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全球移动数据流量已连续数年保持高速增长。相关统计数据显示,截至2014年,全球70%的移动业务将是移动数据业务;2013年第一季度,国内人均移动互联网流量已达121MB,同比增长37.1%,移动互联网接入总流量达36918.3万G,同比增长58.7%。
为了支撑移动数据业务爆炸式需求,LTE已成为众多运营商选择,而其核心网EPC(演进分组核心网)的建设也正在成为业界关注的重点,如何应对扁平化带来的信令压力?是否足够健壮以应对大流量的冲击?是否有可借鉴的规模部署经验?这些都成为业界在EPC规划和建设中亟待解决的问题。
LTE时代,移动核心网的新挑战
LTE的建设虽然是由流量而起,但其部署中所面临的问题却远不止于此,因为,一方面是数据流量快速增长,另一方面信令也同样在激增。如果处理不当,将导致信令风暴。一般情况下,信令风暴的风险主要来自于以下几种情况:
第一,LTE网络中,采用了扁平化的架构,已经没有BSC/RNC来做收敛,核心网直接面对大量的基站。原来通过BSC/RNC进行的信令处理,也全部交由核心网完成。而寻呼产生的信令(加入寻呼的原理)在LTE中占据信令总流量的30%,同时对很多eNB进行寻呼,会给核心网带来巨大压力。
第二,智能终端的大量使用,造就了繁荣的应用市场,然而如果缺乏对应用有效地审核和准入机制,就可能造成应用导致的信令风暴。在国外某运营商,一款基于安卓的VoIP软件,由于设计问题,导致其密集城区的网络压力过载。另据统计分析,在流量相近的情况下,Android相对于iPhone产生更多的信令。
第三,在热点地区,尤其是体育场馆以及演出场地,大量人群集中使用微信、微博等应用,产生推送信息,如果得不到有效控制,会产生扩散效应,致使大面积网络瘫痪。
第四,物联网业务的开展意味着使用海量的传感器等终端,这些终端虽然没有很多流量,但产生大量的周期性和突发性连接请求。
优化机制,有效化解信令风暴
如何应对信令风暴可能带来的风险和挑战?从网络设计上看,LTE核心网中的信令主要由MME来处理,因此,上海贝尔认为,合理设计MME和优化MME处理信令机制,将有助于减少信令风暴的发生。
上海贝尔先进的冗余配置,可有效应对信令的激增。上海贝尔9471 MME设备基于先进的ATCA v2架构,所有板卡都做到1:1备份,从容面对信令的激增。
同时,上海贝尔还进行了动态TA List配置:终端在TA间位置变更时要发送位置变更信息,这样的更新显然不计其数,增加核心网负担。因此通过为每个用户建立特定的TA List,每个TA List中包含若干个TA,用户在这些TA中移动时,无须发送位置更新信息,核心网无须知道终端具体在哪个TA,只需知道在某个TA List中,大大减少位置更新次数。值得一提的是,TA List也并不是越大越好,要进行动态配置,以反映用户的移动特征。比如针对用户乒乓式移动或环回运动时,进行相应的合理设置,减少信令开销。
灵活的寻呼策略也是有效减少核心网信令开销的途径之一。通常每个TA可以包含数十个eNB,那么一个TA LIst将包含上百个eNB,对如此数量的eNB进行寻呼,开销还是相当大的。很多情况下,用户位置实际上相对固定,比如在办公室、学校、机场等场所,这种时候,对整个TA List进行标准流程的寻呼显然没有必要。上海贝尔对此提供了灵活的寻呼颗粒度,由运营商选择在多大范围内进行寻呼,在保证寻呼成功率的同时,有效降低给核心网带来的信令压力。
针对不同的业务,寻呼范围可进行分别设置,上海贝尔认为,多数数据业务对延迟的容忍度较高,但诸如CSFB这类语音业务,实际是要完成一次被叫,因此为保证其体验,可以设置为首次寻呼即在整个TA List内进行,从而保证更高的寻呼成功率和用户体验。
此外,上海贝尔的EPC解决方案还支持寻呼间隔时长的设置,针对无信号覆盖或某个eNB瘫痪下的持续无用寻呼的资源浪费的情况,在MME中支持设立寻呼间隔时常,在对用户寻呼失败后,可延时一段时间,再进行第二次寻呼,以此类推,这样可防止对一个用户在短时间内反复大量的进行寻呼。值得一提的是,通过现网验证,打开上述机制后,可以减少50%的寻呼消息,有效提升EPC的性能。
MME Pool+GW Pool,让EPC更“健壮”
除了性能上的提升,如何让EPC更加“健壮”,从容应对网络的突发状况,为业务提供更加安全的保障?上海贝尔认为设立MME Pool和GW Pool十分必要。
MME Pool将为运营商的网络提供冗余和安全,同时也能降低信令风暴发生的可能。在Verizon的LTE网络中,每个Pool含有两个MME,虽然数量不多,但却起到了重要作用。
假设MME Pool中有A和B两个设备,当MME Pool中的MME-A出现故障时,ICP的服务器无法联系用户终端,当连接请求到达sGW时,sGW将向MME-B发送下行数据的提醒(DDN),该消息中包含终端的IMSI,MME-B使用IMSI来寻呼终端,终端看到MME-B使用IMSI而不是GUTI寻呼的时候,就知道原来所属的MME4已出问题,终端将重新发起Attach流程,MME-B将与HSS进行一次终端的签约数据鉴权等完整流程,此后终端将在MME-B上完成相关业务。
再如,如果用户原来挂在MME-A上,当该MME瘫掉后,eNB已由MME-B接管,终端此时如果需要发送位置更新,MME-B是无法找到终端相关的业务数据的,同样会下发带有IMSI的消息,强制终端进行一次Attach流程。
GW Pool同样也能通过冗余为EPC网络提供了更好的健壮性,除了支持标准的GW主备切换外,上海贝尔的方案还提供了更高级别的保护。在主备GW间,启用VRRP,使得GW Pool对外显示为一个IP节点,当一个GW宕机时,备用GW仍然使用原来的IP提供服务,此外,在7750 GW间,通过MCS机制,可保证主用GW数据完整的保留在备份GW上,在Verizon现网上,已经验证了这一方案的高可靠性。
助力中国EPC建设
阿尔卡特朗讯建设的EPC在全球最大的LTE网络(Verizon)中占据50%的份额,Verizon的总用户已经接近3000万。鉴于阿尔卡特朗讯所承建的EPC和IMS的突出表现,Verizon已决定在2014年后,停止发放CDMA和LTE双模终端,转而只发放LTE单模终端。此外,在其他的大型LTE运营商(如AT&T,Sprint等)也有广泛应用。不同于2G/3G的分组域,在LTE领域,我们是全球EPC的主流供应商,而且积累了大型商用网络部署和保障的经验。这些经验在国内的大规模LTE网络建设中将发挥重要作用。(作者:刘伯韬)
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