淺析IMS核心網(wǎng)容災(zāi)機(jī)制

劉曉華 劉存良 吳 鉆

（中國移動廣東有限公司佛山分公司網(wǎng)絡(luò)管理中心，廣東 佛山 528000）

1 IMS網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)

IMS網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)分層架構(gòu)，主要劃分為應(yīng)用層、業(yè)務(wù)能力層、會話控制層、承載控制與接入層。承載控制與接入層負(fù)責(zé)控制承載資源，包括的網(wǎng)元有SBC和IMMGW。應(yīng)用層主要提供第三方的應(yīng)用：通過OSA提供的接口（API或者消息）來實(shí)現(xiàn)對下層業(yè)務(wù)能力的調(diào)用，包括的網(wǎng)元有AS。會話控制層的功能是呼叫控制、用戶管理 、業(yè)務(wù)觸發(fā)、資源控制、網(wǎng)絡(luò)互通，包括的網(wǎng)元有：P-CSCF（代理 CSCF）、ICSCF（問詢 CSCF）、S-CSCF（服務(wù) CSCF）、AGCF、MGCF、HSS/SLF（用戶數(shù)據(jù)庫）。除了應(yīng)用層AS外，會話控制層屬于IMS網(wǎng)絡(luò)的核心，相關(guān)核心局點(diǎn)的容災(zāi)性能對IMS網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定有舉足輕重的意義。

2 IMS重要信令流程

2.1 網(wǎng)絡(luò)注冊流程

IMS網(wǎng)絡(luò)注冊的最終目的是讓用戶終端登記上S-CSCF，整個注冊過程可分解為兩次注冊子流程。第一次注冊子流程目的是讓S-CSCF下發(fā)鑒權(quán)消息，第二次注冊子流程實(shí)現(xiàn)用戶鑒權(quán)，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)注冊。在注冊過程中，用戶通過終端配置的域名登記到相應(yīng)的拜訪地P-CSCF，PCSCF再根據(jù)用戶開戶時所配置的域名把注冊消息送到歸屬地IMS域的接口ICSCF。在第一次注冊子流程中，I-CSCF需要先到HSS索要用戶開戶時設(shè)置的配置集。I-CSCF通過匹配配置集，查找用戶最優(yōu)的服務(wù)S-CSCF，并把注冊消息轉(zhuǎn)發(fā)過去。S-CSCF在收到第一個注冊消息后，將向HSS下載用戶的鑒權(quán)信息，并把此鑒權(quán)參數(shù)及算法向用戶下發(fā)，觸發(fā)用戶第二次注冊子注程。第二次注冊過程的網(wǎng)元查找原理一樣，只是注冊消息中增加了用戶的鑒權(quán)響應(yīng)值，最終S-CSCF直接對鑒權(quán)響應(yīng)值進(jìn)行校對，以完成整個注冊流程。

2.2 呼叫流程

呼叫流程是建立在網(wǎng)絡(luò)注冊流程完成之后，當(dāng)用戶已經(jīng)登記上S-CSCF后，整個呼叫流程已經(jīng)不需要再經(jīng)I-CSCF扭轉(zhuǎn)，整個呼叫過程可分解為三次invite子流程。第一次invite目的是讓主叫與主叫側(cè)AS建立呼叫信令通道，第二次invite目的是讓主被叫之間的AS建立呼叫信令通道，第三次invite目的是讓被叫側(cè)AS與被叫建立呼叫信令通道。因在網(wǎng)絡(luò)注冊過程中，用戶/S-CSCF/P-CSCF/AS均已經(jīng)記錄了關(guān)聯(lián)信息，因此呼叫流程中的網(wǎng)元間的信息扭轉(zhuǎn)可直接跟據(jù)信息表中的地址進(jìn)行傳送。

3 IMS容災(zāi)原理機(jī)制

IMS解決方案整體采用1+1互備的容災(zāi)方式，正常時每個局點(diǎn)空閑一半容量用于接管互備局用戶。IMS故障檢測機(jī)制有OPTIONS檢測和基于鏈路的故障檢測。基于SIP協(xié)議的應(yīng)用通過SIP OPTIONS消息實(shí)現(xiàn)對對端網(wǎng)元的故障檢測，OPTIONS檢測又分為啟發(fā)式（只有在對端有故障時才觸發(fā)檢測），以及周期性（無論是否故障都觸發(fā)檢測，與心跳類似）?；贒iameter、DNS協(xié)議的應(yīng)用則通過鏈路握手協(xié)議來實(shí)現(xiàn)故障檢測，即在鏈路上周期性的發(fā)送握手消息來檢測對端是否故障。從第3部分的流程闡述可以知道，不管是注冊還是呼叫流程，用戶的下一跳一定是SBC，而用戶是通過終端所配置的域名地址來查找SBC的，因此DNS定義對SBC起到容災(zāi)保護(hù)作用。當(dāng)一個SBC退服時，用戶仍然能從DNS反饋的地址池找到可用SBC。舉一反三，在所有走SIP信令的接口中，DNS都充當(dāng)著重要的容災(zāi)保護(hù)角色。只要確定了信令下一跳的域名，總可以通過DNS找到正常狀態(tài)的網(wǎng)元地址。而對于走diameter信令的接口（如HSS的相關(guān)接口），側(cè)是依靠接口定義的多路靜態(tài)diameter鏈來實(shí)現(xiàn)容災(zāi)。

3.1 注冊流程的容災(zāi)要點(diǎn)

在整個注冊流程中，除了DNS提供重要容災(zāi)功能外，I-CSCF到S-CSCF的選擇是重要的一步。用戶注冊對S-CSCF的選擇完全取決于用戶開戶時在HSS上所定義的配置集。I-CSCF取到用戶的配置集后，計算出用戶能登記的S-CSCF的優(yōu)先級，當(dāng)出現(xiàn)最高優(yōu)先級的S-CSCF不可用時，I-CSCF將第一步從配置集計算結(jié)果中重選S-CSCF。因此S-CSCF的邏輯容災(zāi)靠的是用戶在HSS上的配置集定義規(guī)則，而非DNS。

3.2 呼叫流程的容災(zāi)要點(diǎn)

呼叫流程的容災(zāi)實(shí)現(xiàn)比注冊流程要復(fù)雜，因注冊完成后，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為用戶指定了唯一的核心局點(diǎn)（包括P-CSCF，SCSCF）。一旦某個核心局點(diǎn)出現(xiàn)故障退服，這意味著網(wǎng)絡(luò)需要用戶重新注冊選擇核心局點(diǎn)。當(dāng)呼叫過程中出現(xiàn)此特殊情況，對呼叫業(yè)務(wù)將會造成延時甚至中斷的影響。標(biāo)準(zhǔn)描述并沒有對此容災(zāi)實(shí)現(xiàn)作具體描述，但從用戶使用感知出發(fā)，大多數(shù)廠家的做法是業(yè)務(wù)影響最小化，即在呼叫流程中設(shè)備自動觸發(fā)重注冊流程，而非直接中斷業(yè)務(wù)，使用戶自助注冊。

結(jié)語

DNS在IMS核心網(wǎng)中扮演著非常重要的角色，她關(guān)系著核心局點(diǎn)容災(zāi)配對的選擇規(guī)則的實(shí)現(xiàn)。而用戶開戶時在HSS上定義配置集，也決定了面向用戶的SCSCF的邏輯容災(zāi)關(guān)系，增強(qiáng)了IMS網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)的靈活性。通過深入研究探討IMS網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)機(jī)制，有利于增強(qiáng)IMS網(wǎng)絡(luò)的抗災(zāi)性，促進(jìn)移動通信新技術(shù)的穩(wěn)健發(fā)展。

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