淺析WCDMA核心網容災技術

□文/劉文娟 時永生

淺析WCDMA核心網容災技術

□文/劉文娟 時永生

伴隨著移動軟交換技術的全面引入，這種基于控制和承載分離的技術架構，能夠實現“大容量、少局所”的建設模式。而如何采用多層面、多方式的全方位、立體化的容災技術，全力打造安全、穩定、可靠的移動核心網絡成為首要問題。本文就當前使用的WCDMA系統核心網R4版本的容災技術進行重點剖析。

一、容災的必要性

WCDMA網絡相對于GSM網絡，無線側用戶在接入速率上有了很大提高，這對核心網網元的處理能力提出了更高的要求，單個MSC、MSC Server、MGW所承擔的用戶話務和信令負荷大大提升。

在核心網結構上，R4階段引入了控制和承載分離的軟交換架構，將傳統2G網絡中的MSC分離成MSC Server和MGW，其中MSC Server負責信令處理、路由和業務；MGW負責媒體流處理。由于MSC Server和MGW之間只是IP上承載的信令，占用的帶寬非常少，MSC Server可集中設置在中心城市；MGW由于容量及處理能力的大幅提高，按照集中化原則，也可集中設置。這樣，整個R4核心網的建設思路是“大容量，少局所”。一個MSC Server控制多個MGW，組成一個“大本地網”。（圖1）

從以上分析看出，基于移動軟交換架構的WCDMA核心網，其集中設置的MSC Server將成為網絡和設備安全的重要隱患，因此，有必要在建網時考慮其容災備份方案，預防網元單點故障特別是MSC Server設備故障，而引起大面積網絡癱瘓的情況發生。

二、R4核心網容災方案分析

從R4核心網軟交換架構，可以看出其單點故障在于：（1）MSC Server失效，導致MSC Server覆蓋區域的網絡不可用；（2）MGW失效，導致MGW覆蓋區域的網絡不可用；（3）HLR失效，導致HLR覆蓋區域的網絡不可用。

圖1 WCDMA系統結構圖

針對上述故障點，相應的安全容災方案有：（1）在MSC Server層面，實施雙歸屬方案。建設MSC Server容災備份中心，一個MGW同時接入兩個MSC Server，一個主用，一個備用。當主用MSC Server發生故障后，MGW重新注冊到備用MSC Server，繼續原來的事務；（2）在MGW層面，實施MGW負荷分擔技術。一個RNC同時接入多個MGW，MGW之間負荷分擔，當一個MGW發生故障時，其RNC的負荷由其他MGW承擔，RNC的業務處理不影響；（3）在HLR層面，采用HLR的N+1備份方案（和GSM的HLR容災方案相同）。

三、R 4核心網容災技術

1、M SC Server雙歸屬容災。在R4核心網中采用的MSC Server雙歸屬容災方案的主要方式是，將MGW從邏輯上分成2個虛擬MGW，并同時歸屬于兩個MSC Server控制。預先將MGW和兩個MSC Server之間的數據配置好，并讓MGW在兩個MSC Server上登記，使MGW和兩個MSC Server之間建立歸屬關系。在主用MSC Server發生故障無法繼續服務時，MGW向備用MSC Server發起注冊請求，系統將話務引導到備用MSC Server，從而增強系統的安全性。

MSC Server的雙歸屬方案可支持1+1主備、1+1互備兩種方式。主備方式在每個大區配置兩個MSC Server，其中MSC Server1為主用MSC Server，MSC Server2為備用MSC Server。在正常工作模式下，MSC Server1負責所轄大區所有媒體網關的管理與呼叫處理，MSC Server2通過與MSC Server1間的心跳鏈路備份線，實時監控MSC Server1的工作狀態，一旦MSC Server1出現故障，MSC Server2立即接管該大區的所有MGW的管理及呼叫處理，保證網絡的可用性。

互備方式是將每個大區分為兩個子域，稱為域1和域2。每個子域配置一臺MSC Server，其中，域1的為MSC Server1，域2的為MSC Server2，它們互為備份。在正常情況下，MSCServer1、MSC Server2分別管理各子域的MGW設備及承擔本域內的業務處理。當一個設備出現故障時，其所有業務處理和MGW管理任務立即由另一個接管。這種備份方案比較經濟，沒必要專門為某臺MSC Server設置備份點。但是，備份局點在接管故障局點業務后，其本身的業務處理能力將經受考驗，通常，它難以滿足兩個局點業務負荷的需求，因此要求被接管的MSC Server容量不能過大。

ServerN+1備份方式是1+1備份的擴展，能夠將1+1備份認為是N=1的N+1備份方式。實現方式和1+1相同，由于備份Server要對N個Server備份，則必須需要1個Server對應多個MSC號碼，需要配置任何Server的局數據。因此，對于備份Server來說，需要增加如下功能：網絡配置能夠對本局配置多個MSC號碼，并能夠指定0個或1個主用MSC號碼。即當MSC Server備用時，無主用MSC號碼，當N個中的一個MSC Server故障后，必須通過配置將需要接管的故障MSC Server的MSC號碼配置為備用Server的主要MSC號碼，這樣對于其他Server來看，都有一個和自己配置數據一致的Server。

在上面兩種方式中，MSC Server之間都要有備份通道，用于對VLR簽約數據、移動性管理數據、動態資源數據等進行備份。備份周期可由用戶設定。備份通道的傳輸協議可采用TCP/IP。

2、M G W負荷分擔。在R4系統的Iu接口側，通常一個RNC連接一個MGW。MGW負荷分擔技術主要是通過MGW互備方式來解決MGW的單點故障問題。

形成負荷分擔關系的MGW組成MGW資源池（MGWPool），MGW1、MGW2、MGW3構成了MGW資源池，并由一個MSC Server控制。

RNC通過MGW1接入到核心網。MGW負荷分擔技術在RNC-MGW1連接的基礎上，增加了RNC-MGW2、RNC-MGW3兩條備份連接線。在正常工作時，RNC-MGW1是激活工作狀態，RNC-MGW2、RNC-MGW3是非工作狀態。

MSC Server通過H.248的SCTP（基于IP的信令傳輸）連接和Iu接口的SCCP（信令連接控制部分）連接判斷Iu連接狀態，當所有H. 248的SCTP連接和SCCP連接都斷了，并在一定的時間內不能恢復，即判斷出現故障，切換到備份MGW。而RNC則是通過Iu接口的MTP3B（基于ATM的信令傳輸），判斷對端MGW是否故障。當檢測到故障后，啟動切換流程，切換到備份MGW。

當某一個MGW發生故障時，非故障的MGW將承擔兩個MGW的話務，這對于其業務提供能力來說，有可能難以滿足需求。因此，必須通過流控機制來保障設備免遭阻塞，但這會帶來用戶呼損率的增大。

四、容災方案比較

MGW負荷分擔方式是在MGW發生故障時，對RNC進行切換的容載方案。其他兩種方案都是針對MSC Server故障的容災方案。MSC Server雙歸屬方式源自于固定軟交換，有一定的工程實施經驗，只需在核心網網絡配置上做相應修改即可。MSC Server雙歸屬方式需要用戶動態資源數據的同步過程。在“大容量，少局所”的跨地域大本地網組網模式下，建議采用MSC Server雙歸屬容災方案。

總之，WCDMA核心網的容災是WCDMA網絡部署中的技術難題之一，需要隨著網絡的逐漸部署，不斷深入研究與探索，才能確保WCDMA核心網的容災解決方案日趨完善。

（作者單位：中國聯合網絡通信集團有限公司滄州分公司）