容災的必要性

　　WCDMA相對于GSM網絡，無線側用戶在接入速率上有了很大提高，這對核心網網元的處理能力提出了高要求，單個MSC、MSCServer、MGW所承擔的用戶話務和信令負荷大大提升。

　　同時，隨著技術的進步以及競爭的加劇，各廠商推出的設備容量也不斷提高。在2G網絡中，MSC的容量通常為20~30萬，HLR的容量通常為50~70萬。而在3G網絡中，R99階段的MSC最大容量達100~180萬左右；R4階段的MSCServer、MGW的最大容量達100~180萬左右，HLR最大容量達200萬左右；R5版本的商用設備雖然還沒有大規模推出，不過可以肯定容量將朝著更高的方向發展。

　　在核心網結構上，R4階段引入了控制和承載分離的軟交換架構，將傳統2G網絡中的MSC分離成MSCServer和MGW，其中MSCServer負責信令處理、路由和業務；MGW負責媒體流處理。由于MSCServer和MGW之間只是IP上承載的信令，占用的帶寬非常少，因此，兩者之間可以經濟地拉遠放置。MSC Server可集中設置在中心城市；MGW由于容量及處理能力的大幅提高，按照集中化原則，也可集中設置。這樣，整個R4核心網的建設思路是“大容量，少局所”。一個MSC Server控制多個MGW，組成一個“大本地網”。

　　R5盡管目前還沒有商用組網的實際例子，但它繼承了R4的軟交換架構思想，因此，仍會采用“大容量，少局所”的大本地網結構。

　　但是，在R4、R5之前的R99階段，由于MSC之間的傳輸仍是TDM話路，因此，集中設置MSC將造成傳輸的長途迂回，增加運營成本。因此，R99的組網與現在的GSM相比不會有太大的變化，只是把原來的MSC進行軟硬件升級，以支持WCDMA的接入。

　　從以上分析可以看出，基于移動軟交換架構的WCDMA核心網，其集中設置的MSCServer將成為網絡和設備安全的重要隱患，因此，有必要在建網時考慮其容災備份方案，預防網元單點故障特別是MSCServer設備故障，而引起大面積網絡癱瘓的情況發生。

容災方案分析

　　R99核心網容災方案

　　R99核心網結構與GSM相比沒有變化，因此，其單點故障位置及其對網絡造成的影響也與GSM一樣：MSC失效，導致MSC覆蓋區域的網絡不可用；HLR失效導致HLR覆蓋區域的網絡不可用。因此，R99可以采用GSM組網的安全性措施。對于HLR的容災方案而言，可以采用N+1備份方案來解決HLR失效的問題。即對主用HLR配置備份HLR，并在兩者之間通過數據同步機制實現用戶數據的同步，當主用HLR出現故障時，備份HLR接管主用HLR的業務，減少對現網用戶的影響

　　GSM組網沒有針對MSC失效的安全性措施，只是通過MSC設備本身的可靠性措施，即設備的單板備份和端口備份來保證MSC網元的安全。因此，在R99組網中也存在這個安全隱患。通常的解決方法是，盡量采取小容量MSC的策略來規避風險，但這不能從根本上解決問題。

　　R4核心網容災方案

　　R4核心網軟交換架構。可以看出，其單點故障在于：（1）MSCServer失效，導致MSCServer覆蓋區域的網絡不可用。（2）MGW失效，導致MGW覆蓋區域的網絡不可用。（3）HLR失效，導致HLR覆蓋區域的網絡不可用。

　　針對上述故障點，相應的安全容災方案有：（1）在MSCServer層面，實施雙歸屬方案。建設MSCServer容災備份中心，一個MGW同時接入兩個MSCServer，一個主用，一個備用，當主用MSC Server發生故障后，MGW重新注冊到備用MSC Server，繼續原來的事務。（2）在MGW層面，實施MGW負荷分擔技術。一個RNC同時接入多個MGW，MGW之間負荷分擔，當一個MGW發生故障時，其RNC的負荷由其他MGW承擔，RNC的業務處理不影響。（3）在HLR層面，采用HLR的N+1備份方案（和GSM的HLR容災方案相同）。

　　另外，也可以同時通過板級和端口級的設備冗余備份來實現一定的安全容災。

　　R5核心網容災方案

　　R5核心網容災技術基本等同于R4。但R5特有的是，在Iu接口引入了IuFlex技術。即一個RNC可以同時接入多個MSCServer，MSCServer間負荷分擔，多個MSC Server組成一個“Server池”，共同控制幾個位置區。當一個MSC Server發生故障時，RNC可以將故障MSC Server的事務轉發給其他MSC Server處理。Iu Flex容災是WCDMA一項研究中的核心網容災技術。

三大容災技術

　　MSCServer雙歸屬容災

　　雙歸屬技術來源于固定軟交換，是針對NGN網絡結構特點而提出的一種網絡可靠性解決方案。其接入層的各種網關設備（TMG、AG、SG）同時與核心控制層的兩個軟交換機SoftSwitchA/B相連，即同時受控于兩個軟交換機。在正常情況下，SoftSwitch A處理TMG、AG、SG相關業務，當它出現異常時，改由Soft Switch B控制。

　　在R4核心網中采用的MSCServer雙歸屬容災方案的主要方式是，將MGW從邏輯上分成2個虛擬MGW，并同時歸屬于兩個MSCServer控制。預先將MGW和兩個MSCServer之間的數據配置好，并讓MGW在兩個MSC Server上登記，使MGW和兩個MSC Server之間建立歸屬關系。在主用MSC Server發生故障無法繼續服務時，MGW向備用MSC Server發起注冊請求，系統將話務引導到備用MSC Server，從而增強系統的安全性。

　　MSCServer的雙歸屬方案可支持1+1主備、1+1互備兩種方式。

　　主備方式在每個大區配置兩個MSCServer，其中MSCServer1為主用MSCServer，MSC Server2為備用MSC Server。在正常工作模式下，MSC Server1負責所轄大區所有媒體網關的管理與呼叫處理，MSC Server2通過與MSC Server1間的心跳鏈路備份線，實時監控MSC Server1的工作狀態，一旦MSC Server1出現故障，MSC Server2立即接管該大區的所有MGW的管理及呼叫處理，保證網絡的可用性。在這種容災方式下，大區的MSC Server應該采用大容量的交換局點，只有這樣，才在經濟上比較可行。

　　互備方式是將每個大區分為兩個子域，稱為域1和域2。每個子域配置一臺MSCServer，其中，域1的為MSCServer1，域2的為MSCServer2，它們互為備份。在正常情況下，MSC Server1、MSC Server2分別管理各子域的MGW設備及承擔本域內的業務處理。當一個設備出現故障時，其所有業務處理和MGW管理任務立即由另一個接管。這種備份方案比較經濟，沒必要專門為某臺MSC Server設置備份點。但是，備份局點在接管故障局點業務后，其本身的業務處理能力將經受考驗，通常，它難以滿足兩個局點業務負荷的需求，因此，要求被接管的MSC Server容量不能過大。

　　在上面兩種方式中，MSCServer之間都要有備份通道，用于對VLR簽約數據、移動性管理數據、動態資源數據等進行備份。備份周期可由用戶設定。備份通道的傳輸協議可采用TCP/IP。

　　MGW負荷分擔

　　在R4系統的Iu接口側，通常一個RNC連接一個MGW。MGW負荷分擔技術主要是通過MGW互備方式來解決MGW的單點故障問題。

　　形成負荷分擔關系的MGW組成MGW資源池（MGWPool），MGW1、MGW2、MGW3構成了MGW資源池，并由一個MSCServer控制。在理論上，MGW資源池不限制MGW的數目，運營商可根據情況自己確定。

　　RNC通過MGW1接入到核心網。MGW負荷分擔技術在RNC—MGW1連接的基礎上，增加了RNC—MGW2、RNC—MGW3兩條備份連接線。在正常工作時，RNC—MGW1是激活工作狀態，RNC—MGW2、RNC—MGW3處于非工作狀態。

　　MSCServer通過H.248的SCTP（基于IP的信令傳輸）連接和Iu接口的SCCP（信令連接控制部分）連接判斷Iu連接狀態，當所有H.248的SCTP連接和SCCP連接都斷了，并在一定的時間內不能恢復，即判斷出現故障，切換到備份MGW。而RNC則是通過Iu接口的MTP3B（基于ATM的信令傳輸），判斷對端MGW是否故障。當檢測到故障后，啟動切換流程，切換到備份MGW。

　　當某一個MGW發生故障時，非故障的MGW將承擔兩個MGW的話務，這對于其業務提供能力來說，有可能難以滿足需求。因此，必須通過流控機制來保障設備免遭阻塞，但這會帶來用戶呼損率的增大。

　　IuFlex容災

　　在R5版本以前，沒有考慮網絡的共享需求，一個RNC只能被一個核心網節點控制。也就是說，RNC通過相連的MGW只能與一個MSCServer保持一一對應關系，如果MSCServer發生故障，即使實施了MSCServer雙歸屬、MGW負荷分擔等容災技術，MSC Server管轄下的RNC也不能正常工作，從而造成服務區內業務的中斷。因此，在R5階段，出現了支持RNC與多個MSC Server相連接的Iu Flex技術，也稱為RAN共享方式，對應的3GPP標準協議號為3GPP TS 23.236 v5.4.0。

　　采用Pool-Area概念，由多個MSCServer組成一個Server池，共同控制一個或多個位置區（LA）。這些LA中的RAN同時接到池中的每個MSCServer。RNC的終端用戶按照負載均衡的原則，可以注冊到池中的任意一個MSCServer上，MSC Server間進行負荷分擔。當一個MSC Server發生故障時，RNC可以將到故障MSC Server的事務轉發給其他MSC Server進行處理。這種方式引入了一種新的路由機制，使RNC與多個MSC Server保持路由對應關系。當其中一個MSC Server癱瘓時，通過調整相應的Iu接口參數，將話務轉移到新的MSC Server上，實現了WCDMA核心網網元的安全容災。

容災方案比較

　　MGW負荷分擔方式是在MGW發生故障時，對RNC進行切換的容載方案。其他兩種方案都是針對MSCServer故障的容災方案。

　　IuFlex在R5版本中引入，主要是在Iu口的變化。它要求RNC和終端都要做較大的修改。在IuFlex方式中，RAN同時接入多個MSCServer，MSC Server之間是負荷分擔關系，一個MSC Server的故障不會影響用戶的服務。MSC Server之間的切換是不需要時間的。

　　MSCServer雙歸屬方式源自于固定軟交換，有一定的工程實施經驗，只需在核心網網絡配置上做相應修改即可。MSCServer雙歸屬方式需要用戶動態資源數據的同步過程。

　　對于用戶密集的大城市或特大城區，如果存在多個MSCServer，且在設備支持的情況下，建議采用IuFlex來實現網絡安全容災解決方案。因為它不僅能解決網絡安全問題，而且還會引入其他組網優勢，如基于用戶的負荷分擔和管理，可以大大降低接口信令流量。

　　在“大容量，少局所”的跨地域大本地網組網模式下，由于IuFlex方案需要RNC將Iu接口同時連接到多個MGW，會引起Iu接口不必要的路由迂回，因此，建議采用MSCServer雙歸屬容災方案。

　　總之，WCDMA核心網的容災是WCDMA系統部署中的技術難題之一，需要隨著網絡的逐漸部署，不斷深入研究與探索。目前，只有少數設備廠商可以提供WCDMA核心網的容災解決方案。