WCDMA的R4版本于2001年3月凍結(jié),且廠商設(shè)備已趨于成熟穩(wěn)定。因此，WCDMA核心網(wǎng)采用R4版本已不容置疑。而R4的“控制與承載分離”的特性，使運(yùn)營商紛紛選擇“大容量，少局所”的核心網(wǎng)建設(shè)原則。所以，核心網(wǎng)的備份策略十分重要。本文就MSCPool這一MSCServer的備份技術(shù)進(jìn)行解析。
3GPPTS23.236“Intra-domainconnection of Radio Access Network (RAN) nodes to multiple Core Network (CN) nodes” 定義了核心網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)（MSC,SGSN）以池組方式工作的機(jī)制。這打破了以往RNC與MSC間一對一的控制關(guān)系，如圖1所示。

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圖1
MSCPool適用于非分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（傳統(tǒng)MSC）或分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（軟交換MSC），其規(guī)范中定義Iumode和A/Gsmode也分別適用于WCDMA和GSM。當(dāng)其用于GSM系統(tǒng)時，簡稱為A-Flex，用于WCDMA系統(tǒng)時簡稱Iu-Flex。

1關(guān)鍵技術(shù)
MSCPool技術(shù)的實(shí)現(xiàn)涉及一個關(guān)鍵參數(shù)和一個關(guān)鍵功能，關(guān)鍵參數(shù)是指網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(NRI)，關(guān)鍵功能是指非接入層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)選擇功能(NAS)。
NRI在所有的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中獨(dú)一無二地標(biāo)識單個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)(即MSC或SGSN)，并且NRI的長度在一個池域中所有節(jié)點(diǎn)應(yīng)該相同。當(dāng)在不同池域重疊內(nèi)，一個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以分配多個NRI，但是NRI應(yīng)該配置相同的長度。NRI是TMSI或P-TMSI的一部分，是由服務(wù)核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分配給手機(jī)的。NRI具有靈活的長度分配，從0個比特到10個比特。0個比特表示不能使用Iu-Flex技術(shù)。NRI往往在TMSI和P-TMSI的23到14比特位編碼，23位是NRI的高比特位。假設(shè)NRI為10bit，圖2為TMSI的比特示意圖。

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圖2
NAS功能在RAN網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)（一般是在RNC），這個功能用于路由初始的非接入層的信令消息或者LLC幀，通過NRI標(biāo)識選擇特定的核心網(wǎng)網(wǎng)元。首先，RNC根據(jù)非接入層的信令消息或者LLC幀推導(dǎo)出NRI，并根據(jù)NRI獲得配置的核心網(wǎng)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)將消息路由到這個核心網(wǎng)網(wǎng)元。如果對推導(dǎo)出來的NRI沒有配置核心網(wǎng)網(wǎng)元地址，或者沒有推導(dǎo)出NRI(如MS帶上來的指示表明不包含NRI)，則選擇有效的核心網(wǎng)網(wǎng)元(如根據(jù)負(fù)荷分擔(dān))，并將路由消息或LLC幀傳送給選擇的核心網(wǎng)網(wǎng)元。
2實(shí)現(xiàn)機(jī)制

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圖3
用戶剛進(jìn)入MSCPool的服務(wù)區(qū)域，RNC根據(jù)負(fù)載均衡的原則為用戶分配一個MSC，MSC給用戶分配一個TMSI并完成位置更新過程。TMSI里面帶有NRI（NetworkResourceIdentifier），用于在池組內(nèi)標(biāo)識MSC。用戶注冊在此MSC后一直由這個MSC為其服務(wù)，直到他離開該MSC Pool的服務(wù)區(qū)域。在此期間用戶如有業(yè)務(wù)請求，系統(tǒng)將根據(jù)請求中TMSI所帶的NRI，把話務(wù)分配到相應(yīng)的MSC處理。如圖3所示：1個 MSC Pool中共有3個MSC，NRI分別用值1～3表示，RNC必須記錄該對應(yīng)關(guān)系，無線接入用戶請求中的TMSI中NRI為1，則RNC根據(jù)其保存的對應(yīng)關(guān)系，將用戶建鏈請求直傳到對應(yīng)CN：MSC1。
當(dāng)MS從一個池區(qū)進(jìn)入另一池區(qū)的時候，MS在新池區(qū)發(fā)起位置更新請求（帶LAIo,TMSIo），RNC算出NRI不在自己池區(qū)中，則選擇自己池區(qū)中某個 MSC來服務(wù)，新MSC發(fā)現(xiàn)LAIo對應(yīng)多個MSC，則再根據(jù)TMSIo得到NRIo，根據(jù)NRIo得到惟一的MSC，即向該MSC取用戶標(biāo)識等信息。之后的流程同通常流程。

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圖4
當(dāng)MSC有一個Pool的情況，用戶在RNC間切換，包括在MSCServer中切換，都沒有核心網(wǎng)的切換及位置更新流程。而用戶在Pool間切換，如上文所述，新MSC需向原MSC取用戶信息。如圖4，上半圖表示一個Pool，下半圖表示Pool間切換的情況。
3流程分析

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圖5
我們通過一個ISMI附著的過程來說明使用MSCPool的具體流程，如圖5所示。
(1)UE發(fā)起RRC連接，并發(fā)送包含IDNNS信息的Initial_DT（Iu模式）。
(2)RNC任選一核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，并產(chǎn)生Initial_UE消息，通過Iu-CS接口發(fā)送到所選的MSC/VLR。
(3)執(zhí)行安全功能（可選）。
(4)如果UE沒有注冊到MSC，MSC會激發(fā)到HLR的位置更新的步驟。
a.發(fā)送位置更新UpdateLocation到HLR；
b.如果UE曾經(jīng)注冊到另一VLR，HLR將發(fā)送該位置信息刪除的步驟給舊的VLR；
c.舊VLR回復(fù)CancelLocationAck；
d.HLR給新的VLR下發(fā)用戶數(shù)據(jù)；
e.新VLR回復(fù)Ack，表示收到用戶數(shù)據(jù)；
f.結(jié)束位置更新過程后，HLR給新的VLR返回Ack；
g.MSC/VLR為UE分配一個新的TMSI，并將該值通過位置更新接收流程送到UE。該TMSI就包括了VLR的NRI值。
4應(yīng)用場景
MSCPool技術(shù)為運(yùn)營商對移動網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維帶來了諸多優(yōu)勢，其主要應(yīng)用如下。
(1)減少核心網(wǎng)絡(luò)信令開銷負(fù)荷
Pool的概念提供了公共MSC/SGSN服務(wù)區(qū)，原有MSC/SGSN間的位置更新全部優(yōu)化為MSC內(nèi)位置更新。因此，MSCPool可大大降低局間的位置更新/切換次數(shù)，減少M(fèi)SC和HLR的系統(tǒng)信令開銷，降低核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，提升網(wǎng)元容量，減少網(wǎng)元占用。
(2)核心網(wǎng)設(shè)備負(fù)載均衡
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)由于覆蓋范圍不同，話務(wù)峰值出現(xiàn)在不同時間不同地點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃都按各自最大可能出現(xiàn)的話務(wù)來配置單個節(jié)點(diǎn)。MSCPool的引入，使話務(wù)在所有節(jié)點(diǎn)中平均分配，避免網(wǎng)絡(luò)資源不均衡利用。
(3)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃擴(kuò)容靈活、簡化工程實(shí)施
Pool的引入，實(shí)現(xiàn)了無線接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)的互不影響。無線網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容相對獨(dú)立，無需考慮與某個特定MSCServer的容量匹配。同時，該技術(shù)的應(yīng)用，使擴(kuò)容不會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，也無需無線設(shè)備的割接過程。因為擴(kuò)容時，無須重新劃分位置區(qū)，也不會涉及RAN的重新歸屬。
(4)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級冗余備份保障
假如網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)故障或擁塞，RNC可相應(yīng)選擇“池”內(nèi)其他可用節(jié)點(diǎn)實(shí)時接替，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)級冗余安全保障。
5問題分析
在以上應(yīng)用中，當(dāng)MSCPool用于網(wǎng)絡(luò)備份時還存在一定的缺陷。
(1)第一次主叫不成功
當(dāng)某MSCServer故障（或其鏈路不可達(dá)），由其分配TMSI的用戶第一次主叫，RNC還是會根據(jù)NRI，送到故障MSCServer，因此第一次主叫不成功。但是，當(dāng)用戶主叫不成功，網(wǎng)絡(luò)會要求UE進(jìn)行一次IMSI的位置更新，當(dāng)UE進(jìn)行位置更新時，RNC會將其根據(jù)負(fù)荷均衡的原則路由到正常的MSCServer。
(2)被叫不可達(dá)（無位置更新發(fā)生）
當(dāng)某MSCServer故障，HLR根據(jù)其保存的位置信息向該MSCServer要用戶的漫游號碼MSRN。但是該MSCServer故障，除非用戶發(fā)起新的位置更新，將HLR的位置信息更改，否則由該MSC分配TMSI的用戶作為被叫均不可達(dá)。
而有4種情況會發(fā)生位置更新：用戶發(fā)生跨MSCPool的位置更新，周期性位置更新中UE計時器到時而觸發(fā)，用戶開關(guān)機(jī)以及用戶主叫。
以上4種只有“周期性位置更新中UE計時器到時觸發(fā)”是非用戶行為。我們可以調(diào)整RNC中周期性位置更新周期時長，將其設(shè)為最小周期，RNC通過廣播信道通知UE，使終端在較短時間內(nèi)進(jìn)行自動位置更新。但是，在TS25331的規(guī)范中定義，如果終端發(fā)現(xiàn)該計時器值發(fā)生變化，UE先還是按原周期進(jìn)行一次自動的位置觸發(fā);其后，UE再根據(jù)新計時器值進(jìn)行位置更新。因此，該方式還是不可用。
目前有一種私有協(xié)議能改善該現(xiàn)象。首先，為Pool中每個MSCServer定義一個defaultMSC。當(dāng)HLR查詢某故障MSC中動態(tài)數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)信令不可達(dá)則改向預(yù)先定義的某備用MSC進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，通過Global Paging功能激發(fā)被叫用戶的位置更新（IMSI）。但是，該方法也有一定的局限性，由于3G的規(guī)范中定義了MSC Server使用IMSI進(jìn)行尋呼時，UE的Paging Response 必須使用IMSI，這與2G的網(wǎng)絡(luò)不同。因此，即使采用了該私有協(xié)議，用戶以TMSI進(jìn)行位置更新時，RNC不知道該發(fā)往池內(nèi)的哪個MSC，因此池內(nèi) MSC數(shù)眾多時隨機(jī)“命中”的概率就較小。所以，該方案也僅僅是改善了，而不是解決了該問題。
但瑕不掩瑜，MSCPool技術(shù)在提高設(shè)備容量為運(yùn)營商節(jié)約投資成本的同時，其便于擴(kuò)容，負(fù)荷均衡，減少核心信令鏈路等也大大節(jié)約了運(yùn)營成本。尤其是隨著運(yùn)營商對服務(wù)可靠性、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及降低OPEX的日益關(guān)注，該技術(shù)必將在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的運(yùn)用。

作者：席平亞　上海電信長途無線部

[ 本帖最后由 kunsino 于 2008-3-10 07:28 編輯 ]