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MSCPool组网规划研究及问题分析0

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来源: 作者: 2019-03-13 13:56:57

1 引言

随着移动通信的快速发展,市场竞争日趋激烈。为抢占市场竞争的制高点,如何为用户提供更优质的服务,提高络设备的利用率以降低成本,成为所有移动运营商高度关注的问题。

为了便于向3G络平滑演进,当前基于3GR4组的软交换在各大运营商络均得到了大规模应用。软交换承载控制分离的架构以及大容量的特点使其设备的安全性显得越来越重要。而传统MSC基于单板和端口的安全备份机制已经不能满足软交换络的安全要求,有必要引入新的安全容灾备份机制,以提高络的安全性,在激烈的市场竞争中争取有利的地位。在这种背景下,各种软交换容灾方式先后出现,例如1+1互助方式、N+1主备方式以及MSCPool方式。同时,在保证络安全的前提下,如何有效地进行容量合理配置以及话务合理分配,提高络设备利用率,也是需要重点考虑的问题。

2 MSCPool工作原理

MSCPool是3GPPR5中提出的概念。通常情况下,我们将MSCPool在3G中的应用称为Iu-Flex,在2G中的应用称为A-Flex。其基本工作原理如下:当用户进入到某个MSC Pool 的覆盖区域时,RAN节点会按照负载均衡的原则将用户的位置更新请求随机地分配给池组中的某一个MSC,这个MSC完成位置更新过程并给用户分配一个TMSI,这个TMSI里面携带了“络资源标志(NRI)”字段,用来标识为这个用户服务的MSC编号。该用户在MSC Pool 的服务区域内移动时,将一直由这个MSC为其服务,直到离开MSC Pool的服务区域为止。在这期间,如果用户有业务请求,那么RAN节点将根据请求消息中所带的TMSI中的NRI 信息,将话务直接分配到对应的MSC进行处理。

在这种工作模式下,一个MSCPool中多个MSC节点可以看作是一个大容量的MSC,用户在Pool的移动,可以认为是在一个MSC管辖区域内移动,从而减少了MSC间的位置更新、切换和重定位,降低了C/D/E接口消息流量。

当MSCPool内某个MSC发生故障退出服务时,RAN节点将会把该MSC下用户的业务请求分配到Pool内其他有效的MSC(根据负荷均衡原则),从而实现对MSC的容灾。

3 MSCPool技术要点介绍

3.1NRI参数

NRI(络资源标识)用于独一无二地标识MSCPool中的核心节点。在核心电路域,NRI是TMSI的一部分,取自TMSI的一部分比特位(从0~10个比特,0比特表示不采用NRI,即不应用Iu-Flex技术)。其具体结构如图1所示。

图1 TMSI结构

TMSI高两位,即30、31位比特保留,用于区分域类型,即不能用于区分用户。26~29位比特用于VLR重启,这段长度各厂商可以灵活分配,这里假设长度为4位比特。这样,TMSI的有效长度只剩下26位比特,其中NRI可以占用14~23位比特(NRI长度可变)。

NRI长度的取定和MSC的容量相互制约(不同厂商的TMSI结构有一定差异,为了便于说明,本文假定TMSI的可用长度为26位比特),单个MSCPool的NRI长度与MSC容量制约关系见表1。

表1 NRI与MSC容量对应关系

另外,当相邻Pool区NRI相同时,会出现负荷失衡的现象,因此全相邻Pool间的NRI要避免重复。为了避免相邻Pool的NRI相同,按照4色原理将所有NRI分成4组色集,具体如图2所示,4种不同颜色Pool区域的NRI不能重复。

图2 相邻Pool的NRI的4种色集

假设NRI有效长度为5bit,取值0~31。那么NRI红色集1:0~7供Pool1使用;NRI蓝色集2:8~15供Pool2使用;NRI黄色集

3:16~23供Pool3使用;NRI绿色集4:24~31供Pool4使用。

当NRI长度为5bit时,MSCPool里的MSC服务器的实际个数最大为32/4=8个,此时对应的每个MSC服务器的最大容量约200万。当一个MSC Pool里的MSC服务器的个数超过8个时,则需要NRI取到6 bit,每个MSC服务器的最大容量就会下降到100万左右。

由于NRI一旦应用之后,对其进行调整改变将会对络造成较大影响,同时为了避免相邻Pool之间的用户漫游时出现NRI取值相同而发生负荷失衡的现象,建议对NRI进行全统一规划,全NRI使用相同的长度和比特位;Pool重叠或者相邻的几个MSCPool中所有节点的NRI必须惟一;同一个Pool内一个核心节点可以分配多个NRI,但同一个NRI只能惟一归属于一个核心节点。

3.2NNSF功能

NNSF功能即根据NRI来选择特定的核心元,用于路由初始的NAS信令消息或者LLC帧。此功能在RAN节点(RNC或者BSC)实现,也有设备厂商在MGW上实现该功能。如果NNSF功能根据NAS信令消息或者LLC帧推导出NRI,并配置了该NRI对应的核心元节点地址,则这些消息路由到这个核心元。如果推导出来的NRI没有配置对应的核心元地址,或者配置了地址但是该核心元发生故障退出服务,又或者没有推导出NRI(如MS带上来的指示表明不包含NRI),则NNSF功能将随机选择Pool内有效的核心元(根据负荷均衡原则),并路由消息或LLC帧到选择的核心元。

在不同的接入方式下,NNSF推导NRI的方法如下:

(1)当MS在Iu口接入时,NNSF从IDNNS(域内NAS节点选择器)字段获得NRI,IDNNS字段由MS提供给RNC,IDNNS源自TMSI、IMSI、IMEI等参数,在IDNNS字段中有指示比特指明其源自哪个参数;

(2)当MS在A口接入时,NNSF从TMSI字段获得NRI。

4 组建MSCPool的前提条件

要实现MSCPool并尽可能发挥其组优势,应解决以下问题。

(1)MSCPool的无线管辖区域尽可能连续覆盖

如果多个Pool区域交错混杂在一起,或者单个Pool与非Pool区域混杂在一起,将导致Pool间或者Pool与非Pool区域间的切换和位置登记大大增加,C/D接口以及E接口的信令流量也将大大增加;同时,无线数据配置的复杂度也会大大增加。因此,规划时需要根据络实际情况调整部分传统MSC的管辖区域,使得软交换络的管辖区域尽可能连续。

(2)虚拟MGW技术

目前,一个MGW同一时刻只能惟一归属于一个MSC服务器(双归属技术也是如此),而在MSCPool中,MGW需要与Pool内所有的MSC服务器相连,同时接受每个MSC 服务器的管理。虚拟MGW技术就是将单个MGW虚拟成N个MGW(N的取值与Pool内MSC 服务器的数量相同),每个虚拟MGW分别与对应的MSC 服务器连接,接受MSC 服务器的管理。

由于目前A接口难以实现IP化,每个MGW虚拟成N个MGW后,每个BSC需要分别与N个虚拟MGW连接,A接口电路将由Pool内所有的MSC服务器来管理,这样就降低了统计复用效率,极大浪费了A接口资源,也限制了Pool内MSC的数量。同时,Pool内每次扩容增加MSC服务器,所有的BSC都需要进行相应的调整,今后的维护难度将增大。因此虚拟MGW技术将增加A接口的管理难度。目前有设备厂商提出将MSC服务器的A接口电路管理控制功能转移到MGW来解决该问题,但会增加MGW的复杂度,因此该问题还有待进一步的研究。

(3)Nb接口IP化

由于采用虚拟MGW技术,每个MGW都被虚拟成N个MGW,与对应的N个MSC服务器互联。如果是传统的TDM方式,虚拟MGW之间的络连接将是非常复杂的,而且,随着Pool中MSC服务器数量的增加,每个MGW都需要进行调整。

Nb接口的IP化将能很好地解决这个问题,可以极大地简化络连接,节省投资,便于维护管理。

(4)MSCPool的安全策略

MSCPool应具备某种安全策略,即当Pool内所有可用MSC的剩余容量之和不足以分担其中一个MSC的业务需求时,若某个MSC出现故障,则将不允许此MSC的用户被分配到Pool内的其他MSC,避免造成整个Pool的瘫痪。这要求在MSCPool的规划、维护过程中,要关注Pool的实时负荷,提前预警,及时处理。

(5)被叫恢复问题

MSCPool内某MSC故障后,HLR将无法发送PRN消息(提供漫游号码消息)到该MSC,此时注册在该故障MSC中的用户无法做被叫。只有等待该故障MSC的用户主动做了位置更新或做了主叫而注册到MSCPool内其他有效的MSC后,才能够做被叫。周期性位置更新在RAN侧通常配置为60min,如果用户在周期性位置更新时间内没有做主叫或者进行主动位置更新,则被叫将一直没有办法接通。

另外,当故障MSC恢复后(恢复时间在一个周期性位置更新周期内,VLR中用户相关信息已被清空),注册在该MSC的用户由于故障恢复后的MSC中无用户LAI信息,因此需要进行全寻呼才能呼叫用户,而在MSCPool组情况下不能启用全寻呼(在MSCPool组情况下,由于服务区域很大,因此不允许启用全寻呼),这也将导致被叫失败。

被叫问题是由MSCPool的自身组方式带来的,如果不对呼叫流程进行一定的更改,只有缩短位置更新周期来减少影响时间,但是无法彻底解决问题。被叫问题将给客户满意度带来较大的负面影响,因此,该问题需要进一步研究、解决。

5 引入MSCPool对现的影响

5.1对络运行维护的影响

(1)话统指标的变化

由于Pool内所有MSC将为每一个RAN节点服务,因此以前单个MSC基于LAI和RNC/BSC的话统指标将发生改变;MSC间的切换指标也将产生变化。由于Pool的引入,也将产生一些新的基于Pool的话统指标,例如Pool间的位置登记、切换等。现有的北向接口必须对MSCPool话统KPI统一定义,重新修改指标。

(2)用户跟踪方式的变化

由于RAN节点归属于每一个MSC/VLR,因此无法根据位置确定用户的归属MSC/VLR,这样在MSC/VLR就无法对投诉用户进行跟踪,需要在更高一级的管系统中查询获知用户归属的MSC/VLR,从而进行用户跟踪处理。

(3)数据配置的成倍增加

由于Pool内的MSC服务器需要配置整个辖区内所有的RAN节点和MGW的数据,造成数据量的成倍增加。因此需要有数据配置工具来降低数据配置的工作量,减少数据配置错误的可能性。元间的一致性检查和校验也是很重要的功能。

(4)MSC负荷的手工调整

MSCPool运行一段时间后,由于种种原则,例如初期规划的不合理、新增MSC的加入等,都会造成Pool内MSC之间的负荷不均衡,这时需要进行负荷的手工调整(即负荷重分配功能),以使Pool内负荷重新达到均衡。因此,需要制定规程来明确负荷状态的监控和调整机制。

5.2对计费的影响

目前中国移动运营商的计费主要以本地为基础,不同本地计费的标准不一致。如果跨本地引入MSCPool之后,就会导致计费问题。例如,跨本地组建Pool时,两个本地的用户可能由同一个MSC服务,这时会出现同一个MSC的用户拨打同一个号码而资费不一致的情况。

为了真实反映用户的实际位置,根据用户的实际位置来实现灵活的计费,建议根据LAI来进行计费。采用LAI方式计费,需要对BOSS系统进行改造,同时需要HLR支持PSI(提供用户信息)功能,由HLR发出PSI消息以获得被叫的最新位置信息,再反馈给SCP。

6 MSCPool组规划建议

MSCPool的组规划是一项系统工程,需要考虑很多因素,这里列出几个需重点考虑的方面,并给出相关建议。

(1)MSCPool引入的时机

当前面提到的关于MSCPool组的几个问题得到了较好的解决后,便可引入MSCPool。至于2G、3G是分别组还是独立组,需要根据3G牌照的发放时间和MSCPool技术的成熟程度具体考虑。

(2)NRI全统一规划

NRI的规划不统一会导致Pool内的负荷不均衡,也将为以后Pool的维护管理带来很大的困难,因此建议NRI全统一规划。

(3)MSCPool容量规划

如果全组建MSCPool,MSCPool内核心节点的数量应当统筹考虑,太少,则Pool区域过小,无法体现Pool的大区和容灾优势;太多,则维护规划难度加大。根据本文前面章节的假设,建议MSC服务器个数以

8~16个为宜(实际组时的核心节点具体个数,需根据实际规划的TMSI可用长度及NRI位数而定)。

MSCPool内MSC的容量冗余度应根据容灾的具体要求来考虑,在MSC数量一定的前提下,要求同时容灾的MSC数量越多,MSC的容量冗余度越大。

(4)MSCPool组的地域选择

MSCPool组、规划的Pool在无线管辖区域应该连续,同时为了运维的便利,不建议跨省组。为了解决特大城市的“潮汐效应”和移动性信令问题,以及发达地区与欠发达地区的劳务人口流动和话务不平衡问题,MSCPool区域的选择应考虑区域性的话务互补,例如大城市与卫星城市共同组建Pool,发达地区和不发达地区共同组建Pool,以提高设备的利用率,充分发挥MSCPool的组优势。

(5)DefaultMSC的规划

DefaultMSC用于Pool内的用户漫游出Pool区域注册到Pool外的MSC时的移动性管理问题,或者用于用户切换到Pool外MSC时的切换请求。DefaultMSC需要配置Pool内所有的MSC信息和NRI,用于向Pool内目标MSC转发Pool外MSC的切换/位置登记请求信息,因此,可以认为DefaultMSC充当了MSC Pool内核心元与外界MSC之间的消息转接点。

Pool的每个MSC都可以配置成DefaultMSC,为了防止单点故障,应规划两个以上的DefaultMSC。

(6)MSCPool的扩容、分裂以及重组

MSCPool的扩容、分裂以及重组,应当尽量保证Pool的地域连续性,减小对现的影响,尽量不增加运维的复杂度,充分发挥MSCPool的优越性。

7 结束语

MSCPool的组规划是个较为复杂的系统工程,需要从投资、运维、工程实施、业务需求等多方面综合考虑,尽量减少对现的影响和将来对络的调整,充分发挥MSCPool的组优势。MSCPool组需要通过长期的探索实践来进行丰富和优化。

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