CN107925873A - 用于虚拟化msc的vlr数据库的冗余性的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及移动电话网络的网络实体，诸如HLR或VLR，其在数据库中保持诸如IMSI的订户信息并且必须防止由故障或维护活动导致的此信息的丢失。特别地，当使用虚拟化技术时，相比使用常规技术时，平均故障前时间变得更短。因此，需要对系统架构进行适配以补偿增加的停用风险。该问题通过三重冗余架构得以解决，其中数据库（112）通过第一数据库（113）备份，第一数据库（113）自身通过第二数据库（131）备份，第二数据库（131）在非易失性存储装置（诸如存储区域网络（121））的备份文件（120）中存储数据。

Description

用于虚拟化MSC的VLR数据库的冗余性的方法

技术领域

本发明涉及包括保持与客户端有关的信息的数据库的网络实体、用于此网络实体中的部署的执行实体、用于处理与客户端有关的信息的方法和计算机程序产品。

背景技术

作为网络实体的移动交换中心节点（MSC节点）是服务在CS域（电路交换域）中漫游的GSM（全球移动通信系统）、WCDMA（宽带码分多址）和LTE（长期演进）订户的移动电话网络的电路交换核心网络内的节点。MSC节点主要负责移动性管理、路由和电路控制。多个MSC节点能够在网络内以池化配置被布置。所有池化MSC节点共享对相同无线电网络资源的控制。

MSC节点具有协同定位的来访定位寄存器（VLR），其对于订户由特定MSC节点服务的持续期保持存储与订户有关的信息。大部分的与订户有关的信息从中央归属定位寄存器（HLR）被提取。在VLR中存储的一些信息具有易失性性质，并且只被存储在VLR中，而在HLR中不可获得。任一类数据的丢失导致可服务性的降级，并且应被避免。

信息和电信产业（ITC）趋势正在采用在商用现货（COTS）硬件上数据中心内的虚拟化环境上被执行的应用来替代执行在专用的特制硬件上的应用。以前在物理板上执行的软件现在在利用由数据中心提供的虚拟化基础设施的虚拟机内被执行。该基础设施由计算、存储和网络组成。虚拟化数据中心的架构已由ETSI ISG指定，并且能够取自ETSI GS NFV002。在此架构中，MSC被视为在计算主机上部署的虚拟机上运行的虚拟化网络功能（VNF）。虚拟机能够在计算主机之间被重新分配，这称为迁移。要求在虚拟机内运行的来宾操作系统的重新引导的迁移类型称为非即时迁移（non-live migration）。由于初始计算主机的停用引起的虚拟机的重新例示称为疏散（evacuation）。

最新技术水平的MSC/VLR系统架构在RAM中存储VLR数据。假设扰动的可能性小到足以证明基于RAM的存储的损失是合理的。

在包括VLR的MSC节点中，VLR数据能够幸免于某些系统恢复规程。在可缩放刀片集群架构中，一般情况下每个VLR数据记录被存储在两个CP刀片上，以便在单刀片故障发生的情况下无VLR数据丢失。在刀片恢复后，当在事务中牵涉到相应订户时重新建立冗余。在针对包括VLR的MSC节点的增强解决方案中，定位区域被存储在外部数据库中或者在包括在相同MSC池内的VLR的密友MSC节点中。

在随机存取存储器（RAM）的内容在包括VLR的MSC节点中例如由于电源故障或系统崩溃原因而丢失时，整个VLR数据集被丢失。虽然与预订有关的数据能够从HLR被检索，但此规程具有缺陷和限制，因为从HLR检索订户记录延长了呼叫设定，并且可由于在无线电侧上监管计时器的过期而导致失败的呼叫设定。另外，在短时间内为大量订户检索订户记录将耗尽HLR的容量，并且因此始发和终止事务将被用于受影响订户的MSC拒绝。从HLR不能检索临时移动订户身份（TMSI）。在用户实体（UE）借助于TMSI标识自身时，它将作为未知而被拒绝，并且必须执行在无线电接口上显露国际移动订户身份（IMSI）的定位更新。第一移动始发呼叫设定将失败，并且用户的隐私受到连累。MSC将向UE分配新TMSI。

从HLR不能检索UE的定位区域和服务移动性管理实体地址（MME地址）。为终止事务（例如移动终止呼叫或移动终止SMS）而到达带有未知定位的订户的唯一方式是在由MSC服务的整个区域内执行寻呼，即，全局寻呼。无线电网络只具有用于全局寻呼的有限容量，并且全局寻呼未在所有网络中被启用。在无全局寻呼的情况下，受影响订户不可达，直到UE执行周期性定位更新或者用户尝试始发呼叫或发起不同事务为止。

MSC刀片集群服务器能够在两个刀片（即，服务于订户的刀片和密友刀片）上存储VLR数据。如果这些刀片之一丢失RAM内容，则在故障刀片恢复后或者在剩余刀片之间的订户重新分配后，需要重新建立1:1冗余。如果在重新建立数据冗余前密友刀片也丢失RAM内容，则在MSC节点中丢失VLR数据集。通过原生部署，这能够只在双硬件故障的情况下发生。电信级硬件的平均故障前时间一般跨几十年。在虚拟部署中，预期VM的平均故障前时间要短得多。

本发明在解决的问题源于两个方面，组织方面和架构方面。

虚拟化网络功能的操作和管理一般在所称的“租户管理域”内执行，而虚拟化基础设施的操作和管理在所称的“基础设施管理域”内执行。所述两个管理域不但能够在组织上是分开的，而且它们也能够由不同公司运行。从在基础设施管理域内工作的职员不能预期VNF特定知识或考虑。

虚拟化层的引入增大了对于计划和未计划的停用的可能性。针对虚拟化计算基础设施的设计目的不同于针对虚拟化存储基础设施的目的。虚拟化存储基础设施在使用诸如RAID的技术保持存储的数据冗余的情况下，保证数据的持久性。用于存储基础设施维护的操作规程考虑存储的数据的留存。然而，虚拟化计算基础设施不知道应用级数据冗余方案。基础设施管理域内的任何操作能够因此不利地干扰、阻碍或破坏应用级数据冗余机制。

为了避免计算硬件变成单点故障，可能采用防止在相同计算主机上部署1:1冗余虚拟机的方式来配置云管理系统。然而，这将只防止对于某些情形的冗余应用组件的同时停用。即使它有助于使冗余虚拟机的同时扰动不那么可能，但它无论如何没有考虑在用于数据冗余性的另一虚拟机被暴露于扰动之前对于在第一虚拟机恢复后或在订户重新分配后对数据冗余性的修复的需要。

在使用虚拟化技术的数据中心中的维护活动期间，特别是在固件、主机操作系统或管理程序的升级/更新期间，计算主机一般以批处理模式一个接一个地被停止使用。来宾虚拟机被迁移到其它计算主机。如果使用非即时迁移，则将重新引导VM。在本发明的上下文内，最关键的操作规程是在计算主机之间虚拟机的非即时迁移。

在虚拟机被一个接一个地停止使用、疏散或非即时迁移到其它计算主机时，VM被重新引导并且丢失RAM存储的VLR数据。即使VLR数据的备份被存储在其它VM上，含有备份数据的VM也可遭受非即时迁移影响，并且因此在第一被迁移VM的引导后再次获得冗余前也丢失RAM存储的数据。批处理模式非即时迁移将因此导致VLR数据丢失，而不论现有的基于RAM的冗余机制如何。

在虚拟化数据中心中部署的MSC的在使用中性能（In-service-performance）应当与原生部署在同等水平。系统架构需要被适配以补偿针对停用的增大风险和对于将以其它方式影响MSCv（MSC虚拟化）的ISP的更多操作规程的需要。

发明内容

本发明的目的是降低丢失在数据库中存储的与客户端有关的信息的风险。

此目的通过根据独立权利要求的主题而得以解决。优选实施例是从属权利要求、描述和图的主题。

根据第一方面，此目的通过一种网络实体而得以解决，该网络实体包括：数据库，其对于客户端由该网络实体服务的持续期，保持存储与客户端有关的信息；作为该数据库的备份的影子数据库；作为该影子数据库的备份的影子集群数据库；用于将该影子集群数据库的改变传递到该影子集群数据库的备份文件的存储接口；以及用于存储该影子集群数据库的备份文件的非易失性存储装置。对于原生和虚拟化数据中心部署均能够应用该网络实体。VLR数据冗余能够通过在盘上带有备份的节点内部存储器中数据库得以实现。解决方案被优化以在正常操作期间保持低的处理和内部通信负载，从而允许在恢复情形中对VLR数据的实时访问和保持短的恢复时间。

提供一种包括处理器和存储器的用于网络实体的设备，所述存储器含有由所述处理器可执行的指令，由此所述设备可操作以对于客户端由该网络实体服务的持续期在数据库中保持存储与客户端有关的信息；提供作为该数据库的备份的影子数据库；提供作为该影子数据库的备份的影子集群数据库；提供用于将该影子集群数据库的改变传递到该影子集群数据库的备份文件的存储接口；以及在非易失性存储装置中存储该影子集群数据库的备份文件。

在网络实体的一优选实施例中，数据库和影子数据库由第一虚拟机或第一刀片单元提供，并且影子集群数据库和存储接口由第二虚拟机或第二刀片单元提供。此实施例具有如下的技术优点：在第一刀片或虚拟机上的硬件故障不影响在第二刀片上的寄存器，且反之亦然，以及在其中任何一个停用的情况下，数据仍能够从存储器中数据库被实时供应。

在网络实体的进一步的优选实施例中，非易失性存储装置包括高持久性的存储区域网络或物理存储装置。此实施例符合虚拟化数据中心架构，并且具有如下的优点：云基础设施设计和操作规程将确保存储的备份文件不被丢失。高持久性的物理存储装置能够是独立盘的冗余阵列或采用与常规硬盘相比更持久的方式存储数据的任何其它系统。此实施例具有能够降低丢失备份文件的风险的技术优点。

在网络实体的进一步的优选实施例中，数据库和影子数据库被组合在一个数据库中。此实施例具有两个数据库能够被更高效地处理的技术优点。

在网络实体的进一步的优选实施例中，影子数据库包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表和基于客户端身份被编索引的用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表。客户端身份可包括任何非临时客户端身份，例如国际移动订户身份。

在网络实体的进一步的优选实施例中，影子数据库包括用于存储在移动订户设备的临时身份与国际移动订户身份之间的映射信息的第三表。移动订户设备的临时身份能够是临时移动订户身份TMSI、全球唯一临时身份GUTI或分组临时移动订户P-TMSI，它们分别由移动服务交换中心MSC、移动性管理实体MME和SGSN服务GPRS支持节点使用。这些实施例具有在正常操作期间为备份目的传递的数据量被保持到最低的技术优点，由此卸载数据中心的基础设施，并且要求更少的计算容量。

在进一步的优选实施例中，第一、第二和第三表中的至少一个包括与其关联的用于从影子集群数据库恢复相应表的内容的集群数据库提取器。此实施例具有如下的技术优点：处理和数据传送在正常操作期间被最小化，并且在影子VLR上不可用的数据能够从影子集群VLR的存储器中数据库被实时供应。

在网络实体的进一步的优选实施例中，影子集群数据库包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表、基于客户端身份被编索引的用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表。

在网络实体的进一步的优选实施例中，影子集群数据库包括用于存储在国际移动订户身份与移动订户设备的临时身份之间的映射信息的第三表。移动订户设备的临时身份能够是例如临时移动订户身份TMSI、全球唯一临时身份GUTI或分组临时移动订户P-TMSI，它们分别由移动服务交换中心MSC、移动性管理实体MME和SGSN服务GPRS支持节点使用。这些实施例还具有如下的技术优点：用于在正常操作期间维护备份数据的数据吞吐量被最小化且请求能够从存储器中数据库被实时快速地服务。

在网络实体的进一步的优选实施例中，第一、第二和第三表中的至少一个包括与其关联的用于从备份文件恢复相应表的内容的存储提取器。该实施例具有如下的技术优点：表的内容能够快速且可靠地被恢复，并且影子集群VRL将在停用后快速使数据库内容在存储器中完全可用，并且将能极快地服务于来自影子刀片VLR的请求。

在网络实体的进一步的优选实施例中，频繁被更新的信息包括与移动性有关的信息，并且不那么频繁被更新的信息包括与预订有关的信息。与移动性有关的信息能够包括关于移动订户设备的临时身份、定位信息、小区标识或移动管理实体身份的信息。此实施例具有实现要在独立表中存储的内容的适合分隔的技术优点。

在网络实体的进一步的优选实施例中，数据库、影子数据库和影子集群数据库被存储在存储器中。存储器能够是例如随机存取存储器（RAM）或内容可寻址存储器CAM。此实施例具有提供对寄存器的快速访问的技术优点。

在网络实体的进一步的优选实施例中，网络实体包括移动交换中心节点、服务通用分组无线电服务（GPRS）支持节点或移动性管理实体。此实施例具有能够为由移动电话使用的数字蜂窝网络提供与冗余客户端有关的信息的技术优点。

在网络实体的进一步的优选实施例中，影子集群数据库包括多个影子数据库的超集。此实施例具有如下的技术优点：中央寄存器能够被用于减少存储多个影子数据库的工作，并且它允许还在自写入影子集群VLR数据库内容当刀片或VM的数量已改变以及订户已在它们之间被重新分配时对影子刀片VLR数据库的还原。该方式允许从与在存储数据的VM/刀片不同的VM/刀片恢复用于订户的数据，这对于其中刀片的数量在存储与恢复之间改变的缩放（scaling）或故障情形是重要的。

根据第二方面，此目的通过一种用于在网络实体中部署的执行实体而得以解决，执行实体包括：用于与数据库通信的接口，该数据库对于客户端由该网络实体服务的持续期保持存储与客户端有关的信息；作为数据库的备份的影子数据库；以及用于与作为影子数据库的备份的影子集群数据库通信的集群数据库接口。此执行实体与根据第一方面的网络实体具有相同的技术优点。

提供了一种包括处理器和存储器的对于用于在网络实体中部署的执行实体的设备，所述存储器含有由所述处理器可执行的指令，由此所述设备可操作以：提供用于与数据库通信的接口，该数据库对于客户端由该网络实体服务的持续期保持存储与客户端有关的信息；提供作为数据库的备份的影子数据库；以及提供用于与作为影子数据库的备份的影子集群数据库通信的集群数据库接口。

根据第三方面，此目的通过一种用于在网络实体中部署的执行实体而得以解决，该执行实体包括：用于与影子数据库通信的接口；作为该影子数据库的备份的影子集群数据库；以及用于将该影子集群数据库的改变传递到该影子集群数据库的备份文件的存储接口。此执行实体与根据第一方面的网络实体具有相同的技术优点。

提供了一种包括处理器和存储器的对于用于网络实体中部署的执行实体的设备，所述存储器含有由所述处理器可执行的指令，由此所述设备可操作以：提供用于与影子数据库通信的接口，提供作为该影子数据库的备份的影子集群数据库；以及提供用于将该影子集群数据库的改变传递到该影子集群数据库的备份文件的存储接口。

根据第四方面，此目的通过一种用于在网络实体中部署的执行实体而得以解决，该执行实体包括数据库，该数据库对于客户端由该网络实体服务的持续期保持存储与客户端有关的信息；其中该数据库包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表和基于客户端身份被编索引的用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表。

提供了一种包括处理器和存储器的针对用于在网络实体中部署的执行实体的设备，所述存储器含有由所述处理器可执行的指令，由此所述设备可操作以提供数据库，该数据库对于客户端由该网络实体服务的持续期保持存储与客户端有关的信息；其中该数据库包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表和基于客户端身份被编索引的用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表。

在执行实体的一优选实施例，执行实体是刀片单元或虚拟机。此实施例具有使用快速和独立单元的技术优点。

根据第五方面，此目的通过一种用于处理与客户端有关的信息的方法而得以解决，该方法包括以下步骤：对于客户端由网络实体服务的持续期，在数据库中保持存储与客户端有关的信息；提供作为该数据库的备份的影子数据库；提供作为该影子数据库的备份的影子集群数据库；提供用于将该影子集群数据库的改变传递到该影子集群数据库的备份文件的存储接口；以及在非易失性存储装置中存储该影子集群数据库的备份文件。该方法与根据第一方面的网络实体具有相同的技术优点。

在该方法的一优选实施例中，备份文件被存储在高持久性的物理存储装置上或者被存储在由存储区域网络提供的虚拟存储装置上。此实施例具有能够降低丢失备份文件的风险的技术优点。

在该方法的进一步优选实施例中，该影子数据库或该影子集群数据库的与客户端有关的信息被存储在用于存储频繁被更新的信息的第一表、用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表和用于存储映射信息的第三表中。此实施例也具有使得在正常操作期间需要处理和传送的数据量最小化的技术优点。

在该方法的进一步优选实施例中，按照定期间隔针对具有过期时戳的表条目来检查该影子集群数据库，并从对应表移除具有过期时戳的表条目。此实施例具有如下的技术有点：对于用于存储表的存储空间的需要并不由于曾不被移除的不使用条目而随着时间的过去而增大。

在该方法的进一步优选实施例中，按照定期间隔针对在对应表之间的不一致进行检查。此实施例具有能够检测到由不一致产生的错误的技术优点。

根据第六方面，此目的通过一种可直接加载到数字计算机的内部存储器中的计算机程序产品而得以解决，该计算机程序产品包括当所述产品在计算机上运行时用于执行按照根据第四方面的方法的步骤的软件代码部分。该计算机程序产品与根据第五方面的方法具有相同的技术优点。

附图说明

可相对于以下的图来描述进一步的实施例，其中：

图1示出在执行MSC的业务处理的一组VM或刀片；

图2示出影子来访定位寄存器的配置；

图3示出影子集群来访定位寄存器的配置；

图4示出影子集群来访定位寄存器的备份文件；

图5示出垃圾收集器的活动流；以及

图6示出用于处理与订户有关的信息的方法的框图；以及

图7示出作为网络实体的计算机。

具体实施方式

图1示出作为执行实体的在执行作为网络实体的MSC节点100的业务处理111的一组虚拟机（VM）或刀片110。处理用于由VM/刀片110服务的订户的业务所需要的预订数据和其它信息被存储在来访定位寄存器112中，其可在实现中分布在几个对象、表或寄存器上。预订数据包括与客户端有关的信息。

对于VM/刀片110上的上面提及的元件，影子来访定位寄存器113被添加作为存储VLR数据和处理VLR数据的冗余和恢复方面的组件。影子来访定位寄存器113充当来访定位寄存器112的备份。能够在执行业务处理的每个VM/刀片110上存在的影子VLR 113与分配在单独VM/刀片130上的另外影子集群VLR 131通信。

影子VLR 113和影子集群VLR 131在基于RAM的数据库中存储由MSC节点100服务的所有订户的VLR数据。影子集群来访定位寄存器131充当影子来访定位寄存器113的备份，并且能够充当用于位于不同实体上的多个影子VLR 113的备份。

影子集群VLR 131控制在位于作为非易失性存储装置的存储区域网络120内的一组备份文件121。为存储区域网络120提供了冗余保证，即，甚至在电源故障或例如硬盘崩溃的硬件故障情况中，能够将存储考虑为无损的。

概括来说，VLR数据采用三重冗余被保持在MSC节点100内，其中前两级段在RAM中保持数据库，并且最后级段在防止包括各个组件的电源故障或机械故障的任何类型的停用中是稳健的。

虚拟机是特定计算机系统的仿真。虚拟机基于实际或假设计算机的计算机架构和功能操作，并且它们的实现可牵涉到专用硬件、软件或两者的组合。刀片是采用优化的以最小化对物理空间和能量的使用的模块化设计的服务器计算机。

网络实体100例如是移动交换中心节点、服务GPRS支持节点（2G和3G分组交换网络的部分）或移动性管理实体（4G网络的部分），其用于处理在由移动电话使用的数字蜂窝网络（比如全球移动通信系统（GSM））中的业务。通常，网络实体能够是能提供用于管理用户设备的移动性的对应功能的每一个物理或虚拟单元。能够在单个节点上或者采用跨包括若干计算机的云的分布式方式来提供网络实体。

相应地，执行实体例如是刀片服务器的刀片单元110或服务器中的虚拟机110。通常，执行实体能够是能执行对应功能的每一个物理或虚拟单元。执行实体是网络实体的部分，并且能够位于单个节点上或者采用跨云的分布式方式被定位。

寄存器是数据库，所述数据库带有处理用于被服务客户端（比如在数字蜂窝网络中移动电话的订户）的业务所需要的预订数据和其它信息的数据的有组织集合。寄存器能够由在随机存取存储器中存储的数据库提供。数据库能够通过对应接口被访问。

在原生基础设施上部署时，在作为网络实体的MSC节点100内的业务处理能够由一个或多个刀片执行。在虚拟化数据中心部署时，在MSC节点100内的业务处理可由多个虚拟机共享。出于效率原因，在刀片或VM之间的负载共享最适合在每订户基础上进行，使得VLR数据及对于给定订户的事务有关数据无需在刀片或VM之间共享。在n个（其中n>1）刀片或VM之间不共享处理负载的小系统能够被视为n=1的特殊情况。主题仍适用于此特殊情况。

图2示出影子来访定位寄存器113的配置。影子VLR 113具有三个外部接口。它通过查询处理机220和更新处理机210作为接口向刀片VLR 112通信。它通过集群VLR接口250向影子集群VLR 131通信。

VLR数据被存储在影子VLR 113内的三个表中。VLR表222存储频繁被更新的信息，诸如临时移动订户身份TMSI、定位信息、小区标识或MME身份。另一VLR表232存储不那么频繁被更新的信息，比如与预订有关的信息。IMSI查找表242存储映射信息，并且允许将TMSI转化成IMSI。

刀片VLR 112中的任何改变通过更新处理机210被推送到存储相应类型的信息的表。在VLR表222和232内，通过在IMSI上进行散列来确定表条目的位置。在IMSI查找表242内，通过在TMSI上进行散列来确定表条目的位置。IMSI索引器221、231和241查找在对应表内条目的位置。

每个表具有与其关联的集群VLR更新器223、233、243。无论何时修改，添加或删除表条目，集群VLR更新器223、233、243将改变的数据通过集群VLR接口250推送到影子集群VLR 131。此数据推送与表改变异步进行，使得没有等待时间被添加到实时业务处理。排队机制能够实现为例如链接的列表。VLR表222的条目提供有指示与移动台的最后无线电联系的时戳。

每个表具有与其关联的集群VLR提取器224、234、244。无论何时接收到对于不存在的表条目的查询，由集群VLR提取器224、234和244通过集群VLR接口250将请求传递到影子集群VLR 131，并且从那里检索数据。表能够由对应数据库实现。数据库的一个或多个表或一个或多个数据库能够被组合在单个公共数据库中。

图3示出影子集群来访定位寄存器131的配置。影子集群VLR 131具有三个外部接口。它通过更新处理机310和查询处理机320作为接口向影子刀片VLR 113通信。它通过存储接口350向存储区域网络210通信。与图3中所示不同，表及它们的关联组件也能够被分配到多个刀片/VM 110。

VLR数据被存储在影子集群VLR 131内的三个表中。VLR表322存储频繁被更新的信息，诸如TMSI、定位信息、小区标识或MME身份。VLR表332存储不太频繁被更新的信息，比如与预订有关的信息。IMSI查找表342存储映射信息，并且允许将TMSI转化成IMSI。就影子VLR113而论，表结构相同，但影子集群VLR 131存储所有VLR数据的超集。

刀片VLR 113上的任何改变通过更新处理机310被推送到存储相应类型信息的表。在VLR表322和332内，通过在IMSI上进行散列来确定表条目的位置。在IMSI查找表342内，通过在TMSI上进行散列来确定表条目的位置。表能够由对应数据库实现。

每个表具有与其关联的存储更新器323、333、343。无论何时修改，添加或删除表条目，存储更新器323、333、343将改变的数据通过存储接口350推送到在硬盘121上的文件集。此数据推送与表改变异步进行。排队机制能够实现为例如链接的列表。

每个表具有与其关联的存储提取器324、334、344。在表内容由于托管影子集群VLR131的VM/刀片130的停用而被丢失时，它从在盘121h存储的相应文件411、412或413恢复整个表。

VLR表322另外具有与其关联的垃圾收集器324。如果由于相应业务处理刀片/VM110的停用而错过订户注销，则在集群VLR 131上的表中的陈旧条目和在盘上的镜像将保持。此类条目能够由垃圾收集器标识和消除。垃圾收集器删除比某个阈值限制更老的所有表条目。与订户有关的条目的年龄能够由在VLR表322内的关联时戳确定。

阈值年龄应大于在MSC节点100中配置的自动注销的持续期。在周期性位点更新未及时被执行时，自动注销从VLR移除订户。时戳与来自VLR 113的有效负载一起被接收。此外，垃圾收集器检测能够是影子集群VLR 131的停用的结果的表之间的不一致。它通过在粗略扫描VLR表322时将在VLR表332和IMSI查找表342中的有关记录标记为有效来进行此操作。未携带标记的所有记录随后被垃圾收集器删除。

图4示出影子集群来访定位寄存器131的备份文件。在影子集群VLR 131的RAM中含有的每个表的图像被存储在文件系统内的对应文件411、412、413中，文件系统在物理上位于在RAID或类似配置（其确保在单个硬盘崩溃的情况下数据的可保持性）中配置的至少两个冗余硬盘驱动器401和402上。

通过使用标识在集群VLR上RAM存储的表内的记录的相同索引，进行对文件内各个记录的写访问。在每文件基础上而从不在记录级上进行对数据的读访问。

图5示出垃圾收集器的活动流，其应在集群VLR的每一个恢复后并且以稍微大于在节点中配置的自动注销的间隔的间隔来被触发。

在步骤S401中，设置到小VLR表322、222中第一条目的索引。在步骤S402中，检查在索引位置是否有有效表条目。如果没有有效表条目，则执行步骤S406。如果有有效表条目，则在步骤S403中检查在索引位置的表条目是否已过期。如果在索引位置的表条目过期，则执行步骤S406。如果在索引位置的表条目未过期，则执行步骤S404。在步骤S404中，在大表中标记IMSI。在下一步骤S405中，在大表中标记TMSI。

在步骤S406中，将索引增大一。在步骤S407中，检查是否已到达表的末尾。如果尚未到达表的末尾，则再次执行步骤S402。如果已到达表的末尾，则执行步骤S408-1和S408-2。

在步骤S408-1中，设置到大VLR表中第一条目的索引。在步骤S409-1中，检查在索引位置是否有有效表条目。如果没有有效表条目，则执行步骤S412-1。如果有有效表条目，则在步骤S410-1中检查是否标记了在索引位置的表条目。如果标记了在索引位置的表条目，则执行步骤412-1。如果未标记在索引位置的表条目，则在步骤S411-1中删除在索引位置的条目。

在步骤S412-1中，将索引增大一。在步骤S413-1中，检查是否已到达表的末尾。如果尚未到达表的末尾，则再次执行步骤S409-1。如果已到达表的末尾，则终止操作。

在步骤S408-2中，设置到IMSI表中第一条目的索引。在步骤S409-2中，检查在索引位置是否有有效表条目。如果没有有效表条目，则执行步骤S412-2。如果有有效表条目，则在步骤S410-2中检查是否标记了在索引位置的表条目。如果标记了在索引位置的表条目，则执行步骤412-2。如果未标记在索引位置的表条目，则在步骤S411-2中删除在索引位置的条目。

在步骤S412-2中，将索引增大一。在步骤S413-2中，检查是否已到达表的末尾。如果尚未到达表的末尾，则再次执行步骤S409-2。如果已到达表的末尾，则终止操作。

图6示出用于处理与订户有关的信息的方法的框图。方法包括对于订户由网络实体100服务的持续期保持与订户有关的信息在来访定位寄存器112中被存储的步骤S101、提供作为来访定位寄存器112的备份的影子来访定位寄存器113的步骤S102、提供作为影子来访定位寄存器113的备份的影子集群来访定位寄存器131的步骤S103、提供用于将影子集群来访定位寄存器131的改变传递到影子集群来访定位寄存器131的至少一个备份文件121的存储接口350的步骤S104；以及在非易失性存储装置120中存储影子集群来访定位寄存器131的备份文件121的步骤S105。

在正常操作期间VLR数据的更新按如下过程被执行：

业务处理模块111使用内部VLR数据库112服务于业务处理需要。在VLR数据的每一个插入、删除或修改，VLR数据库112将更新请求传递到影子VLR的更新处理机210。更新处理机分析要更新的数据。将被存储在小VLR表中的数据被发送到IMSI索引器221，该索引器查找在小VLR表中条目的位置，并且在表222中插入数据。将被存储在大VLR表中的数据被发送到IMSI索引器231，该索引器查找在大VLR表中条目的位置，并且在表232中插入数据。如果分配了TMSI或使其变成无效，则更新处理机将它发送到TMSI索引器241，该索引器查找在IMSI查找表中条目的位置，并且在表242中插入数据。在分配了新TMSI时，旧TMSI在IMSI查找表中变成无效，并且新TMSI需要被添加到IMSI查找表。

小VLR数据库222和322在每一个记录中携带时戳。它由更新处理机210生成。VLR112在与移动台的每个无线电联系通知更新处理机，以便使时戳保持最新。

在小VLR表222中条目的添加、修改或删除后，集群VLR更新器223被告知，并且将更新请求排队以便经由集群VLR接口250向影子集群VLR 131发送。大VLR表232的集群VLR更新器233和IMSI查找表242的集群VLR更新器243遵循相同的原理。在集群VLR接口250与更新处理机310之间的握手确保集群VLR不过载，并且更新被排队，直至它们能够被集群VLR服务为止。在集群VLR临时停用的情况下，或者在集群VLR从盘恢复表时，所述机制也适用。

在影子集群VLR 131的更新处理机310接收更新请求时，它分析要更新的数据。将会被存储在小VLR表中的数据被发送到IMSI索引器321，该索引器查找在小VLR表中条目的位置，并且在表322中插入数据。将会被存储在大VLR表中的数据被发送到IMSI索引器331，该索引器查找在大VLR表中条目的位置，并且在表332中插入数据。如果分配了TMSI或使其变成无效，则更新处理机将它发送到IMSI索引器341，该索引器查找在IMSI查找表中条目的位置，并且在表342中插入数据。在分配了新TMSI时，旧TMSI需要在IMSI查找表中变成无效，并且新TMSI需要被添加到IMSI查找表。到目前为止，除了集群VLR聚合来自所有VLR的数据，并且更新处理机310不生成时戳外，与在影子VLR上相比处理是相同的。

在小VLR表322中条目的添加、修改或删除后，盘更新器323被告知，并且将更新请求排队以便经由存储接口350向随机接入文件121发送。大VLR表332的盘更新器333和IMSI查找表342的盘更新器343遵循相同的原理。

存储区域网络120上的文件是在影子集群VLR上的RAM存储的表的确切图像。因此，能够使用通过影子集群VLR的索引器321、331、341标识的索引位置来各个地更新记录。

在恢复后对VLR的还原按照如下过程被执行：

在业务处理刀片110从停用中恢复时，VLR 113丢失VLR数据。在每记录基础上，根据需要执行在恢复后对VLR的还原。由查询处理机220接收的并且在相应表222、232、242中没有匹配条目的请求被传递到集群VLR提取器224、234或244（其使用集群VLR接口250从集群VLR131获得数据）。

集群VLR查询处理机320通过将请求发送到存储相应类型数据的表的索引器来服务于请求。对在小VLR表中存储的数据的查询被发送到IMSI索引器321，该索引器查找在小VLR表中条目的位置，并且使用表322服务于该请求。对在大VLR表中存储的数据的查询被发送到IMSI索引器331，该索引器查找在大VLR表中条目的位置，并且使用表332服务于该请求。对于从TMSI到IMSI的转化的查询被发送到TMSI索引器341，该索引器查找在IMSI查找表中条目的位置，并且使用表342服务于该请求。借助于上述规程，影子VLR将在一定的时间期（其将持续与在网络中周期性定位更新时间的持续期一样长的时间）内在业务处理期间重新生成其自身。

由查询处理机320接收的并且在相应表322、332、342中没有匹配条目的请求被拒绝。不进行从盘读数据的尝试。转而，查询处理机320向影子VLR 113发送回否定结果，影子VLR 113通过VLR 112将它传递到业务处理模块111，并且订户将最终被MSC按照未知来对待。

在恢复后解决双重VLR注册按照如下过程被执行：

在VM/刀片110的停用期间，已由其服务的移动台可移动到不同MSC服务区域。在注册不同服务MSC时，HLR将向以前服务MSC发送注销消息。如果该MSC不可达，但在恢复时保持VLR数据，则两个MSC将具有在它们的VLR中注册的用户。需要考虑两种情形：

如果用户停留在另一MSC的服务区域中，则终止呼叫被路由到另一MSC。将没有副作用发生。在恢复的MSC中过时的VLR记录将最终被自动注销函数移除，并且相应VLR记录的删除将通过影子VLR、影子集群VLR向下级联到存储文件；

如果用户返回初始服务MSC，则该MSC可在不联系HLR的情况下服务于订户，并且由于HLR将仍引导终止呼叫到另一MSC，故终止呼叫将丢失。新处理需要作为提议的解决方案的部分，如下所述。

在每一个订户的第一网络交互，恢复的MSC的业务处理模块111向HLR发送更新定位消息。这能够在正进行的呼叫期间完成，并且不延迟呼叫设定。如此，在HLR向具有注册的订户的另一MSC发送取消定位消息时，潜在的双重注册将被其消除。

在恢复后集群VLR的还原按照如下过程被执行：

在影子集群VLR丢失在RAM中存储的VLR数据时，表恢复器单元325、335、345从在存储区域网络120上存储的文件411、412、413读整个数据集。

在从盘进行数据恢复期间，已被传递的VLR记录能够已经被用于服务于查询处理机320接收的请求。

在从文件进行读时，更新处理机310必须不接受对还未从盘读的表条目的改变。这最早借助于通过与刀片VLR的集群VLR更新器223、233、243的流控制的背压（back-pressure）来实现。需要的更新将被保持在刀片VLR上的队列中，直至从盘的表恢复完成为止。

垃圾收集按照如下过程被执行：

因为业务处理刀片不可用，或者由于在MSC与HLR之间信令连接中的扰动，可能发生未从HLR接收到订户注销。随着时间的过去，这将在集群影子VLR表中生成陈旧条目。

只要业务处理刀片110未遭遇RAM内容的丢失，则在订户不活动的某个时间后自动注销的常规机制（其从VLR 112删除订户）还将触发从影子VLR 113和影子集群VLR 131中的表删除订户有关数据。

如果业务处理刀片110已丢失VLR数据，则相应VLR数据仍在集群VLR和盘上存档的镜像表中存在。为解决陈旧表条目的问题，集群VLR中的小表具有连接的垃圾收集器360，其按照定期间隔检查具有过期时戳的表条目并将它们从表移除。表内的任何改变通过相应盘更新器被镜像至盘上的文件。过期阈值应被设置得类似于自动注销时间值，自动注销时间值大于在网络中的周期性定位更新计时器值。

在表写操作期间影子集群VLR的停用能够导致未被上述规程检测到的表中的不一致。因此，在此类停用后的第一轮扫描，垃圾收集器另外检查大VLR表和IMSI查找表是否具有针对在小VLR表中每个条目的对应条目。此类条目被标记为有效，并且剩余记录随后被垃圾收集器移除。

在110实体的停用情况中，或者在进行向内缩放或向外缩放（添加或移除110实体）时，然后能够在不同110实体的112与113数据库之间移动订户数据。

业务处理刀片所使用的VLR数据的恢复从单独刀片上的存储器中数据库被执行，从而满足实时要求。存储器中数据库的最新副本被一直保持在盘上。在发生数据库服务器的存储器丢失的情况下，立刻从盘进行整个数据库的恢复。

图7示出了作为网络实体100或执行实体110的数字计算机700。计算机700能够包括可直接加载到数字计算机700的内部存储器701中的计算机程序产品，其包括当所述产品在计算机700上运行时用于执行任何前面提及的方法步骤的软件代码部分。

计算机700是通用装置，其能够被编程成基于软件代码部分，自动执行一组算术或逻辑操作。计算机700包括内部存储器701，诸如随机存取存储器芯片，其通过比如IO总线的接口703与处理器705耦合。处理器705是计算机700内的电子电路，其通过执行指令指定的基本算术、逻辑、控制和输入/输出（I/O）操作，来执行软件代码部分的指令。为此，处理器705访问在内部存储器701中存储的软件代码部分。

网络实体、执行实体和方法被优化以在正常操作期间保持低的处理和内部通信负载，同时允许在恢复情形中对VLR数据的实时访问。它们与虚拟化应用的缩放是兼容的，即，如果虚拟刀片的数量改变，则恢复仍是可能的。在正常操作期间，呼叫设定时间未被延迟。恢复从存储器中数据库被执行，从而满足实时要求。网络实体、执行实体和方法能够容易地被集成到现有系统架构和性能中。

数据的冗余的建立与业务处理是异步的。在故障发生时在组件之间“飞行中”的事务不能够被丢失。对于此类小量的用户，能够从HLR检索这些数据，并且能够在不存在HLR或无线电网络的过载风险的情况下执行全局寻呼。如可由于系统组件的停用而被创建的在MSC节点内不同存储定位之间的VLR数据不一致被自动检测到并解决。

对于非池化MSC，消除了第一移动始发事务失败和IMSI在无线电接口上被暴露的问题。在不需要之前的始发事务的情况下，订户对于终止事务是可达的。

对于在池中的MSC，消除了对“增强移动终止呼叫处理”（eMTCH）的需要，其在相同池内隶属的MSC中存储一些VLR数据的备份。不同于eMTCH，本发明不但允许移动终止事务是成功的，而且如果移动始发事务是在停用后的第一事务，则还允许移动始发事务成功。它也适用于非池化MSC，并且它不增大在停用后第一呼叫设定的持续期。

在图和说明书中，已公开了本发明的示范实施例。然而，在实质上不脱离本发明的原理的情况下，能够对这些实施例进行许多变化和修改。相应地，虽然采用了特定的术语，但它们只是在一般以及描述性意义上被使用，且不是出于限制的目的。

本发明并不限于上面所述和图中所示实施例的示例，而是可在随附权利要求范围内随意变化。

缩略词 解释

eMTCH 增强移动终止呼叫处理

ETSI 欧洲电信标准协会

HLR 归属定位寄存器

IMSI 国际移动订户身份

MSC 移动交换中心

RAID 独立盘冗余阵列

RAM 随机存取存储器

SAN 存储区域网络

TMSI 临时移动订户身份

VLR 来访定位寄存器

VNF 虚拟化网络功能。

Claims (25)

1.一种网络实体（100），包括：

数据库（112），其对于客户端由所述网络实体（100）服务的持续期，保持存储有关所述客户端的信息；

作为所述数据库（112）的备份的影子数据库（113）；

作为所述影子数据库（113）的备份的影子集群数据库（131）；

用于将所述影子集群数据库（131）的改变传递到所述影子集群数据库（131）的备份文件（121）的存储接口（350）；以及

用于存储所述影子集群数据库（131）的所述备份文件（121）的非易失性存储装置（120）。

2.根据权利要求1的网络实体（100），其中所述数据库（112）和所述影子数据库（113）由第一虚拟机或第一刀片单元（110）提供，并且所述影子集群数据库（131）和所述存储接口（350）由第二虚拟机或刀片单元（130）提供。

3.根据权利要求1或2的网络实体（100），其中所述非易失性存储装置（120）包括高持久性的存储区域网络或物理存储装置。

4.根据前述权利要求之一的网络实体（100），其中所述数据库（112）和所述影子数据库（113）被组合在一个数据库中。

5.根据前述权利要求之一的网络实体（100），其中所述影子数据库（113）包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表（222）和基于客户端身份被编索引的用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表（232）。

6.根据权利要求5的网络实体（100），其中所述影子数据库（113）包括用于存储在国际移动订户身份与移动订户设备的临时身份之间的映射信息的第三表（242）。

7.根据权利要求5或6的网络实体（100），其中所述第一、第二和第三表中的至少一个表包括与其关联的用于从所述影子集群数据库（131）恢复所述相应表的内容的集群数据库提取器（224、234、244）。

8.根据前述权利要求之一的网络实体（100），其中所述影子集群数据库（131）包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表（322）、基于客户端身份被编索引的用于存储不太频繁被更新的信息的第二表（332），以及。

9.根据权利要求8的网络实体（100），其中所述影子集群数据库（131）包括用于存储在所述国际移动订户身份与移动订户设备的临时身份之间的映射信息的第三表（342）。

10.根据权利要求7或8的网络实体（100），其中所述第一、第二和第三表中的至少一个表包括与其关联的用于从所述备份文件（121）恢复所述相应表的内容的存储提取器（324、334、344）。

11.根据权利要求5到10之一的网络实体（100），其中所述客户端实体包括国际移动订户身份。

12.根据权利要求5到11之一的网络实体（100），其中频繁被更新的所述信息包括关于与移动性有关的信息的信息，并且不那么频繁被更新的所述信息包括与预订有关的信息。

13.根据前述权利要求之一的网络实体（100），其中所述数据库（112）、所述影子数据库（113）和所述影子集群数据库（131）被存储在存储器中。

14.根据前述权利要求之一的网络实体（100），其中所述网络实体（100）包括移动交换中心节点、服务通用分组无线电服务支持节点或移动性管理实体或带有移动性管理功能性的不同网络实体。

15.根据前述权利要求之一的网络实体（100），其中所述影子集群数据库（131）包括多个影子数据库（113）的超集。

16.一种用于在网络实体（100）中部署的执行实体（110），包括：

用于与数据库（112）通信的接口（210，220），所述数据库（112）对于客户端由所述网络实体（100）服务的持续期保持存储与所述客户端有关的信息；

作为所述数据库（112）的备份的影子数据库（113）；以及

用于与作为所述影子数据库（113）的备份的影子集群数据库（131）通信的集群数据库接口（250）。

17.一种用于在网络实体（100）中部署的执行实体（110），包括：

数据库（113），其对于客户端由所述网络实体（100）服务的持续期保持存储与所述客户端有关的信息；

其中所述数据库（113）包括基于客户端身份被编索引的用于存储频繁被更新的信息的第一表和基于客户端身份被编索引的用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表。

18.一种用于在网络实体（100）中部署的执行实体（130），包括：

用于与影子数据库（113）通信的接口（310，320）；

作为所述影子数据库（113）的备份的影子集群数据库（131）；

用于将所述影子集群数据库（131）的改变传递到所述影子集群数据库（131）的备份文件（121）的存储接口（350）。

19.根据权利要求16、17或18的执行实体（110），其中所述执行实体（110）是刀片单元或虚拟机。

20.一种用于处理与客户端有关的信息的方法，包括如下步骤：

对于所述客户端由网络实体（100）服务的持续期，在数据库（112）中保持（S101）存储与客户端有关的信息；

提供（S102）作为所述数据库（112）的备份的影子数据库（113）；

提供（S103）作为所述影子数据库（113）的备份的影子集群数据库（131）；

提供（S104）用于将所述影子集群数据库（131）的改变传递到所述影子集群数据库（131）的备份文件（121）的存储接口（350）；以及

在非易失性存储装置（120）中存储（S105）所述影子集群数据库（131）的所述备份文件（121）。

21.根据权利要求20的方法，其中所述备份文件（121）被存储在高持久性的物理存储装置上或者被存储在由存储区域网络提供的虚拟存储装置上。

22.根据权利要求20或21之一的方法，其中所述影子数据库（113）或所述影子集群数据库（131）的所述与客户端有关的信息被存储在用于存储频繁被更新的信息的第一表（222，322）、用于存储不那么频繁被更新的信息的第二表（232，332）和用于存储映射信息的第三表（242，342）中。

23.根据权利要求22的方法，其中按照定期间隔针对具有过期时戳的表条目来检查所述影子集群数据库（131），并且从所述对应表（322，332，342）移除具有过期时戳的表条目。

24.根据权利要求22或23之一的方法，其中按照定期间隔针对所述对应表（322，332，342）之间的不一致进行检查。

25.一种可直接加载到数字计算机（700）的内部存储器（701）中的计算机程序产品，其包括当所述产品在计算机（700）上运行时用于执行根据权利要求20至24之一的步骤的软件代码部分。