CN101115019A

CN101115019A - 一种对等联网文件共享服务网络架构

Info

Publication number: CN101115019A
Application number: CNA2006100890047A
Authority: CN
Inventors: 王劲林; 叶晓舟; 张建东; 倪宏; 王玲芳; 邓峰
Original assignee: Institute of Acoustics CAS; Beijing Intellix Technologies Co Ltd
Current assignee: Institute of Acoustics CAS; Beijing Intellix Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: CN101115019B

Abstract

本发明涉及一种对等联网文件共享服务网络架构，包括：用户实体、代理呼叫会话控制功能实体、查询呼叫会话控制功能实体、服务呼叫会话控制功能实体、应用服务器、归属用户服务器，其特征在于，所述的应用服务器是一种用于实现对等联网文件共享服务的索引服务器；所述的用户实体具有对等联网文件共享服务功能模块；所述索引服务器分别与归属用户服务器和服务呼叫会话控制功能实体相连接，所述用户实体与代理呼叫会话控制功能实体相连接。本发明可以有效地实现用户移动和漫游的服务不间断性；允许无线和有线用户共同参与；实现统一标准协议规范；提供有效管理和版权保护；通过缓存服务器提高服务性能；通过定制服务器扩展服务内容。

Description

一种对等联网文件共享服务网络架构

技术领域

本发明属于计算机与通信网络服务领域，具体地说，本发明涉及一种对等联网(P2P)文件共享服务网络架构。

背景技术

P2P服务在互联网上迅猛发展，甚至在一定程度上改变了互联网的现状，而直接引发P2P技术热潮的是对文件共享与交换服务的需求。一方面是P2P服务在有线网络上取得了巨大的成功；另一方面移动运营商正在寻找新的应用服务，积极扩展服务内容。可以预见在无线网络上提供P2P服务将具有广阔的前景，但这既是机遇又是挑战。

在2G/2.5G移动网络上实际应用P2P服务遇到很大的困难，包括：移动终端位于GPRS网关支持节点(GGSN)之后，没有分配IP地址，外部用户不能发起主动连接；无线带宽限制，尤其是上行带宽不足；移动过程中GGSN改变，无法维持数据连接；语音与数据不能同时传输，语音优先。因此，2G/2.5G移动网络并不能支持在移动终端之间建立真正的P2P连接。第三代移动通讯技术3G能够提供更大的带宽和真正的IP通信，为移动P2P文件共享服务提供了新的平台。但是，P2P文件共享服务本身有诸多问题尚待解决，包括：1)文件版权；2)安全性；3)管理控制；4)无标准协议规范；5)穿越NAT和防火墙等。而当P2P应用于3G移动网络时，考虑到移动网络和终端的特性，仍然会出现诸如：6)移动、漫游性；7)上、下行链路不对称性；8)互连互通性；9)手持设备功耗等新的问题。基于以上原因，目前没有真正实际运营的移动P2P文件共享服务。

互联网协议多媒体核心子系统(IMS)由第三代合作伙伴计划(3GPP)第5版本提出，是基于全IP网络架构的多媒体业务与会话控制核心网络，可以实现端到端的IP业务。IMS根据运营商的实际需求，针对移动性、安全性、计费管理以及互连互通等方面进行了规范。IMS由电信网络发展而来，基于分组域，由分组承载控制信令和数据业务，其特点是接入无关性和采用初始会话协议(SIP)。SIP协议是互联网工程任务组(IETF)提出并规范化的一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，它被用来创建、修改和终结一个或多个参与者参加的会话，并提供终端通信能力的协商。SIP为IMS提供了统一的标准协议。作为端到端的标准体系，IMS提供了与接入和终端类型无关的核心网络，支持有线和无线用户共同接入到统一的IP核心网络和应用环境(即接入无关性)。作为下一代网络(NGN)的核心，接入无关性使其成为网络融合的关键。IMS本身不是去标准化多媒体服务，而是提供了一个结构化的多媒体业务架构，赋予已有的、新的有线及无线网络以业务智能。IMS使移动运营商能够为其用户提供基于互联网应用、服务、协议的多媒体服务。

IMS网络由分组域提供多媒体服务，分组域相关网络架构如图1所示，包含了用户实体(UE)、代理呼叫会话控制功能实体(P-CSCF)、查询呼叫会话控制功能实体(I-CSCF)、服务呼叫会话控制功能实体(S-CSCF)、应用服务器(AS)、归属用户服务器(HSS)等分组域的核心功能实体，图中不涉及电路交换域即公共交换电话网(PSTN)部分。其中：UE执行基本的呼叫会话服务，以及IMS网络提供的其它服务。P-CSCF是IMS网络的入口点，所有用户通过P-CSCF接入IMS网络。P-CSCF位于访问域，为用户注册查找I-CSCF，将控制信令转发给I-CSCF或S-CSCF，实现鉴权承载和QoS管理，并产生计费信息。I-CSCF和S-CSCF位于用户归属网络，I-CSCF是访问域到归属域的入口点，可以屏蔽网络拓扑。I-CSCF通过HSS为用户指定S-CSCF。S-CSCF为用户执行会话控制和业务管理，执行注册服务器功能。HSS存储用户的服务信息和计费数据，支持用户的认证和鉴权。AS与S-CSCF交互，为用户提供各种多媒体服务，图1显示了在线、一键通两种应用服务器，随着技术发展，还会出现越来越多的应用服务器提供多媒体服务。

IMS网络为用户提供了多种多样的多媒体服务，但是并没有提供P2P文件共享服务。本发明在IMS网络架构的基础上，提出了基于IMS的P2P文件共享服务网络架构，能够提供面向网络融合的P2P服务。

本发明中涉及的通信术语及其缩写列举如下：

IMS：互联网协议多媒体核心子系统；

P2P：对等联网；

SIP：会话初始协议；

P-CSCF：代理呼叫会话控制功能实体；

I-CSCF：查询呼叫会话控制功能实体；

S-CSCF：服务呼叫会话控制功能实体；

AS：应用服务器；

UE：用户实体。

本发明中涉及的名词及其缩写列举如下：

IPFSS：基于IMS的P2P文件共享服务；

IS：索引服务器；

CS：缓存服务器；

SS：定制服务器。

发明内容

本发明的目的是解决上述移动P2P服务的难点，将固定和移动网络，有线和无线网络，电信网和互联网P2P服务相融合，从而提供一种基于IMS的P2P文件共享服务(IPFSS)网络架构。

为了实现上述目的，本发明提供的P2P文件共享服务(IPFSS)网络架构，如图2所示，包括：用户实体(UE)、代理呼叫会话控制功能实体(P-CSCF)、查询呼叫会话控制功能实体(I-CSCF)、服务呼叫会话控制功能实体(S-CSCF)、应用服务器(AS)、归属用户服务器(HSS)，其特征在于，所述的应用服务器(AS)是一种用于实现P2P文件共享服务的索引服务器(IS)；所述的用户实体(UE)具有P2P文件共享服务功能模块；所述索引服务器(IS)分别与归属用户服务器(HSS)和服务呼叫会话控制功能实体(S-CSCF)相连接，所述用户实体(UE)与代理呼叫会话控制功能实体(P-CSCF)相连接。

上述技术方案中，所述用户实体将用户身份信息，共享文件信息等注册到索引服务器，在下载文件前向索引服务器发送查询请求，并根据查询结果与对等用户实体建立数据交换链接，执行共享文件下载任务。

上述技术方案中，所述索引服务器用于保存用户身份、共享文件信息，为用户查询匹配共享文件信息并返回查询结果。

上述技术方案中，所述索引服务器采用多索引节点的结构，索引节点之间采用纯P2P连接，如图3所示，通过洪泛方式进行查询。

上述技术方案中，所述用户实体包括手机、个人数字助理(PDA)、手持音视频播放器、手提电脑、个人电脑(PC)，也可以是专用服务器。

上述技术方案中，所述用户实体既可以通过无线方式接入，也可以通过有线方式接入；所述无线方式接入包括GPRS、WLAN、UMTS等方式，所述有线方式接入包括LAN、xDSL、cable等方式。

上述技术方案中，所述索引节点采用高性能专用服务器，该服务器具有数据库功能。

上述技术方案中，还包括与代理呼叫会话控制功能实体(P-CSCF)相连接的缓存服务器(CS)；所述缓存服务器采用大容量的数据服务器，执行IPFSS中的用户实体(UE)的功能，需要将自身缓存的文件信息注册到IS，供其他的UE下载；同时，所述缓存服务器接入互联网中，能够执行互联网P2P服务协议，能够从互联网P2P服务中下载并缓存文件。

所述缓存服务器在IPFSS中，作为UE之间的文件交换路径的中间节点，通过接收并缓存流经自己的共享文件来实现缓存功能，如图4所示；CS不执行单独的下载功能，而是在其它UE执行下载功能时缓存下载文件；CS参与IPFSS服务，其带宽资源完全用于上载，不会产生由于下载文件而消耗的网络带宽。

上述技术方案中，还包括与代理呼叫会话控制功能实体(P-CSCF)相连接的定制服务器(SS)；所述定制服务器(SS)采用具有较大的上、下行带宽的大容量的数据服务器，如图5所示，SS接收UE发送的定制消息，完成定制服务(如文件下载)；IMS中的定制消息一般用于定制某一事件的变更信息，由被定制者在事件信息发生变更时通知定制者，本发明所述的定制服务不是一般意义上的定制事件信息变更，而是由定制者向被定制者定制某种事件或任务，由被定制者完成该事件或任务，并在该事件或任务完成后通知定制者；SS可以执行IPFSS中的UE功能，从IPFSS网络中下载文件；SS还可以接收IPFSS中的定制，经过协议转换，执行互联网P2P服务协议，从互联网P2P服务中下载文件。

上述技术方案中，采用SIP协议作为网络服务的控制信令。

本发明提出的基于IMS的P2P文件共享服务(IPFSS)网络架构，通过基于IMS和混合P2P的网络架构，可以有效地实现用户移动和漫游的服务不间断性；面向融合网络，允许无线和有线用户共同参与；采用SIP协议作为控制信令，可以实现统一标准协议规范，便于穿越NAT和防火墙；采用IMS的安全性规范；通过集中控制，提供有效管理和版权保护；通过缓存服务器提高服务性能；通过定制服务器扩展服务内容。

附图说明

图1IMS分组域网络架构；

图2基于IMS的P2P文件共享服务网络架构；

图3IPFSS混合P2P模式示意图；

图4CS缓存文件示意图；

图5定制服务器和定制功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

实施例

本实施例基于IMS网络架构，如图2所示，包括归属网络和访问网络。移动用户注册于归属网络，可以移动或漫游至访问网络。由于IMS与接入无关，UE可以包括无线用户和有线用户。无线用户通过IP连接性网络(IP-CAN)与P-CSCF相连，接入到IMS网络中；有线用户直接通过P-CSCF连接到IMS网络。无线或有线用户通过IMS的P-CSCF连接到IPFSS网络，索引服务器与IMS的S-CSCF相连。用户实体之间和用户实体与索引服务器之间的控制信令经由P-CSCF、I-CSCF和S-CSCF之间处理和转发。定制服务器和缓存服务器通过P-CSCF接入IPFSS，同时与互联网P2P相连。

本实施例中的UE作为混合P2P中的普通节点，包括各种终端用户(如手机、PDA、手持音视频播放器、手提电脑、PC等)，也可以是一些具有大存储容量(100G字节以上)、高上下行带宽(百兆以上)的专用服务器。基于IMS的接入无关性，IPFSS的UE既可以通过无线方式接入(如GPRS、WLAN、UMTS等方式)，也可以通过有线方式接入(如LAN、xDSL、cable等方式)。UE将用户身份信息，共享文件信息等注册到IS，在需要下载文件时向索引节点发送查询请求，并根据查询结果与对等用户节点建立数据交换链接，执行共享文件下载。

本实施例中的IS作为混合P2P中的超级节点，一般采用具有大存储容量(100G字节以上)、高上下行带宽(百兆以上)的高性能专用服务器，同时具有数据库功能。IS用于保存用户身份、共享文件信息等，为用户查询匹配共享文件信息并返回查询结果。IS的引入，综合了集中式P2P快速查找和纯P2P去中心化的优势。为了防止单一节点失效，采用混合模式的IPFSS需要部署多个IS。IS需要存储相邻IS的位置信息。

本实施例采用混合式P2P模式，包括用户节点(用户实体UE)和索引节点(索引服务器IS)。混合P2P模式如图3所示，IPFSS的IS与注册在其上的UE之间构成一个自治的簇，簇内采用基于集中目录式的P2P模式，而整个P2P网络中各个不同的簇之间再通过纯P2P的模式将所有IS相连起来。IPFSS中UE的文件搜索先在其注册的IS内进行，当查询结果不充分的时候，再通过IS之间进行有限的洪泛。这样就可以有效地消除纯P2P结构中使用洪泛算法带来的网络拥塞、搜索迟缓等不利影响。

本实施例基于IMS网络，包含IMS中的核心功能实体，如代理呼叫会话控制功能实体(P-CSCF)、查询呼叫会话控制功能实体(I-CSCF)、服务呼叫会话控制功能实体(S-CSCF)以及归属用户服务器(HSS)等。其中：P-CSCF相当于SIP协议中代理服务器，用于接收和转发SIP信令。P-CSCF是IPFSS的入口点，执行承载资源鉴权和服务质量(QoS)管理，并为用户查找相应的I-CSCF，实现QoS管理并产生计费信息。I-CSCF和S-CSCF位于用户归属网络，I-CSCF隐藏归属网络拓扑，并通过HSS为用户指定S-CSCF。S-CSCF执行用户的会话控制、业务管理，在用户注册中执行注册服务器功能，在SIP会话中执行SIP代理功能。S-CSCF与服务平台交互，在IPFSS中的服务平台就是索引服务器。HSS存储用户服务的所有信息，包括P2P服务信息。这些功能实体在完成IMS网络所需功能的基础上，还需要能够处理和转发IPFSS的控制信令。

本实施例提供的用户实体(UE)包括有线用户和无线用户终端，可以是个人电脑、手机、PDA、以及可以利用IMS接入到IPFSS中的其它终端设备。IPFSS中的UE一般功能是作为IMS中的普通UE，可以完成IMS中UE的相关功能，其具有的特殊功能是可以作为P2P用户参与到IPFSS中，执行IPFSS中P2P用户的功能。

本实施例提供的索引服务器(IS)，一般由网络运营商或服务提供商建设，需要有较大的存储空间和较快的处理速度，一般采用专业服务器。一方面，IS在IMS中的角色是应用服务器(AS)，与S-CSCF和HSS相连；另一方面IS专门应用于IPFSS服务，为IPFSS提供索引服务。

参与IPFSS的UE将用户身份信息，共享文件信息等注册到IS，在需要下载文件时向IS发送查询请求并根据查询结果与对等用户节点建立数据交换链接。UE在HSS上注册IPFSS服务，表明该用户可以参与IPFSS服务。IS保存用户身份信息、共享文件信息等服务信息，接收用户查询，返回搜索结果。IS不保存用户共享内容数据，也不执行数据交换。UE保存自己的共享文件，数据交换在对等UE之间建立。

由于IPFSS基于IMS，而IMS中用户的位置信息注册在S-CSCF上，因此IS不需要保存用户位置信息。查询用户根据IS搜索结果返回的身份信息从S-CSCF获取对等用户的位置信息。

本实施例提供的缓存服务器(CS)是IPFSS中独立的功能实体。CS由网络运营商或者服务提供商部署，可以有效的提高IPFSS服务质量。CS一般采用具有大存储容量(100G字节以上)、高上下行带宽(百兆以上)的专用服务器。如图4所示，通过指定UE之间的文件交换路径经过CS，使CS能够存储在UE之间交换的文件。CS也具有IPFSS中的UE的功能，需要将自身缓存的文件信息注册到IS，供其他的UE下载缓存文件。由于CS缓存了大量的文件，在IPFSS中可以为普通UE提供大量文件下载资源。UE与CS的文件下载方式与上述UE之间文件下载方式相同。通过增加CS，可以均衡网络负载，消除局部热点，加速文件的查询和下载。CS的还可以从互联网P2P服务中获取新的文件，使互联网P2P文件数据进入到IPFSS网络中来，从而扩展IPFSS的共享数据资源。由于有线用户为无线用户提供上行数据，缓存服务器可以减轻有线用户上、下行数据的不平衡。缓存服务器还可以加速文件查询和下载。

本实施例提供的定制服务器(SS)是IPFSS中独立的功能实体，用于向IPFSS用户(UE)提供灵活多样的定制服务。专用的SS一般采用具有大存储容量(100G字节以上)、高上下行带宽(百兆以上)的专用服务器。一般意义上，在IMS中SIP协议的定制消息用于定制某一事件的变动信息，在发生变动时通知定制者。而IPFSS的定制服务不是一般意义的定制事件变动，而是去定制某种事件驱动，在该事件完成后通知定制者。UE可以通过定制功能，控制SS替代用户完成某种IPFSS服务。例如，UE向SS发送定制请求，由定制服务器替代用户参与P2P服务。一旦SS获取定制内容，就通知用户并可以与用户建立数据连接。SS同样具有IPFSS中普通UE的功能，可以作为普通UE从IPFSS中下载文件。用户与定制服务器之间的控制与通信是在IPFSS中进行的，但是定制服务器既可以从IMS网络获取定制内容，也可以从互联网P2P服务中获取。定制功能也可以存在于IPFSS用户实体中，实现一个用户实体控制另一个用户实体参与IPFSS。例如，用户拥有一台PC机和一部手机，两者分别作为不同的UE加入到IPFSS中。用户在移动过程中，希望PC机进行文件下载，那么用户可以将PC机作为定制服务器，通过手机控制PC机去完成某些下载任务。图5示意了定制服务器和定制功能。

本实施例基于IMS，其用户的移动和漫游性能完全由IMS保障，移动、漫游过程中服务的不间断性直接反映了移动网络鲁棒性和P2P服务质量。由于在索引服务器中只需要保存用户身份信息，用户位置信息保存在S-CSCF。用户在移动或漫游过程中，会获取新的IP地址和P-CSCF地址。漫游用户通过新获得的访问网络P-CSCF向归属网络S-CSCF注册新的位置信息。查询用户根据索引服务器返回的对等用户身份信息，从S-CSCF获得其位置信息。正在进行媒体传输的移动用户在获取新的地址后，由IMS负责重建媒体传输通道。移动、漫游所产生的一系列操作都是由IMS来完成的。对于索引服务器来说，终端的移动和漫游是透明的。

本实施例遵照IMS定义的一系列安全性规范，在接入安全、一致性保护、SIP信令的安全、用户鉴权和合法监听等方面与IMS相关规范保持一致。

本实施例所述IPFSS基于IMS面向融合网络的特性，便于有线用户与无线用户的互通。

本实施例采用标准的SIP协议作为IPFSS的控制信令，包括：进行P2P服务的共享文件信息注册索引、查询、下载的控制；进行CS的缓存服务控制；进行SS和具有定制功能的UE的定制服务控制。本实施例使用的SIP信令在IMS的核心功能实体CSCF中转发或处理。共享文件媒体数据在SIP信令建立的数据连接通道中进行端到端的传输。控制信令采用SIP协议的客户端/服务器模式，由SIP请求和SIP响应组成。由于SIP协议的广泛使用，很多网关和防火墙都能够支持SIP协议的NAT和防火墙穿越。对于不具备SIP穿越功能的网关或防火墙，可以采用STUN、TURN等协议实现NAT穿越。

Claims

1.一种对等联网文件共享服务网络架构，该网络架构基于互联网协议多媒体核心子系统，包括：用户实体、代理呼叫会话控制功能实体、查询呼叫会话控制功能实体、服务呼叫会话控制功能实体、应用服务器、归属用户服务器，其特征在于，所述的应用服务器是用于实现对等联网文件共享服务的索引服务器；所述的用户实体具有对等联网文件共享服务功能模块；所述索引服务器分别与归属用户服务器和服务呼叫会话控制功能实体相连接，所述用户实体与代理呼叫会话控制功能实体相连接。

2.按权利要求1所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，所述用户实体将用户身份信息，共享文件信息注册到索引服务器；所述用户实体的对等联网文件共享服务功能模块是一种在下载文件前向索引服务器发送查询请求，并根据查询结果与对等用户实体建立数据交换链接，执行共享文件下载任务的功能模块。

3.按权利要求1所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，所述索引服务器是一种用于保存用户身份、共享文件信息，为用户查询匹配共享文件信息并返回查询结果的服务器。

4.按权利要求3所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，所述索引服务器采用多索引节点的结构，索引节点之间通过洪泛方式进行查询。

5.按权利要求2所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，所述用户实体包括手机、个人数字助理、手持音视频播放器、手提电脑、个人电脑或者是专用服务器。

6.按权利要求2所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，所述用户实体既可以通过无线方式接入，也可以通过有线方式接入；所述无线方式接入包括GPRS、WLAN、UMTS方式，所述有线方式接入包括LAN、xDSL、Cable方式。

7.按权利要求3所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，所述索引服务器采用专用服务器，该服务器具有数据库功能。

8.按权利要求1所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，还包括与代理呼叫会话控制功能实体相连接的缓存服务器；所述缓存服务器采用大容量数据服务器，所述缓存服务器作为用户实体之间的文件交换路径的中间节点，接收并缓存流经该服务器的共享文件，该服务器在缓存文件的同时将缓存文件信息注册到索引服务器，作为提供给用户实体下载的共享文件资源；所述缓存服务器还接入互联网中执行互联网对等联网服务协议，是一种能够从互联网对等联网服务中下载并缓存文件的服务器。

9.按权利要求1所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，还包括与代理呼叫会话控制功能实体相连接的定制服务器；所述定制服务器采用大容量的数据服务器，该服务器接收用户实体发送的定制消息，完成定制服务；所述定制服务是一种由定制者向被定制者定制某种事件或任务，由被定制者完成该事件或任务，并在该事件或任务完成后通知定制者的服务；所述定制服务包括文件下载定制服务；所述定制服务器还接入互联网中执行互联网对等联网服务协议，是一种能够从互联网对等联网服务中下载文件的服务器。

10.按权利要求1所述的对等联网文件共享服务网络架构，其特征在于，采用SIP协议作为网络服务的控制信令。