傳統(tǒng)集中式HLR向分布式HLR演進(jìn)

HLR（歸屬位置寄存器）是管理移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)中心。全業(yè)務(wù)背景下固定用戶與移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)網(wǎng)傳統(tǒng)集中式HLR將如何演進(jìn)？目前業(yè)界普遍看好傳統(tǒng)HLR向未來(lái)分布式HLR、HSS平滑演進(jìn)。

分布式HLR實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯與用戶數(shù)據(jù)的分層，數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)放靈活的接口及架構(gòu)正是順應(yīng)了移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)朝著全業(yè)務(wù)、全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)建立統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)中心，可有效簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，降低維護(hù)費(fèi)用，提高數(shù)據(jù)的安全性，縮短新業(yè)務(wù)發(fā)布時(shí)間，促進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，為運(yùn)營(yíng)商提供有競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)通信網(wǎng)中用于管理移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)。HLR主要存儲(chǔ)兩類(lèi)信息，一類(lèi)是移動(dòng)用戶簽約信息，包括用戶號(hào)碼、業(yè)務(wù)類(lèi)別等；一類(lèi)是移動(dòng)用戶目前所處位置的信息，以便建立至移動(dòng)臺(tái)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(dòng)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(kù)和處理七號(hào)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(kù)主要用來(lái)存儲(chǔ)用戶的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；信令接入及處理模塊則用來(lái)處理與其它網(wǎng)元間互通的七號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)HLR的維護(hù)管理及用戶數(shù)據(jù)的運(yùn)營(yíng)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(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)正朝著全業(yè)務(wù)、全I(xiàn)P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(lái)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(wèn)題。

首先，傳統(tǒng)HLR單點(diǎn)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(diǎn)容量較小，數(shù)量龐大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及用戶數(shù)據(jù)管理復(fù)雜，號(hào)碼資源利用率低；小容量低集成度也導(dǎo)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(jí)實(shí)時(shí)容災(zāi)備份不論采用冷備份方式還是熱備份方式需單獨(dú)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(wú)法實(shí)現(xiàn)向未來(lái)網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)。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(chǔ)緊耦合，全業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)條件下各種新業(yè)務(wù)層出不窮，業(yè)務(wù)升級(jí)面臨較大風(fēng)險(xiǎn)，新業(yè)務(wù)無(wú)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(lái)網(wǎng)絡(luò)全I(xiàn)P化趨勢(shì)，無(wú)法平滑升級(jí)為目標(biāo)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(wú)法實(shí)現(xiàn)基于多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一融合用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。傳統(tǒng)HLR各廠家各自內(nèi)部存儲(chǔ)和管理用戶數(shù)據(jù)的方式已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)元的對(duì)外接口不一，導(dǎo)致數(shù)據(jù)訪問(wèn)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(shí)IMS技術(shù)引入后逐步實(shí)現(xiàn)固定、移動(dòng)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(wú)法提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲(chǔ)多種用戶數(shù)據(jù)的能力。

因此未來(lái)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(kuò)展性的需求。建立大容量統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，跨地區(qū)數(shù)據(jù)空間共享，跨地域分布部署信令接入，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備利用率，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)維護(hù)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(kuò)容能力，對(duì)用戶數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)無(wú)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(kù)集中存儲(chǔ)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)條件下業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。

三是具備面向未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的融合和演進(jìn)能力。未來(lái)HLR需支持IP組網(wǎng)，滿足核心網(wǎng)全I(xiàn)P發(fā)展趨勢(shì)；采用開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)至IMS-HSS能力。

綜上所述，未來(lái)HLR發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的融合統(tǒng)一，以利于向未來(lái)網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)。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(jì)的理念，將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據(jù)庫(kù)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(biāo)準(zhǔn)的的開(kāi)放性接口，與具體應(yīng)用無(wú)關(guān)，實(shí)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(kù)（UDR，User Data Repository）設(shè)備組成，其功能實(shí)體通過(guò)特定拓?fù)?、接口?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(kù)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(dá)到用戶數(shù)據(jù)庫(kù)滿足電信級(jí)可用性和可靠性要求，BE采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，BE具備N(xiāo)+K負(fù)荷分擔(dān)容災(zāi)能力，BE間內(nèi)部組網(wǎng)可按照主備或負(fù)荷分擔(dān)方式組網(wǎng)。如一對(duì)BE之間可建立相互備份關(guān)系并通過(guò)Rs接口進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新同步，其中任意一個(gè)BE設(shè)備故障對(duì)用戶業(yè)務(wù)無(wú)影響。BE間可分多物理地點(diǎn)設(shè)置以實(shí)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(duì)外信令接口以及應(yīng)用處理功能，F(xiàn)E不再存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，因此FE可以服務(wù)于任何用戶。多個(gè)FE可以組成一個(gè)“池”，“池”內(nèi)FE間可以以負(fù)荷分擔(dān)或主備用N+K實(shí)時(shí)容災(zāi)備份方式工作。當(dāng)池內(nèi)某個(gè)(或某些)FE發(fā)生故障時(shí)，“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(duì)設(shè)備維護(hù)管理及話務(wù)統(tǒng)計(jì)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(fù)荷分擔(dān)方式接入多點(diǎn)BE進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理。


　　分布式HLR具備五大優(yōu)勢(shì)

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(lái)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，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(diǎn)及優(yōu)勢(shì)有五個(gè)。

一是分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具備平滑演進(jìn)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(jiǎn)單清晰，適應(yīng)未來(lái)3G、IMS等新業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的融合。

二是接口開(kāi)放，支持網(wǎng)絡(luò)IP化。FE與BE間采用標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放接口，接口遵循ITU-TX.500以及LDAP標(biāo)準(zhǔn)，其接口與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，滿足接口的開(kāi)放、業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的要求，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用和數(shù)據(jù)的解耦?？梢詫?duì)第三方的網(wǎng)元、業(yè)務(wù)平臺(tái)開(kāi)放，提供異廠家兼容的能力。BE中的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)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I(xiàn)P化趨勢(shì)。

三是大容量，高可靠性，具備實(shí)時(shí)容災(zāi)能力。用戶數(shù)據(jù)庫(kù)BE內(nèi)部用戶數(shù)據(jù)可以分布在多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中，每節(jié)點(diǎn)分擔(dān)符合工作，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)可平滑擴(kuò)展，BE物理上一般采用性價(jià)比較高的IT平臺(tái)作為硬件載體，如可通過(guò)在線增加刀片服務(wù)器增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，具備安全可靠的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(wú)極限，現(xiàn)各廠家分布式HLR最大容量均超過(guò)千萬(wàn)用戶數(shù)量級(jí)。分布式HLR具有高可靠性，多個(gè)FE可以以N+K主備或負(fù)荷分擔(dān)方式對(duì)進(jìn)行業(yè)務(wù)接入，多個(gè)BE間可實(shí)時(shí)進(jìn)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)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(chǔ)多種用戶數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)用戶標(biāo)識(shí)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(tái)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(shí)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(jià)值，為經(jīng)營(yíng)決策提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)。

五是系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，便于新業(yè)務(wù)的快速開(kāi)展和部署。FE與BE的標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放接口，實(shí)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(kuò)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(zhǎng)。多網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)的融合，靈活的數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展功能為新業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)擴(kuò)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(shí)現(xiàn)增值業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)和部署。

傳統(tǒng)HLR向分布式HLR演進(jìn)策略

盡管分布式HLR有著眾多優(yōu)點(diǎn)，在業(yè)界已有眾多運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用，但目前各廠商設(shè)備差異較大，需要進(jìn)一步推動(dòng)分布式HLR的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化；從投資保護(hù)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(diǎn)，移動(dòng)網(wǎng)HLR向分布式演進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的融合業(yè)務(wù)需求為目標(biāo)，結(jié)合核心網(wǎng)絡(luò)IP化、融合組網(wǎng)演進(jìn)及IMS技術(shù)引入進(jìn)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(jìn)。

總體看來(lái)，移動(dòng)網(wǎng)由集中式HLR向分布式HLR演進(jìn)是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，移動(dòng)網(wǎng)HLR向分布式組網(wǎng)主要存在以下三個(gè)階段。

階段1：積極引入分布式HLR來(lái)滿足現(xiàn)有HLR容量擴(kuò)容需求，現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR停止擴(kuò)容，以解決傳統(tǒng)HLR容量小、網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)成本高等問(wèn)題，提升網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)質(zhì)量，滿足移動(dòng)用戶增長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)固定用戶的接入，并提供移動(dòng)固定融合業(yè)務(wù)，分布式HLR FE軟件升級(jí)為HSS FE，支持分布式與IMS網(wǎng)絡(luò)互通，分布式HLR BE通過(guò)軟件升級(jí)提供HLR和HSS用戶數(shù)據(jù)融合的功能，實(shí)現(xiàn)IMS用戶與2G/3G用戶共用號(hào)碼。同時(shí)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(dòng)用戶數(shù)據(jù)遷移至分布式HLR內(nèi)，初步實(shí)現(xiàn)CS、PS、IMS、PSTN和業(yè)務(wù)平臺(tái)中的用戶數(shù)據(jù)共享。

階段3：當(dāng)IMS成為支持移動(dòng)和固定接入，提供融合業(yè)務(wù)的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，CS和PS成為IMS的接入網(wǎng)時(shí)，現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR用戶全部遷移至分布式HLR中，同時(shí)對(duì)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(jìn)行替換，最終建立成統(tǒng)一融合的用戶數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。