移动通信网络的数据备份和容灾体系建设

移动通信网络的数据备份和容灾体系建设中国移动通信集团河南有限公司安阳分公司王霄动13949516516【内容提要】：随着通信技术的变革，移动网络规模性发展，用户数量也急剧增加，在设备承载能力显著增加的同时，也增加了单点故障引起重大故障的风险，因此对网络的安全性要求也越来越高。网络安全中最重要的是数据,为了保障数据的安全,就必须进行备份。容灾系统将利用备份数据使业务尽快恢复,甚至可以保证业务不间断执行。本文探讨了移动通信网络的数据备份和容灾体系建设，保证在重大设备故障或者重大自然灾害发生时，将通信业务影响范围以及损失降低到最小。【关键词】：网络安全数据备份系统容灾一、引言日益激烈的通信市场竞争和不断提高的客户服务质量需求，对通信业务支撑能力和可靠稳定运行的要求越来越高，时刻保持移动业务的连续性成为衡量网络质量的一个重要标准,为了提高移动网络的高可用性以及系统抵御灾难能力,系统数据备份和容灾体系建设己经成为通信界研究和关注的问题。近年，大多运营商的实现了移动网络的全省集中化管理,集中化维护在带来业务快速响应等众多优势的同时,也存在着系统故障点集中、风险集中的危险。传统的核心网元MSS、MGW、BSC、RNC等系统承载业务能力的大幅增加也加大了重大故障发生的风险，单点故障引起重大网络故障的问题时有发生，网络安全问题伴随着网络的迅猛发展而日益突出。了解网络中存在的安全风险因素,进一步增强安全意识,采取相应的防范措施,通过深入的分析和比较,明确各种容灾备份技术的优点和缺点，通过采用合理数据备份方式和容灾体系建设，把因重大设备故障或者重大自然灾害引起的网络破坏降低到最小。二、容灾方案网络容灾备份可分为核心网备份和无线网备份。核心网容灾在现网中的应用已较为成熟，无线网的备份容灾则是运营商迫在眉睫需要解决的问题。2.1、核心网容灾随着软交换技术在移动通信网络中的大规模应用，这种控制与承载分离的技术架构,使得移动通信网络的核心网正在向“大容量、少局所”的建设模式转变。由于核心网设备单节点容量的成倍增加,网络对核心网节点容量的合理配置及话务分配提出了更高的要求，网络的容灾需求也越来越迫切。（1）传统容灾备份方式A）Server1+1备份方式Server1+1备份方式是一种双归属的备份容灾方式，MGW可以同时归属到两个Server上，有两种实现方式：1+1主备，1+1互助。主备方式特性：对于两个MSCServer来说，1主1备，正常工作情况下备用Server处于非工作状态；主备用MSCServer配置完全相同，两个MSCServer之间仅有心跳线的交互，当主用节点故障后，通过迅速倒换，备用节点能够接管其负荷；互助方式特性：正常情况下，两个MSCServer都工作，每个MSCServer有主用部分也有备用部分。当一个MSCServer出现故障，另一个MSCServer可以接管故障MSCServer的业务，而在互为主备方式下，两个MSCServer之间除了心跳线，还存在Nc、Nb口处理。B）ServerN+1备份方式ServerN+1备份方式是1+1备份的扩展，可以将1+1备份认为是N=1的N+1备份方式。实现方式和1+1相同。由于备份Server要对N个Server备份，则必须要求1个Server对应多个MSC号码,需要配置所有Server的局数据。因此对于备份Server来说，需要增加如下功能：网络配置可以对本局配置多个MSC号码，并能够指定0个或1个主用MSC号码。即当MSCServer备用时，无主用MSC号码，当N个中的一个MSCServer故障后，必须通过配置将需要接管的故障MSCServer的MSC号码设置为备用Server的主要MSC号码，这样对于其他Server来看，都有一个和自己配置数据一致的Server。（2）MSCPOOL组网方式容灾MSCPOOL突破了传统组网核心网节点和接入网RAN节点之间树形网络结构的限制，它支持一个接入点到多个核心网节点，实现域内链接路由，允许接入网节点吧路由分配到不同的核心网节点。在MSCPOOL中，MSS的容灾机制主要有两种，一种为集中备份，即POOL内各个MSS的用户数据备份到同一个指定的MSS上；另一种为链式备份，即各MSS间成链式备份，如MSSA备份MSSB，MSSB备份MSSC,MSSC备份MSSA。当某个MSCServer发生故障后，MSCPOOL可以重新分配呼叫到正常工作的MSCServer;在池内无端局间切换，少了HLR位置更新，减少了核心网信令符合，提高网络性能。MGW负荷分担技术是一种用于MGW安全性的容灾方案，通常通过与BSC多联的方式来是实现的。单个BSC可以同时接入多个MGW,并需要A接口中继进行冗余配置。通过虚拟MGW技术，单台MGW可以归属多台MSCSERVER，各MGW的负荷可以通过MSCSERVER在资源分配时进行灵活调整。MGW容灾备份与MSCPOOL组网没有必然的联系，但是根据MSCPOOL的不同组网方案，统一规划MSCPOOL和MGW容灾，有利于简化网络建设工作，一步到位的完成核心网组网和MGW容灾组网部署。从网络发展的角度看，通过Mc接口全互联，BSC侧实现NNSF功能的方式是最好的组网方式，端局和Mc、Nb、Nc接口全互联，每个MSCSERVER控制POOL内所有的MGW,A接口信令，通过SG使BSC与POOL内所有MSS接口对接。即可实现无线网接入节点连接至多个核心网节点，受多个核心网节点控制的功能，同时使BSC连接到多个MGW,实现MGW层面的容灾。2.2、无线网容灾无线网容灾位于整个移动通信应急的最末端，近年来由于新技术新设备的发展，BSC/RNC设备已高度集成化，单一设备的下挂业务量和覆盖区域面积已经十分庞大。我们现网结构中，无线核心设备BSC处于交换网与接入网之间，其接口连接目前仍然为非IP的方式，与MGW、BTS设备均通过固定的物理连接线进行控制，而非资源池组共享的模式。如此组网，网络安全工作对于BSC设备的自身运行稳定性十分依赖。BSC设备单点故障阻断会对大量用户和业务造成影响，给运营商带了严重的信誉问题和巨大的经济损失，采用先进的技术手段保障无线网络的安全稳定运行是运营商迫在眉睫需要解决的问题。（1）传统无线网容灾方法传统无线网容灾备份是采用将故障BSC下的基站割接到容灾BSC的方式实现的。由于基站数据调整频繁,Abis口数据更新及时率是保证冗灾的基础。因此需要每日自动备份现网Abis口数据，按照提前制定的故障BSC的传输端口和容灾BSC的传输端口对应关系，根据割接方案生成相应割接指令。当主用BSC发生故障时，容灾BSC上临时制作提前准备好的割接数据脚本。在没有独立容灾BSC的情况下，通常使用该方法，所需投资较小，可以利用现网运行BSC的空闲资源互为容灾，对于大容量BSC割接则需要拆分业务，也就是说需要将故障BSC下的所有基站分摊割接到多个BSC上。在容灾备份实际执行时，时间要求紧急，操作过程复杂，同时需要传输和核心网进行同步调整,所以手工准备容灾BSC的割接数据方式难以保证安全性、高效性。因此如何快速具备割接实施条件是容灾备份成功的关键,为了解决这个问题，通常采用相应软件自动生成一些常用、复杂的应急操作。（2）独立容灾BSC倒换方案依据当前的网络组网结构，在地域集中化维护程度较高的情况下，投资独立容灾BSC是很有必要的，这时我们采用BSC整体倒换方案。即当BSC出现故障时，首先将BSC系统备份数据整体加载至容灾BSC设备中。同时，启动手动线缆跳接方案。对于A接口，容灾BSC局房将传输机房跳纤连接至预留容灾通道，故障BSC机房将跳纤连接至A接口原无线侧ODF；对于2M高速信令，若直接在A接口STM-1中承载，不需额外考虑线缆跳接，若单独在E1中承载，与A接口ODF跳纤方案类似，将E1线连接至相应位置；对于Abis接口，容灾BSC局房和故障BSC局房均将传输机房跳纤连接至预留容灾通道即可；对于Gb接口，只需将容灾BSC设备和故障BSC局房无线侧CE分别连接至预留容灾通道。传统的系统数据备份方式不适合独立BSC容灾的场景，在网元数量逐步增多的情况下，我们通过建立一套集中自动备份系统,将所有BSC的系统备份数据实时存储和更新,实现对所有存储备份操作的集中管理，对备份数据进行科学有序的管理，当BSC宕机时,能及时调用系统数据到容灾BSC系统，成倍的提高数据备份和恢复的速度。倒换过程从数据加载到现场容灾通道的线缆割接都是手动操作的，实践证明，凡是人为操作的工作，就存在一定的失误概率和失败概率。当相对传统割接方式，该方式设计人工操作介入较少，且系统倒换速度快，比批量进行基站数据割接，具有明显的时间优势。（3）插花调整解决基站覆盖层面的容灾问题随着BSC容量增加，所支持的物理承载模式已大多使用光接，能降低材料损耗，配置较方便；采用标准化硬件配置，可移植性强。但由于1个光口上包含63个2M，光板退服引起多个基站同时退服风险增大，若基站连片分布很容易引起信号盲区。设备的模块化处理设计，使单个单元承载业务增多，单元的异常也会导致多基站同时退服，造成重大安全隐患。为了更好的扬长避短，我们采用光口下基站插花分布来解决信号盲区风险，每光板使用一个光口的方法来降低板件风险,一个光口可以打散为63个2M，大约在30个基站左右，通过插花调整避免单个光口故障引起连片基站故障，避免盲区，实现基站地域层面的覆盖连续性，实现基站层面的容灾。基站光口连续分布情况基站光口插花分布调整（4）无线容灾发展方向目前主流的网络结构趋势就是IP化、池组化组网，今后的GSM、TD、LTE等网络设备间的业务交互传输将全面进入IP化的云时代。未来的网络将是“ALLIP”的方式，信令、话音、各类增值业务等都将承载在IP之上。通过IP化承载及IP网络，任何两个通信点通过承载网直接相连。从网络设计的角度看，池组化的好处有两点：做到设备处理能力资源共享，设备性能和容量大幅提升，更加灵活的满足网络建设需求，减少对网络结构的调整。单个设备退网，其他设备自动接管业务，达到自动切换的容灾目的。如果今后A/IU-CS、GB/IU-PS、Abis/IU-b接口全部IP化，那么将使BSC/RNC设备池组化具备可行性。在当前网络需求的驱动下，BSC/RNC池组化势在必行，通过池组化达到BSC/RNC设备的容灾是最高效的选择。我们应该考虑让BSC/RNC设备跟随IP化的进程，积极探索无线核心设备的池组化搭建技术，并且做好IP承载网络的结构优化和安全保障。三、总结在移动网络容灾备份系统建设过程中,通过对移动网络现状分析,存在的问题分析和业务需求分析,给出了系统的网络建设、数据备份、及容灾建设方案,确定了容灾备份系统的实现方式和发展方向。随着社会信息化程度的提升，人们对通信的依赖增加，同时通信网络也越来越开放、越来越复杂，所面临的网络安全问题与日俱增，网络安全成为目前亟需解决的问题，而网络容灾则是保障解决安全问题的基石。通过采用合理数据备份方式和容灾体系建设，把因重大设备故障或者重大自然灾害引起的网络破坏降低到最小。参考文献：组网结构快速演进下解决无线网络容灾问题的探索佚名