大容量分布式ＨＬＲ的引入策略研究

邱　钧　李　赟

【摘要】文章重点分析了分布式HLR的主要技术特点,比较了它与传统集中式HLR的优劣势,并对分布式HLR的引入策略提出了相应建议。

【关键词】分布式HLR 分层架构 前端设备 后端设备

1 概述

HLR(Home Location Register,归属位置寄存器)设备作为GSM移动网中最重要的数据中心,负责存储全网客户的签约数据和位置信息。中国移动现有网络的用户数据存储在HLR中。现网HLR主要采用集中式的软件结构,设备的性能受限于硬件平台,不易进行容量扩展。随着网络的不断发展,这些缺点将愈加突出,由此带来的管理维护问题也会愈加严重。

IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)的引入和接入技术的发展使各种各样的终端都可能成为IMS用户,用户数量与现有网络相比将有数量级上的增长,同时用户的信息量也将有着大量的增长,集中式HLR在未来将很难满足不断发展的网络需求。随着技术的发展,我们应积极推进分布式软件结构HLR的技术成熟,并考虑适时引入。

2 分布式HLR的主要技术特点及优劣势分析

2.1 分布式HLR的主要技术特点

R4标准架构下的交换网络的特点是承载和控制分离,这种架构有着大容量、高处理能力、节约网络投资的优点,同时简单清晰的网络结构也使得网络扩容、维护成本低,并且可实施容灾备份机制。分布式HLR技术在设备架构上借鉴了R4分离架构MSC的一些概念,采用了数据存储和业务处理分层的架构。分布式HLR系统架构如图1所示:

相比较于传统HLR,分布式HLR具有以下技术特点:

(1)用户容量灵活:用户数据存储容量、接口处理能力及各层实体数量可按需扩展,其处理能力可从一百万用户到上亿用户灵活配置。

(2)分层架构清晰:应用逻辑与数据存储分离,两者之间采用统一开放接口协议,提供集中设备、数据管理;采用IP网络作为承载。

(3)设备可用性高:“N+K”设备配置,多点动态负荷分担,多点异地容灾,实现业务不中断。

(4)设备可靠性高:前端采用N+K负荷分担与备份机制,后端数据库之间采用实时同步备份机制。

(5)应用扩展灵活:数据库的开放性缩短新业务开发的周期,可快速增加新的应用(如增加HSS FE的应用)。

传统HLR与分布式HLR的技术实现如图2所示:

HLR设备逻辑上由信令接入和业务处理、用户数据库存储两大部分组成。传统HLR设备一般是采用同一设备平台或“交换平台+小型机平台”实现这两大逻辑功能。

分布式HLR采用独立的前端设备(FE)实现“信令接入和业务处理”功能,独立的后端设备(BE)实现“用户数据库存储”功能;BE之间可以自动完成用户数据的实时同步,可同时实现用户数据的容灾备份;任一FE设备可以访问任一BE设备,相应的要求BE设备同时具备“数据路由”功能。

2.2 分布式HLR的优劣势

从以上对分布式HLR的技术特点的分析和与传统HLR的比较可以看出,分布式HLR不仅具有传统HLR的所有功能,还具有以下几个方面的优势:

(1)分布式HLR的大容量、分层架构的发展方向,与“简化网络结构,节约网络投资”的网络发展趋势一致。

(2)适应以用户为中心的网络和业务融合,提供分离的应用和数据之间的开放标准接口,以便业务快速部署。

(3)可解决现网HLR存在的问题,如提升容量和接口能力、提升容灾效率、集中网络与数据管理、提升BOSS适应性等。

(4)内部采用IP网络作为承载,集中式HLR经IP化改造可以升级为FE,适应IP化演进趋势。

(5)采用电信级IT平台作为硬件平台,集中度提高,单位用户造价和功耗降低,符合节能减排的要求。

(6)作为适应长期网络演进的新技术,能够适应未来3G、IMS等新业务和网络的融合,减少网络改造。

但同时我们也应看到,截至目前分布式HLR存在一些技术风险:

(1)分布式HLR没有标准指导,各厂商设备差异较大,为现网引入、运维、互操作、长期演进带来障碍,需要对其制定统一技术规范并进行测试、试点。

(2)基于IP承载网的容灾分布实施仍需要现网试点验证,以获得分布化与IP承载效率之间的最佳均衡点。

(3)现网部署涉及网元多、跨地域广、影响范围广、割接难度较大,需要制定完善的实施方案。

(4)运维方式方法将有较大改变,设备本身需要具备更多运维功能(例如大容量下分权分域),且运维人员需要适应与学习。

3分布式HLR的关键技术分析

(1)采用分层架构

各层功能实体根据容量和处理能力需求灵活扩展,根据容灾需求灵活异地部署。

(2)实现N+K负荷分担与备份机制

(3)实现统一的BOSS接口

采用N+K多点接入,处理能力可灵活扩展;可实现统一BOSS接口协议、用户模板格式;采用指令/结果匹配对应机制,可区分BOSS指令处理优先级,并提供增量或全量数据输出比对功能及数据快速写入功能。

(4)实现集中统一的网络和数据管理

◆部署具有高度灵活性,设备集中设置,采用统一网管,减少设备运维成本。

◆为大容量存储的用户数据管理、BOSS接入提供统一接口、数据视图。

◆通过虚拟HLR技术为不同的本地网提供统计、测量、安全、业务开展、数据管理等方面的独立运维。

(5)实现统一开放的数据库接口(图5)

◆剥离各业务网元的用户数据,并利用分布式HLR对其进行统一存储和访问。

◆分布式HLR提供统一开放数据库接口,为各种业务应用逻辑提供数据服务,简化网络。

◆原有独立的用户数据在分布式HLR中根据用户标识、用户数据模型框架关联,以消除数据冗余、实现用户数据融合。

◆FE和BE厂商兼容,可独立采购。

(6)采用可扩展的用户数据模型(图6)

采用树型为数据组织形式,数据关系清晰,可随意对其中节点进行增删改。

业务开展产生的用户数据增加、删除、更改可以在线进行,无需升级软件、中断业务,从而加速了业务开展,适应了未来网络和业务发展趋势。

4 分布式HLR的引入策略建议

针对目前已有大量传统HLR且分散设置的网络现状,对于分布式HLR的引入策略建议如下:

◆逐步引入,以保证业务不中断为最主要目标;

◆确保引入过程每一步安全和有保护;

◆引入过程中验证分布式HLR自身功能和性能;

◆验证网络各环节的可用性和可靠性;

◆服务现网,提升网络和业务质量。

初期可考虑将分布式HLR作为集中式HLR使用,验证其功能,以及与交换网、信令网、BOSS和网管的兼容性,验证其性能和容量优势。

第二阶段可利用IP承载网进行分布式部署,分离FE和BE;验证N+K负荷分担与备份机制;调整和适应新的运维方式;提出新需求,进一步改善分布式HLR。

后续可利用分布式HLR融合3G、IMS、固话网络及其业务的用户数据,实现统一的用户数据存储、访问和管理。

5 结束语

分布式HLR引入有助于解决现网问题,符合IP化、节能减排、网络及业务融合的网络发展趋势。建议通过现网试点来验证分布式HLR关键特性,获取现网应用经验,满足新的需求,促使其尽早完善,为下一步大规模推广分布式HLR积累宝贵经验。★

【作者简介】

邱钧:高级工程师,本科毕业于长春邮电学院(现吉林大学),中国移动通信集团设计院有限公司高级项目经理,从事通信设计咨询工作18年,重点跟踪研究移动交换网络的演进,具有丰富的交换网络规划、设计、咨询经验。

李赟:工程师,本科毕业于北京广播学院(现中国传媒大学),现任职于中国移动通信集团设计院有限公司,研究方向:移动核心网络组织及演进。