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MSCPool技术详析0

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来源: 作者: 2019-03-21 11:10:43

WCDMA的R4版本于2001年3月冻结,且厂商设备已趋于成熟稳定。因此,WCDMA核心采用R4版本已不容置疑。而R4的“控制与承载分离”的特性,使运营商纷纷选择“大容量,少局所”的核心建设原则。所以,核心的备份策略十分重要。本文就MSCPool这一MSCServer的备份技术进行解析。

3GPPTS23.236“Intra-domainconnection of Radio Access Network (RAN) nodes to multiple Core Network (CN) nodes” 定义了核心控制节点(MSC,SGSN)以池组方式工作的机制。这打破了以往RNC与MSC间一对一的控制关系,如图1所示。

图1

MSCPool适用于非分层络结构(传统MSC)或分层络结构(软交换MSC),其规范中定义Iumode和A/Gsmode也分别适用于WCDMA和GSM。当其用于GSM系统时,简称为A-Flex,用于WCDMA系统时简称Iu-Flex。

1关键技术

MSCPool技术的实现涉及一个关键参数和一个关键功能,关键参数是指络资源标识(NRI),关键功能是指非接入层络节点选择功能(NAS)。

NRI在所有的核心节点中独一无二地标识单个核心节点(即MSC或SGSN),并且NRI的长度在一个池域中所有节点应该相同。当在不同池域重叠内,一个核心节点可以分配多个NRI,但是NRI应该配置相同的长度。NRI是TMSI或P-TMSI的一部分,是由服务核心节点分配给的。NRI具有灵活的长度分配,从0个比特到10个比特。0个比特表示不能使用Iu-Flex技术。NRI往往在TMSI和P-TMSI的23到14比特位编码,23位是NRI的高比特位。假设NRI为10bit,图2为TMSI的比特示意图。

图2

NAS功能在RAN元实现(一般是在RNC),这个功能用于路由初始的非接入层的信令消息或者LLC帧,通过NRI标识选择特定的核心元。首先,RNC根据非接入层的信令消息或者LLC帧推导出NRI,并根据NRI获得配置的核心元节点将消息路由到这个核心元。如果对推导出来的NRI没有配置核心元地址,或者没有推导出NRI(如MS带上来的指示表明不包含NRI),则选择有效的核心元(如根据负荷分担),并将路由消息或LLC帧传送给选择的核心元。

2实现机制

图3

用户刚进入MSCPool的服务区域,RNC根据负载均衡的原则为用户分配一个MSC,MSC给用户分配一个TMSI并完成位置更新过程。TMSI里面带有NRI(NetworkResourceIdentifier),用于在池组内标识MSC。用户注册在此MSC后一直由这个MSC为其服务,直到他离开该MSC Pool的服务区域。在此期间用户如有业务请求,系统将根据请求中TMSI所带的NRI,把话务分配到相应的MSC处理。如图3所示:1个 MSC Pool中共有3个MSC,NRI分别用值1~3表示,RNC必须记录该对应关系,无线接入用户请求中的TMSI中NRI为1,则RNC根据其保存的对应关系,将用户建链请求直传到对应CN:MSC1。

当MS从一个池区进入另一池区的时候,MS在新池区发起位置更新请求(带LAIo,TMSIo),RNC算出NRI不在自己池区中,则选择自己池区中某个MSC来服务,新MSC发现LAIo对应多个MSC,则再根据TMSIo得到NRIo,根据NRIo得到惟一的MSC,即向该MSC取用户标识等信息。之后的流程同通常流程。

图4

当MSC有一个Pool的情况,用户在RNC间切换,包括在MSCServer中切换,都没有核心的切换及位置更新流程。而用户在Pool间切换,如上文所述,新MSC需向原MSC取用户信息。如图4,上半图表示一个Pool,下半图表示Pool间切换的情况。

3流程分析

图5

我们通过一个ISMI附着的过程来说明使用MSCPool的具体流程,如图5所示。

(1)UE发起RRC连接,并发送包含IDNNS信息的Initial_DT(Iu模式)。

(2)RNC任选一核心节点,并产生Initial_UE消息,通过Iu-CS接口发送到所选的MSC/VLR。

(3)执行安全功能(可选)。

(4)如果UE没有注册到MSC,MSC会激发到HLR的位置更新的步骤。

a.发送位置更新UpdateLocation到HLR;

b.如果UE曾经注册到另一VLR,HLR将发送该位置信息删除的步骤给旧的VLR;

c.旧VLR回复CancelLocationAck;

R给新的VLR下发用户数据;

e.新VLR回复Ack,表示收到用户数据;

f.结束位置更新过程后,HLR给新的VLR返回Ack;

C/VLR为UE分配一个新的TMSI,并将该值通过位置更新接收流程送到UE。该TMSI就包括了VLR的NRI值。

4应用场景

MSCPool技术为运营商对移动络的运维带来了诸多优势,其主要应用如下。

(1)减少核心络信令开销负荷

Pool的概念提供了公共MSC/SGSN服务区,原有MSC/SGSN间的位置更新全部优化为MSC内位置更新。因此,MSCPool可大大降低局间的位置更新/切换次数,减少MSC和HLR的系统信令开销,降低核心节点负荷,提升元容量,减少元占用。

(2)核心设备负载均衡

传统络中不同节点由于覆盖范围不同,话务峰值出现在不同时间不同地点,络规划都按各自最大可能出现的话务来配置单个节点。MSCPool的引入,使话务在所有节点中平均分配,避免络资源不均衡利用。

(3)络规划扩容灵活、简化工程实施

Pool的引入,实现了无线接入络和核心络的互不影响。无线络和核心络的扩容相对独立,无需考虑与某个特定MSCServer的容量匹配。同时,该技术的应用,使扩容不会对络产生影响,也无需无线设备的割接过程。因为扩容时,无须重新划分位置区,也不会涉及RAN的重新归属。

(4)实现络级冗余备份保障

假如络中某一节点故障或拥塞,RNC可相应选择“池”内其他可用节点实时接替,实现真正意义上的实时络级冗余安全保障。

5问题分析

在以上应用中,当MSCPool用于络备份时还存在一定的缺陷。

(1)第一次主叫不成功

当某MSCServer故障(或其链路不可达),由其分配TMSI的用户第一次主叫,RNC还是会根据NRI,送到故障MSCServer,因此第一次主叫不成功。但是,当用户主叫不成功,络会要求UE进行一次IMSI的位置更新,当UE进行位置更新时,RNC会将其根据负荷均衡的原则路由到正常的MSCServer。

(2)被叫不可达(无位置更新发生)

当某MSCServer故障,HLR根据其保存的位置信息向该MSCServer要用户的漫游号码MSRN。但是该MSCServer故障,除非用户发起新的位置更新,将HLR的位置信息更改,否则由该MSC分配TMSI的用户作为被叫均不可达。

而有4种情况会发生位置更新:用户发生跨MSCPool的位置更新,周期性位置更新中UE计时器到时而触发,用户开关机以及用户主叫。

以上4种只有“周期性位置更新中UE计时器到时触发”是非用户行为。我们可以调整RNC中周期性位置更新周期时长,将其设为最小周期,RNC通过广播信道通知UE,使终端在较短时间内进行自动位置更新。但是,在TS25331的规范中定义,如果终端发现该计时器值发生变化,UE先还是按原周期进行一次自动的位置触发;其后,UE再根据新计时器值进行位置更新。因此,该方式还是不可用。

目前有一种私有协议能改善该现象。首先,为Pool中每个MSCServer定义一个defaultMSC。当HLR查询某故障MSC中动态数据时,发现信令不可达则改向预先定义的某备用MSC进行数据恢复,通过Global Paging功能激发被叫用户的位置更新(IMSI)。但是,该方法也有一定的局限性,由于3G的规范中定义了MSC Server使用IMSI进行寻呼时,UE的Paging Response 必须使用IMSI,这与2G的络不同。因此,即使采用了该私有协议,用户以TMSI进行位置更新时,RNC不知道该发往池内的哪个MSC,因此池内MSC数众多时随机“命中”的概率就较小。所以,该方案也仅仅是改善了,而不是解决了该问题。

但瑕不掩瑜,MSCPool技术在提高设备容量为运营商节约投资成本的同时,其便于扩容,负荷均衡,减少核心信令链路等也大大节约了运营成本。尤其是随着运营商对服务可靠性、络稳定性以及降低OPEX的日益关注,该技术必将在2G/3G络中得到广泛的运用。

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