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MSCPOOL基本原理普及手册

MSC POOL 工作原理普及手册

目录

一、MSC POOL的引入 (3)

二、MSC POOL的优势 (4)

三、MSC POOL的组网方案 (5)

1、MSC POOL组网 (5)

2、MSC Pool与非MSC Pool间的组网关系 (7)

3、我省广深地区组网情况 (8)

四、MSC POOL的关键概念 (9)

1、POOL-AREA与NRI (9)

2、NNSF功能 (11)

3、用户重分配功能 (13)

4、恢复处理功能 (14)

五、MSC POOL的业务流程 (15)

1、位置更新 (15)

2、主叫流程 (16)

3、被叫流程 (16)

4、短消息流程 (17)

5、切换 (17)

一、 MSC POOL 的引入

在3GPP R99和R4版本中,核心网仍延续了传统的树形网络结构,一个RNC 只能被一个核心网节点控制(如MSC-Server ),如果核心网节点发生故障,其所管理的RNC 就无法正常工作。在3GPP R5中(3GPPTS23.236)规定了核心网控制节点(MSS ,SGSN 等)以池组方式工作的机制,打破了以往BSC/RNC 与MSS 之间一对一的控制关系。

MSCPool 技术引入了“池区”(PoolArea )的概念,多个核心网节点组成一个区域池。与以往RNC/BSC 与MSC 一对一的控制关系不同,在MSC Pool 内的每个RNC/BSC 都可以受控于池内所有的MSC 节点,每个MSC 节点都同等地服务池区内所有RNC/BSC 覆盖的区域,连接到RNC/BSC 的终端用户可以注册到池中的任意一个MSC 节点。通过引入MSC Pool 技术,提供了一种避免点到多点的连接限制,同时达到网络资源共享的手段。图1表示了MSC Pool 的组网结构。

简单说来就是多个MSC 共同服务一个大的服务区,所有MSC 以Pool 组方式共同工作,其中不同类型和厂家的BSC 和传统交换必须升级支持MSC Pool 。Pool 内每个BSC/RNC 都能受控于Pool 内每个MSC ,控制逻辑关系全连接,BSC/RNC 被Pool 中的多个网元同时管理,终端用户可以按照负载均衡的原则注册到Pool 中的任意一个节点以共享资源。

传统 资源池

二、MSC POOL的优势

在云计算风起云涌的今天, MIP在网络架构上也应用了云计算技术, MIP不仅能实现网络的实时动态容灾,是3GPP标准的实现方式;而且MSCPool优良的组网技术为运营商对移动网络的运维带来了诸多优势,其主要的有:

(1)减少核心网络信令开销负荷

Pool的概念提供了公共MSC/SGSN服务区,原有MSC/SGSN间的位置更新全部优化为MSC

内位置更新,这样,话务负荷就被平均分配给资源池中的MSC,对每个MSC来说没有负荷高峰,而且池内无MSC局间切换,因此MSCPool可大大降低局间的位置更新/切换次数,减少MSC和HLR 的系统信令开销,降低核心网节点负荷,提升网元容量,减少网元占用。

在3G网络正在部署发展的阶段,可以有效减少2G/TD网络间的重选次数,提升系统间切换成功率,为TD发展提供可靠保障。

(2)核心网设备负载均衡

传统网络中不同节点由于覆盖范围不同,话务峰值出现在不同时间不同地点,网络规划都按各自最大可能出现的话务来配置单个节点。MSCPool的引入,使话务在所有节点中平均分配,避免网络资源不均衡利用。

(3)网络规划扩容灵活、简化工程实施

MSCPOOL中的节点数量可以随着话务量的增长而逐步增加,只需在MSCPOOL中增加一个MSC,即可方便地实现扩容,不需要割接,不影响正常的网络运行,也不需要重新划分服务区。同时,无线网络与核心网络实现分离规划,不需要无线网络跟随核心网络的扩容来费时费力的重新划分服务区,从而减少了对无线接入网的影响。

(4)实现网络级冗余备份安全保障

当MSCPOOL中的某个节点发生故障时,BSC会把接入网络的终端的服务请求(位置更新、试呼),重新分配给POOL中仍然正常工作的MSC,从而实现了零宕机时间,提高MSC服务性能。而POOL中的其它MSC/MSC server会接手故障节点的话务,丝毫不影响用户的使用。而需要进行维护或升级时,只需以受控的、适当的方式暂停某个MSC/MSC server的服务,激活话务的重新分配,即可实现完全自动的冗余分配。

三、MSC POOL的组网方案

1、MSC POOL组网

MSC Pool组网下,一个BSC/RNC到POOL内每个MSC Server上信令可达,MSC Pool 中的每一个MSC Server共同服务于MSC Pool中的每个BSC/RNC。

在A接口TDM承载,Mc接口为开放的情况下,现有以下几种组网方式。为有效利用A接口电路传输资源,优先推荐方案一;在传输资源充裕的情况下,可以采用方案二和方案三。

1)方案一 Mc接口全互联

BSC到POOL内各MSC-S的信令由单个或部分MGW转接;BSC与MGW设置中继电路,各MGW划分为多个虚拟MGW,分别受POOL内各MSC-S控制。具体包括:组网A:BSC仅与单个MGW建立信令及中继电路;

组网B:BSC与多个MGW建立信令及中继电路。

图2 MSC Pool组网方案一

2)方案二 A接口全互联

BSC与POOL内至少与每个MSC Server控制的一个物理独立MGW设置信令及中继电路。具体包括:

组网A:BSC仅与每个MSC Server控制的单个MGW建立信令及中继电路;

组网B:BSC至少与每个MSC Server控制的一个MGW建立信令及中继电路;与部分MSC Server控制的多个MGW建立信令及中继电路。

图3 MSC Pool组网方案二

3)方案三:混合方案

在方案二的组网中,要求各局址间有足够传输资源保证。如果部分局址间传输资源紧张(如局址1与局址3),则可选择传输资源较好的局址(如局址2)的MGW设置虚拟MGW,组网方式包括:

组网A:在传输资源足够的局址间,采用方案二组网;

组网B:在传输资源紧张的局址间,选择其他传输资源较好局址设的MGW置虚拟MGW,采用方案一组网。

图4 MSC Pool组网方案三

2、MSC Pool与非MSC Pool间的组网关系

MSC Pool内的MSC Server允许服务于MSC Pool外的一个或多个BSC/RNC,这些MSC Pool外的BSC/RNC不支持Iu/A-Flex功能。

图5 MSC Pool与非MSC Pool间的组网关系

在A/Iu接口IP化改造完成前,为简化MSC Pool组网,有效利用传输资源,建议采用组网

方案一组网实现。

3、我省广深地区组网情况

总体原则如下:

1、覆盖区域连续:

当MSC Pool无线覆盖位置区连续,可以充分体现降低设备负荷和减少局间漫游切换的优势;

2、覆盖区有潮汐特征

根据潮汐话务高峰出现的时间,挑选话务高峰相互交错的MSC区域组成MSC POOL,可以充分发挥“消峰抑谷”的特性,提高资源利用率。话务峰值时间差超过一个小时的GS(具有潮汐效应),也适宜组成一个POOL.(如POOL内4个GS,GS1和GS2的话务峰值出现在晚7点,GS3和GS4的话务峰值出现在晚8点,可以组一个POOL)

3、IP化的软交换端局组POOL,Nb接口IP化是组MSC Pool的基础。Pool内的局点具有相同的业务和功能。

4、MSC POOL将按照一次规划、分步实施的方式进行部署。初期4-6个MSC Server组成一个POOL。

5、重点区域:重点保障区域的GS(如广交会,高交会、亚运会等场馆周边)应与市郊或话务负荷较低的GS共同组POOL,均衡负荷,而不宜将多个重点区域GS组成一个POOL。

6、利用率均衡:在覆盖区域连续的前提下,尽量将现网利用率差别较大的GS放入一个POOL内,均衡设备利用率。

我省目前采用方案一,BSC到POOL内各MSC-S的信令由单个或部分MGW转接;BSC与MGW设置中继电路,各MGW划分为多个虚拟MGW,分别受POOL内各MSC-S控制。广州组网中,在实现MSC SERVER容灾同时兼顾MGW的容灾,考虑BSC同时连接两个POOL内的MGW,使一个MGW出现故障时一个BSC少有50%的业务得到保障。

A接口的双归属需要考虑将A口物理资源平均分配并连接到两个MGW上,在核算A口资源的时分别采用了两种原则:1、全网统一采用50%容灾;2、亚运重点区域采用100%容灾。深圳组网中,在在实现MSC SERVER容灾同时部分兼顾MGW的容灾,对于CP50下带的MGW,BSC考虑双归属到两个MGW, 对于CP60下带的MGW,采用本地A接口割接的方式进行容灾备份。

四、MSC POOL的关键概念

1、POOL-AREA与NRI

1)POOL -AREA

MSC池即MSC Pool。如图8所示,一组MSC可以构成一个MSC池,MSC池服务的区域称为MSC 池区,即MSC Pool area。从RNC/BSC的角度看,如果一个或多个RNC/BSC从属于某一个MSC 池,那么这些RNC/BSC的所有的业务区即构成MSC池区,池区内的用户由MSC池中的MSC共同服务。

图6 一组MSC组成的MSC池

POOL-AREA的特点:在这个区域里,一个移动台可以不需要改变服务核心网节点进行漫游。

MSC Pool内的 MSC也可以单独服务 MSC Pool外的一个或者多个 RNC/BSC,这些仅由 MS 池区内单个 MSC提供服务的 RNC/BSC称为 MSC池区外的 RNC/BSC,如图所示的 RNC4/BSC4。

图7 MSC池连接POOL外BSC/RNC

2)NRI

NRI( Network Resource Identifier)网络资源标识,用于标识服务于一个特定 MS/UE 的 MSC节点。当 MS/UE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/UE。后续, MS/UE再次发起业务时将携带 NRI信息, RNC/BSC利用 NRI信息将 MS/UE发起的业务路由到 NRI对应的 MSC。这样可以保证 MSC池区内的MS/UE每次发起的业务均能够被路由到 MS/UE已注册的 MSC,MS/UE在 MSC池区内漫游时,

如图10所示,一个 NRI值在 MSC Pool内唯一定义一个 MSC。为了提供有效的 MSC Pool 功能,操作员必须给每个 MSC Pool成员至少分配一个长度为非 0的 NRI。

操作员可以给 MSC Pool内的一个 MSC分配多个 NRI。在给 MSC分配一个新 NRI后,其用户容量也增加了。需要指出的是,在同一个 MSC Pool内的所有 NRI的长度必须相同。TMSI是手机注册到 MSC时网络给手机分配的一个临时移动台标识。 NRI域位于 TMSI的第

23bit~ 14bit。在定义 NRI的时候,可以定义其长度和值。 NRI长度的范围是 0到 10比特。如:一个 NRI长度是 10比特,那么它占用 TMSI的比特 14到比特 23之间的比特位(包含比特 14和比特 23)。当分配的NRI长度不为0时,NRI由23bit开始,由高位到低位占用;长度为0表示NRI未被使用并且表示MSC Server未启用MSC Pool功能。目前中国移动使用了23-17bit来标示NRI。图11所示为华为MSC SERVER启用NRI后的TMSI 的结构:

图9 华为MSC-S启用NRI后的TMSI的结构

31bit~ 30bit CS/PS业务指示

29bit VLR重启计数

23bit~ nbit(n≥14)NRI

其余 bit 用户标识

MSC Pool功能的实现依赖于MSC池中的各MSC启用TMSI重分配功能。包括位置更新时分配TMSI和业务接入时分配TMSI。下表所示不同的NRI长度下一个NRI能管理的用户数:

对于爱立信设备来说,26-31bit用于系统内部使用,对于NRI的长度为7时,一个NRI 能够管理的用户数为2^(26-7)=524288。

综上,对于华为MSC POOL来说,一个MSC-SERVER只使用一个NRI即可管理400万的用户,而对于爱立信设备,一个MSC-SERVER一个NRI只能管理50万的用户。因此,目前对于一个爱立信的CP50局,需要两个NRI,对于一个CP60局则需要三个NRI。

2、NNSF功能

NAS: Non-Access Stratum非接入层接点选择功能

NNSF (NAS node selection Function )即非接入层节点选择功能,用于为一个MS 选择服务的MSC Server 节点。如图10所示当手机终端(用户)第一次注册到MSC Pool 中,NNSF 选择一个合适的归属MSC;当手机终端(用户)继续在MSC Pool 移动和使用业务,由NNSF 根据NRI 值,路由和选择管理归属MSC

该功能可以选择在核心网侧网元(MGW )或者接入网侧网元(BSC / RNC )中实现。

图10 NNSF 功能

NNSF 算法:MS 第一次进入MSC POOL 时,NNSF 点为通过BSC 接入的MS 选择“拜访MSC/VLR(MSC-S)”的机制.

NNSF 算法需保证POOL 内各(MSC-S+MGW)的负载均衡,但3GPP 未规定或建议具体的算法。目前业界常用的有两种算法:

算法一:根据POOL 内各MSC-S 的配置容量,各厂家均支持NNSF 点内预先配置MSC-S 的容量因子,例如:3个MSC-S 的容量分别为40万用户、50万用户、60万用户,则NNSF 点内预先配置的MSC-S 的容量因子为4:5:6

NNSF 点对于新漫游入POOL 的MS 执行按“MSC-S 容量因子”为MS 分配“拜访MSC-S ” NNSF 点为MS 选择“拜访MSC/VLR(MSC-S)”的比例保持不变,直至POOL 内MSC-S 扩容,人工修改各NNSF 点预先配置的“MSC-S 的容量因子”。华为和爱立信设备均使用此种算法。

算法二:根据POOL 内各(MSC-S+MGW)的当前话务负荷,诺基亚2G 设备支持

MSC Server 1 MSC Server2 1.3. MSC Server

MSC Server x

MSC Pool

选择

4.UE 存储NRI

NNSF点实时(约30s)检测当前A接口中继电路的占用情况

例如:BSC与(MSC-S+MGW)1、(MSC-S+MGW)2之间各配置了100条电路,此刻占用电路分别为40条和50条,则NNSF点此刻对于新漫游入POOL的MS执行按“5:4”的比例为MS分配“拜访MSC-S”

NNSF点为MS选择“拜访MSC/VLR(MSC-S)”的比例实时(约30s)调整

3、用户重分配功能

用户重分配功能(Load Re-distribution)的应用于将MSC-POOL内的某个MSC-S的用户,重新分配到MSC-POOL内另个MSC-S。

场景应用:

1)、迁移全部用户

升级MSC Pool内的一个或多个MSC时,需要先将这些MSC内的全部用户迁移到MSC Pool内其他MSC中,然后再对这些MSC进行升级,避免升级影响用户的业务。

2)迁移部分用户

如上例,当这些MSC升级完毕后,需要将其他MSC中的部分用户迁移回升级完毕的MSC。

通过O&M配置,指定MSC中迁出的用户数或用户比例(当前注册用户数的比

例),当迁出用户数达到指定的用户数或比例时,迁移操作自动停止。

3)迁移指定RNC/BSC下的用户

将MSC Pool 1中的RNC/BSC由MSC Pool 2接管时,为了避免接管过程中对该RNC/BSC下的用户业务造成影响,先将需要接管的RNC/BSC也连入MSC Pool 2中(这样,对这些RNC/BSC,MSC Pool 1和MSC Pool 2中的所有的MSC实际上构成了一个新的MSC Pool),然后将MSC Pool 1各MSC中位于RNC/BSC下的用户迁移到MSC Pool 2中的各MSC中,迁移完毕后,可以断开RNC/BSC与MSC Pool 1的连接。

通过O&M配置,MSC能够只迁移指定RNC/BSC业务区的用户。同时可以支持迁移10个RNC/BSC业务区中的用户。

4)、迁移指定LA的用户通过O&M配置,MSC能够只迁移指定LA的用户。

5)迁移指定的用户为了拨测或测试目的,需要将MSC Pool内在MSC1中注册的用户迁移到MSC2。通过O&M配置,MSC能够根据MSISDN和IMSI两种方式迁移指定的用户。

6)Pool内各MSC-S用户容量不均衡时对用户进行重分配

用户重分配功能可以快速地清空/重载一个MSC-S,因为所有的用户行为如:主被叫,短信,位置更新等都可触发用户重分配(最长一个周期性位置更新的时间可完成) 根据3GPP的最新规范:用户重分配的逻辑和配置都在MSC-S侧完成。

4、恢复处理功能

MSC Pool内某MSC故障后,HLR将无法发送PRN消息到该MSC,此时注册在该故障MSC中的用户无法做被叫。只有等待注册在该故障MSC中的用户主动做了位置更新或做了主叫而注册到MSC Pool内其他有效的MSC后,才能够做被叫。

另外,当故障MSC恢复后,此时呼叫注册在该MSC的用户,由于故障恢复后的MSC 中无用户LAI信息,所以需要进行全网寻呼才能够呼叫用户。而在MSC Pool组网情况下由于MSC Pool area区域可能很大,所以不会启用全网寻呼,这也会导致被叫失败。为了解决被叫的如上问题,引入了被叫恢复解决方案。

在被叫回复方案中,引入Primary MSC和buddy MSC的概念,Primary MSC和Buddy MSC 之间通过MAP over IP同步数据,一旦用户的LA发生变化,就会更新到Buddy MSC 上,即MSC具有备份VLR用户数据功能,当主用MSC/VLR发生发生故障而退服时,可通过备份MSC/VLR获取用户位置信息。

如果在没有发起过任何业务之前做第一次主叫,归属于发生故障的原MSC下的BSC 会另选一个MSC,但由于所选MSC中没有用户数据呼叫会被拒绝,MSC要求HLR插入用户数据,后续的呼叫可以正常进行

如果在没有发起过任何业务之前做第一次被叫,第一次呼叫不通,会触发TMSI reallocation, 然后用户做LU到某个MSC-S,第二次才可打通。

MSC Pool 内某MSC 故障后,要实现对被叫业务的恢复,需要实现如下的功能:

1、需要实现对PRN 信令的备份处理(将PRN 信令路由到其他有效的MSC 进行处理)

2、在备份MSC寻呼被叫时,需要知道被叫所在的LAI(否则需要全网寻呼),这就需要对用户数据进行备份,即VLR 用户attach/detach 及LAI/SAI 发生变化时,该VLR 需要将该用户的用户数据(IMSI、LAI/SAI)更新到备份VLR 中。

五、MSC POOL的业务流程

1、位置更新

用户刚进入MSCPool的服务区域,BSC/RNC根据负载均衡的原则为用户分配一个MSC,MSC给用户分配一个TMSI并完成位置更新过程。TMSI里面带有NRI (NetworkResourceIdentifier)用于在池组内标识MSC。用户注册在此MSC后一直由这个MSC 为其服务,直到他离开该MSC Pool的服务区域。在此期间用户如有业务请求,系统将根据请求中TMSI所带的NRI,把话务分配到相应的MSC处理。如图11所示:1个MSC Pool 中共有3个MSC,NRI分别用值1~3表示,BSC/RNC必须记录该对应关系,无线接入用户请求中的TMSI中NRI为1,则BSC/RNC根据其保存的对应关系,将用户建链请求直传到对应CN:MSC1。

图10 位置更新

而当终端在池组内移动至新的位置区时(在空闲模式),位置更新请求总是发送至同一个MSC(原来登记),此过程不需要HLR信令。

2、主叫流程

BSC/RNC把用户的呼叫请求分配给该用户已经注册的MSC进行呼叫处理。

图11 呼叫请求

3、被叫流程

MSC_POOL的被叫流程相同于没有组POOL的MSC,对移动用户来说,被叫的过程从MSC向BSC/RNC发起对被叫用户的寻呼开始,到主叫和被叫通话为止。一般来说,被叫流程经过几个大的阶段:接入阶段,鉴权加密阶段,信道指配阶段,通话阶段。

4、短消息流程

MSC_POOL的短消息流程相同于没有组POOL的MSC,对于手机来说,移动始发短消息和移动终结短消息是完全独立的两个过程。

1、移动始发的短消息从手机接入系统开始,到收到短消息中心发来的发送成功为止。用户是始终保持登记在同一个MSC上,直到用户漫游出该MSC资源池服务区,手机将短信发送给组POOL中所登记的MSC,MSC根据短信中携带的短消息中心的标识号,将短信提交给IWMSC,由IWMSC提交短信中心。

2、移动终结短消息的过程与移动用户被叫的过程类似,短消息中心将收到的短消息发送给SMS-GMSC,SMS-GMSC向HLR取得为发送短消息所必需的路由信息,然后将短信传送给短信接收者所在的MSC,由MSC将短消息发送给手机。整个过程包括取路由信息,寻呼,接入和寻呼响应,鉴权加密,短消息传送,最后向短消息中心报告接受结果,这个结果经SMS_GMSC分别送HLR和短消息中心,由短消息中心回送始发短消息用户。

5、切换

在活动模式下,用户可以在整个池内移动且不存在inter-MSC切换,而只有intra-MSC切换。如果用户在POOL外发起呼叫,并在活动模式下,移动入POOL内,将有inter-MSC切换到相邻的POOL内MSC。当终端空闲时,终端将基于BSC的MSC选择功能登记到某个随机的POOL内MSC上。

MSC POOL的切换按传统划分,可分为POOL内切换和POOL间切换两种:

POOL内切换:用户在BSC/RNC间切换,其中也包括在MSCServer中切换,用户MS 始终保持登记在同一个MSC上,没有核心网的切换及位置更新流程,如下图12的上半图所示,因此MSC POOL技术已经不存在这种切换了。

POOL间切换:用户漫游出该MSC资源池服务区,新MSC需向原MSC取用户信息,如下图12的下半图所示。

为了改善入池inter-MSC切换的负载分配,如图13所示相邻MSC组会被定义,但并不强制要求包含所有的MSC,最多可以定义16个MSC。

图13 MSC POOL中相邻MSC组的定义

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