分布式融合HSS/HLR部署方案研究

宋上雷，李明晏/Song Shanglei,Li Mingyan

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司 濟南250001）

(Shandong Branch of China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Jinan 250001,China)

1 引言

隨著移動業務的發展，終端用戶類別及新業務日漸多樣，針對每種業務，網絡都分別提供獨立的數據庫。眾多分離的數據庫系統形成信息孤島，并使數據配置和操作管理等工作變得越來越復雜。傳統HLR（歸屬位置寄存器）采用集中式的軟件結構，不易擴容和集成其他數據庫，已很難滿足不斷發展的網絡需求。

隨著LTE網絡和IMS的引入，用戶數據融合的必要性開始顯現，現網HLR不能滿足業務發展需求，分布式HLR以其架構的先進性及對用戶數據融合的良好支持，成為HLR升級換代的必然選擇。因此，分布式HLR是建設融合用戶設備的趨勢。

2 用戶數據融合

2.1 用戶數據融合引入

針對運營商網絡中用戶數據分散、訪問接口多、數據冗余、數據不一致等問題，3GPP（TS 23.335）提出了用戶數據融合（UDC）的概念。UDC采用分層架構，由2部分組成，即前端（front end，FE）和用戶數據庫（user data repository，UDR）。

FE的功能主要有：負責業務邏輯處理 （如HLR、LTE HSS、IMS HSS的應用），不負責用戶數據存儲；有明確的ID，相同類型的FE可以組成一個簇，會分配一個簇ID，支持容災、備份、負荷分擔等問題。

UDR的主要功能有：負責各種用戶數據的統一存儲 （如HLR、LTE HSS、IMS HSS的用戶數據），為應用提供數據模型視圖（不同的應用可以有不同的視圖），并為FE提供數據訪問接口；具有CRUD（create read update delete）能力和S/N（subscription/ notification）的能力，當被訂閱的數據發生變更后能根據一定的算法選擇不同的FE進行通知；可以對FE級進行權限控制，包括FE ID的權限控制、運營商的權限控制、應用類型的權限控制、針對數據級別的控制、操作類型的權限控制等；當UDR中的信息發生變更需要通知FE時，UDR可以存儲FE的信息。

UDR包含的數據范疇有：用戶的簽約數據，主要是HLR、LTE HSS、IMS HSS、AS、AAA等用戶在網絡中的簽約信息、鑒權信息等；用戶的注冊信息，即用戶目前的注冊狀態；用戶的位置信息，如用戶所注冊的SGSN信息等。

UDR的數據庫按照存儲數據的數據模型不同，分為關系型數據庫、層次型數據庫、網狀數據庫。目前使用廣泛的是關系型數據庫和層次型數據庫，主流數據庫支持廠家包括Oracle、IBM、Microsoft等。關系型數據庫適用于與FE適配，負責FE接入；層次型數據庫適用于數據在物理介質上的存儲、維護和管理。

2.2 用戶數據設備融合

隨著CM-IMS和TD-LTE的引入，用戶、數據、設備越來越多，網絡中用戶數據設備除現網HLR外，還會引入EPC HSS以及移動IMS HSS。3種用戶數據設備都存儲用戶數據，但三者在服務用戶、接口協議、功能等方面有較大差別。HLR、EPC-HSS、IMS-HSS融合組網如圖1所示。

2G/TDHLR、EPC-HSS、移動IMS-HSS獨立建設會導致CS/PS/EPS/CM-IMS跨域數據交互及組網結構復雜、重復設備投資、數據冗余存儲、對同一用戶多點業務開通、鑒權失敗等問題。

2G/TD HLR和EPC HSS融合可滿足多模單待數據卡終端以及CSFB終端的數據融合需求。2G/ TD HLR+EPC HSS和IMS HSS融合可滿足VoLTE終端的數據融合需求。

因此，HLR、EPC-HSS、移動IMS-HSS應實現用戶數據融合，并為整體用戶數據融合提供基礎。

3 分布式HLR架構和功能

3.1 分布式HLR架構

3GPP R4標準架構下的交換網絡特點是承載和控制分離，這種架構帶來了大容量、高處理能力、節約網絡投資的優點，同時簡單、清晰的網絡結構使得網絡擴容和維護成本低，并且可實施容災備份機制。分布式HLR技術在設備架構上借鑒了R4分離架構軟交換MSC的一些概念，采用了數據存儲和業務處理分層的架構（UDC架構），分布式HLR系統架構如圖2所示。

分布式HLR主要由3部分組成。

（1）前端設備

核心處理模塊：負責MAP、Diameter等信令消息的高層協議處理功能。

信令模塊：負責MAP等七號信令以及LTE HSS的Diameter信令消息底層協議處理功能。

E1中繼模塊：用于直聯、準直聯TDM七號信令鏈路接口。

IP模塊：用于IP信令及Diameter信令的接口，連接IP承載網絡。

（2）后端設備（BE）

AUC功能模塊：生成用戶鑒權數據等。

中央數據庫：存儲用戶數據，包括用戶簽約信息等。

（3）其他公共設備

交換矩陣：TDM交換總線、數據交換總線。

同步：時鐘同步、時間同步。

BOSS接口、網管接口、輸入輸出設備（I/O設備）、維護終端等。

3.2 分布式HLR優勢

（1）大容量、集中化

分布式HLR大容量分層架構平臺可滿足大容量集中化建設的要求：FE/BE分層架構可以實現整體性能與容量的靈活在線擴展，從而滿足大容量的設置要求；基于ATCA/刀片式的新平臺可以降低設備能耗和占地，有利于節能減排。

（2）安全性

分布式HLR支持分布式組網架構可有效提升大容量部署的數據安全性：FE與BE、BE與BE可實現異地容災，之間通過IP承載通信；多個FE可以通過主備或負荷分擔方式對MAP業務進行保護；BE之間可以對靜態數據、動態數據進行實時備份，通過主備或負荷分擔方式實現容災。

（3）用戶數據融合

分布式HLR能夠平滑演進支持HLR/EPC HSS/ IMS HSS融合，保證2G/3G用戶不換號轉網為4G用戶；并能夠平滑演進到未來的大容量融合數據中心，使得數據挖掘更加便利，數據價值得以充分利用。

4 分布式融合HSS/HLR部署方案

4.1 BE和FE集中部署在省中心，FE分信令匯接區設置

分布式HLR的BE和FE應以省為單位集中設置，采用成對方式設置，配對的2套分布式HLR安裝在同一數據中心城市的不同機房。成對BE采用“1+1”互備方式，成對HLR FE和HSS FE也采用“1+ 1”互備方式，FE按不同號段承載業務，如圖3所示。

分布式HLR支持分權分域功能，省內多個本地網可根據容量共用一套分布式HLR的BE，省內同一信令匯接區的多個本地網可共用一套分布式HLR的FE。（注：同一對LSTP負責的多個本地網屬于省內同一分信令區）

該方案中FE完全按照信令匯接區設置，不會對B鏈負荷產生影響。FE集中設置導致MSC至HLR的本地信令改為通過LSTP轉接實現，導致FE與LSTP之間的A鏈負荷大大增加。以同一本地網A兩用戶為例，呼叫路由變化如圖4所示。

4.2 BE和FE集中部署在不同的省中心，“1+1”異地備份

分布式HLR采用成對方式設置，配對的2套分布式HLR分別安裝在不同省中心機房。成對BE采用“1+1”互備方式，成對HLR FE和HSS FE也采用“1+1”互備方式，FE按不同號段承載業務，具體如圖5所示。

圖3 BE和FE集中部署在省中心，FE分信令匯接區設置

圖4 FE按信令匯接區集中后信令路由變化情況

圖5 配對的2套分布式HLR分別安裝在不同省中心

分布式HLR支持分權分域功能，省內多個本地網可根據容量共用一套分布式HLR的BE和FE，同時將全省每個本地網的用戶數據平均分配在不同省中心分布式HLR上。

由于該方案未考慮信令匯接區，全省有一半的用戶在呼叫過程中存在信令迂回以及對LSTP之間B鏈負荷的大量增加。以地市A用戶a和用戶b的本地通話為例，用戶a和用戶b的主用數據在省中心A和省中心B，省中心A和省中心B分屬不同的信令匯接區，呼叫流程如圖6所示。

4.3 BE和FE分離設置 （BE集中在省中心，FE分散在本地）

分布式HLR采用成對方式設置，配對的2套分布式HLR的BE分別安裝在不同數據中心機房，成對BE采用“1+1”互備方式，成對FE分散設置在本地，采用“1+1”互備方式，FE按不同號段承載業務。BE與FE之間通過IP專用承載網疏通數據，具體如圖7所示。

圖6 同一本地網分屬不同BE的兩用戶之間的呼叫流程

圖7 BE和FE分離設置（BE在省中心，FE分散在地市）

本方案由于FE設置在地市，對于MSC部署在地市的省網來說，目前情況下對信令網的影響最小。在核心網網元集中化設置的背景下，IMS HSS的FE和EPC HSS的FE如果設置在本地，與核心網網元之間的信令交互存在大量信令迂回，不利于網絡后續演進。

4.4 方案比較

上述3種方案各有優缺點，從對現網的影響、集中化要求、網絡演進以及容災效果等角度進行比較，見表1所列。

表1 分布式融合HSS/HLR建設方案比較

方案建議：從集中化要求、對信令網的調整以及網絡演進角度綜合考慮，建議采用方案一，即BE和FE集中部署在省中心，按信令匯接區分區設置，BE采用“1+1”備份，FE采用“1+1”備份。

5 結束語

移動核心網絡正朝著全業務和全IP網絡的方向發展，網絡分層化、開放化及集中化是移動核心網演進的趨勢。分布式HLR其業務邏輯與用戶數據的分層、業務邏輯與用戶數據間的IP訪問、數據庫開放靈活的接口及架構正是順應了這些發展趨勢。隨著網絡的演進，分布式HLR將演變成融合的用戶數據中心，將用戶數據對外開放，以進行用戶數據充分挖掘及業務創新。