近日，在泰國結束的第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)永遠在線(xiàn)，成論壇上最為關(guān)注的話(huà)題之一，獲得參展各方的熱烈討論。
(資料圖)
兩年來(lái)，全球發(fā)生多起由于網(wǎng)絡(luò )異常引發(fā)的信令風(fēng)暴，從而導致全網(wǎng)業(yè)務(wù)長(cháng)時(shí)間癱瘓，范圍波及中東、美洲、亞太的多家運營(yíng)商。例如，2022年7月，加拿大R運營(yíng)商發(fā)生大規模網(wǎng)絡(luò )中斷，時(shí)長(cháng)約19個(gè)小時(shí)；同月，日本K運營(yíng)商發(fā)生全網(wǎng)業(yè)務(wù)癱瘓，中斷時(shí)間長(cháng)達62個(gè)小時(shí)。業(yè)務(wù)穩定是通信產(chǎn)業(yè)的根基，網(wǎng)絡(luò )癱瘓不僅會(huì )造成運營(yíng)商直接收入損失和巨額賠償，還會(huì )影響到運營(yíng)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)的收斂和保護功能不夠完善，網(wǎng)元收受到?jīng)_擊后無(wú)法快速恢復，最終導致全網(wǎng)癱瘓。
隨著(zhù)全球5G網(wǎng)絡(luò )建設高速發(fā)展，移動(dòng)寬帶用戶(hù)和數據業(yè)務(wù)呈爆發(fā)式增長(cháng)，5G網(wǎng)絡(luò )中的信令風(fēng)暴問(wèn)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)基礎設施開(kāi)始從專(zhuān)用平臺向云化和分層解耦轉型。云化網(wǎng)絡(luò )在增加敏捷性的同時(shí)，也帶來(lái)可靠性的風(fēng)險；分層解耦帶來(lái)的多廠(chǎng)家協(xié)同部署網(wǎng)絡(luò )，更容易引入健壯性不足的問(wèn)題。
網(wǎng)絡(luò )架構方面，為使5G網(wǎng)絡(luò )解耦和彈性擴容，大量網(wǎng)元功能被模塊化，這也增加了網(wǎng)元間的鏈路數量和信令網(wǎng)絡(luò )的復雜性。信令網(wǎng)是一個(gè)端到端的系統工程，涉及各個(gè)子模塊的韌性設計，以及全局的可靠性保護設置，信令網(wǎng)絡(luò )變得龐大和繁雜后，可靠性規劃往往難以面面俱到，容易出現各種網(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）的軟件架構，在可路由性方面有所提升，但是在擁塞管理、路由實(shí)時(shí)負載均衡調配，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 )對信令消息數量、包長(cháng)和處理能力有了更進(jìn)一步的的要求。新應用上量后，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，強度相比過(guò)去將會(huì )翻倍，網(wǎng)絡(luò )后端用戶(hù)數據、計費、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(huì )中斷。
5G時(shí)代，如何增強網(wǎng)絡(luò )的可靠性？
1、基于SCP實(shí)現信令網(wǎng)架構簡(jiǎn)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版本基礎上，增加SCP網(wǎng)元，服務(wù)使用者去NRF尋址無(wú)需經(jīng)過(guò)SCP，獲得服務(wù)提供者的地區后，和服務(wù)提供者之間的信令交互都通過(guò)SCP路由和轉發(fā)。
模式D：在R15版本基礎上，增加SCP網(wǎng)元，服務(wù)使用者去NRF尋址需要經(jīng)過(guò)SCP，獲得服務(wù)提供者的地區后，和服務(wù)提供者之間的信令交互也通過(guò)SCP路由和轉發(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)流量轉發(fā)、控制管理和負載均衡等方面都有了升級，更有利于異常流量場(chǎng)景管控。
從簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )角度來(lái)看，相比模式 A和B，模式D可實(shí)現90%以上的鏈路數量減少，均衡各個(gè)局向的實(shí)時(shí)負載，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )連接簡(jiǎn)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 )流量負荷，實(shí)現信令路由和負載均衡在SCP的集中化管理。
模式D引入后網(wǎng)絡(luò )拓撲變化
此外，模式D通過(guò)大幅減少網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)連接，降低網(wǎng)絡(luò )架構復雜度，使信令網(wǎng)更容易維護，故障可以快速定位。SCP的靈活對接還可以屏蔽異廠(chǎng)家網(wǎng)元間不同，大幅減少不同廠(chǎng)家網(wǎng)元對接時(shí)的集成工作量，縮短新業(yè)務(wù)上線(xiàn)時(shí)間，增強企業(yè)競爭力。
2、以高韌性、智能流控和快速恢復支撐可依賴(lài)信令網(wǎng)
今年7月，日本K運營(yíng)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節點(diǎn)和用戶(hù)數據節點(diǎn)擁塞。由于網(wǎng)絡(luò )架構復雜且缺少自動(dòng)化的流量控制手段，運維團隊的故障排查和恢復時(shí)間長(cháng)達3天。
根據近年來(lái)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(hù)數據（HSS）/ 策略控制（PCF）/計費系統（CHF）等數據庫型網(wǎng)元。信令網(wǎng)SCP方案除了需要自身扛得住高強度流量沖擊外，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(xiàn)。
此外，SCP基于星型架構的網(wǎng)絡(luò )設計，能夠提供流量可視和智能化分析，協(xié)助運維中心快速定位故障，排除異常模塊，將業(yè)務(wù)恢復時(shí)間縮短至分鐘級，在網(wǎng)絡(luò )處于擁塞的極端情況下，也可為運營(yíng)商快速挽回損失。
5G時(shí)代運營(yíng)商信令建網(wǎng)展望
隨著(zhù)移動(dòng)用戶(hù)的和數據業(yè)務(wù)的增長(cháng)，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指數增長(cháng)。信令網(wǎng)是運營(yíng)商通信網(wǎng)絡(luò )的神經(jīng)中樞，為應對可能的流量激增，海內外多家運營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始未雨綢繆，測試并引入SCP信令網(wǎng)，把SCP作為簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )、提高效率、保障安全的網(wǎng)絡(luò )基礎設施，重點(diǎn)投入。
2021年，泰國A運營(yíng)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，免除運營(yíng)商上萬(wàn)個(gè)離散號段的路由配置和維護工作，網(wǎng)絡(luò )架構的簡(jiǎn)化不僅增強了網(wǎng)絡(luò )的健壯性，而且可以實(shí)現新業(yè)務(wù)的快速上線(xiàn)。
5G網(wǎng)絡(luò )賦能千行百業(yè)已經(jīng)初具規模，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(guò)程中，信令網(wǎng)也需同步進(jìn)行規劃和建設，發(fā)揮信令網(wǎng)核心中樞的作用，保護網(wǎng)絡(luò )穩定，提升維護效率，支撐5G網(wǎng)絡(luò )在社會(huì )生活中發(fā)揮更大價(jià)值。
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責任編輯：房家輝
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