宋上雷，李明晏/Song Shanglei,Li Mingyan

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司 濟(jì)南250001）

(Shandong Branch of China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Jinan 250001,China)

1 引言

隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，終端用戶類別及新業(yè)務(wù)日漸多樣，針對(duì)每種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)都分別提供獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫。眾多分離的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)形成信息孤島，并使數(shù)據(jù)配置和操作管理等工作變得越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)HLR（歸屬位置寄存器）采用集中式的軟件結(jié)構(gòu)，不易擴(kuò)容和集成其他數(shù)據(jù)庫，已很難滿足不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)需求。

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)和IMS的引入，用戶數(shù)據(jù)融合的必要性開始顯現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)HLR不能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求，分布式HLR以其架構(gòu)的先進(jìn)性及對(duì)用戶數(shù)據(jù)融合的良好支持，成為HLR升級(jí)換代的必然選擇。因此，分布式HLR是建設(shè)融合用戶設(shè)備的趨勢。

2 用戶數(shù)據(jù)融合

2.1 用戶數(shù)據(jù)融合引入

針對(duì)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)據(jù)分散、訪問接口多、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)不一致等問題，3GPP（TS 23.335）提出了用戶數(shù)據(jù)融合（UDC）的概念。UDC采用分層架構(gòu)，由2部分組成，即前端（front end，F(xiàn)E）和用戶數(shù)據(jù)庫（user data repository，UDR）。

FE的功能主要有：負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理 （如HLR、LTE HSS、IMS HSS的應(yīng)用），不負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；有明確的ID，相同類型的FE可以組成一個(gè)簇，會(huì)分配一個(gè)簇ID，支持容災(zāi)、備份、負(fù)荷分擔(dān)等問題。

UDR的主要功能有：負(fù)責(zé)各種用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ) （如HLR、LTE HSS、IMS HSS的用戶數(shù)據(jù)），為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)模型視圖（不同的應(yīng)用可以有不同的視圖），并為FE提供數(shù)據(jù)訪問接口；具有CRUD（create read update delete）能力和S/N（subscription/ notification）的能力，當(dāng)被訂閱的數(shù)據(jù)發(fā)生變更后能根據(jù)一定的算法選擇不同的FE進(jìn)行通知；可以對(duì)FE級(jí)進(jìn)行權(quán)限控制，包括FE ID的權(quán)限控制、運(yùn)營商的權(quán)限控制、應(yīng)用類型的權(quán)限控制、針對(duì)數(shù)據(jù)級(jí)別的控制、操作類型的權(quán)限控制等；當(dāng)UDR中的信息發(fā)生變更需要通知FE時(shí)，UDR可以存儲(chǔ)FE的信息。

UDR包含的數(shù)據(jù)范疇有：用戶的簽約數(shù)據(jù)，主要是HLR、LTE HSS、IMS HSS、AS、AAA等用戶在網(wǎng)絡(luò)中的簽約信息、鑒權(quán)信息等；用戶的注冊(cè)信息，即用戶目前的注冊(cè)狀態(tài)；用戶的位置信息，如用戶所注冊(cè)的SGSN信息等。

UDR的數(shù)據(jù)庫按照存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型不同，分為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、層次型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫。目前使用廣泛的是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和層次型數(shù)據(jù)庫，主流數(shù)據(jù)庫支持廠家包括Oracle、IBM、Microsoft等。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫適用于與FE適配，負(fù)責(zé)FE接入；層次型數(shù)據(jù)庫適用于數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的存儲(chǔ)、維護(hù)和管理。

2.2 用戶數(shù)據(jù)設(shè)備融合

隨著CM-IMS和TD-LTE的引入，用戶、數(shù)據(jù)、設(shè)備越來越多，網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)據(jù)設(shè)備除現(xiàn)網(wǎng)HLR外，還會(huì)引入EPC HSS以及移動(dòng)IMS HSS。3種用戶數(shù)據(jù)設(shè)備都存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，但三者在服務(wù)用戶、接口協(xié)議、功能等方面有較大差別。HLR、EPC-HSS、IMS-HSS融合組網(wǎng)如圖1所示。

2G/TDHLR、EPC-HSS、移動(dòng)IMS-HSS獨(dú)立建設(shè)會(huì)導(dǎo)致CS/PS/EPS/CM-IMS跨域數(shù)據(jù)交互及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重復(fù)設(shè)備投資、數(shù)據(jù)冗余存儲(chǔ)、對(duì)同一用戶多點(diǎn)業(yè)務(wù)開通、鑒權(quán)失敗等問題。

2G/TD HLR和EPC HSS融合可滿足多模單待數(shù)據(jù)卡終端以及CSFB終端的數(shù)據(jù)融合需求。2G/ TD HLR+EPC HSS和IMS HSS融合可滿足VoLTE終端的數(shù)據(jù)融合需求。

因此，HLR、EPC-HSS、移動(dòng)IMS-HSS應(yīng)實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)融合，并為整體用戶數(shù)據(jù)融合提供基礎(chǔ)。

3 分布式HLR架構(gòu)和功能

3.1 分布式HLR架構(gòu)

3GPP R4標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下的交換網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是承載和控制分離，這種架構(gòu)帶來了大容量、高處理能力、節(jié)約網(wǎng)絡(luò)投資的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)簡單、清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和維護(hù)成本低，并且可實(shí)施容災(zāi)備份機(jī)制。分布式HLR技術(shù)在設(shè)備架構(gòu)上借鑒了R4分離架構(gòu)軟交換MSC的一些概念，采用了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)處理分層的架構(gòu)（UDC架構(gòu)），分布式HLR系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

分布式HLR主要由3部分組成。

（1）前端設(shè)備

核心處理模塊：負(fù)責(zé)MAP、Diameter等信令消息的高層協(xié)議處理功能。

信令模塊：負(fù)責(zé)MAP等七號(hào)信令以及LTE HSS的Diameter信令消息底層協(xié)議處理功能。

E1中繼模塊：用于直聯(lián)、準(zhǔn)直聯(lián)TDM七號(hào)信令鏈路接口。

IP模塊：用于IP信令及Diameter信令的接口，連接IP承載網(wǎng)絡(luò)。

（2）后端設(shè)備（BE）

AUC功能模塊：生成用戶鑒權(quán)數(shù)據(jù)等。

中央數(shù)據(jù)庫：存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，包括用戶簽約信息等。

（3）其他公共設(shè)備

交換矩陣：TDM交換總線、數(shù)據(jù)交換總線。

同步：時(shí)鐘同步、時(shí)間同步。

BOSS接口、網(wǎng)管接口、輸入輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）、維護(hù)終端等。

3.2 分布式HLR優(yōu)勢

（1）大容量、集中化

分布式HLR大容量分層架構(gòu)平臺(tái)可滿足大容量集中化建設(shè)的要求：FE/BE分層架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)整體性能與容量的靈活在線擴(kuò)展，從而滿足大容量的設(shè)置要求；基于ATCA/刀片式的新平臺(tái)可以降低設(shè)備能耗和占地，有利于節(jié)能減排。

（2）安全性

分布式HLR支持分布式組網(wǎng)架構(gòu)可有效提升大容量部署的數(shù)據(jù)安全性：FE與BE、BE與BE可實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)，之間通過IP承載通信；多個(gè)FE可以通過主備或負(fù)荷分擔(dān)方式對(duì)MAP業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)；BE之間可以對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)備份，通過主備或負(fù)荷分擔(dān)方式實(shí)現(xiàn)容災(zāi)。

（3）用戶數(shù)據(jù)融合

分布式HLR能夠平滑演進(jìn)支持HLR/EPC HSS/ IMS HSS融合，保證2G/3G用戶不換號(hào)轉(zhuǎn)網(wǎng)為4G用戶；并能夠平滑演進(jìn)到未來的大容量融合數(shù)據(jù)中心，使得數(shù)據(jù)挖掘更加便利，數(shù)據(jù)價(jià)值得以充分利用。

4 分布式融合HSS/HLR部署方案

4.1 BE和FE集中部署在省中心，F(xiàn)E分信令匯接區(qū)設(shè)置

分布式HLR的BE和FE應(yīng)以省為單位集中設(shè)置，采用成對(duì)方式設(shè)置，配對(duì)的2套分布式HLR安裝在同一數(shù)據(jù)中心城市的不同機(jī)房。成對(duì)BE采用“1+1”互備方式，成對(duì)HLR FE和HSS FE也采用“1+ 1”互備方式，F(xiàn)E按不同號(hào)段承載業(yè)務(wù)，如圖3所示。

分布式HLR支持分權(quán)分域功能，省內(nèi)多個(gè)本地網(wǎng)可根據(jù)容量共用一套分布式HLR的BE，省內(nèi)同一信令匯接區(qū)的多個(gè)本地網(wǎng)可共用一套分布式HLR的FE。（注：同一對(duì)LSTP負(fù)責(zé)的多個(gè)本地網(wǎng)屬于省內(nèi)同一分信令區(qū)）

該方案中FE完全按照信令匯接區(qū)設(shè)置，不會(huì)對(duì)B鏈負(fù)荷產(chǎn)生影響。FE集中設(shè)置導(dǎo)致MSC至HLR的本地信令改為通過LSTP轉(zhuǎn)接實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致FE與LSTP之間的A鏈負(fù)荷大大增加。以同一本地網(wǎng)A兩用戶為例，呼叫路由變化如圖4所示。

4.2 BE和FE集中部署在不同的省中心，“1+1”異地備份

分布式HLR采用成對(duì)方式設(shè)置，配對(duì)的2套分布式HLR分別安裝在不同省中心機(jī)房。成對(duì)BE采用“1+1”互備方式，成對(duì)HLR FE和HSS FE也采用“1+1”互備方式，F(xiàn)E按不同號(hào)段承載業(yè)務(wù)，具體如圖5所示。

圖3 BE和FE集中部署在省中心，F(xiàn)E分信令匯接區(qū)設(shè)置

圖4 FE按信令匯接區(qū)集中后信令路由變化情況

圖5 配對(duì)的2套分布式HLR分別安裝在不同省中心

分布式HLR支持分權(quán)分域功能，省內(nèi)多個(gè)本地網(wǎng)可根據(jù)容量共用一套分布式HLR的BE和FE，同時(shí)將全省每個(gè)本地網(wǎng)的用戶數(shù)據(jù)平均分配在不同省中心分布式HLR上。

由于該方案未考慮信令匯接區(qū)，全省有一半的用戶在呼叫過程中存在信令迂回以及對(duì)LSTP之間B鏈負(fù)荷的大量增加。以地市A用戶a和用戶b的本地通話為例，用戶a和用戶b的主用數(shù)據(jù)在省中心A和省中心B，省中心A和省中心B分屬不同的信令匯接區(qū)，呼叫流程如圖6所示。

4.3 BE和FE分離設(shè)置 （BE集中在省中心，F(xiàn)E分散在本地）

分布式HLR采用成對(duì)方式設(shè)置，配對(duì)的2套分布式HLR的BE分別安裝在不同數(shù)據(jù)中心機(jī)房，成對(duì)BE采用“1+1”互備方式，成對(duì)FE分散設(shè)置在本地，采用“1+1”互備方式，F(xiàn)E按不同號(hào)段承載業(yè)務(wù)。BE與FE之間通過IP專用承載網(wǎng)疏通數(shù)據(jù)，具體如圖7所示。

圖6 同一本地網(wǎng)分屬不同BE的兩用戶之間的呼叫流程

圖7 BE和FE分離設(shè)置（BE在省中心，F(xiàn)E分散在地市）

本方案由于FE設(shè)置在地市，對(duì)于MSC部署在地市的省網(wǎng)來說，目前情況下對(duì)信令網(wǎng)的影響最小。在核心網(wǎng)網(wǎng)元集中化設(shè)置的背景下，IMS HSS的FE和EPC HSS的FE如果設(shè)置在本地，與核心網(wǎng)網(wǎng)元之間的信令交互存在大量信令迂回，不利于網(wǎng)絡(luò)后續(xù)演進(jìn)。

4.4 方案比較

上述3種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，從對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響、集中化要求、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)以及容災(zāi)效果等角度進(jìn)行比較，見表1所列。

表1 分布式融合HSS/HLR建設(shè)方案比較

方案建議：從集中化要求、對(duì)信令網(wǎng)的調(diào)整以及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)角度綜合考慮，建議采用方案一，即BE和FE集中部署在省中心，按信令匯接區(qū)分區(qū)設(shè)置，BE采用“1+1”備份，F(xiàn)E采用“1+1”備份。

5 結(jié)束語

移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)正朝著全業(yè)務(wù)和全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)分層化、開放化及集中化是移動(dòng)核心網(wǎng)演進(jìn)的趨勢。分布式HLR其業(yè)務(wù)邏輯與用戶數(shù)據(jù)的分層、業(yè)務(wù)邏輯與用戶數(shù)據(jù)間的IP訪問、數(shù)據(jù)庫開放靈活的接口及架構(gòu)正是順應(yīng)了這些發(fā)展趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，分布式HLR將演變成融合的用戶數(shù)據(jù)中心，將用戶數(shù)據(jù)對(duì)外開放，以進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)充分挖掘及業(yè)務(wù)創(chuàng)新。