IP承载网单平面丢包问题的组网优化

基金项目：中国联通软交换长途网一期、二期、三期工程项目；中国移动2G网络软交换IP化改造工程项目

    在移动软交换系统中，Mc接口是指(网关MSC服务器)((G) MSCS)和媒体网关(MGW)之间的接口。该接口的协议传输可以基于IP，也可以基于异步传输模式(ATM)，但是在目前的实际组网结构中基本都是采用基于IP的承载方式。

    由于MGW通常还需要兼做信令网关功能，因此MSCS和MGW之间需要通过IP承载网来传输的控制消息除了Mc接口的H248信令以外，通常还需要转接A口信令（基站系统应用部分(BSSAP)/信令连接控制部分(SCCP))、局间信令(ISDN用户部分(ISUP)、电话用户部分(TUP))，有些组网情况下可能还需要转接移动应用部分(MAP)/SCCP信令(移动交换中心子系统移动应用部分(MSCMAP)、拜访位置寄存器子系统移动应用部分(VLRMAP)、归属位置寄存器子系统移动应用部分(HLRMAP))[1]。

    因此，在软交换设备组网中，IP承载网是非常重要的一个环节，是软交换系统正常运转的必要条件。
通常IP承载网采用双平面的组网方式，其中任意一个平面中断不会影响其承载的软交换业务。但是在实际应用中却发现当IP承载网出现单平面丢包(非完全中断)时，软交换业务会受到严重的影响，表现为偶联拥塞、偶联中断、接通率下降等现象。

    本文以中兴通讯ZXWN CS设备为例，从软交换设备的角度，针对IP承载网单平面丢包问题进行分析，并提供优化解决的方法，希望给相关网络规划和优化人员提供有益的参考。

1 主备接入方式和负荷分担接入方式组网介绍
    在移动软交换设备逐步替换传统交换设备的初期，当还未具备接入全网统一的IP承载网的条件时，往往会采用IP承载网专网的方式，提供点到点之间的IP承载。随着IP承载网建设的完善，再逐步把软交换设备割接到一个统一的IP承载网中[2]。

    软交换设备在接入IP承载网时，通常有两种典型的组网方式，即主备接入方式、负荷分担接入方式。
主备接入方式的特点是：

    (1)软交换侧通常配置1对SIPI(信令IP接口板)单板，每个单板出1个快速以太网(FE)接口，分别接入2台二层交换机，再通过交换机分别接入2台站点接入设备(CE)；

    其中二层交换机的主要作用是保证软交换侧SIPI主备倒换和CE侧虚拟路由器冗余协议(VRRP)倒换可以分别独立进行，当某些CE支持二层接口时可以不用再单独配置二层交换机。

    (2)软交换侧的接口板采用主备工作方式，CE对软交换侧启用VRRP；

    (3) SIPI、CE间故障检测是独立进行的、两者没有关联，其中SIPI主备倒换检测的主要依据为SIPI和二层交换机之间端口状态，CE的VRRP倒换检测的主要依据为CE之间心跳消息。

    (4) 在正常情况下，采用主备方式接入的MSCS和MGW之间实际只能使用其中的1条传输通道（主用通道），示例如下：

    负荷分担接入方式的特点是：

    (1)软交换侧通常配置1对SIPI单板，每个单板出1个FE接口，可以直接接入CE或者通过交换机汇聚以后再接入CE；

    (2)软交换侧的接口板采用负荷分担工作方式，CE也采用负荷分担的工作方式；

    (3) SIPI和CE之间可以通过双向转发检测(BFD)进行检测；

    (4) 在正常情况下，采用负荷分担方式接入的MSCS 和MGW之间可以使用2条传输通道，示例如下：

2 两种组网方式下对IP承载网单平面丢包问题的分析
    (1) 主备接入方式下，业务只承载于主用传输通道，针对IP承载网单平面丢包问题的表现如下：

    备用传输通道出现丢包问题时，由于软交换业务不会承载于备用传输通道，因此对业务没有任何影响；软交换设备也无法检测到备用通道是否存在丢包；

    主用传输通道出现丢包问题时，由于软交换业务全部承载于主用传输通道，因此对业务会有一定影响，影响程度和IP承载网的丢包率有关；软交换设备可以检测到主用通道存在丢包，但是无法控制IP承载网倒换到备用通道上。

    也就是说，当主用通道中断时，IP承载网可以检测到并切换到备用通道；当主用通道出现丢包时，IP承载网通常无法检测到，也就不会切换到备用通道。

    因此，主备接入方式下针对IP承载网单平面丢包问题，软交换侧基本上无法再继续进行相关的优化工作。

    (2) 负荷分担接入方式下，业务可以承载在2个传输通道上，针对IP承载网单平面丢包问题的表现如下：

    其中任何1个传输通道出现丢包，只会影响承载在此通道上的业务，另一个通道上的业务不受影响。同时，软交换侧可以检测到其中存在丢包的传输通道，也就可能主动选择其中传输质量较好的通道进行传输。
因此，负荷分担接入方式下针对IP承载网单平面丢包问题，软交换侧基本具体继续进行相关的优化工作的条件。

3 负荷分担接入方式下针对IP承载网单平面丢包问题的优化分析
    从上述分析可知，采用主备接入方式时，一旦主用传输通道出现丢包等问题，由于路由器通常不具备根据链路质量检测功能，不会进行路由切换，导致承载的上层业务受到严重影响；而采用负荷分担方式时，可以通过优化避免上层业务受到影响。

    在实际应用当中，发现有些情况下虽然已经采用负荷分担组网，但是在单个传输通道出现故障时仍然会影响所有承载的业务，以下对其中的几个关键因素进行分析

    (1) 流控制传输协议(SCTP)[3]目的地地址的路由配置方式
    在软交换侧需要设置到SCTP目的地IP地址的路由，对于负荷分担接入方式，常见的设置方式有如下3种：

    路由配置方式一：配置一条路由，下一跳选择其中一个路由器的接口地址；

    路由配置方式二：配置两条等价路由，下一跳分别选择2个路由器的接口地址，且两条路由是等价的，两条路由同时有效；

    路由配置方式三：配置两条非等价路由，下一跳分别选择2个路由器的接口地址，且两条路由是不等价的，正常情况下只有优先级高的路由是有效的，当高优先级路由不可用时，低优先级的路由才有效。
路由配置方式一、三本质上都是单下一跳的方式，其中方式三相对方式一增加了备选路由；路由配置方式二则是多下一跳方式。

    (2)是否采用SCTP多归属
    SCTP协议中对多归属的定义为“如果可以使用多个目的地传送地址作为到一个端点的目的地地址，则这个SCTP端点可以被看作是多归属的。更进一步，端点的高层协议(ULP)应当可以在多个目的地地址中选择一个地址作为到这个多归属SCTP点的首选通路”。此特点也是SCTP和传输控制协议 (TCP)的主要区别之一。
当不采用SCTP多归属时，到目的地址的传送地址就只有1个。对于路由配置方式一、三，到此目的IP的有效路由只有1条，当这条路由上出现丢包时，就影响SCTP传送业务；对于路由配置方式二，只要其中1条路由出现丢包，会影响SCTP传送业务。

    当采用SCTP多归属时，到目的地址可以有2个或者多个传送地址，在端到端之间有2个或者多个通路。对于路由配置方式一、三，可以使不同目的IP在不同的路由上传送，当其中1条路由出现丢包时，只会影响相关的通路，在另外1条路由上的其他通路可以不受影响，如果此通路为SCTP的首选通路，那么SCTP传送业务就可以不受影响；对于路由配置方式二，则由于所有通路都会在2条路由上传输，因此只要其中1条路由出现丢包，就会影响SCTP传送业务。

    (3) SCTP拥塞对选路的影响
    以上(1)、(2)分析是针对单个SCTP而言的，但在实际应用时，上层业务通常都会使用一组SCTP进行传输。以MTP第三级用户的适配层(M3UA)[4]为例，分析部分SCTP故障时对上层业务的影响。

    在M3UA协议中对故障克服的定义是“在现行使用的应用服务器进程故障或不可用的情况下，信令业务重新选路到替换服务器进程或应用服务器过程(ASP)组的能力。故障克服也应用于返回先前不可用的应用服务器进程的业务时。”

    ASP包含SCTP端点，当ASP组中部分SCTP出现故障或不可用时，根据协议规定，上层业务就不会再选择故障的SCTP了；但部分SCTP出现拥塞但未中断时，上层业务可能仍然会选择拥塞的SCTP，从而导致业务受到影响。

3 组网优化建议
    根据上述分析，对移动软交换和IP承载网组网的优化建议如下[5]：

    (1)采用负荷分担接入方式：主备接入方式下不能实现转发平面或路径的切换，网元没有切换主动权，因此需要选择负荷分担接入方式；

    (2)SCTP支持传输质量监控：当SCTP通路存在多个传输路径时，需要SCTP层进行各路径传输质量监控，并自动选择其中传输质量较好的路径。

    该功能要求多个传输路径不能存在交叉节点，否则交叉节点出现丢包时会导致所有传输路径的链路质量下降。

    (3)采用SCTP多归属配置：采用SCTP多归属配置，每条SCTP的主用通路、备用通路分别走不同的路由，且没有交叉节点。

    默认情况下，当主用通路所在传输平面故障、重传超过5次（该参数可配置）时，自动进行SCTP首选通路的切换；

    在支持传输质量监控的情况下，SCTP可以检测各通路的传输质量，当主用通路传输质量劣化但未导致通路断时，SCTP仍然可以进行通路切换，自动选择传输质量较好的通路。

    （4）SCTP拥塞控制优化：上层业务在进行动态选路时，根据SCTP拥塞状态判断，自动选择未拥塞的SCTP；同时，设置拥塞上报的门限值，只有超过门限时才向上层用户上报拥塞，并由上层用户进行业务流量的拥塞控制。

4 参考文献
(1) 谭颖.V05.03.70_3GPF_CCS_P022 控制面对传输单平面丢包优化方案设计
(2) 王爱民. CS软交换控制面高可靠性（HA）方案
(3) YD/T 1194—2002. 流控制传送协议(SCTP) [S]. 2002.
(4) YD/T 1192—2002. No.7信令与IP互通适配层技术规范——消息传递部分(MTP)第三级用户适配层(M3UA) [S]. 2002.
(5) 卢伟丰.移动软交换设备Mc、Nc接口组网优化工程实施方案

收稿日期：2009-08-03

[摘要] 针对移动软交换Mc接口组网中IP承载网单平面丢包问题，分析其在主备接入方式、负荷分担接入方式下对软交换业务的影响，并重点分析了负荷分担接入方式下的相关优化思路，提出了具体的组网优化建议，对移动软交换组网优化及网络安全有一定的参考意义。

[关键词] 移动软交换；Mc接口； IP承载网单平面丢包问题；组网优化

[Abstract] This article addresses the issue of single-plane packet loss in IP bearer networks, which occurs in Mc interface optimization in soft-switching systems, and this article will discuss the impact of this problem on soft-switching services which underlie the active-standby access mode and load-sharing mode. It also analyzes issues related to the load-balancing mode and offers suggestions for network optimization. It is a reference for optimization and safety protectionof mobile soft-switching networks.

[Keywords] Mobile soft-switching; Interface Mc; single-plane packet loss in IP-bearer network; network optimization