软交换网络双归属机制研究.doc

软交换网络双归属机制研究陈 健（中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）摘要 “双归属” 概念是伴随软交换网络的应用产生的，为软交换网络提供异地容灾备份的安全保护。本文从软交换网络双归属实现原理出发，分析和描述了双归属的关键要素和切换流程，并指出了现阶段双归属功能应用中存在的问题。关键词软交换；双归属；容灾备份；心跳1引言由于网络和业务的运行质量直接关系到客户的感受，因此网络安全对于电信运营商来说永远是一个重要的话题。PSTN演进到软交换网络后，巨型节点的出现使安全问题更加突出。从运行维护层面来看，网络安全主要包括网元本身的安全和网络安全两个方面。传统的电信网络在网元层面只能靠设备本身的安全机制来保证设备的稳定运行，网络层面的安全一般通过负荷分担和双路由来保证。从网络实际运行情况来看，重要网元故障时有发生，这些重要网元一旦不可达，业务损失不可避免。同时，灾害或者大话务量冲击造成区域内负荷分担或双路由节点全部瘫痪也是网络的重大威胁。对于以上问题，软交换网络双归属是很好的解决办法。2软交换双归属原理目前，软交换网络的双归属是指两个SS（软交换）设备之间互为容灾备份关系，为对方提供接入层以下的各种网关、SIP设备、IAD设备等的注册、呼叫路由、计费和全业务逻辑等服务。也就是说，这里所说的容灾备份功能主要是对软交换网络接入层而言的，应用层设备（如应用服务器、SHLR、IP外设等）的安全性仍通过负荷分担、1+1或N+1等方式来保证。软交换网络实现双归属的前提是两个容灾软交换系统间建立互为备份的容灾数据库。网关与SS之间通过H.248心跳检测来判断主用SS的工作状态，决定是否发起容灾双归属切换；容灾侧SS根据设置的容灾策略决定是否接受切换到容灾状态。简单地说就是：网关是容灾切换动作的发起方，SS是容灾双归属切换的控制方。决定双归属异地容灾能否成功的因素有：心跳检测机制，包括网关与SS之间的容灾心跳交互以及SS之间的心跳交互；网关和SS的容灾配置；双归属容灾策略的组合应用；容灾备份数据库策略；双归属切换的路由组织（切换前后的网络组网和路由组织策略的影响主要有：切换前网关的正常呼入、呼出路由走向；切换后出入网关的呼叫路由走向）。3心跳检测机制软交换网络容灾备份机制涉及的心跳机制有SIP容灾心跳、路由心跳和H.248心跳。SIP容灾心跳是指主用SS和容灾SS之间的心跳，路由心跳是指可路由直达的SS设备间的心跳。两者都采用SIP的OPTIONS消息，区别是SIP容灾心跳OPTIONS消息中From域的userinfo部分为redundancy。H.248心跳包括SS到MG的心跳（AuditValue）和MG到SS的心跳（Servicechange）。（1）SS到MG的心跳（AuditValue）每个心跳周期，SS向MG终结点发送一个AuditValue 消息。最大沉默时间设为8 个心跳周期（可设置），当SS连续8 个心跳周期没有从MG收到任何消息时，就判定MG发生故障。（2）MG到SS的心跳（Servicechange）主动检测软交换故障的过程：每30 s（定时器可调）发一次心跳，没有收到回复就在5 s内重发4次心跳，如果仍未收到回复，则在70 s的链路保护时间以后向备用SS注册。MG也可以采用较简单的单向被动心跳机制，即不主动向SS发送心跳消息，只记忆SS向自己发送的心跳，在8个心跳周期（可设置）后如果没有收到SS发来的AuditValue 消息，就认为主用SS发生故障，向配置的其他SS进行注册。4双归属容灾配置和策略4.1容灾配置要点软交换网络的容灾配置决定了各个容灾相关节点的容灾方式。容灾配置主要包括MG、SS和容灾数据库3个部分。（1）MG切换控制配置MG切换控制包括两方面内容，一是MG对可注册的SS地址的设置，二是自动和手动切换控制，一些MG设备（如中兴的TG设备）可以设置开关来控制心跳消失时是自动向备用SS切换还是人工命令控制切换。（2）SS切换控制配置SS切换控制配置内容包括：检测容灾心跳是否正常，决定接受或者不接受容灾双归属MG的注册请求；对请求容灾双归属注册的MG 的数量进行检测，决定是否接受注册请求；对请求容灾双归属注册的MG 的重要性进行检测，决定是否接受注册请求。（3）容灾备份数据库配置策略容灾备份数据库设置在容灾SS内，数据库应该包括：需要双归属接入设备的地址和注册信息；需要双归属切换的所有接入用户的业务代码和属性。容灾备份数据库配置包括以下内容：容灾数据库备份的完整性和实时性，容灾计费话单的处理和传送；容灾数据库双向同步和校验（正常情况下和容灾切换后的数据备份功能）；容灾数据库激活策略（按照MG节点激活，或者等定义的若干比例的MG注册完成后激活，或者等所有MG都注册完成后激活）。4.2容灾策略将采用不同容灾配置的MG、SS和容灾数据库组合起来，就形成了NGN双归属容灾策略。按照不同的分类标准，可以分为自动容灾和手动容灾、整体容灾和部分容灾、全业务容灾和部分业务容灾、按照用户类别进行容灾等。5双归属切换流程双归属切换流程如图1所示。SS故障导致SS到MG的心跳中断，MG检测到H.248心跳中断后，根据配置的容灾SS地址向容灾SS注册，容灾SS根据双归属控制的设置接受双归属切换网关注册，接着进行MG中继线和用户线初始化，完成后MG向SS上报，容灾SS激活容灾备份数据库，全面接管双归属MG业务。6双归属应用现状分析6.1适用场合根据现网实际情况，双归属功能可以应用在以下场合： SS需要进行硬件或者大规模的软件版本升级，为了不中断业务，可以先把主用SS设备下挂的接入设备双归属到容灾侧SS设备后再进行版本升级； 各种情况造成的SS瘫痪，可以启用异地容灾双归属切换，保障用户业务； SS发生软硬件故障，导致大部分（30%以上）MG设备不能在主用SS正常注册； 主用SS设备故障造成部分路由心跳中断，主用路由不可用，其他SS呼叫不能呼入和落地。6.2设备支持能力表1列出了中兴通讯、上海贝尔阿尔卡特和华为等厂商设备的支持情况。6.3组网方式固网智能化改造后，所有呼叫（包括本局呼叫）都要上SHLR查询，软交换节点一旦瘫痪，影响将非常大。双归属异地容灾备份可以避免或者减少安全事件的影响。图2为某省的软交换网络架构。省内的12个本地网划分为A和B两个大区，在省会中心集中设置（在不同局址）SS、SHLR、SCP、增值业务平台等，其中两对SS分别对两个大区的TG进行归属控制，每个本地网放置12个TG负责端局的接入及关口和长途局的互通，分别主归属于一个软交换，另一个软交换设置为容灾软交换，即：A大区中本地网的TG1A主归属于SS1A ，SS1B为容灾备份；B大区中本地网的TG2A主归属于SS2A ，SS2B为容灾备份。图3为另一种软交换网络双归属组网方式。这种组网方式是在省会大区中心外另设一个大区中心B。此外，还有在每个本地网都设置SS和TG的组网方式，这里不再赘述。以上两种组网方式，省内传输部分都未形成环保护，当传输中断导致TG脱网（特别是设置1个TG的本地网）时，启用双归属功能可以快速恢复业务。6.4应用中存在的问题需要指出的是，双归属功能适用的场合是SS故障或者网关不能正常注册等网元软硬件引起的故障。对于承载网发生闪断、振荡、传输质量下降等，由于会给双归属切换带来极大的不确定性，双归属的质量和有效性将不能保证，因此这些情况不在讨论的范围内。从现阶段的应用情况来看，主要存在以下问题。 SS处理心跳的模块分散，以致容易发生这样的情况：容灾条件满足但是路由心跳正常，从而影响双归属切换后的入局呼叫（其他SS不会把入呼叫指向容灾交换机）；容灾条件不满足但是路由心跳已经中断，造成双归属功能不能正常启动。对于这两种情况，现有的设备无法识别，只能通过监控和应急预案方式来保障。 切换过程中发生异常（如切换发生后主用SS恢复上线或者切回过程中主用SS再次瘫痪等）会产生网关分散注册问题，由于设备无法识别，因此会出现路由混乱情况，此时需要人工干预。 无法解决部分切换后的路由走向处理，目前软交换设备均不支持网关部分切换功能。 数据库的设置和激活机制由选用的机型决定，一般不能改变设