全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量已連續(xù)數(shù)年保持高速增長(zhǎng)。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2014年，全球70%的移動(dòng)業(yè)務(wù)將是移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；2013年第一季度，國(guó)內(nèi)人均移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量已達(dá)121MB，同比增長(zhǎng)37.1%，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入總流量達(dá)36918.3萬(wàn)G，同比增長(zhǎng)58.7%。
為了支撐移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式需求，LTE已成為眾多運(yùn)營(yíng)商選擇，而其核心網(wǎng)EPC(演進(jìn)分組核心網(wǎng))的建設(shè)也正在成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)，如何應(yīng)對(duì)扁平化帶來(lái)的信令壓力?是否足夠健壯以應(yīng)對(duì)大流量的沖擊?是否有可借鑒的規(guī)模部署經(jīng)驗(yàn)?這些都成為業(yè)界在EPC規(guī)劃和建設(shè)中亟待解決的問(wèn)題。
LTE時(shí)代，移動(dòng)核心網(wǎng)的新挑戰(zhàn)
LTE的建設(shè)雖然是由流量而起，但其部署中所面臨的問(wèn)題卻遠(yuǎn)不止于此，因?yàn)椋环矫媸菙?shù)據(jù)流量快速增長(zhǎng)，另一方面信令也同樣在激增。如果處理不當(dāng)，將導(dǎo)致信令風(fēng)暴。一般情況下，信令風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自于以下幾種情況：
第一，LTE網(wǎng)絡(luò)中，采用了扁平化的架構(gòu)，已經(jīng)沒(méi)有BSC/RNC來(lái)做收斂，核心網(wǎng)直接面對(duì)大量的基站。原來(lái)通過(guò)BSC/RNC進(jìn)行的信令處理，也全部交由核心網(wǎng)完成。而尋呼產(chǎn)生的信令(加入尋呼的原理)在LTE中占據(jù)信令總流量的30%，同時(shí)對(duì)很多eNB進(jìn)行尋呼，會(huì)給核心網(wǎng)帶來(lái)巨大壓力。
第二，智能終端的大量使用，造就了繁榮的應(yīng)用市場(chǎng)，然而如果缺乏對(duì)應(yīng)用有效地審核和準(zhǔn)入機(jī)制，就可能造成應(yīng)用導(dǎo)致的信令風(fēng)暴。在國(guó)外某運(yùn)營(yíng)商，一款基于安卓的VoIP軟件，由于設(shè)計(jì)問(wèn)題，導(dǎo)致其密集城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)壓力過(guò)載。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)分析，在流量相近的情況下，Android相對(duì)于iPhone產(chǎn)生更多的信令。
第三，在熱點(diǎn)地區(qū)，尤其是體育場(chǎng)館以及演出場(chǎng)地，大量人群集中使用微信、微博等應(yīng)用，產(chǎn)生推送信息，如果得不到有效控制，會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散效應(yīng)，致使大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
第四，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開(kāi)展意味著使用海量的傳感器等終端，這些終端雖然沒(méi)有很多流量，但產(chǎn)生大量的周期性和突發(fā)性連接請(qǐng)求。
優(yōu)化機(jī)制，有效化解信令風(fēng)暴
如何應(yīng)對(duì)信令風(fēng)暴可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)?從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上看，LTE核心網(wǎng)中的信令主要由MME來(lái)處理，因此，上海貝爾認(rèn)為，合理設(shè)計(jì)MME和優(yōu)化MME處理信令機(jī)制，將有助于減少信令風(fēng)暴的發(fā)生。
上海貝爾先進(jìn)的冗余配置，可有效應(yīng)對(duì)信令的激增。上海貝爾9471MME設(shè)備基于先進(jìn)的ATCAv2架構(gòu)，所有板卡都做到1：1備份，從容面對(duì)信令的激增。
同時(shí)，上海貝爾還進(jìn)行了動(dòng)態(tài)TAList配置：終端在TA間位置變更時(shí)要發(fā)送位置變更信息，這樣的更新顯然不計(jì)其數(shù)，增加核心網(wǎng)負(fù)擔(dān)。因此通過(guò)為每個(gè)用戶建立特定的TAList，每個(gè)TAList中包含若干個(gè)TA，用戶在這些TA中移動(dòng)時(shí)，無(wú)須發(fā)送位置更新信息，核心網(wǎng)無(wú)須知道終端具體在哪個(gè)TA，只需知道在某個(gè)TA List中，大大減少位置更新次數(shù)。值得一提的是，TA List也并不是越大越好，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，以反映用戶的移動(dòng)特征。比如針對(duì)用戶乒乓式移動(dòng)或環(huán)回運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的合理設(shè)置，減少信令開(kāi)銷(xiāo)。
靈活的尋呼策略也是有效減少核心網(wǎng)信令開(kāi)銷(xiāo)的途徑之一。通常每個(gè)TA可以包含數(shù)十個(gè)eNB，那么一個(gè)TALIst將包含上百個(gè)eNB，對(duì)如此數(shù)量的eNB進(jìn)行尋呼，開(kāi)銷(xiāo)還是相當(dāng)大的。很多情況下，用戶位置實(shí)際上相對(duì)固定，比如在辦公室、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所，這種時(shí)候，對(duì)整個(gè)TAList進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)流程的尋呼顯然沒(méi)有必要。上海貝爾對(duì)此提供了靈活的尋呼顆粒度，由運(yùn)營(yíng)商選擇在多大范圍內(nèi)進(jìn)行尋呼，在保證尋呼成功率的同時(shí)，有效降低給核心網(wǎng)帶來(lái)的信令壓力。
針對(duì)不同的業(yè)務(wù)，尋呼范圍可進(jìn)行分別設(shè)置，上海貝爾認(rèn)為，多數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)延遲的容忍度較高，但諸如CSFB這類(lèi)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，實(shí)際是要完成一次被叫，因此為保證其體驗(yàn)，可以設(shè)置為首次尋呼即在整個(gè)TAList內(nèi)進(jìn)行，從而保證更高的尋呼成功率和用戶體驗(yàn)。
此外，上海貝爾的EPC解決方案還支持尋呼間隔時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置，針對(duì)無(wú)信號(hào)覆蓋或某個(gè)eNB癱瘓下的持續(xù)無(wú)用尋呼的資源浪費(fèi)的情況，在MME中支持設(shè)立尋呼間隔時(shí)常，在對(duì)用戶尋呼失敗后，可延時(shí)一段時(shí)間，再進(jìn)行第二次尋呼，以此類(lèi)推，這樣可防止對(duì)一個(gè)用戶在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)大量的進(jìn)行尋呼。值得一提的是，通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證，打開(kāi)上述機(jī)制后，可以減少50%的尋呼消息，有效提升EPC的性能。
MMEPool+GWPool，讓EPC更“健壯”
除了性能上的提升，如何讓EPC更加“健壯”，從容應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)狀況，為業(yè)務(wù)提供更加安全的保障?上海貝爾認(rèn)為設(shè)立MMEPool和GWPool十分必要。
MMEPool將為運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)提供冗余和安全，同時(shí)也能降低信令風(fēng)暴發(fā)生的可能。在Verizon的LTE網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)Pool含有兩個(gè)MME，雖然數(shù)量不多，但卻起到了重要作用。
假設(shè)MMEPool中有A和B兩個(gè)設(shè)備，當(dāng)MMEPool中的MME-A出現(xiàn)故障時(shí)，ICP的服務(wù)器無(wú)法聯(lián)系用戶終端，當(dāng)連接請(qǐng)求到達(dá)sGW時(shí)，sGW將向MME-B發(fā)送下行數(shù)據(jù)的提醒(DDN)，該消息中包含終端的IMSI，MME-B使用IMSI來(lái)尋呼終端，終端看到MME-B使用IMSI而不是GUTI尋呼的時(shí)候，就知道原來(lái)所屬的MME4已出問(wèn)題，終端將重新發(fā)起Attach流程，MME-B將與HSS進(jìn)行一次終端的簽約數(shù)據(jù)鑒權(quán)等完整流程，此后終端將在MME-B上完成相關(guān)業(yè)務(wù)。
再如，如果用戶原來(lái)掛在MME-A上，當(dāng)該MME癱掉后，eNB已由MME-B接管，終端此時(shí)如果需要發(fā)送位置更新，MME-B是無(wú)法找到終端相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的，同樣會(huì)下發(fā)帶有IMSI的消息，強(qiáng)制終端進(jìn)行一次Attach流程。
GWPool同樣也能通過(guò)冗余為EPC網(wǎng)絡(luò)提供了更好的健壯性，除了支持標(biāo)準(zhǔn)的GW主備切換外，上海貝爾的方案還提供了更高級(jí)別的保護(hù)。在主備GW間，啟用VRRP，使得GWPool對(duì)外顯示為一個(gè)IP節(jié)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)GW宕機(jī)時(shí)，備用GW仍然使用原來(lái)的IP提供服務(wù)，此外，在7750GW間，通過(guò)MCS機(jī)制，可保證主用GW數(shù)據(jù)完整的保留在備份GW上，在Verizon現(xiàn)網(wǎng)上，已經(jīng)驗(yàn)證了這一方案的高可靠性。
助力中國(guó)EPC建設(shè)
阿爾卡特朗訊建設(shè)的EPC在全球最大的LTE網(wǎng)絡(luò)(Verizon)中占據(jù)50%的份額，Verizon的總用戶已經(jīng)接近3000萬(wàn)。鑒于阿爾卡特朗訊所承建的EPC和IMS的突出表現(xiàn)，Verizon已決定在2014年后，停止發(fā)放CDMA和LTE雙模終端，轉(zhuǎn)而只發(fā)放LTE單模終端。此外，在其他的大型LTE運(yùn)營(yíng)商(如AT&T，Sprint等)也有廣泛應(yīng)用。不同于2G/3G的分組域，在LTE領(lǐng)域，我們是全球EPC的主流供應(yīng)商，而且積累了大型商用網(wǎng)絡(luò)部署和保障的經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)的大規(guī)模LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中將發(fā)揮重要作用。
