MSC_Pool技术概念

MSC Pool 技术详析
作者：席平亚上海电信长途无线部
W CDMA的R4版本于2001年3月冻结,且厂商设备已趋于成熟稳定。

因此，WCDMA核心网采用R4版本已不容置疑。

而R4的“控制与承载分离”的特性，使运营商纷纷选择“大容量，少局所”的核心网建设原则。

所以，核心网的备份策略十分重要。

本文就MSCPool这一MSCServer的备份技术进行解析。

3G PPTS23.236“Intra-domainconnection 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。

这打破了以往RNC与MSC间一对一的控制关系，如图1所示。

图1
MSCPool适用于非分层网络结构（传统MSC）或分层网络结构（软交换MSC），其规范中定义Iumode和A/Gsmode也分别适用于WCDMA和GSM。

当其用于GSM系统时，简称为A-Flex，用于WCDMA系统时简称Iu-Flex。

1关键技术
MSCPool技术的实现涉及一个关键参数和一个关键功能，关键参数是指网络资源标识(NRI)，关键功能是指非接入层网络节点选择功能(NAS)。

NRI在所有的核心网节点中独一无二地标识单个核心网节点(即MSC或SGSN)，并且NRI的长度在一个池域中所有节点应该相同。

当在不同池域重叠内，一个核心网节点可以分配多个NRI，但是NRI应该配置相同的长度。

NRI是TMSI 或P-TMSI的一部分，是由服务核心网节点分配给手机的。

NRI具有灵活的长度分配，从0个比特到10个比特。

0个比特表示不能使用Iu-Flex技术。

NRI往往在TMSI和P-TMSI的23到14比特位编码，23位是NRI的高比特位。

假设NRI 为10bit，图2为TMSI的比特示意图。

图2
NAS功能在RAN网元实现（一般是在RNC），这个功能用于路由初始的非接入层的信令消息或者LLC帧，通过NRI标识选择特定的核心网网元。

首先，RNC 根据非接入层的信令消息或者LLC帧推导出NRI，并根据NRI获得配置的核心网网元节点将消息路由到这个核心网网元。

如果对推导出来的NRI没有配置核心网网元地址，或者没有推导出NRI(如MS带上来的指示表明不包含NRI)，则选择有效的核心网网元(如根据负荷分担)，并将路由消息或LLC帧传送给选择的核心网网元。

2实现机制
图3
用户刚进入MSCPool的服务区域，RNC根据负载均衡的原则为用户分配一个MSC，MSC给用户分配一个TMSI并完成位置更新过程。

TMSI里面带有NRI （NetworkResourceIdentifier），用于在池组内标识MSC。

用户注册在此MSC 后一直由这个MSC为其服务，直到他离开该MSC Pool的服务区域。

在此期间用户如有业务请求，系统将根据请求中TMSI所带的NRI，把话务分配到相应的MSC 处理。

如图3所示：1个 MSC Pool中共有3个MSC，NRI分别用值1～3表示，RNC必须记录该对应关系，无线接入用户请求中的TMSI中NRI为1，则RNC根据其保存的对应关系，将用户建链请求直传到对应CN：MSC1。

当MS从一个池区进入另一池区的时候，MS在新池区发起位置更新请求（带LAIo,TMSIo），RNC算出NRI不在自己池区中，则选择自己池区中某个MSC来服务，新MSC发现LAIo对应多个MSC，则再根据TMSIo得到NRIo，根据NRIo得到惟一的MSC，即向该MSC取用户标识等信息。

之后的流程同通常流程。

图4
当MSC有一个Pool的情况，用户在RNC间切换，包括在MSCServer中切换，都没有核心网的切换及位置更新流程。

而用户在Pool间切换，如上文所述，新MSC需向原MSC取用户信息。

如图4，上半图表示一个Pool，下半图表示Pool 间切换的情况。

3流程分析
图5
我们通过一个ISMI附着的过程来说明使用MSCPool的具体流程，如图5
所示。

(1)UE发起RRC连接，并发送包含IDNNS信息的Initial_DT（Iu模式）。

(2)RNC任选一核心网节点，并产生Initial_UE消息，通过Iu-CS接口发送到所选的MSC/VLR。

(3)执行安全功能（可选）。

(4)如果UE没有注册到MSC，MSC会激发到HLR的位置更新的步骤。

a.发送位置更新UpdateLocation到HLR；
b.如果UE曾经注册到另一VLR，HLR将发送该位置信息删除的步骤给旧的VLR；
c.旧VLR回复CancelLocationAck；
d.HLR给新的VLR下发用户数据；
e.新VLR回复Ack，表示收到用户数据；
f.结束位置更新过程后，HLR给新的VLR返回Ack；
g.MSC/VLR为UE分配一个新的TMSI，并将该值通过位置更新接收流程送到UE。

该TMSI就包括了VLR的NRI值。

4应用场景
MSCPool技术为运营商对移动网络的运维带来了诸多优势，其主要应用如下。

(1)减少核心网络信令开销负荷
Pool的概念提供了公共MSC/SGSN服务区，原有MSC/SGSN间的位置更新全部优化为MSC内位置更新。

因此，MSCPool可大大降低局间的位置更新/切换次数，减少MSC和HLR的系统信令开销，降低核心网节点负荷，提升网元容量，减少网元占用。

(2)核心网设备负载均衡
传统网络中不同节点由于覆盖范围不同，话务峰值出现在不同时间不同地点，网络规划都按各自最大可能出现的话务来配置单个节点。

MSCPool的引入，使话务在所有节点中平均分配，避免网络资源不均衡利用。

(3)网络规划扩容灵活、简化工程实施
Pool的引入，实现了无线接入网络和核心网络的互不影响。

无线网络和核心网络的扩容相对独立，无需考虑与某个特定MSCServer的容量匹配。

同时，该技术的应用，使扩容不会对网络产生影响，也无需无线设备的割接过程。

因为扩容时，无须重新划分位置区，也不会涉及RAN的重新归属。

(4)实现网络级冗余备份保障
假如网络中某一节点故障或拥塞，RNC可相应选择“池”内其他可用节点实时接替，实现真正意义上的实时网络级冗余安全保障。

5问题分析
在以上应用中，当MSCPool用于网络备份时还存在一定的缺陷。

(1)第一次主叫不成功
当某MSCServer故障（或其链路不可达），由其分配TMSI的用户第一次主叫，RNC还是会根据NRI，送到故障MSCServer，因此第一次主叫不成功。

但是，
当用户主叫不成功，网络会要求UE进行一次IMS I的位置更新，当UE进行位置更新时，RNC会将其根据负荷均衡的原则路由到正常的MSCServer。

测试过程中发现较多未接通现象，经过分析，未接通均为CM服务申请时收到核心网下发的拒绝消息，原因均为IMSI Unknown in VLR，然后UE进行位置区更新，然后能正常起呼。

通过信令详细分析，发现UE所处的MSC经常变更（1、经常变更服务UE的MSC而无位置区更新；2、SRNC无法正常路由至UE更新的MSC 的VLR）。

(2)被叫不可达（无位置更新发生）
当某MSCServer故障，HLR根据其保存的位置信息向该MSCServer要用户的漫游号码MSRN。

但是该MSCServer故障，除非用户发起新的位置更新，将HLR 的位置信息更改，否则由该MSC分配TMSI的用户作为被叫均不可达。

而有4种情况会发生位置更新：用户发生跨MSCPool的位置更新，周期性位置更新中UE计时器到时而触发，用户开关机以及用户主叫。

以上4种只有“周期性位置更新中UE计时器到时触发”是非用户行为。

我们可以调整RNC中周期性位置更新周期时长，将其设为最小周期，RNC通过广播信道通知UE，使终端在较短时间内进行自动位置更新。

但是，在TS25331的规范中定义，如果终端发现该计时器值发生变化，UE先还是按原周期进行一次自动的位置触发;其后，UE再根据新计时器值进行位置更新。

因此，该方式还是不可用。

目前有一种私有协议能改善该现象。

首先，为Pool中每个MSCServer定义一个defaultMSC。

当HLR查询某故障MSC中动态数据时，发现信令不可达则改向预先定义的某备用MSC进行数据恢复，通过Global Paging功能激发被叫用户的位置更新（IMSI）。

但是，该方法也有一定的局限性，由于3G的规范中定义了MSC Server使用IMSI进行寻呼时，UE的Paging Response 必须使用IMSI，这与2G的网络不同。

因此，即使采用了该私有协议，用户以TMSI进行位置更新时，RNC不知道该发往池内的哪个MSC，因此池内MSC数众多时随机“命中”的概率就较小。

所以，该方案也仅仅是改善了，而不是解决了该问题。

但瑕不掩瑜，MSCPool技术在提高设备容量为运营商节约投资成本的同时，其便于扩容，负荷均衡，减少核心信令链路等也大大节约了运营成本。

尤其是随着运营商对服务可靠性、网络稳定性以及降低OPEX的日益关注，该技术必将在2G/3G网络中得到广泛的运用。