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一、3G核心網(wǎng)高可靠性設計的必要性 3G網(wǎng)絡(luò )憑借寬帶化、移動(dòng)化、多媒體化的優(yōu)勢，在社會(huì )信息化進(jìn)程中將發(fā)揮重要的作用。因此，無(wú)論是設備制造商還是運營(yíng)商，甚至是普通百姓都對3G寄予厚望。 3G網(wǎng)絡(luò )可以分成無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩大部分。隨著(zhù)“EVERYTHING OVER IP”在技術(shù)上成為可能，3G核心網(wǎng)架構（WCDMA）從R99（電路域）基于TDM向純IP的R5/R6/R7演進(jìn)。在R5/R6/R7架構中，MSC將承載和控制分離，即MSC分解成兩個(gè)物理實(shí)體，MSCSERVER（軟交換服務(wù)器）和MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）。相較于傳統的TDM MSC（容量為10～30萬(wàn)戶(hù)），MSC SERVER是真正能實(shí)現“大容量，少局所”的技術(shù)。目前，商用化的MSC SERVER具備超過(guò)200萬(wàn)戶(hù)的處理能力，BHCA達600萬(wàn)次以上。容量的劇增，決定了3G網(wǎng)絡(luò )必須采用與傳統TDM MSC完全不同的組網(wǎng)方式。相應地，3G核心網(wǎng)的可靠性必須比TDM MSC提高1～2個(gè)數量級。 二、3G核心網(wǎng)網(wǎng)元簡(jiǎn)介 3GPPR5定義的核心網(wǎng)包括了電路域和分組域兩個(gè)部分，包括MSCServer/VLR、CS-MGW、SGSN、GGSN、HSS/AuC、EIR （可選）以及T－SGW、R－SGW（信令網(wǎng)關(guān)）等網(wǎng)元。3G核心網(wǎng)具備處理所有與話(huà)音呼叫、數據連接以及與外部網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的交換、連接、路由的功能。 CS-MGW：電路域媒體網(wǎng)關(guān)。在Iu接口上，MGW可以支持媒體轉化、承載控制和有效載荷處理。 MSCSever：MSCServer主要負責移動(dòng)始發(fā)和移動(dòng)終結的CS域呼叫的呼叫控制。它終結用戶(hù)到網(wǎng)絡(luò )的信令并將其轉換成網(wǎng)絡(luò )到網(wǎng)絡(luò )的信令。它包含一個(gè)VLR以保持移動(dòng)用戶(hù)的簽約數據以及CAMEL的相關(guān)數據。其中的GMSCSERVER是一個(gè)特例，用于連接核心網(wǎng)CS域與外部的PSTN的實(shí)體，實(shí)現與傳統PSTN網(wǎng)絡(luò )的互通。 SGSN：GPRS業(yè)務(wù)支持節點(diǎn)，是PS域網(wǎng)絡(luò )的核心。它對MS的位置進(jìn)行跟蹤，完成安全鑒權功能與接入控制，并與GGSN共同完成PDP連接的建立、維護與刪除工作。對于3G基站來(lái)說(shuō)，SGSN是通過(guò)Iu接口與3GRNS相連接。 GGSN：是3G網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)。核心網(wǎng)PS域通過(guò)GGSN與外部的分組網(wǎng)相連。 HSS/AuC：歸屬位置寄存器（HSS）是系統的數據中心，它存儲著(zhù)所有在該HSS簽約的移動(dòng)用戶(hù)的位置信息、業(yè)務(wù)數據、帳戶(hù)管理等信息，完成移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶(hù)移動(dòng)性管理。鑒權中心（AuC）用于系統的安全性管理，AuC存儲著(zhù)鑒權信息和加密密鑰，用來(lái)防止無(wú)權用戶(hù)接入系統和保證通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口的移動(dòng)用戶(hù)通信的安全。 T－SGW（傳輸信令網(wǎng)關(guān)）/R－SGW（漫游信令網(wǎng)關(guān)）：分別用于處理3G－CN和PSTN/ISDN網(wǎng)之間的信令轉換及2GPLMN和3GPLMN之間的漫游信令轉換。 三、3G核心網(wǎng)高可靠性設計方法探討 由于MSC交換機已有容錯功能，TDM話(huà)音網(wǎng)絡(luò )具有很高的可靠性，但容量相對較小。因此，TDM話(huà)音網(wǎng)絡(luò )可靠性設計一般考慮網(wǎng)絡(luò )拓撲/傳輸網(wǎng)絡(luò )可靠性和供電系統可靠性設計等即可，著(zhù)重于物理層的安全。而3G核心網(wǎng)同時(shí)承載電路域和分組域業(yè)務(wù)，與傳統的TDM話(huà)音網(wǎng)絡(luò )在可靠性設計上有所不同：既要考慮物理層可靠性設計，也要考慮網(wǎng)絡(luò )層及應用層的可靠性設計。 1．MSCSERVER的可靠性設計 在3GPPR5中，Iu接口引入了IuFlex技術(shù)。Flex為Flexible的簡(jiǎn)寫(xiě)，意為“靈活性”。引入IuFlex接口的好處體現在以下幾個(gè)方面：允許RAN的節點(diǎn)（如RNC/BSC）接入到“池”中的任一個(gè)MSC SERVER/SGSN中；網(wǎng)絡(luò )能提供核心節點(diǎn)路由信息給UE，UE存貯該路由信息；在初始NAS信令階段，UE能提供給RAN現有CN 節點(diǎn)的路由信息，減少了核心網(wǎng)節點(diǎn)（如MSC SERVER與HLR/HSS）之間的交互信令，提高了網(wǎng)絡(luò )性能；RAN及CN具有更好的擴展性。 基于IuFlex的特點(diǎn)，提高M(jìn)SCSERVER可靠性的措施可以通過(guò)以下兩種方式實(shí)現。 （1）MSCServer雙歸屬：1+1主備、1+1互備 主備方式：配置兩個(gè)MSCServer，分別為MSCSERVER1/2。在正常情況下，MSCServer1負責所轄MGW的管理與呼叫處理，MSC Server2通過(guò)與MSC Server1間的心跳線(xiàn)（通常采用SIP-OPTION命令），實(shí)時(shí)監控MSC Server1的工作狀態(tài)。一旦發(fā)現MSC SERVER1故障，便接管MSC SERVER1的所有工作。 互備方式：實(shí)質(zhì)上是負荷分擔方式。即在正常情況下，MSCServer1、MSCServer2分別管理各子域的MGW設備及承擔本域內的業(yè)務(wù)處理。當一個(gè)設備出現故障時(shí)，其所有業(yè)務(wù)處理和MGW管理任務(wù)立即由另一個(gè)備份設備接管。這種備份方案比較經(jīng)濟，沒(méi)必要專(zhuān)門(mén)為某臺MSCServer設置備份點(diǎn)。表 1為上述兩種方式的比較。 表1 1+1負荷分擔和1+1主備方式比較 （2）N+1備份方式 從表1可以看出，對達到電信級可靠性（P=99.999%）的MSCSERVER實(shí)施了雙機備份后，MTBF由單機系統的315秒縮短至雙機系統的 0.003秒。但設備利用率平均只有50%，顯然偏低。于是便有了N+1備份方案。N+1方案實(shí)際上仍為主備用方案，即其中一個(gè)MSCSERVER平時(shí)不承擔話(huà)務(wù)，僅當SERVER“池”中的一個(gè)MSCSERVER出現故障時(shí)，才接管其話(huà)務(wù)。隨著(zhù)N的增加，設備的平均利用率得到提高。 表2是對各種N+1備份方式的比較。 從表2可看出，當N＞3時(shí)，設備利用率增長(cháng)明顯減緩，“池”的MTBF不變。但隨著(zhù)N增大，工程實(shí)施難度會(huì )明顯增加。故在商用網(wǎng)絡(luò )上，一般選擇N≤3，這既提高了設備利用率，又具有可操作性，是比較合理的方案。 表2 N+1備份方式比較 2．MGW可靠性設計 Mini-Flex技術(shù)是一種用于MGW安全性的方案。在該方案中，RNC可接入多個(gè)MGW，這些MGW都屬于同一個(gè)MSCSERVER管轄。 RNC通過(guò)MGW1接入到核心網(wǎng)。MGW負荷分擔技術(shù)在RNC—MGW1連接的基礎上增加了RNC—MGW2、RNC—MGW3兩條備份連接線(xiàn)。 MSCServer通過(guò)H.248的SCTP連接和Iu接口的SCCP連接判斷Iu連接狀態(tài)，當所有H.248的SCTP連接和SCCP連接都斷了，并在一定時(shí)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(guò)Iu接口判斷對端MGW是否故障，當檢測到故障后，啟動(dòng)切換流程，切換到備份 MGW。 3．HSS/HLR可靠性設計 HSS/HLR是典型的計算機數據庫。因此，通常采用1+1主備或N+1主備用方式提高其可靠性�？紤]到HSS/HLR的重要性，采用1+1方案更為合理。 4．其它核心網(wǎng)元的可靠性設計 （1）CG是計費網(wǎng)關(guān)，是非常重要的網(wǎng)元。SGSN、GGSN都將產(chǎn)生的計費信息傳送到CG，如果主用CG失效，可采取重定向措施，將計費信息發(fā)送至備用CG。當然，亦可以采取計算機雙機技術(shù)來(lái)提高CG的可靠性，但這種方法不具有容災能力。 （2）GGSN是3G網(wǎng)對外互聯(lián)的數據網(wǎng)關(guān)，物理實(shí)體通常是經(jīng)過(guò)適當修改的路由器。因此，可以采用負荷分擔方法提高可靠性。 （3）IP信令網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現TDMNO.7信令到IP信令的轉換。其可靠性要求比媒體網(wǎng)關(guān)要求更高。目前IPSTP 的技術(shù)受制于IP協(xié)議的局限，無(wú)論從功能還是性能上，都達不到基于TDM的NO.7系統。因此，現階段大多數廠(chǎng)家將SG內置在MGW中。網(wǎng)間信令互通采取直聯(lián)方式。至于MSC SERVER間互通信令，目前推薦使用BICC。 5．承載網(wǎng)的可靠性設計 3GPPR5以后版本，核心網(wǎng)完全IP化，因此，核心網(wǎng)元之間由IP網(wǎng)絡(luò )承載。目前，比較成熟的IP技術(shù)是MPLSVPN/TE/FRR等用于核心網(wǎng)元間的傳送技術(shù)。其中，MPLSVPN可以實(shí)現安全的隔離，TE（流量工程）主要用于QoS控制，FRR用于快速重路由。 提高承載網(wǎng)可靠性的方法主要是采用雙路由（多路由）設計。 6．核心網(wǎng)應用層安全性設計 核心網(wǎng)包括CS域和PS域，最大的安全威脅來(lái)自于PS域。主要包括：Gp/Gn域的安全威脅；Gi域的安全威脅；Gom域安全威脅。 對于來(lái)自外部的PS域的威脅，目前主要采取防火墻、防病毒軟件等方法進(jìn)行防范�；谏疃葯z測的安全技術(shù)日趨完善，預計在不遠的將來(lái)會(huì )得到較好的應用。對于來(lái)自?xún)炔康耐{，必須通過(guò)加強管理，使用軟件等方法解決。 |
