1 互備容災(zāi)方案,為通信網(wǎng)絡(luò)安全打下一個良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

綜合關(guān)口局的容災(zāi)模式的選擇是進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)的基礎(chǔ)工作,只有正確選用了容災(zāi)模式,才能為建設(shè)一張安全、穩(wěn)定、可靠、高效的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)打下良好的基礎(chǔ)。本文根據(jù)綜合關(guān)口局進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)的工程實踐,介紹了1+1 主備容災(zāi)組網(wǎng)和1+1 互備容災(zāi)組網(wǎng),分析了兩種容災(zāi)組網(wǎng)的優(yōu)劣勢,提出了兩種容災(zāi)組網(wǎng)的應(yīng)用場景。話務(wù)負(fù)荷測試數(shù)據(jù)結(jié)果表明,1+1 主備方式的話務(wù)負(fù)荷是1+1 互備方式的2倍,所以在大規(guī)模關(guān)口局組網(wǎng)時必須考慮到大話務(wù)量時的系統(tǒng)承受能力,優(yōu)先選用1+1 互備方式。以前研究沒有對關(guān)口局環(huán)境下容災(zāi)方案的優(yōu)劣進(jìn)行評判,也沒有指出容災(zāi)方案的適用場景,本文在這兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果在理論上歸納了容災(zāi)組網(wǎng)方案的優(yōu)劣勢及選用條件,為運營商綜合關(guān)口局組網(wǎng)提供了參考依據(jù)。下一步還需要對關(guān)口局具體容災(zāi)模式下的信令組網(wǎng)等進(jìn)行探討。

[1] 3GPP2 TSG-C C.S0063-A-v2.0, cdma2000 High Rate Packet Data Supplemental Services[S] .

[ 2] 3GPP2 TSG-C C.S0024- 0 v4.0, cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification[ S] .

[3] TIA/EIA/Interim Standard(IS-95), Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellu lar System[S] .

[4] 左年剛, 趙濤.WCDMA 核心網(wǎng)容災(zāi)技術(shù)探討[ J] .移動通信,2011(7):28-31.

ZUO Nian-gang, ZHAO Tao.Discussion of Disaster Tolerance Technology of WCDMA Core Network[ J] .Mobile Communications,2011(7):28-31.(in Chinese)

[5] 馬金蘭, 許盛宏.CDMA 核心電路域容災(zāi)組網(wǎng)與測試方案研究[ J] .廣東通信技術(shù),2010(7):61-65.

MA Jin-lan, XU Sheng-hong.Study on Disaster Tolerant Networking Scheme and Test Scheme of CDMA Circuit Domain Core Network[ J] .Guangdong Communication Technology,2010(7):61-65.(in Chinese)

[6] 馮小芳.基礎(chǔ)電信核心網(wǎng)的容災(zāi)技術(shù)研究[ J] .數(shù)據(jù)通

信,2008(5):8-10.FENG Xiao-fang.Study on Disaster Tolerance Technology of Basic Telecom Core Network[ J] .Data Communications,2008(5):8-10.(in Chinese)