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摘要: 在NGN网络中,“双归属”是一种防止软交换设备宕机、软交换设备升级维护或者是出现突发灾害事故时能够提供紧急通信的容灾机制,通过处于不同地理位置的两套软交换系统之间的互为备份的方式,来保证当其中某一台软交换设备出现故障的时候,另一个软交换设备能够将其业务全部接管过来,从而确保网络在紧急时刻的通信安全。因此,介绍心跳检测技术、切换切回技术等双归属的实现基础,并在此基础上,结合上海本地网的实际情况,就上海贝尔阿尔卡特公司的双归属技术及其应用做重点介绍。
关键词: 双归属;心跳检测技术;切换切回技术
中图分类号:TN91文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0310050-02
1 概述
NGN(下一代网络)网络采用呼叫和承载控制相分离的技术,网络设备的处理能力有了很大的提高,可以处理更多的话务和承载更多的业务负荷,真正实现了”大容量、少局所”。软交换设备负责控制大量的设备和呼叫接续,处理能力和功能都非常强大,一个软交换所能支持的用户都是百万用户数量级或等效中继,这一方面给运营商简化了网络结构和层次,有效降低了设备成本和运维支出,但另一方面也带来了安全隐患:当软交换设备出现问题和故障时,将导致大范围的通信故障,给整个网络造成非常大的影响。
在NGN网络中,“双归属”是一种防止软交换设备宕机、软交换设备升级维护或者是出现突发灾害事故(例如机房火灾、连接机房的通信电缆中断、供电异常等)时能够提供紧急通信的容灾机制,通过处于不同地理位置的两套软交换系统之间的互为备份的方式,来保证当其中某一台软交换设备出现故障的时候,另一个软交换设备能够将其业务全部接管过来,从而确保网络在紧急时刻的通信安全。“双归属”机制是NGN领域独特的安全容灾技术,能够实现异地的容灾备份,而这种能力是传统PSTN网络所难以实现的,对于应付突发事件具有重要意义。第三章 ASB双归属在上海软交换网络中的应用。
2 基本概念
2.1 软交换SS的1+1异地冗余备份
软交换SS(软交换)的1+1异地冗余备份是两套软交换SS正常运行时,互为主备关系,各自控制自己的一个子网络,子网络中可包含中继网关、接入网关、终端设备等,完成自身控制域的呼叫和业务控制功能。两套软交换之间采用SIP-I协议的心跳机制来检测互为备份软交换的存活状态,并配置对方的路由信息。当其中一套软交换设备发生故障时,相应的互为备份的另一套软交换设备将负责接管它控制的中继网关、接入网关和终端设备,所有呼叫都会引导到互为备份的那个软交换设备,从而保持对整个网络的话务进行控制。
为了能够接管和控制两个子网络,每个SS都必须同时拥有2个子网络的点码(多信令点编码功能),并且能够完成全网的路由功能。
为了保证主备切换后,备用SS能够承接全部的业务,在系统配置时,就要考虑双归属倒换后软交换SS可能控制的最大用户数(包括中继等效用户数),从而为软交换局点配置足够的容量和资源。
2.2 MG的双归属
MG(媒体网关)的双归属是指在软交换的组网架构下,一个MG可以归属到两个SS的组网模式。正常情况下,每个MG只注册到主用SS上,当主用SS发生故障或者是当系统出现突发灾害事故时,该MG可注册到备用SS上,从而确保网络可以继续为用户提供通信服务。当主用SS恢复以后,MG将切换回原SS。在MG应上配置主用SS和备用SS的地址信息,并采用H.248/SIP等协议与主用SS进行心跳检测。当MG检测到主用归属软交换不可达时,自动向备用归属软交换进行注册。
2.3 心跳检测机制
心跳检测机制用于检测软交换设备之间的连接性。由于UDP传送的不可靠,网关、终端设备以及软交换之间应能够及时检测到软交换故障(也可能是网络中断),因此软交换网络中相关设备与软交换之间应该实现心跳机制。当检测到连接丢失后,网关、终端设备应向备份软交换设备重新注册。主备份软交换之间通过连接性检测来判断对端软交换的运行状态。其他软交换通过检查与主备份软交换之间的连接性,更新其内部路由表,决定呼叫路由策略。
2.3.1 软交换与其他软交换之间的心跳机制
1)软交换设备应能够按照一定的时间间隔把存活信息通知与其相邻的软交换;
2)软交换之间采用SIP OPTION方式作为心跳消息;
3)软交换故障恢复后,应主动向相邻软交换发送心跳消息。
2.3.2 软交换与媒体网关之间
1)与H.248网关之间的心跳信号,可以采用由软交换单独控制或软交换和网关分别独立控制方式。软交换采用针对ROOT终结点的空AuditValue
命令作为心跳消息。
2)与MGCP(媒体网关控制协议)网关之间的心跳信号,可以采用由软交换单独控制或软交换和网关分别独立控制方式。软交换用针对端点“mg”的空AuditEndpoint命令作为心跳消息。
3)与SG(信令网关)网关之间的心跳信号,采用SCTP(流控制传输协议)心跳方式。
4)当SS检测到MG连接中断后,将拆除现有或即将建立的与该MG的连接。
5)如果SS检测到连接恢复,SS应立即采取措施和MG同步,并释放MG中存在的所有关联及相关终结点。
2.4 双归属切换模式
1)双归属可以有两种切换模式:自动模式:双归属系统根据预先设置的参数,对主用SS进行检测,一旦发现主用SS异常或者从异常中恢复,就自动触发双归属的切换、倒回操作,无需人工干预。
手动模式:需要维护人员手工输入操作命令,触发双归属的切换、倒回操作。
2)双归属的两种工作模式可以按照切换、倒回的不同操作进行灵活的设置。在实际应用中,推荐采用自动切换、手工倒回的模式,这样可以将业务中断时间减小到最小,并且在确认网元设备正常工作后再进行倒回操作,以避免异常情况下的来回反复倒换。
3 ASB双归属在上海软交换网络中的应用
3.1 上海软交换网络的概况
2008年上海电信基本完成了对原PSTN(公众交互电话网)网络的软交换化改造,网络智能化目标网延续了现有PSTN网络6对TDM汇接局的拓扑结构,共配置了6对NGN SS/TG核心交换机,覆盖现在的6个汇接区,每个汇接区的一对SS/TG分别采用ASB和中兴2家厂商的设备组成“双平面”的结构,不同片区的同厂商设备采用双归属技术组成异地冗余和双归属:2字片和4字片配对,5字片和6字片配对,3字片和8字片配对。当一个汇接区的软交换发生故障后,其下的TG(中继网关)、AG(接入网关)等均能人工和自动切换至相邻汇接区同厂商软交换设备上,从而提供了最大的网络安全性。
3.2 心跳检测的参数设置
上海本地网是一个具有代表性的特大型本地网。截止至2004年12月,上海本地电话交换网装机总容量为921万门,实装电话用户数为779万户,电话用户平均实装率达到84.6%。交换系统数量约为242个,其中端局约为217个,汇接局25个(包括12个MS,2个PMS,3个SSP、4个关口局、4个TMS)。鉴于ASB的双归属技术已经在国际、国内有了较为广泛的实际应用,因此如何在上海这样一个特大型本地网上运用好双归属,关键在于如何确定心跳检测机制的各项要求和如何确定切换模式。
为了最大限度的保证上海网络的安全,同时参考集团公司颁布的相关标准及其他可供参考的设备运行和参数设置方案,上海电信确定了下述心跳检测机制的各种参数。
1)MGC-MGC
在ASB软交换A5020MGC(媒体网关控制器,即SS)和其它软交换之间建立的心跳机制(采用SIP OPTION方式)。
2)MGC-AS
在ASB软交换A5020MGC和应用平台AS(应用服务器)之间建立的心跳机制(SIP OPTION方式/H.248 ADUIT方式/SCTP心跳)。
3)MGC-MG
在ASB软交换A5020MGC和媒体网关之间建立的心跳机制(SIP OPTION方式/H.248 ADUIT方式/SCTP心跳)。
3.3 数据同步
因为两个MGC被设置成双归属,在一个MGC发生故障时另一个需要接管整个网络,因此两个MGC间的数据同步就变得非常重要。为实现双归属功能,主备MGC的配置数据应该是完全一致的,其中包括中继数据、用户数据、路由数据、业务数据,但中继的状态、用户的在线状态等信息可以不一致。从本质上讲,需要保持一致的数据可以归纳为静态数据和动态数据。
1)对于静态数据,可以在数据配置时进行同步。通过统一网管CMC(统一网络管理系统)同时向主备软交换下达相同的命令来保证配置数据的一致性。
2)对于动态数据,可以通过软交换内置的EAUS、EARS向集中的EAUS、EARS主数据库同步来完成。
在没有引入EAUS、EARS的情况下,可以通过CMC来完成MGC间的数据同步。如需要对用户数据进行增、删、改时,维护人员可以通过CMC向主备MGC下达相同的命令来实现主备MGC间的数据同步。
3.4 切换模式
3.4.1 切换
和其它本地网相比,上海本地网的容量特别大,因此一旦某个网元故障或承载网故障,就可能会发生在某个时间段有大量网元设备要求重新注册的情况。如在采用自动切换的前提下,一旦主用MGC故障,那么其下属大量AG用户将向备用MGC重新进行注册,而ASB的AG注册是以用户为单位的,因此当AG用户数量较多的时候整个切换时间会相当长,有可能超过故障MGC的恢复时间。另外考虑到IP承载网短时抖动也会导致心跳丢失,所以上海目标网ASB网元设备的切换没有采用推荐的自动模式,而是采用了“半自动”的切换模式。
1)在创建网关时,对网关的重要程度按重要、普通进行分类。比如把带有重要用户、大客户、政企客户的网关定义为重要网关,其余为普通网关。
2)当主用MGC发生故障时,其下属网关将继续向主用MGC发起3个周期的心跳检测进行确认。如果在3个周期内仍未收到主用MGC的回应,MG才会在发出告警的同时自动向备用MGC发起注册请求。而备用MGC只有在检测到与配对MGC间的心跳丢失,且超过1/3以上的重要网关向自己提出注册时才会自动接管故障MGC下属的网关。举例来说,一个MGC下有30个网关,其中10个是重要网关,那么只有当备用MGC检测到和主用MGC间的心跳丢失,且有4个以上的重要网关向自己注册时才会启动自动切换。当然维护人员也可以在收到告警后手动启动切换。
3)当单个网元设备(TG、AG)到主用MGC的链路故障时,这个网元设备将继续向主用MGC发起3个周期的心跳检测进行确认。如果在3个周期内均未收到主用MGC的回应,该网元设备才会在发出告警的同时自动向备用MGC发起注册请求并由维护人员决定是否接受它的注册。
3.4.2 倒回
根据双归属的原理和实现机制,倒回动作将全部由人工进行控制。第四章 结束语
4 结束语
NGN网络的可靠性包括很多的内容,如网络层面的可靠性、核心设备的可靠性、终端设备的可靠性、业务流程的可靠性等等,而双归属仅仅是其中的一个方案。而且作为一种新兴的容灾技术,无论在应急启动判断机制、操作流程还是计费处理等方面都还有待于设备厂商进一步的解决和优化,以便提出切实可行的方案。
不过我们相信,在软交换大规模应用的今天,双归属作为软交换网络容灾的先进手段,必将发挥更加重要的作用。
参考文献:
[1]中国电信软交换设备技术规范,中国电信集团公司,2004.
[2]中国电信中继网关设备技术规范,中国电信集团公司,2004.
[3]中国电信软交换设备技术规范——补充修订规范,中国电信集团公司,2007.
[4]上海电信软交换及固网智能化技术方案,中国电信上海公司,2007.
[5]TRS-Geographical Redundancy,ALCATEL Arto Vaaraniemi,2005.
[6]5020MGC双归属操作实施.
[7]NGN双归属白皮书,ALCATEL,2006.
关键词: 双归属;心跳检测技术;切换切回技术
中图分类号:TN91文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0310050-02
1 概述
NGN(下一代网络)网络采用呼叫和承载控制相分离的技术,网络设备的处理能力有了很大的提高,可以处理更多的话务和承载更多的业务负荷,真正实现了”大容量、少局所”。软交换设备负责控制大量的设备和呼叫接续,处理能力和功能都非常强大,一个软交换所能支持的用户都是百万用户数量级或等效中继,这一方面给运营商简化了网络结构和层次,有效降低了设备成本和运维支出,但另一方面也带来了安全隐患:当软交换设备出现问题和故障时,将导致大范围的通信故障,给整个网络造成非常大的影响。
在NGN网络中,“双归属”是一种防止软交换设备宕机、软交换设备升级维护或者是出现突发灾害事故(例如机房火灾、连接机房的通信电缆中断、供电异常等)时能够提供紧急通信的容灾机制,通过处于不同地理位置的两套软交换系统之间的互为备份的方式,来保证当其中某一台软交换设备出现故障的时候,另一个软交换设备能够将其业务全部接管过来,从而确保网络在紧急时刻的通信安全。“双归属”机制是NGN领域独特的安全容灾技术,能够实现异地的容灾备份,而这种能力是传统PSTN网络所难以实现的,对于应付突发事件具有重要意义。第三章 ASB双归属在上海软交换网络中的应用。
2 基本概念
2.1 软交换SS的1+1异地冗余备份
软交换SS(软交换)的1+1异地冗余备份是两套软交换SS正常运行时,互为主备关系,各自控制自己的一个子网络,子网络中可包含中继网关、接入网关、终端设备等,完成自身控制域的呼叫和业务控制功能。两套软交换之间采用SIP-I协议的心跳机制来检测互为备份软交换的存活状态,并配置对方的路由信息。当其中一套软交换设备发生故障时,相应的互为备份的另一套软交换设备将负责接管它控制的中继网关、接入网关和终端设备,所有呼叫都会引导到互为备份的那个软交换设备,从而保持对整个网络的话务进行控制。
为了能够接管和控制两个子网络,每个SS都必须同时拥有2个子网络的点码(多信令点编码功能),并且能够完成全网的路由功能。
为了保证主备切换后,备用SS能够承接全部的业务,在系统配置时,就要考虑双归属倒换后软交换SS可能控制的最大用户数(包括中继等效用户数),从而为软交换局点配置足够的容量和资源。
2.2 MG的双归属
MG(媒体网关)的双归属是指在软交换的组网架构下,一个MG可以归属到两个SS的组网模式。正常情况下,每个MG只注册到主用SS上,当主用SS发生故障或者是当系统出现突发灾害事故时,该MG可注册到备用SS上,从而确保网络可以继续为用户提供通信服务。当主用SS恢复以后,MG将切换回原SS。在MG应上配置主用SS和备用SS的地址信息,并采用H.248/SIP等协议与主用SS进行心跳检测。当MG检测到主用归属软交换不可达时,自动向备用归属软交换进行注册。
2.3 心跳检测机制
心跳检测机制用于检测软交换设备之间的连接性。由于UDP传送的不可靠,网关、终端设备以及软交换之间应能够及时检测到软交换故障(也可能是网络中断),因此软交换网络中相关设备与软交换之间应该实现心跳机制。当检测到连接丢失后,网关、终端设备应向备份软交换设备重新注册。主备份软交换之间通过连接性检测来判断对端软交换的运行状态。其他软交换通过检查与主备份软交换之间的连接性,更新其内部路由表,决定呼叫路由策略。
2.3.1 软交换与其他软交换之间的心跳机制
1)软交换设备应能够按照一定的时间间隔把存活信息通知与其相邻的软交换;
2)软交换之间采用SIP OPTION方式作为心跳消息;
3)软交换故障恢复后,应主动向相邻软交换发送心跳消息。
2.3.2 软交换与媒体网关之间
1)与H.248网关之间的心跳信号,可以采用由软交换单独控制或软交换和网关分别独立控制方式。软交换采用针对ROOT终结点的空AuditValue
命令作为心跳消息。
2)与MGCP(媒体网关控制协议)网关之间的心跳信号,可以采用由软交换单独控制或软交换和网关分别独立控制方式。软交换用针对端点“mg”的空AuditEndpoint命令作为心跳消息。
3)与SG(信令网关)网关之间的心跳信号,采用SCTP(流控制传输协议)心跳方式。
4)当SS检测到MG连接中断后,将拆除现有或即将建立的与该MG的连接。
5)如果SS检测到连接恢复,SS应立即采取措施和MG同步,并释放MG中存在的所有关联及相关终结点。
2.4 双归属切换模式
1)双归属可以有两种切换模式:自动模式:双归属系统根据预先设置的参数,对主用SS进行检测,一旦发现主用SS异常或者从异常中恢复,就自动触发双归属的切换、倒回操作,无需人工干预。
手动模式:需要维护人员手工输入操作命令,触发双归属的切换、倒回操作。
2)双归属的两种工作模式可以按照切换、倒回的不同操作进行灵活的设置。在实际应用中,推荐采用自动切换、手工倒回的模式,这样可以将业务中断时间减小到最小,并且在确认网元设备正常工作后再进行倒回操作,以避免异常情况下的来回反复倒换。
3 ASB双归属在上海软交换网络中的应用
3.1 上海软交换网络的概况
2008年上海电信基本完成了对原PSTN(公众交互电话网)网络的软交换化改造,网络智能化目标网延续了现有PSTN网络6对TDM汇接局的拓扑结构,共配置了6对NGN SS/TG核心交换机,覆盖现在的6个汇接区,每个汇接区的一对SS/TG分别采用ASB和中兴2家厂商的设备组成“双平面”的结构,不同片区的同厂商设备采用双归属技术组成异地冗余和双归属:2字片和4字片配对,5字片和6字片配对,3字片和8字片配对。当一个汇接区的软交换发生故障后,其下的TG(中继网关)、AG(接入网关)等均能人工和自动切换至相邻汇接区同厂商软交换设备上,从而提供了最大的网络安全性。
3.2 心跳检测的参数设置
上海本地网是一个具有代表性的特大型本地网。截止至2004年12月,上海本地电话交换网装机总容量为921万门,实装电话用户数为779万户,电话用户平均实装率达到84.6%。交换系统数量约为242个,其中端局约为217个,汇接局25个(包括12个MS,2个PMS,3个SSP、4个关口局、4个TMS)。鉴于ASB的双归属技术已经在国际、国内有了较为广泛的实际应用,因此如何在上海这样一个特大型本地网上运用好双归属,关键在于如何确定心跳检测机制的各项要求和如何确定切换模式。
为了最大限度的保证上海网络的安全,同时参考集团公司颁布的相关标准及其他可供参考的设备运行和参数设置方案,上海电信确定了下述心跳检测机制的各种参数。
1)MGC-MGC
在ASB软交换A5020MGC(媒体网关控制器,即SS)和其它软交换之间建立的心跳机制(采用SIP OPTION方式)。
2)MGC-AS
在ASB软交换A5020MGC和应用平台AS(应用服务器)之间建立的心跳机制(SIP OPTION方式/H.248 ADUIT方式/SCTP心跳)。
3)MGC-MG
在ASB软交换A5020MGC和媒体网关之间建立的心跳机制(SIP OPTION方式/H.248 ADUIT方式/SCTP心跳)。
3.3 数据同步
因为两个MGC被设置成双归属,在一个MGC发生故障时另一个需要接管整个网络,因此两个MGC间的数据同步就变得非常重要。为实现双归属功能,主备MGC的配置数据应该是完全一致的,其中包括中继数据、用户数据、路由数据、业务数据,但中继的状态、用户的在线状态等信息可以不一致。从本质上讲,需要保持一致的数据可以归纳为静态数据和动态数据。
1)对于静态数据,可以在数据配置时进行同步。通过统一网管CMC(统一网络管理系统)同时向主备软交换下达相同的命令来保证配置数据的一致性。
2)对于动态数据,可以通过软交换内置的EAUS、EARS向集中的EAUS、EARS主数据库同步来完成。
在没有引入EAUS、EARS的情况下,可以通过CMC来完成MGC间的数据同步。如需要对用户数据进行增、删、改时,维护人员可以通过CMC向主备MGC下达相同的命令来实现主备MGC间的数据同步。
3.4 切换模式
3.4.1 切换
和其它本地网相比,上海本地网的容量特别大,因此一旦某个网元故障或承载网故障,就可能会发生在某个时间段有大量网元设备要求重新注册的情况。如在采用自动切换的前提下,一旦主用MGC故障,那么其下属大量AG用户将向备用MGC重新进行注册,而ASB的AG注册是以用户为单位的,因此当AG用户数量较多的时候整个切换时间会相当长,有可能超过故障MGC的恢复时间。另外考虑到IP承载网短时抖动也会导致心跳丢失,所以上海目标网ASB网元设备的切换没有采用推荐的自动模式,而是采用了“半自动”的切换模式。
1)在创建网关时,对网关的重要程度按重要、普通进行分类。比如把带有重要用户、大客户、政企客户的网关定义为重要网关,其余为普通网关。
2)当主用MGC发生故障时,其下属网关将继续向主用MGC发起3个周期的心跳检测进行确认。如果在3个周期内仍未收到主用MGC的回应,MG才会在发出告警的同时自动向备用MGC发起注册请求。而备用MGC只有在检测到与配对MGC间的心跳丢失,且超过1/3以上的重要网关向自己提出注册时才会自动接管故障MGC下属的网关。举例来说,一个MGC下有30个网关,其中10个是重要网关,那么只有当备用MGC检测到和主用MGC间的心跳丢失,且有4个以上的重要网关向自己注册时才会启动自动切换。当然维护人员也可以在收到告警后手动启动切换。
3)当单个网元设备(TG、AG)到主用MGC的链路故障时,这个网元设备将继续向主用MGC发起3个周期的心跳检测进行确认。如果在3个周期内均未收到主用MGC的回应,该网元设备才会在发出告警的同时自动向备用MGC发起注册请求并由维护人员决定是否接受它的注册。
3.4.2 倒回
根据双归属的原理和实现机制,倒回动作将全部由人工进行控制。第四章 结束语
4 结束语
NGN网络的可靠性包括很多的内容,如网络层面的可靠性、核心设备的可靠性、终端设备的可靠性、业务流程的可靠性等等,而双归属仅仅是其中的一个方案。而且作为一种新兴的容灾技术,无论在应急启动判断机制、操作流程还是计费处理等方面都还有待于设备厂商进一步的解决和优化,以便提出切实可行的方案。
不过我们相信,在软交换大规模应用的今天,双归属作为软交换网络容灾的先进手段,必将发挥更加重要的作用。
参考文献:
[1]中国电信软交换设备技术规范,中国电信集团公司,2004.
[2]中国电信中继网关设备技术规范,中国电信集团公司,2004.
[3]中国电信软交换设备技术规范——补充修订规范,中国电信集团公司,2007.
[4]上海电信软交换及固网智能化技术方案,中国电信上海公司,2007.
[5]TRS-Geographical Redundancy,ALCATEL Arto Vaaraniemi,2005.
[6]5020MGC双归属操作实施.
[7]NGN双归属白皮书,ALCATEL,2006.