陳婉娥，邢志翀

（中國移動通信集團浙江有限公司，杭州 310006）

MSC Pool的關(guān)鍵技術(shù)和組網(wǎng)原則

陳婉娥，邢志翀

（中國移動通信集團浙江有限公司，杭州 310006）

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，通信系統(tǒng)的安全和網(wǎng)絡(luò)容量面臨著巨大挑戰(zhàn)。如何提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和容災(zāi)能力，是各廠商共同關(guān)注的問題。MSC Pool技術(shù)的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中一個BSC/ RNC只能連接到一個MSC的限制，將多個MSC共同組成一個資源池，為所連接的BSC/RNC提供服務(wù)。MSC Pool能提升核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源利用率，降低信令開銷，提升了系統(tǒng)效率。本文在3GPP標準協(xié)議的基礎(chǔ)上，從MSC Pool的技術(shù)原理入手，結(jié)合MSC Pool的發(fā)展現(xiàn)狀，對MSC Pool的關(guān)鍵技術(shù)和組網(wǎng)原則進行了分析研究。

MSC Pool；NRI；負荷分擔；NNSF；容災(zāi)

軟交換承載控制分離的架構(gòu)以及大容量的特點使其設(shè)備的安全性顯得越來越重要，而傳統(tǒng)MSC基于單板和端口的安全備份機制已經(jīng)不能滿足軟交換網(wǎng)絡(luò)的安全要求，有必要引入新的容災(zāi)備份機制，以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。MSC Pool技術(shù)可以滿足交換機級的容災(zāi)備份需求，將網(wǎng)絡(luò)的安全性提升到一個新的層次。

MSC Pool提供了網(wǎng)絡(luò)級自動實時備份機制，在一個“池區(qū)”中所有的MSC Server之間都是互為備份的。如果其中任何一個發(fā)生故障，其所服務(wù)的用戶一旦有業(yè)務(wù)請求，馬上會被MSC Pool中其它MSC Server接管，實現(xiàn)了真正意義上的自動、實時冗災(zāi)備份機制，能夠較好的解決長久以來MSC設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)故障單點問題，對于網(wǎng)絡(luò)的安全運行有著重大意義。

1 MSC Pool若干關(guān)鍵技術(shù)的研究

1.1 NRI的選擇

網(wǎng)絡(luò)資源標識符（NRI，network resource identifier），用來唯一識別MSC Pool區(qū)中的一個MSC或MSC Server節(jié)點。

當MS初次注冊到MSC Pool內(nèi)的一個MSC時，這個MSC將分配含有本局NRI的TMSI給MS。后續(xù)，MS再次發(fā)起業(yè)務(wù)時將攜帶NRI信息，RNC/BSC將利用NRI信息將MS發(fā)起的業(yè)務(wù)路由到NRI對應(yīng)的MSC。這樣保證MSC Pool area內(nèi)的MS每次發(fā)起的業(yè)務(wù)均能夠被路由到MS已注冊的MSC（這樣，MS在MSC Pool area內(nèi)漫游時，無需更改服務(wù)MSC。與傳統(tǒng)組網(wǎng)相比，這可以減少C/D接口的位置更新信令）。

圖1 TMSI長度

NRI包含在TMSI中，TMSI長度一共是32 bit，如圖1所示。

31～30 bit：CS/PS業(yè)務(wù)指示。

29 bit：VLR重啟計數(shù)。

23～n bit（n≥14）：NRI。NRI長度可變，最大10 bit，當NRI長度不為0時，NRI由高位23 bit開始，長度為0表示不啟用MSC Pool功能。

24～28 bit & 0～(n-1) bit：User ID，用戶標識。下面表中是每個交換機分配幾個NRI、Pool中有多少個MSS、建議規(guī)劃的NRI位長的關(guān)系。

NRI的取值長度和User ID范圍是相互競爭的，當NRI取值長，標識Pool內(nèi)MSC的個數(shù)就多，可用于User ID標識用戶的比特數(shù)就少，MSC/VLR能夠管理的用戶數(shù)也會減少。而NRI取值短，標識Pool內(nèi)MSC的個數(shù)就少，可用于User ID標識用戶多，MSC/VLR能夠管理的用戶數(shù)就多。

NRI長度與User ID之間的關(guān)系如表1所示。

表1 NRI長度與User ID之間的關(guān)系

當多個本地網(wǎng)的所有MSC組成MSC Pool后，會在一定區(qū)域內(nèi)形成多個MSC Pool，而邊界相鄰的兩個MSC Pool中使用的NRI值是不能相同的，否則會產(chǎn)生MSC Pool中的負荷失衡，嚴重的會導致MSC Pool出現(xiàn)問題。

1.2 負荷分擔

在MSC Pool的組網(wǎng)中，由于一個BSC/RNC與MSC Pool內(nèi)的多個MSC連接，所以當BSC/RNC業(yè)務(wù)區(qū)中的MS發(fā)起新的業(yè)務(wù)時，需要為MS發(fā)起的業(yè)務(wù)選擇一個服務(wù)的MSC。這里為MS選擇服務(wù)MSC的功能被稱為非接入層節(jié)點選擇功能（NNSF，NAS node selection function），通過這個功能單元，MSC Pool實現(xiàn)負荷分擔，資源共享等業(yè)務(wù)功能。

圖2 負荷分擔原理圖

（1）當MS以IMSI/IMEI發(fā)起業(yè)務(wù)時，RNC/ BSC采用負荷分擔算法，根據(jù)MSC Pool內(nèi)各有效的MSC的用戶容量的比例來選擇一個有效的MSC作為MS的服務(wù)MSC。MS以IMSI發(fā)起業(yè)務(wù)的情況下，被選擇的MSC將分配含有本局NRI的TMSI給MS。

（2）當MS以TMSI發(fā)起業(yè)務(wù)時，RNC/BSC根據(jù)自身配置的NRI與MSC Pool內(nèi)MSC的對應(yīng)關(guān)系為MS選擇服務(wù)的MSC。當被選擇的MSC無效或無NRI與MSC的對應(yīng)關(guān)系時，RNC/BSC采用負荷分擔算法，根據(jù)MSC Pool內(nèi)各有效MSC的用戶容量的比例來選擇一個有效的MSC作為服務(wù)的MSC。被選擇的MSC將分配含有本局NRI的TMSI給MS（如果是漫游進來的其他MSC中的用戶注冊到被選擇的MSC，被選擇的MSC需要先通過E接口到用戶原注冊的MSC取用戶標識信息或通過空口取用戶標識信息并完成位置更新，同時分配含有本局NRI的TMSI給MS）。

（3）當MSC以IMSI尋呼被叫MS時，RNC/BSC將臨時存儲IMSI與發(fā)尋呼的MSC的對應(yīng)關(guān)系。當被尋呼的MS以IMSI尋呼響應(yīng)返回給MSC時，如果攜帶了NRI（在3G的情況下，網(wǎng)絡(luò)采用IMSI尋呼MS，如果USIM卡中含有TMSI，MS在初始直傳消息中的IDNNS信元中將攜帶NRI信息，尋呼響應(yīng)消息中將攜帶IMSI信息），RNC將按NRI和MSC的對應(yīng)關(guān)系選擇一個MSC；否則RNC/BSC將根據(jù)臨時存儲的IMSI與MSC的對應(yīng)關(guān)系為MS選擇服務(wù)的MSC。這樣能夠使尋呼響應(yīng)被發(fā)送到發(fā)尋呼的MSC，保證呼叫成功。當被選擇的MSC無效或不能通過對應(yīng)關(guān)系選擇MSC時，RNC/ BSC將采用上述負荷分擔算法選擇一個有效的MSC。

1.3 容災(zāi)

MSC Pool技術(shù)，能夠解決一部分基于網(wǎng)絡(luò)層面的容災(zāi)，當MSC Pool內(nèi)某個MSC故障，BSC/RNC識別該MSC故障后，會將本來分配給該MSC的新發(fā)起的用戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到MSC Pool中其它有效的MSC上，從而實現(xiàn)MSC Pool內(nèi)MSC間的容災(zāi)。

NNSF節(jié)點可以將這部分用戶，轉(zhuǎn)移到其它正常的主用MSC中。

完成上述工作，取決于以下兩點。

（1）如圖3所示，MSC Pool內(nèi)其它正常主用MSC剩余容量大于故障的MSC容量，否則，可能會形成多米諾效應(yīng)影響整個MSC Pool內(nèi)其它正常MSC使用。

假設(shè)MSC Pool中一共有5個MSC，每個MSC有效用戶數(shù)是40萬，當余量是10萬時，即每個MSC總?cè)萘烤鶠?0萬，可以滿足一個MSC故障時的用戶遷移。當余量是27萬時，即每個MSC總?cè)萘烤鶠?7萬，可以滿足兩個MSC故障時的用戶遷移。

圖3

所以當MSC Pool中MSC數(shù)量較多時，可以減少余量配置，滿足容災(zāi)需求。

（2）遷移的速度，故障MSC的VLR用戶數(shù)據(jù)在MSC Pool的其它主用MSC中是沒有的，在至少一個位置更新周期過程中，故障MSC用戶數(shù)據(jù)在整個MSC Pool中是不存在的，此時會存在一定量的呼損，接通率降低。

1.4 切換

由于MSC Pool area內(nèi)的任意一個LA均被MSC Pool內(nèi)的所有MSC所服務(wù)，所以MS通話過程中在MSC Pool area內(nèi)移動時，只進行LA間切換，不進行MSC間切換，這樣與傳統(tǒng)組網(wǎng)相比，可以減少局間切換，提高用戶通話質(zhì)量。

MSC Pool外的MSC可以將MSC Pool內(nèi)的任意一個MSC配置為切換的目的MSC，但為了避免切入MSC Pool area的局間切換負荷集中于MSC Pool內(nèi)的一個MSC上，以及為了降低MSC單點故障的影響，需要通過數(shù)據(jù)配置規(guī)劃將MSC Pool外的各MSC的切換目標分別配置為MSC Pool內(nèi)不同的MSC。

1.5 漫游

MSC Pool內(nèi)的用戶漫游到Pool外進行IMSI附著時需要到Pool內(nèi)的前MSC取用戶信息（用戶的IMSI及未被使用的加密參數(shù)信息），Pool外MSC需要根據(jù)配置的相鄰MSC信息找到前MSC。但為了避免取用戶信息負荷集中于MSC Pool內(nèi)的一個MSC上，Pool外MSC為Pool內(nèi)不同LAI配置不同的MSC為相鄰MSC。假設(shè)，Pool內(nèi)有3個MSC1、MSC2、MSC3，有3個位置區(qū)LAI1、LAI2、LAI3，Pool外MSC的相鄰MSC的配置可以為：LAI1的相鄰MSC為MSC1、LAI2的相鄰MSC為MSC2、LAI3的相鄰MSC為MSC3，這樣，用戶從LAI1漫游出Pool時通過MSC1取用戶信息，用戶從LAI2漫游出Pool時通過MSC2取用戶信息。

1.6 MSC間用戶的遷移

有兩種MSC間用戶遷移的實現(xiàn)方案：一種是按3GPP 23.236 630協(xié)議規(guī)定的方案，通過在位置更新接受TMSI重分配命令中帶有non-broadcast LAI，指示用戶non-broadcast LAI的方式觸發(fā)用戶由一個MSC中重新位置更新到另一個MSC中；另一種是局間重定向方案，遷移始發(fā)局通過局間MAP信令將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送到遷移目的局，遷移目的局完成對用戶的位置更新，完成遷移用戶操作。

2 MSC Pool組網(wǎng)原則

MSC Pool組網(wǎng)原則，考慮適用場景、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、信令、話務(wù)、計費等，指導市場宣傳、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計、工程實施的口徑統(tǒng)一，前后一致。

2.1 MSC Pool適用場景

（1）潮汐效應(yīng)明顯，網(wǎng)絡(luò)忙時話務(wù)分布不均衡的地區(qū)以及節(jié)假日和平日話務(wù)容量差異較大的區(qū)域，通過部署MSC Pool降低設(shè)備峰值負荷、提高設(shè)備利用率，充分發(fā)揮其能夠“消峰抑谷”的特性。

（2）局間切換多，信令負荷高的區(qū)域，TD-SCDMA無線覆蓋不連續(xù)并且2G、TD-SCDMA互操作頻繁的區(qū)域，通過部署MSC Pool提升系統(tǒng)整體性能、縮短位置更新時延以及提高切換成功率。

（3）在大型集會等網(wǎng)絡(luò)實時容災(zāi)要求高的區(qū)域，以及單局點容量較大的地區(qū)，通過部署MSC Pool實現(xiàn)MSC實時容災(zāi)備份，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MSC Pool內(nèi)MSC不接Pool外的BSC/RNC。當BSC/RNC代理NNSF功能，MSC Pool內(nèi)MSC連接Pool外的BSC或者RNC，將導致負荷不均衡；當采用MGW代理NNSF功能，將使得組Pool不需對BSC/RNC的特殊需求，所以MSC Pool內(nèi)的MSC無需區(qū)分BSC/RNC是Pool內(nèi)還是Pool外，實質(zhì)是MSC將所有的BSC/RNC都歸入MSC Pool內(nèi)。

如果MGW有容災(zāi)需求，可以考慮Mini-flex和MSC Pool混合使用，但是推薦1個BSC最多連接2個MGW。

2G/3G混合組MSC Pool，建議統(tǒng)一由MGW支持NNSF功能，以避免異廠家IOT問題。同時避免了MGW分發(fā)算法與RNC分發(fā)算法不一致導致MSC Server負荷不一致的可能。

對于純2G局點與2G/3G共建局點組Pool的場景特別說明：其中的純2G局點必須先完成2G/3G共建改造，包括需要申請3G用戶數(shù)的LICENSE，以支持3G用戶在Pool內(nèi)的該Server上注冊，確保Pool內(nèi)各Server具備相同的業(yè)務(wù)特性。

如果兩個MSC Pool包含不同的本地網(wǎng)，可以利用現(xiàn)有長途軟交換實現(xiàn)的CMN功能互通BICC信令；如果兩個MSC Pool屬于同一個本地網(wǎng)，可以考慮新建本地CMN，互通BICC信令。

圖4 信令結(jié)構(gòu)圖

2.3 信令

信令結(jié)構(gòu)如圖4所示。

允許HLR/SCP等純信令網(wǎng)元與MSC Pool內(nèi)的MSC直連，禁止MSC Pool內(nèi)端局兼做關(guān)口局，進行TDM/IP的互通。

2.4 話務(wù)

MSC Pool標準話路組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

當采用MGW支持NNSF功能，A口電路管理下移，可以有效提高A口電路的資源利用率，避免引入MSC Pool后，A接口電路管理、規(guī)劃復(fù)雜和鏈路增加的情況。

2.5 計費

對于MSC Pool區(qū)內(nèi)只有一個本地網(wǎng)的情況，保持與原有軟交換MSC相同的計費方案，采用MSC ID計費的方式或者LAI計費的方式。

對于MSC Pool內(nèi)覆蓋多個本地網(wǎng)的情況，推薦采用LAI計費方案；對于目前基于MSC ID的計費方式推薦改為基于LAI計費的方式。

圖5 話路組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3 總結(jié)

MSC Pool技術(shù)以其可靠的網(wǎng)絡(luò)安全性以及靈活的核心網(wǎng)組網(wǎng)方式在未來的幾年會得到持續(xù)的應(yīng)用，它實現(xiàn)了資源共享和話務(wù)均衡分配，有效提高了設(shè)備利用率和網(wǎng)絡(luò)性能，節(jié)省了信令開銷?；贛SC Pool的各個關(guān)鍵技術(shù)，研究組網(wǎng)的原則，進一步挖掘MSC Pool的技術(shù)優(yōu)勢，有利于在當前的網(wǎng)絡(luò)條件下，找到一個較合理的組Pool方案，為今后MSC Pool在現(xiàn)網(wǎng)的全面推廣提供參考和借鑒，為移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，帶來更多的方便和契機。

Analysis of the MSC pool key technologies and networking principles

CHEN Wan-e, XING Zhi-chong
(China Mobile Group Zhejiang Co., Ltd., Hangzhou 310006, China)

With the continuous development of the mobile network, the size of the network continues to expand, the security of the communication system and network capacity is facing enormous challenges.How to improve the utilization of network resources and disaster recovery capabilities, the manufacturers of common concern. MSC pool technology, breaking the traditional network BSC / RNC can only be connected to one MSC limit the number of MSC together to form a Pool of resources to provide services for the connected BSC / RNC. The MSC Pool enhance the core network system resource utilization, reduce signaling overhead, and enhance the eff i ciency of the system. 3GPP standard protocols based on the technical principles of the MSC pool from the start, combined with the current development of the MSC pool, were analyzed on the the MSC pool key technologies and networking principles.

MSC pool; NRI; load sharing; NNSF; redundancy

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0032-05

2013-06-16