软交换网和IP承载网之间的流量均衡研究

【摘要】文章首先介绍了软交换设备接入IP承载网的组网，及其流量均衡问题；接着通过对路由的深入分析，得出影响CE到AR间流量均衡的关键因素，并结合实际案例进行讨论。

【关键词】软交换 IP承载网 流量均衡 路由

目前，全IP化成为通信网络发展的趋势，对于核心网络来讲，以架够分离为标志的软交换成为网络发展的重要阶段。伴随着3G的到来，各电信运营商均着手进行核心网的软交换和IP化建设及改造。在此期间，软交换和IP承载网的关系进一步加强，其中流量均衡问题成为其对接的重要内容。

1软交换接入承载网的流量均衡问题

软交换和承载网之间的流量均衡问题主要指CE（软交换侧）和AR（承载网侧）的流量路由问题。

1.1 软交换接入承载网的组网分析

软交换设备的MSC Server（简称MSS）、MGW的信令流和媒体流均需通过一对CE设备以“口”字型方式接入IP承载网，具体连接参见图1。其中，CE以“口”字型上联到AR，软交换设备以双臂上联到CE1、CE2。

1.2 流量均衡问题

目前CE到AR之间一般是1G、10G的以太网，或等带宽的POS接口等，其传输模式可以是裸纤、波分、MSTP等。正常情况下，软交换的流量（主要是媒体流）应该以负荷分担模式均匀分配到CE1和CE2，确保流量均衡。

链路负荷一般以70%为宜，按照单边1G以太网计算，在负荷均衡情况下，BHCA值（同时承载呼叫数）为（AMR12.2k模式下一个呼叫约占30kb流量）：1G*0.7*2（双边）/30k=47万。考虑极端不均衡的单边承载业务情况，则BHCA容量退化为1G*0.7*1（单边）/30k=24万。因此，软交换接入承载网的流量均衡非常重要。

2上行流量路由及均衡分析

上行流量是指CE到AR的数据流量，其均衡主要是指CE1到AR1、CE2到AR2的流量基本相当。此过程主要涉及两个环节，首先是软交换设备选择CE，其次是CE选择AR。

2.1 软交换选择CE

软交换设备选择CE的过程是上行流量均衡的第一步。目前，软交换设备普遍使用静态路由，将CE作为其出口网关，因此软交换的合理、均匀配置是流量均衡的第一步。对于不同的软交换设备，其实现原理也不尽相同。

（1）爱立信软交换

爱立信软交换的媒体网关使用二层方式接入CE，并且其媒体流接口板成对配置，如图2（左）目前为4个单板负荷分担。对于CE来讲，利用VRRP向软交换设备提供2组出口网关，每2个单板使用一组网关。这种组网的流量均衡控制点在于软交换设备和CE设备：软交换设备的出口单板需要成对配置；CE设备需要启用双VRRP组，以保证CE1、CE2接收到的流量比较均衡。

（2）华为软交换

对于华为UMG8900来讲，其接口板（HRD）成对配置，如图2（中）IP1、IP3分别为HRD的网关。其流量均衡主要由软交换侧控制，软交换需要正确配置网关地址，并将HRD均匀分配到不同的CE上。

（3）中兴软交换

中兴设备实现机制和华为类似，其流量均衡的关键点仍为软交换设备。但和华为设备不同的是，中兴设备的接口和处理器地址是分开的，其接口和处理器之间的对接需要配置多条等值的静态路由，并且各路由等值，否则CE1和CE2的流量将不均衡。

2.2 CE选择AR

CE选择AR是上行流量的重要环节，当数据包发到CE后，CE检查其VRF路由表，通过路由匹配进行转发。CE路由分析如图3所示：

正常情况下，AR需要下发0.0.0.0/0和10.0.0.0/8给CE，这两条路由都是OSPF外部路由方式。因此如果这两条路由出现问题，则一般可能是AR路由出错。

对于CE的出口路由，除了下一跳指向对应直连AR外（优选路由），也可以选择配对CE为下一跳，此时出口路由为CE1-CE2-AR2（这种情况只能是上行流量不均衡且CE1-AR1出现故障时的一种保护措施）。

3下行流量路由及均衡分析

下行流量是指承载网发至软交换的数据流，主要涉及两个环节，首先是远端承载网（异AR片区）选择本端AR，其次是AR选择CE。

3.1 远端承载网选择AR

承载网一般使用MPBGP协议构成全国性VPN。承载网任一远端AR设备，通过反射器RR获得全网性VPN路由，和本端AR构成逻辑直联。

图4中，AR1、AR2为本端，AR3、AR4为远端，对于本端AR1/AR2下挂软交换的媒体路由，首先由CE1/CE2给AR1/AR2，此时是通过OSPF的，且带COST值。当AR1/AR2收到此路由后，AR将COST转化为MGBGP的扩展属性，进而发给RR；RR根据AR1、AR2发起的优先级不同，生成不同的路由并向全网扩散。

根据以上分析可以看出，对于软交换的汇聚路由，如果CE1、CE2是等值的，则AR1、AR2也会等值收到此路由条目，进而导致RR、远端AR无法区分其优先级。尽管承载网设备支持等值路由，但考虑路由表的容量，目前尚未启用等值路由；而是按照BGP协议原则，根据AR的ROUTER ID进行选择，一般AR1的ROUTER ID较小而成为优选。

3.2 AR选择CE

当AR收到下行数据包后，正常情况下，AR选择直联CE，即AR1选择CE1为下一跳，AR2选择CE2为下一跳。

此时在AR和CE配置时，需要注意，不管AR和CE间是否为10G或1G链路，其OSPF COST值统一取10，不能按照10G/BW的方式计算；否则AR将未必选直连CE，而选择链路带宽大的其它机房的CE为桥接进行转发，从而产生机房间横向流量。

4流量不均衡的案例分析

在实际CE对接AR测试中，发现现网存在流量不均衡的案例，分析如下：

4.1 上行流量不均衡案例

在某地建设的验收过程中发现CE上对10.0.0.0/8的软交换汇聚路由出现问题。

如图5所示，CE的路由10.0.0.0/8指向配对的CE，而非直联AR，这样一来造成所有上行流量均通过配对CE-AR出口，造成严重不均衡。

由于此路由是O_ASE类型，根据分析，应该是AR下发错误导致。在AR检查配置发现图6所示情况：

不难发现，直联AR（AR3）只是配置为BGP引入OSPF（无指定引入类型，缺省类型为TYPE=2），而配对AR（AR4）则明确指出以TYPE=1的模式引入OSPF。而根据OSPF协议，路由的优先级由低到高依次为：区域内部路由、区域间路由、Type 1外部路由、Type 2外部路由。这样一来，CE接受从配对CE发过来的非最佳路由（TYPE=1），而拒绝其直联的AR发出的路由（TYPE=2），造成路由错误，影响流量均衡。

4.2 下行流量不均衡案例

某地软交换局割接后发现AR到CE的下行流量出现不均衡情况，其流量对比统计见图7：

由图7可以看出，30秒内统计上行（output）流量相当，但下行（input）却相差悬殊。其原因主要是远端均选择AR3作为下一跳。

由图8可以看出，全网AR（包括AR1平面、AR2平面）均收敛到AR3（221.130.209.3），而不是均衡收敛到AR3、AR4。这样一来，AR3直接发给直联CE，从而造成AR3下行为重载，而AR4下行为轻载。又因为AR的路由是CE的，所以其主要原因是CE等值其下连软交换的地址。

5结语

软交换和承载网之间对接是网络3G演进的重要内容，其流量均衡问题直接影响网络性能和容量。为提高网络IP化的效率，促使网络向3G顺利、平滑过渡，降低运行隐患，需要交换、数据等不同专业发挥各自优势共同完成。

参考文献

[1]W.Richard Stevens. TCP/IP互联技术详解（卷I）[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.

[2]3GPP TS 29.414(Rel 8). Core network Nb data transport and transport signalling[S].

[3]孙立新等. 第三代移动通信技术[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2001.

【作者简介】

黄耀军：工程师，硕士毕业于华中科技大学，现任职于中国移动广东公司深圳分公司，长期从事GSM、GPRS、3G网络技术研究，多篇，研究方向：无线通信系统。

黄伟湘：工程师，本科毕业于中山大学，现任职于中国移动广东公司深圳分公司，长期从事网络技术及网络增值业务研究，多篇，研究方向：计算机网络及应用。

张红军：工程师，硕士毕业于中国科技大学，现任职于中国移动广东公司深圳分公司，长期从事网络技术、数据库技术研究，多篇，研究方向：计算机网络。

收稿日期：2009年2月12日