移动NO.7信令网中环路现象分析

;
摘 要:分析了移动Ｎｏ．7信令网中ＭＴＰ、ＳＣＣＰ环路现象及形成的原因，对ＧＳＭ移动通信网中特有的其他形式的环路现象也进行了分析。文中所描述内容对于移动Ｎｏ．7信令网的网络建设和网络维护工作将起到一定的借鉴作用。
要害词:移动Ｎｏ．7信令网 信令关系 环路 ＭＲＶＴ ＳＲＶＴ
Ｎｏ．7信令网是ＧＳＭ移动通信网络的神经中枢，它运行得好坏直接关系到通信网络的服务质量。目前，中国移动通信集团已经建成了独立的信令网络，网络为一、二级混合结构，除某些大省建有独立的ＨＳＴＰ、ＬＳＴＰ外，其余各省的ＨＳＴＰ／ＬＳＴＰ均合设在一起。信令网采用Ａ、Ｂ平面组网，同平面间的ＨＳＴＰ网状相连，不同平面间省内的一对ＨＳＴＰ互连。由于移动通信的迅速发展，各省都相继出现了复杂的网络拓扑结构，因此在移动信令网中各种环路就有存在的可能，一旦满足某些条件，就会产生环路现象，从而影响通信网络的正常运行。
所谓环路，是指信令消息包在具有信令关系的两个或多个信令点之间转发而形成循环，笔者认为从广义上理解环路现象更恰当，即同一信令消息包经过若干次转发后又回到其中的一个转发点。环路的后果有：因信令包的循环，不能完成正常呼叫；将增加额外的信令负荷，可能造成信令拥塞；有些环路消息虽然经过较长路由能到达目的地，但是信令延迟也增大，将影响接续速度。
本文讨论ＧＳＭ移动信令网中几种信令环路现象：①ＭＴＰ层环路；②ＳＣＣＰ的环路；③ＧＳＭ中其他形式的环路。
1　ＭＴＰ层信令环路
在Ｎｏ．7信令网中，为了提高网络运行的可靠性，常在已有拓扑结构的基础上增加信令关系的冗余，即替换路由。假如信令关系的冗余配置不合理，将产生ＭＴＰ层环路。下面根据图例具体描述。

;;;;
图1中点1、2、3、4均具有ＳＴＰ功能，Ａ、Ｂ为信令端点。为了简化描述，只考虑信令消息从Ａ到Ｂ的情况，消息从Ｂ到Ａ也可同理分析。各点到Ｂ点的信令路由表如下：
信令源点信令宿点可选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
当消息从Ａ发到Ｂ，根据上述ＭＴＰ路由表，可以得到其中的一个路由组合为：Ａ1、13、32、21、13，消息有可能在点1、3、2之间形成循环后才达到Ｂ或在点1、3、2死循环而永远不能达到Ｂ。
应该说信令关系冗余的引入是形成ＭＴＰ层环路的根本原因。因此，在考虑信令替换路由时，不能从网元治理出发，而要从网络治理角度全面考虑，同时网元设备入网时，应该遵循我国《ＧＳＭ Ｎｏ．7信令技术体制》（以下简称《体制》）中的要求。《体制》中规定，ＭＴＰ路由分正常路由和替换路由两种；正常路由是未发生故障的正常情况下的信令业务的路由，假如有直达的信令链，则应该将该信令路由作为正常路由，假如无直达信令链，则正常路由为这些可选路由中的最短路由（最短路由指信令消息被中转次数最少的信令路由）；替换路由是信令链或路由故障造成正常路由不能传送信令业务而选择的路由。进行路由选择时必须首先选择正常路由，当正常路由故障不能使用时再选择替换路由。按照《体制》要求，上述路由表中3到Ｂ点正常路由中就不应该包含32、31，而应该作为替换路由，替换路由的优先级别也应该遵循路由最短的原则。根据《体制》要求首选直达、无直达选最短的原则，路由表修改为：
信令源点 信令宿点 正常ＭＴＰ路由 第一替换路由 第二替换路由
　Ａ 　 Ｂ Ａ1、Ａ2
　 1 　 Ｂ13、14 　 12
　 2 　 Ｂ24、23 　 21
　 3 　 Ｂ3Ｂ　 34 32、31
　 4 　 Ｂ4Ｂ　 43 42、41
当信令网络所有信令链路完全正常，信令消息从Ａ到Ｂ时，根据修改过的路由表，正常路由中任何一种组合都不可能出现信令消息重复转发的现象，因此不可能有环路存在。但是，当信令网络中某些正常路由中断后，替换路由的引入是不是有形成环路的可能呢？例如发生某些故障如3Ｂ、34信令链中断，造成3Ｂ、34信令路由不可用，如图2所示。



;;;;
路由表将被更改为：
信令源点 信令宿点 正常ＭＴＰ路由 替换ＭＴＰ路由
Ａ 　 ＢＡ1、Ａ2
1 　 Ｂ13、14 12
2 　 Ｂ24、23 21
3 　 Ｂ 　 　 32、31
4 　 Ｂ4Ｂ 　 　 42、41
当信令消息从Ａ到Ｂ时，也可能出现Ａ1、13、32、23的路由组合，消息可能在点2、3之间转发，环路也就形成。那么又如何防止故障情况下形成环路呢？实际上这类环路可以预防，ＩＴＵ的Ｑ．753建议上将这类因替换路由引起的环路称为“伪环路”（ ｐｓｅｕｄｏ-ｌｏｏｐ）。为了防止“伪环路”演变成“真环路”，ＭＴＰ层必须做一些预防性工作，在相关故障路由点上广播ＴＦＰ消息。对于图2情况，点3必须向所有相邻点1、2广播ＴＦＰ消息，示意到点Ｂ、点4的消息不能从点3转发，点1、点2在收到点3的广播消息ＴＦＰ后，将针对到Ｂ点的消息，使13、23变为不可用路由，这样路由表将最终变为：
信令源点 信令宿点 正常路由 替换路由
Ａ 　 Ｂ 　 Ａ1、Ａ2
1 　 Ｂ 　 14 12
2 　 Ｂ 24 21
3 　 Ｂ 　 　 31、32
　4 　 Ｂ 　 4Ｂ 　 42、41
假如消息从Ａ到Ｂ，当消息从Ａ到达点1后，点1将首选路由14再到达点4，点4只能选路由4Ｂ再到达Ｂ。这样信令消息从Ａ到Ｂ也不可能出现环路现象。因此“伪环路”可以利用广播ＴＦＰ来防止其演变成“真环路”。
为了能从网络治理的角度监视环路等一系列情况，ＩＴＵ在Ｑ．753建议中提出了ＭＲＶＴ（ＭＴＰ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）测试方法。该测试方法的主要目的是检查网络中ＭＴＰ数据的有效性，具体是检测存在的环路、超长的路由、信令关系的双向性检测等，也可以满足一些非凡情况要求，如因ＴＦＰ消息丢失而形成的环路。这种方法是在检测点发出ＭＲＶＴ消息，通过返回来消息的ＭＲＶＡ（ＭＴＰ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）分析是否存在环路、是否存在超长路由等信息，再分析ＭＲＶＲ （ＭＴＰ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｕｌｔ ）可以得到环路所经历的信令点等。
因此在组建移动Ｎｏ．7信令网管系统中尤其是复杂的信令网中，应该考虑ＭＲＶＴ检测功能，一旦需求，必须能开启该功能。对于没有Ｎｏ．7信令网管系统的，实际工作中要建立健全网管制度，只要ＭＴＰ路由数据被修改或引入新的ＭＴＰ路由都必须注重，都应该按照ＭＲＶＴ的思路去分析路由，避免ＭＴＰ环路的产生。
2　ＳＣＣＰ层环路
ＧＳＭ移动通信网络中存在大量与电路无关的消息，这些都是ＭＡＰ（Ｍｏｂｉｌｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐａｒｔ）通过ＳＣＣＰ的功能来完成的。ＳＣＣＰ的地址单元分为3类：ＧＴ（Ｇｌｏｂａｌ Ｔｉｔｌｅ）、ＤＰＣ（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｄｅ）、ＳＳＮ（Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ Ｎｕｍｂｅｒ）。ＳＣＣＰ的主、被叫方的地址可以是这3种地址单元的任意组合。目前我国ＧＳＭ网中使用两种寻址方式：ＤＰＣ＋ＳＳＮ、ＧＴ＋ＳＳＮ。
在ＳＣＣＰ中也存在环路现象，而且它是一种与ＭＴＰ环路无关的环路（即使ＭＴＰ中无环路，也不能解决ＳＣＣＰ的环路问题），参见图3。

;;;;
图3为典型的移动信令网络图，其中的1、2、3、4均具有ＳＴＰ功能且全部信令点具有ＧＴＴ（Ｇｌｏｂａｌ Ｔｉｔｌｅ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）功能，Ａ的ＧＴ为Ｔａ，Ｂ的ＧＴ为Ｔｂ，Ａ的点码为ＰＣａ，Ｂ的点码为ＰＣｂ，依此类推。为了简化问题，先分析消息从Ａ到Ｂ的情况（Ｂ到Ａ也类似）。假设点Ａ、点1、点2到Ｂ点ＧＴ路由表做成如下方式：
信令源点 被叫ＧＴ ＧＴＴ结果
Ａ Ｔｂ Ｔｂ的ＧＴＴ为ＰＣ1或ＰＣ2，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址
1Ｔｂ Ｔｂ的ＧＴＴ为ＰＣ3或ＰＣ2，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址
2Ｔｂ Ｔｂ的ＧＴＴ为ＰＣ4或ＰＣ1，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址

（注：ＩＴＵ规定ＳＣＣＰ的ＧＴ翻译结果最多只能两种）
Ａ和Ｂ之间有ＳＣＣＰ层的信令关系，当有一消息从Ａ发往Ｂ，按上面的路由表，有可能存在如下形式的翻译：被叫Ｔｂ在Ａ中的ＧＴＴ结果是点1并且根据ＧＴ再选路由；消息到达点1后、点1对Ｔｂ做ＧＴＴ，ＧＴＴ结果是点2并且根据ＧＴ再选路由；消息到达点2后、点2对Ｔｂ做ＧＴＴ，ＧＴＴ结果是点1，这时候ＳＣＣＰ的环路就出现了，因为消息包在点1、2之间出现了转发。究其原因，是点1和点2对别的区域内的ＳＰ的ＧＴ翻译有误而引起。我国移动信令网络较大，其中包含的各省市的ＧＴ（用户ＭＳＩＳＤＮ、ＭＳＣＩＤ、ＨＬＲＩＤ等）较多，ＧＴ翻译做得不正确、不准确，就有可能出现环路或者信令包要被多次转发而造成延迟。另外，假如ＳＣＣＰ的翻译不合理、数据翻译不完全也将造成环路，下面为一实例。某地市的关口局做开局调测时的网络结构见图4。

;;;;
当时的ＧＴ路由表被做成如下形式：
信令源点 被叫ＧＴ ＧＴＴ结果
ＧＭＳＣ 所有ＧＴ 所有ＧＴ的ＧＴＴ为ＰＣ1或ＰＣ2，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址
ＨＬＲ Ｔｇｍｓｃ Ｔｇｍｓｃ的ＧＴＴ为ＰＣｈｓｔｐ1或ＰＣｈｓｔｐ2，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址
ＨＳＴＰ1 Ｔｇｍｓｃ Ｔｇｍｓｃ的ＧＴＴ为ＰＣｇｍｓｃ，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址
ＨＳＴＰ1 Ｔｈｌｒ Ｔｈｌｒ的ＧＴＴ为ＰＣｈｌｒ，ＤＰＣ＋ＳＳＮ
ＨＳＴＰ2 Ｔｇｍｓｃ Ｔｇｍｓｃ的ＧＴＴ为ＰＣｇｍｓｃ，ＧＴ＋ＳＳＮ寻址
ＨＳＴＰ2 Ｔｈｌｒ Ｔｈｌｒ的ＧＴＴ为ＰＣｈｌｒ，ＤＰＣ＋ＳＳＮ
由于ＧＭＳＣ是信令端局，所以开局人员将它的ＧＴ路由表翻译做得很粗，这样包含了所有ＧＴ（包含了所有的ＭＳＩＳＤＮ号段），想是今后不再做任何数据以减轻今后维护量。但是由于该数据也将ＧＭＳＣ的ＧＴ送到ＨＳＴＰ翻译（漏洞就在于此）。假如ＧＭＳＣ始发一消息ＳＲＩ，按上述路由表，ＧＴＴ结果为ＰＣｈｓｔｐ1或ＰＣｈｓｔｐ2，到ＨＳＴＰ1或ＨＳＴＰ2后，将Ｔｈｌｒ翻译成Ｐｃｈｌｒ且按ＤＰＣ＋ＳＳＮ选路将顺利到达ＨＬＲ，发出消息没有问题；当ＨＬＲ返回ＳＲＩ ＡＣＫ消息时问题出现了，按路由表到达ＨＳＴＰ1或ＨＳＴＰ2且按ＧＴ＋ＳＳＮ（ＧＭＳＣ的ＧＴ）选路由，到达ＧＭＳＣ后，由于是按ＧＴ选路，路由表中ＧＭＳＣ将所有ＧＴ翻译到ＨＳＴＰ，这时候环路产生了，消息不停地在ＨＳＴＰ和ＧＭＳＣ之间转发，造成呼叫无法进行。通过仪表分析，发现了该问题。解决办法是要求端局将自己的ＧＴ指向自己（纠正错误的ＧＴ翻译结果），同时ＨＳＴＰ将翻译结果按ＤＰＣ＋ＳＳＮ寻址（将ＧＴ翻译结果做完全，这样ＧＭＳＣ不再做ＧＴＴ，可以减小信令延迟），环路情况才得以解决。由此可见，ＧＴＴ结果正确与否、ＧＴＴ结果完全与否是引起ＳＣＣＰ环路的根本原因。
为了从网络治理的角度监视ＳＣＣＰ环路的情况，ＩＴＵ在Ｑ．753建议中，使用ＳＲＶＴ（ＳＣＣＰ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）方法来检测ＳＣＣＰ环路。检测时是在检测点发送一系列ＳＲＶＴ消息，通过分析返回消息ＳＲＶＡ（ＳＣＣＰ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）、ＳＲＶＲ（ＳＣＣＰ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｕｌｔ），就可以判定环路存在等的情况。
因此在建立ＧＳＭ移动Ｎｏ．7信令网管系统中尤其是复杂的网络中，应该考虑ＳＲＶＴ检测功能，一旦需求，必须能开启该功能。对于没有ＧＳＭ移动Ｎｏ．7信令网管系统的，实际工作中要建立健全网管制度，只要ＳＣＣＰ路由数据被修改或引入新的ＳＣＣＰ路由都应该按照ＳＲＶＴ的思路去分析路由，避免ＳＣＣＰ环路的产生。
3　ＧＳＭ移动网中其他形式的环路
情况①：在ＧＳＭ的呼叫原理中，由始呼局（ＧＭＳＣ、ＭＳＣ／ＶＬＲ）根据用户的ＭＳＩＳＤＮ向ＨＬＲ发起ＳＲＩ查询，ＨＬＲ返回给始呼局的ＳＲＩ ＡＣＫ消息中有4种：ＳＲＩ ＡＣＫ的结果带有动态漫游号码ＭＳＲＮＧＭＳＣ／ＭＳＣ将完成接续；ＳＲＩ ＡＣＫ的结果是普通ＰＳＴＮ号码，ＧＭＳＣ／ＭＳＣ将完成接续；ＳＲＩ ＡＣＫ消息中的结果是用户缺席，则表明用户关机；ＳＲＩ ＡＣＫ消息的结果中包含别的移动用户的ＭＳＩＳＤＮ号码，将进行下一次的ＳＲＩ查询，假如得到的还是ＭＳＩＤＮ号码，这种查询会不会无休止地进行下去呢？这由ＨＬＲ中的参数“ＨＬＲ前转次数”控制，见图5。

;;;;
若ＨＬＲ中两用户Ａ、Ｂ均有ＣＦＵ功能，且都激活该功能到对方号码，当ＧＭＳＣ／ＭＳＣ中有一呼叫到达Ａ，这时ＧＭＳＣ／ＭＳＣ根据被叫号码Ａ发起查询消息ＳＲＩ，而ＨＬＲ中的ＳＲＩ ＡＣＫ返回的结果是Ｂ的号码，然后ＧＭＳＣ／ＭＳＣ又根据被叫号码Ｂ发起查询消息ＳＲＩ，得到的结果是被叫号码Ａ，ＧＭＳＣ／ＭＳＣ又重复这一查询，将造成多次循环。对于关机引起的不可及转移ＣＦＮＲＣ也存在类似现象。ＨＬＲ参数“ＨＬＲ前转次数”专门控制这种呼叫转移的次数，对于超过“ＨＬＲ前转次数”的用户，做被叫时将被拒绝。由于中国移动不答应二次呼叫转移，因此各ＨＬＲ中该参数应该调整为1。当两用户不在同一个ＨＬＲ中，分析也类似。

情况②：ＧＳＭ中假如遇被叫用户忙，ＳＲＩ ＡＣＫ的结果是上述的哪一种呢？对被叫用户忙的情况，ＶＬＲ仍然要分配ＭＳＲＮ，因此在用户忙时假如做了呼叫转移，呼叫将从被叫所在拜访局转接。当满足某些条件时，也可能出现无休止的转移。ＭＳＣ／ＶＬＲ中的“ＶＬＲ前转次数”参数可以控制这种情况，见图6。

;;;;
假设用户Ａ、Ｂ有ＣＦＢ功能，且已经激活到对方号码上，Ａ、Ｂ之间正在通话，当有第三方的呼叫到达Ａ后，根据遇忙时ＶＬＲ中也要分配ＭＳＲＮ给用户，而且是在被叫所在ＭＳＣ中处理的原则，Ａ的拜访局ＭＳＣ／ＶＬＲ根据Ａ的ＣＦＢ条件，以Ｂ的ＭＳＩＤＮ发起ＳＲＩ查询，ＳＲＩ ＡＣＫ将得到Ｂ的ＭＳＲＮ，话路将建立到Ｂ的拜访局的话路；而当呼叫到达Ｂ后，也会因ＣＦＢ去查询Ａ的ＭＳＲＮ，去建立到Ａ的拜访局的话路。如此，形成两个局间中继恶性占用，呼叫无应答ＣＦＮＲＹ也有类似的情况。尤其要注重的是，ＨＬＲ中的参数“ＨＬＲ前转次数”控制不了这种情况。这必须由被拜访局ＭＳＣ／ＶＬＲ中的“ＶＬＲ前转次数”来控制这种转接次数，当在ＶＬＲ中的呼叫转移次数超过这一参数时，呼叫将在ＭＳＣ／ＶＬＲ被拒绝。我们建议该值也取1。
综上所述，在实际工作中，采用以上对策来避免环路的产生，确保Ｎｏ．7等信令网的安全运营，是切实可行的。