容灾组网方案在CDMA 综合关口局中的应用

范波勇,廖海洲,周井泉

(1.长沙通信职业技术学院 移动通信系, 长沙410015;2.南京邮电大学 电子科学与工程学院,南京210003)

1 引 言

随着中国电信CDMA2000[1]网络业务的大力发展,传统的公众电话交换网(PSTN)关口局已经不能满足大业务量的要求,取而代之的是软交换架构的综合关口局。综合关口局集成了CDMA 网络的移动交换中心(MSC)和服务交换点(SSP)功能,负责完成CDMA网络寻址功能以及智能业务触发等操作,以及对公众电话交换网(PSTN)的话务汇接,实现网间接续、网间结算和呼叫汇接,能够减少CDMA 的寻址节点,缩短呼叫路由。CDMA 综合关口局使用控制和承载分离的软交换架构,其中移动交换中心仿真(MSCe)负责信令处理、路由和业务,媒体网关(MGW)负责媒体流处理[2]。综合关口局使用的MSCe 一般叫网关MSCe(GMSCe),使用的MGW 一般叫网关MGW(GMGW),负责疏通电信CDMA 网和PSTN 网与移动、联通等其他运营商的互联互通话务。

综合关口局具备CDMA 网络寻址和智能业务触发等功能,所以组网方面比传统的关口局更加复杂。如何在综合关口局上建立全方位、立体化的容灾机制, 打造安全、稳定、可靠、高效的互联互通网络,成为中国电信综合关口局建设的首要问题。在综合关口局的建设中,容灾组网、信令组网、会话层呼叫协议(SIP)组网[3]、后台组网都是不可避免的问题,本文着重对容灾组网方面进行阐述。

文献[4]提出了WCDMA 核心网双归属容灾和MSC 容灾池(MSC POOL)容灾的应用。针对端局容灾来着重描述了N+1 主备和MSC POOL 容灾技术。文献[5]在网络级容灾中将几种主要容灾方案的应用场景作了描述。以上文献都没有针对综合关口局的容灾组网进行阐述。而成对设置的综合关口局所用的容灾模式一般是1+1 主备容灾和1+1 互备容灾。CDMA 综合关口局在国内应用还在发展阶段,国内外对容灾方案研究还是空白,本文在这一方面进行详细阐述。

综合关口局的特点是网元成对设置、不带终端用户、互联互通的网元多、信令组网复杂、SIP 组网复杂、局数据量大等,根据综合关口局的特点,需要了解容灾组网的结构和其优劣势,才能在建设综合关口局的过程中进行优选容灾组网方式。

2 关口局的容灾模式

所谓双归属是指在软交换的组网架构下,一个GMGW 可以归属到两个GMSCe 的组网模式。正常情况下,每个GMGW 只注册到主用GMSCe 上,当主用GMSCe 发生故障或者是当系统出现突发灾害事故时,该GMGW 可注册到备用GMSCe 上,从而确保综合关口局网络可以继续为用户提供互联互通服务。当主用GMSCe 恢复正常以后,业务将切换回主用GMSCe。

一般情况下,关口局只采用两种容灾模式:1+1主备模式和1+1 互备模式。根据容灾设置的基本原则,综合关口局的主用GMSCe 和备用GMSCe 不能放置在同一机房。这样,在一个机房断电或者设备瘫痪的情况下,另外一个机房的GMSCe 能够立即接管所有业务。

2.1 双归属1+1 主备模式

1+1 主备模式在每个服务大区配置两个GMSCe, 其中GMSCe1 为主用MSCe, GMSCe2 为备用MSCe。主用GMSCe1 与备用GMSCe2 同时运行相同的软件版本和数据,备用GMSCe2 是主用GMSCe1 的镜像,备用GMSCe2 与外部网元(如HLRe、LSTP)的信令链路平时处于非激活状态。

图1 所示为笔者设计的H 省电信北方大区综合关口局组网图,共有6 个地级市,每个地级市新增一个综合关口局。在正常工作模式下,GMSCe1 负责所辖大区所有媒体网关(如GMGW 1-GMGW 6)的管理与呼叫处理,GMSCe2 通过与GMSCe1 间的心跳链路,实时监控GMSCe1 的工作状态,一旦GMSCe1 出现故障,GMSCe2 立即接管该大区的所有GMGW 的管理及呼叫处理,保证网络的可用性。此时,备用GMSCe2 将激活为主用服务器,GMGW1 ～GMGW6 注册接入GMSCe2。采用这种容灾模式情况下,容灾切换时业务会有短时间的中断。

图1 1+1 主备容灾Fig.1 1+1 active/standby mode

2.2 双归属1+1 互备模式

1+1 互备模式是将每个服务大区分为两个子域,称为容灾域1 和容灾域2[3]。每个子域配置一套GMSCe,其中, 容灾域1 为GMSCe1,容灾域2 为GMSCe2,它们互为备份。如图2 所示,在GMSCe1 的物理实体内,同时有两个逻辑实体:容灾域1 的主用域和容灾域2 的备用域;同样,在GMSCe2 的物理实体内,也同时有两个逻辑实体:容灾域1 的备用域和容灾域2 的主用域。

如图2 所示,为G 省电信南方大区综合关口局组网图,共有5 个地级市,每个地级市新增一对综合关口局GMGW1、GMGW2。在正常情况下,GMSCe1管理容灾域1 中的5 个地市的GMGW1,而GMSCe2管理容灾域2 中的5 个地市的GMGW2,并分别承担本域内的业务处理。两个GMSCe 以互备的方式进行工作, 当GMSCe 1 发生故障时,其归属的所有5个GMGW1 和备份的GMSCe2 检查到该情况,会启动一个媒体网关重注册的流程,即所有GMGW1 重新注册到备用GMSCe2 上,从而使得GMSCe2 在处理本身容灾域2 的所有业务外,还能够接管容灾域1(故障GMSCe1)的所有业务。这样,当备份局点在接管故障局点所有业务后,其本身的业务处理能力将经受考验,将有10 个GMGW 的通话业务需要处理。所以在综合关口局进行设备容量设计的时候,每个GMSCe 必须具备能够承担服务大区内所有GMGW业务处理的能力。

在GMSCe 数据配置的时候,每个GMSCe 都必须预留部分资源给对方作为非激活态的资源,一旦对方GMSCe 服务器出现故障,就激活预留的资源,接管对方管理的GMGW,将两个原来独立运行的综合关口局合二为一。互备情况下,每个GMSCe 都需要配置另一个GMSCe 的信令点码,在正常状态该点码不用激活,所以每个GMSCe 中都配置有两个对外的信令点码。根据这个方案, 两套GMSCe 都要配置全套对方GMSCe 的局数据, 需要支持多信令点。两个GMSCe 间配置两组心跳链路, 检测容灾域1、容灾域2 的GMSCe 状态。

图2 1+1 互备容灾Fig.2 1+1 standby with each other mode

3 两种容灾模式的话务负荷测试

为了比较大话务量时GMSCe 在两种容灾模式下的话务负荷情况,选用G 省南方大区的网络进行大话务量测试,首先将关口局网络组建为1+1 互备模式,对GMSCe1 局进行大话务量测试,测试结果如表1 所示。

表1 1+1 互备方式的全局话务统计(MSCe1-全局话务统计)Table 1 Global traffic statistics of 1+1 active/standby mode

然后再将关口局网络现场改造成1+1 主备容灾模式,对GMSCe1 进行测试,测试结果如表2 所示。

表2 1+1 主备方式的全局话务统计(MSCe1-全局话务统计)Table 2 Global traffic statistics of 1+1 standby with each other mode

通过对表1 和表2 的全局话务统计进行对比发现,在同等测量条件下,采用1+1 主备容灾模式的GMSCe1 全局话务统计比采用1+1 互备容灾模式时高了近1 倍。由此可见,同等条件下,1+1 互备容灾比1+1 主备容灾在通信负荷承担方面具有优势。

4 两种容灾模式的优劣势

文献[6] 提出了一种观点:1+1 主备模式可以应用于本地网容量较小的情况,1+1 互备模式可以应付节假日突发话务冲击。这种观点同样适用于综合关口局的容灾组网,但该文献没有对这两种容灾模式的优劣势作详细分析。两种容灾模式的比较如表3 所示,下面对各自的优劣势作详细说明。

表3 1+1 主备与1+1 互备容灾的比较Table 3 Comparison between 1+1 standby with each other mode and 1+1 active/standby mode

对于1+1 主备容灾模式,其劣势为需要一定的时间才能完成容灾切换到备份GMSCe,会造成一定时间通信业务的中断。另外,一套GMSCe 系统完全备用,造成设备资源比较浪费。同时,在话务高峰时段,主用GMSCe 的话务负荷比较大,抗压能力比较弱。优势是在数据配置上比较节约,操作起来非常简便。

对于1+1 互备容灾模式,其劣势为要求GMSCe必须成对配置,每个网元都要预留资源,造成了平时网元处理能力的闲置。该容灾方式的网元配置数据比较复杂,每个网元中都有一整套冗余数据去备份对方网元。同时在设备维护过程中,有许多配置数据都必须在主用局和备用局上同时制作,增加了维护上的复杂性。同时信令组网、SIP 组网的复杂度也大大增加,需要同时考虑主备共4 个局向与对端局向进行对接,对接工作量成几何数上升。优势主要是设备资源能够得到充分利用,同时每套设备在话务高峰期的抗压能力比较强。

5 两种容灾模式的应用场景

1+1 主备容灾模式适用于下面情况的现场组网:

(1)日常话务量较小的本地网关口局或者全省关口局;

(2)期望日常维护量较小,对维护技术力量要求相对较低;

(3)现阶段建设只更换所有本地网第一个老关口局准备下一阶段建设再更换第二个老关口局的情况。

H 省电信北方大区就选用1+1 主备容灾模式。该工程只替换6 个地市的老关口局一,分担50%的话务负荷,话务量比较小;将6 个GMGW1 同时挂在GMSCe1 下主用,其媒体网关数量也比较合适;该省有后续进行老关口局二也进行替换的工程需求,可以在后续设计中,将6 个地市的GMGW2 同时挂在GMSCe2 下,这样在调测阶段比较方便;局方工作人员也希望维护相对简洁。基于以上考虑,最终在组网时选择了1+1 主备容灾方案。

1+1 互备容灾模式适用于下面4 种情况:

(1)本次建设工程各本地网的老关口局一和老关口局二同时更换;

(2)下挂的所有本地网的互联互通的话务量大;

(3)下挂的GMGW 的个数很多,超过10 个的情况下;

(4)维护技术力量较强。

G 省电信南方大区就选用1+1 互备容灾模式。该工程替换5 个地市的老关口局一和老关口局二,互联互通的话务负荷比较大;将5 个GMGW1 同时挂在GMSCe1 下主用,将5 个GMGW2 同时挂在GMSCe2 下主用,其媒体网关数量也比较合适;局方工作人员维护技术力量较强,在选择容灾方案时主要考虑到单网元的话务负荷和容灾切换时的安全问题。基于以上考虑,最终在组网时选择了1+1 主备容灾方案。

由以上组网案例可见,在大规模的综合关口局组网中,首先应考虑网元话务负荷水平的因素,再次考虑网络倒换时对业务的影响程度,建议优先选用1+1 互备容灾方案,为通信网络安全打下一个良好的基础。

6 结束语

综合关口局的容灾模式的选择是进行系统组网的基础工作,只有正确选用了容灾模式,才能为建设一张安全、稳定、可靠、高效的互联互通网络打下良好的基础。本文根据综合关口局进行系统组网的工程实践,介绍了1+1 主备容灾组网和1+1 互备容灾组网,分析了两种容灾组网的优劣势,提出了两种容灾组网的应用场景。话务负荷测试数据结果表明,1+1 主备方式的话务负荷是1+1 互备方式的2倍,所以在大规模关口局组网时必须考虑到大话务量时的系统承受能力,优先选用1+1 互备方式。以前研究没有对关口局环境下容灾方案的优劣进行评判,也没有指出容灾方案的适用场景,本文在这两方面进行了详细的研究。研究结果在理论上归纳了容灾组网方案的优劣势及选用条件,为运营商综合关口局组网提供了参考依据。下一步还需要对关口局具体容灾模式下的信令组网等进行探讨。

[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] 左年刚, 赵涛.WCDMA 核心网容灾技术探讨[ J] .移动通信,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] 马金兰, 许盛宏.CDMA 核心电路域容灾组网与测试方案研究[ J] .广东通信技术,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] 冯小芳.基础电信核心网的容灾技术研究[ J] .数据通

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)