以可靠信令網應對5G時代信令風暴的挑戰

近日，在泰國結束的第13屆全球移動寬帶論壇（MBBF 2022）上，如何抵御信令風暴沖擊，保障業務永遠在線，成論壇上最為關注的話題之一，獲得參展各方的熱烈討論。

兩年來，全球發生多起由于網絡異常引發的信令風暴，從而導致全網業務長時間癱瘓，范圍波及中東、美洲、亞太的多家運營商。例如，2022年7月，加拿大R運營商發生大規模網絡中斷，時長約19個小時；同月，日本K運營商發生全網業務癱瘓，中斷時間長達62個小時。業務穩定是通信產業的根基，網絡癱瘓不僅會造成運營商直接收入損失和巨額賠償，還會影響到運營商的品牌聲譽乃至生存發展。

深入剖析發生重大事故的通信服務商，都是網絡誤操作或者設備異常等原因引發網絡信令風暴，信令網的收斂和保護功能不夠完善，網元收受到沖擊后無法快速恢復，最終導致全網癱瘓。

隨著全球5G網絡建設高速發展，移動寬帶用戶和數據業務呈爆發式增長，5G網絡中的信令風暴問題也日趨凸顯。

為什么5G時代，信令風暴更頻繁？

1、技術方面

5G時代，核心網基礎設施開始從專用平臺向云化和分層解耦轉型。云化網絡在增加敏捷性的同時，也帶來可靠性的風險；分層解耦帶來的多廠家協同部署網絡，更容易引入健壯性不足的問題。

網絡架構方面，為使5G網絡解耦和彈性擴容，大量網元功能被模塊化，這也增加了網元間的鏈路數量和信令網絡的復雜性。信令網是一個端到端的系統工程，涉及各個子模塊的韌性設計，以及全局的可靠性保護設置，信令網絡變得龐大和繁雜后，可靠性規劃往往難以面面俱到，容易出現各種網絡隱患。

2、業務演進方面

5G網絡基于SBA（基于服務架構）的軟件架構，在可路由性方面有所提升，但是在擁塞管理、路由實時負載均衡調配，以及可靠性保障等方面，存在很多不夠完善的地方。

通信網絡演進到5G時代后，新業務層出不窮，網絡對信令消息數量、包長和處理能力有了更進一步的的要求。新應用上量后，網絡流量倍增，由于網元異常等原因引發的信令風暴沖擊，強度相比過去將會翻倍，網絡后端用戶數據、計費、策略控制等業務網元承受到的信令浪涌壓力將前所未有，而這些網元一旦被信令風暴沖垮，整網的業務就會中斷。

5G時代，如何增強網絡的可靠性？

1、基于SCP實現信令網架構簡化，夯實網絡可靠性

3GPP在5G的第二個演進版本R16中，引入SCP（服務通信代理）網元，定義了間接通信方式：模式C和模式D（如下圖所示）。

3GPP對5G網元信令交互方式定義了A/B/C/D四種模式

R15版本直接通信方式（模式A和模式B）和R16版本間接通信方式（模式C和模式D）的主要區別如下：

模式A：網元功能分為服務提供者和服務使用者，所有網元都直接相連。

模式B：增加NRF（網絡存儲功能）網元，提供服務發現和尋址，服務使用者使用服務前，先到NRF獲取服務提供者的地址。其他連接方式和模式A相同。

模式C：在R15版本基礎上，增加SCP網元，服務使用者去NRF尋址無需經過SCP，獲得服務提供者的地區后，和服務提供者之間的信令交互都通過SCP路由和轉發。

模式D：在R15版本基礎上，增加SCP網元，服務使用者去NRF尋址需要經過SCP，獲得服務提供者的地區后，和服務提供者之間的信令交互也通過SCP路由和轉發。

R16版本的模式C和模式D，在網元鏈路建立、路由信息獲取、整網流量轉發、控制管理和負載均衡等方面都有了升級，更有利于異常流量場景管控。

從簡化網絡角度來看，相比模式 A和B，模式D可實現90%以上的鏈路數量減少，均衡各個局向的實時負載，實現網絡連接簡化。相比模式C，模式D又能進一步減少NF(網絡功能)間頻繁的訂閱和通知交互，降低網絡流量負荷，實現信令路由和負載均衡在SCP的集中化管理。

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