分布式HLR应用分析

来源：职称驿站所属分类：通信论文发布时间：2012-07-14 09:35:14浏览：次

　　【摘要】：本文从下一代HLR的特点入手，对建设分布式HLR进行了分析论证，为今后广泛使用积累了理论基础。
　　
　　【关键词】：用户业务数据，分布式HLR，FE，BE，分离架构
　　
　　全球越来越多的运营商逐步意识到集中管理用户业务数据的重要性，以用户为中心的业务数据融合逐渐成为业界趋势。建设以用户为中心的网络，快速推出新的有吸引力的业务，使用户能够得到一致的业务体验，是提高用户ARPU和忠诚度的关键措施。但当前，由于用户业务数据分散在网络诸多不同的功能实体中，各个功能实体又都有自己的用户业务数据管理方式，从而形成了一个个“信息孤岛”，使得整个运营商的网络变得非常复杂。同时，这些各自孤立的信息很难被运营商利用起来为用户开拓增值服务，业务创新困难，这也使得运营商在多种网络下难以给用户提供一致的业务体验。
　　面对市场需求的变化和竞争的日益加剧，HLR网络的转型势在必行，然而为了保证网络健康持续的发展，HLR网络的转型是一个渐进而漫长的过程。分布式HLR是伴随通信网络的发展要求、通信和IT技术的进步而在近年来发展起来的新型用户数据解决方案。
　　1分布式HLR应用
　　1.1总体描述
　　分布式HLR将所有的用户数据全部集中在统一的后台数据库（数据库后端BE）上，业务逻辑处理功能实体（业务前端FE）下放至各地市。其在网络构架上采用了分布式的全新的理念，充分适应现网承载和控制分离的软交换网络建设的整体思想，适合今后更多新业务的开展，大幅提高了用户数据配置效率，面向未来网络的发展。
　　1.2优势分析
　　R4交换网络的核心是承载和控制分离，由此从R4分离架构的MSC上可得到启示。
　　①大容量，高处理能力：节约网络投资。
　　②简单清晰的网络结构：网络扩容、维护成本低。
　　③可实施的容灾备份方案：有效可靠的容灾。
　　④快速的网络扩容和业务部署：保障业务快速可持续增长。
　　以上的优点，让我们考虑在数据库领域实施分离架构，如图1.2-1所示。
　　
　　图1.2-1数据库领域实施分离架构
　　大容量分布式HLR的实施，打破了传统HLR业务和数据紧耦合的架构，将业务处理部分独立出来成为前端(FE)，数据部分独立出来统一管理形成后端(BE)，可以收编现网传统HLR，平滑演进到HSS，并平滑演进到融合的数据中心(USC)，支撑运营商业务融合战略；同时，数据集中管理后，新业务可以实现快速部署，增强网络竞争力。由于数据库集中放置，用户数据的容量可以做到几千万之多。
　　移动核心网络正朝着全业务和全IP网络的方向发展，网络分层化、开放化及IP化是移动核心网演进的趋势。而分布式HLR其业务逻辑与用户数据的分层，业务逻辑与用户数据间的IP访问，及数据库开放灵活的接口及架构正是顺应了这些发展趋势。
　　因此，随着大容量存储技术的成熟，采用“大容量，高性能，面向未来”的数据库设备来解决网络数据库的问题，极大地简化了网络拓扑。
　　1.3分布式HLR建设思路
　　1.3.1建设原则
　　①可靠优先原则：HLR中存贮的用户数据为运营商的核心数据，其安全可靠与否，对网络的安全可靠运行起着至关重要的作用，稳定性为其生命线。
　　②集中化建设原则：伴随大核心网集中建设的潮流，分布式HLR利用增强虚拟HLR方案实现业务开展和现网运维模式的无缝对接。
　　③技术先进性原则：在保证安全可靠的前提下，尽量使用先进的技术，最大程度的提高系统的可靠性，便于网络后继的发展。随着千万级大容量HLR的出现传统HLR集中处理的设计理念已不能保证系统的安全性，一种全新的设计理念，分布式架构顺势而出，确保大容量下HLR系统的安全。
　　④长期平滑演进原则：具备可平滑演进到HSS和融合数据中心的能力，支持IP信令，保护投资。
　　1.3.2HLR建设步骤
　　本着“整体规划、分步实施”的建设思路，建议建设分布式HLR分为三个阶段，稳步引入新技术，提升安全可靠性的同时实现最大程度的节能减排。
　　①阶段一：FE/BE合一部署
　　建设初期可将分布式HLR当作传统的HLR来用，FE和BE合一建设，对周边网元无特殊要求。积极的引入成熟新技术保护设备投资。
　　②阶段二：FE/BE分离/分布式部署
　　随着软交换集中化建设的进行,pool等一系列新技术的商用，现有的网络形态发生了较大变化，HLR的建网模式随之也发生了变化。随着HLR容量的越来越大和集中建设的推进，由本地网建设模式向业务大区中心建设模式转变；由传统的合一设置向分离分布部署转变，FE靠近软交换放置，BE部署在业务大区中心，异机房或异地部署；由传统两地容灾向三地容灾转变。
　　③阶段三：统一的融合数据中心
　　远期BE里面储存各种用户的各种数据，使HLR的BE转变为融合的数据中心；不同功能的FE处理不同的业务逻辑，方便的实现不同的业务功能。
　　2阶段一：FE/BE合一部署
　　
　　图2-1阶段一：FE/BE合一建设
　　服务一个本地网分布式HLR采用和传统HLR相同的建设模式，对周边网元(STP/BOSS/网管)的要求同传统HLR，其网络拓扑、业务开展和网络维护同传统的HLR。
　　服务于多个本地网的情况下，建议如下：
　　① 信令结构保持不变。需要考虑用户增加对STP信令链路需求的影响，建议通过扩容STP链路个数的方式解决；如STP扩容困难的时候，可考虑MSC集中放置的方案，HLR和MSC通过直连的方式减少对STP链路的需求。
　　② 网管和BOSS模式不变。可通过虚拟HLR技术，解决跨本地网组网对网管和BOSS带来的问题，保持与现有模式兼容。
　　③ 考虑到整个网络的安全性，合一建设的HLR容量不建议超过千万。
　　④ 支持N+1容灾方案，现网N+1方案无需改造。
　　⑤ 合一组网情况下，BE和FE之间采用内部的IP网络，采用双平面连接的方式，对IP承载网无需求。
　　此外，对于信令链路需求，按照信令链路负荷0.02erl（单向），每1万用户需要1条64K链路。
　　3阶段二：FE/BE分离/分布式部署
　　如图3-1所示：
　　
　　图3-1FE/BE分离/分布式部署方案
　　(1) 组网说明：
　　①每个省分根据用户容量大小划分为1个或多个业务大区，一个分布式HLR建议部署在一个业务大区内，不进行跨业务大区的部署，以便于业务开展和运维。
　　②每个业务大区根据用户容量可建设一个或多个分布式HLR。
　　分布式HLR由FE和BE组成。FE负责处理HLR的信令接入、业务处理，BE负责保存HLR的数据，FE与BE间通过标准接口进行数据访问。这样的架构实现了数据与业务处理的分离，为分布式HLR向融合数据中心的演进提供了基础。
　　(2) FE的功能：
　　① 提供对其他网元（如STP、MSC等）的TDM、IP、ATM信令接口。处理HLR的MAP业务。
　　② 当FE进行HLRMAP业务处理时，需要向BE查询用户的数据，当业务处理需要修改用户数据时，发送数据修改消息给BE。
　　③分布式HLR中部署多FE，多个FE负荷分担进行MAP业务处理，提高了HLR处理能力和可靠性。
　　(3) BE的功能：
　　①负责保存用户数据。
　　②对FE提供数据查询、增加、删除、更新服务。
　　③ 提供BOSS接口，进行用户业务签约。
　　④可部署多个BE节点，实现数据访问的负荷分担与数据容灾备份。
　　(4) HLRFE信令接入方案
　　① 传统方式（无需对现有网络改造）
　　 将FE看作传统的HLR，与现有的连接方式相同，配置与MSC和STP的信令数据
　　 MSC或STP按照用户号段配置GT翻译，其主信令点指向主用HLRFE，设置备用信令点指向备用HLRFE。
　　 基于传统方式，在组网容灾，多个HLRFE支持以N+1备份方式工作。其中有N个主用HLRFE，1个备用HLRFE。
　　② FEPool方式
　　一个分布式HLR的所有FE组成一个Pool，所有FE都负荷分担提供服务。
　　 每个FE都有独立的信令点和GT地址，STP或其他网络实体（MSC、SGSN等）与本大区内分布式HLR的所有FE进行连接。
　　 STP或其他网络实体通过负载均衡原则把信令分发给所有FE。
　　 如果某个FE故障，那么信令消息将根据剩余正常FE的负载分发到这些正常的FE进行处理。
　　③ FEPool方式下对周边网元的要求
　　该组网情况下，需给对应的网络实体（MSC或STP）增加如下功能：
　　配置各个HLRFE的处理能力，按照HLRFE的处理能力为比例将每个业务的TCAP事务的TC_BEGIN消息分发给各个HLRFE，保障一个TCAP事务的多个消息，被发送到同一个HLRFE中。
　　④ FEPool的部署方式
　　建议在信令IP化的基础上进行，避免FE和MSC/STP间互联的复杂性。
　　(5) BE的数据同步方案（如图3-2所示）
　　
　　图3-2BE的数据同步方案
　　采用分布式HLR部署时，每个BE中保存的数据都相同。当某个BE的数据被修改以后，该修改将被自动同步到其他BE中。
　　①BE的数据修改与同步会采用事务处理保证各个BE之间数据修改的同步；以确保多个BE的数据同时修改成功。
　　②BE间通过周期校验机制，进一步保证各个BE的数据一致性。校验周期可以配置。
　　③基于目前2G用户计算，每1万用户需要的IP同步带宽为：BE和BE间的同步带宽40kbps。
　　(6) 容灾方案
　　按照分布式HLR的部署，其具备了完善的容灾功能：
　　①FE采用Pool方式部署，所有FE都负荷分担提供服务，任何一个FE发生故障，均可以由其他FE进行备份。为了满足这个要求，需要在信令网（STP）上进行负荷分担。因此首先需要将七号信令承载在IP网络上，其次需要在STP之上进行更多的功能开发以满足信令负荷分担的要求。
　　②BE采用两地或三地部署，多个BE采用负荷分担的工作方式，每个BE都可以对FE提供数据访问服务，形成BE的容灾系统。
　　(7) 对网管的影响
　　在分布式HLR的部署情况下，网管中体现成两种类型的网元：HLRFE网元与BE网元。
　　①HLRFE网元主要负责HLR的MAP业务处理，在网管的维护中，与原来的传统HLR设备类似，比传统HLR减少用户数据统计相关的特性。
　　②BE网元主要负责用户数据的保存，提供用户数据的访问。是一个完全新增加的网元类型，在网管系统中主要表现出用户数据的访问性能统计、用户数据的当前容量统计等特性。
　　(8) 对BOSS的影响
　　在分布式HLR部署的阶段一和阶段二，指令集兼容，不需要BOSS进行额外的命令适配。
　　BOSS只需要与BE网元建立连接。对于数据相互备份的两个或三个BE，BOSS同时与每个BE建立连接，但只激活使用其中一个BE的连接。用户数据在一个BE操作完成之后，由该BE负责将数据同步到其它BE中。在激活使用的BE故障时，则激活下一个BE来进行用户数据的操作。
　　(9) IP站点接入方案
　　① HLRFEIP信令的站点接入方案
　　
　　图3-3HLRFEIP信令站点接入方案示意图
　　分布式HLR的的C/D接口IPSIGTRAN信令通过统一的站点方案接入承载网和MSC和IPSTP进行通信。IP的协议栈为IP/SCTP/M3UA/SCCP/TCAP/MAP。
　　a) 站点可靠性保护机制
　　1) CE\AR间通过快速收敛实现路由切换保护，实现网络级的可靠性保证。
　　2) SCTP多归属机制保护IP信令组网的可靠性。
　　b) 组网配置
　　分布式HLR的FE信令接口通过IP接口板连接CE1\CE2，配置静态路由。
　　CE1/CE2上面配置信令VLAN，同时配置信令VRF，对应于AR路由器上面的信令VPN。CE1/CE2下行接口需要绑定到信令VLAN，CE1/CE2到AR1/AR2的上行接口TRUNK信令VLAN，将信令VLAN绑定到信令VRF。同时在信令VRF启动OSPF协议，与AR1/AR2路由器的OSPF建立邻居关系,通过快速收敛实现路由切换保护。
　　CE1和CE2承载MAPIP信令流时通过SCTP多归属保证信令可靠性。即SCTP偶联端点的两个IP地址分布在两块不同的信令接口板上，两块信令接口板同时激活，当承载网异常时可以通过SCTP的通路管理进行路径快速切换，保证业务的正常开展，由此保证信令IP组网的可靠性。
　　c) HLRFE、BE分离分布式部署的IP站点接入方案
　　分布式HLRFE/BE数据访问接口与BE之间的数据同步采用协议栈：IP/UDP/数据访问与同步协议。数据访问与同步协议采用标准接口，如SQL，LDAP协议。
　　HLRFE、BE数据访问与同步的IP站点接入方案与FE信令接入方案类似，分别通过IP接口板连接CE1\CE2，配置静态路由。CE1/CE2上的配置与HLRFE的IP接入站点接入方案配置相同。
　　分布式HLR的FE、BE数据访问与数据同步的IP站点接入方案采用自定义的基于UDP协议的双通道、双心跳来保障业务的可靠性。在承载网某个平面故障的情况下，自动进行路径切换，保障业务的正常开展。
　　(10) IP承载网的要求
　　① 可靠性要求
　　IP承载网络为FE和BE间的通讯提供物理的IP双平面，这样当其中一个平面中的任何一点故障时，FE、BE能够切换到另外一个平面进行通讯。
　　② 安全性要求
　　提供防火墙对FE与BE、BE与BE间的通讯数据进行加密，保证数据的安全性。
　　③ QoS要求
　　 时延抖动：10ms
　　 最大时延：50ms
　　 丢包率：0.1％
　　④ 带宽要求
　　每1万用户需要的带宽为：
　　 FE和BE间的带宽280kbps
　　 BE和BE间的带宽40kbps
　　4阶段三：统一的融合数据中心（如图4-1所示）
　　
　　图4-1阶段三：统一的融合数据中心
　　(1)随着网络的演进HSS、MNP、AAA、3rdAS等网元的数据将逐渐增加到HLR-BE中，HLR-BE将演进成为一个融合各种数据的BE。
　　(2)HSS-FE、AAA-FE、EIRFE、MNP-FE等网元将同样通过IP网络访问BE中的数据，完成各自网络实体的功能。
　　5结束语
　　分布式HLR技术上实现了数据存储处理BE和信令业务处理FE的IP化分离，分层设计均采用了高靠性的分布式体系架构，同时借鉴了MSCPOOL概念可实现FE节点间的负荷分担，这符合全球移动网络用户数据集中化的建设趋势。
　　整体实施分三阶段的建设思路可以满足中移动网上用户数据的短期和长期演进目标，逐步解决HLR设备点多分散，IMSI/ISDN对应混乱，部分厂家设备陈旧面临更新换代，IP化尚未启动等急需考虑的问题，实现用户数据的集中统一管理，长期角度满足多种用户数据融合、集中管理使用的目标。
　　现阶段引入FE/BE合一设置的分布式HLR，从设备、组网、网管、BOSS等方面可大规模部署；广泛使用还需要一个渐进的阶段才可以逐步实现。