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诺基亚VoLTE核心网组网和容灾功能
【摘 要】 VoLTE 即Voice over LTE,它是新一代的音视频通信技术,基于全IP 数据传输,业务只承载于4G 网络上,实现了数据与语音业务在同一网络下的统一.由于VoLTE 网络下的呼叫时延更短、编码速率更高,能为用户带来更高质量、更加自然的音视频通话体验.本文基于中国移动首套诺基亚VoLTE 核心网的成功运营经验,重点介绍了诺基亚VoLTE 核心网的组网结构,并深入分析其网络容灾功能以及实际容灾效果和存在的不足.
【关键词】 VoLTE 核心网 诺基亚 容灾
一、引言
当前,全球已有数十个运营商实现了VoLTE 业务商用,中国移动也于2015 年底在全国实现VoLTE 商用.VoLTE 较之2/3G 移动网络的核心网有了更本性的变革,它实现了全IP 网络架构,呼叫时延更短、编码速率更高,用户的体验更好.目前国内VoLTE 核心网主要有华为、中兴、爱立信、贝尔等几个厂商,2017 年4 月,诺基亚VoLTE 核心网在国内首次实现商用部署.本文将依据诺基亚VoLTTE 核心网的实际运营经验,重点讲述诺基亚VoLTE 核心网的网络组网,以及重要网络单元的容灾功能分析和实施效果说明.
二、诺基亚VoLTE 核心网组网介绍
诺基亚VoLTE 核心网由SCSCF、TAS（T-ADS/SCC-AS/MRFC）、MRFP、TAS soapgw、TAS CG 等功能实体组成.完整的VoLTE 核心网包含接入IP 承载网、计费、营帐及网管这四个网络,具体的组网结构如图1 所示.
SCSCF1/2： VoLTE 核心网呼叫会话控制功能,在网络中以POOL 方式组网.
VoLTE TAS：包含TAS、T-ADS、SCCAS、SCP、MRFC等逻辑实体,在网络中以负荷分担方式组网.TAS 主要用来为VOLTE 用户提供补充、管理和控制等业务,功能类似2、3G 网络的MSS；T-ADS 用来作被叫域选；SCCAS 用来完成eSRVCC 切换；SCP 用来实现被叫锚定；MRFC 作为媒体放音控制器,控制MRFP.
MRFP：负责媒体放音.
TAS CG：计费服务器,与计费中心对接,将TAS 产生的话单进行格式转换后上传到计费中心.
TAS soapgw：开通网关,与营帐系统对接,接收营帐指令,并转换成TAS 能够识别的指令.
注：由于诺基亚SCSCF 的每块板卡均需要单独的网管地址,所以为便于管控及安全需要,增加网管防火墙进行物理隔离.同时,计费网络要求接入方式走静态路由,为了保证在计费网络异常的情况下不影响营帐网络,增加营帐防火墙和计费防火墙.这样就将这三类网络在物理上进行隔离,保障网络的安全性.
三、诺基亚VoLTE 核心网容灾分析
3.1 TAS 容灾功能分析
TAS 的容灾功能由SCSCF 实现.TAS 故障后,SCSCF 在66s 后（Supervision Timer+Give-up Timer） 将把故障TAS 加入黑名单中,之后将消息送至新的TAS,保证业务不受影响.
具体工作过程如下图2.
1. 每个SCSCF 节点都有一个节点监控的进程（NodeMonitor Process）,用于检测相邻节点是否可用；
2.Node Monitor Process 针对每个需要监控的节点启动Supervision Timer,如果在该timer 内,SCSCF 节点的消息处理进程（SIP-TH）收到被监控节点的消息,消息处理进程会通知Node Monitor Process,NodeMonitor Process 会更新时间戳,重新启动SupervisionTimer；
3. 如果Supervision Timer 到期（意味着在该timer内没有收到任何来自被监控节点的消息）,NodeMonitor Process 会启动Give-up Timer, 在Give-upTimer 内发送多次OPTIONS 给被监控节点（发送次数由Timer F 控制）；
4. 如果在Give-up Timer 期间,Node MonitorProcess 没有收到任何OPTIONS 的响应,该被监控节点就被认为处于不可用状态,会被加入黑名单；
5. 如果被监控节点在Give-up Timer 期间响应了OPTIONS, 则被监控节点仍旧认为激活状态,Node Monitor Process 会对该节点重新启动SupervisionTimer；
6. 在后续的消息处理中,如果下一跳已经在黑名单中,SCSCF 将直接选择其它可用的节点,不再给黑名单中的节点发送消息；
7. 对于加入黑名单的节点,Node Monitor Process还会启动Supervision Auto Refresh Timer,用于检测黑名单中的节点是否恢复,当Supervision Auto RefreshTimer 到期后, 向该黑名单节点发送OPTIONS, 如果能收到回复,Node Monitor Process 将把该节点从黑名单中移出；如果没有回复,继续启动下一轮Supervision Auto Refresh Timer；
8. 如果Supervision Auto Refresh Timer 未到期,并且收到了来自黑名单节点的消息,则Node MonitorProcess 将直接把该节点从黑名单中移出.
3.2 SCCAS 容灾功能分析
SCCAS 故障后,该SCCAS 同样会被列入黑名单中,SCSCF 会把后续的消息送至新的SCCAS,同时新SCCAS 能够从HSS 处获得用户数据,保证eSRVCC 业务正常.
具体如下：
1. 在用户注册阶段,SCC AS 发送至HSS 的PUR 消息中,包含“g.3gpp.atcf-mgmt-uri”和“g.3gpp.atcf-path”,用于保存eSRVCC 切换的相关信息,包括了PSBC 的STN-SR.这些信息是保存在用户透明数据serviceindicator：TAS-REGDATA中.
2. 当某台SCCAS 故障,其上的用户进行通话时,呼叫会根据SCSCF 的容灾功能送往另一台SCCAS,新的SCCAS 收到INVITE 请求会发现用户并未存在于数据库中,则从HSS 中获得用户相关的注册信息和eSRVCC 的相关信息,包括用户所在PSBC 的STN-SR.
四、诺基亚VoLTE 核心网容灾实施效果
1、TAS 故障后,SCSCF 将在Supervision Timer+Give-upTimer 的时间后将该TAS 加入黑名单中,之后新用户注册及通话均不受影响.
2、TAS 故障后,正在通话的一方用户如正常释放,另一方用户将在15s 后被拆线.但由于TAS 到CG 链路断链,话单未能正常关闭, 需在15 分钟后才能关闭话单.为避免该情况产生,需人为重启信令单元强行释放话单,现网测试存在部分话单丢失的问题.
3、SCCAS 故障（诺基亚无法将SCCAS 和TAS 故障分开,故障时是SCCAS 和TAS 同时故障）时,未能按照规范要求发生eSRVCC,而是产生SRVCC.经分析发现SCCAS 偶而出现发送给HSS 的PUR 消息中带的TAS-REG-DATA 消息格式有错,所以HSS 拒绝了相关请求,最终无法正确地将eSRVCC 相关信息,包括PSBC 的STN-SR 更新到HSS 上,导致了问题的发生.诺基亚将在新的补丁包中修复该问题.
五、小结
本文介绍了中国移动首套诺基亚VoLTE 核心网的组网结构,包括IP 承载网、计费网、营帐网及网管网,同时重点分析了诺基亚TAS（包括SCCAS）故障情况下的容灾功能实现原理,以及实际测试中的容灾效果和存在的问题.
诺基亚论文范文结:
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