CN101904192B - 移动核心网络节点冗余 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种被配置为在通信网络中作为池代理操作的装置，其在第一网络的节点和第二网络中的池化节点集合中的一个池化节点之间路由信令业务。所述装置还被配置为以关于所述第一网络节点的主动状态和被动状态中的一个状态来操作，并且当处于所述主动状态时向至少一个所述池化节点发送心跳信号，以中继到对等池代理，并且当处于所述被动状态时从对等池代理接收经由至少一个所述池化节点中继的心跳信号。在处于所述被动状态时没有接收到心跳信号的情况下，所述装置被配置为将自身激活作为所述第一网络节点的池代理。

Description

移动核心网络节点冗余
技术领域
本发明涉及在网络中使用节点池以及池共享代理来提供节点冗余。本发明可具体地(但不是必须地)应用于在移动通信系统的电路交换核心中有效提供移动交换中心节点池。
背景技术
在传统的第二代移动通信网络中，由提供网络侧空中接口的基站收发器(BST)向网络的每一个地理小区提供服务。将BST集合与负责向订户分配无线资源的基站控制器(BSC)物理地相连。每一个BSC进而与移动交换中心物理地相连，该移动交换中心负责路由对移动网络进行的呼入和呼出，并且具体地负责处理订户设备的移动性。在3G网络的情况中，所谓的Node B与2G网络的BST大致等价，而无线电网络控制器(RNC)取代了BSC。除了电路交换核心网络之外，2G和3G网络都还可以包括分组交换核心网络。在分组交换网络的架构中，由服务GPRS支撑节点(SGSN)来替代MSC。
传统上，已经建成垂直集成的网络以传输单一服务，比如电话或者数据接入。图1示出了2G网络情况中的该垂直集成的架构。然而，为了增加网络组件的“模块化”并且因此减少网络构建和运行成本，已经引入了有时被称作移动软交换解决方案(MSS)的解决方案。在题目为“Efficient Softswitching”，Ericsson AB，August 2006的因特网公布的白皮书中描述了该架构，可以在http://www.ericsson.com/technology/whitepapers/8107_efficient_softswitching a.pdf处找到该白皮书。与IP技术结合的软交换允许分层的架构方案，可以根据该方案在多个接入网络上水平地集成服务执行、控制和连接。软交换将呼叫控制和交换功能分到不同的节点，因此将控制和连接层分开。
作为具体例子，在分层的软交换架构中将常规MSC分为处理控制平面信令的MSC服务器(MSC-S)以及处理用户平面业务的移动媒体网关(M-MGW)。为了允许MSC控制用户平面承载，在MSC-S和M-MGW之间使用网关控制协议(GCP)。使用在M-MGW和MSC-S这两个实体之间建立的长期的流控制传输协议(SCTP)关联在M-MGW和MSC-S之间传输所有的GCP信令消息。尽管M-MGW不使用控制平面信令，由M-MGW在从BSC/RNC到MSC-S的途中来中继该信令。更具体地，可以在M-MGW和MSC-S之间建立的第二SCTP关联上传输该信令。
在当今的高级MSS网络中，服务器池化是实现网络中地理冗余的标准化概念。这避免了由于单一服务器故障导致网络无法向订户提供服务。在图2中示出了一般化的MSS服务器池化架构。在MSC-S池的情况中，应当理解，如果一个MSC-S发生故障，可以将当前分配给该MSC-S的BSC/RNC进行重分配。在池化架构中，为了对不支持MSC-S池化的BSC/RNC进行支持，可以在BSC/RNC和MSC-S池之间引入MSC池代理。该池代理作为BSC/RNC对MSC-S池的单一接触点。在更一般地意义上，池代理用于将网络节点与池节点相连。该池节点可以是池服务器。尽管MSC池代理可以是独立的节点，为了节约运行成本，优选地将该功能集成到M-MGW中。
对网络节点提供的池化方案提供了防止单个池化节点故障的安全性。然而，池代理本身构成了作为故障关键点的架构性单元。因此需要向该架构引入池代理冗余，例如如图3所示的MSC-S池的情况。对此的一个方案涉及将每一个BSC/RNC配置为能够独立地对两个(或者更多)池代理进行寻址，在本示例中池代理位于相应的M-MGW处。
BSC或者RNC可能意识不到该池代理的存在，其中，就好像该代理是常规MSC一样，BSC或者RNC仅使用信令点码(SPC)对代理进行寻址。该BSC或者RNC无法分别对多个池代理进行寻址(或者MSC，由于BSC或者RNC看到他们)。
因此要处理的问题是如何向网络引入池代理冗余，同时不引起在池代理和BSC/RNC或者其它网络节点之间的接口上的冲突信令。
发明内容
本发明的目标是克服或者至少减轻上述问题。通过从主动池代理经由池化节点向被动池代理发送心跳信号来实现该目标。
根据本发明的第一方面，提供一种被配置为在通信网络中作为池代理操作的装置，其在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务，所述装置还被配置为以关于所述第一节点的主动状态和被动状态中的一个状态操作，并且当处于所述主动状态时向至少一个所述池化第二节点发送心跳信号，以中继到对等池代理，并且当处于所述被动状态时接收来自对等池代理的经由至少一个所述池化第二节点中继的心跳信号，其中在处于所述被动状态时没有接收到心跳信号或者所接收的信号不满足某个最小标准的情况下，所述装置被配置为将自身激活作为所述第一网络节点的池代理。
本发明的实施例允许下游节点与多个池代理相连，同时允许在任何给定时间仅有一个池代理可见。从而，可以避免信令冲突。
根据本发明的第二方面，提供一种被配置为在通信网络中作为向一个或者更多第一节点提供服务的池化第二节点集合中的一个池化第二节点操作的装置，所述装置还被配置为从主动池代理接收心跳信号并且向被动池代理中继所述心跳信号。
根据本发明的第三方面，提供一种在通信网络中提供冗余的方法，所述通信网络包括在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务的两个或者更多池代理，所述方法包括将所述池代理中的一个维持为关于所述第一节点的主动状态，并且将另一个池代理维持为关于所述第一节点的被动状态，从所述主动池代理经由一个或者更多所述池化第二节点向所述被动池代理发送心跳信号(105)，并且在所述被动代理没有接收到所述心跳信号的情况下，关于所述第一节点激活(104)该代理。
根据本发明的第四方面，提供一种在通信网络中提供冗余的方法，所述通信网络包括在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务的两个或者更多池代理，所述方法包括在所述池代理中的一个处将所述代理维持(103)为关于所述第一节点的被动状态，从一个或者更多所述池化第二节点接收(101、102)心跳信号，并且在没有接收到所述心跳信号的情况下，关于所述第一节点激活(104)所述池代理。
根据本发明的第五方面，提供一种在通信网络中提供冗余的方法，所述通信网络包括在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务的两个或者更多池代理，所述方法包括在所述池化第二节点中的一个池化第二节点处，从所述池代理中的一个池代理接收(202)心跳信号并且将所述心跳信号中继(203)至另一个所述池代理。
根据本发明的第六方面，提供一种计算机程序，包括计算机程序代码装置，当所述程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码装置适于执行本发明上述方面所述的方法。
附图说明
图1示意地示出了2G/3G网络的简化无线电接入网络和核心网络架构；
图2示意地示出了一般服务器池架构，在该架构中池代理用于将下游网络节点与池服务器相连；
图3示意地示出了在2G/3G网络中实施的移动软交换解决方案架构，并且在该架构中池代理与M-MGW位于一处；
图4示出了与控制MSS架构的被动和主动MSC池代理相关联的信令；
图5示意地示出了根据本发明的实施例的MSC池代理；
图6示意地示出了根据本发明的实施例的MSC服务器；
图7是示出了图5的MSC池代理的操作的流程图；以及
图8是示出了图6的MSC服务器的操作的流程图。
具体实施方式
参见图3的移动软交换解决方案(MSS)2G架构，根据该架构每一个BSC(或者根据3G的RNC)与两个移动媒体网关(M-MGW)相连，现在将描述本发明的实施例。在该实施例中，在M-MGW中实施该MSC池代理。
此外，由于到两个M-MGW/MSC池代理的链路属于相同的链路集合，本实施例的BSC意识不到其与两个M-MGW/MSC池代理相连。用单一信令点码(SPC)来配置该BSC，BSC在GSM A接口(BSSAP协议)上使用该SPC以与MSC通信。同样地，BSC可以是传统(例如GSM)BSC。
当前的SS7规则和标准仅允许BSC对单一SPC进行寻址。如果BSC与具有相同SPC的两个或者更多网络节点相连，则对信令网络管理(SNM)消息进行处理变得不可能。对该问题的可能的解决方案涉及以相同SPC配置两个池代理，但是确保在任何时间仅一个池代理是主动的。仅在主动池代理发生故障的时候才激活被动代理。然而这并不是说(在集成的M-MGW/MSC池代理的情况中)被动MSC池代理所处的M-MGW也处于被动状态。事实上，假定该节点正常工作，该M-MGW的媒体平面处理操作将是主动的。如将要描述的，为了控制被动MSC池代理的状态，从主动MSC池代理向被动MSC池代理发送心跳信号。
该主动代理可以经由直接链路(当前没有实施该直接链路)向被动代理发送心跳。只要被动代理接收到该心跳，该代理保持被动。仅当没有接收到该心跳时，被动代理才激活自身。该方案的问题(即经由代理之间的直接链路发送心跳)是如果被动代理没有接收到心跳，这可能是由于主动代理的故障或者由于该直接链路已经停止工作。在后一种情况中，主动代理依然工作，并且被动代理的激活将导致消息的冲突和可能的服务故障。
现在将描述对该问题的解决方案，考虑以图3的MSS架构作为例子。然而应当理解，可以将本发明应用于任何要求池代理冗余的池化节点架构中。
为了传输BSSAP信令(例如涉及移动性和连接管理)，在主动和被动MSC池代理中都建立与BSC的TDM信令链路。在图3中示出了这些链路。然而，仅通向主动MSC池代理的链路是主动的。为了确保每一个MSC池代理和MSC-S池之间的消息的可靠传输，使用流控制传输协议(SCTP)。更具体地，在每一个池代理和每一个MSC-S之间建立一个SCTP关联。同样地，这些SCTP关联仅对于主动MSC池代理是完全主动的，同时在被动MSC池代理的情况中他们是不活动的。从而，在A接口上不产生冲突。除了与BSSAP相关的SCTP关联之外，为了传送网关控制协议(GCP)信令，在每一个M-MGW和每一个池MSC-S之间建立SCTP关联。这些GCP相关的关联是主动的，即使对于被动MSC池代理所处的M-MGW来说也是主动的。
为了使被动MSC池代理能够识别主动MSC池代理的实际故障(由于主动MSC池代理的故障或者是由于主动MSC池代理和MSC之间的BSSAP相关链路的故障(这具有与池代理故障相同的结果))，从主动MSC池代理经由MSC-S向被动MSC池代理发送心跳信号。在更一般的意义上，服务器池的服务器将心跳信号从主动池代理中继到被动池代理。首选地，在主动MSC池代理和MSC-S之间在BSSAP相关的SCTP关联上传输该心跳信号，尽管作为备选可以使用GCP相关的SCTP关联。在MSC-S和被动MSC池代理之间，使用分别为MSC池代理分配的SPC(或者使用对于被动MSC池代理所处的M-MGW的GCP信令来说相同的SPC)在GCP相关的SCTP关联上传输该心跳信号。
该心跳信号是遵循某个恰当协议的典型地周期性发送的消息。在一个例子中，这可以是“ping”类型消息，即不包含有效载荷。在另一个例子中，该心跳消息可以由每个均包含发送方池代理的标识和/或中继方MSC-S的标识和/或时间戳(为了安全性)在内的消息来构成。不同于周期性设置的，构成心跳信号的该消息可以是“事件”触发的。在该情况下，被动MSC池代理可以定义窗口，在该窗口内该被动池代理预期接收到心跳消息，每次接收到心跳消息时重置定时器。
为了保证即使在仅单一MSC-S同时具有与主动和被动MSC池代理的主动连接时，被动MSC池代理将接收到心跳信号，主动池代理以轮转(round bin)的方式向MSC-S发送心跳信号。可以备选地使用其它恰当的选择机制。例如，池代理可以随机地选择MSC-S，或者仅使用所有可用的MSC-S中的子集合。
按照此处描述的MSS架构的安装，将一个MSC池代理(PPA)定义为主动并且将另一个(PP B)定义为被动。该被动代理被配置为收听发送的心跳信号，并且只要在某个预定义的最小频率和/或模式中接收到心跳信号，则保持被动。例如，该被动代理只要从至少一个MSC-S接收到心跳消息并且以某个最小频率接收该心跳信息，则可以保持被动。然而，如果没有接收到预期的心跳信号，由于这暗示着主动MSC池代理已经发生故障，或者主动MSC池代理的所有通向MSC-S池的链路已经停止工作(该被动池代理能够独立地确定其通向MSC-S的链路是否已经发生故障)，则该被动MSC池代理应当激活它自身。被激活的MSC池代理现在激活通向MSC-S池的BSSAP相关SCTP关联以及通向BSC的信令链路。该被激活的MSC池代理还开始经由MSC-S池向“发生故障”的MSC池代理发送其自己的心跳信号。同样地，如果故障的MSC池代理(或者其通向MSC-S的链路)随后恢复，则它将不重新激活自身。
图4示出了与池代理故障相关联的信令，在该简化的例子中，MSC-S池由一对MSC-S构成，即MSC A和MSC B。开始时，第一池代理(PP A)是主动的，同时第二池代理(PP B)是被动的。PP A依次向MSC A和MSC B发送心跳消息，MSC A和MSC B进而将该消息中继至PP B。只要接收到该消息，则PP B保持被动。现在假定丢失PP A和MSC A之间的SCTP关联，但是PPA和MSC B之间的关联保持存在。在该情况下，继续经由MSC B向PP B中继心跳消息，并且PP B保持被动。在也丢失PP A和MSC B之间的SCTP关联的情况下，并且假定PP A保持在线(即，仅丢失SCTP关联)，如图所示，PP A将对其通向BCS的链路以及其上游SCTP关联进行去激活。现在PP B注意到它没有接收到心跳消息(超时)，因此切换至主动状态。其激活其通向BSC的链路，激活通向MSC A和MSC B的上游SCTP关联，并且开始向PP A发送心跳消息。
在出于某种原因重启被动MSC池代理的情况下，或者在松开连接(包括GCP连接)的情况下，当该被动MSC池代理恢复时，其缺省地保持被动状态，除非其没有接收到心跳信号(根据预定义的阈值策略)，指示主动代理或者相关联的GCP链路发生故障，在该情况下激活该被动MSC池代理。
可以经由M3UA中继或者SCCP中继来进行MSC-S中的心跳消息的中继。在M3UA中继的情况中，使用SPC来中继心跳消息，而在SCCP中继的情况中，还可以使用子系统号码和全局标题用于路由。
图5示意地示出了在上述网络架构中使用的MSC池代理1的结构。将控制器2配置为被动操作状态，以从池MSC服务器接收心跳信号。在控制器没有接收到心跳信号的情况下，这指示了主动代理或者相关联的GCP链路发生故障，控制器操作开关3，打开心跳信号生成器7以提供输出心跳信号。该控制器2激活其MSC池代理，建立并且控制所需的链路和SCTP关联。图6示意地示出了在所述架构中使用的MSC-S4。MSC-S 4包括用于控制开关6的控制器5，该开关6从一个池代理接收心跳信号并且将该信号中继至另一个池代理。
图7和8是分别示出了操作池代理和服务器节点的方法的流程图。考虑图7，其包括下列步骤：被动池代理收听来自主动池代理的心跳，确定是否正确地接收该信号，并且相应地将其自身维持在主动或者被动状态。仅当将其维持在主动状态时才生成心跳信号。考虑图8，服务器池中的每一个MSC-S负责从主动池代理接收心跳消息，并且负责将这些消息中继至被动池代理。应当理解，可以将所示过程实施为在恰当硬件平台上运行的计算机程序代码。
尽管已经通过提供MSC-S池描述了本发明，应当理解，该原理可一般地应用于任何下述场景：由两个或者更多池代理向节点池提供服务并且需要代理冗余。仅与从主动池代理经由一个或者更多池节点向被动池代理中继心跳信号相关。
本领域技术人员应当理解可以在不背离本发明的范围的情况下对上述实施例做出各种修改。例如，尽管上述讨论已经涉及2G架构，还可将本发明应用于3G架构，在3G架构中由RNC替换BSC，并且用RANAP协议来替代BSSAP协议。还可将本发明应用于SGSN池代理网络架构中，在该架构中BSC/RNC经由两个(或者更多)池代理与SGSN池相连。在该情况中，应当经由专用信令链路来传送池代理和SGSN之间的心跳信令。

Claims (31)

1.一种被配置为在通信网络中作为池代理(1)操作的装置，该装置在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务，所述装置还被配置为以关于所述第一节点的主动状态和被动状态中的一个状态来操作，所述装置包括：
心跳信号生成器，被配置为提供心跳信号；
开关；以及
控制器，被配置为当处于所述主动状态时，操作所述开关以打开所述心跳信号生成器，向至少一个所述池化第二节点发送心跳信号(2、3、7)，以中继到对等池代理，并且当处于所述被动状态时，操作所述开关以接收(2)来自对等池代理的经由至少一个所述池化第二节点中继的心跳信号，其中，在处于所述被动状态时没有接收到心跳信号或者在预定义的最小频率和/或模式中没有接收到心跳信号的情况下，所述装置被配置(2)为将自身激活作为关于所述第一节点的池代理。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一节点是第一网络的节点，并且所述池化第二节点是第二网络的节点。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一网络是无线电接入网络，所述第二网络是核心网络，并且所述池化第二节点是池化服务器节点。
4.根据权利要求3所述的装置，所述装置被配置为操作作为移动交换中心池代理，用于在池化移动交换中心服务器的集合与基站控制器或无线电网络控制器之间路由信令业务。
5.根据权利要求4所述的装置，所述装置还被配置为操作作为移动媒体网关，并且被配置为使用网关控制协议，与作为媒体网关控制器的每一个所述移动交换中心进行通信。
6.根据权利要求3所述的装置，所述装置被配置为操作作为服务GPRS支撑节点池代理，用于在池化服务GPRS支撑节点的集合与基站控制器或无线电网络控制器之间路由信令业务。
7.根据权利要求1所述的装置，当处于所述主动状态时，所述装置被配置为通过流控制传输协议关联，向所述池化第二节点传递所述心跳信号。
8.根据权利要求7所述的装置，与网关控制协议接口共享所述流控制传输协议关联。
9.根据权利要求7所述的装置，与用于传送去往或来自所述第一节点的控制信令的接口共享所述流控制传输协议关联。
10.根据前述任意一项权利要求所述的装置，当处于所述被动状态时，所述装置被配置为通过流控制传输协议关联，从所述池化第二节点接收所述心跳信号。
11.根据从属于权利要求5的权利要求10所述的装置，与网关控制协议接口共享所述流控制传输协议关联。
12.根据权利要求1至9中任意一项所述的装置，所述装置被配置为以轮转方式经由所述池化第二节点中的一些来发送和接收心跳信号的各个心跳消息。
13.一种被配置为在通信网络中作为经由两个或者更多池代理向一个或者更多第一节点提供服务的池化第二节点集合中的一个池化第二节点来操作的装置，所述池代理中的一个维持为关于所述第一节点的主动状态，并且至少另一个池代理维持为关于所述第一节点的被动状态，所述装置包括：
开关；以及
控制器，被配置为控制所述开关以从主动池代理接收心跳信号并且向被动池代理中继所述心跳信号。
14.根据权利要求13所述的装置，所述池化第二节点是第二网络的服务器节点，并且所述第一节点是第一网络的节点。
15.根据权利要求14所述的装置，所述第二网络是核心网络，并且所述第一网络是无线电接入网络。
16.根据权利要求14所述的装置，所述装置被配置为通过M3UA或者SCCP中继中的一种来中继所述心跳信号。
17.根据权利要求15所述的装置，所述装置是移动交换中心。
18.根据权利要求17所述的装置，所述装置被配置作为使用网关控制协议的媒体网关控制器来进行操作，以控制在所述被动和主动池代理处实施的媒体网关。
19.根据权利要求14至18中任意一项所述的装置，所述装置被配置为通过流控制传输协议关联，向所述被动池代理传递所述心跳信号。
20.根据从属于权利要求18的权利要求19所述的装置，与网关控制协议接口共享所述流控制传输协议关联。
21.根据权利要求14至18中任意一项所述的装置，所述装置被配置为通过流控制传输协议关联，从所述主动池代理接收所述心跳信号。
22.根据从属于权利要求18的权利要求21所述的装置，与网关控制协议接口共享所述流控制传输协议关联。
23.根据权利要求21所述的装置，与用于传送去往和来自所述第一节点的控制信令的接口共享所述流控制传输协议关联。
24.一种在通信网络中提供冗余的方法，所述通信网络包括在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务的两个或者更多池代理，所述方法包括：将所述池代理中的一个维持为关于所述第一节点的主动状态，并且将所述池代理中的另一个维持为关于所述第一节点的被动状态，从所述主动池代理经由一个或者更多所述池化第二节点向所述被动池代理发送心跳信号(105)，并且在所述被动代理处没有接收到所述心跳信号的情况下，关于所述第一节点激活(104)该代理。
25.根据权利要求24所述的方法，所述方法包括以轮转的方式经由所述池化第二节点来路由所述心跳信号。
26.根据权利要求24所述的方法，所述第一节点是第一网络的节点，并且所述池化第二节点是第二网络的节点。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一网络是无线电接入网络，并且所述第二网络是核心网络，所述池代理是移动交换中心池代理，所述池化第二节点是移动交换中心服务器，以及所述无线电接入网络节点是基站控制器和无线电网络控制器中的一个。
28.根据权利要求27所述的方法，其中在媒体网关处实施所述池代理，所述媒体网关与在所述移动交换中心服务器处实施的媒体网关控制器功能进行通信。
29.根据权利要求27或28所述的方法，所述方法包括基于流控制传输协议关联，从所述主动池代理向所述池化第二节点发送心跳信号，与用于传送去往和来自所述无线电接入网络节点的控制信号的接口共享所述流控制传输协议关联。
30.一种在通信网络中提供冗余的方法，所述通信网络包括在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务的两个或者更多池代理，所述方法包括：在所述池代理中的一个池代理处，将所述代理维持(103)为关于所述第一节点的被动状态，从一个或者更多所述池化第二节点接收(101、102)心跳信号，并且在没有接收到所述心跳信号的情况下，关于所述第一节点激活(104)所述池代理。
31.一种在通信网络中提供冗余的方法，所述通信网络包括在第一节点和池化第二节点集合中的一个池化第二节点之间路由信令业务的两个或者更多池代理，所述池代理中的一个维持为关于所述第一节点的主动状态，并且至少另一个池代理维持为关于所述第一节点的被动状态，所述方法包括：在所述池化第二节点中的一个池化第二节点处，从主动池代理接收(202)心跳信号，并且将所述心跳信号中继(203)至被动池代理。
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Granted publication date: 20141217

Termination date: 20211217