分布式融合HSS/HLR部署方案研究

宋上雷，李明晏/Song Shanglei,Li Mingyan

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司 济南250001）

(Shandong Branch of China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Jinan 250001,China)

1 引言

随着移动业务的发展，终端用户类别及新业务日渐多样，针对每种业务，网络都分别提供独立的数据库。众多分离的数据库系统形成信息孤岛，并使数据配置和操作管理等工作变得越来越复杂。传统HLR（归属位置寄存器）采用集中式的软件结构，不易扩容和集成其他数据库，已很难满足不断发展的网络需求。

随着LTE网络和IMS的引入，用户数据融合的必要性开始显现，现网HLR不能满足业务发展需求，分布式HLR以其架构的先进性及对用户数据融合的良好支持，成为HLR升级换代的必然选择。因此，分布式HLR是建设融合用户设备的趋势。

2 用户数据融合

2.1 用户数据融合引入

针对运营商网络中用户数据分散、访问接口多、数据冗余、数据不一致等问题，3GPP（TS 23.335）提出了用户数据融合（UDC）的概念。UDC采用分层架构，由2部分组成，即前端（front end，FE）和用户数据库（user data repository，UDR）。

FE的功能主要有：负责业务逻辑处理 （如HLR、LTE HSS、IMS HSS的应用），不负责用户数据存储；有明确的ID，相同类型的FE可以组成一个簇，会分配一个簇ID，支持容灾、备份、负荷分担等问题。

UDR的主要功能有：负责各种用户数据的统一存储 （如HLR、LTE HSS、IMS HSS的用户数据），为应用提供数据模型视图（不同的应用可以有不同的视图），并为FE提供数据访问接口；具有CRUD（create read update delete）能力和S/N（subscription/ notification）的能力，当被订阅的数据发生变更后能根据一定的算法选择不同的FE进行通知；可以对FE级进行权限控制，包括FE ID的权限控制、运营商的权限控制、应用类型的权限控制、针对数据级别的控制、操作类型的权限控制等；当UDR中的信息发生变更需要通知FE时，UDR可以存储FE的信息。

UDR包含的数据范畴有：用户的签约数据，主要是HLR、LTE HSS、IMS HSS、AS、AAA等用户在网络中的签约信息、鉴权信息等；用户的注册信息，即用户目前的注册状态；用户的位置信息，如用户所注册的SGSN信息等。

UDR的数据库按照存储数据的数据模型不同，分为关系型数据库、层次型数据库、网状数据库。目前使用广泛的是关系型数据库和层次型数据库，主流数据库支持厂家包括Oracle、IBM、Microsoft等。关系型数据库适用于与FE适配，负责FE接入；层次型数据库适用于数据在物理介质上的存储、维护和管理。

2.2 用户数据设备融合

随着CM-IMS和TD-LTE的引入，用户、数据、设备越来越多，网络中用户数据设备除现网HLR外，还会引入EPC HSS以及移动IMS HSS。3种用户数据设备都存储用户数据，但三者在服务用户、接口协议、功能等方面有较大差别。HLR、EPC-HSS、IMS-HSS融合组网如图1所示。

2G/TDHLR、EPC-HSS、移动IMS-HSS独立建设会导致CS/PS/EPS/CM-IMS跨域数据交互及组网结构复杂、重复设备投资、数据冗余存储、对同一用户多点业务开通、鉴权失败等问题。

2G/TD HLR和EPC HSS融合可满足多模单待数据卡终端以及CSFB终端的数据融合需求。2G/ TD HLR+EPC HSS和IMS HSS融合可满足VoLTE终端的数据融合需求。

因此，HLR、EPC-HSS、移动IMS-HSS应实现用户数据融合，并为整体用户数据融合提供基础。

3 分布式HLR架构和功能

3.1 分布式HLR架构

3GPP R4标准架构下的交换网络特点是承载和控制分离，这种架构带来了大容量、高处理能力、节约网络投资的优点，同时简单、清晰的网络结构使得网络扩容和维护成本低，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分离架构软交换MSC的一些概念，采用了数据存储和业务处理分层的架构（UDC架构），分布式HLR系统架构如图2所示。

分布式HLR主要由3部分组成。

（1）前端设备

核心处理模块：负责MAP、Diameter等信令消息的高层协议处理功能。

信令模块：负责MAP等七号信令以及LTE HSS的Diameter信令消息底层协议处理功能。

E1中继模块：用于直联、准直联TDM七号信令链路接口。

IP模块：用于IP信令及Diameter信令的接口，连接IP承载网络。

（2）后端设备（BE）

AUC功能模块：生成用户鉴权数据等。

中央数据库：存储用户数据，包括用户签约信息等。

（3）其他公共设备

交换矩阵：TDM交换总线、数据交换总线。

同步：时钟同步、时间同步。

BOSS接口、网管接口、输入输出设备（I/O设备）、维护终端等。

3.2 分布式HLR优势

（1）大容量、集中化

分布式HLR大容量分层架构平台可满足大容量集中化建设的要求：FE/BE分层架构可以实现整体性能与容量的灵活在线扩展，从而满足大容量的设置要求；基于ATCA/刀片式的新平台可以降低设备能耗和占地，有利于节能减排。

（2）安全性

分布式HLR支持分布式组网架构可有效提升大容量部署的数据安全性：FE与BE、BE与BE可实现异地容灾，之间通过IP承载通信；多个FE可以通过主备或负荷分担方式对MAP业务进行保护；BE之间可以对静态数据、动态数据进行实时备份，通过主备或负荷分担方式实现容灾。

（3）用户数据融合

分布式HLR能够平滑演进支持HLR/EPC HSS/ IMS HSS融合，保证2G/3G用户不换号转网为4G用户；并能够平滑演进到未来的大容量融合数据中心，使得数据挖掘更加便利，数据价值得以充分利用。

4 分布式融合HSS/HLR部署方案

4.1 BE和FE集中部署在省中心，FE分信令汇接区设置

分布式HLR的BE和FE应以省为单位集中设置，采用成对方式设置，配对的2套分布式HLR安装在同一数据中心城市的不同机房。成对BE采用“1+1”互备方式，成对HLR FE和HSS FE也采用“1+ 1”互备方式，FE按不同号段承载业务，如图3所示。

分布式HLR支持分权分域功能，省内多个本地网可根据容量共用一套分布式HLR的BE，省内同一信令汇接区的多个本地网可共用一套分布式HLR的FE。（注：同一对LSTP负责的多个本地网属于省内同一分信令区）

该方案中FE完全按照信令汇接区设置，不会对B链负荷产生影响。FE集中设置导致MSC至HLR的本地信令改为通过LSTP转接实现，导致FE与LSTP之间的A链负荷大大增加。以同一本地网A两用户为例，呼叫路由变化如图4所示。

4.2 BE和FE集中部署在不同的省中心，“1+1”异地备份

分布式HLR采用成对方式设置，配对的2套分布式HLR分别安装在不同省中心机房。成对BE采用“1+1”互备方式，成对HLR FE和HSS FE也采用“1+1”互备方式，FE按不同号段承载业务，具体如图5所示。

图3 BE和FE集中部署在省中心，FE分信令汇接区设置

图4 FE按信令汇接区集中后信令路由变化情况

图5 配对的2套分布式HLR分别安装在不同省中心

分布式HLR支持分权分域功能，省内多个本地网可根据容量共用一套分布式HLR的BE和FE，同时将全省每个本地网的用户数据平均分配在不同省中心分布式HLR上。

由于该方案未考虑信令汇接区，全省有一半的用户在呼叫过程中存在信令迂回以及对LSTP之间B链负荷的大量增加。以地市A用户a和用户b的本地通话为例，用户a和用户b的主用数据在省中心A和省中心B，省中心A和省中心B分属不同的信令汇接区，呼叫流程如图6所示。

4.3 BE和FE分离设置 （BE集中在省中心，FE分散在本地）

分布式HLR采用成对方式设置，配对的2套分布式HLR的BE分别安装在不同数据中心机房，成对BE采用“1+1”互备方式，成对FE分散设置在本地，采用“1+1”互备方式，FE按不同号段承载业务。BE与FE之间通过IP专用承载网疏通数据，具体如图7所示。

图6 同一本地网分属不同BE的两用户之间的呼叫流程

图7 BE和FE分离设置（BE在省中心，FE分散在地市）

本方案由于FE设置在地市，对于MSC部署在地市的省网来说，目前情况下对信令网的影响最小。在核心网网元集中化设置的背景下，IMS HSS的FE和EPC HSS的FE如果设置在本地，与核心网网元之间的信令交互存在大量信令迂回，不利于网络后续演进。

4.4 方案比较

上述3种方案各有优缺点，从对现网的影响、集中化要求、网络演进以及容灾效果等角度进行比较，见表1所列。

表1 分布式融合HSS/HLR建设方案比较

方案建议：从集中化要求、对信令网的调整以及网络演进角度综合考虑，建议采用方案一，即BE和FE集中部署在省中心，按信令汇接区分区设置，BE采用“1+1”备份，FE采用“1+1”备份。

5 结束语

移动核心网络正朝着全业务和全IP网络的方向发展，网络分层化、开放化及集中化是移动核心网演进的趋势。分布式HLR其业务逻辑与用户数据的分层、业务逻辑与用户数据间的IP访问、数据库开放灵活的接口及架构正是顺应了这些发展趋势。随着网络的演进，分布式HLR将演变成融合的用户数据中心，将用户数据对外开放，以进行用户数据充分挖掘及业务创新。