DRA设备关键功能浅析

2015-04-15张卓筠中国联合网络通信有限公司网络技术研究院高级工程师博士

信息通信技术与政策 2015年9期

张卓筠中国联合网络通信有限公司网络技术研究院高级工程师，博士

DRA设备关键功能浅析

张卓筠中国联合网络通信有限公司网络技术研究院高级工程师，博士

在EPC中，与数据管理、策略制定和计费管理等功能相关的信令会在Diameter信令网上传输，需要引入DRA设备来组建高效可靠的Diameter信令网。本文分析了DRA设备的关键技术，包括连接管理、路由寻址、差错处理和边界网关几个方面，从而保障Diameter信令网的有效运行。

DRA路由寻址差错处理边界网关

1 引言

在LTE的核心网EPC中，HSS、PCRF等设备的接口将主要采用具有更高安全性能的Diameter协议。这样，与数据管理、策略制定和计费管理等功能相关的信令会在Diameter信令网上传输，因此需要建立一张高效可靠的Diameter信令网来保障。

如果该Diameter信令网中的节点均采用全互联的方式，则会增加网络拓扑的复杂度，给运营商的管理维护带来很大的困难；如果采用DRA（Diameter Routing Agent）设备来转接节点之间的信令，则会简化网络拓扑，降低运维成本；另外，将DRA设备作为边界网关，还可以在国际漫游中提供隐藏网络拓扑和屏蔽消息的功能。

DRA设备的重要作用使得它成为了LTE网络中的一个研究热点，在实际应用中，DRA设备需具备连接管理、路由寻址、差错处理、边界网关等功能。

2 连接管理功能

2.1 Diameter连接状态管理

DRA可以与信令网中其他Diameter节点配置Diameter链路组。该Diameter链路组由一到多条Diameter链路组成，Diameter链路组内各条链路可以工作在负荷分担或者主备方式下；Diameter链路组的状态是由连接组内所有链路的状态决定的，当链路组内所有链路不可用，则该Diameter链路组不可用。

对于静态配置的Diameter链路，在SCTP链路建立成功后，进入能力协议过程，能力协议成功，链路状态正常，启动Diameter心跳流程，同时该链路开始转发Diameter消息。当传输任务完成后，DRA可以向对等端发送“拆除对等端连接请求”去激活Diameter链路。

2.2 链路故障检测与恢复

DRA的链路故障检测包括基于传输层和心跳的两种故障检测方式。

（1）基于传输层故障的检测与恢复

当DRA检测到对等端的底层SCTP或者TCP连接故障时，链路进入故障状态；此时，会由SCTP或者TCP的客户端定时发起SCTP/TCP连接请求，尝试恢复链路状态；当DRA检测到由于传输层故障引起的Diameter链路故障时，需要启动该链路的倒换机制，进行消息重传处理。

（2）基于心跳的故障检测与恢复

当DRA上的某一Diameter连接正常时，会启动心跳定时器。当心跳定时器超时，DRA就发送DWR消息给对等端。若发出DWR心跳消息后，在心跳定时器时间内未收到来自对端的Diameter消息，该链路处于不可信（Suspect）状态，启动该链路的倒换机制，进行消息重传处理。

处于Suspect状态的Diameter链路，若在下一个Tw周期内收到Diameter消息，则链路恢复到正常状态，重新启用该链路传送Diameter消息，否则关闭该Diameter连接。

该Diameter连接关闭后，DRA启动心跳定时器。当心跳定时器超时后，DRA尝试恢复关闭的Diameter连接。发送DWR后一定时间内收到DWR的响应消息DWA，则表示一次DWR/DWA交互成功，若DWR/ DWA消息连续交互成功次数达到连接恢复次数门限，则表示Diameter链路恢复，重新启用该Diameter链路传送数据。否则，连接恢复失败，重新尝试该连接的恢复。

3 路由寻址功能

DRA具有4种代理类型，分别为Relay Agent、ProxyAgent、RedirectAgent、TranslationAgent。其中，RedirectAgent和TranslationAgent在实际中使用的场景并不多。

DRA可以根据Diameter消息内容进行寻址，包括IMSI、MSISDN、Application ID、Destination-realm、Destination-host、Origin-Realm、Origin-Host、UE IP地址、APN等。

下面举例说明S6a接口的寻址方案，考虑跨信令区的漫游场景（见图1）。

在图1中，MME根据IMSI得到服务该用户的运营商级别的HSS域名，向具备IMSI到HSS地址解析的DRA发送ULR消息；DRA收到来自MME的位置登记请求，根据IMSI解析HSS地址，由于用户为区域之间漫游，DRA根据IMSI解析得到该用户的下一个区域的域名，DRA将消息路由到下一个区域；跨区域的DRA收到来自其他区域的位置登记请求，再次根据IMSI解析HSS地址，获取HSS的Hostname，将消息发送到真正服务该用户的HSS设备。

4 差错处理功能

4.1 路由备份机制

DRA到任何一个目的端都应该存在2个或者2个以上的路由，当一个路由不可用时，消息可以经过其他路由发送。路由之间可以工作在主备模式或是负荷分担模式。当工作在主备模式时，DRA会只选用主用路由来传送消息；当工作在负荷分担模式时，DRA会按照一定的比例使用所有路由来发送消息。

4.2 倒换倒回机制

当DRA检测到某个路由不可用时，会启动Failover过程，将未收到响应的请求从请求消息缓存队列中取出，通过其他路由重新发送。重发的消息的T比特应被置位，用于重复检测。一旦DRA设备检测到该故障的路由恢复，则立即启动Failback过程，重新启用该路由发送消息。

如图2所示，DRA1-PEER2为主用路由，DRA1-DRA2为备用路由，当DRA1收到来自PEER1的Diameter请求，会将消息通过DRA1-PEER2的路由发送出去。如果DRA1-PEER2的路由故障，该Diameter请求消息未能发送出去或者响应消息无法返回，DRA1会启动Failover过程，将所有未收到响应的请求消息，从备用路由DRA1-DRA2重发。当DRA1检测到DRA1-PEER2的主用路由恢复，则立即启动Failback过程，停止在备用路由上发送消息，启用DRA1-PEER2主用路由发送消息。

图1 S6a接口寻址—信令区间漫游场景

图2 倒换倒回机制

4.3 路由重选机制

当检测到Diameter请求消息不能正常发送到目的地，DRA应支持启动路由重选过程，将收到错误响应的请求从DRA的请求消息缓存队列中取出，通过备用路由重发消息，此场景下重发的消息的T比特不置位。

如图3所示，PEER1-DRA1为主用路由，PEER1-DRA2为备用路由，链路正常时，消息通过PEER1-DRA1发送，如果DRA1到下一跳的多个路由都出现故障，则返回给PEER1“Unable to Deliver”消息，PEER1收到该消息，可以进行路由重选，选择PEER1-DRA2备用路由发送消息。

图3 Diameter路由重选流程图

4.4 循环检测机制

DRA设备的循环检测机制主要有以下两种：

（1）DRA根据接收到的Request消息中的Route_Record是否携带本DRA的主机名进行循环检测。

（2）DRA根据接收到的Request消息中的Route_Record是否携带下一跳设备的主机名（基于Route-Record）或者下一跳是否为请求消息的对端节点（乒乓路由）来检测路由循环。

如果DRA设备检测到出现循环，则会返回给上一跳节点“Diameter-Loop-Detected”消息。

5 边界网关功能

DRA设备也可以作为国际边界网关来提高网络安全性。DRA设备可以防止本网信令点越权接入其他信令网，并屏蔽某些不希望进入本地信令网中的消息。DRA也可以根据特定的规则对消息进行过滤筛选，并将过滤后的消息转发到指定的平台上。此外，在国际漫游中，DRA可以删除记录的逐跳信息来隐藏归属地的网络结构，并在本地保存该消息的Hop-by-Hop标识和上一跳Diameter节点信息。另外，也可以存储并替换消息中的源主机名，并可根据映射关系来恢复原消息中的源主机名。