淺議MME Pool 可靠性組網(wǎng)
彭華東
(安徽電信工程有限責任公司,安徽合肥230088)
摘要: 隨著用戶容量增加、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度提高、核心網(wǎng)元容量提高、潮汐現(xiàn)象使MME 間負載不均衡、用戶無法容忍服務(wù)中斷
等等都對MME 網(wǎng)元可靠性帶來了新的挑戰(zhàn)，單個MME 網(wǎng)元組網(wǎng)無法適應(yīng)這些新的要求，由此引入MME POOL。MME
POOL 可靠性組網(wǎng)能使MME 之間達到負荷分擔、提升資源利用率、實現(xiàn)MME 設(shè)備級的異地容災(zāi)備份減少局間位置更新。
關(guān)鍵詞: MME；EPC；SAE；MME POOL；負荷分擔；冗災(zāi)；潮汐效應(yīng)；OPEX
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2014)16-3746-04
MME（Mobile management Entity）,是EPC（Evolved Packet Core）系統(tǒng)SAE（System Architecture Evolution）控制面上的主要網(wǎng)元，與
eNodeB之間存在信令面的接口S1-MME.與S-GW之間存在S11接口，與HSS之間的接口是S6a(Diameter類型協(xié)議) 。與S4-SGSN
之間存在S3接口。與MSC之間存在SGs接口。與其他的MME之間通過S10接口相連。隨著用戶容量增加，需要更多的核心網(wǎng)元，
網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜, OPEX 也隨之增加; 大容量的核心網(wǎng)元對網(wǎng)絡(luò)可靠提出了更高的要求; 人口流動帶來潮汐現(xiàn)象，使MME間負載不
均衡; 用戶對網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來越高，無法容忍服務(wù)中斷。
1 MME Pool 組網(wǎng)
1.1 MM E POOL 介紹
MME Pool特性是多個MME同時為相同的無線區(qū)域服務(wù)（MME Pool區(qū)），Pool內(nèi)MME與Pool區(qū)內(nèi)所有eNodeB互聯(lián)，Pool內(nèi)
MME之間實現(xiàn)資源共享，業(yè)務(wù)負荷分擔。UE接入哪個MME與eNodeB的負荷均衡策略有關(guān)，因此eNodeB需感知MME的設(shè)備狀
態(tài)。如果探測到MME不可用，需要及時調(diào)整負荷均衡策略，將新接入業(yè)務(wù)請求消息分配給其它正常狀態(tài)的MME。另外，eNodeB
需獲取MME的負荷權(quán)重，結(jié)合負荷權(quán)重來為UE選擇接入的MME。
如圖1所示，一組MME可以構(gòu)成一個MME Pool，MME Pool服務(wù)的區(qū)域就稱為MME Pool Area。從TA的角度看，如果一個或多
個TA從屬于某一個MME Pool，那么這些TA的所有的業(yè)務(wù)區(qū)即構(gòu)成MME Pool Area，MME Pool Area 內(nèi)的用戶由MME Pool中的
MME共同服務(wù)。在LTE-EPC標準制定過程中已經(jīng)考慮到了MME Pool的功能，所以MME的網(wǎng)元標識最初就包含了Pool所需的信
息。MME Pool與非Pool的組網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)拓撲方面而言并沒有太大的區(qū)別。但在路由的策略上，MME Pool要求Pool區(qū)內(nèi)的所有MME
和eNodeB間路由均可達。圖1中連線表示邏輯互連關(guān)系，并非物理連接。
1.2 MME Pool 與SGSN Pool 中的差別
新增標識:
1）GUTI（Globally Unique Temporary UE Identity）：MME分配，全局唯一，包含兩個部分。
·GUMMEI：GUMMEI由MCC、MNC、MME標識組成（為便于互操作時區(qū)分接入制式，將MMEGI的高比特位規(guī)劃為1）。
·M-TMSI：M-TMSI長度為32個bit，在一個MME內(nèi)唯一標識一個UE。
GUTI可以在附著或跟蹤區(qū)更新過程中隱式分配，也可以通過GUTI重分配過程顯式分配。GUTI重分配過程可以為UE分配一
個GUTI，新的GUTI在隱式分配時在MME處于EMM-REGISTED狀態(tài)通過附著或TAU流程的接受消息下發(fā)，顯式分配時在ECMCONNECTED
狀態(tài)下通過顯式的PTMSI重分配流程下發(fā)。
2）TAI（Tracking Area Identity）：=MCC(Mobile Country Code)+MNC(Mobile Network Code)+TAC(Tracking Area Code)。
3）TA List：如圖2所示，將若干跟蹤區(qū)TA組合為一個TA List。
①將若干跟蹤區(qū)TA組合為一個TA List，移動終端在此TA List包含的所有TA區(qū)中移動時候時，不再需要發(fā)起TA更新。
②網(wǎng)絡(luò)尋呼用戶時，在整個TA List包含的所有TA區(qū)中尋呼用戶。
③MME在Attach Accept，TAU Accept或者GUTI Reallocation Command消息中會將TA List下發(fā)給UE。
MME Pool與SGSN Pool間差別對比示例:
表1 MME Pool 與SGSN Pool 間差異
網(wǎng)元標識
Null NRI
Non-Broadcast RAI
Default SGSN
指定遷移目標設(shè)備
SGSN Pool
SGSN使用NRI來標識Pool內(nèi)的SGSN，NRI
變長，在不同的Pool中可能長度不同。
空NRI，不標識一個具體的SGSN，與普通
的NRI統(tǒng)一編碼。在對SGSN的負載重分
配和卸載處理中，用于指示RAN應(yīng)該將初
始層三消息轉(zhuǎn)發(fā)給非卸載狀態(tài)的SGSN。
非廣播RAI，用于遷移過程的特殊RAI，與
普通的RAI統(tǒng)一編碼。在對SGSN的卸載
處理中，用于識別Pool 內(nèi)的各SGSN。
SGSN因為在遷移用戶時，給用戶分配的PTMSI
攜帶Null NRI，所以用戶的P-TMSI中
沒有源SGSN標識，所以又增加了該標識來
代表源SGSN。
Default SGSN 是為了解決用戶漫游出
SGSN Pool 的區(qū)域，注冊到Pool 外SGSN時
的移動性管理問題。查詢源SGSN時，需要
基于NRI+RAI，但Pool外的SGSN不一定能
獲知源Pool中NRI的長度，所以不能查詢
源Pool中的SGSN。
SGSN Pool 中遷移用戶時可以指定目
標SGSN，為用戶分配的P-TMSI中包含目
標SGSN的NRI，目標SGSN可以通過Non-
Broadcast RAI來確定源SGSN。
MME Pool
MME 使用MMEC 標識Pool 內(nèi)的MME，
MMEC固定長度。協(xié)議中定義了GUMMEI
作為MME的全局唯一標識。
MME Pool中沒有該標識，在MME Pool中有
特定的原因值標識用于負載重分配。特定
的原因值為Load Balancing TAU Required。
MME Pool中沒有該標識。MME為用戶分
配的臨時標識GUTI中始終攜帶MME的全
局標識GUMMEI。所以當UE在其他MME
上TAU時，新側(cè)的MME可以基于GUMMEI
查詢到舊側(cè)的MME。
MME Pool中沒有該標識，因為MME為用戶
分配的臨時標識GUTI中始終攜帶MME的
全局標識GUMMEI。所以當UE 在其他
MME 上TAU 時，新側(cè)的MME 可以基于
GUMMEI查詢到源側(cè)的MME。
在MME Pool中，不能指定遷移的目標
設(shè)備。
1.3 負載均衡原理
在MME Pool的組網(wǎng)中，由于一個eNodeB與MME Pool內(nèi)的多個MME連接，所以當TA業(yè)務(wù)區(qū)中的UE發(fā)起新的業(yè)務(wù)時，為了使
eNodeB可以根據(jù)負載均衡等原則為UE從Pool中選擇一個服務(wù)的MME，MME需要將負荷權(quán)重下發(fā)給eNodeB。
如圖3所示，假設(shè)MME1的有效用戶容量為4，MME2的有效用戶容量為3，則eNodeB會按4∶3的比例，將UE接入到MME1和
MME2上，具體分發(fā)效果取決于eNodeB的實現(xiàn)方式。
圖3 負載均衡原理圖
1.3.1 MME 通知eNodeB 自身的負荷權(quán)重（S1AP 連接建立時）
在MME Pool中，一個eNodeB與MME Pool中的多個MME連接，所以當建立專用S1連接時，需要為UE選擇一個服務(wù)的MME，
這里的選擇功能被稱為“節(jié)點選擇功能”。eNodeB是根據(jù)各MME對應(yīng)的“負荷權(quán)重”比例進行選擇，MME的負荷權(quán)重值是通過
S1AP消息發(fā)送給池區(qū)中的eNodeB的。MME的負荷權(quán)重值是根據(jù)Pool中其它MME節(jié)點的可用容量加以設(shè)置的。負荷權(quán)重值可以
通過S1 Setup Response消息（圖4）或者MME Configuration Update消息攜帶給eNodeB（圖5）。
圖4 在S1 設(shè)備連接建立時MME 通知eNodeB 自己的負荷權(quán)重流程圖
1）用戶根據(jù)MME Pool中各MME的可用容量的比例關(guān)系分別配置各MME的負荷權(quán)重，取值范圍為：0～255。
2）MME保存各自的負荷權(quán)重。
3）eNodeB向MME發(fā)起SCTP偶聯(lián)建立請求并建立成功。
4）eNodeB向MME發(fā)送S1 Setup Req以建立S1接口設(shè)備連接。
5）MME向eNodeB發(fā)送S1 Setup Rsp消息將MME的負荷權(quán)重(Relative MME Capacity)帶給eNodeB。
6）eNodeB保存MME的負荷權(quán)重信息。
1.3.2 MME 通知eNodeB 自身的負荷權(quán)重（S1AP 連接建立后用戶修改配置）
MME的負荷權(quán)重值可以進行修改，但不會頻繁更新。對于一個相對成熟的網(wǎng)絡(luò)，建議一個月更新一次即可，如在新增了RAN
側(cè)或CN側(cè)網(wǎng)元時進行更新。
同時，當MME容量變更的情況下，也可能需要負荷權(quán)重值的變更。如對于一個Pool中新增的網(wǎng)元，可以設(shè)置一個相對較高的
負荷權(quán)重值，以便該新增網(wǎng)元盡快承接業(yè)務(wù)，達到與Pool內(nèi)其它網(wǎng)元的負荷均衡。
1）用戶修改MME的負荷權(quán)重，取值范圍為：0～255。
2）MME保存修改后的負荷權(quán)重。
3）MME主動向所有連接的eNodeB發(fā)送MME Configuration Update，其中攜帶標識該MME負荷權(quán)重的Relative MME Capacity信元。
圖5 在S1 設(shè)備連接建立時MME 通知eNodeB 自己的負荷權(quán)重流程圖
4）eNodeB更新MME的負荷權(quán)重，作為后續(xù)UE接入時選擇MME的依據(jù)。
5）eNodeB若成功更新數(shù)據(jù)配置，則回復(fù)MME Configuration Update Ack消息給MME。
1.3 Pool 區(qū)內(nèi)TAU 原理
由于MME Pool Area內(nèi)的任意一個TA均被MME Pool內(nèi)所有的MME所服務(wù)，所以UE業(yè)務(wù)過程中在MME Pool Area內(nèi)移動時，
只進行INTRA TAU，不進行INTER TAU（與傳統(tǒng)組網(wǎng)相比，這可以減少INTER TAU，從而減少S6a和S10接口消息，減少丟包，從而
提高服務(wù)質(zhì)量）。
1.4 容災(zāi)原理
實際上，負荷分擔處理已經(jīng)使MME Pool組網(wǎng)具備了一定的MME級的容災(zāi)能力。當MME Pool中某MME發(fā)生故障時，eNodeB
識別該MME故障后，eNodeB會將本來由該MME提供服務(wù)的用戶發(fā)起的新業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到Pool中其他有效的MME上；同時對新接入
的用戶進行MME選擇時不會再考慮該MME，從而實現(xiàn)MME Pool內(nèi)MME間的容災(zāi)。
如圖6所示，在非Pool組網(wǎng)情況下，某UE通過eNodeB2接到MME1上，如果MME1故障將導(dǎo)致eNodeB2到MME1的鏈路斷開，
此時UE的TAU流程失敗。
如圖7 所示，在Pool 組網(wǎng)情況下，我們規(guī)劃圖中的eNodeB 分別連接到兩個MME 上，UE 通過eNodeB2 連接到MME1 上，在
MME1故障以致eNodeB2到MME1的鏈路斷開的情況下，UE在進行TAU的時候流程可以繼續(xù)；eNodeB2可以將消息發(fā)到MME2上，
由MME2提供業(yè)務(wù)。（如果只是eNodeB2到MME1的鏈路斷開，MME1設(shè)備可用，那么MME2收到TAU消息后，可以進行INTER TAU
流程；如果MME1設(shè)備徹底故障，TAU消息直接被拒絕，UE會通過MME2重新發(fā)起附著流程，這個時候eNodeB2會將附著消息發(fā)到
MME2上，即相當于UE通過eNodeB2附著到MME2，由MME2提供業(yè)務(wù)。）
。。。。。