博弈论在信令网路由管理的应用研究

史庭祥　中兴通讯公司核心网产品规划工程师



博弈论在信令网路由管理的应用研究

史庭祥中兴通讯公司核心网产品规划工程师

摘要：7号信令网的消息传输层（MTP3）或Sigtran的MTP3适配层（M3UA）有着一套独特的路由管理方法。然而，在由众多网元组成的复杂网络中，应用层消息（MAP、ISUP、BICC等）往往无法得到足够可靠的传递，究其原因是MTP3/M3UA等消息传输控制不面向业务，而是按照固有的一套路由协议管理来实现。因此，本文试图采用博弈论的决策方法解决在路由可靠未知情况下的路由选择。

关键词：信令网；博弈论；路由管理

1　引言

电信网经过多年的发展，经历了从固定到移动、“集中分散控制”逐步到“软交换”为核心的承载和控制分离模式的转变，但基本的消息传递路由方式未变。这种路由方式不面向业务，而遵循网络层路由协议控制信令路由。具体的说，只要没有网络层的路由更改信令或者没有修改路由配置，网络层就不会改变原有的路由选择。

由此带来危害的例子有，某年北京某HSTP局出现长时间摊局，和部分连接的网元之间的路由正常、MTP层无任何的路由错误，由于采用GT路由方式，连接的网元仍然继续通过此H局转发消息，而故障的H局无法正常处理，消息像被丢弃一样，由此造成几乎一半左右的通讯失败，相关设备厂商不得不现场手工闭塞到故障H局的链路，才恢复信令网通讯。又如一例，某年上海移动，某设备和两个T局的路由配置不一致，任一T局都不配置到另一T局的路由，部分呼叫响应信令无法返回目的T局，使得部分中继电路状态未知且无法提供服务。

2　研究方向、手段

2.1原因分析

上文两例的表面原因都是信令系统无法动态调整路由，但是其深层原因或者说本质是什么呢？试想，故障一般是这样发生的：若X号链路发送消息，对端处理有问题。当信令应用层发送消息按照负荷分担原则选择到X号链路，结果没有响应回来。而信令传输层不面向业务，它的功能是把消息按照要求的X号链路发送出去，至于这条消息是否真的发送到了目的地，是否还有响应消息返回，它完全不关心。而应用层只知道没有响应消息回来，如果有失败消息机制，那也只能判断到或者请求消息没有发送目的地，或者响应消息没有发回来，至于具体原因则无法确定。一次失败不是大故障，而危害在于，当再次根据负荷分担原则选择到X号链路时，失败或许将再次发生。

分析可知，深层原因有两个方面：信令传输层只受基本的业务控制而业务层不知如何进一步控制传输。业务层（如7号信令ISUP）目前只能通过协议字段“链路选择码”（SLS）来控制传输，控制的方法是实现在话路和信令链路之间的负荷分担控制，比如由CIC的后4位得到SLS（0～15），然后在消息目的信令点的动态路由表中寻找SLS对应的链路。鉴于动态变化的信令路由和复杂的信令网结构，仅仅通过SLS控制传输，业务层无法知道真正可靠的链路对应的SLS，传输层也不知道哪条链路传输业务消息可靠。

2.2问题归纳和深入

在业务层已知某次X号链路发送消息没响应的前提下，该如何决策？具体说，当再次选择到这条链路时还用吗？如果不用，何时再启用？如果用，该怎么用？

当然，首先对Y业务层（Y可以是ISUP、TCAP等）发送消息没响应的X号链路进行记录，在动态路由表中做标记，当再次有或没有响应时要更新标记。然而，下一步该如何处理是不得不面对的难题。初次使用动态路由表时，可以认为每条链路都能可靠地传递消息到任何目的信令点，但是，当路由表中某条或某几条链路对于某业务出现问题（没响应）时，路由表该如何调整值得思考。

2.3博弈论和囚徒困境

某条链路发送某业务消息没响应后，当按照原有路由规则再次选择到这条链路时，容易陷入两难境地，选择的话再失败怎么办？下次也失败了呢？如果不考虑失败，就可能回到以前的故障，这显然不能接受。不选择又如何？毕竟信令网动态变化，前一次失败不等于下一次仍然失败，总有恢复的一天吧，如果不再选择，不是在浪费网络资源吗？当然可以选择一种调整办法，比如停止选择一次这条链路，但这是最佳的办法吗？显然不是，然而这样的困境，让笔者恰恰想到博弈论的经典案例“囚徒困境”，因为人们同样无法预知未来。

“囚徒困境”说的是这样的故事：有两个合伙的囚犯，被分开且无法互通信息的接受审讯。如果两人都不招供的话，都会被无罪释放。但警察给的条件非常“狡猾”，如果招供同伙，会被无罪释放，且得到一笔奖金，而同伙会重罪惩罚，且被罚款作为对告发者的奖金。而两人都招供对方，则双双重罪，没有奖赏。可以说，是选择合作还是背叛，囚犯要做博弈游戏。之所以许多经济学问题都被化解为博弈模型，博弈中恰恰含有经济问题，囚犯何尝考虑的不是涉及自身资源配置的经济问题呢？对单个囚犯而言，若选择合作，可能的好处是获得释放，可能带来的风险是重罪和一笔罚金；而选择背叛，可能好处是获得释放和一笔奖赏，灾难就是重罪、不会有罚金。只要稍有智商的囚犯，就会懂得两利取其大、两害取其小的道理，那么，选择背叛简直就是必然事件。在无法预知对方的情况下，两个囚犯不得不选择两败俱伤——对两人而言，得到最坏的结果。

一遍这样的游戏，和本文面对的难题关系不大，可当被美国的一位教授扩展到若干遍，成为“重复的囚徒困境”时，就和上述的问题很相似了，并有可能出现灾难性结果。在同伙上次选择合作或背叛后，这次囚犯该如何选择？当这条链路上次有或没有响应后，这次路由该如何调整？同样，任何一次，囚犯都要选择是合作还是背叛，而要选择是使用某条链路还是放弃，问题的确非常类似。从两者的目标看，无论一遍还是重复多次的“囚徒困境”游戏，其目标都是最大程度降低两个同伙作为整体的损失，避免都判重罪，尽可能实现囚徒合作，这属于整体目标；而本文面对的难题也是实现资源共享和最大化占用率，也就是尽可能的分担负荷，不光考虑单条链路的使用，也属于整个资源的目标。因此，两者目标上也有相似性。于是，使用博弈论的研究成果作为本文的研究手段和方法，或许可以成为最佳决策。

3　研究进展、成果

3.1博弈论研究成果的应用

经过若干次“重复囚徒困境”的计算机程序竞赛，有一种策略总是取得胜利，那就是“一报还一报”。这样的策略，总以合作开头，永远不首先背叛对方，当对方背叛自己，下轮将背叛对方，作为惩罚；而只要上轮对方合作的话，本轮就会以“合作”作为回报。简单归纳是“好人”的策略：善意、宽容、强硬、简单明了。这是一种合作机制在个体的体现。

回到本文的问题，刚开始可以认为通过SLS为某种业务选择的任一链路都是可靠的，即首先是合作的态度。当某次X号链路承载Y业务没响应时，可以认为X号链路背叛了Y业务，根据博弈论的结论，下次需要惩罚这条链路，也就是即使由SLS选择X号链路，也不使用。但这里和“囚徒困境”不同的是，我们一旦不使用X号链路，就无法知道它以后是否还合作，因此，需要引入“置疑空间”概念，即不使用这条链路的时间或次数，也是对“惩罚”的延伸。“一报还一报”策略下，对方背叛后，就会一直采取“背叛”，直到对方“合作”为止，而随着失败次数的增加，可不断增加“置疑空间”，这算是强硬的，然而只要出现一次成功，就取消“置疑空间”，这算是善意的。

3.2具体应用介绍

如业务消息为ISUP消息，MTP3作为消息传输层。数据库DB除一张动态路由表外，还要建立关于ISUP的信令动态路由表、并提供给ISUP每条链路的“置疑空间”初始值T。ISUP以时间为“置疑空间”量度，ISUP使用ISUP动态路由表，不是7号动态路由表。以3条链路的路由为例，链路号分别是X、Y、Z。起初ISUP动态路由表同于7号动态路由表，具体如下：

X Z Y Y Z X Z X Y Y X Z X Z Y Y

当X号链路没响应时，ISUP通知DB修改ISUP动态路由表，删除X号链路，更新ISUP动态路由表，此时ISUP动态路由表不同于7号动态路由表，具体如下：

Z Z Y Y Z Y Z Z Y Y Y Z Z Z Y Y

启动关于X号链路的定时器，时长取DB保存的“置疑空间”初始值T，然后，更新DB的“置疑空间”累乘2，即T变成2T。当定时器超时后，恢复X号链路使用，根据7号动态路由表恢复ISUP动态路由表。当X号链路再次没响应时，同样删除X号链路，更新ISUP动态路由表，启动关于X号链路的定时器，时长取DB保存的2T，然后更新DB的“置疑空间”累乘2，即2T变成4T。当定时器第二次超时后，恢复X号链路使用，根据7号动态路由表恢复ISUP动态路由表。依次类推，直到X号链路有响应时，直接更新DB的“置疑空间”为T。

需要注意的是，ISUP的动态路由表要以7号动态路由表为基础，即不仅要接受MTP3的更新要求，还要接受ISUP的更新请求。当然，实际操作时，“置疑空间”可针对链路组来设计、更新路由也针对链路组来进行可能更为合理。

系统实际工作时，当某条链路或某个链路组连接的局向出现“异常”时，无需经过太多次的试探使用，相应的链路或链路组就会得到非常重的“惩罚”——非常长的时间才被再试探使用一次，几乎不再被使用。

“置疑空间”的初始值大小，决定系统对“异常”的反应速度，结合设定合适的“置疑空间”上限值，可以提高对“异常”恢复的响应速度。

4　结束语

本文针对信令网，尤其是7号信令网MTP3或Sigtran协议的M3UA，提出的面向业务、路由可靠未知情况下的路由选择策略具有通用性，将有益于完善未来包括2/3/4G通信系统在内的信令路由策略。随其不断完善，可适当引入“自适应”思想，未来向动态路由自适应方向发展。

参考文献

［1］唐武军.计算机通信网中路由问题的博弈论解决方案［J］.中国新通信，2014，08.

［2］史庭祥.一种应用层可控的七号信令动态路由选择方法［P］.中国: 200610167840，2006，12.

［3］王春永.博弈论的诡计第一版［M］.中国发展出版社，2007，01.

［4］MoCain，R.博弈论概略［OL］. http://www.docin.com/app/p？id=105737847.

［5］Wiki.囚徒困境［OL］. http://wiki.mbalib.com/wiki/%E5% 9B%9A%E5%BE%92%E5%9B%B0%E5%A2%83.

［6］ITU-T Q.704E: Signaling Network Functions and Messages. ［7］ITU-T Q.764: Signaling System No.7 - ISDN User Part Signaling Procedures.

Research on route management of signaling network by means of game theory

Shi Tingxiang

Abstract：There is unique mechanism of route management applied in SS7-MTP3 and Sigtran-M3UA protocol layer， but it's not enough to fully sustain reliable transmission through this layer for application protocol layer， such as MAP，ISUP， BICC and etc. It is known that message transfer function of MTP3， M3UA in signaling network is not applicationoriented，but compliant with a pre- defined route management protocol. Therefore， decision- making methodology by means of game theory is introduced on route selection in condition of indefinite reliability of signaling route.

Key words：signaling network； game theory； route management

收稿日期：（2016-12-24）