全球移動數(shù)據(jù)流量已連續(xù)數(shù)年保持高速增長。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2014年，全球70%的移動業(yè)務(wù)將是移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；2013年第一季度，國內(nèi)人均移動互聯(lián)網(wǎng)流量已達(dá)121MB，同比增長37.1%，移動互聯(lián)網(wǎng)接入總流量達(dá)36918.3萬G，同比增長58.7%。
為了支撐移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式需求，LTE已成為眾多運營商選擇，而其核心網(wǎng)EPC(演進(jìn)分組核心網(wǎng))的建設(shè)也正在成為業(yè)界關(guān)注的重點，如何應(yīng)對扁平化帶來的信令壓力?是否足夠健壯以應(yīng)對大流量的沖擊?是否有可借鑒的規(guī)模部署經(jīng)驗?這些都成為業(yè)界在EPC規(guī)劃和建設(shè)中亟待解決的問題。
LTE時代，移動核心網(wǎng)的新挑戰(zhàn)
LTE的建設(shè)雖然是由流量而起，但其部署中所面臨的問題卻遠(yuǎn)不止于此，因為，一方面是數(shù)據(jù)流量快速增長，另一方面信令也同樣在激增。如果處理不當(dāng)，將導(dǎo)致信令風(fēng)暴。一般情況下，信令風(fēng)暴的風(fēng)險主要來自于以下幾種情況：
第一，LTE網(wǎng)絡(luò)中，采用了扁平化的架構(gòu)，已經(jīng)沒有BSC/RNC來做收斂，核心網(wǎng)直接面對大量的基站。原來通過BSC/RNC進(jìn)行的信令處理，也全部交由核心網(wǎng)完成。而尋呼產(chǎn)生的信令(加入尋呼的原理)在LTE中占據(jù)信令總流量的30%，同時對很多eNB進(jìn)行尋呼，會給核心網(wǎng)帶來巨大壓力。
第二，智能終端的大量使用，造就了繁榮的應(yīng)用市場，然而如果缺乏對應(yīng)用有效地審核和準(zhǔn)入機制，就可能造成應(yīng)用導(dǎo)致的信令風(fēng)暴。在國外某運營商，一款基于安卓的VoIP軟件，由于設(shè)計問題，導(dǎo)致其密集城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)壓力過載。另據(jù)統(tǒng)計分析，在流量相近的情況下，Android相對于iPhone產(chǎn)生更多的信令。
第三，在熱點地區(qū)，尤其是體育場館以及演出場地，大量人群集中使用微信、微博等應(yīng)用，產(chǎn)生推送信息，如果得不到有效控制，會產(chǎn)生擴散效應(yīng)，致使大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
第四，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開展意味著使用海量的傳感器等終端，這些終端雖然沒有很多流量，但產(chǎn)生大量的周期性和突發(fā)性連接請求。
優(yōu)化機制，有效化解信令風(fēng)暴
如何應(yīng)對信令風(fēng)暴可能帶來的風(fēng)險和挑戰(zhàn)?從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上看，LTE核心網(wǎng)中的信令主要由MME來處理，因此，上海貝爾認(rèn)為，合理設(shè)計MME和優(yōu)化MME處理信令機制，將有助于減少信令風(fēng)暴的發(fā)生。
上海貝爾先進(jìn)的冗余配置，可有效應(yīng)對信令的激增。上海貝爾9471MME設(shè)備基于先進(jìn)的ATCAv2架構(gòu)，所有板卡都做到1：1備份，從容面對信令的激增。
同時，上海貝爾還進(jìn)行了動態(tài)TAList配置：終端在TA間位置變更時要發(fā)送位置變更信息，這樣的更新顯然不計其數(shù)，增加核心網(wǎng)負(fù)擔(dān)。因此通過為每個用戶建立特定的TAList，每個TAList中包含若干個TA，用戶在這些TA中移動時，無須發(fā)送位置更新信息，核心網(wǎng)無須知道終端具體在哪個TA，只需知道在某個TA List中，大大減少位置更新次數(shù)。值得一提的是，TA List也并不是越大越好，要進(jìn)行動態(tài)配置，以反映用戶的移動特征。比如針對用戶乒乓式移動或環(huán)回運動時，進(jìn)行相應(yīng)的合理設(shè)置，減少信令開銷。
靈活的尋呼策略也是有效減少核心網(wǎng)信令開銷的途徑之一。通常每個TA可以包含數(shù)十個eNB，那么一個TALIst將包含上百個eNB，對如此數(shù)量的eNB進(jìn)行尋呼，開銷還是相當(dāng)大的。很多情況下，用戶位置實際上相對固定，比如在辦公室、學(xué)校、機場等場所，這種時候，對整個TAList進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)流程的尋呼顯然沒有必要。上海貝爾對此提供了靈活的尋呼顆粒度，由運營商選擇在多大范圍內(nèi)進(jìn)行尋呼，在保證尋呼成功率的同時，有效降低給核心網(wǎng)帶來的信令壓力。
針對不同的業(yè)務(wù)，尋呼范圍可進(jìn)行分別設(shè)置，上海貝爾認(rèn)為，多數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對延遲的容忍度較高，但諸如CSFB這類語音業(yè)務(wù)，實際是要完成一次被叫，因此為保證其體驗，可以設(shè)置為首次尋呼即在整個TAList內(nèi)進(jìn)行，從而保證更高的尋呼成功率和用戶體驗。
此外，上海貝爾的EPC解決方案還支持尋呼間隔時長的設(shè)置，針對無信號覆蓋或某個eNB癱瘓下的持續(xù)無用尋呼的資源浪費的情況，在MME中支持設(shè)立尋呼間隔時常，在對用戶尋呼失敗后，可延時一段時間，再進(jìn)行第二次尋呼，以此類推，這樣可防止對一個用戶在短時間內(nèi)反復(fù)大量的進(jìn)行尋呼。值得一提的是，通過現(xiàn)網(wǎng)驗證，打開上述機制后，可以減少50%的尋呼消息，有效提升EPC的性能。
MMEPool+GWPool，讓EPC更“健壯”
除了性能上的提升，如何讓EPC更加“健壯”，從容應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)狀況，為業(yè)務(wù)提供更加安全的保障?上海貝爾認(rèn)為設(shè)立MMEPool和GWPool十分必要。
MMEPool將為運營商的網(wǎng)絡(luò)提供冗余和安全，同時也能降低信令風(fēng)暴發(fā)生的可能。在Verizon的LTE網(wǎng)絡(luò)中，每個Pool含有兩個MME，雖然數(shù)量不多，但卻起到了重要作用。
假設(shè)MMEPool中有A和B兩個設(shè)備，當(dāng)MMEPool中的MME-A出現(xiàn)故障時，ICP的服務(wù)器無法聯(lián)系用戶終端，當(dāng)連接請求到達(dá)sGW時，sGW將向MME-B發(fā)送下行數(shù)據(jù)的提醒(DDN)，該消息中包含終端的IMSI，MME-B使用IMSI來尋呼終端，終端看到MME-B使用IMSI而不是GUTI尋呼的時候，就知道原來所屬的MME4已出問題，終端將重新發(fā)起Attach流程，MME-B將與HSS進(jìn)行一次終端的簽約數(shù)據(jù)鑒權(quán)等完整流程，此后終端將在MME-B上完成相關(guān)業(yè)務(wù)。
再如，如果用戶原來掛在MME-A上，當(dāng)該MME癱掉后，eNB已由MME-B接管，終端此時如果需要發(fā)送位置更新，MME-B是無法找到終端相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的，同樣會下發(fā)帶有IMSI的消息，強制終端進(jìn)行一次Attach流程。
GWPool同樣也能通過冗余為EPC網(wǎng)絡(luò)提供了更好的健壯性，除了支持標(biāo)準(zhǔn)的GW主備切換外，上海貝爾的方案還提供了更高級別的保護。在主備GW間，啟用VRRP，使得GWPool對外顯示為一個IP節(jié)點，當(dāng)一個GW宕機時，備用GW仍然使用原來的IP提供服務(wù)，此外，在7750GW間，通過MCS機制，可保證主用GW數(shù)據(jù)完整的保留在備份GW上，在Verizon現(xiàn)網(wǎng)上，已經(jīng)驗證了這一方案的高可靠性。
助力中國EPC建設(shè)
阿爾卡特朗訊建設(shè)的EPC在全球最大的LTE網(wǎng)絡(luò)(Verizon)中占據(jù)50%的份額，Verizon的總用戶已經(jīng)接近3000萬。鑒于阿爾卡特朗訊所承建的EPC和IMS的突出表現(xiàn)，Verizon已決定在2014年后，停止發(fā)放CDMA和LTE雙模終端，轉(zhuǎn)而只發(fā)放LTE單模終端。此外，在其他的大型LTE運營商(如AT&T，Sprint等)也有廣泛應(yīng)用。不同于2G/3G的分組域，在LTE領(lǐng)域，我們是全球EPC的主流供應(yīng)商，而且積累了大型商用網(wǎng)絡(luò)部署和保障的經(jīng)驗。這些經(jīng)驗在國內(nèi)的大規(guī)模LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中將發(fā)揮重要作用。
