傳統(tǒng)集中式HLR向分布式HLR演進

HLR（歸屬位置寄存器）是管理移動用戶的數(shù)據(jù)中心。全業(yè)務(wù)背景下固定用戶與移動用戶數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合的需求迫切，傳統(tǒng)的集中式HLR已難于適應(yīng)融合的統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理需求。在2G/3G核心網(wǎng)絡(luò)融合及IMS網(wǎng)絡(luò)大發(fā)展情況下，移動網(wǎng)傳統(tǒng)集中式HLR將如何演進？目前業(yè)界普遍看好傳統(tǒng)HLR向未來分布式HLR、HSS平滑演進。

分布式HLR實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯與用戶數(shù)據(jù)的分層，數(shù)據(jù)庫開放靈活的接口及架構(gòu)正是順應(yīng)了移動核心網(wǎng)絡(luò)朝著全業(yè)務(wù)、全IP網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展的趨勢，通過建立統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)中心，可有效簡化網(wǎng)絡(luò)，降低維護費用，提高數(shù)據(jù)的安全性，縮短新業(yè)務(wù)發(fā)布時間，促進業(yè)務(wù)創(chuàng)新，為運營商提供有競爭力的業(yè)務(wù)融合奠定基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)HLR基本組成及原理

HLR是GSM移動通信網(wǎng)中用于管理移動用戶的數(shù)據(jù)庫。HLR主要存儲兩類信息，一類是移動用戶簽約信息，包括用戶號碼、業(yè)務(wù)類別等；一類是移動用戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如MSC/VLR地址等。因此HLR設(shè)備在GSM網(wǎng)絡(luò)中的作用是為移動網(wǎng)絡(luò)提供用戶的相關(guān)信息，包括用戶的基本簽約信息、新業(yè)務(wù)簽約信息和用戶的位置信息等。

傳統(tǒng)集中式HLR設(shè)備主要由處理用戶數(shù)據(jù)的大容量的數(shù)據(jù)庫和處理七號信令消息的信令接入及處理模塊兩部分組成，其中大容量數(shù)據(jù)庫主要用來存儲用戶的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)；信令接入及處理模塊則用來處理與其它網(wǎng)元間互通的七號信令消息，HLR與No.7信令網(wǎng)內(nèi)各網(wǎng)元采用基于TDM承載的MAP信令。另外HLR分別與網(wǎng)管網(wǎng)和業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)BOSS系統(tǒng)建立連接，實現(xiàn)對HLR的維護管理及用戶數(shù)據(jù)的運營管理功能。具體網(wǎng)絡(luò)連接如圖1。

　　傳統(tǒng)HLR面臨三大挑戰(zhàn)


移動核心網(wǎng)絡(luò)正朝著全業(yè)務(wù)、全IP網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，傳統(tǒng)集中式HLR的設(shè)備性能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和管理用戶數(shù)據(jù)的方式已經(jīng)越來越不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，目前存在以下三方面的問題。

首先，傳統(tǒng)HLR單點容量小、數(shù)量多，單用戶能耗大，網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)成本高。現(xiàn)有HLR設(shè)備單點容量較小，數(shù)量龐大，導致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及用戶數(shù)據(jù)管理復(fù)雜，號碼資源利用率低；小容量低集成度也導致了單用戶能耗高，不符合節(jié)能減排的要求；目前網(wǎng)元級實時容災(zāi)備份不論采用冷備份方式還是熱備份方式需單獨配置容災(zāi)備份用戶容量，使得網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)建設(shè)成本提高。

其次，新業(yè)務(wù)部署慢，業(yè)務(wù)邏輯日趨復(fù)雜，無法實現(xiàn)向未來網(wǎng)絡(luò)平滑演進。傳統(tǒng)HLR數(shù)量多、部署分散，業(yè)務(wù)處理和數(shù)據(jù)存儲緊耦合，全業(yè)務(wù)競爭條件下各種新業(yè)務(wù)層出不窮，業(yè)務(wù)升級面臨較大風險，新業(yè)務(wù)無法全網(wǎng)統(tǒng)一快速部署；傳統(tǒng)HLR基于TDM承載傳統(tǒng)架構(gòu)，不支持IP組網(wǎng)，不能適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)全IP化趨勢，無法平滑升級為目標網(wǎng)IMS系統(tǒng)的HSS。

最后，缺乏海量數(shù)據(jù)深度挖掘分析能力，無法實現(xiàn)基于多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一融合用戶數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)HLR各廠家各自內(nèi)部存儲和管理用戶數(shù)據(jù)的方式已經(jīng)越來越不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)元的對外接口不一，導致數(shù)據(jù)訪問接口復(fù)雜，用戶數(shù)據(jù)管理困難，不具備海量數(shù)據(jù)的挖掘分析能力。

2G/3G核心網(wǎng)融合組網(wǎng)要求2G、3G用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一融合管理，同時IMS技術(shù)引入后逐步實現(xiàn)固定、移動用戶多種接入的統(tǒng)一控制，需要構(gòu)建以用戶數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，傳統(tǒng)HLR無法提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)統(tǒng)一存儲多種用戶數(shù)據(jù)的能力。

因此未來HLR需要滿足以下要求三方面的需求。

一是大容量、高可靠性、可擴展性的需求。建立大容量統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)存儲，跨地區(qū)數(shù)據(jù)空間共享，跨地域分布部署信令接入，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備利用率，簡化網(wǎng)絡(luò)維護管理；具備高可靠性的系統(tǒng)容災(zāi)功能；具有可平滑在線擴容能力，對用戶數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)無影響。

二是具備數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)融合的能力。HLR數(shù)據(jù)庫集中存儲多種電信業(yè)務(wù)用戶數(shù)據(jù)，真正融合不同接入的用戶數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理接口，實現(xiàn)融合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，符合網(wǎng)絡(luò)融合和全業(yè)務(wù)競爭條件下業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。

三是具備面向未來網(wǎng)絡(luò)的融合和演進能力。未來HLR需支持IP組網(wǎng)，滿足核心網(wǎng)全IP發(fā)展趨勢；采用開放式標準協(xié)議與接口，支持2G、3G、TD、IMS等多種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)條件下融合用戶數(shù)據(jù)管理，具備平滑演進至IMS-HSS能力。

綜上所述，未來HLR發(fā)展的主要驅(qū)動力主要是多業(yè)務(wù)融合，融合終端數(shù)據(jù)、接入/核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及Internet業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)邏輯與用戶數(shù)據(jù)的分層，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的融合統(tǒng)一，以利于向未來網(wǎng)絡(luò)平滑演進。因此業(yè)界提出了分布式HLR的概念。

分布式HLR基本組成及原理

分布式HLR采用分層設(shè)計的理念，將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據(jù)庫模塊和信令接入及處理模塊分離，基于IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，采用標準的的開放性接口，與具體應(yīng)用無關(guān)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯與用戶數(shù)據(jù)的分離組網(wǎng)架構(gòu)。

分布式HLR系統(tǒng)由前端（FE，F(xiàn)ront End）設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)庫（UDR，User Data Repository）設(shè)備組成，其功能實體通過特定拓撲、接口構(gòu)成分布式HLR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體分布式HLR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。


分布式HLR將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據(jù)庫模塊和信令接入及處理模塊物理分離，因此分布式除支持傳統(tǒng)HLR的基于MAP協(xié)議相關(guān)接口外新增加了Rz、Rs、Cx 、Dx、Sh、Dh接口。

分布式HLR的組網(wǎng)方案

首先，在分布式HLR BE內(nèi)部組網(wǎng)方案中（圖3），為達到用戶數(shù)據(jù)庫滿足電信級可用性和可靠性要求，BE采用分布式數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，BE具備N+K負荷分擔容災(zāi)能力，BE間內(nèi)部組網(wǎng)可按照主備或負荷分擔方式組網(wǎng)。如一對BE之間可建立相互備份關(guān)系并通過Rs接口進行用戶數(shù)據(jù)實時更新同步，其中任意一個BE設(shè)備故障對用戶業(yè)務(wù)無影響。BE間可分多物理地點設(shè)置以實現(xiàn)物理地理上容災(zāi)。


其次，在分布式HLR FE與NO.7信令網(wǎng)組網(wǎng)方案中（圖4），F(xiàn)E主要提供TDM、IP等對外信令接口以及應(yīng)用處理功能，F(xiàn)E不再存儲用戶數(shù)據(jù)，因此FE可以服務(wù)于任何用戶。多個FE可以組成一個“池”，“池”內(nèi)FE間可以以負荷分擔或主備用N+K實時容災(zāi)備份方式工作。當池內(nèi)某個(或某些)FE發(fā)生故障時，“池”仍然正常工作，不影響業(yè)務(wù)。


最后，在分布式HLR與BOSS、網(wǎng)管組網(wǎng)方案中（圖5），F(xiàn)E采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)接口與網(wǎng)管網(wǎng)連接，提供對設(shè)備維護管理及話務(wù)統(tǒng)計采集。業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)BOSS系統(tǒng)采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)接口以主備或負荷分擔方式接入多點BE進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理。


　　分布式HLR具備五大優(yōu)勢

分布式HLR采用業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)分離的架構(gòu)，業(yè)務(wù)FE與數(shù)據(jù)BE分層，迎合未來網(wǎng)絡(luò)的演進，構(gòu)建以用戶為中心的融合網(wǎng)絡(luò)。分布式HLR的主要特點及優(yōu)勢有五個。

一是分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具備平滑演進能力。分布式HLR將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據(jù)管理功能與信令接入及處理功能完全分離，F(xiàn)E與BE分離設(shè)置，F(xiàn)E可根據(jù)需求接入2G、3G、TD、IMS等多種核心網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單清晰，適應(yīng)未來3G、IMS等新業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的融合。

二是接口開放，支持網(wǎng)絡(luò)IP化。FE與BE間采用標準的開放接口，接口遵循ITU-TX.500以及LDAP標準，其接口與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無關(guān)，滿足接口的開放、業(yè)務(wù)無關(guān)的要求，實現(xiàn)了應(yīng)用和數(shù)據(jù)的解耦。可以對第三方的網(wǎng)元、業(yè)務(wù)平臺開放，提供異廠家兼容的能力。BE中的用戶數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一的服務(wù)接口，為多種其他應(yīng)用服務(wù)。分布式HLR的FE、BE間內(nèi)部組網(wǎng)采用IP網(wǎng)絡(luò)作為承載，F(xiàn)E支持基于IP承載的MAP、Diameter協(xié)議，符合今后核心網(wǎng)絡(luò)全IP化趨勢。

三是大容量，高可靠性，具備實時容災(zāi)能力。用戶數(shù)據(jù)庫BE內(nèi)部用戶數(shù)據(jù)可以分布在多個數(shù)據(jù)節(jié)點中，每節(jié)點分擔符合工作，數(shù)據(jù)節(jié)點可平滑擴展，BE物理上一般采用性價比較高的IT平臺作為硬件載體，如可通過在線增加刀片服務(wù)器增加數(shù)據(jù)存儲能力，具備安全可靠的海量數(shù)據(jù)存儲能力。

FE可根據(jù)業(yè)務(wù)接入需求靈活增加FE數(shù)目，理論上分布式HLR的容量無極限，現(xiàn)各廠家分布式HLR最大容量均超過千萬用戶數(shù)量級。分布式HLR具有高可靠性，多個FE可以以N+K主備或負荷分擔方式對進行業(yè)務(wù)接入，多個BE間可實時進行數(shù)據(jù)同步相互備份用戶數(shù)據(jù)，F(xiàn)E與BE間可異地部署，實現(xiàn)了實時的地理容災(zāi)。

四是數(shù)據(jù)融合，統(tǒng)一管理，便于數(shù)據(jù)深度分析挖掘。分布式HLR中BE作為網(wǎng)絡(luò)中唯一用戶數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一存儲多種用戶數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)用戶標識在統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型中關(guān)聯(lián)CS、PS、IMS、PSTN和業(yè)務(wù)平臺用戶數(shù)據(jù)的能力，提供了HLR和HSS用戶數(shù)據(jù)融合的功能，實現(xiàn)了多網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)的融合和管理，為全業(yè)務(wù)的發(fā)展提供有力的支撐。統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)管理提供可便利的深入挖掘用戶數(shù)據(jù)價值，為經(jīng)營決策提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)。

五是系統(tǒng)擴展靈活，便于新業(yè)務(wù)的快速開展和部署。FE與BE的標準的開放接口，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)分離，用戶數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)完全松耦合，便于快速的網(wǎng)絡(luò)擴容和業(yè)務(wù)部署，縮短新業(yè)務(wù)引入周期，保障業(yè)務(wù)快速可持續(xù)增長。多網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)的融合，靈活的數(shù)據(jù)模型擴展功能為新業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)擴展提供了極大的便利，用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理有利于快速實現(xiàn)增值業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署。

傳統(tǒng)HLR向分布式HLR演進策略

盡管分布式HLR有著眾多優(yōu)點，在業(yè)界已有眾多運營商進行商業(yè)應(yīng)用，但目前各廠商設(shè)備差異較大，需要進一步推動分布式HLR的技術(shù)標準化；從投資保護角度，現(xiàn)有傳統(tǒng)HLR網(wǎng)元眾多，用戶量龐大，現(xiàn)階段仍可以滿足現(xiàn)網(wǎng)2G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)條件下用戶的數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用，也不可能在短期內(nèi)采用分布式HLR替換現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR。

綜合以上兩點，移動網(wǎng)HLR向分布式演進的總體思路基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件，以滿足全業(yè)務(wù)競爭環(huán)境下的融合業(yè)務(wù)需求為目標，結(jié)合核心網(wǎng)絡(luò)IP化、融合組網(wǎng)演進及IMS技術(shù)引入進程統(tǒng)籌考慮，在確保網(wǎng)絡(luò)安全的前提下集中式HLR逐步向分布式組網(wǎng)演進。

總體看來，移動網(wǎng)由集中式HLR向分布式HLR演進是一個長期漸進的過程。具體來說，移動網(wǎng)HLR向分布式組網(wǎng)主要存在以下三個階段。

階段1：積極引入分布式HLR來滿足現(xiàn)有HLR容量擴容需求，現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR停止擴容，以解決傳統(tǒng)HLR容量小、網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)成本高等問題，提升網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)質(zhì)量，滿足移動用戶增長需要。

階段2：根據(jù)全業(yè)務(wù)發(fā)展需求核心網(wǎng)絡(luò)引入IMS技術(shù)實現(xiàn)固定用戶的接入，并提供移動固定融合業(yè)務(wù)，分布式HLR FE軟件升級為HSS FE，支持分布式與IMS網(wǎng)絡(luò)互通，分布式HLR BE通過軟件升級提供HLR和HSS用戶數(shù)據(jù)融合的功能，實現(xiàn)IMS用戶與2G/3G用戶共用號碼。同時現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR根據(jù)設(shè)備老化情況逐步將移動用戶數(shù)據(jù)遷移至分布式HLR內(nèi)，初步實現(xiàn)CS、PS、IMS、PSTN和業(yè)務(wù)平臺中的用戶數(shù)據(jù)共享。

階段3：當IMS成為支持移動和固定接入，提供融合業(yè)務(wù)的目標網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，CS和PS成為IMS的接入網(wǎng)時，現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR用戶全部遷移至分布式HLR中，同時對集中式HLR具備改造條件的改造為分布式HLR FE，不具備改造條件的采用分布式HLR進行替換，最終建立成統(tǒng)一融合的用戶數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。