CN102546544A - 一种ims网络中应用服务器的组网结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IMS网络中应用服务器的组网结构，在IMS网络中设置有多个应用服务器，所述多个应用服务器与服务呼叫控制实体相连，所述多个应用服务器用于：根据预定的业务承担方式承担用户业务。采用本发明能够支持大容量的用户并提高网络安全性。

Description

一种IMS网络中应用服务器的组网结构

技术领域

本发明涉及IP多媒体子***(IMS，IP Multimedia Subsystem)，尤其涉及一种IMS网络中应用服务器(AS，Application Server)的组网结构。

背景技术

为了满足多媒体通信的需要，第三代合作伙伴计划(3GPP)组织在原有分组承载网的基础上引入了IMS，IMS不仅能向用户提供传统语音业务，也能向用户提供丰富的多媒体体验。

图1为IMS网络的基本架构图。如图1所示，IMS网络的主要网元包括：呼叫控制实体(CSCF，Call Session Control Function)、归属用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)、AS。

CSCF分为三种类型：代理CSCF(P-CSCF，Proxy-Call Session ControlFunction)、查询CSCF(I-CSCF，Interrogating-Call Session Control Function)和服务CSCF(S-CSCF，Serving-Call Session Control Function)。P-CSCF可处于用户所属的接入网内，作为用户接入IMS网络的第一个联系网元，将用户的初始会话协议(SIP，Session Initiation Protocol)信令转发到IMS核心网(IMS网络中用SIP信令作为呼叫控制的信令协议，IMS核心网包括网元I-CSCF、S-CSCF、HSS、AS)。I-CSCF(图中未示出)可实现网络内部信息隐藏的功能，支持网络安全。S-CSCF作为核心的呼叫控制实体，实现基本的呼叫控制功能，提供S-CSCF与AS间的接口。

AS向用户提供各种业务，如基本的语音业务，以及视频业务和补充业务。HSS记录IMS网络中每个用户的签约数据(签约数据包括用户的用户信息与业务数据)，配合CSCF实现路由功能，并提供认证、授权功能。用户签约数据在用户注册时从HSS被下载到S-CSCF，其中的业务数据被下载到AS后，供AS完成用户业务处理所用。用户签约数据中包含有用户的业务触发规则(IFC，Initial Filter Criteria，也称为初始过滤规则)，IFC中包含有提供业务的AS的地址信息。

在实际的网络建设中，设备内部的软硬件组件都采用备份机制，并通过分布式设计(指多个相同功能的设备组件同时工作)以支持大容量用户与网络安全。不仅设备内部的重要软硬件组件在本地有备份且采用分布式设计，在网元级别，所有重要设备都常常采用异地分布式部署与异地备份机制(常称为异地容灾机制)。

IMS技术属于新兴技术，目前大部分电话用户还是通过现存的通信网络实现通信服务。各种常见的用于语音、视频通信的通信网络包括：传统的公共交换电话网络(PSTN，Public Switched Telephone Network)、传统的公众陆地移动电话网(PLMN、Public Land Mobile Network)、智能网、VOIP(如H.323协议，软交换技术)等等。

3GPP组织认为IMS核心网发展的目标是接入所有现存网络的用户，即所有现存用户都统一接入IMS核心网来享受通信业务，这种要求意味着IMS核心网需要支持的用户容量会非常庞大，相当于目前所有语音、视频通信网络的用户之和，即IMS核心网中的设备需要支持数亿级别的用户。

单个设备支持数亿级别的用户在现有计算机技术中存在难度，设备厂商与网络运营商常常采用多个设备分别负担一部分用户的方式来达到全网支持大容量用户的目标，另外，多个设备间的组网方式也需要支持异地容灾机制。

AS作为IMS核心网中的重要设备，IMS网络中的大部分业务都需要经过AS处理，所以AS在组网上需要考虑支持大容量用户与完备的异地容灾机制。其中，AS处理的大部分业务是由S-CSCF转发来的。

目前，根据AS的数量，IMS网络中AS的组网方式如图1所示，即在IMS网络中设置两个AS。这两个AS的关系主要包括以下两种：

1、主备：两个AS分为一主一备。正常情况下只有主用设备AS-1处理用户业务，备用设备AS-2并不工作或空转；只有在主用设备AS-1发生故障时AS-2才接管所有用户业务。

2、互备：两个AS不分主备关系。正常情况下两个AS同时工作，以负荷分担的方式处理用户业务，当其中一个设备如AS-1发生故障时，AS-2接管所有用户业务。

从安全性的角度来说，互备关系下资源利用率较高，且网络安全性较好；缺点是互备关系下两个AS同时运行，需要同时进行***维护与用户业务发放，这样维护比较麻烦。

但不管是主备关系还是互备关系，在现有AS的组网方式下，在IMS网络承担大容量用户时，由两个AS承担数亿级别用户的业务，对AS的容量要求很高，并且存在两个AS同时发生故障的可能性。另外，当网络扩容时，两个AS势必需要同时或顺序添加新的硬件或更换新的软件，这会影响设备运行和用户业务。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种IMS网络中AS的组网结构，能够支持大容量的用户并提高网络安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种IMS网络中应用服务器的组网结构，在IMS网络中设置有多个AS，所述AS与S-CSCF相连，所述多个AS用于：根据预定的业务承担方式承担用户业务。

所述多个AS进一步用于：以互备关系承担用户业务。

进一步地，所述S-CSCF用于：当所述多个AS的容量相同时，将用户业务均匀地分发给多个AS。

所述S-CSCF进一步用于：当用户与AS没有绑定关系时，S-CSCF收到一个用户业务后，选择多个AS中的一个可用的AS，并将所述用户业务转发给所选择的可用的AS。

所述S-CSCF进一步用于：在选择AS之前，S-CSCF获得可用的AS列表，S-CSCF在可用的AS列表中选择一个可用的AS，并将所述用户业务转发给所选择的可用的AS。

进一步地，所述S-CSCF选择AS的方式为随机或轮选。

所述S-CSCF进一步用于：当用户与AS有绑定关系时，S-CSCF收到一个用户业务后，先将所述用户业务转发给与所述用户绑定的AS；

当与所述用户绑定的AS发生故障，且其余AS的优先级相同时，S-CSCF再将所述用户业务转发给其余AS中的一个可用的AS；

当与所述用户绑定的AS发生故障，且其余AS的优先级不同时，S-CSCF再将所述用户业务转发给其余AS中优先级最高的且可用的AS。

所述S-CSCF进一步用于：在转发用户业务之前，S-CSCF获得可用的AS列表，S-CSCF根据可用的AS列表、与用户绑定的AS与多个AS的对应关系、以及多个AS的优先级顺序，进行用户业务的转发。

所述S-CSCF用于：当所述多个AS的容量不同时，将用户业务按AS的权重分发给多个AS。

进一步地，所述多个AS中的一部分用于：作为主用AS承担用户业务；其余部分用于：作为备用AS，当主用AS发生故障时启用。

由以上技术方案可以看出，本发明采用AS池(POOL)组网方式，在ASPOOL中有几个AS同时工作，这样每个AS只需处理IMS网络中的一部分用户业务，并且在某个AS发生故障后，原来归属到这个AS上的用户业务可以被S-CSCF转发到正常的AS上，这样能够支持大容量的用户，并满足安全备份的要求，从而提高网络的安全性。

附图说明

图1为现有技术中IMS网络的基本架构图；

图2为本发明IMS网络中AS的POOL组网方式示意图；

图3为本发明S-CSCF在AS POOL中选择AS的流程示意图。

具体实施方式

本发明的特点是采用AS POOL组网方式，具体地，在IMS网络中设置多个AS，该多个AS构成一个AS POOL，如图2所示。在一个AS POOL中，AS的数量至少为三个。应当理解的是，虽然图2仅示出了多个AS与S-CSCF的连接关系，但是对于整个IMS网络来说，其还包括图1所示的其他网元与AS或S-CSCF的连接关系。

在AS POOL组网方式下，通过扩大AS数量，本发明可以支持大容量的用户并提高网络安全性。本发明还支持网络的扩容，因为在本发明中网络扩容是通过加入新的AS实现的，所以不会影响现有AS的运行和现有的用户业务。另外，采用AS POOL组网方式便于设备升级，例如AS-1需要升级硬件和软件时，可以先将AS-1置为故障状态，使得其上的业务迁移到可用的AS上，在升级完成后再将AS-1负责的业务迁移回来。

基于上述描述，本发明IMS网络中AS的组网结构为：在IMS网络中设置有多个AS，该多个AS与S-CSCF相连，该多个AS用于：根据预定的业务承担方式承担业务。

其中，预定的业务承担方式可以指：该多个AS以互备关系(即业务分担的方式)承担用户业务。在互备关系下，所有AS同时工作。

在多个AS的容量相同的情况下，多个AS以互备关系承担用户业务是指：S-CSCF将用户业务均匀地分发给多个AS。

下面通过几个实施例来描述当该多个AS的容量相同时，多个AS如何以互备关系承担业务。下面的实施例中业务主要以呼叫请求或注册请求为例。

实施例一

实施例一可以概括为：在用户与AS没有绑定关系的情况下，当S-CSCF收到一个用户业务时，S-CSCF选择多个AS中的一个可用的AS，并将该用户业务转发给所选择的可用的AS。下面详细描述实施例一的实现过程。

根据现有技术可知，在IMS网络中，S-CSCF根据用户的IFC寻找一个AS来实现用户业务，用户的IFC中包含有某个AS名称(AS Name)。

在用户与AS没有绑定关系的情况下，网络运营商在所有用户的IFC中指定一个虚拟的AS名称。在S-CSCF收到呼叫请求后，S-CSCF在真实的AS主机名中选择一个，并将呼叫请求转发给所选择的AS。

假设IMS网络中存在三个AS，其主机名分别为AS-1.COM.CN、AS-2.COM.CN、AS-3.COM.CN。网络运营商向HSS发放用户签约数据时，将所有用户的IFC中的AS Name均指定为AS.COM.CN。另外，在域名***(DNS，Domain Name System)配置虚拟的AS名称与真实的AS主机名的对应关系，如表1所示。

AS Name	主机名	优先级
			AS.COM.CN	AS-1.COM.CN	1
	AS-2.COM.CN	1
				AS-3.COM.CN	1

表1DNS配置示例一(用户与AS没有绑定关系)

当S-CSCF收到某个用户的注册请求或呼叫请求时，S-CSCF通过该用户的IFC获知AS Name为AS.COM.CN，然后通过查询DNS得知AS.COM.CN对应三个主机名，则S-CSCF随机选择一个AS并将注册请求或呼叫请求转发给所选择的AS，例如AS-1。但是如果AS-1发生故障，则S-CSCF再选择另一个AS并将注册请求或呼叫请求转发给该再次选择的AS，直至选择到一个可用的AS。其中，随机选择可以指通过一个随机函数产生的值定位到三个AS中的其中之一。

S-CSCF选择AS的机制可以很灵活。例如，S-CSCF可以以轮选方式选择AS，即为第一个呼叫请求选择AS-1，为第二个呼叫请求选择AS-2，为第三个呼叫请求选择AS-3，为第四个呼叫请求选择AS-4，...，依此类推。

优选地，S-CSCF在选择AS之前得到可用的AS列表，如S-CSCF可以通过AS的心跳来自动识别AS是否发生故障，或管理员配置AS的可用状态。这样，S-CSCF在通过查询DNS获得三个主机名后，结合可用的AS列表，可以直接选择一个可用的AS并将注册请求或呼叫请求转发给该可用的AS，从而提高S-CSCF的转发效率。如果在所有AS中进行选择，则S-CSCF有可能一开始选择了发生故障的AS，在S-CSCF将注册请求或呼叫请求转发给该发生故障的AS后，由于长时间未收到响应，S-CSCF需再选择另一个AS，这样会影响S-CSCF的转发效率。

实施例二

实施例二可以概括为：在用户与AS有绑定关系的情况下，当S-CSCF收到一个用户业务时，S-CSCF先将该用户业务转发给与该用户绑定的AS；当与该用户绑定的AS发生故障，且其余AS的优先级相同时，S-CSCF再将该用户业务转发给其余AS中的一个可用的AS。下面详细描述实施例二的实现过程。

在用户与AS有绑定关系的情况下，网络运营商根据AS的容量、用户数量将不同用户绑定到不同的AS上，绑定关系体现在IFC中。

假设IMS网络中存在三个AS，其主机名分别为AS-1.COM.CN、AS-2.COM.CN、AS-3.COM.CN。网络运营商将所有用户分为三个区域Zone-A、Zone-B、Zone-C，并将三个区域的用户划分到三个AS上，例如：

1)Zone-A用户主用AS-1.COM.CN，备用AS-2.COM.CN、AS-3.COM.CN，后两者的优先级相同；在AS-1发生故障时，后两者被随机选择或轮选。

2)Zone-B用户主用AS-2.COM.CN，备用AS-3.COM.CN、AS-1.COM.CN，后两者的优先级相同；在AS-2发生故障时，后两者被随机选择或轮选。

3)Zone-C用户主用AS-3.COM.CN，备用AS-1.COM.CN、AS-2.COM.CN，后两者的优先级相同；在AS-3发生故障时，后两者被随机选择或轮选。

网络运营商向HSS发放用户签约数据时，将Zone-A用户的IFC中的AS Name指定为AS-1.COM.CN；将Zone-B用户的IFC中的AS Name指定为AS-2.COM.CN；将Zone-C用户的IFC中的AS Name指定为AS-3.COM.CN；即，Zone-A用户签约AS-1.COM.CN；Zone-B用户签约AS-2.COM.CN；Zone-C用户签约AS-3.COM.CN。另外，在DNS配置AS名称与AS主机名的对应关系，如表2所示。

序号	AS Name	主机	优先级
				1	AS-1.COM.CN	AS-1.COM.CN	1
		AS-2.COM.CN	2
						AS-3.COM.CN	2
2	AS-2.COM.CN	AS-2.COM.CN	1
						AS-3.COM.CN	2
		AS-1.COM.CN	2
				3	AS-3.COM.CN	AS-3.COM.CN	1
		AS-1.COM.CN	2
						AS-2.COM.CN	2

表2DNS配置示例二(用户与AS有绑定关系)

当S-CSCF收到某个用户的注册请求或呼叫请求时，如果该用户的IFC中AS Name为AS-1.COM.CN，则S-CSCF通过查询DNS得知AS-1.COM.CN对应三个主机名，且三个主机名中AS-1.COM.CN的优先级最高，则S-CSCF将注册请求或呼叫请求转发给AS-1.COM.CN。但是如果AS-1发生故障，则S-CSCF以随机方式或轮选方式将注册请求或呼叫请求转发给AS-2.COM.CN和AS-3.COM.CN中的其中一个，假设选择了AS-2.COM.CN；如果AS-2.COM.CN也发生故障，则S-CSCF将注册请求或呼叫请求转发给AS-3.COM.CN。

优选地，S-CSCF在选择AS之前得到可用的AS列表，这样，S-CSCF在通过查询DNS获得三个主机名后，结合可用的AS列表，直接选择一个合适的AS并将注册请求或呼叫请求转发给该合适的AS，从而提高S-CSCF的转发效率。例如，承接上面的例子，假设三个AS都可用，则S-CSCF直接将注册请求或呼叫请求转发给AS-1.COM.CN；假设只有AS-2和AS-3可用，则S-CSCF随机选择(或轮选)其中的一个并将注册请求或呼叫请求转发给所选择的AS；假设只有AS-3可用，则S-CSCF直接将注册请求或呼叫请求转发给AS-3.COM.CN。

实施例三

实施例三可以概括为：在用户与AS有绑定关系的情况下，当S-CSCF收到一个用户业务时，S-CSCF先将该用户业务转发给与该用户绑定的AS；当与该用户绑定的AS发生故障，且其余AS的优先级不同时，S-CSCF再将该用户业务转发给其余AS中优先级最高的且可用的AS。下面详细描述实施例三的实现过程。

实施例三与实施二的区别仅在于在每组对应关系中，备用AS的优先级不同，具体地，在DNS上配置的AS名称与AS主机名的对应关系如表3所示。

序号	AS Name	主机名	优先级
				1	AS-1.COM.CN	AS-1.COM.CN	1
		AS-2.COM.CN	2
						AS-3.COM.CN	3
2	AS-2.COM.CN	AS-2.COM.CN	1
						AS-3.COM.CN	2
		AS-1.COM.CN	3
				3	AS-3.COM.CN	AS-3.COM.CN	1
		AS-1.COM.CN	2
						AS-2.COM.CN	3

表3DNS配置示例三(用户与AS有绑定关系)

当S-CSCF收到某个用户的注册请求或呼叫请求时，如果该用户的IFC中AS Name为AS-1.COM.CN，则S-CSCF通过查询DNS得知AS-1.COM.CN对应三个主机名，且三个主机名中AS-1.COM.CN的优先级最高，则S-CSCF将注册请求或呼叫请求转发给AS-1.COM.CN。但是如果AS-1发生故障，则S-CSCF将注册请求或呼叫请求转发给下一优先级的AS-2.COM.CN，除非AS-2也发生故障，S-CSCF才会将注册请求或呼叫请求转发给AS-3.COM.CN。

优选地，S-CSCF在选择AS之前得到可用的AS列表，这样，S-CSCF在通过查询DNS获得三个主机名后，结合可用的AS列表，直接选择优先级最高且可用的AS并将注册请求或呼叫请求转发给该AS，从而提高S-CSCF的转发效率。

以上三个实施例描述的是多个AS的容量相同时，多个AS如何以互备关系承担业务。当多个AS的容量不同时，多个AS以互备关系承担用户业务是指：S-CSCF将用户业务按AS的权重分发给多个AS。

下面通过一个实施例来描述当该多个AS的容量不同时，多个AS如何以互备关系承担业务。

实施例四

在本实施例四中，AS的容量不同，因此在配置AS名称与AS主机名的对应关系时，需要增加一个权重参数。

假设AS-1、AS-2、AS-3的容量之比为2∶1∶1，以表1为例，则需将表1变化为表4。

AS Name	主机名	优先级	权重
				AS.COM.CN	AS-1.COM.CN	1	2
	AS-2.COM.CN	1	1
					AS-3.COM.CN	1	1

表4DNS配置示例四(用户与AS没有绑定关系)

这样，S-CSCF在转发用户业务时，会考虑各个AS的权重，将一半的用户业务分发给AS-1。

在这种情况下，S-CSCF可以以轮选方式选择AS，即为第一个呼叫请求选择AS-1，为第二个呼叫请求选择AS-1，为第三个呼叫请求选择AS-2，为第四个呼叫请求选择AS-3，...，依此类推。

实施例四描述的是用户与AS没有绑定关系的情况，用户与AS有绑定关系的情况可以依此类推，在此不再赘述。

另外，预定的业务承担方式还可以指：该多个AS以主备关系承担用户业务。具体地，在AS POOL中，一部分AS作为主用AS承担用户业务；其余部分作为备用AS，当主用AS发生故障时启用。

在实际组网中，网络运营商可以采用N+1的方式。例如在正常情况下，三个AS中有两个AS同时工作，有一个AS处于备用状态，该备用AS只有在容灾场景下才会启用。该N+1的组网方式也称为多主一备的方式。

下面通过一个实施例来具体说明多主一备的方式下，多个AS如何承担业务。

实施例五

该实施例中，AS-1和AS-2为主用AS，AS-3为备用AS。在正常情况下，S-CSCF将用户业务以随机方式或轮选方式转发给AS-1和AS-2中的一个。当主用AS中的一个(假设为AS-1)发生故障时，S-CSCF将原来由AS-1承担的业务转发到AS-3上。应当理解，在二主一备的方式下，如果AS-1与AS-2的容量相同，则AS-3的容量应该为AS-1与AS-2的容量之和。

AS Name	主机名	优先级	权重
				AS.COM.CN	AS-1.COM.CN	1	1
	AS-2.COM.CN	1	1
					AS-3.COM.CN	2	2

表5DNS配置示例五(二主一备)

另外，N+1的方式也可扩展到N+m的方式，即多主多备的方式。例如在正常情况下，五个AS中有三个AS同时工作，有两个AS处于备用状态，该两个备用AS只有在容灾场景下才会启用。

由上述两种组网方式可以看出，本发明的AS POOL组网方式兼容了主备(多主一备、多主多备)、互备(负荷分担)的组网方式。

在以上的描述中，IFC中的AS名称与主机名的对应关系都配置在DNS，可选地，也可以由管理员在S-CSCF本地进行配置，这样S-CSCF就无需查询DNS。

另外，在实际组网中，除了AS可以设置为多个之外，S-CSCF也可以设置为多个，即S-CSCF也可能组成一个POOL。多个S-CSCF都连接到同样的AS POOL中时，任意一个S-CSCF都可以按上述实施例中所述的方式将用户业务转发到AS POOL中的某个AS。

下面描述S-CSCF在AS POOL中选择AS的一个实例。如图3所示，S-CSCF选择AS的流程包括：

步骤301，S-CSCF收到一个用户的呼叫请求；

步骤302，S-CSCF从本地或HSS获得该用户的IFC，并从IFC得到一个AS名称；

步骤303-304，S-CSCF根据该AS名称查询DNS，假设DNS上配置了表1所示的AS名称与真实的AS主机名的对应关系，则DNS向S-CSCF返回三个主机名：AS-1.COM.CN、AS-2.COM.CN、AS-3.COM.CN；

步骤305，S-CSCF从三个主机名中随机选择一个，如AS-1.COM.CN；或以轮选方式选择，如按DNS返回的主机名的顺序进行选择；

步骤306，S-CSCF将呼叫请求转发给AS-1.COM.CN。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，在IMS网络中设置有多个应用服务器AS，所述AS与服务呼叫控制实体S-CSCF相连，所述多个AS用于：根据预定的业务承担方式承担用户业务。

2.根据权利要求1所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述多个AS进一步用于：以互备关系承担用户业务。

3.根据权利要求2所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF用于：当所述多个AS的容量相同时，将用户业务均匀地分发给多个AS。

4.根据权利要求3所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF进一步用于：当用户与AS没有绑定关系时，S-CSCF收到一个用户业务后，选择多个AS中的一个可用的AS，并将所述用户业务转发给所选择的可用的AS。

5.根据权利要求4所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF进一步用于：在选择AS之前，S-CSCF获得可用的AS列表，S-CSCF在可用的AS列表中选择一个可用的AS，并将所述用户业务转发给所选择的可用的AS。

6.根据权利要求4或5所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF选择AS的方式为随机或轮选。

7.根据权利要求3所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF进一步用于：当用户与AS有绑定关系时，S-CSCF收到一个用户业务后，先将所述用户业务转发给与所述用户绑定的AS；

当与所述用户绑定的AS发生故障，且其余AS的优先级相同时，S-CSCF再将所述用户业务转发给其余AS中的一个可用的AS；

当与所述用户绑定的AS发生故障，且其余AS的优先级不同时，S-CSCF再将所述用户业务转发给其余AS中优先级最高的且可用的AS。

8.根据权利要求7所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF进一步用于：在转发用户业务之前，S-CSCF获得可用的AS列表，S-CSCF根据可用的AS列表、与用户绑定的AS与多个AS的对应关系、以及多个AS的优先级顺序，进行用户业务的转发。

9.根据权利要求2所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述S-CSCF用于：当所述多个AS的容量不同时，将用户业务按AS的权重分发给多个AS。

10.根据权利要求1所述的IMS网络中应用服务器的组网结构，其特征在于，所述多个AS中的一部分用于：作为主用AS承担用户业务；其余部分用于：作为备用AS，当主用AS发生故障时启用。

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