传统集中式HLR向分布式HLR演进

HLR（归属位置寄存器）是管理移动用户的数据中心。全业务背景下固定用户与移动用户数据进行数据融合的需求迫切，传统的集中式HLR已难于适应融合的统一用户数据管理需求。在2G/3G核心网络融合及IMS网络大发展情况下，移动网传统集中式HLR将如何演进？目前业界普遍看好传统HLR向未来分布式HLR、HSS平滑演进。

分布式HLR实现了业务逻辑与用户数据的分层，数据库开放灵活的接口及架构正是顺应了移动核心网络朝着全业务、全IP网络方向发展的趋势，通过建立统一用户数据中心，可有效简化网络，降低维护费用，提高数据的安全性，缩短新业务发布时间，促进业务创新，为运营商提供有竞争力的业务融合奠定基础。

传统HLR基本组成及原理

HLR是GSM移动通信网中用于管理移动用户的数据库。HLR主要存储两类信息，一类是移动用户签约信息，包括用户号码、业务类别等；一类是移动用户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC/VLR地址等。因此HLR设备在GSM网络中的作用是为移动网络提供用户的相关信息，包括用户的基本签约信息、新业务签约信息和用户的位置信息等。

传统集中式HLR设备主要由处理用户数据的大容量的数据库和处理七号信令消息的信令接入及处理模块两部分组成，其中大容量数据库主要用来存储用户的静态和动态数据；信令接入及处理模块则用来处理与其它网元间互通的七号信令消息，HLR与No.7信令网内各网元采用基于TDM承载的MAP信令。另外HLR分别与网管网和业务支撑网BOSS系统建立连接，实现对HLR的维护管理及用户数据的运营管理功能。具体网络连接如图1。

　　传统HLR面临三大挑战


移动核心网络正朝着全业务、全IP网络的方向发展，传统集中式HLR的设备性能、网络结构和管理用户数据的方式已经越来越不能适应网络的发展，目前存在以下三方面的问题。

首先，传统HLR单点容量小、数量多，单用户能耗大，网络容灾成本高。现有HLR设备单点容量较小，数量庞大，导致网络结构及用户数据管理复杂，号码资源利用率低；小容量低集成度也导致了单用户能耗高，不符合节能减排的要求；目前网元级实时容灾备份不论采用冷备份方式还是热备份方式需单独配置容灾备份用户容量，使得网络容灾建设成本提高。

其次，新业务部署慢，业务逻辑日趋复杂，无法实现向未来网络平滑演进。传统HLR数量多、部署分散，业务处理和数据存储紧耦合，全业务竞争条件下各种新业务层出不穷，业务升级面临较大风险，新业务无法全网统一快速部署；传统HLR基于TDM承载传统架构，不支持IP组网，不能适应未来网络全IP化趋势，无法平滑升级为目标网IMS系统的HSS。

最后，缺乏海量数据深度挖掘分析能力，无法实现基于多业务的统一融合用户数据库。传统HLR各厂家各自内部存储和管理用户数据的方式已经越来越不能适应网络的发展，数据存储网元的对外接口不一，导致数据访问接口复杂，用户数据管理困难，不具备海量数据的挖掘分析能力。

2G/3G核心网融合组网要求2G、3G用户数据统一融合管理，同时IMS技术引入后逐步实现固定、移动用户多种接入的统一控制，需要构建以用户数据为中心的网络架构，传统HLR无法提供统一数据平台实现统一存储多种用户数据的能力。

因此未来HLR需要满足以下要求三方面的需求。

一是大容量、高可靠性、可扩展性的需求。建立大容量统一用户数据存储，跨地区数据空间共享，跨地域分布部署信令接入，简化网络结构，提高设备利用率，简化网络维护管理；具备高可靠性的系统容灾功能；具有可平滑在线扩容能力，对用户数据和业务无影响。

二是具备数据统一管理，数据融合的能力。HLR数据库集中存储多种电信业务用户数据，真正融合不同接入的用户数据，提供统一用户数据管理接口，实现融合业务数据和用户数据统一管理，符合网络融合和全业务竞争条件下业务转型的发展方向。

三是具备面向未来网络的融合和演进能力。未来HLR需支持IP组网，满足核心网全IP发展趋势；采用开放式标准协议与接口，支持2G、3G、TD、IMS等多种网络组网条件下融合用户数据管理，具备平滑演进至IMS-HSS能力。

综上所述，未来HLR发展的主要驱动力主要是多业务融合，融合终端数据、接入/核心网络数据、业务数据以及Internet业务数据，业务逻辑与用户数据的分层，实现用户数据的融合统一，以利于向未来网络平滑演进。因此业界提出了分布式HLR的概念。

分布式HLR基本组成及原理

分布式HLR采用分层设计的理念，将传统HLR中用户数据库模块和信令接入及处理模块分离，基于IP网络互联，采用标准的的开放性接口，与具体应用无关，实现了业务逻辑与用户数据的分离组网架构。

分布式HLR系统由前端（FE，Front End）设备和用户数据库（UDR，User Data Repository）设备组成，其功能实体通过特定拓扑、接口构成分布式HLR网络结构，具体分布式HLR系统结构如图2。


分布式HLR将传统HLR中用户数据库模块和信令接入及处理模块物理分离，因此分布式除支持传统HLR的基于MAP协议相关接口外新增加了Rz、Rs、Cx 、Dx、Sh、Dh接口。

分布式HLR的组网方案

首先，在分布式HLR BE内部组网方案中（图3），为达到用户数据库满足电信级可用性和可靠性要求，BE采用分布式数据存储架构，BE具备N+K负荷分担容灾能力，BE间内部组网可按照主备或负荷分担方式组网。如一对BE之间可建立相互备份关系并通过Rs接口进行用户数据实时更新同步，其中任意一个BE设备故障对用户业务无影响。BE间可分多物理地点设置以实现物理地理上容灾。


其次，在分布式HLR FE与NO.7信令网组网方案中（图4），FE主要提供TDM、IP等对外信令接口以及应用处理功能，FE不再存储用户数据，因此FE可以服务于任何用户。多个FE可以组成一个“池”，“池”内FE间可以以负荷分担或主备用N+K实时容灾备份方式工作。当池内某个(或某些)FE发生故障时，“池”仍然正常工作，不影响业务。


最后，在分布式HLR与BOSS、网管组网方案中（图5），FE采用基于TCP/IP的以太网接口与网管网连接，提供对设备维护管理及话务统计采集。业务支撑网BOSS系统采用基于TCP/IP的以太网接口以主备或负荷分担方式接入多点BE进行统一的数据管理。


　　分布式HLR具备五大优势

分布式HLR采用业务逻辑与数据分离的架构，业务FE与数据BE分层，迎合未来网络的演进，构建以用户为中心的融合网络。分布式HLR的主要特点及优势有五个。

一是分布式网络结构，简化网络结构，系统具备平滑演进能力。分布式HLR将传统HLR中用户数据管理功能与信令接入及处理功能完全分离，FE与BE分离设置，FE可根据需求接入2G、3G、TD、IMS等多种核心网络，网络结构简单清晰，适应未来3G、IMS等新业务和网络的融合。

二是接口开放，支持网络IP化。FE与BE间采用标准的开放接口，接口遵循ITU-TX.500以及LDAP标准，其接口与数据结构无关，满足接口的开放、业务无关的要求，实现了应用和数据的解耦。可以对第三方的网元、业务平台开放，提供异厂家兼容的能力。BE中的用户数据库提供统一的服务接口，为多种其他应用服务。分布式HLR的FE、BE间内部组网采用IP网络作为承载，FE支持基于IP承载的MAP、Diameter协议，符合今后核心网络全IP化趋势。

三是大容量，高可靠性，具备实时容灾能力。用户数据库BE内部用户数据可以分布在多个数据节点中，每节点分担符合工作，数据节点可平滑扩展，BE物理上一般采用性价比较高的IT平台作为硬件载体，如可通过在线增加刀片服务器增加数据存储能力，具备安全可靠的海量数据存储能力。

FE可根据业务接入需求灵活增加FE数目，理论上分布式HLR的容量无极限，现各厂家分布式HLR最大容量均超过千万用户数量级。分布式HLR具有高可靠性，多个FE可以以N+K主备或负荷分担方式对进行业务接入，多个BE间可实时进行数据同步相互备份用户数据，FE与BE间可异地部署，实现了实时的地理容灾。

四是数据融合，统一管理，便于数据深度分析挖掘。分布式HLR中BE作为网络中唯一用户数据中心，统一存储多种用户数据，能够根据用户标识在统一数据模型中关联CS、PS、IMS、PSTN和业务平台用户数据的能力，提供了HLR和HSS用户数据融合的功能，实现了多网用户数据的融合和管理，为全业务的发展提供有力的支撑。统一的用户数据管理提供可便利的深入挖掘用户数据价值，为经营决策提供数据分析依据。

五是系统扩展灵活，便于新业务的快速开展和部署。FE与BE的标准的开放接口，实现了业务和数据分离，用户数据与业务完全松耦合，便于快速的网络扩容和业务部署，缩短新业务引入周期，保障业务快速可持续增长。多网用户数据的融合，灵活的数据模型扩展功能为新业务的数据扩展提供了极大的便利，用户数据统一管理有利于快速实现增值业务的开发和部署。

传统HLR向分布式HLR演进策略

尽管分布式HLR有着众多优点，在业界已有众多运营商进行商业应用，但目前各厂商设备差异较大，需要进一步推动分布式HLR的技术标准化；从投资保护角度，现有传统HLR网元众多，用户量庞大，现阶段仍可以满足现网2G网络组网条件下用户的数据管理和应用，也不可能在短期内采用分布式HLR替换现有传统集中式HLR。

综合以上两点，移动网HLR向分布式演进的总体思路基于现有的网络条件，以满足全业务竞争环境下的融合业务需求为目标，结合核心网络IP化、融合组网演进及IMS技术引入进程统筹考虑，在确保网络安全的前提下集中式HLR逐步向分布式组网演进。

总体看来，移动网由集中式HLR向分布式HLR演进是一个长期渐进的过程。具体来说，移动网HLR向分布式组网主要存在以下三个阶段。

阶段1：积极引入分布式HLR来满足现有HLR容量扩容需求，现有传统集中式HLR停止扩容，以解决传统HLR容量小、网络容灾成本高等问题，提升网络和业务质量，满足移动用户增长需要。

阶段2：根据全业务发展需求核心网络引入IMS技术实现固定用户的接入，并提供移动固定融合业务，分布式HLR FE软件升级为HSS FE，支持分布式与IMS网络互通，分布式HLR BE通过软件升级提供HLR和HSS用户数据融合的功能，实现IMS用户与2G/3G用户共用号码。同时现有传统集中式HLR根据设备老化情况逐步将移动用户数据迁移至分布式HLR内，初步实现CS、PS、IMS、PSTN和业务平台中的用户数据共享。

阶段3：当IMS成为支持移动和固定接入，提供融合业务的目标网络架构，CS和PS成为IMS的接入网时，现有传统集中式HLR用户全部迁移至分布式HLR中，同时对集中式HLR具备改造条件的改造为分布式HLR FE，不具备改造条件的采用分布式HLR进行替换，最终建立成统一融合的用户数据中心，实现用户数据统一管理。