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移動No.7信令網中環路現象分析
[ 通信界 / 劉 暉 / www.6611o.com / 2004/6/3 ]
 

劉 暉


  摘 要:分析了移動No.7信令網中MTP、SCCP環路現象及形成的原因,對GSM移動通信網中特有的其他形式的環路現象也進行了分析。文中所描述內容對于移動No.7信令網的網絡建設和網絡維護工作將起到一定的借鑒作用。
  關鍵詞:移動No.7信令網 信令關系 環路 MRVT SRVT

  No.7信令網是GSM移動通信網絡的神經中樞,它運行得好壞直接關系到通信網絡的服務質量。目前,中國移動通信集團已經建成了獨立的信令網絡,網絡為一、二級混合結構,除某些大省建有獨立的HSTP、LSTP外,其余各省的HSTP/LSTP均合設在一起。信令網采用A、B平面組網,同平面間的HSTP網狀相連,不同平面間省內的一對HSTP互連。由于移動通信的迅速發展,各省都相繼出現了復雜的網絡拓撲結構,因此在移動信令網中各種環路就有存在的可能,一旦滿足某些條件,就會產生環路現象,從而影響通信網絡的正常運行。
  所謂環路,是指信令消息包在具有信令關系的兩個或多個信令點之間轉發而形成循環,筆者認為從廣義上理解環路現象更恰當,即同一信令消息包經過若干次轉發后又回到其中的一個轉發點。環路的后果有:因信令包的循環,不能完成正常呼叫;將增加額外的信令負荷,可能造成信令擁塞;有些環路消息雖然經過較長路由能到達目的地,但是信令延遲也增大,將影響接續速度。
  本文討論GSM移動信令網中幾種信令環路現象:①MTP層環路;②SCCP的環路;③GSM中其他形式的環路。
1 MTP層信令環路
  在No.7信令網中,為了提高網絡運行的可靠性,常在已有拓撲結構的基礎上增加信令關系的冗余,即替換路由。如果信令關系的冗余配置不合理,將產生MTP層環路。下面根據圖例詳細描述。

圖1中點1、2、3、4均具有STP功能,A、B為信令端點。為了簡化描述,只考慮信令消息從A到B的情況,消息從B到A也可同理分析。各點到B點的信令路由表如下:
  信令源點  信令宿點  可選MTP路由
  A   B   A1、A2
  1   B 13、14、12
2    B     23、24、21
  3     B   3B、34、31、32
  4   B   4B、43、42、41
  當消息從A發到B,根據上述MTP路由表,可以得到其中的一個路由組合為:A1、13、32、21、13,消息有可能在點1、3、2之間形成循環后才達到B或在點1、3、2死循環而永遠不能達到B。
  應該說信令關系冗余的引入是形成MTP層環路的根本原因。因此,在考慮信令替換路由時,不能從網元管理出發,而要從網絡管理角度全面考慮,同時網元設備入網時,應該遵循我國《GSM No.7信令技術體制》(以下簡稱《體制》)中的要求。《體制》中規定,MTP路由分正常路由和替換路由兩種;正常路由是未發生故障的正常情況下的信令業務的路由,如果有直達的信令鏈,則應該將該信令路由作為正常路由,如果無直達信令鏈,則正常路由為這些可選路由中的最短路由(最短路由指信令消息被中轉次數最少的信令路由);替換路由是信令鏈或路由故障造成正常路由不能傳送信令業務而選擇的路由。進行路由選擇時必須首先選擇正常路由,當正常路由故障不能使用時再選擇替換路由。按照《體制》要求,上述路由表中3到B點正常路由中就不應該包含32、31,而應該作為替換路由,替換路由的優先級別也應該遵循路由最短的原則。根據《體制》要求首選直達、無直達選最短的原則,路由表修改為:
信令源點 信令宿點 正常MTP路由 第一替換路由 第二替換路由
 A   B A1、A2
  1   B 13、14   12
  2   B 24、23   21
  3   B 3B   34 32、31
  4   B 4B   43 42、41
  當信令網絡所有信令鏈路完全正常,信令消息從A到B時,根據修改過的路由表,正常路由中任何一種組合都不可能出現信令消息重復轉發的現象,因此不可能有環路存在。但是,當信令網絡中某些正常路由中斷后,替換路由的引入是不是有形成環路的可能呢?例如發生某些故障如3B、34信令鏈中斷,造成3B、34信令路由不可用,如圖2所示。


  路由表將被更改為:
信令源點 信令宿點 正常MTP路由 替換MTP路由
A   B A1、A2
1   B 13、14    12
2   B 24、23    21
3   B     32、31
4   B 4B     42、41
  當信令消息從A到B時,也可能出現A1、13、32、23的路由組合,消息可能在點2、3之間轉發,環路也就形成。那么又如何防止故障情況下形成環路呢?實際上這類環路可以預防,ITU的Q.753建議上將這類因替換路由引起的環路稱為“偽環路”( pseudo-loop)。為了防止“偽環路”演變成“真環路”,MTP層必須做一些預防性工作,在相關故障路由點上廣播TFP消息。對于圖2情況,點3必須向所有相鄰點1、2廣播TFP消息,示意到點B、點4的消息不能從點3轉發,點1、點2在收到點3的廣播消息TFP后,將針對到B點的消息,使13、23變為不可用路由,這樣路由表將最終變為:
信令源點 信令宿點 正常路由 替換路由
A   B   A1、A2
1   B   14    12
2   B 24    21
3   B     31、32
 4   B   4B   42、41
  如果消息從A到B,當消息從A到達點1后,點1將首選路由14再到達點4,點4只能選路由4B再到達B。這樣信令消息從A到B也不可能出現環路現象。因此“偽環路”可以利用廣播TFP來防止其演變成“真環路”。
  為了能從網絡管理的角度監視環路等一系列情況,ITU在Q.753建議中提出了MRVT(MTP Routing Verification Test)測試方法。該測試方法的主要目的是檢查網絡中MTP數據的有效性,具體是檢測存在的環路、超長的路由、信令關系的雙向性檢測等,也可以滿足一些特殊情況要求,如因TFP消息丟失而形成的環路。這種方法是在檢測點發出MRVT消息,通過返回來消息的MRVA(MTP Routing Verification Acknowledgement)分析是否存在環路、是否存在超長路由等信息,再分析MRVR (MTP Routing Verification Result )可以得到環路所經歷的信令點等。
  因此在組建移動No.7信令網管系統中尤其是復雜的信令網中,應該考慮MRVT檢測功能,一旦需求,必須能開啟該功能。對于沒有No.7信令網管系統的,實際工作中要建立健全網管制度,只要MTP路由數據被修改或引入新的MTP路由都必須注意,都應該按照MRVT的思路去分析路由,避免MTP環路的產生。
2 SCCP層環路
  GSM移動通信網絡中存在大量與電路無關的消息,這些都是MAP(Mobile Application Part)通過SCCP的功能來完成的。SCCP的地址單元分為3類:GT(Global Title)、DPC(Destination Point Code)、SSN(Subsystem Number)。SCCP的主、被叫方的地址可以是這3種地址單元的任意組合。目前我國GSM網中使用兩種尋址方式:DPC+SSN、GT+SSN。
在SCCP中也存在環路現象,而且它是一種與MTP環路無關的環路(即使MTP中無環路,也不能解決SCCP的環路問題),參見圖3。

  圖3為典型的移動信令網絡圖,其中的1、2、3、4均具有STP功能且全部信令點具有GTT(Global Title Translation)功能,A的GT為Ta,B的GT為Tb,A的點碼為PCa,B的點碼為PCb,依此類推。為了簡化問題,先分析消息從A到B的情況(B到A也類似)。假設點A、點1、點2到B點GT路由表做成如下方式:
信令源點 被叫GT GTT結果
A Tb Tb的GTT為PC1或PC2,GT+SSN尋址
1 Tb Tb的GTT為PC3或PC2,GT+SSN尋址
2 Tb Tb的GTT為PC4或PC1,GT+SSN尋址
(注:ITU規定SCCP的GT翻譯結果最多只能兩種)
  A和B之間有SCCP層的信令關系,當有一消息從A發往B,按上面的路由表,有可能存在如下形式的翻譯:被叫Tb在A中的GTT結果是點1并且根據GT再選路由;消息到達點1后、點1對Tb做GTT,GTT結果是點2并且根據GT再選路由;消息到達點2后、點2對Tb做GTT,GTT結果是點1,這時候SCCP的環路就出現了,因為消息包在點1、2之間出現了轉發。究其原因,是點1和點2對別的區域內的SP的GT翻譯有誤而引起。我國移動信令網絡較大,其中包含的各省市的GT(用戶MSISDN、MSCID、HLRID等)較多,GT翻譯做得不正確、不準確,就有可能出現環路或者信令包要被多次轉發而造成延遲。另外,如果SCCP的翻譯不合理、數據翻譯不完全也將造成環路,下面為一實例。某地市的關口局做開局調測時的網絡結構見圖4。

  當時的GT路由表被做成如下形式:
信令源點 被叫GT GTT結果
GMSC 所有GT 所有GT的GTT為PC1或PC2,GT+SSN尋址
HLR Tgmsc Tgmsc的GTT為PChstp1或PChstp2,GT+SSN尋址
HSTP1 Tgmsc Tgmsc的GTT為PCgmsc,GT+SSN尋址
HSTP1 Thlr Thlr的GTT為PChlr,DPC+SSN
HSTP2 Tgmsc Tgmsc的GTT為PCgmsc,GT+SSN尋址
HSTP2 Thlr Thlr的GTT為PChlr,DPC+SSN
  由于GMSC是信令端局,所以開局人員將它的GT路由表翻譯做得很粗,這樣包含了所有GT(包含了所有的MSISDN號段),想是今后不再做任何數據以減輕今后維護量。但是由于該數據也將GMSC的GT送到HSTP翻譯(漏洞就在于此)。如果GMSC始發一消息SRI,按上述路由表,GTT結果為PChstp1或PChstp2,到HSTP1或HSTP2后,將Thlr翻譯成Pchlr且按DPC+SSN選路將順利到達HLR,發出消息沒有問題;當HLR返回SRI ACK消息時問題出現了,按路由表到達HSTP1或HSTP2且按GT+SSN(GMSC的GT)選路由,到達GMSC后,由于是按GT選路,路由表中GMSC將所有GT翻譯到HSTP,這時候環路產生了,消息不停地在HSTP和GMSC之間轉發,造成呼叫無法進行。通過儀表分析,發現了該問題。解決辦法是要求端局將自己的GT指向自己(糾正錯誤的GT翻譯結果),同時HSTP將翻譯結果按DPC+SSN尋址(將GT翻譯結果做完全,這樣GMSC不再做GTT,可以減小信令延遲),環路情況才得以解決。由此可見,GTT結果正確與否、GTT結果完全與否是引起SCCP環路的根本原因。
  為了從網絡管理的角度監視SCCP環路的情況,ITU在Q.753建議中,使用SRVT(SCCP Routing Verification Test)方法來檢測SCCP環路。檢測時是在檢測點發送一系列SRVT消息,通過分析返回消息SRVA(SCCP Routing Verification Acknowledgement)、SRVR(SCCP Routing Verification Result),就可以判斷環路存在等的情況。
  因此在建立GSM移動No.7信令網管系統中尤其是復雜的網絡中,應該考慮SRVT檢測功能,一旦需求,必須能開啟該功能。對于沒有GSM移動No.7信令網管系統的,實際工作中要建立健全網管制度,只要SCCP路由數據被修改或引入新的SCCP路由都應該按照SRVT的思路去分析路由,避免SCCP環路的產生。
3 GSM移動網中其他形式的環路
  情況①:在GSM的呼叫原理中,由始呼局(GMSC、MSC/VLR)根據用戶的MSISDN向HLR發起SRI查詢,HLR返回給始呼局的SRI ACK消息中有4種:SRI ACK的結果帶有動態漫游號碼MSRNGMSC/MSC將完成接續;SRI ACK的結果是普通PSTN號碼,GMSC/MSC將完成接續;SRI ACK消息中的結果是用戶缺席,則表明用戶關機;SRI ACK消息的結果中包含別的移動用戶的MSISDN號碼,將進行下一次的SRI查詢,如果得到的還是MSIDN號碼,這種查詢會不會無休止地進行下去呢?這由HLR中的參數“HLR前轉次數”控制。

  若HLR中兩用戶A、B均有CFU功能,且都激活該功能到對方號碼,當GMSC/MSC中有一呼叫到達A,這時GMSC/MSC根據被叫號碼A發起查詢消息SRI,而HLR中的SRI ACK返回的結果是B的號碼,然后GMSC/MSC又根據被叫號碼B發起查詢消息SRI,得到的結果是被叫號碼A,GMSC/MSC又重復這一查詢,將造成多次循環。對于關機引起的不可及轉移CFNRC也存在類似現象。HLR參數“HLR前轉次數”專門控制這種呼叫轉移的次數,對于超過“HLR前轉次數”的用戶,做被叫時將被拒絕。由于中國移動不允許二次呼叫轉移,因此各HLR中該參數應該調整為1。當兩用戶不在同一個HLR中,分析也類似。
  情況②:GSM中如果遇被叫用戶忙,SRI ACK的結果是上述的哪一種呢?對被叫用戶忙的情況,VLR仍然要分配MSRN,因此在用戶忙時如果做了呼叫轉移,呼叫將從被叫所在拜訪局轉接。當滿足某些條件時,也可能出現無休止的轉移。MSC/VLR中的“VLR前轉次數”參數可以控制這種情況。

  假設用戶A、B有CFB功能,且已經激活到對方號碼上,A、B之間正在通話,當有第三方的呼叫到達A后,根據遇忙時VLR中也要分配MSRN給用戶,而且是在被叫所在MSC中處理的原則,A的拜訪局MSC/VLR根據A的CFB條件,以B的MSIDN發起SRI查詢,SRI ACK將得到B的MSRN,話路將建立到B的拜訪局的話路;而當呼叫到達B后,也會因CFB去查詢A的MSRN,去建立到A的拜訪局的話路。如此,形成兩個局間中繼惡性占用,呼叫無應答CFNRY也有類似的情況。尤其要注意的是,HLR中的參數“HLR前轉次數”控制不了這種情況。這必須由被拜訪局MSC/VLR中的“VLR前轉次數”來控制這種轉接次數,當在VLR中的呼叫轉移次數超過這一參數時,呼叫將在MSC/VLR被拒絕。我們建議該值也取1。
  綜上所述,在實際工作中,采用以上對策來避免環路的產生,確保No.7等信令網的安全運營,是切實可行的。C+SSN
  由于GMSC是信令端局,所以開局人員將它的GT路由表翻譯做得很粗,這樣包含了所有GT(包含了所有的MSISDN號段),想是今后不再做任何數據以減輕今后維護量。但是由于該數據也將GMSC的GT送到HSTP翻譯(漏洞就在于此)。如果GMSC始發一消息SRI,按上述路由表,GTT結果為PChstp1或PChstp2,到HSTP1或HSTP2后,將Thlr翻譯成Pchlr且按DPC+SSN選路將順利到達HLR,發出消息沒有問題;當HLR返回SRI ACK消息時問題出現了,按路由表到達HSTP1或HSTP2且按GT+SSN(GMSC的GT)選路由,到達GMSC后,由于是按GT選路,路由表中GMSC將所有GT翻譯到HSTP,這時候環路產生了,消息不停地在HSTP和GMSC之間轉發,造成呼叫無法進行。通過儀表分析,發現了該問題。解決辦法是要求端局將自己的GT指向自己(糾正錯誤的GT翻譯結果),同時HSTP將翻譯結果按DPC+SSN尋址(將GT翻譯結果做完全,這樣GMSC不再做GTT,可以減小信令延遲),環路情況才得以解決。由此可見,GTT結果正確與否、GTT結果完全與否是引起SCCP環路的根本原因。
  為了從網絡管理的角度監視SCCP環路的情況,ITU在Q.753建議中,使用SRVT(SCCP Routing Verification Test)方法來檢測SCCP環路。檢測時是在檢測點發送一系列SRVT消息,通過分析返回消息SRVA(SCCP Routing Verification Acknowledgement)、SRVR(SCCP Routing Verification Result),就可以判斷環路存在等的情況。
  因此在建立GSM移動No.7信令網管系統中尤其是復雜的網絡中,應該考慮SRVT檢測功能,一旦需求,必須能開啟該功能。對于沒有GSM移動No.7信令網管系統的,實際工作中要建立健全網管制度,只要SCCP路由數據被修改或引入新的SCCP路由都應該按照SRVT的思路去分析路由,避免SCCP環路的產生。
3 GSM移動網中其他形式的環路
  情況①:在GSM的呼叫原理中,由始呼局(GMSC、MSC/VLR)根據用戶的MSISDN向HLR發起SRI查詢,HLR返回給始呼局的SRI ACK消息中有4種:SRI ACK的結果帶有動態漫游號碼MSRNGMSC/MSC將完成接續;SRI ACK的結果是普通PSTN號碼,GMSC/MSC將完成接續;SRI ACK消息中的結果是用戶缺席,則表明用戶關機;SRI ACK消息的結果中包含別的移動用戶的MSISDN號碼,將進行下一次的SRI查詢,如果得到的還是MSIDN號碼,這種查詢會不會無休止地進行下去呢?這由HLR中的參數“HLR前轉次數”控制。

  若HLR中兩用戶A、B均有CFU功能,且都激活該功能到對方號碼,當GMSC/MSC中有一呼叫到達A,這時GMSC/MSC根據被叫號碼A發起查詢消息SRI,而HLR中的SRI ACK返回的結果是B的號碼,然后GMSC/MSC又根據被叫號碼B發起查詢消息SRI,得到的結果是被叫號碼A,GMSC/MSC又重復這一查詢,將造成多次循環。對于關機引起的不可及轉移CFNRC也存在類似現象。HLR參數“HLR前轉次數”專門控制這種呼叫轉移的次數,對于超過“HLR前轉次數”的用戶,做被叫時將被拒絕。由于中國移動不允許二次呼叫轉移,因此各HLR中該參數應該調整為1。當兩用戶不在同一個HLR中,分析也類似。

 

作者:劉 暉 合作媒體:中國電力通信網 編輯:顧北

 

 

 
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