MSC Pool的关键技术和组网原则

陈婉娥，邢志翀

（中国移动通信集团浙江有限公司，杭州 310006）

MSC Pool的关键技术和组网原则

陈婉娥，邢志翀

（中国移动通信集团浙江有限公司，杭州 310006）

随着移动网络的不断发展，网络规模的不断扩大，通信系统的安全和网络容量面临着巨大挑战。如何提高网络资源的利用率和容灾能力，是各厂商共同关注的问题。MSC Pool技术的应用，打破了传统网络中一个BSC/ RNC只能连接到一个MSC的限制，将多个MSC共同组成一个资源池，为所连接的BSC/RNC提供服务。MSC Pool能提升核心网络系统的资源利用率，降低信令开销，提升了系统效率。本文在3GPP标准协议的基础上，从MSC Pool的技术原理入手，结合MSC Pool的发展现状，对MSC Pool的关键技术和组网原则进行了分析研究。

MSC Pool；NRI；负荷分担；NNSF；容灾

软交换承载控制分离的架构以及大容量的特点使其设备的安全性显得越来越重要，而传统MSC基于单板和端口的安全备份机制已经不能满足软交换网络的安全要求，有必要引入新的容灾备份机制，以提高网络的安全性。MSC Pool技术可以满足交换机级的容灾备份需求，将网络的安全性提升到一个新的层次。

MSC Pool提供了网络级自动实时备份机制，在一个“池区”中所有的MSC Server之间都是互为备份的。如果其中任何一个发生故障，其所服务的用户一旦有业务请求，马上会被MSC Pool中其它MSC Server接管，实现了真正意义上的自动、实时冗灾备份机制，能够较好的解决长久以来MSC设备的网络故障单点问题，对于网络的安全运行有着重大意义。

1 MSC Pool若干关键技术的研究

1.1 NRI的选择

网络资源标识符（NRI，network resource identifier），用来唯一识别MSC Pool区中的一个MSC或MSC Server节点。

当MS初次注册到MSC Pool内的一个MSC时，这个MSC将分配含有本局NRI的TMSI给MS。后续，MS再次发起业务时将携带NRI信息，RNC/BSC将利用NRI信息将MS发起的业务路由到NRI对应的MSC。这样保证MSC Pool area内的MS每次发起的业务均能够被路由到MS已注册的MSC（这样，MS在MSC Pool area内漫游时，无需更改服务MSC。与传统组网相比，这可以减少C/D接口的位置更新信令）。

图1 TMSI长度

NRI包含在TMSI中，TMSI长度一共是32 bit，如图1所示。

31～30 bit：CS/PS业务指示。

29 bit：VLR重启计数。

23～n bit（n≥14）：NRI。NRI长度可变，最大10 bit，当NRI长度不为0时，NRI由高位23 bit开始，长度为0表示不启用MSC Pool功能。

24～28 bit & 0～(n-1) bit：User ID，用户标识。下面表中是每个交换机分配几个NRI、Pool中有多少个MSS、建议规划的NRI位长的关系。

NRI的取值长度和User ID范围是相互竞争的，当NRI取值长，标识Pool内MSC的个数就多，可用于User ID标识用户的比特数就少，MSC/VLR能够管理的用户数也会减少。而NRI取值短，标识Pool内MSC的个数就少，可用于User ID标识用户多，MSC/VLR能够管理的用户数就多。

NRI长度与User ID之间的关系如表1所示。

表1 NRI长度与User ID之间的关系

当多个本地网的所有MSC组成MSC Pool后，会在一定区域内形成多个MSC Pool，而边界相邻的两个MSC Pool中使用的NRI值是不能相同的，否则会产生MSC Pool中的负荷失衡，严重的会导致MSC Pool出现问题。

1.2 负荷分担

在MSC Pool的组网中，由于一个BSC/RNC与MSC Pool内的多个MSC连接，所以当BSC/RNC业务区中的MS发起新的业务时，需要为MS发起的业务选择一个服务的MSC。这里为MS选择服务MSC的功能被称为非接入层节点选择功能（NNSF，NAS node selection function），通过这个功能单元，MSC Pool实现负荷分担，资源共享等业务功能。

图2 负荷分担原理图

（1）当MS以IMSI/IMEI发起业务时，RNC/ BSC采用负荷分担算法，根据MSC Pool内各有效的MSC的用户容量的比例来选择一个有效的MSC作为MS的服务MSC。MS以IMSI发起业务的情况下，被选择的MSC将分配含有本局NRI的TMSI给MS。

（2）当MS以TMSI发起业务时，RNC/BSC根据自身配置的NRI与MSC Pool内MSC的对应关系为MS选择服务的MSC。当被选择的MSC无效或无NRI与MSC的对应关系时，RNC/BSC采用负荷分担算法，根据MSC Pool内各有效MSC的用户容量的比例来选择一个有效的MSC作为服务的MSC。被选择的MSC将分配含有本局NRI的TMSI给MS（如果是漫游进来的其他MSC中的用户注册到被选择的MSC，被选择的MSC需要先通过E接口到用户原注册的MSC取用户标识信息或通过空口取用户标识信息并完成位置更新，同时分配含有本局NRI的TMSI给MS）。

（3）当MSC以IMSI寻呼被叫MS时，RNC/BSC将临时存储IMSI与发寻呼的MSC的对应关系。当被寻呼的MS以IMSI寻呼响应返回给MSC时，如果携带了NRI（在3G的情况下，网络采用IMSI寻呼MS，如果USIM卡中含有TMSI，MS在初始直传消息中的IDNNS信元中将携带NRI信息，寻呼响应消息中将携带IMSI信息），RNC将按NRI和MSC的对应关系选择一个MSC；否则RNC/BSC将根据临时存储的IMSI与MSC的对应关系为MS选择服务的MSC。这样能够使寻呼响应被发送到发寻呼的MSC，保证呼叫成功。当被选择的MSC无效或不能通过对应关系选择MSC时，RNC/ BSC将采用上述负荷分担算法选择一个有效的MSC。

1.3 容灾

MSC Pool技术，能够解决一部分基于网络层面的容灾，当MSC Pool内某个MSC故障，BSC/RNC识别该MSC故障后，会将本来分配给该MSC的新发起的用户业务转移到MSC Pool中其它有效的MSC上，从而实现MSC Pool内MSC间的容灾。

NNSF节点可以将这部分用户，转移到其它正常的主用MSC中。

完成上述工作，取决于以下两点。

（1）如图3所示，MSC Pool内其它正常主用MSC剩余容量大于故障的MSC容量，否则，可能会形成多米诺效应影响整个MSC Pool内其它正常MSC使用。

假设MSC Pool中一共有5个MSC，每个MSC有效用户数是40万，当余量是10万时，即每个MSC总容量均为50万，可以满足一个MSC故障时的用户迁移。当余量是27万时，即每个MSC总容量均为67万，可以满足两个MSC故障时的用户迁移。

图3

所以当MSC Pool中MSC数量较多时，可以减少余量配置，满足容灾需求。

（2）迁移的速度，故障MSC的VLR用户数据在MSC Pool的其它主用MSC中是没有的，在至少一个位置更新周期过程中，故障MSC用户数据在整个MSC Pool中是不存在的，此时会存在一定量的呼损，接通率降低。

1.4 切换

由于MSC Pool area内的任意一个LA均被MSC Pool内的所有MSC所服务，所以MS通话过程中在MSC Pool area内移动时，只进行LA间切换，不进行MSC间切换，这样与传统组网相比，可以减少局间切换，提高用户通话质量。

MSC Pool外的MSC可以将MSC Pool内的任意一个MSC配置为切换的目的MSC，但为了避免切入MSC Pool area的局间切换负荷集中于MSC Pool内的一个MSC上，以及为了降低MSC单点故障的影响，需要通过数据配置规划将MSC Pool外的各MSC的切换目标分别配置为MSC Pool内不同的MSC。

1.5 漫游

MSC Pool内的用户漫游到Pool外进行IMSI附着时需要到Pool内的前MSC取用户信息（用户的IMSI及未被使用的加密参数信息），Pool外MSC需要根据配置的相邻MSC信息找到前MSC。但为了避免取用户信息负荷集中于MSC Pool内的一个MSC上，Pool外MSC为Pool内不同LAI配置不同的MSC为相邻MSC。假设，Pool内有3个MSC1、MSC2、MSC3，有3个位置区LAI1、LAI2、LAI3，Pool外MSC的相邻MSC的配置可以为：LAI1的相邻MSC为MSC1、LAI2的相邻MSC为MSC2、LAI3的相邻MSC为MSC3，这样，用户从LAI1漫游出Pool时通过MSC1取用户信息，用户从LAI2漫游出Pool时通过MSC2取用户信息。

1.6 MSC间用户的迁移

有两种MSC间用户迁移的实现方案：一种是按3GPP 23.236 630协议规定的方案，通过在位置更新接受TMSI重分配命令中带有non-broadcast LAI，指示用户non-broadcast LAI的方式触发用户由一个MSC中重新位置更新到另一个MSC中；另一种是局间重定向方案，迁移始发局通过局间MAP信令将用户数据发送到迁移目的局，迁移目的局完成对用户的位置更新，完成迁移用户操作。

2 MSC Pool组网原则

MSC Pool组网原则，考虑适用场景、网络结构、信令、话务、计费等，指导市场宣传、网络规划和设计、工程实施的口径统一，前后一致。

2.1 MSC Pool适用场景

（1）潮汐效应明显，网络忙时话务分布不均衡的地区以及节假日和平日话务容量差异较大的区域，通过部署MSC Pool降低设备峰值负荷、提高设备利用率，充分发挥其能够“消峰抑谷”的特性。

（2）局间切换多，信令负荷高的区域，TD-SCDMA无线覆盖不连续并且2G、TD-SCDMA互操作频繁的区域，通过部署MSC Pool提升系统整体性能、缩短位置更新时延以及提高切换成功率。

（3）在大型集会等网络实时容灾要求高的区域，以及单局点容量较大的地区，通过部署MSC Pool实现MSC实时容灾备份，提高网络可靠性。

2.2 网络结构

MSC Pool内MSC不接Pool外的BSC/RNC。当BSC/RNC代理NNSF功能，MSC Pool内MSC连接Pool外的BSC或者RNC，将导致负荷不均衡；当采用MGW代理NNSF功能，将使得组Pool不需对BSC/RNC的特殊需求，所以MSC Pool内的MSC无需区分BSC/RNC是Pool内还是Pool外，实质是MSC将所有的BSC/RNC都归入MSC Pool内。

如果MGW有容灾需求，可以考虑Mini-flex和MSC Pool混合使用，但是推荐1个BSC最多连接2个MGW。

2G/3G混合组MSC Pool，建议统一由MGW支持NNSF功能，以避免异厂家IOT问题。同时避免了MGW分发算法与RNC分发算法不一致导致MSC Server负荷不一致的可能。

对于纯2G局点与2G/3G共建局点组Pool的场景特别说明：其中的纯2G局点必须先完成2G/3G共建改造，包括需要申请3G用户数的LICENSE，以支持3G用户在Pool内的该Server上注册，确保Pool内各Server具备相同的业务特性。

如果两个MSC Pool包含不同的本地网，可以利用现有长途软交换实现的CMN功能互通BICC信令；如果两个MSC Pool属于同一个本地网，可以考虑新建本地CMN，互通BICC信令。

图4 信令结构图

2.3 信令

信令结构如图4所示。

允许HLR/SCP等纯信令网元与MSC Pool内的MSC直连，禁止MSC Pool内端局兼做关口局，进行TDM/IP的互通。

2.4 话务

MSC Pool标准话路组网结构如图5所示。

当采用MGW支持NNSF功能，A口电路管理下移，可以有效提高A口电路的资源利用率，避免引入MSC Pool后，A接口电路管理、规划复杂和链路增加的情况。

2.5 计费

对于MSC Pool区内只有一个本地网的情况，保持与原有软交换MSC相同的计费方案，采用MSC ID计费的方式或者LAI计费的方式。

对于MSC Pool内覆盖多个本地网的情况，推荐采用LAI计费方案；对于目前基于MSC ID的计费方式推荐改为基于LAI计费的方式。

图5 话路组网结构图

3 总结

MSC Pool技术以其可靠的网络安全性以及灵活的核心网组网方式在未来的几年会得到持续的应用，它实现了资源共享和话务均衡分配，有效提高了设备利用率和网络性能，节省了信令开销。基于MSC Pool的各个关键技术，研究组网的原则，进一步挖掘MSC Pool的技术优势，有利于在当前的网络条件下，找到一个较合理的组Pool方案，为今后MSC Pool在现网的全面推广提供参考和借鉴，为移动网络的发展，带来更多的方便和契机。

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