肖 益，張 慧，胡 祎（中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，河南鄭州450007）

0 引言

分布式HLR 基于3GPP UDC 的概念，采用了數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)分層的設(shè)備架構(gòu)，將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據(jù)庫模塊和信令接入及處理模塊分離為后端（BE）和前端（FE）。由于其具備設(shè)備容量大、數(shù)據(jù)融合存儲、業(yè)務(wù)擴展性強的特點，契合了全業(yè)務(wù)對于用戶數(shù)據(jù)管理的要求，已在現(xiàn)網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。

分布式HLR部署時FE可以采用N+1的方式或者FE Pool 的方式組網(wǎng)。現(xiàn)網(wǎng)多沿用傳統(tǒng)集中式HLR 部署，采用N+1 的方式組網(wǎng)；而FE Pool 作為一種分布式HLR所特有的組網(wǎng)方式，工程實踐和論述均較少。本文將對其實現(xiàn)及優(yōu)劣進行探討。

1 FE Pool基本原理

1.1 分布式H LR 基本架構(gòu)

分布式HLR采用分層設(shè)計的理念，將傳統(tǒng)HLR分為FE和BE。具體設(shè)備架構(gòu)如圖1所示。

a）FE：前端功能實體，實現(xiàn)信令接入和業(yè)務(wù)處理功能。信令接入功能主要負(fù)責(zé)MAP、Diameter、鑒權(quán)等信令消息的高層協(xié)議業(yè)務(wù)邏輯處理，以及直聯(lián)、準(zhǔn)直聯(lián)TDM七號信令鏈路接口等；業(yè)務(wù)處理功能主要負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)操作、配置等。FE采用標(biāo)準(zhǔn)接口與各業(yè)務(wù)網(wǎng)元互聯(lián)。它不永久存儲用戶數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)進程處理完成后將刪除臨時獲得的用戶數(shù)據(jù)。其類型可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活擴展。

圖1 分布式HLR架構(gòu)

b）BE：后端功能實體，主要實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的存儲、訪問、管理、接入控制、同步等功能。作為網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)源，將同一用戶分布在不同網(wǎng)元上的數(shù)據(jù)融合起來，為多個網(wǎng)元提供用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和訪問。BE 支持多種用戶類型,并具有靈活擴展能力，方便在線擴展網(wǎng)絡(luò)其他用戶數(shù)據(jù)。

1.2 FE N+1組網(wǎng)方式

FE作為前端處理單元，受理來自MSC（S）、SGSN、SCP等的MAP業(yè)務(wù)請求，以及MME、CSCF等的Diame?ter請求信令。

FE 可以采用與傳統(tǒng)集中式HLR 相似的N+1 組網(wǎng)方式，即N臺主用FE，每臺均處理單獨的用戶段數(shù)據(jù)；另外，配置1 套備用FE 對主用FE 進行保護。每一個FE具備獨立的GT和信令點，容災(zāi)FE處理能力設(shè)置應(yīng)不小于最大主用FE的處理能力。

STP/DRA 或其他信令網(wǎng)元同時連接主備FE，在GT翻譯時指定號段的主備用信令點分別為主備FE的信令點，正常工作時，根據(jù)優(yōu)先級只將業(yè)務(wù)信令發(fā)至主用FE。當(dāng)主用FE 出現(xiàn)故障（包括整個設(shè)備或者設(shè)備鏈路）時，進行自動或人工切換，備用FE將接管主用FE的功能，信令消息自動切換到備用FE，業(yè)務(wù)處理不會損失。

FE N+1典型工作組網(wǎng)如圖2和圖3所示。

正常情況下，主用FE1 至主用FE N 分別處理不同號段的信息，備用FE不處理信令。

異常情況下，當(dāng)STP/DRA 檢測到至主用FE1 的鏈路故障，自動切換信令到備用FE。這時，至號段1 的消息轉(zhuǎn)到備用FE進行處理。其余號段信息不受影響。

N+1 的組網(wǎng)方式與傳統(tǒng)集中式HLR 的組網(wǎng)方式一致，同樣存在設(shè)備利用率較低、各個設(shè)備之間不能共享容量、號段規(guī)劃要求較高的問題。

圖2 正常情況下分布式HLR FE N+1組網(wǎng)拓?fù)鋱D

圖3 異常情況下分布式HLR FE N+1 組網(wǎng)拓?fù)鋱D

1.3 FE Poo l組網(wǎng)方式

1.3.1 工作原理

由于FE 主要提供TDM、IP 等對外信令接口以及應(yīng)用處理功能，不再存儲用戶數(shù)據(jù)，因此只要FE 訪問的BE 能夠提供全部號段的用戶數(shù)據(jù)，則每一臺FE 都可以服務(wù)于任何用戶。這樣，處理同一種業(yè)務(wù)的FE就可以不再按照號段區(qū)分，而是作為1 個池組負(fù)荷分擔(dān)整個后端數(shù)據(jù)庫的業(yè)務(wù)。

FE Pool 典型組網(wǎng)方式如圖4所示，處理同一種業(yè)務(wù)的FE1至FE N共同組成1個池組，每個FE的容量相同。FE將被動態(tài)選擇，處理MAP或Diameter信令；由STP 或DRA 負(fù)責(zé)把信令消息均衡分發(fā)到不同的FE 處理；任一FE可以處理任一用戶的業(yè)務(wù)請求。

圖4 分布式HLR FE Pool方式典型組網(wǎng)拓?fù)鋱D

具體到MAP 信令，各廠家實現(xiàn)方式略有不同，但基本都在SCCP層進行負(fù)荷分擔(dān)，處理方式為：MSC等網(wǎng)元到HLR/HSS采用GT尋址，所有FE均具有獨立的DPC和GT，并且引入1個VGT（虛擬GT）。2個STP以及與HLR/HSS直聯(lián)的其他網(wǎng)元都需要在SCCP層配置GT翻譯，以把IMSI/MSISDN/VGT尋址的消息按照輪詢原則分發(fā)到所有FE 的信令點；對于HLR/HSS 的真實GT，由STP配置GT翻譯到對應(yīng)的FE的DPC。

分布式HLR FE Pool MAP信令流程如圖5所示。

圖5 分布式HLR FE Pool MAP信令流程示意圖

a）MSC或其他對端網(wǎng)元，以VGT為目的地址向分布式HLR/HSS發(fā)送請求消息。

b）STP 根據(jù)負(fù)荷分擔(dān)原則，將VGT 翻譯至其中1個FE的DPC，假設(shè)為FE1（信令點DPC1）。

c）FE1 處理業(yè)務(wù)流程，在發(fā)送響應(yīng)消息時，會在SCCP層的CgPA字段中標(biāo)識出自己的GT地址（GT1）。

d）MSC接收到響應(yīng)消息后，由于接收到的響應(yīng)消息的地址為GT1，后續(xù)消息流程將以FE1的真實GT完成，以保證1個會話的整個流程均由1個FE處理。

e）在FE1故障情況下，由STP選擇其他FE處理。

MME等網(wǎng)元到HSS采用Diameter 尋址的方式，處理流程大致與MAP 方式相同。主要區(qū)別在于DRA 選擇FE，這時有以下2種方式可以被采用。

a）第一種方式：FE Pool 里每臺FE 均具備獨立主機名，MME等網(wǎng)元以IMSI尋址HSS時，DRA將其解析成FE Pool中多個FE的目的主機名，負(fù)荷分擔(dān)到其中1套FE；MME 記錄下用戶標(biāo)識與HSS 主機名的對應(yīng)關(guān)系，后續(xù)均用這套FE 的主機名進行尋址，直到用戶離開此MME。

b）第二種方式：FE Pool 里每臺FE 均具有獨立的主機名，同時引入1個共用的主機名。MME等網(wǎng)元以IMSI 尋址HSS 時，DRA 將其解析成FE Pool 中共用的主機名；MME 等網(wǎng)元以共用主機名尋址HSS 時，DRA將共用的主機名翻譯為FE Pool 內(nèi)某個FE 的主機名，并進行路由；當(dāng)Pool 內(nèi)1 個FE 故障時，則會翻譯到Pool內(nèi)其他FE。

第二種方式的DRA數(shù)據(jù)配置相對復(fù)雜。而且，每條信令消息均需進行1 次分發(fā)，同一套網(wǎng)元可能每次信令消息選擇的FE均不同。雖然FE僅進行信令接入和業(yè)務(wù)處理，所有用戶數(shù)據(jù)均需BE進行處理，但考慮到減少DRA 數(shù)據(jù)配置的難度，以及便于信令跟蹤，工程實施時建議選擇方式一。

1.3.2 對相關(guān)網(wǎng)元的配置要求

同一個FE Pool內(nèi)，F(xiàn)E的容量盡量相同，以簡化數(shù)據(jù)配置，避免FE負(fù)荷不均。

BE 采用1+1 主備方式組網(wǎng)。為滿足電信級可用性和可靠性的要求，BE 一般采用分布式數(shù)據(jù)存儲方式，BE具備N+K負(fù)荷分擔(dān)容災(zāi)能力，可按照主備、互備或負(fù)荷分擔(dān)方式組網(wǎng)。由于BE 設(shè)備可支持容量較大，一般在1 000 萬戶以上，工程實際中基本均按1+1主備或者互備方式在2 個不同的物理節(jié)點進行建設(shè)。而FE Pool 內(nèi)任一FE 均有可能處理任一用戶的信息，這要求各臺FE 所訪問的BE 數(shù)據(jù)實時同步，完全一致。若BE 采用1+1 互備方式組網(wǎng)，BE 中的用戶數(shù)據(jù)難以完全實時同步，會造成BE中的用戶數(shù)據(jù)冗余；采用1+1主備方式，工作流程、數(shù)據(jù)排查相對清晰規(guī)范。

STP 要求支持按照GT 地址輪詢方式分發(fā)到多個信令點，各個信令點間負(fù)載均衡?，F(xiàn)網(wǎng)STP 版本類型較多，能力參差不齊。部分版本能力如表1所示。

表1 STP負(fù)荷分擔(dān)能力表

DRA要求支持到FE Pool內(nèi)FE的Diameter路由動態(tài)負(fù)荷分擔(dān)。目前各廠家商用版本均可以支持16 個FE之間負(fù)荷分擔(dān)。

2 FE Pool優(yōu)劣勢分析

FE Pool與FE N+1方式的優(yōu)劣如表2所示。

FE N+1組網(wǎng)方式較為成熟，國內(nèi)運營商已有很多應(yīng)用；而FE Pool在網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)規(guī)劃方面，也有其獨特的優(yōu)勢，它的主要問題是在國內(nèi)尚無應(yīng)用，對周邊網(wǎng)元有一定要求，運維習(xí)慣需要做一定調(diào)整。

3 結(jié)束語

分布式HLR采用了前后端分離的架構(gòu)，是傳統(tǒng)集中式HLR 的一次演進。FE Pool 是契合其架構(gòu)的一種前端容災(zāi)方案，具有提高網(wǎng)絡(luò)安全性、提升網(wǎng)絡(luò)效率等諸多優(yōu)勢。在部署分布式HLR 時，對于已采用GT尋址、建設(shè)有獨立信令監(jiān)測系統(tǒng)的運營商，可以考慮采用FE Pool的方式進行建設(shè)。

表2 FE Pool與FE N+1優(yōu)劣對比

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