Diameter信令网业务模型研究及展望

宋小明，邵永平，李雪芳，王海陶（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）



Diameter信令网业务模型研究及展望

宋小明，邵永平，李雪芳，王海陶
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

随着4G业务的发展，控制面网元对Diameter信令网的支撑要求与日俱增；本文分析了Diameter信令网面临的问题，提出了应对策略及建议，同时，分析了目前中国移动的S6a接口业务特性，结合现网历史统计数据以及信令流程特征，提出了业务模型的核定方法，使得Diameter信令网资源配置能够更符合未来4G业务发展的实际需求，最后展望了Diameter信令网未来演进方向。

Diameter信令网；S6a接口；业务模型；虚拟化

1 中国移动Diameter信令网现状

1.1 中国移动Diameter信令网网络结构

中国移动Diameter信令网网络结构，省际层面采用大区中心节点方式部署HDRA，负责所管辖大区内省际信令消息转接。HDRA之间采用异厂家双平面组网方式，同平面内HDRA设备网状相连，不同平面的成对HDRA间通过设置C链路相连，并与所辖区域内的信令点相连；省内采用LDRA转接信令消息，各省相关核心网信令网元与本省LDRA相连。中国移动Diameter信令网网络结构如图1所示。

1.2 Diameter信令网承载的信令接口

Diameter信令主要应用于演进的分组域核心网EPC系统、策略及计费控制系统PCC和IMS域。PC、PCC、IMS系统中信令协议全部采用IP技术，其中负责用户鉴权、数据、策略、计费管理等功能的网元间都采用基于IP的 Diameter信令协议。Diameter信令协议是新一代AAA协议，它是结合网络技术发展对Radius协议的升级版本，具有AVP （Attribute Value Pairs）的传送、能力协商、错误通知、通过附加新的命令和AVP进行扩展、基本的业务应用需求（如处理用户会话和账户）等能力，采用TCP或SCTP协议提供可靠的底层传输。EPC、PCC、IMS网络中使用Diameter信令的接口如下。

图1　中国移动Diameter信令网网络结构图

（1） S6a接口：HSS与MME网关的接口，完成用户接入认证、插入用户签约数据、对用户接入PDN进行授权。

（2） Gx接口： PCRF与PCEF间的接口，为PCRF和P-GW中 的PCEF（Policy and Charging Enforcement Function）提供QoS准则和计费标准的传输。

（3） Rx接口：P-CSCF和PCRF之间的接口。

（4） Cx接口：I/S-CSCF和IMS-HSS之间的接口。

（5） Sh接口：AS和IMS-HSS之间的接口以及IP-SM-GW和IMS-HSS之间的接口。

（6） Zh接口：BSF（业务设置网关）和IMS-HSS之间的接口。

（7） SLh接口：定位平台与HSS之间的接口。

（8） SLg接口：定位平台与MME之间的接口。

2 Diameter信令网面临的问题及解决策略

2.1 Diameter信令网面临的问题

随着技术的发展及信令网承载业务的增加，Diameter信令网网络演进过程中将遇到以下几个问题。

2.1.1 问题1：LDRA信令区分裂

随着4G和VoLTE业务量的增长，LDRA需要大幅提升容量，但如果已有的LDRA容量已经不能满足信令业务需求，则需要省内新建LDRA来应对增加的信令网络容量并提高信令疏通能力。分裂后新建LDRA与原有LDRA需要对信令网区域进行划分，将涉及到网络的大量调整与割接，组网也相应变得复杂，对LDRA设备也有了更高的要求。

另外，若一对LDRA承载全省用户，网络故障带来影响较大，网络可靠性难以得到保障。

2.1.2 问题2：SIP信令对Diameter信令网需求剧增

随着业务的多样性和VoLTE终端的普及，未来SIP信令将逐渐基于有连接的TCP或SCTP，网络中的连接数呈指数级上升，对Diameter信令网带来巨大的承载压力。

目前SIP消息在有些场景下已经超出了RFC 3261协议规定的1 300个字节，SIP消息越来越长的原因如下。

（1） 经过越来越多的AS，VIA头域变长。

（2） VoLTE终端本身携带各种能力集，Contact变长。

（3） 经过SBC， 增加能力信息，例如支持SRVCC等，消息变长。

（4） 漫游时，未来支持OMR（Optimal Media Routing）后，SDP变长。

超长的SIP消息带来了诸多问题，比如IP层切片，报文在网间可能会被防火墙拦截，导致对接失败；协议规定超过1 300个字节的SIP消息转用TCP，效率低，连接数变多等。

2.1.3 问题3：信令风暴引起的网络可靠性降低

DRA主要负责控制网络层信令风暴，从保护DRA信令设备自身和对等端设备角度考虑，进而保证整网可靠性。按照中国移动的组网和路由策略，需要打开路由重选，路由层信令风暴一般在消息循环、路由配置错误、路由或设备故障等情况下发生，发生场景例如SAEGW重启时、HSS故障切换、修改MME配置参数等，有可能会导致S6a接口消息流量突增，影响了网络的可靠性。

2.2 解决策略

针对Diameter信令网存在的以上问题，提出相应策略。

2.2.1 LDRA信令区分裂（如图2所示）

需考虑各端局SP与LDRA信令连接区域的一致性，以减少信令迂回，如IMS域CSCF组Pool时，建议尽量采用与DRA覆盖片区相同的分区组Pool方式；PCRF组Pool时，建议采用分区组Pool的方式。

省内按照匹配IMS/ EPC/PCC汇接区建设LDRA：

（1）匹配每个汇接区的VoLTE，分别建设一对LDRA，各区网元都统一接入到本区LDRA，实现信令转接和汇聚。

（2）不同汇接区的LDRA新建B链路，对于LDRA转接的Gx/Rx/Cx/Sh/Zh接口，建设多对LDRA后，需要重点考虑对Gx/Rx会话绑定、Cx接口路由带来的变化。

（3）在划分LDRA区域时，建议P-CSCF选择I-CSCF时也按照区域进行划分。

（4）如果全省I-CSCF组Pool，将IMS-HSS和两对LDRA都连接。

2.2.2 SIP信令对DRA信令网需求剧增

引入高效路由器，目标组网实现支持域间和域内的SIP汇聚和互通。同时简化网络管理，建议使用SCTP，减少网络连接数；减少异厂家设备对接的风险；并增强流量控制。

2.2.3 信令风暴引起的网络可靠性降低

由于应用层的开销远比路由层开销大，在应用层发生信令风暴或错误时，可通过Diameter_Too_Busy等错误信息通知到Diameter路由层，在路由层进行处理，可减少对整个网络的性能开销。

为避免无效路由重选引发信令风暴问题，DRA应支持无效路由重选抑制功能，如DRA收到携带路由重选原因参数时，应检查响应消息的源主机名，当源主机名标识为配对DRA，将发起路由重选，判断是否有其它可用路由，如有可用路由但重选仍失败，或没有其它可用路由用于重选，将产生永久错误原因参数，进而避免进行路由重选。

图2　LDRA信令区分裂组网图

3 中国移动S6a接口业务模型研究

S6a接口为MME设备和HSS设备之间的接口，主要负责通信过程中UE的鉴权、移动性管理、签约信息处理和用户状态变更通知等。通信领域业务模型分析常见的方法有现网统计数据法、业务特征类比法、信令流程分析法和其他运营商数据参考法。工程中比较常用的是现网统计数据法和信令流程分析法。

3.1 现网统计数据法

随着4G业务的发展，4G手机终端增长迅速，S6a接口信令负荷将逐渐加大，采样中国移动某省2015年历史数据进行统计分析，得到S6a接口一天中每小时消息数的信令负荷峰值时间点为17点。现网统计数据法即采集S6a接口历史数据忙时消息条数，结合对应时期的承载用户数，计算得到忙时每用户消息数，此参数可作为核定Diameter信令网建设规模的主要指标。

3.2 信令流程分析法

S6a接口的信令流程主要包括ATTACH、TAU、RAU、Service Request、DETACH、专有承载激活、承载修改、承载去激活、多PDN连接、Intra EUTRAN切换、Inter RAT切换等。S6a接口信令模型的建立主要针对以上信令流程进行。通过分析4G相关话务模型参数，结合S6a接口主要承载的信令消息类型，将各信令包含的消息条数乘以各信令流程每小时发生的次数，再进行求和，得到忙时每用户消息数。

业务模型的最终取定值需结合以上两种方法，由于S6a接口已有现网历史数据，因此建议在取定S6a接口业务模型时可以结合业务未来发展情况，以现网统计数据法为主，信令流程分析法为辅，综合取定参数值。

4 Diameter信令网长期演进方向——虚拟化

4.1 Diameter信令网虚拟化的必要性

根据技术发展策略，未来核心网将引入NFV，实现虚拟化，媒体、控制、数据和应用分层，软硬件解耦，可由不同厂家提供。而信令网是控制面的核心骨干网络，控制面对计算、网络和存储资源无特殊要求，架构成熟稳定，控制面网元未来虚拟化已成为演进趋势，服务于控制面的Diameter信令网虚拟化必将紧随其后，同步实现软硬件分离，硬件资源随需分配，从而降低了Diameter信令网硬件成本、缩短了工程建设周期，同时提高了Diameter信令网设备的维护效率。

4.2 Diameter信令网虚拟化可选方案

核心网虚拟化引入由虚拟功能网元层、虚拟资源层、硬件资源层组成的NFV 3层架构，根据NFV 3层架构是否由同厂家提供，可将核心网虚拟化平台引入策略分为单厂家、共享资源池、硬件独立、3层全解耦4种方案，如表1所示。

方案1（单厂家）：硬件资源、虚拟化软件、上层虚拟功能网元由同一厂商提供，同厂家完成系统集成，并负责确保系统的性能稳定及可靠性。

方案2（共享资源池）：硬件资源和虚拟化软件由同一厂商提供，确保虚拟资源的性能、可靠性满足要求，其他厂商提供上层虚拟功能网元软件，并负责系统集成，保证业务质量和可靠性。

方案3（硬件独立）：硬件资源由第三方厂商（COTS）提供，虚拟化软件和虚拟功能网元由同一厂商提供，厂商负责整个系统的集成，并保证业务质量和系统可靠性。

方案4（3层全解耦）：3层由不同厂商提供，虚拟化软件提供商在硬件资源上做系统集成，并保证虚拟资源的性能、可靠性满足要求，虚拟功能网元厂商在虚拟资源上做系统集成，保证业务质量和可靠性。

方案3的硬件资源由第三方厂商提供，便于整合物理资源，降低成本，提高设备利用率；虚拟化软件和虚拟功能网元由同一厂商提供，真正实现了软硬件解耦，利于产业链开放，同时便于网络平滑演进，也为云化技术成熟和部署预留缓冲空间。因此方案3适合于Diameter信令网虚拟化的初级阶段。

表1　信令网虚拟化方案对比

4.3 虚拟化后对业务模型的影响分析

Diameter信令网通常是以它所承载的所有接口业务量来核算各个物理功能模块建设规模， Diameter信令网虚拟化以后，虚拟网元部署方式将从部署于硬件资源上变为部署到虚拟资源上，由于业务特性、信令流程没有变化，业务模型核定方法仍可继续延用，只是在信令网网元的配置形态上有较大变化，由原来的需要多少单板变为核定每个功能模块的资源需求、备份方式、虚机规格，虚机/物理机数量等。

5 结束语

中国移动目前正处在TD-LTE大规模部署阶段，对Diameter信令网的业务支撑能力提出了越来越高的要求，本文结合实际工程经验，提出了信令网发展过程中将面临的问题，并给出相应的解决策略。分析了S6a接口信令特征，提出了S6a接口业务模型核定方法，为以后建设稳定、高效的Diameter信令网提供参考。Diameter信令网虚拟化是网络长期演进的必然趋势，建议虚拟化节奏放在控制面网元全面虚拟化完成之后进行，以确保Diameter信令网高效、经济、安全的平滑演进。

News

英特尔为面向互联家庭的全新家庭网关解决方案提供动力

近日，英特尔发布了英特尔AnyWAN GRX 750 SoC；英特尔XWAY WAV500 Wi-Fi芯片组，英特尔的第五代11ac MU-MIMO Wi-Fi系列产品；以及主要OEM厂商为零售网络行业推出的家庭网关系列产品。英特尔为互联家庭提供的连接解决方案为越来越多的互联“物”和互联网云服务奠定了基础，它们为消费者和小型企业带来顺滑体验。

通过面向家庭网关的英特尔AnyWAN GRX750 SoC系列连接家庭：英特尔AnyWAN GRX750 SoC系列是一款高性能、低功率宽带与通信处理器SoC，基于英特尔凌动微架构。英特尔最新的SoC让服务提供商和零售OEM厂商得以快速地为互联家庭提供创新，同时节约成本、简化运营、开发新服务和运营，并满足不断演进的客户期待。 （刘滢冰）

Research of Diameter signal network business model and the net future

SONG Xiao-ming， SHAO Yong-ping， LI Xue-fang WANG Hai-tao
（China Mobile Design Institute Co.， Ltd.， Beijing 100080， China）

With the development of 4G business， the demand of Diameter signal network which serve for control network elements is increasing， this article analyzed the problem of Diameter signal network， and proposed strategies and recommendations. At the same time， this article analyzed China Mobile S6a interface business characteristic， proposed the method of how to calculate business model. At last， this paper prospected the future of Diameter signal network.

Diameter signal network； S6a interface； business model； network functions virtualization

TN929.5

A

1008-5599（2016）06-0060-05

2015-12-09