以可靠信令網(wǎng)應(yīng)對5G時(shí)代信令風(fēng)暴的挑戰(zhàn)

近日，在泰國結(jié)束的第13屆全球移動(dòng)寬帶論壇（MBBF 2022）上，如何抵御信令風(fēng)暴沖擊，保障業(yè)務(wù)永遠(yuǎn)在線，成論壇上最為關(guān)注的話題之一，獲得參展各方的熱烈討論。

(資料圖)

兩年來，全球發(fā)生多起由于網(wǎng)絡(luò)異常引發(fā)的信令風(fēng)暴，從而導(dǎo)致全網(wǎng)業(yè)務(wù)長時(shí)間癱瘓，范圍波及中東、美洲、亞太的多家運(yùn)營商。例如，2022年7月，加拿大R運(yùn)營商發(fā)生大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中斷，時(shí)長約19個(gè)小時(shí)；同月，日本K運(yùn)營商發(fā)生全網(wǎng)業(yè)務(wù)癱瘓，中斷時(shí)間長達(dá)62個(gè)小時(shí)。業(yè)務(wù)穩(wěn)定是通信產(chǎn)業(yè)的根基，網(wǎng)絡(luò)癱瘓不僅會造成運(yùn)營商直接收入損失和巨額賠償，還會影響到運(yùn)營商的品牌聲譽(yù)乃至生存發(fā)展。

深入剖析發(fā)生重大事故的通信服務(wù)商，都是網(wǎng)絡(luò)誤操作或者設(shè)備異常等原因引發(fā)網(wǎng)絡(luò)信令風(fēng)暴，信令網(wǎng)的收斂和保護(hù)功能不夠完善，網(wǎng)元收受到?jīng)_擊后無法快速恢復(fù)，最終導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。

隨著全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)高速發(fā)展，移動(dòng)寬帶用戶和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈爆發(fā)式增長，5G網(wǎng)絡(luò)中的信令風(fēng)暴問題也日趨凸顯。

為什么5G時(shí)代，信令風(fēng)暴更頻繁？

1、技術(shù)方面

5G時(shí)代，核心網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施開始從專用平臺向云化和分層解耦轉(zhuǎn)型。云化網(wǎng)絡(luò)在增加敏捷性的同時(shí)，也帶來可靠性的風(fēng)險(xiǎn)；分層解耦帶來的多廠家協(xié)同部署網(wǎng)絡(luò)，更容易引入健壯性不足的問題。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，為使5G網(wǎng)絡(luò)解耦和彈性擴(kuò)容，大量網(wǎng)元功能被模塊化，這也增加了網(wǎng)元間的鏈路數(shù)量和信令網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。信令網(wǎng)是一個(gè)端到端的系統(tǒng)工程，涉及各個(gè)子模塊的韌性設(shè)計(jì)，以及全局的可靠性保護(hù)設(shè)置，信令網(wǎng)絡(luò)變得龐大和繁雜后，可靠性規(guī)劃往往難以面面俱到，容易出現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)隱患。

2、業(yè)務(wù)演進(jìn)方面

5G網(wǎng)絡(luò)基于SBA（基于服務(wù)架構(gòu)）的軟件架構(gòu)，在可路由性方面有所提升，但是在擁塞管理、路由實(shí)時(shí)負(fù)載均衡調(diào)配，以及可靠性保障等方面，存在很多不夠完善的地方。

通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到5G時(shí)代后，新業(yè)務(wù)層出不窮，網(wǎng)絡(luò)對信令消息數(shù)量、包長和處理能力有了更進(jìn)一步的的要求。新應(yīng)用上量后，網(wǎng)絡(luò)流量倍增，由于網(wǎng)元異常等原因引發(fā)的信令風(fēng)暴沖擊，強(qiáng)度相比過去將會翻倍，網(wǎng)絡(luò)后端用戶數(shù)據(jù)、計(jì)費(fèi)、策略控制等業(yè)務(wù)網(wǎng)元承受到的信令浪涌壓力將前所未有，而這些網(wǎng)元一旦被信令風(fēng)暴沖垮，整網(wǎng)的業(yè)務(wù)就會中斷。

5G時(shí)代，如何增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性？

1、基于SCP實(shí)現(xiàn)信令網(wǎng)架構(gòu)簡化，夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)可靠性

3GPP在5G的第二個(gè)演進(jìn)版本R16中，引入SCP（服務(wù)通信代理）網(wǎng)元，定義了間接通信方式：模式C和模式D（如下圖所示）。

3GPP對5G網(wǎng)元信令交互方式定義了A/B/C/D四種模式

R15版本直接通信方式（模式A和模式B）和R16版本間接通信方式（模式C和模式D）的主要區(qū)別如下：

模式A：網(wǎng)元功能分為服務(wù)提供者和服務(wù)使用者，所有網(wǎng)元都直接相連。

模式B：增加NRF（網(wǎng)絡(luò)存儲功能）網(wǎng)元，提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)和尋址，服務(wù)使用者使用服務(wù)前，先到NRF獲取服務(wù)提供者的地址。其他連接方式和模式A相同。

模式C：在R15版本基礎(chǔ)上，增加SCP網(wǎng)元，服務(wù)使用者去NRF尋址無需經(jīng)過SCP，獲得服務(wù)提供者的地區(qū)后，和服務(wù)提供者之間的信令交互都通過SCP路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

模式D：在R15版本基礎(chǔ)上，增加SCP網(wǎng)元，服務(wù)使用者去NRF尋址需要經(jīng)過SCP，獲得服務(wù)提供者的地區(qū)后，和服務(wù)提供者之間的信令交互也通過SCP路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

R16版本的模式C和模式D，在網(wǎng)元鏈路建立、路由信息獲取、整網(wǎng)流量轉(zhuǎn)發(fā)、控制管理和負(fù)載均衡等方面都有了升級，更有利于異常流量場景管控。

從簡化網(wǎng)絡(luò)角度來看，相比模式 A和B，模式D可實(shí)現(xiàn)90%以上的鏈路數(shù)量減少，均衡各個(gè)局向的實(shí)時(shí)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接簡化。相比模式C，模式D又能進(jìn)一步減少NF(網(wǎng)絡(luò)功能)間頻繁的訂閱和通知交互，降低網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)信令路由和負(fù)載均衡在SCP的集中化管理。

模式D引入后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?/p>

此外，模式D通過大幅減少網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)連接，降低網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜度，使信令網(wǎng)更容易維護(hù)，故障可以快速定位。SCP的靈活對接還可以屏蔽異廠家網(wǎng)元間不同，大幅減少不同廠家網(wǎng)元對接時(shí)的集成工作量，縮短新業(yè)務(wù)上線時(shí)間，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

2、以高韌性、智能流控和快速恢復(fù)支撐可依賴信令網(wǎng)

今年7月，日本K運(yùn)營商全網(wǎng)癱瘓事故的起因是路由器割接，割接失敗后操作回退，大量終端重新發(fā)起位置注冊消息，海量信令集中突發(fā)，很快引發(fā)VOLTE節(jié)點(diǎn)和用戶數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)擁塞。由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜且缺少自動(dòng)化的流量控制手段，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的故障排查和恢復(fù)時(shí)間長達(dá)3天。

根據(jù)近年來的信令風(fēng)暴事故分析，90%以上事故的崩潰點(diǎn)都在網(wǎng)絡(luò)后端的用戶數(shù)據(jù)（HSS）/ 策略控制（PCF）/計(jì)費(fèi)系統(tǒng)（CHF）等數(shù)據(jù)庫型網(wǎng)元。信令網(wǎng)SCP方案除了需要自身扛得住高強(qiáng)度流量沖擊外，還要有適配后端網(wǎng)元的處理能力，對前端流量進(jìn)行智能流控，削峰整流，保護(hù)后端HSS/UDM/PCF等關(guān)鍵網(wǎng)元，維持整網(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)在線。

此外，SCP基于星型架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，能夠提供流量可視和智能化分析，協(xié)助運(yùn)維中心快速定位故障，排除異常模塊，將業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間縮短至分鐘級，在網(wǎng)絡(luò)處于擁塞的極端情況下，也可為運(yùn)營商快速挽回?fù)p失。

5G時(shí)代運(yùn)營商信令建網(wǎng)展望

隨著移動(dòng)用戶的和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，特別是5G網(wǎng)絡(luò)的全面普及，網(wǎng)絡(luò)承載的信令流量將呈現(xiàn)指數(shù)增長。信令網(wǎng)是運(yùn)營商通信網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)中樞，為應(yīng)對可能的流量激增，海內(nèi)外多家運(yùn)營商已經(jīng)開始未雨綢繆，測試并引入SCP信令網(wǎng)，把SCP作為簡化網(wǎng)絡(luò)、提高效率、保障安全的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，重點(diǎn)投入。

2021年，泰國A運(yùn)營商率先引入SCP，作為5G網(wǎng)絡(luò)信令路由和管理網(wǎng)元。新的SCP網(wǎng)元使網(wǎng)絡(luò)信令路由大幅減少，免除運(yùn)營商上萬個(gè)離散號段的路由配置和維護(hù)工作，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的簡化不僅增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性，而且可以實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速上線。

5G網(wǎng)絡(luò)賦能千行百業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)也將更加豐富。在網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)過程中，信令網(wǎng)也需同步進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)，發(fā)揮信令網(wǎng)核心中樞的作用，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，提升維護(hù)效率，支撐5G網(wǎng)絡(luò)在社會生活中發(fā)揮更大價(jià)值。

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責(zé)任編輯：房家輝

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