分布式HLR的FE Poo l技術(shù)淺析

肖 益，張 慧，胡 祎（中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，河南鄭州450007）

0 引言

分布式HLR 基于3GPP UDC 的概念，采用了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)分層的設(shè)備架構(gòu)，將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和信令接入及處理模塊分離為后端（BE）和前端（FE）。由于其具備設(shè)備容量大、數(shù)據(jù)融合存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，契合了全業(yè)務(wù)對(duì)于用戶數(shù)據(jù)管理的要求，已在現(xiàn)網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。

分布式HLR部署時(shí)FE可以采用N+1的方式或者FE Pool 的方式組網(wǎng)?，F(xiàn)網(wǎng)多沿用傳統(tǒng)集中式HLR 部署，采用N+1 的方式組網(wǎng)；而FE Pool 作為一種分布式HLR所特有的組網(wǎng)方式，工程實(shí)踐和論述均較少。本文將對(duì)其實(shí)現(xiàn)及優(yōu)劣進(jìn)行探討。

1 FE Pool基本原理

1.1 分布式H LR 基本架構(gòu)

分布式HLR采用分層設(shè)計(jì)的理念，將傳統(tǒng)HLR分為FE和BE。具體設(shè)備架構(gòu)如圖1所示。

a）FE：前端功能實(shí)體，實(shí)現(xiàn)信令接入和業(yè)務(wù)處理功能。信令接入功能主要負(fù)責(zé)MAP、Diameter、鑒權(quán)等信令消息的高層協(xié)議業(yè)務(wù)邏輯處理，以及直聯(lián)、準(zhǔn)直聯(lián)TDM七號(hào)信令鏈路接口等；業(yè)務(wù)處理功能主要負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)操作、配置等。FE采用標(biāo)準(zhǔn)接口與各業(yè)務(wù)網(wǎng)元互聯(lián)。它不永久存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)進(jìn)程處理完成后將刪除臨時(shí)獲得的用戶數(shù)據(jù)。其類型可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活擴(kuò)展。

圖1 分布式HLR架構(gòu)

b）BE：后端功能實(shí)體，主要實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、訪問、管理、接入控制、同步等功能。作為網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)源，將同一用戶分布在不同網(wǎng)元上的數(shù)據(jù)融合起來(lái)，為多個(gè)網(wǎng)元提供用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和訪問。BE 支持多種用戶類型,并具有靈活擴(kuò)展能力，方便在線擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)其他用戶數(shù)據(jù)。

1.2 FE N+1組網(wǎng)方式

FE作為前端處理單元，受理來(lái)自MSC（S）、SGSN、SCP等的MAP業(yè)務(wù)請(qǐng)求，以及MME、CSCF等的Diame?ter請(qǐng)求信令。

FE 可以采用與傳統(tǒng)集中式HLR 相似的N+1 組網(wǎng)方式，即N臺(tái)主用FE，每臺(tái)均處理單獨(dú)的用戶段數(shù)據(jù)；另外，配置1 套備用FE 對(duì)主用FE 進(jìn)行保護(hù)。每一個(gè)FE具備獨(dú)立的GT和信令點(diǎn)，容災(zāi)FE處理能力設(shè)置應(yīng)不小于最大主用FE的處理能力。

STP/DRA 或其他信令網(wǎng)元同時(shí)連接主備FE，在GT翻譯時(shí)指定號(hào)段的主備用信令點(diǎn)分別為主備FE的信令點(diǎn)，正常工作時(shí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)只將業(yè)務(wù)信令發(fā)至主用FE。當(dāng)主用FE 出現(xiàn)故障（包括整個(gè)設(shè)備或者設(shè)備鏈路）時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)或人工切換，備用FE將接管主用FE的功能，信令消息自動(dòng)切換到備用FE，業(yè)務(wù)處理不會(huì)損失。

FE N+1典型工作組網(wǎng)如圖2和圖3所示。

正常情況下，主用FE1 至主用FE N 分別處理不同號(hào)段的信息，備用FE不處理信令。

異常情況下，當(dāng)STP/DRA 檢測(cè)到至主用FE1 的鏈路故障，自動(dòng)切換信令到備用FE。這時(shí)，至號(hào)段1 的消息轉(zhuǎn)到備用FE進(jìn)行處理。其余號(hào)段信息不受影響。

N+1 的組網(wǎng)方式與傳統(tǒng)集中式HLR 的組網(wǎng)方式一致，同樣存在設(shè)備利用率較低、各個(gè)設(shè)備之間不能共享容量、號(hào)段規(guī)劃要求較高的問題。

圖2 正常情況下分布式HLR FE N+1組網(wǎng)拓?fù)鋱D

圖3 異常情況下分布式HLR FE N+1 組網(wǎng)拓?fù)鋱D

1.3 FE Poo l組網(wǎng)方式

1.3.1 工作原理

由于FE 主要提供TDM、IP 等對(duì)外信令接口以及應(yīng)用處理功能，不再存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，因此只要FE 訪問的BE 能夠提供全部號(hào)段的用戶數(shù)據(jù)，則每一臺(tái)FE 都可以服務(wù)于任何用戶。這樣，處理同一種業(yè)務(wù)的FE就可以不再按照號(hào)段區(qū)分，而是作為1 個(gè)池組負(fù)荷分擔(dān)整個(gè)后端數(shù)據(jù)庫(kù)的業(yè)務(wù)。

FE Pool 典型組網(wǎng)方式如圖4所示，處理同一種業(yè)務(wù)的FE1至FE N共同組成1個(gè)池組，每個(gè)FE的容量相同。FE將被動(dòng)態(tài)選擇，處理MAP或Diameter信令；由STP 或DRA 負(fù)責(zé)把信令消息均衡分發(fā)到不同的FE 處理；任一FE可以處理任一用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

圖4 分布式HLR FE Pool方式典型組網(wǎng)拓?fù)鋱D

具體到MAP 信令，各廠家實(shí)現(xiàn)方式略有不同，但基本都在SCCP層進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)，處理方式為：MSC等網(wǎng)元到HLR/HSS采用GT尋址，所有FE均具有獨(dú)立的DPC和GT，并且引入1個(gè)VGT（虛擬GT）。2個(gè)STP以及與HLR/HSS直聯(lián)的其他網(wǎng)元都需要在SCCP層配置GT翻譯，以把IMSI/MSISDN/VGT尋址的消息按照輪詢?cè)瓌t分發(fā)到所有FE 的信令點(diǎn)；對(duì)于HLR/HSS 的真實(shí)GT，由STP配置GT翻譯到對(duì)應(yīng)的FE的DPC。

分布式HLR FE Pool MAP信令流程如圖5所示。

圖5 分布式HLR FE Pool MAP信令流程示意圖

a）MSC或其他對(duì)端網(wǎng)元，以VGT為目的地址向分布式HLR/HSS發(fā)送請(qǐng)求消息。

b）STP 根據(jù)負(fù)荷分擔(dān)原則，將VGT 翻譯至其中1個(gè)FE的DPC，假設(shè)為FE1（信令點(diǎn)DPC1）。

c）FE1 處理業(yè)務(wù)流程，在發(fā)送響應(yīng)消息時(shí)，會(huì)在SCCP層的CgPA字段中標(biāo)識(shí)出自己的GT地址（GT1）。

d）MSC接收到響應(yīng)消息后，由于接收到的響應(yīng)消息的地址為GT1，后續(xù)消息流程將以FE1的真實(shí)GT完成，以保證1個(gè)會(huì)話的整個(gè)流程均由1個(gè)FE處理。

e）在FE1故障情況下，由STP選擇其他FE處理。

MME等網(wǎng)元到HSS采用Diameter 尋址的方式，處理流程大致與MAP 方式相同。主要區(qū)別在于DRA 選擇FE，這時(shí)有以下2種方式可以被采用。

a）第一種方式：FE Pool 里每臺(tái)FE 均具備獨(dú)立主機(jī)名，MME等網(wǎng)元以IMSI尋址HSS時(shí)，DRA將其解析成FE Pool中多個(gè)FE的目的主機(jī)名，負(fù)荷分擔(dān)到其中1套FE；MME 記錄下用戶標(biāo)識(shí)與HSS 主機(jī)名的對(duì)應(yīng)關(guān)系，后續(xù)均用這套FE 的主機(jī)名進(jìn)行尋址，直到用戶離開此MME。

b）第二種方式：FE Pool 里每臺(tái)FE 均具有獨(dú)立的主機(jī)名，同時(shí)引入1個(gè)共用的主機(jī)名。MME等網(wǎng)元以IMSI 尋址HSS 時(shí)，DRA 將其解析成FE Pool 中共用的主機(jī)名；MME 等網(wǎng)元以共用主機(jī)名尋址HSS 時(shí)，DRA將共用的主機(jī)名翻譯為FE Pool 內(nèi)某個(gè)FE 的主機(jī)名，并進(jìn)行路由；當(dāng)Pool 內(nèi)1 個(gè)FE 故障時(shí)，則會(huì)翻譯到Pool內(nèi)其他FE。

第二種方式的DRA數(shù)據(jù)配置相對(duì)復(fù)雜。而且，每條信令消息均需進(jìn)行1 次分發(fā)，同一套網(wǎng)元可能每次信令消息選擇的FE均不同。雖然FE僅進(jìn)行信令接入和業(yè)務(wù)處理，所有用戶數(shù)據(jù)均需BE進(jìn)行處理，但考慮到減少DRA 數(shù)據(jù)配置的難度，以及便于信令跟蹤，工程實(shí)施時(shí)建議選擇方式一。

1.3.2 對(duì)相關(guān)網(wǎng)元的配置要求

同一個(gè)FE Pool內(nèi)，F(xiàn)E的容量盡量相同，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)配置，避免FE負(fù)荷不均。

BE 采用1+1 主備方式組網(wǎng)。為滿足電信級(jí)可用性和可靠性的要求，BE 一般采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，BE具備N+K負(fù)荷分擔(dān)容災(zāi)能力，可按照主備、互備或負(fù)荷分擔(dān)方式組網(wǎng)。由于BE 設(shè)備可支持容量較大，一般在1 000 萬(wàn)戶以上，工程實(shí)際中基本均按1+1主備或者互備方式在2 個(gè)不同的物理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)。而FE Pool 內(nèi)任一FE 均有可能處理任一用戶的信息，這要求各臺(tái)FE 所訪問的BE 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，完全一致。若BE 采用1+1 互備方式組網(wǎng)，BE 中的用戶數(shù)據(jù)難以完全實(shí)時(shí)同步，會(huì)造成BE中的用戶數(shù)據(jù)冗余；采用1+1主備方式，工作流程、數(shù)據(jù)排查相對(duì)清晰規(guī)范。

STP 要求支持按照GT 地址輪詢方式分發(fā)到多個(gè)信令點(diǎn)，各個(gè)信令點(diǎn)間負(fù)載均衡。現(xiàn)網(wǎng)STP 版本類型較多，能力參差不齊。部分版本能力如表1所示。

表1 STP負(fù)荷分擔(dān)能力表

DRA要求支持到FE Pool內(nèi)FE的Diameter路由動(dòng)態(tài)負(fù)荷分擔(dān)。目前各廠家商用版本均可以支持16 個(gè)FE之間負(fù)荷分擔(dān)。

2 FE Pool優(yōu)劣勢(shì)分析

FE Pool與FE N+1方式的優(yōu)劣如表2所示。

FE N+1組網(wǎng)方式較為成熟，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商已有很多應(yīng)用；而FE Pool在網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)規(guī)劃方面，也有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它的主要問題是在國(guó)內(nèi)尚無(wú)應(yīng)用，對(duì)周邊網(wǎng)元有一定要求，運(yùn)維習(xí)慣需要做一定調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

分布式HLR采用了前后端分離的架構(gòu)，是傳統(tǒng)集中式HLR 的一次演進(jìn)。FE Pool 是契合其架構(gòu)的一種前端容災(zāi)方案，具有提高網(wǎng)絡(luò)安全性、提升網(wǎng)絡(luò)效率等諸多優(yōu)勢(shì)。在部署分布式HLR 時(shí)，對(duì)于已采用GT尋址、建設(shè)有獨(dú)立信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商，可以考慮采用FE Pool的方式進(jìn)行建設(shè)。

表2 FE Pool與FE N+1優(yōu)劣對(duì)比

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