CN101115285B - 支持IuFlex技术的核心网节点选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持IuFlex技术的核心网节点选择方法，解决了现有3GPP对服务CN节点初始选择则没有给出明确算法的问题，本发明的解决方案是根据PoolArea中CN节点的业务容量在RNC上配置CN的NNSF权值，CN容量越大配置的权值越大，RNC在执行NNSF时被选择的几率越高，以实现CN节点的负荷均衡；另外，RNC执行NNSF还需考虑CN的运行状况，当Pool Area中的某些个CN处于过载或者离线的情况下，RNC优先选择其他CN，以实现CN节点的负荷分担。本发明提高了无线网络和核心网设备的利用率，增强了网络的可靠性和容载能力。

Description

支持IuFlex技术的核心网节点选择方法

技术领域

本发明涉及UMTS(通用移动通信系统：Universal Mobile Telecommunication System)系统在支持IuFlex技术时的NNSF(非接入层节点选择功能：NAS node selection Function)，尤其涉及一种实现CN(核心网：Core Network)节点负荷均衡和负荷分担的选择方法。

背景技术

在Release 5之前，一个RAN(无线接入网络：Radio Access Network)节点只允许连接到一个CN节点。这样的缺点是：当一个RNC(无线网络控制器：Radio Network Controller)相对于MSC/SGSN(移动交换中心：Mobile Switching Centre/服务GPRS支持节点：ServingGPRS Support Node)容量的超出或者不足时，会导致明显的硬件资源浪费；另外，考虑网络的信令流量，由于一个网络中有许多的MSC/SGSN，UE移动时会出现大量的MSC/SGSN间的注册更新，与此相关的MSC/SGSN间更新导致在核心网额外的信令开销和无线接口的信令开销。

为此，Release 5引入了IuFlex功能，即RNC支持一个RAN节点到多个CN节点的域内连接路由功能，允许RAN节点把信息在相应的CS域(电路交换：Circuit Switched)或PS域(分组交换：Packet Switched)路由到不同的CN节点，从而使多个MSC或SGSN之间进行负荷分担以进一步提高硬件的使用效率。引入了IuFlex后RNC和CN间的连接关系如图1所示：一组并行CN节点及其服务的一个或多个RNC管辖的LAs/RAs(位置区：Location Area/路由区：Routing Area)集合在一起组成一个逻辑上的区域池(Pool Area)。Pool Area中一个RNC同时连接多个MSC或SGSN，UE(用户设备：User Equipment)接入Pool Area时RNC执行NNSF功能将初始业务连接路由到合适的MSC或SGSN，多个MSC或SGSN节点间实现负荷均衡和负荷分担。Pool Area提供的服务范围与单个CN节点提供的服务区相比扩大了许多，UE接入后在Pool Area中漫游时无需改变服务CN节点，从而减少CN间节点更新、切换和重定位及因此带来的核心网和无线接口的信令开销，尤其大大降低了核心网HLR更新流量。

IuFlex的工作过程如下：

服务CN节点初始选择：UE进入Pool Area服务区发起初始业务连接建立，RNC执行NNSF功能，根据INITIAL DIRECT TRANSFER消息的信元IDNNS(域内非接入层节点选择参数：IntraDomain NAS Node Selector)去匹配Pool Area中的CN，匹配失败，于是选择一个合适的MSC或SGSN为UE建立初始业务连接，建立成功后MSC或SGSN将其在Pool Area中的唯一性NRI标识(网络资源标识：Network Resource Identification)编码到TMSI/P-TMSI(临时移动用户标识：Temporary Mobile Subscriber Identity/分组临时移动用户标识：PacketTemporary Mobile Subscriber Identity)中提供给UE，UE保存TMSI/P-TMSI，相当于记录了最近一次的服务CN节点信息，这样在下一次发起业务连接时将带上该信息以期望接入到最近一次的服务CN节点中。

服务CN节点记忆选择：UE进入Pool Area服务区或在Pool Area服务区漫游时发起初始业务连接建立，RNC执行NNSF功能，根据INITIAL DIRECT TRANSFER消息的信元IDNNS(域内非接入层节点选择参数：Intra Domain NAS Node Selector)去匹配Pool Area中的CN，匹配成功，于是将UE的业务连接路由到上一次的服务CN节点中。

综上所述，IuFlex的技术优势主要体现在两个方面：

1、一是通过服务CN节点初始选择功能实现Pool Area中CN节点的负荷均衡和负荷分担，以此提高无线和核心网设备的使用效率，增强网络的可靠性和容灾能力；

2、二是通过服务CN节点记忆选择功能保证UE在Pool Area中漫游时服务CN节点的不变，从而避免CN节点更新及由此带来的信令开销；

RNC的NNSF功能对于IuFlex技术优势的发挥起着关键作用。关于服务CN节点记忆选择，3GPP已有详细的描述，不再赘述；而3GPP对服务CN节点初始选择则没有给出明确的算法，完全依赖各厂商的实现策略。服务CN节点初始选择主要应用于以下几种应用场景：

1、IDNNS未包含NRI；

2、IDNNS包含的NRI和Pool Area中CN节点的NRI不匹配；

3、IDNNS包含的NRI和Pool Area中CN节点的NRI匹配但CN节点离线；

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种在无线网络服务器内部能够对服务核心网节点进行初始选择的支持IuFlex技术的核心网节点选择方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种支持IuFlex技术的核心网节点选择方法，包括：

步骤A，无线网络控制器根据资源池中核心网节点的业务容量，为每个核心网节点配置非接入层节点选择功能权值；

步骤B，无线网络控制器启动后，根据配置的非接入层节点选择功能权值，初始化核心网资源池，为核心网资源池中的核心网节点设置相应状态；

步骤C，无线网络控制器执行非接入层节点选择功能时，所述非接入层节点选择功能权值越大，该权值所对应的核心网节点被选中的几率越高；

步骤D，无线网络控制器根据步骤B得到的核心网节点的状态，选择核心网。

优选的：在所述支持IuFlex技术的核心网节点选择方法中，在所述步骤A中，所述非接入层节点选择功能权值与核心网节点的业务容量呈线性关系。

优选的：在所述支持IuFlex技术的核心网节点选择方法中，所述步骤B具体为：

步骤B1，无线网络控制器启动后，根据配置的非接入层节点选择功能权值初始化核心网资源池，其中包含所有核心网节点的资源种子，初始状态设置为“在线”，资源种子总数 $\mathrm{TotalCnSeeds}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Weighti},$ 其中n是CN节点的个数，第i个CN节点的资源种子数为Weighti；

步骤B2，无线网络控制器收到某个核心网节点的过载控制消息，将核心网资源池中该核心网节点的资源种子状态设置为“过载”，待该核心网的“过载”解除后将其资源种子状态设置为“在线”；

步骤B3，无线网络控制器检测到某个核心网节点离线，则将核心网资源池中该核心网节点的资源种子状态设置为“离线”，待该核心网在线后将其资源种子状态设置为“在线”。

优选的：在所述支持IuFlex技术的核心网节点选择方法中，所述步骤D具体为：

步骤D1，无线网络控制器检查核心网节点资源池中是否存在“在线”的资源种子，如果存在，则随机选择一个“在线”的资源种子对应的核心网节点，非接入层节点选择功能流程结束；

步骤D2，如果核心网节点资源池中不存在“在线”的资源种子，无线网络控制器检查核心网节点资源池中是否存在“过载”的资源种子，如果存在，则随机选择一个“过载”的资源种子对应的核心网节点，非接入层节点选择功能流程结束；

步骤D3，如果核心网节点资源池中不存在“过载”的资源种子，且核心网节点资源池中所有的资源种子均为“离线”，则无可用的核心网节点可选择，非接入层节点选择功能流程结束。

本发明在支持IuFlex技术的网络中实现CN节点的负荷均衡和负荷分担，提高无线网络和核心网设备的利用率，增强网络的可靠性和容载能力，同时还有如下优点：NNSF权值的配置和NNSF的执行均在RNC内部实现，CN无需任何修改，对现有协议也不必做任何改动

1.实现方法简单有效；

2.对CN无任何新增需求，现有协议不必做任何改动；

3.网络运维的工作量小，根据组网配置后，如无CN扩容等变动无需维护，即使CN容量变动，也只需在RNC上修改配置并动态生效，不影响现网运行。

附图说明

图1为3GPP Pool Area配置示意图

图2为采用本发明的NNSF权值配置和CN资源池维护示意图

图3为采用本发明的NNSF流程示意图

图4为采用本发明的CN节点负荷均衡选择流程示意图

具体实施方式

如图1所示：以RAN1、RAN2、RAN5、RAN6和MSC1、MSC2、MSC3组成的CS域Pool Area-areal为例，假设MSC1、MSC2、MSC3的业务容量分别是20万、30万和50万用户，可以在RAN1、RAN2、RAN5、RAN6上分别配置CS域的CN节点NNSF权值为：MSCWeight1＝2，MSCWeight2＝3，MSCWeight3＝5。RNC启动后根据配置初始化CN资源池为{MSC1，MSC1，MSC2，MSC2，MSC2，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3}，其中MSC1、MSC2、MSC3的资源种子数分别为2、3、5，初始状态均为“在线”。下面举几个例子来描述本发明阐述的CN节点选择方法：

应用1：CN资源池中的资源种子全部为“在线”状态，可用资源池为{MSC1，MSC1，MSC2，MSC2，MSC2，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3}，资源种子数为10，则根据V＝Rand()％10，得到可用资源池第V个种子归属的CN。根据种子池中种子数目的对比关系可以知道，MSC1、MSC2、MSC3被选中的几率分别为20％，30％，50％，实现MSC1、MSC2、MSC3的负荷均衡；

应用2：MSC1负荷过载，MSC2和MSC3均在线，则优先挑选“在线”状态的资源种子，可用资源池为{MSC2，MSC2，MSC2，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3}，资源种子数为8，则根据V＝Rand()％8，得到可用资源池第V个种子归属的CN。根据种子池中种子数目的对比关系可以知道，MSC1、MSC2、MSC3被选中的几率分别为0％，37.5％，62.5％，实现MSC2、MSC3同MSC1间的负荷分担，同时MSC2、MSC3实现负荷均衡；

应用3：MSC1负荷过载，MSC2离线，MSC3在线，则优先挑选“在线”状态的资源种子，可用资源池为{MSC3，MSC3，MSC3，MSC3，MSC3}，资源种子数为5，根据V＝Rand()％5，得到可用资源池第V个种子归属的CN。根据种子池中种子数目的对比关系可以知道，MSC1、MSC2、MSC3被选中的几率分别为0％，0％，100％，实现MSC3同MSC1、MSC2间的负荷分担；

应用4：MSC1负荷过载，MSC2、MSC3离线，则由于无“在线”状态的资源种子，只能次选“过载”状态的资源种子，可用资源池为{MSC1，MSC1}，资源种子数为2，根据V＝Rand()％2，得到可用资源池第V个种子归属的CN。根据种子池中种子数目的对比关系可以知道，MSC1、MSC2、MSC3被选中的几率分别为100％，0％，0％，实现MSC1同MSC2、MSC3间的负荷分担；

应用5：MSC1、MSC2、MSC3全部离线，可用资源池为{}，无法选择可用的CN；

本发明的核心原则是根据Pool Area中CN节点的业务容量在RNC上配置CN的NNSF权值，CN容量越大配置的权值越大，RNC在执行NNSF时被选择的几率越高，以实现CN节点的负荷均衡；另外，RNC执行NNSF还需考虑CN的运行状况，当Pool Area中的某些个CN处于过载或者离线的情况下，RNC优先选择其他CN，以实现CN节点的负荷分担。下面从NNSF权值的配置及CN资源池的维护和NNSF流程两个方面加以说明。

一：RNC上NNSF权值的配置及CN资源池的维护

如图2所示：

1、根据Pool Area中CN节点的业务容量配置NNSF权值Weight1，Weight2…Weighti，其中Weighti为第i个CN节点的NNSF权值。NNSF权值与CN的容量成线性正比关系，比如根据Pool Area中所有CN节点的容量设置一个单位容量，则Weighti则为第i个CN节点的单位容量倍数；

2、RNC启动后根据配置的NNSF权值初始化CN资源池，其中包含所有CN节点的资源种子，初始状态设置为“在线”，资源种子总数 $\mathrm{TotalCnSeeds}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Weighti},$ 其中n是CN节点的个数，第i个CN节点的资源种子数为Weighti；

3、RNC收到某个CN节点的过载控制消息，则将CN资源池中该CN节点的资源种子状态设置为“过载”，待该CN的“过载”解除后将其资源种子状态设置为“在线”；

4、RNC检测到某个CN节点离线，则将CN资源池中该CN节点的资源种子状态设置为“离线”，待该CN在线后将其资源种子状态设置为“在线”；

二：RNC上NNSF功能的实现流程

如图3、4所示：

1、UE进入Pool Area向所在服务区的RNC发INITIAL DIRECT TRANSFER消息，发起业务初始建立请求；

2、RNC检查消息中的IDNNS参数中是否包含UE上次的服务CN节点资源标识NRI，如果不包含则转步骤5执行CN节点负荷均衡选择，否则转步骤3；

3、RNC将UE消息中提供的NRI和Pool Area中CN节点的NRI进行比较，如果不存在相同的NRI则转步骤5执行CN节点负荷均衡选择，否则转步骤4；

4、RNC检查步骤3中匹配成功的CN是否为离线，如果是转步骤5执行CN节点负荷均衡选择，否则根据UE记忆的NRI成功选择上一次的服务CN节点，NNSF流程结束；

5、RNC检查CN节点资源池中是否存在“在线”的资源种子，如果存在则随机选择一个“在线”的资源种子对应的CN节点，NNSF流程结束；否则转步骤6；

6、RNC检查CN节点资源池中是否存在“过载”的资源种子，如果存在则随机选择一个“过载”的资源种子对应的CN节点，NNSF流程结束；否则转步骤7；

7、CN节点资源池中所有的资源种子均为“离线”，无可用的CN节点可选择，NNSF流程结束。

Claims (3)

1.一种支持IuFlex技术的核心网节点选择方法，包括：

步骤A，无线网络控制器根据资源池中核心网节点的业务容量，为每个核心网节点配置非接入层节点选择功能权值；

步骤B，无线网络控制器启动后，根据配置的非接入层节点选择功能权值，初始化核心网资源池，为核心网资源池中的核心网节点设置相应状态；

步骤C，无线网络控制器执行非接入层节点选择功能时，所述非接入层节点选择功能权值越大，该权值所对应的核心网节点被选中的几率越高；

步骤D，无线网络控制器根据步骤B得到的核心网节点的状态，选择核心网；

所述步骤B具体为：

步骤B1，无线网络控制器启动后，根据配置的非接入层节点选择功能权值初始化核心网资源池，其中包含所有核心网节点的资源种子，初始状态设置为“在线”，资源种子总数 $\mathrm{TotalCnSeeds}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Weighti},$ 其中n是CN节点的个数，第i个CN节点的资源种子数为Weighti；

步骤B2，无线网络控制器收到某个核心网节点的过载控制消息，将核心网资源池中该核心网节点的资源种子状态设置为“过载”；

步骤B3，无线网络控制器检测到某个核心网节点离线，则将核心网资源池中该核心网节点的资源种子状态设置为“离线”。

2.根据权利要求1所述的支持IuFlex技术的核心网节点选择方法，其特征在于，在所述步骤A中，所述非接入层节点选择功能权值与核心网节点的业务容量呈线性关系。

3.根据权利要求1所述的支持IuFlex技术的核心网节点选择方法，其特征在于，所述步骤D具体为：

步骤D1，无线网络控制器检查核心网节点资源池中是否存在“在线”的资源种子，如果存在，则随机选择一个“在线”的资源种子对应的核心网节点，非接入层节点选择功能流程结束；

步骤D2，如果核心网节点资源池中不存在“在线”的资源种子，无线网络控制器检查核心网节点资源池中是否存在“过载”的资源种子，如果存在，则随机选择一个“过载”的资源种子对应的核心网节点，非接入层节点选择功能流程结束；

步骤D3，如果核心网节点资源池中不存在“过载”的资源种子，且核心网节点资源池中所有的资源种子均为“离线”，则无可用的核心网节点可选择，非接入层节点选择功能流程结束。

Images