VoLTE網(wǎng)絡(luò)MME容災(zāi)恢復(fù)方案解析

VoLTE網(wǎng)絡(luò)MME容災(zāi)恢復(fù)方案解析

摘要：VoLTE網(wǎng)絡(luò)中EPC核心網(wǎng)域信令節(jié)點(diǎn)MME設(shè)備故障時(shí)存在VoLTE業(yè)務(wù)無法自動(dòng)恢復(fù)的問題，本文分析MME故障對(duì)網(wǎng)元和對(duì)業(yè)務(wù)的影響，從網(wǎng)絡(luò)部署角度研究與分析MME故障的容災(zāi)恢復(fù)方案，從而保障MME故障時(shí)VoLTE業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)快速恢復(fù)。關(guān)鍵詞：MME，SGW，POOL，NTSR，容災(zāi)恢復(fù)一、引言第四代移動(dòng)通信技術(shù)提供了高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)還提供了高質(zhì)量的音頻視頻通話業(yè)務(wù)，后者是基于支持IMS語音業(yè)務(wù)的VoLTE網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。目前中國(guó)各大運(yùn)營(yíng)商的VoLTE業(yè)務(wù)進(jìn)入了商用階段，4G語音業(yè)務(wù)形成了雙待、CSFB、VoLTE并行發(fā)展的格局，目標(biāo)是最終向VoLTE遷移，因此VoLTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量越發(fā)重要，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)恢復(fù)能力將直接影響用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。4G的VoLTE網(wǎng)絡(luò)包括EPC、PCC和IMS三個(gè)核心網(wǎng)域，其中EPC核心網(wǎng)域的MME設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載的關(guān)鍵信令節(jié)點(diǎn)，從最初的承載傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信令業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d數(shù)據(jù)加語音信令業(yè)務(wù)，MME設(shè)備故障會(huì)導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)的影響，其中用戶對(duì)于VoLTE業(yè)務(wù)影響感知會(huì)比數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)明顯，因此VoLTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)于MME設(shè)備的可用性、可靠性、安全性有了更進(jìn)一步的要求，如何實(shí)現(xiàn)與部署MME設(shè)備的容災(zāi)恢復(fù)功能以保障用戶的VoLTE業(yè)務(wù)體驗(yàn)至關(guān)重要。本文主要解析MME在Pool的組網(wǎng)場(chǎng)景下的VoLTE主被叫容災(zāi)恢復(fù)方案，在MME故障時(shí)Pool內(nèi)其它的MME如何快速接替業(yè)務(wù)，確保VoLTE主被叫業(yè)務(wù)快速恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)VoLTE網(wǎng)絡(luò)MME容災(zāi)恢復(fù)功能。二、MME故障影響現(xiàn)狀2.1MME故障網(wǎng)元影響MME作為信令節(jié)點(diǎn)，在VoLTE網(wǎng)絡(luò)中主要涉及MME與ENB之間的S1接口、MME與SGW之間的S11接口的相關(guān)功能，這兩個(gè)接口出現(xiàn)故障甚至是MME出現(xiàn)整機(jī)宕機(jī)或者重啟故障時(shí)，涉及的相關(guān)網(wǎng)元都會(huì)啟動(dòng)故障檢測(cè)與處理機(jī)制，為后續(xù)的業(yè)務(wù)恢復(fù)起到先決條件。MME故障對(duì)相關(guān)網(wǎng)元的影響主要如下：(1)ENB：當(dāng)MMEPOOL內(nèi)某一臺(tái)MME出現(xiàn)故障時(shí)，ENB通過SCTP協(xié)議的HeartbeatRequest/HeartbeatAcknowledgement消息判斷S1接口故障，ENB觸發(fā)到故障MME的告警，然后逐個(gè)釋放故障MME涉及用戶的S1連接及RRC資源，用戶轉(zhuǎn)為空閑態(tài)。(2)SGW：當(dāng)MMEPOOL內(nèi)某一臺(tái)MME出現(xiàn)故障時(shí)，SGW通過GTPV2協(xié)議的EchoRequest/EchoResponse消息或者通過GTPV2協(xié)議的Recovery字段來判斷S11接口故障或者M(jìn)ME故障重啟，SGW觸發(fā)到故障MME的告警，然后逐個(gè)刪除故障MME涉及用戶的承載。2.2MME故障業(yè)務(wù)影響MME作為信令節(jié)點(diǎn)，在沒有MME容災(zāi)恢復(fù)功能部署情況下，當(dāng)MMEPOOL內(nèi)的任意一臺(tái)MME故障時(shí)，MMEPOOL內(nèi)的其余MME無法主動(dòng)接管該MME的VoLTE主被叫業(yè)務(wù)，從而導(dǎo)致大面積長(zhǎng)時(shí)間的VoLTE業(yè)務(wù)阻斷，極大的影響了用戶的業(yè)務(wù)感知。MME故障對(duì)VoLTE業(yè)務(wù)的影響主要如下：(1)對(duì)于VoLTE主叫業(yè)務(wù)，當(dāng)ENB檢測(cè)到MME故障后，用戶轉(zhuǎn)為空閑態(tài)，ENB會(huì)將用戶發(fā)起的VoLTE主叫業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求發(fā)送至MMEPOOL內(nèi)任一可接管業(yè)務(wù)的MME，由于MMEPOOL內(nèi)的MME之間不備份用戶的數(shù)據(jù)，接管MME沒有用戶的數(shù)據(jù)會(huì)拒絕用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求并指示用戶進(jìn)行重新附著，本次的VoLTE主叫業(yè)務(wù)流程失敗，但觸發(fā)用戶重新發(fā)起附著與PDN建立，用戶附著到接管MME并重新建立IMS承載則后續(xù)VoLTE主叫業(yè)務(wù)流程成功。因此MME故障對(duì)VoLTE主叫業(yè)務(wù)影響是第一次VoLTE主叫業(yè)務(wù)失敗。(2)對(duì)于VoLTE被叫業(yè)務(wù)，當(dāng)SGW檢測(cè)到MME故障后，SGW會(huì)逐個(gè)刪除到該MME的所有承載，如果在刪除期間用戶出現(xiàn)被叫，SGW收到PGW下發(fā)的VoLTE被叫SIP信令消息，由于檢測(cè)到MME故障，SGW無法將DDN(DownlinkDataNotification)消息發(fā)給故障的MME進(jìn)行處理，如果在刪除之后用戶出現(xiàn)被叫，用戶承載已經(jīng)全部刪除即用戶未再注冊(cè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)，兩種情況下VoLTE被叫業(yè)務(wù)流程均失敗。因此MME故障對(duì)VoLTE被叫業(yè)務(wù)影響是被叫用戶一直無法感知到VoLTE被叫業(yè)務(wù)。(3)如果用戶在VoLTE主被叫前主動(dòng)發(fā)起其余信令流程，例如TAU、短信發(fā)送、數(shù)據(jù)請(qǐng)求等，將觸發(fā)用戶重新發(fā)起附著與PDN建立請(qǐng)求，附著到接管MME并重新建立IMS承載，隨后發(fā)起的VoLTE主被叫業(yè)務(wù)將直接成功，在這種情況下，用戶將不會(huì)存在第一次VoLTE主叫業(yè)務(wù)失敗或者VoLTE被叫無感知的業(yè)務(wù)影響。三、MME容災(zāi)恢復(fù)方案3.1MME容災(zāi)恢復(fù)原理ENB和SGW通過故障檢測(cè)機(jī)制判斷MME出現(xiàn)故障后，需要通過有效的網(wǎng)絡(luò)功能部署來快速解決MME故障對(duì)VoLTE業(yè)務(wù)的影響，保障VoLTE業(yè)務(wù)恢復(fù)使用。在MMEPOOL組網(wǎng)下，VoLTE主叫業(yè)務(wù)可以由用戶主動(dòng)業(yè)務(wù)行為觸發(fā)重新附著從而實(shí)現(xiàn)VoLTE主叫業(yè)務(wù)恢復(fù)，VoLTE被叫業(yè)務(wù)在用戶無主動(dòng)業(yè)務(wù)行為前無法觸發(fā)恢復(fù)，因此MME容災(zāi)恢復(fù)功能主要是需要解決VoLTE被叫恢復(fù)問題。目前主流廠商主要采用NTSR網(wǎng)絡(luò)側(cè)觸發(fā)的服務(wù)修復(fù)功能(NTSR：Networktriggeredservicerestoration)的MME容災(zāi)數(shù)據(jù)備份解決方案，該方案需要ENB/MME的MMEPOOL功能和MME/SGW的NTSR功能進(jìn)行配合，可以有效解決VoLTE被叫業(yè)務(wù)在MME故障情況下受影響的問題，主要體現(xiàn)在如下方面：(1)MME：為了解決VoLTE業(yè)務(wù)中MMEPOOL內(nèi)的接管MME沒有用戶數(shù)據(jù)影響VoLTE被叫業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)恢復(fù)問題，要求MMEPOOL內(nèi)MME需要具備NTSR功能，通過增加備份服務(wù)器，將MME的用戶IMSI和TAList數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)備份，SGW在檢測(cè)到MME故障時(shí)將業(yè)務(wù)請(qǐng)求發(fā)送至接管MME，接管MME通過備份服務(wù)器獲取IMSI和TAList備份數(shù)據(jù)來尋呼用戶，觸發(fā)用戶重新附著，從而實(shí)現(xiàn)用戶VoLTE被叫業(yè)務(wù)的恢復(fù)。(2)SGW：為了解決VoLTE業(yè)務(wù)中SGW無法長(zhǎng)時(shí)間保留VoLTE用戶承載以及無法下發(fā)DDN消息影響VoLTE被叫業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)恢復(fù)問題，要求MMEPOOL對(duì)接的SGW需要具備NTSR功能，SGW在檢測(cè)到MME故障的一定周期內(nèi)能保留指定的VoLTE業(yè)務(wù)相關(guān)的承載類型(即QCI=5的IMS信令承載，該周期一般定義為周期性TAU間隔時(shí)長(zhǎng))，并將保留的承載的DDN消息從配置的MMEPOOL中以輪選的方式選擇一個(gè)可用的MME進(jìn)行發(fā)送，通知接管MME觸發(fā)尋呼流程，從而實(shí)現(xiàn)用戶VoLTE被叫業(yè)務(wù)的恢復(fù)。3.2MME容災(zāi)恢復(fù)配置MME容災(zāi)恢復(fù)功能需要MMEPOOL功能和NTSR網(wǎng)絡(luò)側(cè)觸發(fā)的服務(wù)修復(fù)功能聯(lián)合使用，對(duì)涉及的ENB、MME、SGW網(wǎng)元的配置要求如表1所示：表1MME容災(zāi)恢復(fù)網(wǎng)元配置需求網(wǎng)元軟件功能硬件功能組網(wǎng)改造ENB默認(rèn)的MMEPool功能。無默認(rèn)已啟用S1接口的MMEPool組網(wǎng)。MME默認(rèn)的MMEPool功能，需要功能數(shù)。器提供MME容災(zāi)數(shù)據(jù)備份功能用TAList數(shù)據(jù)。默認(rèn)已啟用S1接口的MMEPool組網(wǎng)，配置MME和備份服務(wù)器之間的接口。SGW需要功能數(shù)，并配置MMEPool信息保留承載類時(shí)間。無無四、MME容災(zāi)恢復(fù)流程4.1VoLTE主叫恢復(fù)流程MME容災(zāi)恢復(fù)方案對(duì)于VoLTE主叫恢復(fù)是通過MMEPOOL功能的部署實(shí)現(xiàn)的，該功能屬于MMEPOOL原有支持功能。MME的VoLTE主叫容災(zāi)恢復(fù)用于恢復(fù)MME節(jié)點(diǎn)故障時(shí)的用戶VoLTE主叫業(yè)務(wù)，當(dāng)ENB檢測(cè)到MME故障時(shí)觸發(fā)主叫恢復(fù)流程，選擇接管MME，接管MME拒絕用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求并指示用戶進(jìn)行重新附著，從而實(shí)現(xiàn)VoLTE主叫業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)快速恢復(fù)。流程如圖1所示，具體流程如下：圖1MMEVoLTE主叫恢復(fù)流程1)當(dāng)前用戶使用的MME1故障，ENB通過基于SCTP的SCTPHeartbeatRequest/HeartbeatAcknowledgement消息故障檢測(cè)機(jī)制判斷出MME1故障；2)如果用戶處于連接態(tài)，ENB釋放連接態(tài)用戶的S1連接和RRC連接；3)用戶從空閑態(tài)發(fā)起VoLTE主叫業(yè)務(wù)，觸發(fā)業(yè)務(wù)請(qǐng)求發(fā)起，該流程也可以是其他主動(dòng)業(yè)務(wù)請(qǐng)求觸發(fā)；ENB根據(jù)MME權(quán)重配置將業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息送到POOL內(nèi)的其余一臺(tái)正常工作的接管MME2；4)由于MME2沒有用戶數(shù)據(jù)，拒絕用戶的請(qǐng)求，本次的VoLTE主叫業(yè)務(wù)失敗，即用戶的首次VoLTE主叫會(huì)失??；MME2在拒絕用戶請(qǐng)求的時(shí)候會(huì)下發(fā)失敗原因“UEidentitycannotbederivedbythenetwork”指示用戶隨后自動(dòng)發(fā)起附著流程；5)用戶重新發(fā)起附著流程注冊(cè)到POOL內(nèi)的MME2，并重新建立IMS的PDN連接；6)用戶重新注冊(cè)到IMS網(wǎng)絡(luò)，再次發(fā)起的VoLTE主叫業(yè)務(wù)可正常使用。4.2VoLTE被叫恢復(fù)流程MME故障容災(zāi)恢復(fù)方案對(duì)于VoLTE被叫恢復(fù)是通過MMEPOOL功能與NTSR網(wǎng)絡(luò)側(cè)觸發(fā)的服務(wù)修復(fù)功能的聯(lián)合部署實(shí)現(xiàn)的，該功能屬于新增支持功能。MME的VoLTE被叫容災(zāi)恢復(fù)用于恢復(fù)MME節(jié)點(diǎn)故障時(shí)的用戶VoLTE被叫業(yè)務(wù)，MME備份IMSI、TAList數(shù)據(jù)，當(dāng)SGW檢測(cè)到MME故障時(shí)觸發(fā)被叫恢復(fù)流程，選擇接管MME，接管MME從備份服務(wù)器獲取備份數(shù)據(jù)，使用IMSI尋呼用戶觸發(fā)用戶進(jìn)行重新附著，實(shí)現(xiàn)VoLTE被叫業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)快速恢復(fù)。流程如圖2所示，具體流程如下：圖2MMEVoLTE被叫恢復(fù)流程1)當(dāng)前用戶使用的MME1故障，SGW通過基于GTPV2協(xié)議的EchoRequest/EchoResponse消息或者通過GTPV2消息的Recovery字段的故障檢測(cè)機(jī)制判斷出MME1故障，SGW配置有NSTR功能，能在一定周期內(nèi)保留MME1對(duì)應(yīng)的IMS承載(QCI=5)；2)當(dāng)故障MME1上對(duì)應(yīng)的用戶有被叫業(yè)務(wù)時(shí)，該用戶的SIP信令消息到達(dá)SGW，SGW從數(shù)據(jù)庫中查找該用戶，查詢到用戶的IMS承載(QCI=5)處于被保留狀態(tài)；3)SGW以輪選方式從MMEPOOL列表中選擇正?？捎玫娜我庖慌_(tái)MME2，發(fā)送下行數(shù)據(jù)通知(DownlinkDataNotification)消息給MME2；4)MME2檢查沒有該用戶的數(shù)據(jù)，則MME2去備份服務(wù)器上通過IMSI獲取用戶的備份數(shù)據(jù)，包含IMSI和TAList：5)MME2使用IMSI及TAList，發(fā)起IMSI尋呼流程，該流程指示用戶隨后自動(dòng)發(fā)起附著流程；6)用戶收到IMSI尋呼消息，隨后自動(dòng)重新發(fā)起附著流程注冊(cè)到MME2，并重新建立IMS的PDN連接；7)用戶重新注冊(cè)到IMS網(wǎng)絡(luò)，再次發(fā)起的VoLTE被叫業(yè)務(wù)可正常使用。五、結(jié)束語MME容災(zāi)恢復(fù)方案通過MMEPOOL功能和NTSR網(wǎng)絡(luò)側(cè)觸發(fā)的服務(wù)修復(fù)功能的聯(lián)合使用，能有效解決MME在VoLTE網(wǎng)絡(luò)部署中不具備VoLTE主被叫業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)恢復(fù)的問題。通過MME容災(zāi)恢復(fù)方案的部署，使用原有的MMEPOOL功能實(shí)現(xiàn)了VoLTE主叫業(yè)務(wù)時(shí)的重注冊(cè)觸發(fā)，恢復(fù)VoLTE主叫業(yè)務(wù)；使用新增的MME備份功能實(shí)現(xiàn)了MME的用戶數(shù)據(jù)備份與提取，并結(jié)合MME/SGW的NTSR功能實(shí)現(xiàn)了用戶的VoLTE被叫業(yè)務(wù)時(shí)的尋呼通知、重注冊(cè)觸發(fā)，恢復(fù)VoLTE被叫業(yè)務(wù)。在現(xiàn)網(wǎng)部署使用中，MME容災(zāi)恢復(fù)方案有效降低了MME故障的業(yè)務(wù)影響，保障了MME故障時(shí)VoLTE主被叫業(yè)務(wù)的快速恢復(fù)，極大提升了用戶VoLTE業(yè)務(wù)感知。參考文獻(xiàn)：[1]3GPPTS23.007,Restorationprocedures[S].2017[2]3GPPTS23.401,GeneralPacketRadioService(GPRS)enhancementsforEvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork(E-UTRAN)access[S].2017[3]3