傳統(tǒng)集中式HLR向分布式HLR演進
HLR（歸屬位置寄存器）是管理移動用戶的數(shù)據中心。全業(yè)務背景下固定用戶與移動用戶數(shù)據進行數(shù)據融合的需求迫切，傳統(tǒng)的集中式HLR已難于適應融合的統(tǒng)一用戶數(shù)據管理需求。在2G/3G核心網絡融合及IMS網絡大發(fā)展情況下，移動網傳統(tǒng)集中式HLR將如何演進？目前業(yè)界普遍看好傳統(tǒng)HLR向未來分布式HLR、HSS平滑演進。
分布式HLR實現(xiàn)了業(yè)務邏輯與用戶數(shù)據的分層，數(shù)據庫開放靈活的接口及架構正是順應了移動核心網絡朝著全業(yè)務、全IP網絡方向發(fā)展的趨勢，通過建立統(tǒng)一用戶數(shù)據中心，可有效簡化網絡，降低維護費用，提高數(shù)據的安全性，縮短新業(yè)務發(fā)布時間，促進業(yè)務創(chuàng)新，為運營商提供有競爭力的業(yè)務融合奠定基礎。
傳統(tǒng)HLR基本組成及原理
HLR是GSM移動通信網中用于管理移動用戶的數(shù)據庫。HLR主要存儲兩類信息，一類是移動用戶簽約信息，包括用戶號碼、業(yè)務類別等；一類是移動用戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如MSC/VLR地址等。因此HLR設備在GSM網絡中的作用是為移動網絡提供用戶的相關信息，包括用戶的基本簽約信息、新業(yè)務簽約信息和用戶的位置信息等。
傳統(tǒng)集中式HLR設備主要由處理用戶數(shù)據的大容量的數(shù)據庫和處理七號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)據庫主要用來存儲用戶的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據；信令接入及處理模塊則用來處理與其它網元間互通的七號信令消息，HLR與No.7信令網內各網元采用基于TDM承載的MAP信令。另外HLR分別與網管網和業(yè)務支撐網BOSS系統(tǒng)建立連接，實現(xiàn)對HLR的維護管理及用戶數(shù)據的運營管理功能。具體網絡連接如圖1。
傳統(tǒng)HLR面臨三大挑戰(zhàn)
移動核心網絡正朝著全業(yè)務、全IP網絡的方向發(fā)展，傳統(tǒng)集中式HLR的設備性能、網絡結構和管理用戶數(shù)據的方式已經越來越不能適應網絡的發(fā)展，目前存在以下三方面的問題。
首先，傳統(tǒng)HLR單點容量小、數(shù)量多，單用戶能耗大，網絡容災成本高。現(xiàn)有HLR設備單點容量較小，數(shù)量龐大，導致網絡結構及用戶數(shù)據管理復雜，號碼資源利用率低；小容量低集成度也導致了單用戶能耗高，不符合節(jié)能減排的要求；目前網元級實時容災備份不論采用冷備份方式還是熱備份方式需單獨配置容災備份用戶容量，使得網絡容災建設成本提高。
其次，新業(yè)務部署慢，業(yè)務邏輯日趨復雜，無法實現(xiàn)向未來網絡平滑演進。傳統(tǒng)HLR數(shù)量多、部署分散，業(yè)務處理和數(shù)據存儲緊耦合，全業(yè)務競爭條件下各種新業(yè)務層出不窮，業(yè)務升級面臨較大風險，新業(yè)務無法全網統(tǒng)一快速部署；傳統(tǒng)HLR基于TDM承載傳統(tǒng)架構，不支持IP組網，不能適應未來網絡全IP化趨勢，無法平滑升級為目標網IMS系統(tǒng)的HSS。
最后，缺乏海量數(shù)據深度挖掘分析能力，無法實現(xiàn)基于多業(yè)務的統(tǒng)一融合用戶數(shù)據庫。傳統(tǒng)HLR各廠家各自內部存儲和管理用戶數(shù)據的方式已經越來越不能適應網絡的發(fā)展，數(shù)據存儲網元的對外接口不一，導致數(shù)據訪問接口復雜，用戶數(shù)據管理困難，不具備海量數(shù)據的挖掘分析能力。
2G/3G核心網融合組網要求2G、3G用戶數(shù)據統(tǒng)一融合管理，同時IMS技術引入后逐步實現(xiàn)固定、移動用戶多種接入的統(tǒng)一控制，需要構建以用戶數(shù)據為中心的網絡架構，傳統(tǒng)HLR無法提供統(tǒng)一數(shù)據平臺實現(xiàn)統(tǒng)一存儲多種用戶數(shù)據的能力。
因此未來HLR需要滿足以下要求三方面的需求。
一是大容量、高可靠性、可擴展性的需求。建立大容量統(tǒng)一用戶數(shù)據存儲，跨地區(qū)數(shù)據空間共享，跨地域分布部署信令接入，簡化網絡結構，提高設備利用率，簡化網絡維護管理；具備高可靠性的系統(tǒng)容災功能；具有可平滑在線擴容能力，對用戶數(shù)據和業(yè)務無影響。
二是具備數(shù)據統(tǒng)一管理，數(shù)據融合的能力。HLR數(shù)據庫集中存儲多種電信業(yè)務用戶數(shù)據，真正融合不同接入的用戶數(shù)據，提供統(tǒng)一用戶數(shù)據管理接口，實現(xiàn)融合業(yè)務數(shù)據和用戶數(shù)據統(tǒng)一管理，符合網絡融合和全業(yè)務競爭條件下業(yè)務轉型的發(fā)展方向。
三是具備面向未來網絡的融合和演進能力。未來HLR需支持IP組網，滿足核心網全IP發(fā)展趨勢；采用開放式標準協(xié)議與接口，支持2G、3G、TD、IMS等多種網絡組網條件下融合用戶數(shù)據管理，具備平滑演進至IMS-HSS能力。
綜上所述，未來HLR發(fā)展的主要驅動力主要是多業(yè)務融合，融合終端數(shù)據、接入/核心網絡數(shù)據、業(yè)務數(shù)據以及Internet業(yè)務數(shù)據，業(yè)務邏輯與用戶數(shù)據的分層，實現(xiàn)用戶數(shù)據的融合統(tǒng)一，以利于向未來網絡平滑演進。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采用分層設計的理念，將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據庫模塊和信令接入及處理模塊分離，基于IP網絡互聯(lián)，采用標準的的開放性接口，與具體應用無關，實現(xiàn)了業(yè)務邏輯與用戶數(shù)據的分離組網架構。
分布式HLR系統(tǒng)由前端（FE，F(xiàn)ront End）設備和用戶數(shù)據庫（UDR，User Data Repository）設備組成，其功能實體通過特定拓撲、接口構成分布式HLR網絡結構，具體分布式HLR系統(tǒng)結構如圖2。
分布式HLR將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據庫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)議相關接口外新增加了Rz、Rs、Cx 、Dx、Sh、Dh接口。
分布式HLR的組網方案
首先，在分布式HLR BE內部組網方案中（圖3），為達到用戶數(shù)據庫滿足電信級可用性和可靠性要求，BE采用分布式數(shù)據存儲架構，BE具備N+K負荷分擔容災能力，BE間內部組網可按照主備或負荷分擔方式組網。如一對BE之間可建立相互備份關系并通過Rs接口進行用戶數(shù)據實時更新同步，其中任意一個BE設備故障對用戶業(yè)務無影響。BE間可分多物理地點設置以實現(xiàn)物理地理上容災。
其次，在分布式HLR FE與NO.7信令網組網方案中（圖4），F(xiàn)E主要提供TDM、IP等對外信令接口以及應用處理功能，F(xiàn)E不再存儲用戶數(shù)據，因此FE可以服務于任何用戶。多個FE可以組成一個“池”，“池”內FE間可以以負荷分擔或主備用N+K實時容災備份方式工作。當池內某個(或某些)FE發(fā)生故障時，“池”仍然正常工作，不影響業(yè)務。
最后，在分布式HLR與BOSS、網管組網方案中（圖5），F(xiàn)E采用基于TCP/IP的以太網接口與網管網連接，提供對設備維護管理及話務統(tǒng)計采集。業(yè)務支撐網BOSS系統(tǒng)采用基于TCP/IP的以太網接口以主備或負荷分擔方式接入多點BE進行統(tǒng)一的數(shù)據管理。
分布式HLR具備五大優(yōu)勢
分布式HLR采用業(yè)務邏輯與數(shù)據分離的架構，業(yè)務FE與數(shù)據BE分層，迎合未來網絡的演進，構建以用戶為中心的融合網絡。分布式HLR的主要特點及優(yōu)勢有五個。
一是分布式網絡結構，簡化網絡結構，系統(tǒng)具備平滑演進能力。分布式HLR將傳統(tǒng)HLR中用戶數(shù)據管理功能與信令接入及處理功能完全分離，F(xiàn)E與BE分離設置，F(xiàn)E可根據需求接入2G、3G、TD、IMS等多種核心網絡，網絡結構簡單清晰，適應未來3G、IMS等新業(yè)務和網絡的融合。
二是接口開放，支持網絡IP化。FE與BE間采用標準的開放接口，接口遵循ITU-TX.500以及LDAP標準，其接口與數(shù)據結構無關，滿足接口的開放、業(yè)務無關的要求，實現(xiàn)了應用和數(shù)據的解耦。可以對第三方的網元、業(yè)務平臺開放，提供異廠家兼容的能力。BE中的用戶數(shù)據庫提供統(tǒng)一的服務接口，為多種其他應用服務。分布式HLR的FE、BE間內部組網采用IP網絡作為承載，F(xiàn)E支持基于IP承載的MAP、Diameter協(xié)議，符合今后核心網絡全IP化趨勢。
三是大容量，高可靠性，具備實時容災能力。用戶數(shù)據庫BE內部用戶數(shù)據可以分布在多個數(shù)據節(jié)點中，每節(jié)點分擔符合工作，數(shù)據節(jié)點可平滑擴展，BE物理上一般采用性價比較高的IT平臺作為硬件載體，如可通過在線增加刀片服務器增加數(shù)據存儲能力，具備安全可靠的海量數(shù)據存儲能力。
FE可根據業(yè)務接入需求靈活增加FE數(shù)目，理論上分布式HLR的容量無極限，現(xiàn)各廠家分布式HLR最大容量均超過千萬用戶數(shù)量級。分布式HLR具有高可靠性，多個FE可以以N+K主備或負荷分擔方式對進行業(yè)務接入，多個BE間可實時進行數(shù)據同步相互備份用戶數(shù)據，F(xiàn)E與BE間可異地部署，實現(xiàn)了實時的地理容災。
四是數(shù)據融合，統(tǒng)一管理，便于數(shù)據深度分析挖掘。分布式HLR中BE作為網絡中唯一用戶數(shù)據中心，統(tǒng)一存儲多種用戶數(shù)據，能夠根據用戶標識在統(tǒng)一數(shù)據模型中關聯(lián)CS、PS、IMS、PSTN和業(yè)務平臺用戶數(shù)據的能力，提供了HLR和HSS用戶數(shù)據融合的功能，實現(xiàn)了多網用戶數(shù)據的融合和管理，為全業(yè)務的發(fā)展提供有力的支撐。統(tǒng)一的用戶數(shù)據管理提供可便利的深入挖掘用戶數(shù)據價值，為經營決策提供數(shù)據分析依據。
五是系統(tǒng)擴展靈活，便于新業(yè)務的快速開展和部署。FE與BE的標準的開放接口，實現(xiàn)了業(yè)務和數(shù)據分離，用戶數(shù)據與業(yè)務完全松耦合，便于快速的網絡擴容和業(yè)務部署，縮短新業(yè)務引入周期，保障業(yè)務快速可持續(xù)增長。多網用戶數(shù)據的融合，靈活的數(shù)據模型擴展功能為新業(yè)務的數(shù)據擴展提供了極大的便利，用戶數(shù)據統(tǒng)一管理有利于快速實現(xiàn)增值業(yè)務的開發(fā)和部署。
傳統(tǒng)HLR向分布式HLR演進策略
盡管分布式HLR有著眾多優(yōu)點，在業(yè)界已有眾多運營商進行商業(yè)應用，但目前各廠商設備差異較大，需要進一步推動分布式HLR的技術標準化；從投資保護角度，現(xiàn)有傳統(tǒng)HLR網元眾多，用戶量龐大，現(xiàn)階段仍可以滿足現(xiàn)網2G網絡組網條件下用戶的數(shù)據管理和應用，也不可能在短期內采用分布式HLR替換現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR。
綜合以上兩點，移動網HLR向分布式演進的總體思路基于現(xiàn)有的網絡條件，以滿足全業(yè)務競爭環(huán)境下的融合業(yè)務需求為目標，結合核心網絡IP化、融合組網演進及IMS技術引入進程統(tǒng)籌考慮，在確保網絡安全的前提下集中式HLR逐步向分布式組網演進。
總體看來，移動網由集中式HLR向分布式HLR演進是一個長期漸進的過程。具體來說，移動網HLR向分布式組網主要存在以下三個階段。
階段1：積極引入分布式HLR來滿足現(xiàn)有HLR容量擴容需求，現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR停止擴容，以解決傳統(tǒng)HLR容量小、網絡容災成本高等問題，提升網絡和業(yè)務質量，滿足移動用戶增長需要。
階段2：根據全業(yè)務發(fā)展需求核心網絡引入IMS技術實現(xiàn)固定用戶的接入，并提供移動固定融合業(yè)務，分布式HLR FE軟件升級為HSS FE，支持分布式與IMS網絡互通，分布式HLR BE通過軟件升級提供HLR和HSS用戶數(shù)據融合的功能，實現(xiàn)IMS用戶與2G/3G用戶共用號碼。同時現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR根據設備老化情況逐步將移動用戶數(shù)據遷移至分布式HLR內，初步實現(xiàn)CS、PS、IMS、PSTN和業(yè)務平臺中的用戶數(shù)據共享。
階段3：當IMS成為支持移動和固定接入，提供融合業(yè)務的目標網絡架構，CS和PS成為IMS的接入網時，現(xiàn)有傳統(tǒng)集中式HLR用戶全部遷移至分布式HLR中，同時對集中式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進行替換，最終建立成統(tǒng)一融合的用戶數(shù)據中心，實現(xiàn)用戶數(shù)據統(tǒng)一管理。
