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【摘 要】本文阐述了HLR网络发展，下一代分布式HLR的发展、容灾方式、建设方案等。
【关键词】HLR；HSS；NGHLR；SP；IMSI-HSS；MSC
The paper is about Discussing of next generation distributed HLR solution Program
Wang Xin Tao
(Shaanxi Tianyuan Communication & Design Consultation Co.,Ltd Shanxi Xi'an 710000)
【Abstract】 In this paper;The development of distributed generation HLR network HLR development;Tolerant;Construction scheme.
【Key words】HLR;HSS;NGHLR;SP;IMSI - HSS;MSC
1. 引言
1.1 网络发展需求。
全球电信业一直在不断演进；今天的服务提供商（SP）面临持续不断的压力，去赢得更多可盈利的客户并保持竞争力。其中一个主要挑战是用户管理，部分原因是需要向用户持续提供差异化和个性化的服务。
归属位置寄存器（HLR）在提供接入和漫游能力过程中的传统角色已经被扩大。今天，SP的基础设施包括固网与移动、2G与3G、连通性与内容的组合。对于一个向日趋移动的社会提供灵活性和接入的关键系统而言，对终端用户的有效管理是SP取得长期成功的关键。
本文讨论了在用户管理方面IT网络融合的趋势，还审视了下一代HLR （NG HLR）供应商中兴通讯在这个占有重要意义的市场中所扮演的举足轻重的角色。
定义
归属位置寄存器（HLR）：HLR是一种基于商用服务器平台的高性能数据库系统。它是一种用户信息库，包括账户状态、用户偏好、签约的业务（如数据）和用户位置或地址。
归属用户服务器（HSS）：HSS利用面向接口的Diameter协议，向IMS（基于IP）提供用户数据库信息。HSS的目的是根据HLR的有关问题（多数据库／可靠性／变更管理等），创建一个具有分布式架构的主用户信息库。
下一代HLR （NG HLR）：NG HLR是传统HLR产品和技术的演进。NG HLR解决方案的突出特点是采用软件架构，同时有硬件平台可供选择。NG HLR采用基于IT数据库和目录原则的分布式架构。
1.2 新兴的NG HLR市场 。
一小部分厂商已经制订了NG HLR解决方案，以满足这些新出现的需要。让NGHLR供应商得以展露头角的是基于IT技术和方法的创新。
新兴的NG HLR由FE（前端）和BE（后端）组成。FE提供多个应用程序，如HLR、HSS、GUP服务器、移动号码携带（MNP）和AAA服务器；BE是一种为实时性能和弹性设计的分布式架构。在NG HLR模式中，分布式处理，负荷分担和N＋K地理冗余由专为可升级性设计的FE和BE的分拆HLR提供支持。
1.3 挑战。
对SP来说，将其HLR系统升级或过渡到NGHLR产品模式，新供应商会带来一系列十分复杂的商业、技术和采购决定。这些选择包括在运营中接受IT技术和以客户为基础的方法。
对许多SP来说，以往采用IT技术的工作经验，可能会让他们产生犹豫。今天的IT技术可能仍然需要重要的扩展和整合才能成为“电信级”。更重要的是，对SP来说，选择从商用角度来看可以采用的IT技术，可能并不会在关键技术衡量标准方面赋予其竞争优势。
尽管客户服务和注意力是许多SP的首要目标，但是，网络运营（效率和可靠性）通常也会从技术角度加以讨论，而不是商业的角度。采用具有适当的容量和技术兼容性的网络解决方案的决定往往与针对客户的服务提供的管理问题分开。这种运营（面向网络）与营销（面向用户）的分离将会限制中兴通讯有效推动运营商在NG HLR中采用其全套功能的能力。
结论：
向NG HLR的过渡才刚刚开始。SP更加渴望探索NG HLR的改进功能和优点。由于很多SP开始着手制定其向3G、LTE和WiMAX技术过渡的计划的细节，运营基础设施需要一种日趋实用的方法。但是，随着移动数据业务量的增长，很多SP无法承担网络升级换代的代价。因此，IDC将NG HLR的发展视为SP开销的关键部分。
2. HLR简介
2.1 HLR
HLR (Home Location Register)：归属位置寄存器
HLR负责移动用户管理的数据库。存储所管辖用户的签约数据及移动用户的位置信息，可为至某MS的呼叫提供路由信息。
2.2 HLR中主要存储以下信息：
IMSI；
MSISDN；
位置信息 VLR号码；
基本电信业务签约信息；
业务限制信息；
补充业务表 包含业务所涉及的参数。
3. HLR容灾方式
目前，用户数目逐年激增，网络规模不断扩大。按照通信行业的惯例，为保障通信网络的安全性和稳定性，在网络建设中均采用了容灾方式，为维护人员在面临通信障碍时赢得了处理的机会和时间，使各种突发事件得以化险为夷。
容灾方式通常有两种：
3.1 冗余备份方式：用于交换、无线、动力、传输和IT支撑网等系统设备的重要硬件组成部分或功能模块的容灾。
3.2 负荷分担方式：用于通信网络中重要网元与其它设备间的数据信息传输的容灾。如省H/LSTP和TMSC在网络中的设置、各交换局间话路中继和信令链路的连接、各增值业务平台的接入方式等。
实践证明了以上容灾方式的重要性、科学性、有效性和实用性。
随着网络的迅速膨胀，它所容纳的用户数也在增长，用户数据量也随之日益庞大。在市场经济的大环境中，用户数据不仅作为网络数据的一个组成部分，更作为企业的宝贵资源而受到加倍重视，用户数据的主要载体即GSM网的重要组成设备之一的HLR的地位也更显突出，理所当然地，HLR容灾也成为必须考虑的问题之一。
4. 分布式HLR的引入
新业务的发展：语音呼叫、短信业务、智能网业务、彩玲业务、彩信业务、定位业务、视频呼叫业务等。
快速增长的个性化业务带来个人数据和新业务引进的增加
复杂的网络结构带来维护难度和设备投资的增加
HLR需要新的性能来适应新的挑战。
4.1 下一代HLR方案——分布式HLR具备的特点。
4.1.1 网络结构简化。
降低网络复杂度和信令系统复杂度。只运行维护少量HLR、节省资源、人力；
多站点的数据库节点和信令节点均可在地理上合设，可以集中配备维护人员；
数据库站点和信令站点可以多站点共享。
4.1.2 简化号码资源管理。
不再需要在MSC上维护号段表；
高可靠性 ；
内部冗余备份和异地容灾，不再需要为了系统升级而中断系统；
不需要额外购买昂贵而且复杂的备份容灾系统。
4.1.3 系统规模灵活。
系统规模从 1万 到 海量用户，只需一个 HLR；
扩充数据库节点提供理论上无上限的数据库容量；扩充信令节点提供大容量信令处理能力。
4.1.4 业务开通。
多种业务，一次开通。
4.1.5 数据接入完全开放。
新业务开通简便快速；
新业务可以分布引入，并可将新业务限定在指定数据库节点和信令节点
新业务开发周期短可靠性高。
4.2 分布式HLR系统架构（见图1）。
HLR Application应用前端：主要负责业务处理，如七号信令的处理
FE-DSA：存储数据库分布、分区信息，负责提供用户数据的检索信息。
BE-DSA ：
存储真正的用户数据；
地理冗余；
数据库实时同步。
4.3 分布式HLR演进思路（见图2）。
4.4 引入分布式HLR好处：
终端用户:
提升终端用户体验，尽情享受宽带业务带来的乐趣。
运营商:
使网络更加有效率，OPEX减少；
提供差异化的服务，增加ARPU值；
可以对第三方应用进行控制。
5. 如何建设分布式HLR
图1
图2
5.1 目前HLR采用分散放置。
优势：
能够极大降低不可抗力造成的后果，不会造成全网通信中断。网络安全性较高。
一旦某个地市HLR出现问题，可以立即启动容灾备份系统接管该网元业务。系统容灾能力较强。
5.2 分布式HLR考虑大区制从新部署建设方式。
BE采用1+1备份方式；
FE采用“N+1”实时备份方案，或N+K备份方式（见图3）。
图3
HLR需扩容时、原有HLR网络结构保持不变，从新部署分布式HLR（采用FE+BE网络结构）。
大容量分离架构HLR的实施，可以将大容量数据库集中于省会，业务逻辑处理功能实体（业务前端）下放至各地市。由于数据库集中放置，用户数据的容量可以做到几千万之多。
分离架构HLR将数据库集中管理，将前段前置，在目前可以实现HLR类设备的用户集中管理。未来可以考虑将VLR中的动态用户数据集中管理。
分离架构HLR是在网络IP化，大容量存储技术成熟，网络发展的需求，IT和电信融合的趋势下发展起来的新型数据库解决方案。
图4
HLR需扩容时、改造升级原有的HLR，从新部署分布式HLR（采用FE+BE网络结构）（见图4）。
6. 其它说明的问题
HLR与IMSI-HSS的融合问题。
6.1 HLR设置方案。
和传统的GSM网络一样，3G核心网络中的HLR设备也是在网络中用于管理移动用户的数据库设备，HLR与网络中其他功能实体的接口未发生变化，但采用的协议标准存在着不同之处，主要体现在：HLR中存放的用户数据较GSM/GPRS用户丰富，增加了更多的内容如用户签约信息等；MAP定义了新的接口、程序和参数。新引入的业务包括：定位业务，号码可携性业务，智能业务的增强等；鉴权方式不同，2G网络 中的鉴权只是网络对用户的鉴权，为单向鉴权，而在3G网络中的鉴权为双向鉴权，即不仅网络对用户进行鉴权，同时用户也对网络进行鉴权；2G网络鉴权中允许重复利用鉴权向量，为了使用户设备(UE)能够验证鉴权向量的新鲜度，在UMTS鉴权中，不允许重复利用鉴权向量。在3GPP制订的规范中，定义的鉴权向量为5个，而GSM网络中对鉴权向量的定义为3个。
为了支持2G/TD业务以及2G带号转网业务。为了便于对新增TD用户的管理，建议新增TD用户尽量放置在少数HLR中。现有设备不能升级支持TD业务时，可新建HLR替换原有设备。
6.2 HLR容量配置需遵从下列原则：
新增TD用户处理优先利用现有设备的空余容量。
现有设备的空余容量不足，则通过扩容方式解决。
现网HLR新增处理TD业务后单局容量原则上不打破现有2G网的容量门限。
6.3 HLR号码。
后期工程中，升级的现网HLR的HLR ID号码维持不变，仍延用原有HLR ID。新建的HLR设备需要为其分配HLR号码，HLR ID遵循2G网的编号原则。
参考文献
［1］ 刘晶晶；分布式试验系统协同综合管理技术研究［D］；西北工业大学；2006年.
［2］ 诺基亚HLR容灾解决方案描述.
［3］ 华为HLR9820培训资料.
［文章编号］1006-7619（2011）08-24-857
【关键词】HLR；HSS；NGHLR；SP；IMSI-HSS；MSC
The paper is about Discussing of next generation distributed HLR solution Program
Wang Xin Tao
(Shaanxi Tianyuan Communication & Design Consultation Co.,Ltd Shanxi Xi'an 710000)
【Abstract】 In this paper;The development of distributed generation HLR network HLR development;Tolerant;Construction scheme.
【Key words】HLR;HSS;NGHLR;SP;IMSI - HSS;MSC
1. 引言
1.1 网络发展需求。
全球电信业一直在不断演进；今天的服务提供商（SP）面临持续不断的压力，去赢得更多可盈利的客户并保持竞争力。其中一个主要挑战是用户管理，部分原因是需要向用户持续提供差异化和个性化的服务。
归属位置寄存器（HLR）在提供接入和漫游能力过程中的传统角色已经被扩大。今天，SP的基础设施包括固网与移动、2G与3G、连通性与内容的组合。对于一个向日趋移动的社会提供灵活性和接入的关键系统而言，对终端用户的有效管理是SP取得长期成功的关键。
本文讨论了在用户管理方面IT网络融合的趋势，还审视了下一代HLR （NG HLR）供应商中兴通讯在这个占有重要意义的市场中所扮演的举足轻重的角色。
定义
归属位置寄存器（HLR）：HLR是一种基于商用服务器平台的高性能数据库系统。它是一种用户信息库，包括账户状态、用户偏好、签约的业务（如数据）和用户位置或地址。
归属用户服务器（HSS）：HSS利用面向接口的Diameter协议，向IMS（基于IP）提供用户数据库信息。HSS的目的是根据HLR的有关问题（多数据库／可靠性／变更管理等），创建一个具有分布式架构的主用户信息库。
下一代HLR （NG HLR）：NG HLR是传统HLR产品和技术的演进。NG HLR解决方案的突出特点是采用软件架构，同时有硬件平台可供选择。NG HLR采用基于IT数据库和目录原则的分布式架构。
1.2 新兴的NG HLR市场 。
一小部分厂商已经制订了NG HLR解决方案，以满足这些新出现的需要。让NGHLR供应商得以展露头角的是基于IT技术和方法的创新。
新兴的NG HLR由FE（前端）和BE（后端）组成。FE提供多个应用程序，如HLR、HSS、GUP服务器、移动号码携带（MNP）和AAA服务器；BE是一种为实时性能和弹性设计的分布式架构。在NG HLR模式中，分布式处理，负荷分担和N＋K地理冗余由专为可升级性设计的FE和BE的分拆HLR提供支持。
1.3 挑战。
对SP来说，将其HLR系统升级或过渡到NGHLR产品模式，新供应商会带来一系列十分复杂的商业、技术和采购决定。这些选择包括在运营中接受IT技术和以客户为基础的方法。
对许多SP来说，以往采用IT技术的工作经验，可能会让他们产生犹豫。今天的IT技术可能仍然需要重要的扩展和整合才能成为“电信级”。更重要的是，对SP来说，选择从商用角度来看可以采用的IT技术，可能并不会在关键技术衡量标准方面赋予其竞争优势。
尽管客户服务和注意力是许多SP的首要目标，但是，网络运营（效率和可靠性）通常也会从技术角度加以讨论，而不是商业的角度。采用具有适当的容量和技术兼容性的网络解决方案的决定往往与针对客户的服务提供的管理问题分开。这种运营（面向网络）与营销（面向用户）的分离将会限制中兴通讯有效推动运营商在NG HLR中采用其全套功能的能力。
结论：
向NG HLR的过渡才刚刚开始。SP更加渴望探索NG HLR的改进功能和优点。由于很多SP开始着手制定其向3G、LTE和WiMAX技术过渡的计划的细节，运营基础设施需要一种日趋实用的方法。但是，随着移动数据业务量的增长，很多SP无法承担网络升级换代的代价。因此，IDC将NG HLR的发展视为SP开销的关键部分。
2. HLR简介
2.1 HLR
HLR (Home Location Register)：归属位置寄存器
HLR负责移动用户管理的数据库。存储所管辖用户的签约数据及移动用户的位置信息，可为至某MS的呼叫提供路由信息。
2.2 HLR中主要存储以下信息：
IMSI；
MSISDN；
位置信息 VLR号码；
基本电信业务签约信息；
业务限制信息；
补充业务表 包含业务所涉及的参数。
3. HLR容灾方式
目前，用户数目逐年激增，网络规模不断扩大。按照通信行业的惯例，为保障通信网络的安全性和稳定性，在网络建设中均采用了容灾方式，为维护人员在面临通信障碍时赢得了处理的机会和时间，使各种突发事件得以化险为夷。
容灾方式通常有两种：
3.1 冗余备份方式：用于交换、无线、动力、传输和IT支撑网等系统设备的重要硬件组成部分或功能模块的容灾。
3.2 负荷分担方式：用于通信网络中重要网元与其它设备间的数据信息传输的容灾。如省H/LSTP和TMSC在网络中的设置、各交换局间话路中继和信令链路的连接、各增值业务平台的接入方式等。
实践证明了以上容灾方式的重要性、科学性、有效性和实用性。
随着网络的迅速膨胀，它所容纳的用户数也在增长，用户数据量也随之日益庞大。在市场经济的大环境中，用户数据不仅作为网络数据的一个组成部分，更作为企业的宝贵资源而受到加倍重视，用户数据的主要载体即GSM网的重要组成设备之一的HLR的地位也更显突出，理所当然地，HLR容灾也成为必须考虑的问题之一。
4. 分布式HLR的引入
新业务的发展：语音呼叫、短信业务、智能网业务、彩玲业务、彩信业务、定位业务、视频呼叫业务等。
快速增长的个性化业务带来个人数据和新业务引进的增加
复杂的网络结构带来维护难度和设备投资的增加
HLR需要新的性能来适应新的挑战。
4.1 下一代HLR方案——分布式HLR具备的特点。
4.1.1 网络结构简化。
降低网络复杂度和信令系统复杂度。只运行维护少量HLR、节省资源、人力；
多站点的数据库节点和信令节点均可在地理上合设，可以集中配备维护人员；
数据库站点和信令站点可以多站点共享。
4.1.2 简化号码资源管理。
不再需要在MSC上维护号段表；
高可靠性 ；
内部冗余备份和异地容灾，不再需要为了系统升级而中断系统；
不需要额外购买昂贵而且复杂的备份容灾系统。
4.1.3 系统规模灵活。
系统规模从 1万 到 海量用户，只需一个 HLR；
扩充数据库节点提供理论上无上限的数据库容量；扩充信令节点提供大容量信令处理能力。
4.1.4 业务开通。
多种业务，一次开通。
4.1.5 数据接入完全开放。
新业务开通简便快速；
新业务可以分布引入，并可将新业务限定在指定数据库节点和信令节点
新业务开发周期短可靠性高。
4.2 分布式HLR系统架构（见图1）。
HLR Application应用前端：主要负责业务处理，如七号信令的处理
FE-DSA：存储数据库分布、分区信息，负责提供用户数据的检索信息。
BE-DSA ：
存储真正的用户数据；
地理冗余；
数据库实时同步。
4.3 分布式HLR演进思路（见图2）。
4.4 引入分布式HLR好处：
终端用户:
提升终端用户体验，尽情享受宽带业务带来的乐趣。
运营商:
使网络更加有效率，OPEX减少；
提供差异化的服务，增加ARPU值；
可以对第三方应用进行控制。
5. 如何建设分布式HLR
图1
图2
5.1 目前HLR采用分散放置。
优势：
能够极大降低不可抗力造成的后果，不会造成全网通信中断。网络安全性较高。
一旦某个地市HLR出现问题，可以立即启动容灾备份系统接管该网元业务。系统容灾能力较强。
5.2 分布式HLR考虑大区制从新部署建设方式。
BE采用1+1备份方式；
FE采用“N+1”实时备份方案，或N+K备份方式（见图3）。
图3
HLR需扩容时、原有HLR网络结构保持不变，从新部署分布式HLR（采用FE+BE网络结构）。
大容量分离架构HLR的实施，可以将大容量数据库集中于省会，业务逻辑处理功能实体（业务前端）下放至各地市。由于数据库集中放置，用户数据的容量可以做到几千万之多。
分离架构HLR将数据库集中管理，将前段前置，在目前可以实现HLR类设备的用户集中管理。未来可以考虑将VLR中的动态用户数据集中管理。
分离架构HLR是在网络IP化，大容量存储技术成熟，网络发展的需求，IT和电信融合的趋势下发展起来的新型数据库解决方案。
图4
HLR需扩容时、改造升级原有的HLR，从新部署分布式HLR（采用FE+BE网络结构）（见图4）。
6. 其它说明的问题
HLR与IMSI-HSS的融合问题。
6.1 HLR设置方案。
和传统的GSM网络一样，3G核心网络中的HLR设备也是在网络中用于管理移动用户的数据库设备，HLR与网络中其他功能实体的接口未发生变化，但采用的协议标准存在着不同之处，主要体现在：HLR中存放的用户数据较GSM/GPRS用户丰富，增加了更多的内容如用户签约信息等；MAP定义了新的接口、程序和参数。新引入的业务包括：定位业务，号码可携性业务，智能业务的增强等；鉴权方式不同，2G网络 中的鉴权只是网络对用户的鉴权，为单向鉴权，而在3G网络中的鉴权为双向鉴权，即不仅网络对用户进行鉴权，同时用户也对网络进行鉴权；2G网络鉴权中允许重复利用鉴权向量，为了使用户设备(UE)能够验证鉴权向量的新鲜度，在UMTS鉴权中，不允许重复利用鉴权向量。在3GPP制订的规范中，定义的鉴权向量为5个，而GSM网络中对鉴权向量的定义为3个。
为了支持2G/TD业务以及2G带号转网业务。为了便于对新增TD用户的管理，建议新增TD用户尽量放置在少数HLR中。现有设备不能升级支持TD业务时，可新建HLR替换原有设备。
6.2 HLR容量配置需遵从下列原则：
新增TD用户处理优先利用现有设备的空余容量。
现有设备的空余容量不足，则通过扩容方式解决。
现网HLR新增处理TD业务后单局容量原则上不打破现有2G网的容量门限。
6.3 HLR号码。
后期工程中，升级的现网HLR的HLR ID号码维持不变，仍延用原有HLR ID。新建的HLR设备需要为其分配HLR号码，HLR ID遵循2G网的编号原则。
参考文献
［1］ 刘晶晶；分布式试验系统协同综合管理技术研究［D］；西北工业大学；2006年.
［2］ 诺基亚HLR容灾解决方案描述.
［3］ 华为HLR9820培训资料.
［文章编号］1006-7619（2011）08-24-857