浅议MME Pool可靠性组网

彭华东

摘要： 随着用户容量增加、网络复杂度提高、核心网元容量提高、潮汐现象使MME间负载不均衡、用户无法容忍服务中断等等都对MME网元可靠性带来了新的挑战，单个MME网元组网无法适应这些新的要求，由此引入MME POOL。MME POOL可靠性组网能使MME之间达到负荷分担、提升资源利用率、实现MME设备级的异地容灾备份减少局间位置更新。

关键词： MME；EPC；SAE；MME POOL；负荷分担；冗灾；潮汐效应；OPEX

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3746-04

MME（Mobile management Entity），是EPC（Evolved Packet Core）系统SAE（System Architecture Evolution）控制面上的主要网元，与eNodeB之间存在信令面的接口S1-MME.与S-GW之间存在S11接口，与HSS之间的接口是S6a（Diameter类型协议） 。与S4-SGSN之间存在S3接口。与MSC之间存在SGs接口。与其他的MME之间通过S10接口相连。随着用户容量增加，需要更多的核心网元，网络越来越复杂， OPEX 也随之增加； 大容量的核心网元对网络可靠提出了更高的要求； 人口流动带来潮汐现象，使MME间负载不均衡； 用户对网络可靠性的要求越来越高，无法容忍服务中断。

1 MME Pool组网

1.1 MM E POOL 介绍

MME Pool特性是多个MME同时为相同的无线区域服务（MME Pool区），Pool内MME与Pool区内所有eNodeB互联，Pool内MME之间实现资源共享，业务负荷分担。UE接入哪个MME与eNodeB的负荷均衡策略有关，因此eNodeB需感知MME的设备状态。如果探测到MME不可用，需要及时调整负荷均衡策略，将新接入业务请求消息分配给其它正常状态的MME。另外，eNodeB需获取MME的负荷权重，结合负荷权重来为UE选择接入的MME。

如图1所示，一组MME可以构成一个MME Pool，MME Pool服务的区域就称为MME Pool Area。从TA的角度看，如果一个或多个TA从属于某一个MME Pool，那么这些TA的所有的业务区即构成MME Pool Area，MME Pool Area内的用户由MME Pool中的MME共同服务。在LTE-EPC标准制定过程中已经考虑到了MME Pool的功能，所以MME的网元标识最初就包含了Pool所需的信息。MME Pool与非Pool的组网从网络拓扑方面而言并没有太大的区别。但在路由的策略上，MME Pool要求Pool区内的所有MME和eNodeB间路由均可达。图1中连线表示逻辑互连关系，并非物理连接。

1.2 MME Pool与SGSN Pool中的差别

新增标识：

1）GUTI（Globally Unique Temporary UE Identity ）：MME分配，全局唯一，包含两个部分。

· GUMMEI：GUMMEI由MCC、MNC、MME标识组成（为便于互操作时区分接入制式，将MMEGI的高比特位规划为1）。

· M-TMSI：M-TMSI长度为32个bit，在一个MME内唯一标识一个UE。

GUTI可以在附着或跟踪区更新过程中隐式分配，也可以通过GUTI重分配过程显式分配。GUTI重分配过程可以为UE分配一个GUTI，新的GUTI在隐式分配时在MME处于EMM-REGISTED状态通过附着或TAU流程的接受消息下发，显式分配时在ECM-CONNECTED状态下通过显式的PTMSI重分配流程下发。

2）TAI（Tracking Area Identity）：=MCC（Mobile Country Code）+MNC（Mobile Network Code）+TAC（Tracking Area Code）。

3）TA List：如图2所示，将若干跟踪区TA组合为一个TA List。

①将若干跟踪区TA组合为一个TA List，移动终端在此TA List包含的所有TA区中移动时候时，不再需要发起TA更新。

②网络寻呼用户时，在整个TA List包含的所有TA区中寻呼用户。

③MME在Attach Accept，TAU Accept或者GUTI Reallocation Command消息中会将TA List下发给UE。

1.3 负载均衡原理

在MME Pool的组网中，由于一个eNodeB与MME Pool内的多个MME连接，所以当TA业务区中的UE发起新的业务时，为了使eNodeB可以根据负载均衡等原则为UE从Pool中选择一个服务的MME，MME需要将负荷权重下发给eNodeB。

如图3所示，假设MME1的有效用户容量为4，MME2的有效用户容量为3，则eNodeB会按4∶3的比例，将UE接入到MME1和MME2上，具体分发效果取决于eNodeB的实现方式。

1.3.1 MME通知eNodeB自身的负荷权重（S1AP连接建立时）

在MME Pool中，一个eNodeB与MME Pool中的多个MME连接，所以当建立专用S1连接时，需要为UE选择一个服务的MME，这里的选择功能被称为“节点选择功能”。eNodeB是根据各MME对应的“负荷权重”比例进行选择，MME的负荷权重值是通过S1AP消息发送给池区中的eNodeB的。MME的负荷权重值是根据Pool中其它MME节点的可用容量加以设置的。负荷权重值可以通过S1 Setup Response消息（图4）或者MME Configuration Update消息携带给eNodeB（图5）。endprint

1）用户根据MME Pool中各MME的可用容量的比例关系分别配置各MME的负荷权重，取值范围为：0～255。

2）MME保存各自的负荷权重。

3）eNodeB向MME发起SCTP偶联建立请求并建立成功。

4）eNodeB向MME发送S1 Setup Req以建立S1接口设备连接。

5）MME向eNodeB发送S1 Setup Rsp消息将MME的负荷权重（Relative MME Capacity）带给eNodeB。

6）eNodeB保存MME的负荷权重信息。

1.3.2 MME通知eNodeB自身的负荷权重（S1AP连接建立后用户修改配置）

MME的负荷权重值可以进行修改，但不会频繁更新。对于一个相对成熟的网络，建议一个月更新一次即可，如在新增了RAN侧或CN侧网元时进行更新。

同时，当MME容量变更的情况下，也可能需要负荷权重值的变更。如对于一个Pool中新增的网元，可以设置一个相对较高的负荷权重值，以便该新增网元尽快承接业务，达到与Pool内其它网元的负荷均衡。

1）用户修改MME的负荷权重，取值范围为：0～255。

2）MME保存修改后的负荷权重。

3）MME主动向所有连接的eNodeB发送MME Configuration Update，其中携带标识该MME负荷权重的Relative MME Capacity信元。

4）eNodeB更新MME的负荷权重，作为后续UE接入时选择MME的依据。

5）eNodeB若成功更新数据配置，则回复MME Configuration Update Ack消息给MME。

1.3 Pool区内TAU原理

由于MME Pool Area内的任意一个TA均被MME Pool内所有的MME所服务，所以UE业务过程中在MME Pool Area内移动时，只进行INTRA TAU，不进行INTER TAU（与传统组网相比，这可以减少INTER TAU，从而减少S6a和S10接口消息，减少丢包，从而提高服务质量）。

1.4 容灾原理

实际上，负荷分担处理已经使MME Pool组网具备了一定的MME级的容灾能力。当MME Pool中某MME发生故障时，eNodeB识别该MME故障后，eNodeB会将本来由该MME提供服务的用户发起的新业务转移到Pool中其他有效的MME上；同时对新接入的用户进行MME选择时不会再考虑该MME，从而实现MME Pool内MME间的容灾。

如图6所示，在非Pool组网情况下，某UE通过eNodeB2接到MME1上，如果MME1故障将导致eNodeB2到MME1的链路断开，此时UE的TAU流程失败。

如图7所示，在Pool组网情况下，我们规划图中的eNodeB分别连接到两个MME上，UE通过eNodeB2连接到MME1上，在MME1故障以致eNodeB2到MME1的链路断开的情况下，UE在进行TAU的时候流程可以继续；eNodeB2可以将消息发到MME2上，由MME2提供业务。（如果只是eNodeB2到MME1的链路断开，MME1设备可用，那么MME2收到TAU消息后，可以进行INTER TAU流程；如果MME1设备彻底故障，TAU消息直接被拒绝，UE会通过MME2重新发起附着流程，这个时候eNodeB2会将附着消息发到MME2上，即相当于UE通过eNodeB2附着到MME2，由MME2提供业务。）

2 结论

MME POOL可靠性组网能使MME之间达到负荷分担、提升资源利用率、实现MME设备级的异地容灾备份减少局间位置更新。

参考文献：

[1] 3GPP TS 23.401 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Services and System Aspects ；General Packet Radio Service （GPRS） enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN） access.

[2] 3GPP TS 36.413 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； S1 Application Protocol （S1AP） （Release 8）.

[3] 3GPP TS 23.236 Intra-domain connection of Radio Access Network （RAN） nodes to multiple Core Network （CN） nodes.endprint

1）用户根据MME Pool中各MME的可用容量的比例关系分别配置各MME的负荷权重，取值范围为：0～255。

2）MME保存各自的负荷权重。

3）eNodeB向MME发起SCTP偶联建立请求并建立成功。

4）eNodeB向MME发送S1 Setup Req以建立S1接口设备连接。

5）MME向eNodeB发送S1 Setup Rsp消息将MME的负荷权重（Relative MME Capacity）带给eNodeB。

6）eNodeB保存MME的负荷权重信息。

1.3.2 MME通知eNodeB自身的负荷权重（S1AP连接建立后用户修改配置）

MME的负荷权重值可以进行修改，但不会频繁更新。对于一个相对成熟的网络，建议一个月更新一次即可，如在新增了RAN侧或CN侧网元时进行更新。

同时，当MME容量变更的情况下，也可能需要负荷权重值的变更。如对于一个Pool中新增的网元，可以设置一个相对较高的负荷权重值，以便该新增网元尽快承接业务，达到与Pool内其它网元的负荷均衡。

1）用户修改MME的负荷权重，取值范围为：0～255。

2）MME保存修改后的负荷权重。

3）MME主动向所有连接的eNodeB发送MME Configuration Update，其中携带标识该MME负荷权重的Relative MME Capacity信元。

4）eNodeB更新MME的负荷权重，作为后续UE接入时选择MME的依据。

5）eNodeB若成功更新数据配置，则回复MME Configuration Update Ack消息给MME。

1.3 Pool区内TAU原理

由于MME Pool Area内的任意一个TA均被MME Pool内所有的MME所服务，所以UE业务过程中在MME Pool Area内移动时，只进行INTRA TAU，不进行INTER TAU（与传统组网相比，这可以减少INTER TAU，从而减少S6a和S10接口消息，减少丢包，从而提高服务质量）。

1.4 容灾原理

实际上，负荷分担处理已经使MME Pool组网具备了一定的MME级的容灾能力。当MME Pool中某MME发生故障时，eNodeB识别该MME故障后，eNodeB会将本来由该MME提供服务的用户发起的新业务转移到Pool中其他有效的MME上；同时对新接入的用户进行MME选择时不会再考虑该MME，从而实现MME Pool内MME间的容灾。

如图6所示，在非Pool组网情况下，某UE通过eNodeB2接到MME1上，如果MME1故障将导致eNodeB2到MME1的链路断开，此时UE的TAU流程失败。

如图7所示，在Pool组网情况下，我们规划图中的eNodeB分别连接到两个MME上，UE通过eNodeB2连接到MME1上，在MME1故障以致eNodeB2到MME1的链路断开的情况下，UE在进行TAU的时候流程可以继续；eNodeB2可以将消息发到MME2上，由MME2提供业务。（如果只是eNodeB2到MME1的链路断开，MME1设备可用，那么MME2收到TAU消息后，可以进行INTER TAU流程；如果MME1设备彻底故障，TAU消息直接被拒绝，UE会通过MME2重新发起附着流程，这个时候eNodeB2会将附着消息发到MME2上，即相当于UE通过eNodeB2附着到MME2，由MME2提供业务。）

2 结论

MME POOL可靠性组网能使MME之间达到负荷分担、提升资源利用率、实现MME设备级的异地容灾备份减少局间位置更新。

参考文献：

[1] 3GPP TS 23.401 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Services and System Aspects ；General Packet Radio Service （GPRS） enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN） access.

[2] 3GPP TS 36.413 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； S1 Application Protocol （S1AP） （Release 8）.

[3] 3GPP TS 23.236 Intra-domain connection of Radio Access Network （RAN） nodes to multiple Core Network （CN） nodes.endprint

1）用户根据MME Pool中各MME的可用容量的比例关系分别配置各MME的负荷权重，取值范围为：0～255。

2）MME保存各自的负荷权重。

3）eNodeB向MME发起SCTP偶联建立请求并建立成功。

4）eNodeB向MME发送S1 Setup Req以建立S1接口设备连接。

5）MME向eNodeB发送S1 Setup Rsp消息将MME的负荷权重（Relative MME Capacity）带给eNodeB。

6）eNodeB保存MME的负荷权重信息。

1.3.2 MME通知eNodeB自身的负荷权重（S1AP连接建立后用户修改配置）

MME的负荷权重值可以进行修改，但不会频繁更新。对于一个相对成熟的网络，建议一个月更新一次即可，如在新增了RAN侧或CN侧网元时进行更新。

同时，当MME容量变更的情况下，也可能需要负荷权重值的变更。如对于一个Pool中新增的网元，可以设置一个相对较高的负荷权重值，以便该新增网元尽快承接业务，达到与Pool内其它网元的负荷均衡。

1）用户修改MME的负荷权重，取值范围为：0～255。

2）MME保存修改后的负荷权重。

3）MME主动向所有连接的eNodeB发送MME Configuration Update，其中携带标识该MME负荷权重的Relative MME Capacity信元。

4）eNodeB更新MME的负荷权重，作为后续UE接入时选择MME的依据。

5）eNodeB若成功更新数据配置，则回复MME Configuration Update Ack消息给MME。

1.3 Pool区内TAU原理

由于MME Pool Area内的任意一个TA均被MME Pool内所有的MME所服务，所以UE业务过程中在MME Pool Area内移动时，只进行INTRA TAU，不进行INTER TAU（与传统组网相比，这可以减少INTER TAU，从而减少S6a和S10接口消息，减少丢包，从而提高服务质量）。

1.4 容灾原理

实际上，负荷分担处理已经使MME Pool组网具备了一定的MME级的容灾能力。当MME Pool中某MME发生故障时，eNodeB识别该MME故障后，eNodeB会将本来由该MME提供服务的用户发起的新业务转移到Pool中其他有效的MME上；同时对新接入的用户进行MME选择时不会再考虑该MME，从而实现MME Pool内MME间的容灾。

如图6所示，在非Pool组网情况下，某UE通过eNodeB2接到MME1上，如果MME1故障将导致eNodeB2到MME1的链路断开，此时UE的TAU流程失败。

如图7所示，在Pool组网情况下，我们规划图中的eNodeB分别连接到两个MME上，UE通过eNodeB2连接到MME1上，在MME1故障以致eNodeB2到MME1的链路断开的情况下，UE在进行TAU的时候流程可以继续；eNodeB2可以将消息发到MME2上，由MME2提供业务。（如果只是eNodeB2到MME1的链路断开，MME1设备可用，那么MME2收到TAU消息后，可以进行INTER TAU流程；如果MME1设备彻底故障，TAU消息直接被拒绝，UE会通过MME2重新发起附着流程，这个时候eNodeB2会将附着消息发到MME2上，即相当于UE通过eNodeB2附着到MME2，由MME2提供业务。）

2 结论

MME POOL可靠性组网能使MME之间达到负荷分担、提升资源利用率、实现MME设备级的异地容灾备份减少局间位置更新。

参考文献：

[1] 3GPP TS 23.401 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Services and System Aspects ；General Packet Radio Service （GPRS） enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN） access.

[2] 3GPP TS 36.413 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）； S1 Application Protocol （S1AP） （Release 8）.

[3] 3GPP TS 23.236 Intra-domain connection of Radio Access Network （RAN） nodes to multiple Core Network （CN） nodes.endprint