IMS核心網(wǎng)元準(zhǔn)POOL容災(zāi)方案研究

1、    ims核心網(wǎng)元準(zhǔn)pool容災(zāi)方案研究    許盛宏 李力卡 劉智德摘要p-cscf、s-cscf是ims核心網(wǎng)元，其組網(wǎng)可靠性關(guān)系到imsa務(wù)提供的穩(wěn)定性。文章分析了異地組網(wǎng)容災(zāi)方案的實(shí)現(xiàn)以及存在問(wèn)題，然后提出p-cscf、s-cscf的準(zhǔn)pool組網(wǎng)方案，并闡述組網(wǎng)要求、容災(zāi)數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)接管實(shí)現(xiàn)。該方案提高了容災(zāi)組網(wǎng)的可靠性，對(duì)ims商用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組網(wǎng)部署具有一定參考價(jià)值。關(guān)鍵詞準(zhǔn)poolp-cscfs-cscf實(shí)時(shí)接管容災(zāi)方案1引言隨著網(wǎng)絡(luò)融合演進(jìn)趨勢(shì)的加快以及多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的增加，中國(guó)電信加緊部署ims網(wǎng)絡(luò)，ims網(wǎng)絡(luò)將成為未來(lái)融合核

2、心網(wǎng)的新核心，其規(guī)模難以估量。ims網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)系到整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)以及業(yè)務(wù)的安全，因此，有必要研究ims網(wǎng)絡(luò)的安全組網(wǎng)方案。p-cscf是用戶接入ims網(wǎng)絡(luò)的初始入口點(diǎn)，將拜訪地接入網(wǎng)絡(luò)的sip事務(wù)轉(zhuǎn)接到其歸屬地的s-cscf。s-cscf是ims的核心設(shè)備，位于用戶的歸屬網(wǎng)絡(luò)，為ue提供注冊(cè)管理和認(rèn)證鑒權(quán)，并為ip多媒體業(yè)務(wù)呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能。因此，s-cscf、p-cscf是ims網(wǎng)絡(luò)非常重要的核心網(wǎng)元。而目前組網(wǎng)方式無(wú)法滿足大規(guī)模商用的需求，一旦主用設(shè)備癱瘓后，會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)接管時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、對(duì)用戶影響非常大等問(wèn)題。而采用準(zhǔn)pool容災(zāi)組網(wǎng)方案，會(huì)進(jìn)一步提升ims網(wǎng)絡(luò)的健壯性。2目前

3、容災(zāi)方案分析2.1容災(zāi)方案的實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)組網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)方式有：1+1主備、1+1互備、負(fù)荷分擔(dān)、pool和n+1備份。目前p-cscf和s-cscf的組網(wǎng)方案如下：p-cscf采用負(fù)荷分擔(dān)方式，在正常情況下，相鄰網(wǎng)元按照一定比例將話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到n個(gè)設(shè)備；當(dāng)有一個(gè)設(shè)備故障失效，相鄰網(wǎng)元將所有話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到其它n-1個(gè)設(shè)備，接管設(shè)備非實(shí)時(shí)進(jìn)行容災(zāi)業(yè)務(wù)處理。s-cscf采用n+1備份方式，在正常情況下，相鄰網(wǎng)元按照一定比例將話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到n個(gè)s-cscf設(shè)備，另一個(gè)處于冷備份狀態(tài)；當(dāng)一個(gè)主用的s-cscf設(shè)備故障失效時(shí)，相鄰網(wǎng)元將故障設(shè)備所承擔(dān)的話務(wù)接續(xù)到備份s-cscf，備份s-cscf設(shè)備非實(shí)時(shí)

4、接管業(yè)務(wù)。2.2容災(zāi)方案存在問(wèn)題目前容災(zāi)方案主要存在如下問(wèn)題：(1)無(wú)法及時(shí)恢復(fù)業(yè)務(wù)。p-cscf和s-cscf所采用的組網(wǎng)方式，一旦用戶注冊(cè)所在的主用設(shè)備癱瘓后，需要等待用戶重新注冊(cè)才能恢復(fù)業(yè)務(wù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)接管。(2)無(wú)法確保接管有效性。s-cscf采用的n+1備份方式，由于處于備份的設(shè)備在平常沒(méi)有負(fù)荷，難以保證在應(yīng)急情況下的有效接管。(3)設(shè)備投資成本高。如這些網(wǎng)元采用1+1互備方式，可提高可靠性，但冗余度相當(dāng)高，投資成本高，而且設(shè)備之間需要實(shí)時(shí)同步容災(zāi)數(shù)據(jù)才能確保業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)接管，對(duì)設(shè)備性能開(kāi)銷較大。(4)用戶感知的影響大。目前方案通過(guò)用戶重新注冊(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)非實(shí)時(shí)接管，這樣就對(duì)用戶感

5、知的影響很大，可能會(huì)導(dǎo)致用戶在一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法通話。3準(zhǔn)pool方案的優(yōu)勢(shì)為了解決上述問(wèn)題，可以采用準(zhǔn)pool組網(wǎng)方式。準(zhǔn)pool組網(wǎng)方式是指n個(gè)設(shè)備組成一個(gè)池，池內(nèi)設(shè)備提供負(fù)荷分擔(dān)服務(wù)，網(wǎng)元之間通過(guò)非數(shù)據(jù)同步方式實(shí)現(xiàn)資源共享。當(dāng)一個(gè)設(shè)備癱瘓，其余n-1個(gè)可以通過(guò)一定方式獲取共享數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接管，不需要等待用戶重注冊(cè)。與pool方式最大的不同是，容災(zāi)數(shù)據(jù)不再通過(guò)網(wǎng)元之間的數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)，而是巧妙地通過(guò)hss數(shù)據(jù)共享或者容災(zāi)查詢實(shí)現(xiàn)，一方面確保業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)接管，另一方面設(shè)備性能開(kāi)銷很小，滿足集約化運(yùn)營(yíng)需求。業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)接管是指接管設(shè)備能為已注冊(cè)用戶未進(jìn)行周期注冊(cè)更新時(shí)提供完整的業(yè)務(wù)服務(wù)。異地容災(zāi)組網(wǎng)方式的容

6、災(zāi)切換指標(biāo)分析如表1所示。從表1可知，準(zhǔn)pool技術(shù)比目前的容災(zāi)組網(wǎng)方式具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)：業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)接管、用戶基本無(wú)感知、設(shè)備利用率高、投資成本低和較為容易實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于需要容災(zāi)數(shù)據(jù)才能恢復(fù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)元，p-cscf、s-cscf建議采用準(zhǔn)pool方案組網(wǎng)。4p-cscf準(zhǔn)pool方案4.1容災(zāi)組網(wǎng)要求n個(gè)p-cscf設(shè)備組成一個(gè)準(zhǔn)pool，在正常情況下，bac支持按照一定比例將話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到準(zhǔn)pool的所有設(shè)備中；當(dāng)一個(gè)p-cscf設(shè)備故障失效時(shí)。bac和scscf將故障p-cscf承載的話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到準(zhǔn)pool的剩余其他設(shè)備，接管的p-cscf設(shè)備通過(guò)i-cscf查詢獲取用戶當(dāng)前注冊(cè)的s-csc

7、f實(shí)時(shí)接管業(yè)務(wù)。p-cscf準(zhǔn)pool(以n=3為例)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖1所示。上述組網(wǎng)方式對(duì)于用戶初始注冊(cè)請(qǐng)求，bac采用負(fù)荷分擔(dān)的方式選擇p-cscf準(zhǔn)pool內(nèi)的設(shè)備，可采用dns配置方式：bac在一個(gè)信令分組中，配置一個(gè)p-cscf的域名。假設(shè)為pcscf.ctcims.cqm.cn，用戶注冊(cè)時(shí)采用此域名進(jìn)行srv查詢。dns的srv配置池內(nèi)所有設(shè)備的主機(jī)名，采用相同優(yōu)先級(jí)，權(quán)重可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置。為了實(shí)現(xiàn)容災(zāi)的負(fù)荷分擔(dān)，dns對(duì)pool中每一個(gè)p-cscf主機(jī)都配置srv查詢，對(duì)于本主機(jī)采用高優(yōu)先級(jí)，所有剩余主機(jī)都采用相同的低優(yōu)先級(jí)。dns配置關(guān)系如表2所示。假設(shè)用戶原來(lái)注冊(cè)在p-c

8、scf1故障失效，對(duì)于已經(jīng)注冊(cè)的用戶的呼叫、重注冊(cè)請(qǐng)求，bac和s-cscf根據(jù)dns返回的序號(hào)為2的記錄，將話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到p-cscf2和p-cscf3，從而實(shí)現(xiàn)到n-1個(gè)設(shè)備上的負(fù)荷分擔(dān)。4.2容災(zāi)數(shù)據(jù)備份p-cscf所需要容災(zāi)備份數(shù)據(jù)就是用戶當(dāng)前服務(wù)的s-cscf，按照標(biāo)準(zhǔn)注冊(cè)流程，在用戶注冊(cè)時(shí)，s-cscf通過(guò)信令與hss進(jìn)行交互，hss就會(huì)記錄用戶當(dāng)前服務(wù)的s-cscf，不增加額外備份需求。4.3容災(zāi)接管實(shí)現(xiàn)p-cscf容災(zāi)接管主要考慮已注冊(cè)用戶的主叫和被叫業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，已注冊(cè)用戶的重注冊(cè)、新用戶注冊(cè)與原有標(biāo)準(zhǔn)流程一致。(1)已注冊(cè)用戶主叫業(yè)務(wù)接管已注冊(cè)用戶尚未進(jìn)行周期更新而發(fā)起主叫業(yè)務(wù)

9、時(shí)，通過(guò)如下流程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)接管，假設(shè)p-cscf1故障失效，p-cscf2進(jìn)行業(yè)務(wù)接管：已注冊(cè)在p-cscf1的用戶向bac發(fā)起呼叫，bac將呼叫轉(zhuǎn)發(fā)到p-cscf2。p-cscf2發(fā)現(xiàn)沒(méi)有用戶注冊(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)主叫用戶的域名查詢dns，將呼叫請(qǐng)求發(fā)往主叫用戶歸屬的i-cscf，在invite消息中提取ppi域的主叫號(hào)碼構(gòu)造pal，并在invite消息的增加restore=1參數(shù)，標(biāo)識(shí)接入側(cè)p-cscf/agcf發(fā)來(lái)的消息。i-cscf根據(jù)restore=1參數(shù)構(gòu)造cx接口的user-authorization-type取值為2，并根據(jù)orig參數(shù)提取主叫號(hào)碼向hss發(fā)送lir消息。hss處理lir

10、請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)user-authorization-type取值為2，返回主叫用戶的s-cscf能力集和動(dòng)態(tài)s-cscf name。i-cscf優(yōu)先使用動(dòng)態(tài)s-cscf name路由，并呼叫請(qǐng)求消息送到s-cscf。s-cscf收到呼叫請(qǐng)求后，根據(jù)restore=1參數(shù)識(shí)別是ue始呼流程，根據(jù)orig觸發(fā)主叫側(cè)業(yè)務(wù)，從而完成容災(zāi)業(yè)務(wù)接管。(2)已注冊(cè)用戶的被叫業(yè)務(wù)接管對(duì)于原來(lái)注冊(cè)在故障p-cscfi的用戶的被叫接管，被叫s-cscf將呼叫負(fù)荷分擔(dān)到pcscf準(zhǔn)pool的其他設(shè)備：scscf收到mt呼叫，根據(jù)用戶的記錄主機(jī)名p-cscf1進(jìn)行dns查詢，dns返回相應(yīng)的p-cscf優(yōu)先級(jí)列表，s-

11、cscf檢測(cè)到優(yōu)先級(jí)最高的p-cscf1故障失效后，s-cscf在優(yōu)先級(jí)低的p-cscf任選一個(gè)，假設(shè)為p-cscf2。根據(jù)sip協(xié)議要求，s-cscf將request uri封裝為bac的ip地址，將呼叫消息發(fā)送給p-cscf2。p-csc-f2根據(jù)容災(zāi)策略放通呼叫，并根據(jù)request uri將呼叫路由到用戶注冊(cè)的bac，bac按照正常呼叫進(jìn)行處理就可以完成業(yè)務(wù)接管。5scscf準(zhǔn)pool方案5.1容災(zāi)組網(wǎng)要求n個(gè)s-cscf設(shè)備組成一個(gè)池，池內(nèi)設(shè)備提供負(fù)荷分擔(dān)服務(wù)。在正常情況下，相鄰網(wǎng)元支持按照一定比例將話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)到準(zhǔn)pool的所有設(shè)備中，網(wǎng)元之間通過(guò)hss數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)容災(zāi)數(shù)據(jù)共享，當(dāng)

12、一個(gè)s-cscf癱瘓，其余n-1個(gè)s-cscf設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)，可以通過(guò)hss查詢獲取容災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接管，無(wú)需等待用戶的重注冊(cè)。s-cscf準(zhǔn)pool(以n=3為例)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。上述組網(wǎng)方式對(duì)于用戶初始注冊(cè)請(qǐng)求，i-cscf根據(jù)用戶的s-cscf能力集采用負(fù)荷分擔(dān)的方式選擇s-cscf準(zhǔn)pool內(nèi)的設(shè)備；對(duì)于用戶的主叫和被叫，選擇用戶初始注冊(cè)選定的s-cscf。5.2容災(zāi)數(shù)據(jù)備份在用戶開(kāi)戶時(shí)，hss已經(jīng)保存了用戶簽約數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)接管，在用戶注冊(cè)過(guò)程中，s-cscf通過(guò)cx接口將容災(zāi)數(shù)據(jù)以透明數(shù)據(jù)形式存放在hss，需要備份的容災(zāi)數(shù)據(jù)包括：(1)用戶注冊(cè)路由信息path頭域：

13、新的s-cscf在處理被叫請(qǐng)求時(shí)，需要依靠它來(lái)找到正確的p-cscf。(2)用戶注冊(cè)的contact地址：新的s-cscf在處理被叫請(qǐng)求時(shí)，需要依靠它來(lái)構(gòu)造請(qǐng)求目的地。(3)用戶鑒權(quán)的authentication method：新的s-cscf在處理注冊(cè)或者呼叫鑒權(quán)時(shí)使用的鑒權(quán)參數(shù)。5.3容災(zāi)接管實(shí)現(xiàn)s-cscf容災(zāi)接管主要考慮已注冊(cè)用戶的重注冊(cè)、主叫和被叫業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，新用戶注冊(cè)與原有流程一致。(1)已注冊(cè)用戶的重注冊(cè)接管已注冊(cè)用戶發(fā)起重注冊(cè)請(qǐng)求時(shí)，p-cscf無(wú)法將重注冊(cè)消息送到故障的s-cscf1，將通過(guò)i-cscf查詢hss獲取s-cscf能力集，選擇一個(gè)可用的s-cscf2注冊(cè)。后續(xù)發(fā)

14、起的業(yè)務(wù)請(qǐng)求將由重注冊(cè)選定的s-cscf2處理：p-cscf將重注冊(cè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給i-cscf，i-cscf啟用uar消息查詢hss，其中user-authorization-type取值為0。hss返回用戶當(dāng)前服務(wù)的s-cscf給i-cscf，i-cscf判斷當(dāng)前服務(wù)的s-cscfb經(jīng)故障失效，重新發(fā)起uar消息查詢hss，其中user-authorization-type取值為2。hss返回注冊(cè)用戶的s-cscf能力集，i-cscf根據(jù)用戶的s-cscf能力集選擇一個(gè)可用的s-cscf2，從而由s-cscf2接管容災(zāi)用戶。(2)已注冊(cè)用戶的主叫業(yè)務(wù)接管已注冊(cè)用戶未進(jìn)行周期更新時(shí)發(fā)起主叫業(yè)務(wù)請(qǐng)求

15、，p-cscf將業(yè)務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到i-cscf，i-cscf通過(guò)與hss的信令交互后選擇可用的scscf2提供服務(wù)，s-cscf2重新從hss下載用戶簽約數(shù)據(jù)和容災(zāi)數(shù)據(jù)，從而恢復(fù)用戶業(yè)務(wù)：已在s-cscf1注冊(cè)用戶向p-cscf發(fā)起呼叫請(qǐng)求，p-cscf檢測(cè)到s-cscf1故障失效后，根據(jù)用戶域名查詢dns獲取用戶歸屬的i-cscf，向i-cscf發(fā)送呼叫請(qǐng)求。p-cscf在invite消息中提取ppi的主叫號(hào)碼構(gòu)造pai，并增加restore=1參數(shù)，標(biāo)識(shí)接入側(cè)p-cscf/agcf發(fā)來(lái)的消息。i-cscf根據(jù)restore=1參數(shù)構(gòu)造cx接口的user-authorization-type取值

16、為2，并根據(jù)oring參數(shù)提取主叫號(hào)碼向hss發(fā)送lir消息。hss處理lir請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)user-authorization-type取值為2，返回主叫用戶的s-cscf能力集和動(dòng)態(tài)s-cscf name。i-cscf優(yōu)先使用動(dòng)態(tài)s-cscf name路由，并透?jìng)鱮oute頭域中的參數(shù)到s-cscf。此時(shí)s-cscf name對(duì)應(yīng)的s-cscf1不可用，則根據(jù)s-cscf能力集負(fù)荷分擔(dān)選擇準(zhǔn)pool中一個(gè)可用的s-cscf2。s-cscf2收到呼叫請(qǐng)求后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有注冊(cè)數(shù)據(jù)，向hss發(fā)送查詢用戶數(shù)據(jù)sar請(qǐng)求，server-assignment-type取值為o。hss通過(guò)saa將用戶簽約數(shù)據(jù)

17、和容災(zāi)數(shù)據(jù)返回s-cscf2，并將用戶注冊(cè)所在的s-cscf1更新為s-cscf2。s-cscf2根據(jù)restore=1參數(shù)識(shí)別是ue始呼流程，根據(jù)orig觸發(fā)主叫側(cè)業(yè)務(wù)，從而完成業(yè)務(wù)接管。(3)已注冊(cè)用戶的被叫業(yè)務(wù)接管已注冊(cè)用戶未進(jìn)行周期更新時(shí)接收被叫業(yè)務(wù)請(qǐng)求，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：主叫scscf將呼叫送到被叫i-cscf，被叫j-cscf根據(jù)被叫用戶向hss發(fā)起普通的lir請(qǐng)求(不含user-authorization-type)，hss返回用戶當(dāng)前故障的s-cscf1。1csof發(fā)現(xiàn)s-cscf1故障，再次向hss發(fā)起特殊的lir請(qǐng)求，攜帶user-authorization-type為2，

18、hss返回被叫用戶的s-cscf能力集和動(dòng)態(tài)s-cscf name。icscf根據(jù)scscf能力集負(fù)荷分擔(dān)選擇準(zhǔn)pool中一個(gè)可用的s-cscf2。s-cscf2收到呼叫請(qǐng)求后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有注冊(cè)數(shù)據(jù)，向hss發(fā)送查詢用戶數(shù)據(jù)sar請(qǐng)求，seryer-assignment-type取值為0。hss通過(guò)saa將用戶簽約數(shù)據(jù)和容災(zāi)數(shù)據(jù)返回s-cscf2，并將用戶注冊(cè)所在的s-cscf1更新為s-cscf2。41，s-cscf2根據(jù)獲取的簽約數(shù)據(jù)觸發(fā)被叫側(cè)業(yè)務(wù)，并根據(jù)path頭域發(fā)送到用戶注冊(cè)的p-cscf進(jìn)行后續(xù)處理，從而完成容災(zāi)業(yè)務(wù)接管。6結(jié)束語(yǔ)本文所述的p-cscf、s-cscf的準(zhǔn)pool組網(wǎng)方案進(jìn)一步提升了ims網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，在確保容災(zāi)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)接管前提下，優(yōu)化了容災(zāi)數(shù)據(jù)備份和接管實(shí)現(xiàn)方法，降低投資成本和提升設(shè)備利用率，有力推動(dòng)ims網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用，對(duì)ims網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組網(wǎng)部署具有極高參考價(jià)值，對(duì)容災(zāi)組網(wǎng)技術(shù)的研究