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上海貝爾:化解信令風暴,打造“強健”EPC

2013年7月16日 09:27  通信產(chǎn)業(yè)報  作 者:劉伯韜

     全球移動數(shù)據(jù)流量已連續(xù)數(shù)年保持高速增長。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,截至2014年,全球70%的移動業(yè)務(wù)將是移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);2013年第一季度,國內(nèi)人均移動互聯(lián)網(wǎng)流量已達121MB,同比增長37.1%,移動互聯(lián)網(wǎng)接入總流量達36918.3萬G,同比增長58.7%。

    為了支撐移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式需求,LTE已成為眾多運營商選擇,而其核心網(wǎng)EPC(演進分組核心網(wǎng))的建設(shè)也正在成為業(yè)界關(guān)注的重點,如何應(yīng)對扁平化帶來的信令壓力?是否足夠健壯以應(yīng)對大流量的沖擊?是否有可借鑒的規(guī)模部署經(jīng)驗?這些都成為業(yè)界在EPC規(guī)劃和建設(shè)中亟待解決的問題。

    LTE時代,移動核心網(wǎng)的新挑戰(zhàn)

    LTE的建設(shè)雖然是由流量而起,但其部署中所面臨的問題卻遠不止于此,因為,一方面是數(shù)據(jù)流量快速增長,另一方面信令也同樣在激增。如果處理不當,將導(dǎo)致信令風暴。一般情況下,信令風暴的風險主要來自于以下幾種情況:

    第一,LTE網(wǎng)絡(luò)中,采用了扁平化的架構(gòu),已經(jīng)沒有BSC/RNC來做收斂,核心網(wǎng)直接面對大量的基站。原來通過BSC/RNC進行的信令處理,也全部交由核心網(wǎng)完成。而尋呼產(chǎn)生的信令(加入尋呼的原理)在LTE中占據(jù)信令總流量的30%,同時對很多eNB進行尋呼,會給核心網(wǎng)帶來巨大壓力。

    第二,智能終端的大量使用,造就了繁榮的應(yīng)用市場,然而如果缺乏對應(yīng)用有效地審核和準入機制,就可能造成應(yīng)用導(dǎo)致的信令風暴。在國外某運營商,一款基于安卓的VoIP軟件,由于設(shè)計問題,導(dǎo)致其密集城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)壓力過載。另據(jù)統(tǒng)計分析,在流量相近的情況下,Android相對于iPhone產(chǎn)生更多的信令。

    第三,在熱點地區(qū),尤其是體育場館以及演出場地,大量人群集中使用微信、微博等應(yīng)用,產(chǎn)生推送信息,如果得不到有效控制,會產(chǎn)生擴散效應(yīng),致使大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

    第四,物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開展意味著使用海量的傳感器等終端,這些終端雖然沒有很多流量,但產(chǎn)生大量的周期性和突發(fā)性連接請求。

    優(yōu)化機制,有效化解信令風暴

    如何應(yīng)對信令風暴可能帶來的風險和挑戰(zhàn)?從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上看,LTE核心網(wǎng)中的信令主要由MME來處理,因此,上海貝爾認為,合理設(shè)計MME和優(yōu)化MME處理信令機制,將有助于減少信令風暴的發(fā)生。

    上海貝爾先進的冗余配置,可有效應(yīng)對信令的激增。上海貝爾9471MME設(shè)備基于先進的ATCAv2架構(gòu),所有板卡都做到1:1備份,從容面對信令的激增。

    同時,上海貝爾還進行了動態(tài)TAList配置:終端在TA間位置變更時要發(fā)送位置變更信息,這樣的更新顯然不計其數(shù),增加核心網(wǎng)負擔。因此通過為每個用戶建立特定的TAList,每個TAList中包含若干個TA,用戶在這些TA中移動時,無須發(fā)送位置更新信息,核心網(wǎng)無須知道終端具體在哪個TA,只需知道在某個TA List中,大大減少位置更新次數(shù)。值得一提的是,TA List也并不是越大越好,要進行動態(tài)配置,以反映用戶的移動特征。比如針對用戶乒乓式移動或環(huán)回運動時,進行相應(yīng)的合理設(shè)置,減少信令開銷。

    靈活的尋呼策略也是有效減少核心網(wǎng)信令開銷的途徑之一。通常每個TA可以包含數(shù)十個eNB,那么一個TALIst將包含上百個eNB,對如此數(shù)量的eNB進行尋呼,開銷還是相當大的。很多情況下,用戶位置實際上相對固定,比如在辦公室、學校、機場等場所,這種時候,對整個TAList進行標準流程的尋呼顯然沒有必要。上海貝爾對此提供了靈活的尋呼顆粒度,由運營商選擇在多大范圍內(nèi)進行尋呼,在保證尋呼成功率的同時,有效降低給核心網(wǎng)帶來的信令壓力。

    針對不同的業(yè)務(wù),尋呼范圍可進行分別設(shè)置,上海貝爾認為,多數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對延遲的容忍度較高,但諸如CSFB這類語音業(yè)務(wù),實際是要完成一次被叫,因此為保證其體驗,可以設(shè)置為首次尋呼即在整個TAList內(nèi)進行,從而保證更高的尋呼成功率和用戶體驗。

    此外,上海貝爾的EPC解決方案還支持尋呼間隔時長的設(shè)置,針對無信號覆蓋或某個eNB癱瘓下的持續(xù)無用尋呼的資源浪費的情況,在MME中支持設(shè)立尋呼間隔時常,在對用戶尋呼失敗后,可延時一段時間,再進行第二次尋呼,以此類推,這樣可防止對一個用戶在短時間內(nèi)反復(fù)大量的進行尋呼。值得一提的是,通過現(xiàn)網(wǎng)驗證,打開上述機制后,可以減少50%的尋呼消息,有效提升EPC的性能。

    MMEPool+GWPool,讓EPC更“健壯”

    除了性能上的提升,如何讓EPC更加“健壯”,從容應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)狀況,為業(yè)務(wù)提供更加安全的保障?上海貝爾認為設(shè)立MMEPool和GWPool十分必要。

    MMEPool將為運營商的網(wǎng)絡(luò)提供冗余和安全,同時也能降低信令風暴發(fā)生的可能。在Verizon的LTE網(wǎng)絡(luò)中,每個Pool含有兩個MME,雖然數(shù)量不多,但卻起到了重要作用。

    假設(shè)MMEPool中有A和B兩個設(shè)備,當MMEPool中的MME-A出現(xiàn)故障時,ICP的服務(wù)器無法聯(lián)系用戶終端,當連接請求到達sGW時,sGW將向MME-B發(fā)送下行數(shù)據(jù)的提醒(DDN),該消息中包含終端的IMSI,MME-B使用IMSI來尋呼終端,終端看到MME-B使用IMSI而不是GUTI尋呼的時候,就知道原來所屬的MME4已出問題,終端將重新發(fā)起Attach流程,MME-B將與HSS進行一次終端的簽約數(shù)據(jù)鑒權(quán)等完整流程,此后終端將在MME-B上完成相關(guān)業(yè)務(wù)。

    再如,如果用戶原來掛在MME-A上,當該MME癱掉后,eNB已由MME-B接管,終端此時如果需要發(fā)送位置更新,MME-B是無法找到終端相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的,同樣會下發(fā)帶有IMSI的消息,強制終端進行一次Attach流程。

    GWPool同樣也能通過冗余為EPC網(wǎng)絡(luò)提供了更好的健壯性,除了支持標準的GW主備切換外,上海貝爾的方案還提供了更高級別的保護。在主備GW間,啟用VRRP,使得GWPool對外顯示為一個IP節(jié)點,當一個GW宕機時,備用GW仍然使用原來的IP提供服務(wù),此外,在7750GW間,通過MCS機制,可保證主用GW數(shù)據(jù)完整的保留在備份GW上,在Verizon現(xiàn)網(wǎng)上,已經(jīng)驗證了這一方案的高可靠性。

    助力中國EPC建設(shè)

    阿爾卡特朗訊建設(shè)的EPC在全球最大的LTE網(wǎng)絡(luò)(Verizon)中占據(jù)50%的份額,Verizon的總用戶已經(jīng)接近3000萬。鑒于阿爾卡特朗訊所承建的EPC和IMS的突出表現(xiàn),Verizon已決定在2014年后,停止發(fā)放CDMA和LTE雙模終端,轉(zhuǎn)而只發(fā)放LTE單模終端。此外,在其他的大型LTE運營商(如AT&T,Sprint等)也有廣泛應(yīng)用。不同于2G/3G的分組域,在LTE領(lǐng)域,我們是全球EPC的主流供應(yīng)商,而且積累了大型商用網(wǎng)絡(luò)部署和保障的經(jīng)驗。這些經(jīng)驗在國內(nèi)的大規(guī)模LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中將發(fā)揮重要作用。

 

編 輯:崔玉賢
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