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【摘要】软交换作为NGN网络的呼叫与控制的核心，它的可靠性至关重要。本文综述了三种软交换容灾备份的方案的备份原理、实现前提、各自优缺点，然后结合工程实际经验对比分析各个方案适用的场景，为工程建设提供参考。
【关键词】软交换容灾备份网络资源标识
一、概述
1.1软交换的基本概念
软交换的概念最早起源于美国，一经问世，便得到了业界的广泛关注。软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，即控制与承载分离，并通过软件实现基本呼叫控制功能（包括呼叫选路、管理控制、连接控制和信令互通），从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平台。软交换作为NGN网络的呼叫与控制的核心，它包含许多功能。主要提供连接控制、路由选择、网关管理、带宽管理、呼叫控制、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。软交换的出现，使三网在网络层面实现网间互联互通，在业务层面实现业务的交叉和渗透，使基于统一分组网络承载多种业务成为可能。
1.2软交换容灾备份的必要性
近年来，人们对通信业务的需求日益膨胀，对移动通信的要求也越来越多。移动用户数和各地区的话务量的飞速增加，使得移动通信网核心网部分趋向大容量、高集成度发展。2G网中的MSC的容量通常只有20-40万，而在3G网络中的软交换的最大容量可达百万以上。而且在软交换网络的组网中，MSC Server往往处在网络中较高的位置，覆盖较大的范围[1]，所以当出现重大灾难情况时，如设备故障、人为操作失误、自然灾害等，会导致大范围通信不畅甚至业务中断。因此有必要在建网初期就考虑软交换的容灾备份方案。
二、主要容灾策略
2.11+1互备容灾方案
大本地网组网方案下，MSC Server管辖的用户数大大增加，一旦瘫机，影响范围巨大，因此在通信系统组网建设中，MSC Server需要考虑网络级的容灾备份。基于UMTS R4版本的网络结构下，出现了1+1备份容灾技术。在“1+1”互助容灾方案中，每个MSC Server都处于激活状态，都是主用MSC Server，同时也是另一主用MSC Server的容灾MSC Server，它们使用一对网元数据，包括信令点编码、GT等[2]。
采用“1+1”互助容灾方案时，软交换设备的网络组织结构如图1所示。正常情况下，每个MSC Server控制不同的MGW。但当其中一个MSC Server产生故障时，它所控制的MGW将被另一个MSC Server接管，也就是说每个媒体网关都有一个主归属的MSC Server和一个从归属的MSC Server。为了实现上述控制切换，每个MGW有相对独立的控制信令通道分别到两个MSC Server，当MGW归属的主用MSC Server故障后，备用MSC Server解闭塞信令链路，MGW将向备用MSC Server注册，并且接受备用MSC Server控制[2]。同时两个软交换设备之间设有心跳链路，用于检测对方工作是否正常。
静态双归属切换：两个MSC Server采用完全一样的硬件配置，软件配置和数据配置，采用同样的对外IP地址。当主用SoftSwitch故障后，手工倒换到备用SoftSwitch。相关数据设备需支持动态路由协议。
（2）自动切换
自动切换就是如果一个MSC Server通过心跳信号发现对端故障（例如心跳超时），立即接管故障MSC Server下的MGW。
动态双归属切换：两个MSC Server独立工作，之间有心跳，同时配置有未激活的对方MSC Server下带的网关、用户、中继等业务数据。网关设备同时配置一个主用MSC Server和一个备用MSC Server。正常情况下，网关注册在主用MSC Server下工作。当主用MSC Server发生故障时，网关将重新注册在备用MSC Server下，正常工作。主备MSC Server通过心跳确认对方状态，通过网管同步双方数据。
负荷分担方式的动态双归属切换：如果正常工作时Domain1的MSC Server带部分的业务，Domain2的MSC Server也带部分业务，一个MSC Server故障后，所有业务倒换到另一个MSC Server。
2.2N+1主备容灾方案
为解决当网内MSC Server数量较多时（至少在3个以上）采用“1+1”备份方式造成资源大量的浪费，出现了N+1备份方式。“N+1”主备容灾组网方案中，即有N个MSC Server处于激活状态作为主用MSC Server，另1个MSC Server作为冗余备份系统，且完全处于备份状态。对于主用MSC Server来说，它们之间没有交互，相互独立与备用MSC Server连接；对于备用MSC Server来说，在主用MSC Server正常工作的情况下，备用MSC Server只同时运行主用MSC Server相同的软件和数据，并存储所有主用MSC Server数据的镜像，而其与外部网元如HLR、MGW等的信令链路正常连接[3]。
“N+I”主备容灾组网结构如图2示。每个MGW除与自己归属的主MSC Server连接外，还要与备用MSC Server连接。当主用MSC Server出现故障时，其所属的MGW将注册到备用MSC Server，由备用MSC Server接管故障MSC Server的业务。如果主备MSC服务间不具备实时更新用户动态数据能力，则倒换时需对所辖用户进行强制位置更新[3]。
“N+1”主备容灾方式属于双归属容灾机制，采用“N+1”主备容灾方式组网时MSC Server间控制切换方法类似“1+1”互助容灾方式，包括手动切换和自动切换两种方式。 “N+1”主备容灾中，一个备用MSC Server需要来实现对N个主用MSC Serve的容灾备份，应具备以下特点。首先备用MSC Server需要支持多套局数据配置；其次需要支持多个局向心跳线的检测；第三当备用MSC Server倒换为主用局时，如果有其它的MSC Server又出现了问题，发出倒换请求，备用MSC Server拒绝倒换请求；第四由于备用MSC Server需要对多个MSC Server进行备份，故当原主用MSC Server正常后，“N+1”主备双归属需要尽快倒回。
2.3Pool容灾方案
MSC Pool的核心技术由Nortel 1997年提出，1999年进入3GPP协议（23.913-100）。在23.913协议的基础上，多个运营商、厂家共同努力下，在2001年演进到了23.236（基于R99架构）。3GPP TS23.236“Intra-domain connection of Radio Access Network（RAN）nodes to multiple Core Network（CN）nodes”定义了核心网控制节点（MSC，SGSN）以池组方式工作的机制。它既适用于传统非分层网络，也适用于分层软交换网络，既适用于GSM网络，也适用于WCDMA网络[4]。
当MSC Pool区内的移动用户发起新的业务时，RNC/BSC能够识别MSC Pool内不同的MSC，通过BSC/RNC的NNSF功能，在MSC Pool内为移动用户选择一个服务MSC。该方案的优点是网络结构清晰，对于MGW宕机的情形有很好的保护机制。仅BSC均需升级，投资较低，标准相对完善，主流厂家均支持。缺点是A接口物理连接复杂，TDM环境下A接口电路数需求较高。存在一个BSC下的用户间呼叫占用两个MGW资源的情况。另外，网管维护需要同时管理无线与核心网设备。
当MSC POOL区内的移动用户发起新的业务时，不需要RNC/BSC支持NNSF能力，而由MGW识别MSC Pool内不同的MSC，通过MGW NNSF功能，在MSC Pool内为移动用户选择一个服务MSC。该方案的特点是BSC仅和池中的一个MGW相连，BSC透传用户请求至MGW，由MGW选择核心网节点。MGW和池中的多个MSS有逻辑上的关联关系。该方案的优点是A接口物理连接简单，TDM端口数要求少，资源利用率较高；缺点是缺乏对MGW宕机情况下冗余保护机制，标准还在制定中，目前仅有少数厂家支持。
三、结束语
软交换是下一代网络中媒体控制、呼叫控制和业务提供与分配系统的核心，它的可靠性对整个网络的稳定运行起着重要的作用。本文对“1+1”互助容灾，“N+1”主备容灾及基于MSC Pool技术容灾模式，进行了分析和比较，每种方案都各有优劣。在实际应用中，根据网络系统的实际情况来确定选择哪种方案来组网。如若是跨地域的大本地网组网模式，为了减少路由迂回，建议采用“1+1”互助或“N+1”主备容灾方式机制；对于用户密集的城区，存在多个MSC Server，为了确保网络容量保障及总体高话务的防冲击能力，建议采用MSC Pool容灾方案。
参考文献
[1]李钊.移动软交换中容灾技术的研究与应用[D].西安电子科技大学，2010年：22
[2]戴波.移动软交换的容灾机制及工程实现[D].电子科技大学，2009年：27-30
[3]谭旺生.本地网MSC N+1容灾备份方案[D].北京邮电大学，2010年：17-18
[4]吕鹏.核心网容灾技术的研究[D].上海交通大学，2008年：52
[5]刘扬. MSC POOL在软交换设备容灾中的应用[J].邮电设计技术，2008：53-54
【关键词】软交换容灾备份网络资源标识
一、概述
1.1软交换的基本概念
软交换的概念最早起源于美国，一经问世，便得到了业界的广泛关注。软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，即控制与承载分离，并通过软件实现基本呼叫控制功能（包括呼叫选路、管理控制、连接控制和信令互通），从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平台。软交换作为NGN网络的呼叫与控制的核心，它包含许多功能。主要提供连接控制、路由选择、网关管理、带宽管理、呼叫控制、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。软交换的出现，使三网在网络层面实现网间互联互通，在业务层面实现业务的交叉和渗透，使基于统一分组网络承载多种业务成为可能。
1.2软交换容灾备份的必要性
近年来，人们对通信业务的需求日益膨胀，对移动通信的要求也越来越多。移动用户数和各地区的话务量的飞速增加，使得移动通信网核心网部分趋向大容量、高集成度发展。2G网中的MSC的容量通常只有20-40万，而在3G网络中的软交换的最大容量可达百万以上。而且在软交换网络的组网中，MSC Server往往处在网络中较高的位置，覆盖较大的范围[1]，所以当出现重大灾难情况时，如设备故障、人为操作失误、自然灾害等，会导致大范围通信不畅甚至业务中断。因此有必要在建网初期就考虑软交换的容灾备份方案。
二、主要容灾策略
2.11+1互备容灾方案
大本地网组网方案下，MSC Server管辖的用户数大大增加，一旦瘫机，影响范围巨大，因此在通信系统组网建设中，MSC Server需要考虑网络级的容灾备份。基于UMTS R4版本的网络结构下，出现了1+1备份容灾技术。在“1+1”互助容灾方案中，每个MSC Server都处于激活状态，都是主用MSC Server，同时也是另一主用MSC Server的容灾MSC Server，它们使用一对网元数据，包括信令点编码、GT等[2]。
采用“1+1”互助容灾方案时，软交换设备的网络组织结构如图1所示。正常情况下，每个MSC Server控制不同的MGW。但当其中一个MSC Server产生故障时，它所控制的MGW将被另一个MSC Server接管，也就是说每个媒体网关都有一个主归属的MSC Server和一个从归属的MSC Server。为了实现上述控制切换，每个MGW有相对独立的控制信令通道分别到两个MSC Server，当MGW归属的主用MSC Server故障后，备用MSC Server解闭塞信令链路，MGW将向备用MSC Server注册，并且接受备用MSC Server控制[2]。同时两个软交换设备之间设有心跳链路，用于检测对方工作是否正常。
静态双归属切换：两个MSC Server采用完全一样的硬件配置，软件配置和数据配置，采用同样的对外IP地址。当主用SoftSwitch故障后，手工倒换到备用SoftSwitch。相关数据设备需支持动态路由协议。
（2）自动切换
自动切换就是如果一个MSC Server通过心跳信号发现对端故障（例如心跳超时），立即接管故障MSC Server下的MGW。
动态双归属切换：两个MSC Server独立工作，之间有心跳，同时配置有未激活的对方MSC Server下带的网关、用户、中继等业务数据。网关设备同时配置一个主用MSC Server和一个备用MSC Server。正常情况下，网关注册在主用MSC Server下工作。当主用MSC Server发生故障时，网关将重新注册在备用MSC Server下，正常工作。主备MSC Server通过心跳确认对方状态，通过网管同步双方数据。
负荷分担方式的动态双归属切换：如果正常工作时Domain1的MSC Server带部分的业务，Domain2的MSC Server也带部分业务，一个MSC Server故障后，所有业务倒换到另一个MSC Server。
2.2N+1主备容灾方案
为解决当网内MSC Server数量较多时（至少在3个以上）采用“1+1”备份方式造成资源大量的浪费，出现了N+1备份方式。“N+1”主备容灾组网方案中，即有N个MSC Server处于激活状态作为主用MSC Server，另1个MSC Server作为冗余备份系统，且完全处于备份状态。对于主用MSC Server来说，它们之间没有交互，相互独立与备用MSC Server连接；对于备用MSC Server来说，在主用MSC Server正常工作的情况下，备用MSC Server只同时运行主用MSC Server相同的软件和数据，并存储所有主用MSC Server数据的镜像，而其与外部网元如HLR、MGW等的信令链路正常连接[3]。
“N+I”主备容灾组网结构如图2示。每个MGW除与自己归属的主MSC Server连接外，还要与备用MSC Server连接。当主用MSC Server出现故障时，其所属的MGW将注册到备用MSC Server，由备用MSC Server接管故障MSC Server的业务。如果主备MSC服务间不具备实时更新用户动态数据能力，则倒换时需对所辖用户进行强制位置更新[3]。
“N+1”主备容灾方式属于双归属容灾机制，采用“N+1”主备容灾方式组网时MSC Server间控制切换方法类似“1+1”互助容灾方式，包括手动切换和自动切换两种方式。 “N+1”主备容灾中，一个备用MSC Server需要来实现对N个主用MSC Serve的容灾备份，应具备以下特点。首先备用MSC Server需要支持多套局数据配置；其次需要支持多个局向心跳线的检测；第三当备用MSC Server倒换为主用局时，如果有其它的MSC Server又出现了问题，发出倒换请求，备用MSC Server拒绝倒换请求；第四由于备用MSC Server需要对多个MSC Server进行备份，故当原主用MSC Server正常后，“N+1”主备双归属需要尽快倒回。
2.3Pool容灾方案
MSC Pool的核心技术由Nortel 1997年提出，1999年进入3GPP协议（23.913-100）。在23.913协议的基础上，多个运营商、厂家共同努力下，在2001年演进到了23.236（基于R99架构）。3GPP TS23.236“Intra-domain connection of Radio Access Network（RAN）nodes to multiple Core Network（CN）nodes”定义了核心网控制节点（MSC，SGSN）以池组方式工作的机制。它既适用于传统非分层网络，也适用于分层软交换网络，既适用于GSM网络，也适用于WCDMA网络[4]。
当MSC Pool区内的移动用户发起新的业务时，RNC/BSC能够识别MSC Pool内不同的MSC，通过BSC/RNC的NNSF功能，在MSC Pool内为移动用户选择一个服务MSC。该方案的优点是网络结构清晰，对于MGW宕机的情形有很好的保护机制。仅BSC均需升级，投资较低，标准相对完善，主流厂家均支持。缺点是A接口物理连接复杂，TDM环境下A接口电路数需求较高。存在一个BSC下的用户间呼叫占用两个MGW资源的情况。另外，网管维护需要同时管理无线与核心网设备。
当MSC POOL区内的移动用户发起新的业务时，不需要RNC/BSC支持NNSF能力，而由MGW识别MSC Pool内不同的MSC，通过MGW NNSF功能，在MSC Pool内为移动用户选择一个服务MSC。该方案的特点是BSC仅和池中的一个MGW相连，BSC透传用户请求至MGW，由MGW选择核心网节点。MGW和池中的多个MSS有逻辑上的关联关系。该方案的优点是A接口物理连接简单，TDM端口数要求少，资源利用率较高；缺点是缺乏对MGW宕机情况下冗余保护机制，标准还在制定中，目前仅有少数厂家支持。
三、结束语
软交换是下一代网络中媒体控制、呼叫控制和业务提供与分配系统的核心，它的可靠性对整个网络的稳定运行起着重要的作用。本文对“1+1”互助容灾，“N+1”主备容灾及基于MSC Pool技术容灾模式，进行了分析和比较，每种方案都各有优劣。在实际应用中，根据网络系统的实际情况来确定选择哪种方案来组网。如若是跨地域的大本地网组网模式，为了减少路由迂回，建议采用“1+1”互助或“N+1”主备容灾方式机制；对于用户密集的城区，存在多个MSC Server，为了确保网络容量保障及总体高话务的防冲击能力，建议采用MSC Pool容灾方案。
参考文献
[1]李钊.移动软交换中容灾技术的研究与应用[D].西安电子科技大学，2010年：22
[2]戴波.移动软交换的容灾机制及工程实现[D].电子科技大学，2009年：27-30
[3]谭旺生.本地网MSC N+1容灾备份方案[D].北京邮电大学，2010年：17-18
[4]吕鹏.核心网容灾技术的研究[D].上海交通大学，2008年：52
[5]刘扬. MSC POOL在软交换设备容灾中的应用[J].邮电设计技术，2008：53-54