CN108521427A - 基于异构计算的i-cscf服务器及方法 - Google Patents

基于异构计算的i-cscf服务器及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于异构计算的I‑CSCF服务器和方法，涉及通信领域，在I‑CSCF服务器配置一FPGA芯片，FPGA作为异构加速器与其CPU并行处理信息；将I‑CSCF服务器与IMS***中P‑CSCF连接，接收用户发起注册或呼叫请求消息；当用户设备发起注册时，I‑CSCF服务器从HSS网元获取用户数据和用户归属的S‑CSCF地址，通过FPGA将用户信息加密后存储于本地；当用户呼叫请求时，FPGA将用户信息解密，获取用户数据和用户归属的S‑CSCF地址，并转发至IMS***中S‑CSCF完成用户呼叫请求。本发明既能保证数据存储的安全性，同时降低***CPU损耗，提高了I‑CSCF服务器的可靠性。

Description

基于异构计算的I-CSCF服务器及方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体的说是一种基于异构计算的I-CSCF服务器及方法。
背景技术
I-CSCF服务器是IMS(IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子***)网络核心单元，对会话处理过程中，查询归属用户服务器HSS，从HSS服务器中获取为某个用户提供服务的S-CSCF地址，并根据从HSS获取的S-CSCF地址，将从其他网络来的SIP请求路由到S-CSCF地址，实现丰富的IMS业务功能。归属用户服务器HSS(Home Subscriber Server)是IMS***中控制层的重要组成部分。HSS支持用于处理调用/会话的IMS网络实体的主要用户数据库，HSS可处理用户识别、编号和地址信息；用户安全信息；用户定位信息；用户清单信息。
异构计算主要是指使用不同体系的计算单元(CPU、GPU、FPGA等)组成计算***的方式。专有的计算单元工作频率较低，但是具备更高的并行计算能力，总体性能和功耗较低。
在IMS网络中，当用户发起会话时，I-CSCF服务器会将用户归属的S-CSCF地址数据和用户信息存储在本地，数据存储得不到安全保护，容易被篡改。因此可以通过加密的方式，对终端用户数据进行加密保护，保证用户数据存储在本地的安全性。同时由于数据加密和解密非常消耗CPU的系能，特别是在大规模呼叫并发中，频繁的读取数据，***CPU上升导致告警，出现呼损。鉴于上述技术问题，本发明考虑将FPGA的异构计算引入到I-CSCF服务器中，来解决数据存储的安全问题，以及I-CSCF服务器中CPU功耗过高的问题。
发明内容
本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种基于异构计算的I-CSCF服务器及方法。
本发明所述基于异构计算的I-CSCF服务器，解决上述技术问题采用的技术方案如下：所述基于异构计算的I-CSCF服务器，其***结构包括一I-CSCF服务器、HSS网元、P-CSCF网元、S-CSCF网元，其中，所述I-CSCF服务器中配置一FPGA芯片，所述FPGA芯片作为异构加速器，与所述I-CSCF服务器的CPU相连并行处理信息；
所述I-CSCF服务器与所述P-CSCF网元连接，所述P-CSCF网元用于接收用户发起注册或呼叫请求消息，并转发至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器与所述S-CSCF网元连接通信；
所述I-CSCF服务器与所述HSS网元连接；用户设备发起注册时，所述I-CSCF服务器从HSS网元中获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，所述FPGA芯片将上述用户信息进行加密计算，完成数据的安全存储；用户呼叫请求时，所述FPGA芯片将用户信息进行解密，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将解密后用户信息转发至所述S-CSCF网元中完成用户呼叫请求。
具体的，所述I-CSCF服务器通过SH接口与所述HSS网元连接，并处理收到来自HSS网元的SH接口信息。
具体的，所述FPGA芯片通过PCIe接口与所述I-CSCF服务器的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，所述FGPA芯片将从HSS网元获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储。
具体的，当用户设备UE发起注册时，所述P-CSCF网元收到UE的Register消息，将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自所述P-CSCF网元的初始Register消息，携带主叫用户的IMPU，向所述HSS网元发送UDR消息，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将上述用户信息调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行加密，将加密后数据存储在本地。
具体的，当用户发起呼叫时，所述P-CSCF网元收到UE的初始invite消息，并将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自P-CSCF网元的初始invite消息，携带主叫用户的IMPU，查询用户归属的S-CSCF地址，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据，再将解密后用户消息转发至所述S-CSCF网元中完成始发侧呼叫；
在被叫侧，所述I-CSCF服务器收到IMS***中SIP AS的呼叫消息后，根据被叫的IMPU，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据后，再将解密后用户信息转发至所述S-CSCF网元中完成被叫侧呼叫。
本发明还提出了基于异构计算的I-CSCF方法，其具体实现过程包括：在I-CSCF服务器中配置一FPGA芯片，FPGA芯片作为异构加速器，与所述I-CSCF服务器的CPU相连并行处理信息；
将所述I-CSCF服务器与IMS***中P-CSCF网元连接，P-CSCF网元能够接收用户发起注册或呼叫请求消息，并转发给所述I-CSCF服务器；同时将所述I-CSCF服务器与IMS***中HSS网元连接，当用户设备发起注册时，所述I-CSCF服务器从所述HSS网元获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并通过所述FPGA芯片将获取的用户信息进行加密，并将加密后用户信息在本地存储；当用户呼叫请求时，所述I-CSCF服务器中FPGA芯片将用户信息进行解密，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将解密后用户信息转发至IMS***中S-CSCF网元完成用户呼叫请求。
具体的，所述I-CSCF服务器通过SH接口与所述HSS网元连接，并处理收到来自HSS网元的SH接口信息。
具体的，所述FPGA芯片通过PCIe接口与所述I-CSCF服务器的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，能够将从HSS网元获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储。
具体的，当用户设备UE发起注册时，所述P-CSCF网元收到UE的Register消息，将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自所述P-CSCF网元的初始Register消息，携带主叫用户的IMPU，向所述HSS网元发送UDR消息，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将上述用户信息调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行加密，将加密后数据存储在本地。
具体的，当用户发起呼叫时，所述P-CSCF网元收到UE的初始invite消息，并将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自所述P-CSCF网元的初始invite消息，携带主叫用户的IMPU，查询用户归属的S-CSCF地址，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据，再将解密后用户消息转发至所述S-CSCF网元完成始发侧呼叫；
在被叫侧，所述I-CSCF服务器收到IMS***中SIP AS的呼叫消息后，根据被叫的IMPU，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据后，再将解密后用户信息转发至所述S-CSCF网元完成被叫侧呼叫。
本发明所述基于异构计算的I-CSCF服务器及方法，与现有技术相比具有的有益效果是：本发明将FPGA芯片的异构计算引入至I-CSCF服务器中的数据存储***中，FPGA作为异构加速器与I-CSCF的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，将从HSS获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储，既能保证数据存储的安全性，同时基于FPGA的异构计算并行处理能力能够降低***CPU，防止出现呼损，增加接通率，提高整个I-CSCF服务器的可靠性。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有实施例,都在本发明的保护范围之内。
实施例
本实施例提出基于异构计算的I-CSCF服务器，其***结构包括一I-CSCF服务器、HSS网元、P-CSCF网元、S-CSCF网元，其中，所述I-CSCF服务器中配置一个FPGA芯片，所述FPGA芯片作为异构加速器，与该I-CSCF服务器的CPU相连并行处理信息；
所述P-CSCF网元与I-CSCF服务器连接，P-CSCF网元用于接收用户发起注册或呼叫请求消息，并转发至I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器与HSS网元连接，用户设备发起注册时，I-CSCF服务器从HSS网元中获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，由FPGA芯片将上述用户信息进行加密计算，完成数据的安全存储；用户呼叫请求时，I-CSCF服务器的FPGA芯片将用户信息进行解密，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将解密后用户信息转发至S-CSCF中完成用户呼叫请求。
这里，I-CSCF服务器是IMS(IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子***)***的网络核心单元，其含义背景技术中已做解释。HSS网元是归属用户服务器HSS，其含义背景技术中已做解释。P-CSCF(Proxy-Call Session Control Funtion)网元代理呼叫会话控制功能，是IMS中用户的第一个联系节点(在信令平面)，从SIP的角度来看它是一个出站/入站的SIP代理服务器。P-CSCF执行的功能包括：转发从UE接收的SIP注册请求到由UE归属域名决定的I-CSCF；转发从UE接收的SIP消息到S-CSCF，该服务器的名字由P-CSCF在该UE发起注册规程时得到。S-CSCF网元是IMS的核心所在，它位于归属网络。I-CSCF服务器会为发起注册请求的用户分配或选择一个S-CSCF网元，作为注册服务器；S-CSCF对来自UE的注册请求消息进行处理。
此外，所述I-CSCF服务器可以采用通过SH接口与HSS网元连接，并处理收到来自HSS网元的SH接口信息；所述FPGA芯片通过PCIe接口与该I-CSCF服务器的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，所述FPGA芯片能够将从HSS网元获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储，提高整个I-CSCF服务器的可靠性。
本实施例基于异构计算的I-CSCF服务器，当用户设备UE发起注册时，P-CSCF网元收到UE的Register消息，将该消息发送至I-CSCF服务器，I-CSCF服务器收到来自P-CSCF网元的初始Register消息，携带主叫用户的IMPU，向HSS网元发送UDR(User Data Request)消息，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将上述用户信息调用OpenCL API接口至FPGA芯片中进行加密，将加密后数据存储在本地。
当用户发起呼叫时，P-CSCF网元收到UE的初始invite消息，并将该消息发送至I-CSCF服务器中，I-CSCF服务器收到来自P-CSCF网元的初始invite消息，携带主叫用户的IMPU，查询用户归属的S-CSCF地址，调用OpenCL API接口至FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据，再将解密后用户消息转发至S-CSCF中完成始发侧呼叫；
在被叫侧，I-CSCF服务器收到IMS***中SIP AS的呼叫消息后，根据被叫的IMPU，调用OpenCL API接口至FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据后，再将解密后用户信息转发至S-CSCF中完成被叫侧呼叫。
IMPU(IP Multimedia Public Identity)是IP多媒体公共标识，IP多媒体公共标识(IMPU)和IP多媒体私有标识(IMPI)是被IP多媒体子***(IMS)使用的两种身份。
P-CSCF(Proxy-Call Session Control Funtion)网元代理呼叫会话控制功能，是IMS***中用户的第一个联系节点(在信令平面)，主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。
SIP(Session Initiation Protocol，会话初始协议)是由IETF(InternetEngineering Task Force，因特网工程任务组)制定的多媒体通信协议。AS(ApplicationServer，应用服务器)，是IMS***中位于最上层的应用层设备。SIP AS与I-CSCF之间通过标准SIP协议进行交互，进而实现各种网络业务的触发和执行。
本实施例还提出了基于异构计算的I-CSCF方法，其技术方案与上述实施例基于异构计算的I-CSCF服务器的可以相互参考，其实现过程包括：在I-CSCF服务器中配置一FPGA芯片，FPGA芯片作为异构加速器，与该I-CSCF服务器的CPU相连并行处理信息；
将所述I-CSCF服务器与IMS***中P-CSCF网元连接，P-CSCF网元能够接收用户发起注册或呼叫请求消息，并转发给I-CSCF服务器；同时将所述I-CSCF服务器与IMS***中HSS网元连接，当用户设备发起注册时，I-CSCF服务器从HSS网元获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并通过所述FPGA芯片将获取的用户信息进行加密，并将加密后用户信息在本地存储；当用户呼叫请求时，I-CSCF服务器中FPGA芯片将用户信息进行解密，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将解密后用户信息转发至IMS***中S-CSCF网元完成用户呼叫请求。
这里，S-CSCF是IMS的核心所在，它位于归属网络，作为注册服务器，对来自UE的注册请求消息进行处理，但当UE处于会话中时，S-CSCF处理网络中的会话状态。
并且，本实施例基于异构计算的I-CSCF方法，所述I-CSCF服务器可以采用通过SH接口与HSS网元连接，并处理收到来自HSS网元的SH接口信息；所述FPGA芯片采用通过PCIe接口与该I-CSCF服务器的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，能够将从HSS网元获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储，提高整个I-CSCF服务器的可靠性。
采用本实施例基于异构计算的I-CSCF方法，当用户设备UE发起注册时，P-CSCF网元收到UE的Register消息，将该消息发送至I-CSCF服务器，I-CSCF服务器收到来自P-CSCF网元的初始Register消息，携带主叫用户的IMPU，向HSS网元发送UDR(User Data Request)消息，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将上述用户信息调用OpenCL API接口至FPGA芯片中进行加密，将加密后数据存储在本地。
采用本实施例基于异构计算的I-CSCF方法，当用户发起呼叫时，P-CSCF网元收到UE的初始invite消息，并将该消息发送至I-CSCF服务器中，I-CSCF服务器收到来自P-CSCF网元的初始invite消息，携带主叫用户的IMPU，查询用户归属的S-CSCF地址，调用OpenCLAPI接口至FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据，再将解密后用户消息转发至S-CSCF地址完成始发侧呼叫；
在被叫侧，I-CSCF服务器收到IMS***中SIP AS的呼叫消息后，根据被叫的IMPU，调用OpenCL API接口至FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据后，再将解密后用户信息转发至S-CSCF地址完成被叫侧呼叫。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容，并不用于限制本发明的保护范围，本发明的技术方案不限制于上述具体实施方式内。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.基于异构计算的I-CSCF服务器，其特征在于,其***结构包括一I-CSCF服务器、HSS网元、P-CSCF网元、S-CSCF网元，其中，所述I-CSCF服务器中配置一FPGA芯片，所述FPGA芯片作为异构加速器，与所述I-CSCF服务器的CPU相连并行处理信息；
所述I-CSCF服务器与所述P-CSCF网元连接，所述P-CSCF网元用于接收用户发起注册或呼叫请求消息，并转发至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器与所述S-CSCF网元连接通信；
所述I-CSCF服务器与所述HSS网元连接；用户设备发起注册时，所述I-CSCF服务器从HSS网元中获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，所述FPGA芯片将上述用户信息进行加密计算，完成数据的安全存储；用户呼叫请求时，所述FPGA芯片将用户信息进行解密，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将解密后用户信息转发至所述S-CSCF网元中完成用户呼叫请求。
2.根据权利要求1所述基于异构计算的I-CSCF服务器，其特征在于，所述I-CSCF服务器通过SH接口与所述HSS网元连接，并处理收到来自HSS网元的SH接口信息。
3.根据权利要求2所述基于异构计算的I-CSCF服务器，其特征在于，所述FPGA芯片通过PCIe接口与所述I-CSCF服务器的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，所述FGPA芯片将从HSS网元获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储。
4.根据权利要求3所述基于异构计算的I-CSCF服务器，其特征在于，当用户设备UE发起注册时，所述P-CSCF网元收到UE的Register消息，将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自所述P-CSCF网元的初始Register消息，携带主叫用户的IMPU，向所述HSS网元发送UDR消息，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将上述用户信息调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行加密，将加密后数据存储在本地。
5.根据权利要求4所述基于异构计算的I-CSCF服务器，其特征在于，当用户发起呼叫时，所述P-CSCF网元收到UE的初始invite消息，并将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自P-CSCF网元的初始invite消息，携带主叫用户的IMPU，查询用户归属的S-CSCF地址，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据，再将解密后用户消息转发至所述S-CSCF网元中完成始发侧呼叫；
在被叫侧，所述I-CSCF服务器收到IMS***中SIP AS的呼叫消息后，根据被叫的IMPU，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据后，再将解密后用户信息转发至所述S-CSCF网元中完成被叫侧呼叫。
6.基于异构计算的I-CSCF方法，其特征在于，在I-CSCF服务器中配置一FPGA芯片，FPGA芯片作为异构加速器，与所述I-CSCF服务器的CPU相连并行处理信息；
将所述I-CSCF服务器与IMS***中P-CSCF网元连接，P-CSCF网元能够接收用户发起注册或呼叫请求消息，并转发给所述I-CSCF服务器；同时将所述I-CSCF服务器与IMS***中HSS网元连接，当用户设备发起注册时，所述I-CSCF服务器从所述HSS网元获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并通过所述FPGA芯片将获取的用户信息进行加密，并将加密后用户信息在本地存储；当用户呼叫请求时，所述I-CSCF服务器中FPGA芯片将用户信息进行解密，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将解密后用户信息转发至IMS***中S-CSCF网元完成用户呼叫请求。
7.根据权利要求6所述基于异构计算的I-CSCF方法，其特征在于，所述I-CSCF服务器通过SH接口与所述HSS网元连接，并处理收到来自HSS网元的SH接口信息。
8.根据权利要求7所述基于异构计算的I-CSCF方法，其特征在于，所述FPGA芯片通过PCIe接口与所述I-CSCF服务器的CPU相连，在用户发起注册和呼叫请求时，能够将从HSS网元获取的用户数据和用户服务的S-CSCF地址进行加密或解密计算，完成数据的安全存储。
9.根据权利要求8所述基于异构计算的I-CSCF方法，其特征在于，当用户设备UE发起注册时，所述P-CSCF网元收到UE的Register消息，将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自所述P-CSCF网元的初始Register消息，携带主叫用户的IMPU，向所述HSS网元发送UDR消息，获取用户数据和用户归属的S-CSCF地址，并将上述用户信息调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行加密，将加密后数据存储在本地。
10.根据权利要求9所述基于异构计算的I-CSCF方法，其特征在于，当用户发起呼叫时，所述P-CSCF网元收到UE的初始invite消息，并将该消息发送至所述I-CSCF服务器；所述I-CSCF服务器收到来自所述P-CSCF网元的初始invite消息，携带主叫用户的IMPU，查询用户归属的S-CSCF地址，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据，再将解密后用户消息转发至所述S-CSCF网元完成始发侧呼叫；
在被叫侧，所述I-CSCF服务器收到IMS***中SIP AS的呼叫消息后，根据被叫的IMPU，调用OpenCL API接口至所述FPGA芯片中进行解密，获取用户所属的S-CSCF地址和用户数据后，再将解密后用户信息转发至所述S-CSCF网元完成被叫侧呼叫。
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