IMS核心網元準POOL容災方案研究

1、    ims核心網元準pool容災方案研究    許盛宏 李力卡 劉智德摘要p-cscf、s-cscf是ims核心網元，其組網可靠性關系到imsa務提供的穩(wěn)定性。文章分析了異地組網容災方案的實現(xiàn)以及存在問題，然后提出p-cscf、s-cscf的準pool組網方案，并闡述組網要求、容災數(shù)據備份和容災接管實現(xiàn)。該方案提高了容災組網的可靠性，對ims商用網絡規(guī)劃、組網部署具有一定參考價值。關鍵詞準poolp-cscfs-cscf實時接管容災方案1引言隨著網絡融合演進趨勢的加快以及多媒體業(yè)務應用需求的增加，中國電信加緊部署ims網絡，ims網絡將成為未來融合核

2、心網的新核心，其規(guī)模難以估量。ims網絡安全關系到整個電信網絡以及業(yè)務的安全，因此，有必要研究ims網絡的安全組網方案。p-cscf是用戶接入ims網絡的初始入口點，將拜訪地接入網絡的sip事務轉接到其歸屬地的s-cscf。s-cscf是ims的核心設備，位于用戶的歸屬網絡，為ue提供注冊管理和認證鑒權，并為ip多媒體業(yè)務呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能。因此，s-cscf、p-cscf是ims網絡非常重要的核心網元。而目前組網方式無法滿足大規(guī)模商用的需求，一旦主用設備癱瘓后，會導致業(yè)務接管時間過長、對用戶影響非常大等問題。而采用準pool容災組網方案，會進一步提升ims網絡的健壯性。2目前

3、容災方案分析2.1容災方案的實現(xiàn)異地容災組網的主要實現(xiàn)方式有：1+1主備、1+1互備、負荷分擔、pool和n+1備份。目前p-cscf和s-cscf的組網方案如下：p-cscf采用負荷分擔方式，在正常情況下，相鄰網元按照一定比例將話務負荷分擔到n個設備；當有一個設備故障失效，相鄰網元將所有話務負荷分擔到其它n-1個設備，接管設備非實時進行容災業(yè)務處理。s-cscf采用n+1備份方式，在正常情況下，相鄰網元按照一定比例將話務負荷分擔到n個s-cscf設備，另一個處于冷備份狀態(tài)；當一個主用的s-cscf設備故障失效時，相鄰網元將故障設備所承擔的話務接續(xù)到備份s-cscf，備份s-cscf設備非實時

4、接管業(yè)務。2.2容災方案存在問題目前容災方案主要存在如下問題：(1)無法及時恢復業(yè)務。p-cscf和s-cscf所采用的組網方式，一旦用戶注冊所在的主用設備癱瘓后，需要等待用戶重新注冊才能恢復業(yè)務，無法實現(xiàn)業(yè)務的實時接管。(2)無法確保接管有效性。s-cscf采用的n+1備份方式，由于處于備份的設備在平常沒有負荷，難以保證在應急情況下的有效接管。(3)設備投資成本高。如這些網元采用1+1互備方式，可提高可靠性，但冗余度相當高，投資成本高，而且設備之間需要實時同步容災數(shù)據才能確保業(yè)務實時接管，對設備性能開銷較大。(4)用戶感知的影響大。目前方案通過用戶重新注冊來實現(xiàn)業(yè)務非實時接管，這樣就對用戶感

5、知的影響很大，可能會導致用戶在一段時間內無法通話。3準pool方案的優(yōu)勢為了解決上述問題，可以采用準pool組網方式。準pool組網方式是指n個設備組成一個池，池內設備提供負荷分擔服務，網元之間通過非數(shù)據同步方式實現(xiàn)資源共享。當一個設備癱瘓，其余n-1個可以通過一定方式獲取共享數(shù)據進行實時接管，不需要等待用戶重注冊。與pool方式最大的不同是，容災數(shù)據不再通過網元之間的數(shù)據同步實現(xiàn)，而是巧妙地通過hss數(shù)據共享或者容災查詢實現(xiàn)，一方面確保業(yè)務實時接管，另一方面設備性能開銷很小，滿足集約化運營需求。業(yè)務實時接管是指接管設備能為已注冊用戶未進行周期注冊更新時提供完整的業(yè)務服務。異地容災組網方式的容

6、災切換指標分析如表1所示。從表1可知，準pool技術比目前的容災組網方式具有絕對優(yōu)勢：業(yè)務實時接管、用戶基本無感知、設備利用率高、投資成本低和較為容易實現(xiàn)。因此，對于需要容災數(shù)據才能恢復業(yè)務的網元，p-cscf、s-cscf建議采用準pool方案組網。4p-cscf準pool方案4.1容災組網要求n個p-cscf設備組成一個準pool，在正常情況下，bac支持按照一定比例將話務負荷分擔到準pool的所有設備中；當一個p-cscf設備故障失效時。bac和scscf將故障p-cscf承載的話務負荷分擔到準pool的剩余其他設備，接管的p-cscf設備通過i-cscf查詢獲取用戶當前注冊的s-csc

7、f實時接管業(yè)務。p-cscf準pool(以n=3為例)的組網結構圖1所示。上述組網方式對于用戶初始注冊請求，bac采用負荷分擔的方式選擇p-cscf準pool內的設備，可采用dns配置方式：bac在一個信令分組中，配置一個p-cscf的域名。假設為pcscf.ctcims.cqm.cn，用戶注冊時采用此域名進行srv查詢。dns的srv配置池內所有設備的主機名，采用相同優(yōu)先級，權重可以根據實際需要進行配置。為了實現(xiàn)容災的負荷分擔，dns對pool中每一個p-cscf主機都配置srv查詢，對于本主機采用高優(yōu)先級，所有剩余主機都采用相同的低優(yōu)先級。dns配置關系如表2所示。假設用戶原來注冊在p-c

8、scf1故障失效，對于已經注冊的用戶的呼叫、重注冊請求，bac和s-cscf根據dns返回的序號為2的記錄，將話務負荷分擔到p-cscf2和p-cscf3，從而實現(xiàn)到n-1個設備上的負荷分擔。4.2容災數(shù)據備份p-cscf所需要容災備份數(shù)據就是用戶當前服務的s-cscf，按照標準注冊流程，在用戶注冊時，s-cscf通過信令與hss進行交互，hss就會記錄用戶當前服務的s-cscf，不增加額外備份需求。4.3容災接管實現(xiàn)p-cscf容災接管主要考慮已注冊用戶的主叫和被叫業(yè)務實現(xiàn)，已注冊用戶的重注冊、新用戶注冊與原有標準流程一致。(1)已注冊用戶主叫業(yè)務接管已注冊用戶尚未進行周期更新而發(fā)起主叫業(yè)務

9、時，通過如下流程實現(xiàn)實時接管，假設p-cscf1故障失效，p-cscf2進行業(yè)務接管：已注冊在p-cscf1的用戶向bac發(fā)起呼叫，bac將呼叫轉發(fā)到p-cscf2。p-cscf2發(fā)現(xiàn)沒有用戶注冊數(shù)據，根據主叫用戶的域名查詢dns，將呼叫請求發(fā)往主叫用戶歸屬的i-cscf，在invite消息中提取ppi域的主叫號碼構造pal，并在invite消息的增加restore=1參數(shù)，標識接入側p-cscf/agcf發(fā)來的消息。i-cscf根據restore=1參數(shù)構造cx接口的user-authorization-type取值為2，并根據orig參數(shù)提取主叫號碼向hss發(fā)送lir消息。hss處理lir

10、請求時，根據user-authorization-type取值為2，返回主叫用戶的s-cscf能力集和動態(tài)s-cscf name。i-cscf優(yōu)先使用動態(tài)s-cscf name路由，并呼叫請求消息送到s-cscf。s-cscf收到呼叫請求后，根據restore=1參數(shù)識別是ue始呼流程，根據orig觸發(fā)主叫側業(yè)務，從而完成容災業(yè)務接管。(2)已注冊用戶的被叫業(yè)務接管對于原來注冊在故障p-cscfi的用戶的被叫接管，被叫s-cscf將呼叫負荷分擔到pcscf準pool的其他設備：scscf收到mt呼叫，根據用戶的記錄主機名p-cscf1進行dns查詢，dns返回相應的p-cscf優(yōu)先級列表，s-

11、cscf檢測到優(yōu)先級最高的p-cscf1故障失效后，s-cscf在優(yōu)先級低的p-cscf任選一個，假設為p-cscf2。根據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根據容災策略放通呼叫，并根據request uri將呼叫路由到用戶注冊的bac，bac按照正常呼叫進行處理就可以完成業(yè)務接管。5scscf準pool方案5.1容災組網要求n個s-cscf設備組成一個池，池內設備提供負荷分擔服務。在正常情況下，相鄰網元支持按照一定比例將話務負荷分擔到準pool的所有設備中，網元之間通過hss數(shù)據存儲實現(xiàn)容災數(shù)據共享，當

12、一個s-cscf癱瘓，其余n-1個s-cscf設備進行負荷分擔，可以通過hss查詢獲取容災數(shù)據進行實時接管，無需等待用戶的重注冊。s-cscf準pool(以n=3為例)的組網結構如圖2所示。上述組網方式對于用戶初始注冊請求，i-cscf根據用戶的s-cscf能力集采用負荷分擔的方式選擇s-cscf準pool內的設備；對于用戶的主叫和被叫，選擇用戶初始注冊選定的s-cscf。5.2容災數(shù)據備份在用戶開戶時，hss已經保存了用戶簽約數(shù)據。為了實現(xiàn)業(yè)務實時接管，在用戶注冊過程中，s-cscf通過cx接口將容災數(shù)據以透明數(shù)據形式存放在hss，需要備份的容災數(shù)據包括：(1)用戶注冊路由信息path頭域：

13、新的s-cscf在處理被叫請求時，需要依靠它來找到正確的p-cscf。(2)用戶注冊的contact地址：新的s-cscf在處理被叫請求時，需要依靠它來構造請求目的地。(3)用戶鑒權的authentication method：新的s-cscf在處理注冊或者呼叫鑒權時使用的鑒權參數(shù)。5.3容災接管實現(xiàn)s-cscf容災接管主要考慮已注冊用戶的重注冊、主叫和被叫業(yè)務的實現(xiàn)，新用戶注冊與原有流程一致。(1)已注冊用戶的重注冊接管已注冊用戶發(fā)起重注冊請求時，p-cscf無法將重注冊消息送到故障的s-cscf1，將通過i-cscf查詢hss獲取s-cscf能力集，選擇一個可用的s-cscf2注冊。后續(xù)發(fā)

14、起的業(yè)務請求將由重注冊選定的s-cscf2處理：p-cscf將重注冊消息轉發(fā)給i-cscf，i-cscf啟用uar消息查詢hss，其中user-authorization-type取值為0。hss返回用戶當前服務的s-cscf給i-cscf，i-cscf判斷當前服務的s-cscfb經故障失效，重新發(fā)起uar消息查詢hss，其中user-authorization-type取值為2。hss返回注冊用戶的s-cscf能力集，i-cscf根據用戶的s-cscf能力集選擇一個可用的s-cscf2，從而由s-cscf2接管容災用戶。(2)已注冊用戶的主叫業(yè)務接管已注冊用戶未進行周期更新時發(fā)起主叫業(yè)務請求

15、，p-cscf將業(yè)務請求轉發(fā)到i-cscf，i-cscf通過與hss的信令交互后選擇可用的scscf2提供服務，s-cscf2重新從hss下載用戶簽約數(shù)據和容災數(shù)據，從而恢復用戶業(yè)務：已在s-cscf1注冊用戶向p-cscf發(fā)起呼叫請求，p-cscf檢測到s-cscf1故障失效后，根據用戶域名查詢dns獲取用戶歸屬的i-cscf，向i-cscf發(fā)送呼叫請求。p-cscf在invite消息中提取ppi的主叫號碼構造pai，并增加restore=1參數(shù)，標識接入側p-cscf/agcf發(fā)來的消息。i-cscf根據restore=1參數(shù)構造cx接口的user-authorization-type取值

16、為2，并根據oring參數(shù)提取主叫號碼向hss發(fā)送lir消息。hss處理lir請求時，根據user-authorization-type取值為2，返回主叫用戶的s-cscf能力集和動態(tài)s-cscf name。i-cscf優(yōu)先使用動態(tài)s-cscf name路由，并透傳route頭域中的參數(shù)到s-cscf。此時s-cscf name對應的s-cscf1不可用，則根據s-cscf能力集負荷分擔選擇準pool中一個可用的s-cscf2。s-cscf2收到呼叫請求后，發(fā)現(xiàn)沒有注冊數(shù)據，向hss發(fā)送查詢用戶數(shù)據sar請求，server-assignment-type取值為o。hss通過saa將用戶簽約數(shù)據

17、和容災數(shù)據返回s-cscf2，并將用戶注冊所在的s-cscf1更新為s-cscf2。s-cscf2根據restore=1參數(shù)識別是ue始呼流程，根據orig觸發(fā)主叫側業(yè)務，從而完成業(yè)務接管。(3)已注冊用戶的被叫業(yè)務接管已注冊用戶未進行周期更新時接收被叫業(yè)務請求，具體實現(xiàn)方法如下：主叫scscf將呼叫送到被叫i-cscf，被叫j-cscf根據被叫用戶向hss發(fā)起普通的lir請求(不含user-authorization-type)，hss返回用戶當前故障的s-cscf1。1csof發(fā)現(xiàn)s-cscf1故障，再次向hss發(fā)起特殊的lir請求，攜帶user-authorization-type為2，

18、hss返回被叫用戶的s-cscf能力集和動態(tài)s-cscf name。icscf根據scscf能力集負荷分擔選擇準pool中一個可用的s-cscf2。s-cscf2收到呼叫請求后，發(fā)現(xiàn)沒有注冊數(shù)據，向hss發(fā)送查詢用戶數(shù)據sar請求，seryer-assignment-type取值為0。hss通過saa將用戶簽約數(shù)據和容災數(shù)據返回s-cscf2，并將用戶注冊所在的s-cscf1更新為s-cscf2。41，s-cscf2根據獲取的簽約數(shù)據觸發(fā)被叫側業(yè)務，并根據path頭域發(fā)送到用戶注冊的p-cscf進行后續(xù)處理，從而完成容災業(yè)務接管。6結束語本文所述的p-cscf、s-cscf的準pool組網方案進一步提升了ims網絡的穩(wěn)定性，在確保容災業(yè)務實時接管前提下，優(yōu)化了容災數(shù)據備份和接管實現(xiàn)方法，降低投資成本和提升設備利用率，有力推動ims網絡大規(guī)模商用，對ims網絡規(guī)劃、組網部署具有極高參考價值，對容災組網技術的研究