浅析WCDMA核心网容灾技术

□文/刘文娟 时永生

浅析WCDMA核心网容灾技术

□文/刘文娟 时永生

伴随着移动软交换技术的全面引入，这种基于控制和承载分离的技术架构，能够实现“大容量、少局所”的建设模式。而如何采用多层面、多方式的全方位、立体化的容灾技术，全力打造安全、稳定、可靠的移动核心网络成为首要问题。本文就当前使用的WCDMA系统核心网R4版本的容灾技术进行重点剖析。

一、容灾的必要性

WCDMA网络相对于GSM网络，无线侧用户在接入速率上有了很大提高，这对核心网网元的处理能力提出了更高的要求，单个MSC、MSC Server、MGW所承担的用户话务和信令负荷大大提升。

在核心网结构上，R4阶段引入了控制和承载分离的软交换架构，将传统2G网络中的MSC分离成MSC Server和MGW，其中MSC Server负责信令处理、路由和业务；MGW负责媒体流处理。由于MSC Server和MGW之间只是IP上承载的信令，占用的带宽非常少，MSC Server可集中设置在中心城市；MGW由于容量及处理能力的大幅提高，按照集中化原则，也可集中设置。这样，整个R4核心网的建设思路是“大容量，少局所”。一个MSC Server控制多个MGW，组成一个“大本地网”。（图1）

从以上分析看出，基于移动软交换架构的WCDMA核心网，其集中设置的MSC Server将成为网络和设备安全的重要隐患，因此，有必要在建网时考虑其容灾备份方案，预防网元单点故障特别是MSC Server设备故障，而引起大面积网络瘫痪的情况发生。

二、R4核心网容灾方案分析

从R4核心网软交换架构，可以看出其单点故障在于：（1）MSC Server失效，导致MSC Server覆盖区域的网络不可用；（2）MGW失效，导致MGW覆盖区域的网络不可用；（3）HLR失效，导致HLR覆盖区域的网络不可用。

图1 WCDMA系统结构图

针对上述故障点，相应的安全容灾方案有：（1）在MSC Server层面，实施双归属方案。建设MSC Server容灾备份中心，一个MGW同时接入两个MSC Server，一个主用，一个备用。当主用MSC Server发生故障后，MGW重新注册到备用MSC Server，继续原来的事务；（2）在MGW层面，实施MGW负荷分担技术。一个RNC同时接入多个MGW，MGW之间负荷分担，当一个MGW发生故障时，其RNC的负荷由其他MGW承担，RNC的业务处理不影响；（3）在HLR层面，采用HLR的N+1备份方案（和GSM的HLR容灾方案相同）。

三、R 4核心网容灾技术

1、M SC Server双归属容灾。在R4核心网中采用的MSC Server双归属容灾方案的主要方式是，将MGW从逻辑上分成2个虚拟MGW，并同时归属于两个MSC Server控制。预先将MGW和两个MSC Server之间的数据配置好，并让MGW在两个MSC Server上登记，使MGW和两个MSC Server之间建立归属关系。在主用MSC Server发生故障无法继续服务时，MGW向备用MSC Server发起注册请求，系统将话务引导到备用MSC Server，从而增强系统的安全性。

MSC Server的双归属方案可支持1+1主备、1+1互备两种方式。主备方式在每个大区配置两个MSC Server，其中MSC Server1为主用MSC Server，MSC Server2为备用MSC Server。在正常工作模式下，MSC Server1负责所辖大区所有媒体网关的管理与呼叫处理，MSC Server2通过与MSC Server1间的心跳链路备份线，实时监控MSC Server1的工作状态，一旦MSC Server1出现故障，MSC Server2立即接管该大区的所有MGW的管理及呼叫处理，保证网络的可用性。

互备方式是将每个大区分为两个子域，称为域1和域2。每个子域配置一台MSC Server，其中，域1的为MSC Server1，域2的为MSC Server2，它们互为备份。在正常情况下，MSCServer1、MSC Server2分别管理各子域的MGW设备及承担本域内的业务处理。当一个设备出现故障时，其所有业务处理和MGW管理任务立即由另一个接管。这种备份方案比较经济，没必要专门为某台MSC Server设置备份点。但是，备份局点在接管故障局点业务后，其本身的业务处理能力将经受考验，通常，它难以满足两个局点业务负荷的需求，因此要求被接管的MSC Server容量不能过大。

ServerN+1备份方式是1+1备份的扩展，能够将1+1备份认为是N=1的N+1备份方式。实现方式和1+1相同，由于备份Server要对N个Server备份，则必须需要1个Server对应多个MSC号码，需要配置任何Server的局数据。因此，对于备份Server来说，需要增加如下功能：网络配置能够对本局配置多个MSC号码，并能够指定0个或1个主用MSC号码。即当MSC Server备用时，无主用MSC号码，当N个中的一个MSC Server故障后，必须通过配置将需要接管的故障MSC Server的MSC号码配置为备用Server的主要MSC号码，这样对于其他Server来看，都有一个和自己配置数据一致的Server。

在上面两种方式中，MSC Server之间都要有备份通道，用于对VLR签约数据、移动性管理数据、动态资源数据等进行备份。备份周期可由用户设定。备份通道的传输协议可采用TCP/IP。

2、M G W负荷分担。在R4系统的Iu接口侧，通常一个RNC连接一个MGW。MGW负荷分担技术主要是通过MGW互备方式来解决MGW的单点故障问题。

形成负荷分担关系的MGW组成MGW资源池（MGWPool），MGW1、MGW2、MGW3构成了MGW资源池，并由一个MSC Server控制。

RNC通过MGW1接入到核心网。MGW负荷分担技术在RNC-MGW1连接的基础上，增加了RNC-MGW2、RNC-MGW3两条备份连接线。在正常工作时，RNC-MGW1是激活工作状态，RNC-MGW2、RNC-MGW3是非工作状态。

MSC Server通过H.248的SCTP（基于IP的信令传输）连接和Iu接口的SCCP（信令连接控制部分）连接判断Iu连接状态，当所有H. 248的SCTP连接和SCCP连接都断了，并在一定的时间内不能恢复，即判断出现故障，切换到备份MGW。而RNC则是通过Iu接口的MTP3B（基于ATM的信令传输），判断对端MGW是否故障。当检测到故障后，启动切换流程，切换到备份MGW。

当某一个MGW发生故障时，非故障的MGW将承担两个MGW的话务，这对于其业务提供能力来说，有可能难以满足需求。因此，必须通过流控机制来保障设备免遭阻塞，但这会带来用户呼损率的增大。

四、容灾方案比较

MGW负荷分担方式是在MGW发生故障时，对RNC进行切换的容载方案。其他两种方案都是针对MSC Server故障的容灾方案。MSC Server双归属方式源自于固定软交换，有一定的工程实施经验，只需在核心网网络配置上做相应修改即可。MSC Server双归属方式需要用户动态资源数据的同步过程。在“大容量，少局所”的跨地域大本地网组网模式下，建议采用MSC Server双归属容灾方案。

总之，WCDMA核心网的容灾是WCDMA网络部署中的技术难题之一，需要随着网络的逐渐部署，不断深入研究与探索，才能确保WCDMA核心网的容灾解决方案日趋完善。

（作者单位：中国联合网络通信集团有限公司沧州分公司）