CN1283054A - 一种在移动交换中心应用层中实现过负荷控制的方法 - Google Patents

Abstract

在MSC应用层实现过负荷控制的方法,包括1)定时确定相应的流量控制级别;2)比较确定实施流量控制级别;3)判定MSC是否过载;4)若BSC过载,比较BSC的流量控制级别和实施流量控制级别,较大的值做实际执行的流量控制级别Grade;5)收到业务初始消息后,根据Grade采用相应的流量控制方法;本发明及时全面反映MSC负荷情况,在原有的流量控制基础上,在MSC应用层对不同业务分别进行过负荷控制,更有效全面地在源头堵住业务量。

Description

一种在移动交换中心应用层中实现过负荷控制的方法

本发明涉及一种蜂窝通信系统在MSC应用层中进行过负荷控制的方法，属于移动通讯领域。

GSM系统中MSC的位置如图1所示。在图中，与MSC相关接口为：MSC-BSC(基站控制器)间A接口、MSC-MSC间E接口、MSC-EIR(移动设备识别寄存器)间F接口、MSC-SMC(短消息中心)间Q接口、MSC-HLR(归属位置寄存器)间C接口及MSC-PSTN(公众电话交换网)间的Ai接口。MSC处理的信息源来自这些接口。GSM中的链路协议如下：

接口	链路协议
		MS-BTSBTS-BSCBSC-MSCMSC／VLR(HLR-SS7网络)MSC-PSTN	LAPDm(GSM特有)LAPD(从ISDN修改)MTP，第二层(SS7协议)MTP，第二层(SS7协议)MTP，第二层(SS7协议)

GSM系统中，MSC有图1中的BSC-MSC间的A接口、MSC／VLR(HLR-SS7网络)间的E、F、C、Q接口、MSC-PSTN间的Ai接口，这些接口对应的链路协议是MTP第二层(SS7协议)。MSC收到的的信息均经由MTP第二层传输。

在有关MSC各接口的传输链中，MSC与NO．7的层次关系如图2。图2中：

OMAP      操作维护应用部分

MAP       移动应用部分

TCAP      事务处理应用部分

BSSAP     基站系统应用部分

BSS-OMAP  基站系统操作维护应用部分

TUP       电话用户部分

ISUP      ISDN用户部分

ISP       中间服务部分(基于无连接网络的TCAP暂时不需要)

SCCP      信令连接控制部分(为MTP3提供附加网络服务)

MTP3      消息传递部分第3层(L3提供OSI-3网络层协议)

MTP2      消息传递部分第2层(L2提供OSI-2数据链路层协议)

MTP1      消息传递部分第1层(L1提供OSI-1物理层协议)

在MSC的No．7的传输链中，关于流量控制方面有如下特点：

1)MTP2中提供了流量控制的机制，用类似HDLC(高端数据链路控制)的协议，只需简单地延迟发送确认，就很自然地提供了某种方式的流量控制。但这种控制较为勉强，因为如果延时太长，发送者将重复该帧，反而加重了拥塞。也可以使用一种附加机制，它是使用“接收准备好”和“接收未准备好”这两个命令的“停-走”控制来实现一定程度的流量控制。但是，链路层只能根据自身的处理能力实现本层的流量控制。

2)SCCP提供基本无连接、有序无连接、基本的面向连接和流量控制面向连接的四类业务。在MSC中，使用基本无连接和基本的面向连接两类业务。这两类业务中没有流量控制。

3)MSC处理器中加载的OSI-7应用层(TCAP、OMAP、INAP、BSSAP、BSSOMAP、ISUP、TUP)，接收来自各接口的信息在底层链路的MTP层进行了流量控制。考虑各信息流最大能力同时发生的概率及各信息流的资源共享，其处理能力并非各信息源最大处理能力之和。链路层的负荷控制并不能保证杜绝MSC应用层的过载。

在特发情况下，可能由于MSC应用层的处理能力或资源的限制，引起过载，致使整个系统的处理能力降为0。引起负荷过载的原因是由于信息流量超出了处理器的处理能力，进行过负荷控制，就是要对信息流量进行控制。

在传统的程控交换机中(PSTN网)，其过负荷控制以呼叫业务的BHCA为指标，对呼叫业务进行相应的分级控制。而对于MSC(PLMN网)来说，它处理的业务与PSTN有所不同，直接采用传统程控交换机中的过负荷控制方法存在如下缺陷：

以呼叫业务的BHCA为指标不能准确及时反映处理器的负载水平。

与有线交换机相比，除呼叫业务外，在MSC处理的还有位置更新、基本呼叫、补充业务、短消息、切换业务等业务，因此仅仅以呼叫业务计算BHCA指标既不全面又不准确。

由于在MSC中进行的主要业务还有位置更新、基本呼叫、补充业务、短消息、切换业务，因此仍按原有的仅对呼叫业务进行控制，不能有效控制MSC的负荷，必须适应MSC的特点进行全面有效的负荷控制。

因此，本发明的目的在于考虑MSC的业务特点，提供一种在MSC应用层实现过负荷控制的方法。该方法除了对应处理器过负荷控制进行的流量控制外，还响应BSC的负荷过载消息进行相应的流量控制处理。

在MSC应用层实现过负荷控制的方法包括以下几个步骤：1)设置定时器，定时器消息到达时，采集反映处理器负荷的指标，根据表1、表2、表3分别确定相应的流量控制级别；2)通过比较确定最大的实施流量控制级别mcabMSCGrade，mcabMSCGrade为以上指标确定的流量控制级别中较大的值；当以上指标确定的流量控制级别全为零时，mcabMSCGrade为零，返回步骤1)，否则进入步骤3)；3)此时mcabMSCGrade大于零，发送MSC“过载”消息给BSC；4)当收到BSC“过载”消息时，比较BSC的流量控制级别mcabBSCGrade和MSC的流量控制级别mcabMSCGrade，取两者中较大的值作为实际执行的流量控制级别Grade，此后该BSC的流量控制级别采用mcabBSCGrade；5)在收到业务的初始消息后，如meabMSCGrade>O，根据步骤2)和4)的比较结果所确定的实际执行的流量控制级别Grade，确定相对应的控制方法。

图1是MSC相关接口的说明图；

图2是MSC与No．7信令的关系图；

图3为本发明所述的过负荷控制的原理流程图；

图4是实际完成的BHCA与BHCA设计能力间的关系图；

表1是CPU／Index占用率与流量控制级别mcabMSCGradel的关系表；

表2是内存占用率UBOcc／Index与流量控制级别mcabMSCGrade2的关系表；

表3是BHCA与流量控制级别mcabMSCGrade3的关系表；

表4是新业务控制级别表。

图1和图2是本发明所基于的现有技术背景，这一部分已在前面加以描述。图3体现了本发明的工作原理，下面以圈3为线索，结合图4和各表详细介绍本发明的技术方案。

对于MSC应用层，反映MSC处理器负荷水平的有关指标有：CPU占用率；忙时试呼次数BHCA：内存占用率：处理索引Index即数据区占用数目。

以上资源的占用情况可以反映MSC处理器是否处于过负荷状态，由此决定是否进行流量控制。具体操作如下：

将流量控制的级别分为6级：在MSC中设置三个定时器，定时查询反映MSC处理器负荷水平的有关指标，并根据表1，表2，表3所示的关系分别确定对应不同指标的流量控制级别mcabMSCGrade1，mcabMSCGrade2和mcabMSCGrade3的值。由于三个定时器的消息不一定是同时到达，因此对应的流量控制级别也不一定是同时计算得到的。每得到一个新的流量控制级别的值，就与当前的实施流量控制级别mcabMSCGrade进行比较，取其大的值作为新的实施流量控制级别mcabMSCGrade。

下面就各种指标一一进行描述：1．以CPU占用率和处理索引Index为指标确定mcabMSCGradel。

如图3，在MSC中设置定时器T1，定时调用操作系统提供的函数GetCPU()，查询CPU的占用率，定时查询数据区占用的Index数目。定时器的时长由操作维护中心OMC后台确定。根据查得结果，由表1中按CPU占用率和占用的处理索引Index来确定MSC一侧流量控制级别。当由此确定的流量控制级别mcabMSCGradel大于当前的mcabMSCGrade时，用新计算得到的流量控制级别mcabMSCGradel替代当前mcabMSCGrade值。

表1 CPU占用率与流量控制级别mcabMSCGradel的关系表

≥80％	6	6	6	6	6
75％≤cpu<80 ％	5	6	6	6	6
70％≤cpu<75 ％	4	5	5	6	6
65％≤cpu<70 ％	3	4	5	5	6

注：表格中的值为MSC处理器流量控制级别mcabMSCGradel2．以内存占用率和处理索引Index为指标确定mcabMSCGrade2。

如图3，在MSC中设置定时器T2，定时调用操作系统提供的函数GetResource()，查询内存UB的占用率，定时查询数据区占用的Index数目。定时器的时长由操作维护中心OMC后台确定。根据查得结果，由表2中按UB占用率和占用的处理索引Index来确定MSC一侧流量控制级别mcabMSCGrade2。当由此确定的流量控制级别mcabMSCGrade2大于当前的mcabMSCGrade时，用新计算得到的流量控制级别mcabMSCGrade2替代当前mcabMSCGrade值。表2  内存占用率(UBOcc／Index)与流量控制级别mcabMSCGrade2的关系表注：表格中的值为MSC处理器流量控制级别mcabMSCGrade23．以BHCA为指标确定mcabMSCGrade3。

忙时试呼次数BHCA值的计算公式为：根据以上计算公式，可得到如图4所示关系曲线。

根据图4的关系曲线，由BHCA实现MSC一侧流量分级控制的关系如表3。对于有线交换机来说，呼叫业务是其主要业务，BHCA与呼叫业务相关。而在移动交换机中，除呼叫业务外，还有其它业务进行，仅以呼叫业务计算BHCA值不能准确反映此项指标。因此，在MSC中计算BHCA的相关业务有呼叫业务、补充业务、切换业务、位置更新业务、短消息业务。以上业务每发生一次，业务计数器hookoffNum加1。MSC按时长timelen设置定时器T3，当定时器T3到达时，按如下公式计算BHCA：

BHCA=hookofNum×3600／((timerlen／10)／1000)得到BHCA的值后，将业务计数器hookofNum清0，以便重新计数。然后根据表3，对应确定流量控制级别mcabMSCGrade3。当由此确定的流量控制级别mcabMSCGrade3大于当前的mcabMSCGrade时，用新计算得到的流量控制级别mcabMSCGrade3替代当前mcabMSCGrade值。

表3 BHCA占用率与流量控制级别mcabMSCGrade3的关系表

BHCA	mcabMSCGrade3
		＜MaxBHCA*7/6	0
＜MaxBHCA*8/6	1
		＜MaxBHCA*9/6	2
＜MaxBHCA*10/6	3
		＜MaxBHCA*11/6	4
＜MaxBHCA*12/6	5

由于定时器T1、T2和T3的消息不一定是同时到达，因此所对应的流量控制级别mcabMSCGrade1、mcabMSCGrade2和mcabMSCGrade3也不一定是同时计算得到的。当某一定时器的消息到时，就开始计算对应的流量控制级别，将此时新得到的流量控制级别与当前的实施的流量控制级别mcabMSCGrade比较，取其大的值作为新的mcabMSCGrade。例如，初始时的mcabMSCGrade为0，当T1到计算mcabMSCGrade1为2，mcabMSCGrade1比mcabMSCGrade大，则mcabMSCGrade更新为2；当T3到计算mcabMSCGrade3为4，mcabMSCGrade3大于mcabMSCGrade，则mcabMSCGrade更新为4；当T2到计算mcabMSCGrade2为3，mcabMSCGrade2小于mcabMSCGrade，则mcabMSCGrade保留原值。这样周而复始，使mcabMSCGrade始终保持最大值。

当mcabMSCGrade＞0时，判定MSC处理器过载。MSC向所有BSC发出“过载”消息，并向操作维护中心OMC告警，当mcabMSCGrade=0时，向操作维护中心OMC发告警恢复消息。4．对BSC负荷过载消息的处理

如上所述，本发明除了对应处理器过负荷控制进行的流量控制外，还响应BSC的负荷过载消息进行相应的流量控制处理。当mcabMSCGrade＞0时，判定MSC处理器过载，此时MSC向所有BSC发出“过载”消息，同理，BSC过载时也要向MSC发出“过载”消息。当收到BSC的负荷过载消息后，按协议要求，MSC设置定时器T5、T6。在T5计时期间，不处理所有的“过载”和信令点拥塞消息，以免使业务量减少太快。在T5逾时而T6计时期间时又收到“过载”消息，则该BSC的流量控制级别加1，并重新开启T5和T6。

这样逐渐减少业务量直到获得业务量的最大程度的减少。如果T6逾时(即在T6计时期间不再收到“过载”消息或信令点拥塞消息)则增加一级业务量，再开启T6，直到达到满负荷。

当某个BSC过载时，且MSC处理机也处于过载状态，此时则比较MSC处理器的流量控制级别mcabMSCGrade和BSC的流量控制级别mcabBSCGrade，选两者中较大的值作为实际执行的流量控制级别Grade。再根据该值，做出相应的流量控制处理。

在确定了流量控制级别Grade后，本发明在过负荷控制中的具体做法是，把MSC的始发业务源分为不同的优先级别，在发生过负荷时首先尽快停止优先级最低的业务源的呼叫，以降低总负荷量，若仍有过负荷，停止高一级的业务源，直到停止对最高优先级业务源的处理。具体的优待控制原则是：

----优待正在进行的业务；

----优待优先级高的呼叫源；

----优待缓解过负荷的业务(切换)；

----延缓某些非基本的话务处理类型的操作，如管理和维护功能等；

----在业务发生源头进行控制。

MSC中进行的主要业务有补充业务，基本呼叫业务，切换业务，位置更新业务，短消息业务。这些业务的进行是资源占用的主要原因，合理控制这些业务的流量就能有效的进行过负荷控制。MSC过负荷时，按以上的流量控制级别所进行的控制方法，MSC还应有一定的处理能力，继续处理已有业务不致引起系统的处理能力恶化，为保证业务处理成功率，不浪费已经进行的处理，避免正在进行的业务半途而废，过负荷控制仅针对新发生业务。按照以上优待控制原则，根据流量控制级别Grade对不同业务采用表4的控制方法。

表4新业务控制级别表

表中，×表示对应该流量控制级别时，此项业务被禁止；m／n表示处理业务占发生业务的百分比。

下面逐一对MSC所处理的主要业务进行详细说明：

补充业务：MSC应用层在A口收到初始消息CM业务请求。MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对补充业务的流量控制。

短消息业务：MSC应用层在A口收到初始消息CM业务请求。MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对短消息业务的流量控制。

基本入呼叫：MSC应用层的No．7信令TUP和随路信令收到入呼叫初始消息IAM(初始地址消息)。MSC收到此消息后，先判断用户优先级，如为优先用户，则不进行流量控制；如为非优先用户，则根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对入呼叫的流量控制。

基本出呼叫：MSC应用层在A口收到用户的出呼叫初始消息CM业务请求。MSC收到此消息后，判断用户优先级，如为优先用户，则不进行流量控制；如为非优先用户，则根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对出呼叫的流量控制。

切换切出方：MSC应用层在A口收到BSC的切换切出方初始消息切换要求。MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对切换切出方的流量控制。

切换切入方：MSC应用层会收到来自E接口或本局的切换切入方初始消息切换请求。MSC收到此消息后，先判断用户优先级，如为优先用户，则不进行流量控制；如为非优先用户，则根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对切换切出方的流量控制。

位置更新：MSC应用层在A口收到初始消息位置更新请求。MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，按表4原则，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对位置更新的流量控制。

与传统的在程控交换机中以BHCA为指标计算流量控制级别的方法相比，本发明更能及时全面反映MSC的负荷情况，不仅采用已有的No．7信令的传输链路提供的流量控制，而且在发生各主要业务的源头、在No．7信令TUP、随路信令及MSC的A口对不同业务分别进行过负荷控制，更为有效全面地在源头堵住业务量，从而达到全面对MSC应用层的过负荷控制。

Claims (12)

1．一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)设置定时器，定时器消息到达时，采集反映处理器负荷的指标，根据表1、表2、表3分别确定相应的流量控制级别；

2)通过比较确定最大的实施流量控制级别mcabMSCGrade，mcabMSCGrade为以上指标确定的流量控制级别中较大的值；当以上指标确定的流量控制级别全为零时，mcabMSCGrade为零，返回步骤1)，否则进入步骤3)；

3)此时mcabMSCGrade大于零，发送MSC“过载”消息给BSC；

4)当收到BSC“过载”消息时，比较BSC的流量控制级别mcabBSCGrade和MSC的流量控制级别mcabMSCGrade，取两者中较大的值作为实际执行的流量控制级别Grade，此后该BSC的流量控制级别采用Grade；

5)在收到业务的初始消息后，如mcabMSCGrade＞0，根据步骤2)和4)的比较结果所确定的实际执行的流量控制级别Grade，采用相对应的流量控制方法。

2．如权利要求1所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：所述反映处理器负荷的指标中的忙时试呼次数BHCA的计算公式为：

BHCA=hookofNum×3600／((timerlen／10)／1000)，其中，hookofNum是业务计数器的值，timerlen是时长。

3．如权利要求1所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：所述步骤5)中流量控制方法的具体做法是：把MSC的始发业务源分为不同的优先级别，在发生过负荷时首先尽快停止优先级最低的业务源的呼叫，以降低总负荷量，若仍有过负荷，停止高一级的业务源，直到停止对最高优先级业务源的处理。

4．如权利要求3所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：流量控制方法的具体优待控制原则是：

----优待正在进行的业务；

----优待优先级高的呼叫源；

----优待缓解过负荷的业务(切换)；

----延缓某些非基本的话务处理类型的操作，如管理和维护功能等；

----在业务发生源头进行控制。

5．如权利要求3或4所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：过负荷控制仅针对新发生的业务，根据流量控制级别Grade对不同新发生业务按照表4的原则，

表4新业务控制级别表

表中，×表示对应该流量控制级别时，此项业务被禁止；m／n表示处理业务占发生业务的百分比。

6．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于补充业务来说，MSC应用层在A口收到初始消息CM业务请求；MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对补充业务的流量控制。

7．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于短消息业务来说，MSC应用层在A口收到初始消息CM业务请求；MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对短消息业务的流量控制。

8．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于基本入呼叫来说，MSC应用层的No．7信令TUP和随路信令收到入呼叫初始消息IAM(初始地址消息)；MSC收到此消息后，先判断用户优先级，如为优先用户，则不进行流量控制；如为非优先用户，则根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对入呼叫的流量控制。

9．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于基本出呼叫来说，MSC应用层在A口收到用户的出呼叫初始消息CM业务请求；MSC收到此消息后，先判断用户优先级，如为优先用户，则不进行流量控制；如为非优先用户，则根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对出呼叫的流量控制。

10．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于切换切出方来说，MSC应用层在A口收到BSC的切换切出方初始消息切换要求；MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对切换切出方的流量控制。

11．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于切换切入方来说，MSC应用层会收到来自E接口或本局的切换切入方初始消息切换请求；MSC收到此消息后，先判断用户优先级，如为优先用户，则不进行流量控制；如为非优先用户，则根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对切换切出方的流量控制。

12．如权利要求5所述的一种在MSC应用层中实现过负荷控制的方法，其特征在于：对于位置更新来说，MSC应用层在A口收到初始消息位置更新请求；MSC收到此消息后，根据流量控制级别Grade，进行相应的消息接受或消息抛弃处理，达到对位置更新的流量控制。

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