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数据通信
LTE网络中MMEPOOL组网新模式的研究与实现
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-18  浏览次数:1097
作者:吴志超
(辽宁移动通信有限责任公司网络管理中心110179)
摘要:由于LTE网络扁平化的特点,ENODEB基站设备直接与LTE核心网元MME进行互联。传统MMEPOOL的组网模式需要在每个ENODEB节点上同时与MMEPOOL中每个MME进行业务链路的互联,同时需要根据MME容量的不同,配置不同的容量因子参数,以达到MME的负荷均衡。一旦POOL中的MME发生变化,ENODEB网元侧需要进行大量的修改。我们通过分析MME组POOL的特点和相关数据配置,创新性的提出了一种MME组POOL的新模式。在MME上添加功能模块,使MME具备自动的POOL管理能力,极大的简化了MMEPOOL的组网。
关键词:LTE、 MMEPOOL、组网
1.概述
      由于LTE网络扁平化的特点,ENODEB基站设备直接与LTE核心网元MME进行互联。此类组网方式虽然简化了网络架构,但是造成核心网元MME可能要同时管理几千个ENODEB网元。
MME组POOL是为了提升MME的容灾能力和业务均衡能力,传统的MME组POOL需要在ENODEB节点上配置MMEPOOL中每个MME的业务地址数据,同时需要根据MME容量的不同,配置不同的容量因子参数,以达到MME的负荷均衡。
      使用传统的MME组POOL方式,当一个MMEPOOL管理的ENODEB数量过于庞大时,会出现如下的问题。如果有新的MME需要入加入POOL,或者MME的业务地址发生变化,或者MME的设备容量发生了变化,那么所有与该MMEPOOL互联的上千个ENODEB节点全部需要修改配置数据,工程量极大,准确性难以保障,而且很难在短时间内修改完成,造成MME和ENODEB数据配置不一致的网络隐患,影响用户使用LTE的业务感知。
      本文通过分析MME组POOL的特点和相关数据配置,提出了一种MME组POOL的新方案。在MME上添加功能模块,使MME具备自动的POOL管理能力。
2.MMEPOOL现有技术方案
      MMEPOOL是指将多个MME设备共同组成一个池组,共同分担业务的技术。达到设备容灾备份、以及均衡设备业务负荷等功能。Pool的特点就是一个无线区域被一组MME提供服务,这组MME叫做MMEPOOL,该无线区域内的业务由这组MME分担。在组网上要求无线基站设备ENODEB和MME在网络上实现接口的全互联。
      目前移动LTE网络中的MME组POOL使用的是传统的数据配置方式。需要在每个无线基站ENODEB节点上配置与之互联的MME业务地址数据,当ENODEB节点收到终端发起的业务请求时,按照一定的规则选择为之服务的MME节点,然后将该业务请求发送至POOL中的MME节点。同时需要根据MME容量的不同,配置不同的容量因子参数,以使POOL中的MME达到负荷均衡的能力。传统MMEPOOL的组网方式见下图:

图1 传统MMEPOOL的组网
      从上图可以看出,对于ENODEB1如果想要接入MMEPOOL,需要在ENODEB1上同时定制MME1、MME2、MME3的业务地址数据。同时,为了使MME达到负荷上的均衡,需要在ENODEB1上根据3台MME的容量来配置负荷参数。例如MME1、MME2和MME3的容量分别为100万用户、200万用户、100万用户,则需要在ENODEB上配置容量因子为1:2:1,这样就能够保证ENODEB在向MMEPOOL中发送业务请求的时候,使MME1、MME2和MME3达到负荷上的均衡。
      可以看出,使用传统的MMEPOOL组网方式,当一个MMEPOOL管理的ENODEB数量过于庞大时,会出现如下的问题。如果MMEPOOL中的MME发生变化,那么所有与该MMEPOOL互联的上千个ENODEB节点全部需要修改配置数据,为维护工作带来极大的困难。
3.MMEPOOL新模式组网方案
      通过分析MME组POOL的特点和相关数据配置,本文提出了一种MME组POOL的新方案。在MME上添加功能模块,使MME具备自动的POOL管理能力:
1、针对业务地址的问题,新功能模块具备业务地址的虚拟地址管理能力,对于多个MME组POOL,创建出一个虚拟业务地址,所有接入MMEPOOL的ENODEB节点只需要与该虚拟业务地址进行互联。此时如果有新MME加入POOL,或者POOL中的MME的业务地址有变化,只需要保证虚拟地址不变,ENODEB节点可以不需作任何修改。而新MME业务地址的映射均由虚地址管理模块自动完成。
2、该功能模块具备自动业务均衡能力,可以根据MMEPOOL内的各MME的容量,自动计算配比参数,完成业务流的分发,保障POOL中各MME的负荷均衡。而不需要在ENODEB上进行任何关于MME容量的配置。
3、该功能模块具备自动容灾倒换的能力,一旦主管理模块出现异常,能够自动启动其他MME上的管理模块进行管理,不会对MMEPOOL的业务造成任何影响,提升MMEPOOL的容灾能力。
3.1 功能模块设计
      为了简化MMEPOOL架构,MME上新增POOL自动管理功能模块。该功能模块主要包含3个功能:
虚拟地址管理能力,对于一个包含多个MME的MMEPOOL,创建出统一的一个虚拟业务地址,所有接入MMEPOOL的ENODEB节点只需要与该虚拟业务地址进行互联。该虚拟地址到POOL中的每个MME的实际业务地址的映射均由虚地址管理模块自动完成。
      自动业务均衡能力,根据MMEPOOL内的各MME容量的比例,自动计算配比参数,完成业务流的分发。该功能与虚地址管理模块相结合,在进行虚拟地址到POOL中的每个MME的实际业务地址映射的时候,加入配比参数标签,保障POOL中各MME的负荷均衡。
      自动容灾倒换的能力,每个MME上都有POOL自动管理功能模块,一个主用,其他MME上的备用。一旦主管理模块出现异常,能够自动切换到其他MME上的管理模块进行管理,不会对MMEPOOL的业务造成任何影响,提升MMEPOOL的容灾能力。
3.2 实施方案及业务流程
下面分别针对三个具体功能,说明其实施方案和业务流程。
1、虚拟地址管理功能模块
      在ENODEB与MME建立业务数据传输链路时,使用S1-MME接口进行数据传输。在ENODEB上需要配置本端业务IP地址和对端业务IP地址(MME业务IP地址)来完成传输通道的建立。完成数据传输通道的建立后,ENODEB和MME之间即可实现LTE网络的附着、跟踪区更新等正常业务流程。

图2  系统接口示意图
      虚拟地址管理功能模块能够将MMEPOOL内的多个MME业务地址虚拟为一个虚业务地址。这样ENODEB在配置S1-MME接口数据时,只需要针对该虚地址进行数据配置即可。在进行数据交互时,ENODEB将业务请求发送至虚拟地址管理功能模块,由虚拟地址管理功能模块完成到POOL内各MME的业务地址的映射。加入虚拟地址管理功能模块的MMEPOOL的组网方式见下图:

图3 虚拟地址管理功能模块的MMEPOOL的组网

      以一个含有3个MME的MMEPOOL为例,MME的业务地址分别为192.168.0.2、192.168.0.3和192.168.0.4。虚拟地址管理功能模块将这个MMEPOOL的虚业务地址设定为192.168.0.1。虚拟地址管理功能模块中的数据配置如下:

      MMEPOOL Virtual Address :192.168.0.1
      MME Address :192.168.0.2 <容量因子>
      MME Address :192.168.0.3 <容量因子>
      MME Address :192.168.0.4 <容量因子>
      与该MMEPOOL互联的所有无线基站ENODEB将S1-MME的对端业务地址设置为192.168.0.1即可。其业务流程如下:
      步骤1:无线基站ENODEB发起业务请求流程,将数据发送至虚地址192.168.0.1。
      步骤2:假设MME1上的虚地址管理模块为主用模块,受到ENODEB发送的业务请求后,完成虚地址到MME业务地址的映射。
      步骤3:虚地址管理模块得到映射后的MME业务地址,假设映射后的地址为192.168.0.4,即为MME3的业务地址,则管理模块将本次业务请求转发给对应的MME3网元进行处理。
      步骤4:MME3网元在完成业务请求处理后,将业务请求的应答发送给ENODEB,完成本次业务流程。
      说明:虚拟地址管理功能模块需要具备业务请求流程的序号记忆能力,对于某些需要MME和ENODEB多次交互才能完成的业务流程,虚拟地址管理功能模块必须将虚地址映射为同一个MME网元,以保证业务流程处理的连续性。
2、业务均衡功能模块
      移动LTE网络中衡量MME的容量负荷主要使用参数“支持的附着用户数”。业务均衡功能模块能够自动根据POOL中各MME的容量,采用灵活的负荷分担算法来确定负荷分担比例。而不需要在无线基站ENODEB上作任何的配置。其功能的实现依靠虚拟地址管理功能模块中的数据配置中的容量因子字段来完成。
      MME Address :192.168.0.2 <容量因子>
      下表是一个MME容量和负荷分担的实例。假定Pool内有三个MME,容量分别是400000,300000和300000,如果按照线形负荷分担算法来进行计算,这时负荷分担比例如下:

      业务均衡功能模块采用动态负荷分担算法,计算出每个MME的容量因子,添加到虚拟地址管理功能模块中的数据配置中:
      MMEPOOL Virtual Address :192.168.0.1
      MME Address :192.168.0.2 <0.4>
      MME Address :192.168.0.3 <0.3>
      MME Address :192.168.0.4 <0.3>
      在业务均衡功能模块完成上述数据配置后,虚拟地址管理功能模块在进行虚地址到实地址映射的时候,会根据容量因子的比例进行分配,从而决定了MME接受业务请求的比例,实现了MMEPOOL的业务均衡。
3、自动容灾倒换功能模块
      MME的POOL自动管理功能模块需要在POOL内的每台MME上进行部署,运行时一台MME上的自动管理功能模块为主用,完成虚拟地址管理功能和业务均衡功能。其他MME的自动管理功能模块为备用模式。
      自动容灾倒换功能模块中以Priority优先级字段来决定POOL自动管理功能模块的主用顺序。其数据配置如下,
      MME Address :192.168.0.2 Priority :100 
      MME Address :192.168.0.3 Priority :80
      MME Address :192.168.0.4 Priority :60
      为了保障POOL自动管理功能模块的健壮性,多个MME上的POOL自动管理功能模块采用“心跳”的方式进行监控,一旦发现主用模块运行不正常,即可启用备用模块进行业务承载,实现容灾能力。本方案中将地址解析请求和应答作为“心跳”监控信息。备用模块每隔1秒钟向主用模块发送地址解析请求,如果收到解析结果则认为主用模块工作正常,否则根据备用模块的优先级来启动备用模块,接替主用模块完成业务承载。

图4自动容灾倒换功能模块
4.总结
      本文提出了一种MMEPOOL组网的新架构模式,在MME上新增功能模块,提供业务虚地址和负荷自动均衡的能力,无线基站设备ENODEB只需要配置一个业务虚地址即可完成MMEPOOL的接入,接入后即使POOL中MME网元有变化,ENODEB业务不要修改任何配置,极大地简化了网络变更复杂度,避免了传统MMEPOOL组网中存在的问题,有效提升网络质量及用户业务感知。
参考文献:1、杨鹏,李波. LTE的关键技术及其标准演进[J]. 电信网技术, 2009(1)
          2、胡恒杰,朱强,孟繁丽,等. TD-LTE组网策略研究[J]. 移动通信, 2010(5)
          3、沈嘉,索士强,全海洋,等. 3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2008
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