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[EPC] 浅议MME Pool可靠性组网 [复制链接]

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发表于 2015-5-3 17:32:33 |显示全部楼层
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浅议MME Pool 可靠性组网
彭华东
(安徽电信工程有限责任公司,安徽合肥230088)
摘要: 随着用户容量增加、网络复杂度提高、核心网元容量提高、潮汐现象使MME 间负载不均衡、用户无法容忍服务中断
等等都对MME 网元可靠性带来了新的挑战,单个MME 网元组网无法适应这些新的要求,由此引入MME POOL。MME
POOL 可靠性组网能使MME 之间达到负荷分担、提升资源利用率、实现MME 设备级的异地容灾备份减少局间位置更新。
关键词: MME;EPC;SAE;MME POOL;负荷分担;冗灾;潮汐效应;OPEX
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)16-3746-04
MME(Mobile management Entity),是EPC(Evolved Packet Core)系统SAE(System Architecture Evolution)控制面上的主要网元,与
eNodeB之间存在信令面的接口S1-MME.与S-GW之间存在S11接口,与HSS之间的接口是S6a(Diameter类型协议) 。与S4-SGSN
之间存在S3接口。与MSC之间存在SGs接口。与其他的MME之间通过S10接口相连。随着用户容量增加,需要更多的核心网元,
网络越来越复杂, OPEX 也随之增加; 大容量的核心网元对网络可靠提出了更高的要求; 人口流动带来潮汐现象,使MME间负载不
均衡; 用户对网络可靠性的要求越来越高,无法容忍服务中断。
1 MME Pool 组网
1.1 MM E POOL 介绍
MME Pool特性是多个MME同时为相同的无线区域服务(MME Pool区),Pool内MME与Pool区内所有eNodeB互联,Pool内
MME之间实现资源共享,业务负荷分担。UE接入哪个MME与eNodeB的负荷均衡策略有关,因此eNodeB需感知MME的设备状
态。如果探测到MME不可用,需要及时调整负荷均衡策略,将新接入业务请求消息分配给其它正常状态的MME。另外,eNodeB
需获取MME的负荷权重,结合负荷权重来为UE选择接入的MME。
如图1所示,一组MME可以构成一个MME Pool,MME Pool服务的区域就称为MME Pool Area。从TA的角度看,如果一个或多
个TA从属于某一个MME Pool,那么这些TA的所有的业务区即构成MME Pool Area,MME Pool Area 内的用户由MME Pool中的
MME共同服务。在LTE-EPC标准制定过程中已经考虑到了MME Pool的功能,所以MME的网元标识最初就包含了Pool所需的信
息。MME Pool与非Pool的组网从网络拓扑方面而言并没有太大的区别。但在路由的策略上,MME Pool要求Pool区内的所有MME
和eNodeB间路由均可达。图1中连线表示逻辑互连关系,并非物理连接。
1.2 MME Pool 与SGSN Pool 中的差别
新增标识:
1)GUTI(Globally Unique Temporary UE Identity):MME分配,全局唯一,包含两个部分。
·GUMMEI:GUMMEI由MCC、MNC、MME标识组成(为便于互操作时区分接入制式,将MMEGI的高比特位规划为1)。
·M-TMSI:M-TMSI长度为32个bit,在一个MME内唯一标识一个UE。
GUTI可以在附着或跟踪区更新过程中隐式分配,也可以通过GUTI重分配过程显式分配。GUTI重分配过程可以为UE分配一
个GUTI,新的GUTI在隐式分配时在MME处于EMM-REGISTED状态通过附着或TAU流程的接受消息下发,显式分配时在ECMCONNECTED
状态下通过显式的PTMSI重分配流程下发。
2)TAI(Tracking Area Identity):=MCC(Mobile Country Code)+MNC(Mobile Network Code)+TAC(Tracking Area Code)。
3)TA List:如图2所示,将若干跟踪区TA组合为一个TA List。
①将若干跟踪区TA组合为一个TA List,移动终端在此TA List包含的所有TA区中移动时候时,不再需要发起TA更新。
②网络寻呼用户时,在整个TA List包含的所有TA区中寻呼用户。
③MME在Attach Accept,TAU Accept或者GUTI Reallocation Command消息中会将TA List下发给UE。
MME Pool与SGSN Pool间差别对比示例:
表1 MME Pool 与SGSN Pool 间差异
网元标识
Null NRI
Non-Broadcast RAI
Default SGSN
指定迁移目标设备
SGSN Pool
SGSN使用NRI来标识Pool内的SGSN,NRI
变长,在不同的Pool中可能长度不同。
空NRI,不标识一个具体的SGSN,与普通
的NRI统一编码。在对SGSN的负载重分
配和卸载处理中,用于指示RAN应该将初
始层三消息转发给非卸载状态的SGSN。
非广播RAI,用于迁移过程的特殊RAI,与
普通的RAI统一编码。在对SGSN的卸载
处理中,用于识别Pool 内的各SGSN。
SGSN因为在迁移用户时,给用户分配的PTMSI
携带Null NRI,所以用户的P-TMSI中
没有源SGSN标识,所以又增加了该标识来
代表源SGSN。
Default SGSN 是为了解决用户漫游出
SGSN Pool 的区域,注册到Pool 外SGSN时
的移动性管理问题。查询源SGSN时,需要
基于NRI+RAI,但Pool外的SGSN不一定能
获知源Pool中NRI的长度,所以不能查询
源Pool中的SGSN。
SGSN Pool 中迁移用户时可以指定目
标SGSN,为用户分配的P-TMSI中包含目
标SGSN的NRI,目标SGSN可以通过Non-
Broadcast RAI来确定源SGSN。
MME Pool
MME 使用MMEC 标识Pool 内的MME,
MMEC固定长度。协议中定义了GUMMEI
作为MME的全局唯一标识。
MME Pool中没有该标识,在MME Pool中有
特定的原因值标识用于负载重分配。特定
的原因值为Load Balancing TAU Required。
MME Pool中没有该标识。MME为用户分
配的临时标识GUTI中始终携带MME的全
局标识GUMMEI。所以当UE在其他MME
上TAU时,新侧的MME可以基于GUMMEI
查询到旧侧的MME。
MME Pool中没有该标识,因为MME为用户
分配的临时标识GUTI中始终携带MME的
全局标识GUMMEI。所以当UE 在其他
MME 上TAU 时,新侧的MME 可以基于
GUMMEI查询到源侧的MME。
在MME Pool中,不能指定迁移的目标
设备。
1.3 负载均衡原理
在MME Pool的组网中,由于一个eNodeB与MME Pool内的多个MME连接,所以当TA业务区中的UE发起新的业务时,为了使
eNodeB可以根据负载均衡等原则为UE从Pool中选择一个服务的MME,MME需要将负荷权重下发给eNodeB。
如图3所示,假设MME1的有效用户容量为4,MME2的有效用户容量为3,则eNodeB会按4∶3的比例,将UE接入到MME1和
MME2上,具体分发效果取决于eNodeB的实现方式。
图3 负载均衡原理图
1.3.1 MME 通知eNodeB 自身的负荷权重(S1AP 连接建立时)
在MME Pool中,一个eNodeB与MME Pool中的多个MME连接,所以当建立专用S1连接时,需要为UE选择一个服务的MME,
这里的选择功能被称为“节点选择功能”。eNodeB是根据各MME对应的“负荷权重”比例进行选择,MME的负荷权重值是通过
S1AP消息发送给池区中的eNodeB的。MME的负荷权重值是根据Pool中其它MME节点的可用容量加以设置的。负荷权重值可以
通过S1 Setup Response消息(图4)或者MME Configuration Update消息携带给eNodeB(图5)。
图4 在S1 设备连接建立时MME 通知eNodeB 自己的负荷权重流程图
1)用户根据MME Pool中各MME的可用容量的比例关系分别配置各MME的负荷权重,取值范围为:0~255。
2)MME保存各自的负荷权重。
3)eNodeB向MME发起SCTP偶联建立请求并建立成功。
4)eNodeB向MME发送S1 Setup Req以建立S1接口设备连接。
5)MME向eNodeB发送S1 Setup Rsp消息将MME的负荷权重(Relative MME Capacity)带给eNodeB。
6)eNodeB保存MME的负荷权重信息。
1.3.2 MME 通知eNodeB 自身的负荷权重(S1AP 连接建立后用户修改配置)
MME的负荷权重值可以进行修改,但不会频繁更新。对于一个相对成熟的网络,建议一个月更新一次即可,如在新增了RAN
侧或CN侧网元时进行更新。
同时,当MME容量变更的情况下,也可能需要负荷权重值的变更。如对于一个Pool中新增的网元,可以设置一个相对较高的
负荷权重值,以便该新增网元尽快承接业务,达到与Pool内其它网元的负荷均衡。
1)用户修改MME的负荷权重,取值范围为:0~255。
2)MME保存修改后的负荷权重。
3)MME主动向所有连接的eNodeB发送MME Configuration Update,其中携带标识该MME负荷权重的Relative MME Capacity信元。
图5 在S1 设备连接建立时MME 通知eNodeB 自己的负荷权重流程图
4)eNodeB更新MME的负荷权重,作为后续UE接入时选择MME的依据。
5)eNodeB若成功更新数据配置,则回复MME Configuration Update Ack消息给MME。
1.3 Pool 区内TAU 原理
由于MME Pool Area内的任意一个TA均被MME Pool内所有的MME所服务,所以UE业务过程中在MME Pool Area内移动时,
只进行INTRA TAU,不进行INTER TAU(与传统组网相比,这可以减少INTER TAU,从而减少S6a和S10接口消息,减少丢包,从而
提高服务质量)。
1.4 容灾原理
实际上,负荷分担处理已经使MME Pool组网具备了一定的MME级的容灾能力。当MME Pool中某MME发生故障时,eNodeB
识别该MME故障后,eNodeB会将本来由该MME提供服务的用户发起的新业务转移到Pool中其他有效的MME上;同时对新接入
的用户进行MME选择时不会再考虑该MME,从而实现MME Pool内MME间的容灾。
如图6所示,在非Pool组网情况下,某UE通过eNodeB2接到MME1上,如果MME1故障将导致eNodeB2到MME1的链路断开,
此时UE的TAU流程失败。
如图7 所示,在Pool 组网情况下,我们规划图中的eNodeB 分别连接到两个MME 上,UE 通过eNodeB2 连接到MME1 上,在
MME1故障以致eNodeB2到MME1的链路断开的情况下,UE在进行TAU的时候流程可以继续;eNodeB2可以将消息发到MME2上,
由MME2提供业务。(如果只是eNodeB2到MME1的链路断开,MME1设备可用,那么MME2收到TAU消息后,可以进行INTER TAU
流程;如果MME1设备彻底故障,TAU消息直接被拒绝,UE会通过MME2重新发起附着流程,这个时候eNodeB2会将附着消息发到
MME2上,即相当于UE通过eNodeB2附着到MME2,由MME2提供业务。)
。。。。。
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