分布式HLR的FE Poo l技术浅析

肖 益，张 慧，胡 祎（中讯邮电咨询设计院有限公司，河南郑州450007）

0 引言

分布式HLR 基于3GPP UDC 的概念，采用了数据存储和业务分层的设备架构，将传统HLR中用户数据库模块和信令接入及处理模块分离为后端（BE）和前端（FE）。由于其具备设备容量大、数据融合存储、业务扩展性强的特点，契合了全业务对于用户数据管理的要求，已在现网中得到了广泛应用。

分布式HLR部署时FE可以采用N+1的方式或者FE Pool 的方式组网。现网多沿用传统集中式HLR 部署，采用N+1 的方式组网；而FE Pool 作为一种分布式HLR所特有的组网方式，工程实践和论述均较少。本文将对其实现及优劣进行探讨。

1 FE Pool基本原理

1.1 分布式H LR 基本架构

分布式HLR采用分层设计的理念，将传统HLR分为FE和BE。具体设备架构如图1所示。

a）FE：前端功能实体，实现信令接入和业务处理功能。信令接入功能主要负责MAP、Diameter、鉴权等信令消息的高层协议业务逻辑处理，以及直联、准直联TDM七号信令链路接口等；业务处理功能主要负责用户数据操作、配置等。FE采用标准接口与各业务网元互联。它不永久存储用户数据，在业务进程处理完成后将删除临时获得的用户数据。其类型可以根据业务需求灵活扩展。

图1 分布式HLR架构

b）BE：后端功能实体，主要实现用户数据的存储、访问、管理、接入控制、同步等功能。作为网络中统一的用户数据源，将同一用户分布在不同网元上的数据融合起来，为多个网元提供用户数据的统一管理和访问。BE 支持多种用户类型,并具有灵活扩展能力，方便在线扩展网络其他用户数据。

1.2 FE N+1组网方式

FE作为前端处理单元，受理来自MSC（S）、SGSN、SCP等的MAP业务请求，以及MME、CSCF等的Diame⁃ter请求信令。

FE 可以采用与传统集中式HLR 相似的N+1 组网方式，即N台主用FE，每台均处理单独的用户段数据；另外，配置1 套备用FE 对主用FE 进行保护。每一个FE具备独立的GT和信令点，容灾FE处理能力设置应不小于最大主用FE的处理能力。

STP/DRA 或其他信令网元同时连接主备FE，在GT翻译时指定号段的主备用信令点分别为主备FE的信令点，正常工作时，根据优先级只将业务信令发至主用FE。当主用FE 出现故障（包括整个设备或者设备链路）时，进行自动或人工切换，备用FE将接管主用FE的功能，信令消息自动切换到备用FE，业务处理不会损失。

FE N+1典型工作组网如图2和图3所示。

正常情况下，主用FE1 至主用FE N 分别处理不同号段的信息，备用FE不处理信令。

异常情况下，当STP/DRA 检测到至主用FE1 的链路故障，自动切换信令到备用FE。这时，至号段1 的消息转到备用FE进行处理。其余号段信息不受影响。

N+1 的组网方式与传统集中式HLR 的组网方式一致，同样存在设备利用率较低、各个设备之间不能共享容量、号段规划要求较高的问题。

图2 正常情况下分布式HLR FE N+1组网拓扑图

图3 异常情况下分布式HLR FE N+1 组网拓扑图

1.3 FE Poo l组网方式

1.3.1 工作原理

由于FE 主要提供TDM、IP 等对外信令接口以及应用处理功能，不再存储用户数据，因此只要FE 访问的BE 能够提供全部号段的用户数据，则每一台FE 都可以服务于任何用户。这样，处理同一种业务的FE就可以不再按照号段区分，而是作为1 个池组负荷分担整个后端数据库的业务。

FE Pool 典型组网方式如图4所示，处理同一种业务的FE1至FE N共同组成1个池组，每个FE的容量相同。FE将被动态选择，处理MAP或Diameter信令；由STP 或DRA 负责把信令消息均衡分发到不同的FE 处理；任一FE可以处理任一用户的业务请求。

图4 分布式HLR FE Pool方式典型组网拓扑图

具体到MAP 信令，各厂家实现方式略有不同，但基本都在SCCP层进行负荷分担，处理方式为：MSC等网元到HLR/HSS采用GT寻址，所有FE均具有独立的DPC和GT，并且引入1个VGT（虚拟GT）。2个STP以及与HLR/HSS直联的其他网元都需要在SCCP层配置GT翻译，以把IMSI/MSISDN/VGT寻址的消息按照轮询原则分发到所有FE 的信令点；对于HLR/HSS 的真实GT，由STP配置GT翻译到对应的FE的DPC。

分布式HLR FE Pool MAP信令流程如图5所示。

图5 分布式HLR FE Pool MAP信令流程示意图

a）MSC或其他对端网元，以VGT为目的地址向分布式HLR/HSS发送请求消息。

b）STP 根据负荷分担原则，将VGT 翻译至其中1个FE的DPC，假设为FE1（信令点DPC1）。

c）FE1 处理业务流程，在发送响应消息时，会在SCCP层的CgPA字段中标识出自己的GT地址（GT1）。

d）MSC接收到响应消息后，由于接收到的响应消息的地址为GT1，后续消息流程将以FE1的真实GT完成，以保证1个会话的整个流程均由1个FE处理。

e）在FE1故障情况下，由STP选择其他FE处理。

MME等网元到HSS采用Diameter 寻址的方式，处理流程大致与MAP 方式相同。主要区别在于DRA 选择FE，这时有以下2种方式可以被采用。

a）第一种方式：FE Pool 里每台FE 均具备独立主机名，MME等网元以IMSI寻址HSS时，DRA将其解析成FE Pool中多个FE的目的主机名，负荷分担到其中1套FE；MME 记录下用户标识与HSS 主机名的对应关系，后续均用这套FE 的主机名进行寻址，直到用户离开此MME。

b）第二种方式：FE Pool 里每台FE 均具有独立的主机名，同时引入1个共用的主机名。MME等网元以IMSI 寻址HSS 时，DRA 将其解析成FE Pool 中共用的主机名；MME 等网元以共用主机名寻址HSS 时，DRA将共用的主机名翻译为FE Pool 内某个FE 的主机名，并进行路由；当Pool 内1 个FE 故障时，则会翻译到Pool内其他FE。

第二种方式的DRA数据配置相对复杂。而且，每条信令消息均需进行1 次分发，同一套网元可能每次信令消息选择的FE均不同。虽然FE仅进行信令接入和业务处理，所有用户数据均需BE进行处理，但考虑到减少DRA 数据配置的难度，以及便于信令跟踪，工程实施时建议选择方式一。

1.3.2 对相关网元的配置要求

同一个FE Pool内，FE的容量尽量相同，以简化数据配置，避免FE负荷不均。

BE 采用1+1 主备方式组网。为满足电信级可用性和可靠性的要求，BE 一般采用分布式数据存储方式，BE具备N+K负荷分担容灾能力，可按照主备、互备或负荷分担方式组网。由于BE 设备可支持容量较大，一般在1 000 万户以上，工程实际中基本均按1+1主备或者互备方式在2 个不同的物理节点进行建设。而FE Pool 内任一FE 均有可能处理任一用户的信息，这要求各台FE 所访问的BE 数据实时同步，完全一致。若BE 采用1+1 互备方式组网，BE 中的用户数据难以完全实时同步，会造成BE中的用户数据冗余；采用1+1主备方式，工作流程、数据排查相对清晰规范。

STP 要求支持按照GT 地址轮询方式分发到多个信令点，各个信令点间负载均衡。现网STP 版本类型较多，能力参差不齐。部分版本能力如表1所示。

表1 STP负荷分担能力表

DRA要求支持到FE Pool内FE的Diameter路由动态负荷分担。目前各厂家商用版本均可以支持16 个FE之间负荷分担。

2 FE Pool优劣势分析

FE Pool与FE N+1方式的优劣如表2所示。

FE N+1组网方式较为成熟，国内运营商已有很多应用；而FE Pool在网络安全、数据规划方面，也有其独特的优势，它的主要问题是在国内尚无应用，对周边网元有一定要求，运维习惯需要做一定调整。

3 结束语

分布式HLR采用了前后端分离的架构，是传统集中式HLR 的一次演进。FE Pool 是契合其架构的一种前端容灾方案，具有提高网络安全性、提升网络效率等诸多优势。在部署分布式HLR 时，对于已采用GT寻址、建设有独立信令监测系统的运营商，可以考虑采用FE Pool的方式进行建设。

表2 FE Pool与FE N+1优劣对比

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