用于电信网络中修改复制数据库的方法和系统

本发明涉及用于在电信网络中修改复制的数据库以改善呼叫 建立时间和系统的可用性的方法和系统。

随着移动通信和其它类似电信业务的增长，智能网(IN)和与 之相连的通用个人电信(UPT)，及个人通信网络(PCN)的业务变 得越来越重要。在一个PCN中，例如，需要对有线信息网和无线网 进行维护。PCN允许大量的移动用户在从一个位置移动至另一位 置的发出和接收呼叫、用户的位置可被跟踪并且他们的位置信息保 存在网络数据库中。

支持终端移动的一种方法要求本地数据库(或本地位置寄存 器，HLR)和一个访问者数据库(或访问者位置寄存器，VLR)。在一 种设计中，本地数据库由固定的有线网络存取，而访问者数据库连 到无线网的一个交换机上。从移动用户发出和发到移动用户的每个 呼叫的路由和其它信令功能需要使用数据库中存贮的信息。

通用个人电信业务允许个人的移动性。实际上，每个用户可以 使用一个专用个人电话号码(称作个人电信号码，PTN)在任何固定 的或移动的终端上发出或接收呼叫而不管用户的地理位置。因此， 对一个到特定PTN的呼叫可以被送到用户家中、办公室、汽车、或 按照用户规定的路由计划所确定的应答服务，而且对于呼叫接续 和其它信令功能要求大量使用信号数据库，如网络数据库。

随着这些业务变得越来越普及和与这些业务相关的业务量的 增加，对数据库的查询和修改(对应于一条用户记录)量也大幅度 增加。因此，把用户记录分配和复制到信令网的多个地理位置，以便 于存取，获得较高的效率和系统可用性，并可改善呼叫建立时间。

通常，数据分配和复制的缺点是由为保持存贮在不同位置的 记录的正确性和一致性所采用的并行性控制协议而引起的额外开 销。为了在不同地点发生系统故障时能够恢复，就需要一套提交协 议。这些提交协议不仅使系统设计复杂，而且给系统操作添加更多 的额外开销。所以，需要在数据分配和复制所获得较高的性能和额 外开销所引起效率降低间折衷。

一些高安全性的计算机数据库系统，如银行使用的数据库，需 要严格的协议，如主地点锁定(PSL)，或当安全性要求不太高时，采 用基本时间标记(BTS)协议。在银行数据库计算机系统中主地点锁 定系统是必须的，其中任何一个辅属数据库都要被锁定直至所有 数据都被修改并且验证为正确的。否则即使一个取款操作可以删除 帐号，仍可在两个不同地点同时进行取款操作，这样实际上当帐 号中已没有钱款时第二个事务还可以取出钱来。为了防止这种情况 的发生，修改时要锁定辅属数据库以使取款操作无法发生，这样 会使银行处理时间大大加长。

但在电信系统中，用户记录的复制拷贝的不一致在短时间内 是可以忍受的，这是由于存取过时信息的主要后果就是把呼叫连 接到错误的目的地。如果错误路由的呼叫的数目与总的呼叫次数相 比是非常小的，则网络可以允许发生一小部分的呼叫路由错误。

本发明的特征和优点是克服了采用如主地点锁定和基本时间 标记的并行性控制协议的缺陷，这些并发控制协议会增加系统的 开销和延长呼叫处理时间。

按照本发明，公开了一种方法和系统用于在电信网络中修改 复制的数据库以改善呼叫建立时间和系统可用性，即所谓的主写 入协议。系统包括一个呼叫传送系统，它具有交换机把呼叫从本地 局通过呼叫传送系统传送到目的地。一个信令系统连接到呼叫传送 系统上，它包括了存贮用于呼叫路由和其它信令功能的用户记录 的主地点数据库，和至少一个存贮了主地点数据库的复制用户记 录的辅属地点数据库。

按照本发明的一个方面，每个用户记录加上一个对应于这条 记录版本号的字段以标识进行中的呼叫查询所指的记录。通过使用 被修改的数据库记录的版本号序列来修改辅属地点数据库中的记 录。另外加上一个对应于呼叫计数的字段以指明以前存取记录的某 个版本的进行中呼叫的数目。当一个新的呼叫建立时引用这条记录 则呼叫计数字段加1，当呼叫建立完成后就减1。当呼叫计数为零 时就删除这条以前(即过时)的数据库记录。

按照本发明的另一方面，主地点数据库的被修改的数据库记录 也要验证其数据的一致性。如果存在数据的不一致，就放弃修改并 且/或在数据库记录传送到辅属地点数据库前根据源数据重新修改 数据库记录。

如果成功地修改了主地点数据库中的用户记录，与被修改的 数据库记录相关的信息通过信号网络传送给包含记录以前复制版 本的辅属地点数据库，按照版本号顺序处理对辅属地点数据库的 修改。在删除了数据库记录以前的版本前完成所有对主地点和辅属 地点数据库的呼叫查询的处理。这些记录的多个版本保存在主地点 和辅属地点数据库中以便于对一个呼叫的查询可以存取相关记录 的，同一版本，用于一致的接续和其它信令信息。

前述的本发明的特征和优点可以从以下描述中充分体现，参 考如下附图：

图1是本发明说明性性实施例的方框图，显示了在有线和无线 网络中使用本发明方法和系统的电信业务。

图2是按照本发明的主写入协议的时序图。

图3是主地点锁定协议的时序图。

图4是基本时间标记协议的时序图。

图5是一个显示了按照本发明两地点复制的错误的呼叫接续 的图形。

图6是一个显示了按照本发明五个地点复制的错误的呼叫接 续的图形。

图7是一个显示了按照本发明非均匀业务负载的错误的呼叫 接续的图形。

图8是一个显示使用了遵循本发明协议用于全球移动性的集 中式数据库的方框图。

图9是一个显示用于全球移动性的分布的本地数据库的使用 的方框图。

图10是一个显示用于全球移动性带有复制数据库的扩展信号 网络的方框图。

图11A和11B是显示了本发明一般方法的流程图。

本发明现在允许在电信网络系统中修改复制库，以改善呼叫 建立时间和系统可用性而不会增加使用如主地点锁定和基本时间 标记协议等并发控制协议所引起的额外开销。

根据本发明，在一个电信网络的信号系统中修改主地点数据 库中的用户记录，电信网络包括具有交换机的呼叫传送系统用于 把呼叫从本地话机通过呼叫传送系统送到目的地，与被修改的数 据库记录相关的信息通过信令网络传送到包括主地点数据库记录 的以前复制版本的至少一个辅属地点数据库，在辅属地点修改用 户记录以反映主地点数据库的变化。记录的较老版本为了查询存取 而保存在主地点和辅属地点数据库中直至完成了所有以前呼叫对 在数据库地点的记录版本的查询处理。

根据本发明的复制数据库的设计也可用于支持全球移动性， 它可以应用于通用个人电信，个人通信业务(有线的和无线的)和 未来由智能网提供的全球移动业务。设计将大大节省传输设备和操 作的花费，并使与呼叫建立时间相关的延迟降到最低。因为实现全 球移动通信的设计是基于目前的网络结构，所以需较短的处理时 间及使用少量的设备。本设计也与目前协议标准相一致。

一种用于全球移动性的设计把世界(不包括美国)划分成覆盖 一些国家的若干地区。为支持全球移动性，在美国建立一个或多个 本地数据库并在每个地区建立一个访问者数据库。包括每个用户的 信令数据的记录存贮在本地数据库中。如果用户到了国外，这个用 户的记录也被复制到他所访问地区处的访问者数据库中。从美国和 被访问地区发出的对漫游用户的呼叫可分别由本地数据库和访问 者数据库处理。由于可在被访问地区的当地得到信号信息，这种设 计可以减少传输设备和运行花费，也可降低呼叫建立时间和其它 信号功能的响应时间。

图1表示了一个智能网络10，它有一个传输网络12，和公共 信令SS7网络14的信令网络。传输网络12包括一个有线网络20， 同时可包括用于移动单元22的无线网络16。传输网络12连接到 本地中心局23和本地话机24上。

信令网络包括至少一个主地点26，它包括了用于接续目的和 其它信令功能的数据库记录。辅地点28在地理位置上与主地点26 相隔开并且包括了从主地点26复制来的数据库记录，如在图中所 示的对应于一个用户的路由和信号信息的记录A。

为了便于理解，先给出系统的整体描述，再给出详细的说明。

因为分布数据库的技术普遍应用于PCN，UPT业务及在IN 网络中使用数据库的其它业务(如网终控制点，NCP)。所以在以下 的描述中采用分布数据库系统的一般术语。部分数据库所处的主地 点和辅地点处的计算机系统30，30a在以后称为基站。用于呼叫路 由、特征、业务特性和其它信令信息的用户记录被称为记录。对数据 库的读和写也被分别称为查询和修改。为了当系统发生故障时(除 了磁盘损坏)可以恢复，每个基站保存一个日志(log)，用来在稳定 的存贮器36、36a中记录对本地数据库的所有修改，这样可以恢复 故障前的状况。

根据使用电信业务的本发明，数据库26a包含了单个记录的集 合，它们分布和复制在多个基站，如辅地点数据库28a，与呼叫相关 的查询和对一个用户的修改存取数据库中一条特定的记录。这样， 一个查询和一个修改的读出集合和写入集合就是一条记录。因此， 如果查询和修改自动处理，就可避免数据的不一致。

进一步地，在呼叫建立时可发出几个查询存取相关记录，一般 持续几秒钟。虽然可以同时修改记录，最好不要马上删除记录的过 时拷贝以便于进行中呼叫的随后查询可以按照以前的记录以一致 的方式处理。这可不考虑数据的不一致性，消除为查询处理而锁定 记录的必要。另外，当修改用户记录时，也不会错误地处理呼叫，正 如其它应用的数据库系统一样，如果查询和修改的读出和写入集 合包括许多记录和文件，处理起来将会变得困难。

因为读出集和写入集只包括一条记录，在不同的基站分布和 复制时把记录当作一个"单元"是十分有利的。

由于每个查询(或修改)的读出集(或写入集)是一条记录，并 发控制协议必须只能在记录级别上保持内部和相互的一致性。当具 有了内部一致性时，在每个基站的每个记录中的数据项总是一致 的，例如，记录中的路由数据必须是有效的以便正确地传送呼叫。 如果在对记录的修改请求已发出后的一段有限时间内在不同地点 复制的记录拷贝是相同的，则可保持相互的一致性。提交协议的设 计使发生系统故障时可以恢复系统，即已经提交的修改将不能被恢 复。如以下所示的，本发明提供了单一的协议，可以执行并发控制 和提交功能。

本发明的电信系统有如下基本的操作参数：

(1)所有基站连接在一个信令网络上并且从一个基站发向另 一个基站的消息可能丢失，即使信息到达了目的地，它们到达的顺 序也可能与它们被发送的顺序不同。

(2)数据库26a的记录被分布和复制在各地点。例如，一个记录 (记录A)在N个地点被复制，序号为i＝1，2，…N。为了使负载平 衡，要求存取记录A的呼叫的初始查询可按照本领域技术人员所 熟知的呼叫分布算法，如普遍环带算法或一个静态方案，被送至这 N个地点。为避免不必要的数据不一致，如果呼叫建立涉及对同一 记录的多个查询，则呼叫随后的查询都送至处理呼叫初始查询的同 一地点。

(3)每个地点26，28可以保存一条记录的多个版本以便呼叫的 查询存取相关记录的同一版本用于一致的路由选择和其它信号功 能。当所有呼叫查询处理都完成后，删除记录的一个过时版本。

(4)为了能恢复系统，对每个记录的修改活动被记录在稳定的 存储装置的日志中，当发生本发明认为的系统故障时，稳定的存贮 装置是不会失效的。

对每个记录A，选定存贮有这个记录拷贝的一个地点作为主地 点(PS)26，而存贮同一记录拷贝的其它所有地点都作为辅地点 (SS)28，(注意这个PS也可作为存贮在这个地点的其它许多记录 的PS。为了实现简单起见，本方明就采用这种方案)。按照使用的分 布算法，对记录A的查询送到主地点26或辅地点28中的任一个。

但对记录A的所有修改首先送给主地点26并由它处理。如果 完成修改的处理后没有引起数据的不一致，修改就在主地点被提交 了。然后，与修改相关的信息从主地点26送到所有辅地点以修改初 始数据库记录的所有复制拷贝，这种并发控制和提交协议被称为 主写入协议(PWP)。

为了保证协议的正确操作，每个记录要加上两个字段：1)一 个版本号(VN)和2)一个呼叫计数(CC)。使用版本号以识别进行 中呼叫的查询所指的记录的版本，呼叫计数指明以前曾存取该记 录的那个版本的进行中呼叫的个数。如果呼叫计数为0，并且已经 修改了记录，删除掉字段较旧的版本。在任何给定的时间，由于所 有呼叫的建立时间只持续几秒钟并且修改的间隔时间一般远长于 呼叫建立时间，所以存在于一个地点的同一记录可能只有非常少 的版本(如2个)。

为了理解本发明的细节，使用如下的记号：RA(n)是记录A的 版本，具有版本号VN，其中n＝0，1，2…；CC(n)代表RA(n)和呼叫 计数(CC)。假设RA(O)初始时存在于系统中，让V—late为存在于 这个地点的记录A的最新版本VN。Un代表对记录A的一个修改， 这个修改成功地创建了RA(n)。本发明的主写入协议可进一步描述 如下：

If对记录A的查询是呼叫的第一次查询，则

begin Access RA(vn_late)；(★Access to the latest version of record A at the site★) Record the VN，vn late，for the call； CC(vn late)←CC(vn_late)+1 end else begin Access RA(n) that has been accessed by previous queries of the call； If the query is the last one of the call then begin CC(n)←CC(n)-1； If CC(n)＝0 and vn_late＞n，then RA(n) is deleted end end

假设地点可以确定查询是否为呼叫的最后一个。如果地点不具 备这个能力，则假设当呼叫处理完成由一个单独的消息通知这个 地点，在这种情况下，当接收到这个消息执行以下操作：

    CC(n)←CC(n)-1，and

    ifCC(n)＝0 and vn_late＞n，then RA(n) is

    deleted.

在CC(n)←CC(n)—1操作前应检查CC(n)是否大于0，因为 按定义CC(n)应大于等于0；

在PS处理对记录A的一个修改处理如下：

如果修改没有引起数据不一致(如，由于用户提供了不完全的 接续数据)，则

begin (★Update committed★) Create RA(vn_late+1) and set vn_late vn_late+1； Record the committed update，Uvn_late，in the log； If CC(vn_late-1)＝0，delete RA(vn_late-1)； Send an update message， (Uvn_late，vn_late)，to all secondary site′s； Start a timeout period for the update Uvn_late end else begin (★Update aborted★) Abort the update and inform the source end

处理在辅地点i对记录A的修改如下： 对一个修改信息(Un，n)，比较在这个地点的n和vn—late，

If n＞vn_late+1 then begin (★pdates arrive out of sequence★) 　 Add the out-of-sequence update (Un，n) to a update list for record A，sorted in the ascending order of VN′s for future processing end else if n＝vn_late+1 then begin (★Update with the correct VN★) Process UN，create RA(n)，and set vn late←vn_late 1＋1； Record the committed update，Uvn_late，in the log； If CC(vn_late-1)＝0，delete RA(vn_late-1)； Send an acknowledgement with the VN vn_late and the site number i to the PS； Repeat this procedure to process the first update in the update list for record A if its VN equals vn_late+1 end else if n＜vn_late then begin (★Duplicated update which has been 　　 previously processed★) Send an acknowledgement with the VN n and site number i to the PS end

在PS的对记录A的确认处理的细节如下描述：

如果以前已经接收到确认消息，放弃这个确认消息；否则，将 在地点i对修改Un的确认记录于日志中，如果与Un相关的所有确 认消息已从所有的辅地点28接收到，则停止记时并且发送一个"完 成″消息以通知其源已成功地修改了记录A的所有拷贝。

在PS对记录A的超时处理如下：

修改的Un重新发送给那些没有接收到确认消息的地点。

正如以上指出，对记录A的所有修改首先在主地点26处理。 如果一个修改引起数据不一致，主地点26拒绝(中止)这个修改；否 则就提交这个修改。本发明的协议也能保持记录A的所有复制拷 贝和内部一致性。

I.如果在主地点26和所有辅地点28复制的RA(O)的拷贝都 是相同的和内部一致的，则本发明的协议保证记录A的所有复制 拷贝的内部一致性。

例如，考虑在PS处提交的一系列修改{Un，n＝1，2，3，…}，其 中Un使RA(n－1)变换为RA(n)，这个变换用RA(b)＝Un(RA(n－ 1))表示，因为RA(O)是一致的并且仅当变换Un没引起不一致时这 些变换才被提交，对所有n＝1，2，3，…，RA(n)＝Un(Un－1(…Un (RA(O))…))在主地点26总是内部一致的。通过使用VN，协议使 Un按照它们在主地点提交的同一顺序发送给每个辅地点28。因此， 在主地点26的内部一致性隐含了在所有辅地点28记录A的内部 一致性。

本发明协议保持记录一致性的机制类似于W.W.Chu和J. Hellerstain在IEEE Transaetions on Computers，Volumn C—34， No.6，June 1985，PP489—500上的文章″在分布处理系统中修改 复制文件的互斥写入方法″中提出的一种互斥写入协议，虽然后一 种协议没有考虑到发生故障的修改消息的延迟处理、故障恢复和电 信应用的特点。应该注意，一旦主地点26提交一个修改，在辅地点 28这种修改总是可以提交的。因此，这里不需要数据库的重新运 行。

本发明的方法和系统也提供了相互一致性。如果在一些对记录 A的修改已经送给主地点26后没有另外的修改提交给系统，在可 能发生故障后的有限的一段时间后所有的地点都是正常运行的条 件下，经过一段有限时间后在各个地点的所有记录A的复制拷贝 最终将变成相同的。

II.如果在主地点和所有辅地点复制的RA(O)的拷贝是相同的 ，本发明的协议保证记录A的所有复制拷贝的相互一致性。

假设主地点已经提交了修改{Un；n＝1，2，…M}并且没有提交 其它修改，系统使用VN和本发明的方法把修改Un按他们在主地 点提交的顺序发送给所有的辅地点。因为在所有地点的RA(O)是 相同的，在所有地点已经处理了修改{Un，n＝1，2…M}后等于UM(UM－1 (…UM－1(RA(O)…))的RA(M)的拷贝在所有地点是相同的。

系统允许在不同地点复制的记录的不一致的拷贝同时用于呼 叫处理，当正在处理某些修改时，在一些辅地点的查询可能存取过 时信息，从而引起路由错误。正如以前讨论的，如果这种情况发生 的概率是足够地小，就不必在修改中只允许互斥地存取记录。不采 用互斥存取机制系统就可避免死锁。

而且，不象例如通过锁定以实现互斥存取的并发控制协议，系 统10不需要各地点间的大量消息交换。因为要在N个地点复制一 个记录，一般情况下在主地点和辅地点间交换消息的总数为2(N－ 1)，这是支持呼叫路由和信令一定程度的相互和内部一致性的消息 交换所必须的最小数目。本发明的系统和方法也可应用在其它应用 中只要它们可以忍受记录的不一致并且对过时数据的存取的概率 可保持在一个可接受的水平。

本发明的系统也可具有恢复能力，如在以下情况中：

a)丢失消息和链路故障：修改和确认消息的丢失会引起主地 点的超时，当这种情况发生时，主地点向与丢失消息相关的地点重 新发送修改消息。

b)地点故障：如果在一个修改被记录在日志中前，主地点发生 故障，这个修改就简单地丢失了。消息源在经过某段时间后发现仍 未从主地点按收到完成消息。当一个提交的修改已经写入到日志后 ，主地点发生故障时，主地点可在故障后重新恢复其操作好象修改 刚写入口志一样。因此，这个修改又会被送至所有的辅地点。对那 些已成功地修改了的辅地点，它们只要简单的丢弃重复的修改，然 后给主地点发回一个确认消息。如果辅地点发生故障，当超过与修 改相关的时间间隔后，主地点重新向失败的地点发送修改，(如果有 的话)。

当已向辅地点重新发送修改若干次后，主地点可以认定辅地 点不再是可存取的了。在这种情况下，当辅地点重新恢复操作时可 以采用其它恢复方法。当辅地点恢复操作后，它也可以恢复操作好 象最后的修改刚刚写入日志并且请求PS重新发送那些在其失效 期间完成的修改。

把本发明的系统和方法与两个普遍使用的协议：主地点锁定 (PSL)(图3)和基本时间标记(BTS)协议(图4)相比较。另外提供 一些数字例子以反映本发明典型的性能特征(图5—7)。

当处理修改时，因为在一些辅地点的数据库存取了过时信息， 按本发明的方法一部分呼叫可能会发生路由错误，错误路由的呼 叫的比例为决定本发明方法是否适用于特定应用的关键性能衡量 指标。

正如以前指出的，按照本方法首先在主地点修改记录。对于在 辅地点的记录定义一段易于出错的时间间隔作为从在主地点完成 对记录的修改到辅地点发送修改的时间间隔。在这段易于出错的时 间间隔的开始，在主地点的大多数修改的记录已是可被正确存取 的，而在这段易于出错间隔内存取辅地点记录的查询将存取过时的 数据，因此会导致错误的呼叫路由。当然，如果没有记录的复制，也 就不会发生路由错误。图2给出了本发明方法的时序图。例如，在 辅地点i修改Un的易于出错的时间间隔为从时间A到B。

易出错时间的长度主要取决于两个因素：1)由主地点向辅地 点发送一个修改消息引起的网络延时2)在辅地点的修改响应时 间(即从修改到达时到完成对它们处理间的时间)这些因素依次 依赖于信令网络的特性，每个数据库的设计、业务负载、查询和修 改的比例，及查询和修改处理的业务调度准则。

根据当前电信网络的典型参数的性能研究，图5—7中的结果 显示了在多种系统中用户的一般行为下(呼叫次数和记录读写频率 Rq的比值)使用本发明的方法引起的错误路由的呼叫是足够地小 (例如，小于10-4)；所述系统包括个人通信网络(PCN)，无线网 络，通用个人电信(UPT)业务和由智能网提供的其它高级业务。

进一步地，当把本发明的方法与其它并发控制协议如主地点 锁定和基本时间标记协议相比较时，图3和图4显示了由于本发明 的方法避免了现行协议在数据库地点间的过量消息交换，从而缩 短了易于出错的时间间隔，减少了错误路由的呼叫。

现在参考图11A和11B，它们图示了使用本发明的主写入协 议，描述了本发明方法的高层流程图。

正如功能块100所示，首先修改在主地点的用户记录。接着在 功能块102检查是否有数据的不一致。如果存在数据的不一致，在 功能块104终止修改程序的执行。如果不存在数据的不一致，在功 能块106处理修改，在功能块108创建记录的一个新版本；在功能 块110在日志中提交这个修改；在功能块112把与这个修改相关的 信息传送给辅地点的数据库；在功能块114通过使用版本号修改辅 地点的记录；在功能块116创建记录新的版本，在功能块118在辅 地点日志中提交修改，如果在功能块120记录的上一个版本的呼叫 计数是零，则在功能块122删除记录的上一个版本。不管呼叫计数 是否为0，当在功能块124已经成功地处理修改后，辅地点向主地 点发送一个确认消息。在功能块126，继续处理过程进行下一次修 改。

本发明的协议也通用于支持全球移动性的无线和有线网或两 者结合的复制数据库中使用。

为了支持业务的、个人的和终端的移动性，电信网络为信号的 需要存贮、维护和检索用户的移动信息，它包括了在用户参考环境 中所指定的一些信息(如使用终端的特性，所预订的业务，位置数 据和呼叫路由逻辑)。因此，移动性管理的关键问题在于开发一种有 效的数据库体系结构以便用于如呼叫建立和路由的信令功能的移 动数据可以很方便地获得。

当前支持终端移动性的方法需要一个本地数据库(或本地位 置寄存器，HLR)和一个访问者数据库(或访问者位置寄存器， VLR)。这种HLR—VLR的体系结构已被建立作为一种工业标准 而被欧洲的全球移动电信系统(GSM)和北美的IS—41建议所采 用。本地数据库可以通过固定的，有线的或无线网络访问。访问者 数据库连接到无线网络的一个交换机上(引用为移动变换中心， MSC)，移动用户发出和接收的每个呼叫和路由和其它信令功能要 求使用存贮在数据库中的位置信息。支持终端移动性的协议和与之 相关的体系结构很好地被定义，且被本领域的技术人员所熟知。

个人和业务的移动性的概念相对而言是较新的。因此，个人和 业务移动性的协议和体系结构还未标准化。本发明涉及一个基于的 复制数据库的信号网络体系结构，用于向漫游世界的用户提供个 人和业务移动性。

在以下描述中，检查了两种可能用于移动管理的数据库体系 设计，由于全球移动性的唯一特点，提出了支持全球移动性的基于 复制数据库的扩展信令网络，并讨论了用于个人和业务移动的体 系结构的可用性和其与终端移动性工业标准的兼容性；所提出的 体系结构的系统性能和费用方面的考虑也加以讨论。

本发明的系统和方法可以应用于个人移动性的用户位置信息 (即，路由数据)。正如以下解释的，本发明也很容易地包括了业务 的移动性和参考环境，如通用个人电信业务(UPT)。为了使IN支 持这些业务，本发明必须依赖于大量使用数据库用于呼叫路由和 其它信号功能。每个UPT呼叫的发起端和接收端可以是一个有线 或无线终端。

图8显示了现有的一个支持漫游世界的UPT业务的数据库体 系结构的设计。用户位置信息存贮在位于美国的一个中心数据库 中。为了使设计可行，它要求：

1.出国旅行的用户必须从他们所访问的国家登录以通知网络 他们现在的位置(如，以有线网络的POTS号码或无线网络的移动 基站漫游号码形式)。预订UPT业务的所有用户折位置信息存贮在 中心数据库中，这个数据库可由网络控制点NCP支持。在美国网络 中的信号传输点204与国家1中的信号传输点206和其它国家中 的信号传输号210通信。国家1包括一个与无线网216中的 MSC214相连的VLR212，国家1还包括一个有线网络218；国家n 同样包括了由以上记号所表示的类似单元。

2.每当用户的位置改变时，修改数据库中的用户位置信息(如 有线网中的POTS号码，或HLR中的一个指针，包括向服务在无线 网络216中用户所处地区或一组单元的VLR212)，这种修改可以 由以下方法发起：a)明显地由连接在有线网上的用户发起，类似 于当前的500号业务；或b)自动地由用户所在的无线网络发起。

3.当一个呼叫是发到位于美国或国外的UPT用户时，信令网 络为呼叫建立和其它信令功能查询中心数据库200以获得位置信 息。

图9显示了使用分布数据库用于移动管理的信令网络。在以 下的描述中，与图8中单元功能相同的单元被赋给相同的引用号 码。在这个分布数据库设计中，用户记录被划分和存贮(但不复制) 在不同物理位置，这些位置可认为是用户的本地位置230。因此，分 布数据库的设计也可称为是本地数据库的设计。实际上，中央数据 库的设计也可看作是分布设计中的一种特殊情况，其中所有的数 据都处于单一的位置。另外，分布数据库比集中式设计具有潜在的 优点，如更高的可用性、可靠性和负载平衡的灵活性。

这种分布数据库设计也可广泛地使用在许多业务中，如先进的 800号业务和软件定义网络(SDN)业务，其中同一业务的用户数据 被分布和存贮在多个NCP数据库中。虽然为了可靠性的原因每个 用户记录存贮在主的和辅的NCP中，但对于普通条件下的信号功 能只使用主拷贝而辅拷贝反被作为发生故障时的备份。因此使用的 系统应根据分布设计来划分。

广州使用分布数据库的主要目的是克服每个NCP的处理能力 和内存的限制。当最初实现一项新业务时需要使用一个或几个数据 库(即NCP)。随着业务需求的增长，需要另加数据库，因此要在分 布设计中引入集中数据库的设计。正如以上讨论的，分布数据库设 计中的呼立建立，路由选择和其它功能的假设和操作与上述集中 数据库设计是相同的。对于一个给定的用户，信号网络或交换机具 有计算逻辑，可以从包含用户信号数据的多个数据库中选取一个使 用。

因为当前的信令网络有很高的可连通性，跨越美国查询分布 数据库并不会对呼叫建立和其它信号功能引起不可接受的延迟或 较高的花费。使用分布数据库继续会是一种有生命力的方法。如果 将来仍能保持高连通性，就没有必要为减少延迟和相应的花费而 在多个地点复制用户记录。但是，对于在其它全球区域的信号传送 并不是象支持将来全球移动性期望的这种情况。在那里，正如以下 所解释的，在位于国外的访问者数据库中复制用户记录将会降低 运行费用和缩短查询延时。

图10显示了基于复制数据库的信令网络，图示了用于全球移 动性的本发明的复制数据库的基本使用，对于与图8和图9中功能 相同的单元使用相同的引用号码。

1.依据于预计的话务量负载和其它工程上的考虑，可把整个 世界(不包括美国)分成若干地区，每个地区包括了一些国家，如所 示的地区A246和地区B248。

2.在每个地区安装一对访问者数据库250，并与美国的信令网 络相连，例如，通过位于那个地区的两个附加STP252，按照话务量 性能和可靠性的要求，可以调整和确定在一个地区安装的STP的 数目和把STP与美国信号网络相连的信令链路的数目。

3.在用户访问国外的登录过程中，在访问该地区的访问者数 据库250中建立一条有关用户位置和其它相关信令信息的记录。 这条新的信息可以送回以修改相关的在美国的本地数据库230。因 此，每个漫游用户有两个信令数据的复制拷贝：一个在美国的本地 数据库中，另一个在位于或靠近于被访问国家的访问者数据库中。 当用户离开这个地区时，删除访问者数据库中的这条记录。

为了呼叫建立和其它信令目的可以访问复制数据库，对于在 访问国家或地区中的漫游用户发出或接收的呼叫，可向访问者数 据库发出查询。从美国发出的呼叫将查询本地数据库。使用复制数 据库三个主要优点：

1.大量节省费用

由于可在本地获得所需数据，可节省从被访问的国家和地区 发出的呼叫的信令消息的传输费用。费用会大大地节省，因为a) 用户半程(half way)地漫游世界。b)如将来的先进业务那样，呼 叫会要求多次查询数据库。c)对一些从事商务活动的用户，他们 主要从被访问国家和地区发出呼叫。而且，随着长距离传送消息的 数目的减少，需要支持相同呼叫话务量的传输设备(如，信号链路) 也会减少，从而降低设备费用。

2.改善的延迟性能

用于其它信号功能的呼叫建立时间和响应时间会降低。

3.与现有无线标准的兼容性。

复制数据库的设计与无线网络的如IS—41和GSM规范的工 业标准相兼容。在一个地区的访问者数据库可以作为被访问国家无 线网络的HLR。无线网络的其它标准协议保持其可用性。当接收 到从本地无线网络来的修改时，访问者数据库负责将这个修改转 发给在美国的本地数据库以保证用户数据在本地和访问者数据库 的一致性。因此，复制数据库的设计不仅应用于有线业务而且应用 于无线业务。

按照本发明必须保持存贮在本地和访问者数据库的用户数据 的复制拷贝的一致性。使用主写入协议(PWP)的本发明的系统和 方法可以应用于全球移动性的本地和访问者数据库。本发明的主写 入协议是有利的因为电信应用可以短时间忍受复制记录的不一致。 正如以上讨论的，存取过时数据的主要后果是导致呼叫的错误路 由。本发明的主写入协议的性能分析显示根据本发明在无线网络和 IN的用户预期行为下错误路由概率是很小的。本发明可以保持内 部和相互的数据一致性，并且允许系统在发生某种故障时恢复操 作。主写入协议的主要优点是它的较低开销，特别是与总是要保持 存贮数据一致性的计算机系统(如，银行系统)的现行协议相比时。

使用支持全球移动性的本发明的主写入协议把访问者数据库 和本地数据库按照修改的目的分别指定为主地点和辅属地点。正如 以上所讨论的，这种安排是合适的因为位置的改变和信令信息的 其它修改多数可能从在国外漫游的用户产生。

虽然以上的讨论集中在用于UPT用户的位置信息，应当注意 到复制数据库的设计实际上也能很好应用于业务移动性和参考环 境，预订业务的位置信息和参考环境都是基于每个用户规定的。因 此，复制数据库的设计和相关协议可以按照与位置信息相同的方 式处理与预订业务相关的每个用户信息和包括在参考环境中的其 它数据项。对于复制数据库的系统性能面言，多种数据项的唯一区 别是他们的查询一修改比(如，查询速率与对UPT用户的位置修改 速率之比)。

尽管如此，希望最频繁被修改的数据项是移动用户的位置信 息；其它信令数据项的查询与修改的比将高于位置数据的查询/修 改比。因此，本发明的修改算法也可应用于包含预订业务、参考环 境和其它信号信息的用户记录。

可能降低复制设计性能的因素是查询一修改比。如果比值很高 (即，用户信息很少被修改)，用于修改复制记录的开销就很小。否则 (例如，一个移动用户从一个位置移动到另一个位置)，修改的开销 就比较大。在这种情况下，以下的策略将改善复制设计的性能。

一个移动的无线用户正在国外漫游。当用户从一个地点移动到 另一个地点时，要频繁地修改在访问者数据库中用户的位置信息。 在本地数据库中相应的用户记录也被修改。因此，维护在本地数据 库中的当前位置信息的传输和处理费用是很大的，特别是在用户 远离美国的情况下。如果用户从一个地点移动到另一个地点而没有 发出或接收呼叫，情况将变得更槽；即，没有得到服务费以补偿处 理数据库修改所引起花费。

减少位置修改费用的一种方法是仅在访问者数据库中保持某 个频繁移动用户的当前位置信息。相反地，本地数据库仅包含一个 指向存贮当前位置信息的访问者数据库的标识符。(即访问者数据 库有与这个漫游用户相关的完整信息记录，而本地数据库只有部 分用户信息。)

因此，每当国外的用户改变他的位置时本地数据库不必修改 位置信息。而且，当进行呼叫建立和其它信号功能时，从美国呼叫在 国外旅行的用户将首先从本地数据库检索标识符然后才存取访问 者数据库的当前位置信息。

用于仅在访问者数据库中保持完整用户数据的改善方法不仅 应用于位置信息，也可应用于其它被频繁访问的数据项。另外，由于 不同的用户有不同的移动性和呼叫模式，应该依据每个用户不同 情况使用改善的方法。正如以上讨论，用于标识使用改善方案的这 些用户的关键参数包括：

1.用户从被访问地区发出呼叫与他们接收呼叫之比。

2.数据库查询一修改的比例(例如，移动性的指示)，和

3.用于修改本地数据库(从被访问发送修改请求)的花费和从 美国发出呼叫的远端查询访问者数据库的花费的比。

依据每个旅行用户的这些参数，信令网络可以确定改善的方 法是否可以应用于这个用户(即，只有访问者数据库包含用户的全 部记录而本地数据库只存贮不经常访问用户数据的部分信息)。实 际上，可根据通常的估计动态地应用此方法于一个用户，即对一个 旅行用户网络可以根据以前一段时间内用户的呼叫流量和修改频 率统计周期性地(如每个晚上)使用或不使用这种方法。

按照本发明，根据复制数据库的扩展信令网络有许多好处并 且可以作为使电话网络全球化的一种装置，使得在外国无需实际 建设传输网络，而通常在这些国家是不允许或不愿意美国的电话 公司搞这种建设的。因此，复制数据库的设计实际上仍然利用国外 的网络以支持网络用户的全球移动性。

复制数据库设计比其它如使用卫星在全球定位移动用户(即 全球的终端移动性)的系统方法花费少。更为重要的，本发明的系统 基于有线和无线网络的当前的体系结构并且它遵从蜂窝网络的现 行标准。因此，复制设计上与其它的数据库设计相比不仅减少操作 费用和呼叫建立延迟，而且使美国的电话网络可以尽早地给用户 提供全球移动性业务。

所建议的设计也能帮助美国网络与一些外国电话公司竞争。该 网络可以选择仅让现在的商业伙伴通过(无线和有线)网络存取访 问者数据库；而不向竞争者网络提供在访问者数据库中存贮和使 用的信号信息。

因此，对于从国外发出的呼叫和网络漫游用户接收的呼叫，只 有所讨论公司的网络才配备承办的能力。这种安排也可用于加强美 国网络公司和国外电信业务公司合作的地位。在另一种商业安排 中，电话网络公司也可收费地向一些外国电话公司提供某种信令 信息以使在这个国家旅行的网络用户可以接收呼叫。并且，如果电 话网络可以与它的国外商业伙伴一起工作，可以用一种另外方法 实现复制数据库的设计。

如果可在电话网络公司和它的国外商业伙伴建立一种设置， 而不是在国外建立网络访问者数据库和STP。在外国旅行的网络用 户的记录就可以直接从本地数据库装入到合作者网络的数据库中， 因此，与最初复制数据库设计一样，每个旅行用户仍然有两个用于 信令的信息拷贝。复制设计的协议和操作对新的设置仍为可用的， 虽然美国的电信网络公司并不物理上拥有访问者数据库和STP。

应该认识到以上描述只是本发明的一种优选实施方式。在不脱 离本发明实质和范围前提下本领域熟练技术人员可以提出许多其 它的安排。