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软交换网络容灾实现方案探析

摘要：软交换网络是集话音、数据、传真和视频业务与一体的一个全新网络。软交换网络的可靠性至关重要。就目前而言，设备生产厂家一般能够通过板卡级冗余备份保证单一设备的可靠性，但如何从软交换的网络层面来保证软交换网络的可靠性，从而最大限度的避免单点故障，这就是软交换网络容灾实现方案需要解决的问题。在软交换网络中，网络容灾的实现方法有多种方案可供选择，本文将对这些方案逐一进行分析。
关键词：软交换、可靠性、网络、容灾
TN929.5
：A
：1673-1131(2010)05-056-03
一、软交换网络概述
软交换是一个基于软件的分布式交换／控制平台，将呼叫控制功能从网关中分离出来，利用分组网代替交换矩阵，开放业务、控制、接入和交换间的协议，从而真正实现多厂家的网络运营环境，并可以方便地在网上引入多种业务，图1是基于软交换的网络体系结构示意图。
1.1接入层
接八层的主要作用是利用各种接入设备实现不同用户的接入，并实现不同信息格式之间的转换。
1.2传送层
传送层的主要作用是完成各种业务和媒体的传送，它是一个高带宽的、有一定QoS保证的分组网络，目前主要是IP和ATM两种网络。
1.3控制层
控制层是软交换网络的呼叫控制核心，用来控制接入层设备完成呼叫接续。
1.4应用层
应用层的作用是利用可种设备为整个软交换网络体系提供业务上的支持。
二、软交换网络中网络容灾实现方案探析
容灾系统的主要目的是在网络发生故障时，保证网络系统的正常对外服务。根据容灾系统保护对象的不同．容灾系统可以分为应用容灾系统和数据容灾系统。应用容灾系统要求提供不间断的应用服务，让使用应用服务的用户在任何情况下都能得到正常服务。对应用容灾系统来说，关键要做到两点：一个是数据容灾，另一个是服务切换系统。所谓数据容灾就是实时地保护有价值的数据的完整和可靠，所谓服务切换系统，就是当主应用服务系统出现问题时，应用服务会无缝地切换到容灾中心，这种切换对用户是透明的，用户不必关心他们所使用的服务是由主应用服务系统还是容灾系统提供的，只要知道服务是可用的就行了。而数据容灾系统相对于应用容灾系统来说，主要关注于保护用户数据的完整、可靠和安全。在一般情况下，数据容灾系统应该是应用容灾系统的一个子集，但更是应用容灾系统的最为根本的基础。没有对用户数据的妥善保护，即使应用服务不间断，这种应用服务对用户也是没有意义的，所以说，数据才是客户的根本价值之所在。图2是一个典型的容灾系统模型。
在软交换网络中，实现网络容灾的方案有主被双机备份方案、双归属备份方案、循环备份方案、N+l备份三种方案可供选择。

1.1主被双机备份方案
在主被双机备份方案中，主备双机中的内容或数据完全一致．正常情况下，主用交换机的资源将会100%被占用，而被用交换机则一直处于standby状态，只有当主用交换机出现故障的情况下，备用交换机才启用。
1.2双归属备份方案
在双归属备份方案中，每个软交换设备中都可提供50%的主用数据和备用数据。其中，主用数据为本软交换设备的用户．被用数据为归属软交换设备的用户数据。正常情况下．每个软交换只有50%的资源在运作，当异常发生时，由于需要接管对端软交换设备的（归属软交换设备）用户，另外备用的50%资源也将启用。双归属备份方案通常包括两种动作。一个动作是当故障发生时，发生故障的软交换设备下的用户注册到归属软交换设备，该过程称为切换过程：另一个动作是当发生故障的软交换设备恢复正常时，其所属用户需要切回到本软交换，该过程称为切回过程。图3是双归属备份方案实现思路的示意图。
1.3 N+l方案
N+l方案的主要思想是在网络中建立统一的容灾中心，提出N+l方案实现网路容灾主要是基于以下两个方面的考虑：其一是从资源占用率的角度讲，在双归属方案中，正常情况下每个软交换设备的资源利用率实际上只占有50%．跟双机备份情况下软交换设备资源利用率的情况相同：其二是软交换设备宕机是在极端情况下才发生的事情，而多个软交换设备同时宕机的几率更是非常小，正因为如此，没有必要对网络中的资源进行1+1冗余备份，只需在网络中建设一个统一的容灾中心．容灾中心的容量和处理能力没有必要与正常处理业务的软交换设备的容量和处理能力一一对应。图4是软交换网络一个N+l容灾方案的示意图。在图4所示的N+l容灾方案中(N=4)．正常处理业务的软交换设备的处理能力为200万BHCA,根据分析，作为备份的软交换设备为完全可以采用具备300万或400万BHCA能力的软交换设备。只不过，备份软交换设备需要同时具备软交换设备1-4的所有用户数据。
当所有正常运行的软交换都宕机时，备份软交换设备将采用拥塞控制机制造成一定限度的呼损，以避免备份软交换设备由于负载而带来的隐患。
实际上在PSTN和现有的智能网建设中，运营商也曾经考虑过N+1的容灾方案，但由于现有的PSTN中的ISUP信令与电路有关，如果建立统一容灾中心势必将会耗费大量电路资源空置，因此才将N+l的容灾需求搁置。而在软交换网络中，由于采用IP寻址，不会存在资源浪费的问题，完全可以采用N+l方案。N+l方案有如下几个特点：
(1)每个正常运作的N个软交换设备，都将容灾中心的软交换设备看作是备份软交换设备。
(2)备份软交换设备具备N个软交换设备的所有用户数据，随时准备接手发生故障的软交换设备下用户的切换。
(3)备份软交换设备需要划分多个数据区域，做到与N个软交换设备间的独立关联性。
(4)备份软交换设备需要同时具备处理N个软交换设备所在信令点的话务。
需要指出的是N+l方案可以独立于双归属方案，任何双归属方案只要实现合理，都可以适用到N+l方案中，不同的是，对于备份软交设备的要求将远远超过对原有双归属方案中软交换设备的要求。
软交换设备在本质上属于应用层面的技术，理想情况下，上层应用应当独立于底层承载。但在实际应用中，整个解决方案实施时又不得不考虑底层承载的能力保证或现有状况。
在N+l方案中，网关设备的切换行为都是由应用层的心跳行为决定是否触发。任何网络都存在瞬短情况，如果每次瞬短时间都在网关心跳检测的范围内，那么网关设备就不会出现频繁切换的情况。但当前在评价承载网络可靠性时，量化标准都是一个时间段．（如一年中网络中不可用的时间）．因此瞬断时间只能够凭经验值进行确定。比方说，如果认为网络最大瞬断时间为2min．就意味着网关与软交换设备间的心跳事务间隔应当大于2min，2min内的网络瞬断不会导致网关设备发生切换行为。
但从业务快速切换的角度讲，在发生故障的情况下，网关越快，切换对网络或业务的影响就会越小，从这个层面，网关与软交换设备间的心跳事务间隔越小越好。通常情况下．可根据现有网络情况确定网关与软交换设备之间的心跳间隔。
1.4循环备份方案

假定网络中有A、B、C、三个软交换设备，当采用循环备份方案时，其备份原理是B备份A．C备份B．A备份C。这种通过互相嵌套的方式达到容灾效果的容灾方案实现起来比较复杂，另一方面每个设备的利用率也只有50%，与双归属方案中交换机的利用率相同。故在软交换网中这种网络容灾方案不太常用。
三、结束语
综上所述．在软交换网络中，实现网络容灾的方法有多种方案可供选择，每种方案各有所长各有所短，具体到实际应用时，究竟选用那种方案可根据网络的实际情况而定。参考文献
[1]林俐、朱晓洁等下一代网络(NGN)组网技术手册．机械工业出版社，2006年第一版
[2]周海华等下一代网络SIP原理由f应用，机械工业出版社．2006年6月第一版
[3]周敬利、余胜生等．网络存储原理与技术．清华大学出版社．2005年第一版
作者简介
马秀芳(1961-)，女，河北保定，副教授。研究方向为电信交换、通信保密；
时和平(1960-)，男，山东菏泽，教授。研究方向为军事装备学、装备运用。

-全文完-