主頁(yè)（http://www.130131.com）：上海貝爾：如何應(yīng)對(duì)EPC大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署的挑戰(zhàn)

目前中國(guó)運(yùn)營(yíng)商正處于LTE/EPC規(guī)模部署的前夜， 基于中國(guó)龐大的用戶基數(shù)，在今后的兩三年內(nèi)，LTE/EPC的使用用戶數(shù)，數(shù)據(jù)流量會(huì)變得十分巨大，因此中國(guó)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者需要在網(wǎng)絡(luò)部署初期，研究國(guó)外大型運(yùn)營(yíng)商的前車之鑒，未雨綢繆，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，提升網(wǎng)絡(luò)安全性。

在Pool的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高核心網(wǎng)安全性

目前組pool技術(shù)已經(jīng)用在了MSC和SGSN上，在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，在LTE的核心網(wǎng)EPC上，也有類似的MME-pool和SGW-pool技術(shù)，同樣可以起到負(fù)荷分擔(dān)，網(wǎng)元之間冗余備份的作用。但是在國(guó)外大規(guī)模的LTE商業(yè)部署過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)安全性，依然有提高的空間。

1.在MME pool的基礎(chǔ)上提高安全性

當(dāng)一個(gè)MME宕機(jī)時(shí)，根據(jù)國(guó)際規(guī)范的規(guī)定，該MME上附著的用戶會(huì)到pool中的另一個(gè)MME上重新進(jìn)行強(qiáng)制附著。

而附著流程本身包含十分復(fù)雜的信令交互，當(dāng)一個(gè)MME宕機(jī)時(shí)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的用戶在pool內(nèi)的另一個(gè)MME上做附著操作，對(duì)MME甚至HSS的信令壓力會(huì)很大，甚至?xí)�把pool內(nèi)其他原本正常工作的MME擊垮，引發(fā)的雪崩效益導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模癱瘓。

為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，上海貝爾創(chuàng)新性地增加一臺(tái)小型備份服務(wù)器（SRS），它平時(shí)只需收取pool內(nèi)各個(gè)MME中附著用戶的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（UE context），即可保留pool內(nèi)所有用戶的信息。

　　有了備份服務(wù)器之后，當(dāng)一個(gè)MME宕機(jī)時(shí)，終端用戶根據(jù)規(guī)范要求，到pool內(nèi)的其他MME上做附著操作，而MME則可以從備份服務(wù)器中（SRS）讀取用戶的動(dòng)態(tài)信息（UE context），只需要一次消息來(lái)回就可以代替很復(fù)雜的附著信令流程，從而大大降低了MME和HSS的瞬時(shí)信令壓力，提高網(wǎng)絡(luò)的總體安全性。如下圖所示。

2． 在SGW pool的基礎(chǔ)上提高安全性

對(duì)于SAE-GW，除了使用SGW-Pool技術(shù)提高系統(tǒng)的安全性，還可以更進(jìn)一步，使用SAE-GW的地理冗余技術(shù)。具體解決方案如下圖所示。

　　SAE-GW冗余方案使用了兩種技術(shù)：

VRRP技術(shù)

使用了VRRP技術(shù)，當(dāng)主用的SAE-GW退出服務(wù)時(shí)，備用的SAE-GW依舊可以使用主用的IP地址對(duì)外通信，繼續(xù)工作，那么周邊的網(wǎng)元（MME，eNodeB）就感知不到SAE-GW網(wǎng)元實(shí)體進(jìn)行了倒換，于是SAE-GW的倒換對(duì)周邊網(wǎng)元沒(méi)有影響。

Multi-Chassis Synchronization (MCS)技術(shù)

這是上海貝爾獨(dú)有的技術(shù)，可以在兩個(gè)SAE-GW之間同步LTE用戶的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，備用SAE-GW不停地獲取當(dāng)前的用戶信息，當(dāng)主用設(shè)備退出服務(wù)時(shí)，備用設(shè)備已經(jīng)有了相關(guān)的用戶信息，可以很平滑地繼續(xù)提供服務(wù)，于是SAE-GW的倒換對(duì)在線用戶也沒(méi)有影響。

應(yīng)對(duì)信令風(fēng)暴的沖擊

國(guó)外運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模部署LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，都碰到了信令風(fēng)暴的問(wèn)題，即信令流量的激增，消耗了大量的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，極端的情況下，過(guò)大的信令量會(huì)引起系統(tǒng)設(shè)備的癱瘓。

信令的激增主要由以下幾個(gè)方面引起：

推送業(yè)務(wù)，VoIP業(yè)務(wù)導(dǎo)致大量尋呼消息。

b.長(zhǎng)在線業(yè)務(wù)，小包業(yè)務(wù),M2M業(yè)務(wù)導(dǎo)致大量的無(wú)線/核心網(wǎng)鏈路資源的刪創(chuàng)，引發(fā)鏈路控制消息數(shù)目的激增。

c.LTE/EPC的扁平化架構(gòu)，沒(méi)有RNC做收斂，MME、GW直接面對(duì)成千上萬(wàn)個(gè)eNodeB，它們之間的信令消息幾何級(jí)數(shù)地增加。

應(yīng)對(duì)信令風(fēng)暴的沖擊，核心網(wǎng)側(cè)可以從以下幾個(gè)方面來(lái)應(yīng)對(duì)。

1. 核心網(wǎng)設(shè)備本身提高健壯性

對(duì)于信令處理的主設(shè)備MME，板卡要做到1:1冗余備份，每對(duì)板卡之間再做負(fù)荷分擔(dān)，這樣才能盡量避免單點(diǎn)故障，整個(gè)的系統(tǒng)安全性比N+1板卡備份要高很多。

2. 智能的尋呼策略

尋呼消息是MME發(fā)給eNodeB的，由eNodeB在其覆蓋范圍內(nèi)搜尋相關(guān)的終端，因此會(huì)占用eNodeB的無(wú)線資源。如果MME發(fā)出的尋呼消息越多，范圍越大，肯定會(huì)消耗更多的無(wú)線資源，但是尋呼成功率就會(huì)高，終端用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)就比較好。MME上應(yīng)該提供靈活的尋呼策略，讓運(yùn)營(yíng)商在終端用戶的尋呼體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)資源的消耗上取得良好的平衡，防止尋呼消息產(chǎn)生的信令風(fēng)暴。

首先對(duì)于尋呼的范圍，可以有如下的選擇：

Last Seen eNodeB

Last Seen TA

Last Seen TA + Neighboring TAs (TA List)

Last Seen eNB + (N) eNBs

運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的忙閑狀態(tài)，選擇不同的尋呼范圍：網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)可以選擇比較大的范圍，反之則選擇比較小的范圍，防止無(wú)線和EPC的過(guò)載。

其次對(duì)于尋呼的次數(shù)，對(duì)第一次尋呼，第二次尋呼，第n次尋呼的范圍，都是可以動(dòng)態(tài)配置，于是運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的情況進(jìn)行尋呼參數(shù)的修正，從而在終端用戶的尋呼體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)資源的消耗上找到適合的平衡點(diǎn)。

對(duì)于不同服務(wù)等級(jí)的用戶(比如金銀銅牌用戶)，通常是網(wǎng)絡(luò)側(cè)分配不同的接入帶寬和QoS參數(shù)，但是尋呼的范圍也會(huì)直接影響到相關(guān)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，因此尋呼的范圍大小的確定還可以參考EPC承載的QCI參數(shù)（此QCI參數(shù)表明了用戶使用業(yè)務(wù)的相關(guān)QoS特性參數(shù)），于是用戶在業(yè)務(wù)體驗(yàn)的各個(gè)方面都和其服務(wù)等級(jí)相匹配，同時(shí)也確保網(wǎng)絡(luò)資源向高等級(jí)業(yè)務(wù)的傾斜，在網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)降低對(duì)低等級(jí)業(yè)務(wù)的資源消耗，從而降低忙時(shí)的設(shè)備負(fù)荷。

3. 減少位置更新的信令消息

LTE中位置信息可以用Tracking Area來(lái)表示，它的概念類似于電路域中的Location Area，但它的覆蓋范圍比較小。如果按照23G的思路，當(dāng)終端進(jìn)入到新的位置區(qū)域時(shí)就發(fā)起位置更新消息，那么在LTE中相應(yīng)的位置更新消息就太多了。因此，3GPP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織引入了TA list的功能，MME發(fā)送一個(gè)Tracking Area的列表給終端，終端記錄下列表中所有的Tracking area，只要它位于列表中任何一個(gè)Tracking Area，都不會(huì)發(fā)送位置更新消息，只有終端到了列表外的的Tracking area時(shí)，才會(huì)發(fā)起位置更新（Tracking area update）流程。

如果給用戶分配一個(gè)含有很多TA的列表，當(dāng)然可以大大地減少位置更新的次數(shù)，但是也會(huì)大致大量的尋呼消息。因此TA list里的Tracking Area要精確地表示終端可能位于的區(qū)域，用戶始終沒(méi)有到過(guò)的Tracking area盡量不要放在列表中，以防止對(duì)這些Tracking area進(jìn)行無(wú)意義的尋呼。因此根據(jù)用戶的歷史運(yùn)動(dòng)軌跡推導(dǎo)出一個(gè)TA列表，既可以減少位置更新消息，從而減少終端和MME之間的信令消息，減少終端電池的消耗，又不會(huì)增加今后尋呼的資源開(kāi)銷。

對(duì)于歷史軌跡，我們舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，有些用戶由于自身需要會(huì)做來(lái)回的乒乓運(yùn)動(dòng)甚至環(huán)形運(yùn)動(dòng)。我們需要探測(cè)出這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，把環(huán)形運(yùn)動(dòng)中所經(jīng)過(guò)的TA,即TA(n)，TA(n-1)，TA(n-2)都列入TA list中，這樣的TA list就能真實(shí)地反映出終端運(yùn)動(dòng)軌跡，更好地減少終端的位置更新的消息次數(shù)。

　　上海貝爾的MME，SAE-GW設(shè)備在國(guó)外的大型LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)中有廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于MME設(shè)備，采用板卡間1:1冗余備份，每對(duì)板卡之間再做負(fù)荷分擔(dān)，盡可能地提高系統(tǒng)安全性。此外還設(shè)計(jì)了特有的備份服務(wù)器，在單局出現(xiàn)故障的情況下，保障了業(yè)務(wù)平穩(wěn)地遷移到其他MME上。同時(shí)智能尋呼策略，動(dòng)態(tài)TA list生成策略可以減少信令消息，降低信令風(fēng)暴的沖擊。

對(duì)于SAE-GW設(shè)備，采用十分穩(wěn)定的7750路由平臺(tái)，板卡間也是采用1:1冗余備份，每對(duì)板卡之間做負(fù)荷分擔(dān)，系統(tǒng)安全性比N+1備份高出很多。在北美成功商用的SAE-GW地理冗余方案，讓整體系統(tǒng)更加地安全可靠，從容應(yīng)對(duì)大網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)。