CN101505472B - 一种用户数据服务器系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种用户数据服务器系统，包括：数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过Key注册到DHT网络中，接收并处理用户数据操作请求；DHT索引节点，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的DHT存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的DHT存储节点信息；DHT超级维护节点，提供DHT网络的管理和优化；前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。本发明实施例提供的技术方案，能够很好的解决现有集中存储模式的用户数据服务器所面临的问题，使用户数据服务器具有非中心化、可扩展性强、高可靠性、高性价比等优点。

Description

一种用户数据服务器系统和装置
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种用户数据服务器系统和装置。
背景技术
在电信网络中部署了大量的用户数据服务器，用于保存用户的号码信息、鉴权信息、业务签约信息、位置信息、网络属性以及策略等信息。如全球移动通讯系统(GSM，Global System for Mobile Communications)中的归属位置寄存器(HLR，Home Location Register)、由HLR演进而来的IP多媒体子系统(IMS，IP Multimedia Subsystem)的归属用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)、宽带接入网络中的AAA(Authentication，Authorization and Accounting)服务器等。目前这些用户数据服务器主要采用集中存储模式，用集中数据存储系统统一存储用户数据。但在用户规模日益扩大的今天，这种集中存储模式的逐渐显现出其扩展性差等弊端。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用户数据服务器系统及方法，提高了扩展性，缓解了用户数据逐渐增加带来的压力。
本发明实施例提供了一种用户数据服务器系统，包括：
数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过Key注册到DHT网络中，接收并处理用户数据操作请求；
DHT索引节点，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的DHT存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的DHT存储节点信息；
DHT超级维护节点，提供DHT网络的管理和优化；
前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。
本发明实施例还提供了一种进行用户数据操作请求的方法，包括如下步骤：
步骤310、前置机节点接收业务请求，进行协议处理及业务处理，获得所述业务请求所针对的目标用户的相关标识，并由所述相关标识得到Key；
步骤320、前置机节点作为DHT网络的客户节点向与其连接的DHT索引节点发起基于Key的DHT查询；
步骤321、DHT索引节点在DHT路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述节点ID是本节点ID，则执行步骤322，否则执行323；
步骤322、在所述DHT索引节点存储的索引中寻找目标索引，并向前置机节点返回用户数据所在数据存储节点的信息；
步骤323、向所述最接近Key值的节点ID所对应的DHT索引节点发起DHT查询，所述DHT索引节点收到DHT查询后执行步骤321；
步骤340、前置机节点根据步骤322返回的目标用户数据所在数据存储节点的信息，并向所述数据存储节点发送用户数据操作请求。
本发明实施例还提供了一种DHT索引节点，包括：
DHT构建模块，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息；
DHT路由查找模块，接收处理来自前置机节点或其它DHT索引节点的查询请求，在DHT路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述最接近的节点ID是本节点ID，则在本节点DHT索引模块中寻找目标索引，并向前置机节点返回目标用户数据所在数据存储节点的信息；如果所述最接近的节点ID不是本节点ID，即目标索引不在本DHT索引模块负责保存的索引中，则继续向所述最接近的节点ID所对应的DHT索引节点发起DHT查询；
DHT索引模块，接收处理来自数据存储节点的注册请求，保存用户数据所在数据存储节点信息。
本发明实施例还提供了一种前置机节点，包括：
协议处理模块，处理用户数据服务器与功能实体之间的协议交互；
业务处理模块，负责所述用户数据服务器所处场景下的业务处理，并作为DHT网络的客户节点通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。
本发明实施例还提供了一种通信网络，包括用户数据服务器系统，所述的用户数据服务器系统，包括：
数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过Key注册到DHT网络中，接收并处理用户数据操作请求；
DHT索引节点，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的DHT存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的DHT存储节点信息；
DHT超级维护节点，提供DHT网络的管理和优化；
前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作；
所述数据存储节点、DHT索引节点、DHT超级维护节点、前置机节点，为各自独立的物理设备，或者由他们形成的任意组合位于同一物理设备，或者分别是一台物理设备上的独立进程，或者一起做为一台物理设备上的一个进程。
本发明实施例提供的技术方案，能够很好的解决现有集中存储模式的用户数据服务器所面临的问题，使用户数据服务器具有非中心化、可扩展性强、高可靠性、高性价比等优点。
附图说明
图1是现有集中模式的用户数据服务器示意图；
图2是本发明实施例中用户数据服务器系统示意图；
图3是本发明实施例中用户数据服务器系统的用户数据操作请求的过程示意图。
图4是本发明实施例中DHT索引节点的示意图。
图5是本发明实施例中DHT超级节点的示意图。
图6是本发明实施例中前置机节点的示意图。
图7是本发明实施例中多种形态的分布式用户数据服务器相关设备混合组网的示意图。
具体实施例：
对等网(P2P，Peer-to-Peer)是一种分布式网络，它打破了传统的客户/服务器(C/S，Client/Server)模式，在网络中的每个结点的地位都是对等的，每个结点既充当服务器，为其它结点提供服务，同时也享用其它结点提供的服务。P2P网络具有非中心化、可扩展性强、高性价比等优点。
本发明的实施例吸取P2P系统架构中优点，应用于电信网络中的用户数据服务器，提供一种基于结构化P2P的分布式用户数据服务器系统，以解决现有集中存储模式所面临的问题，同时克服了现有P2P系统达不到电信运营级性能(如99.999％的可用性、高可靠性、数据操作的实时性)要求的问题，使其既具有非中心化、可扩展性强、高性价比等的优点，同时又能达到电信运营级的性能要求。
本发明实施例的用户数据服务器系统包括以下逻辑功能实体：
数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过关键字(Key)注册到分布式哈希表(DHT，Distributed Hash Table)网络中，接收并处理用户数据操作请求。所述Key的选择根据用户数据服务器的应用场景具体确定，如对于HSS可使用IMS签约标识(IMS Subscription ID)/IP多媒体私有标识(IMPI，IP Multimedia Private Identity)/多媒体公共标识(IMPU，IPMultimedia Public Identity)作为Key；一份用户数据可以通过多个不同的Key分别注册到DHT网络中。
DHT索引节点，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的DHT存储节点信息；并根据Key值查找目标用户数据所在的DHT存储节点信息。本发明的系统主要用于电信网络中，节点相对稳定，DHT索引节点根据网络规模和节点的稳定程度，自动控制其路由信息的大小，确保查询跳数在1～K跳内完成，其中K是一个设置的参数，如3。
DHT超级节点，包括多个虚拟DHT索引节点和多个虚拟数据存储节点。所述DHT超级节点用于负责更大范围DHT路由信息以及存放更多的用户数据；
DHT超级维护节点，提供DHT网络的管理和优化；所述多个DHT超级维护节点之间在地理位置可以分散布局，所述DHT超级维护节点具体功能可以为：DHT节点ID分配，所述DHT节点为数据存储节点或者DHT索引节点；或对所负责区域的DHT节点状态的在线监测；或接收所负责区域内DHT节点路由更新信息并向其它区域的超级维护节点转发路由更新信息，接收来自其它超级维护节点的路由更新信息并通知所负责区域内的DHT节点更新路由信息；或对所负责区域中的节点的负载情况进行抽样检查，并通过指定新节点的加入位置来实现负载平衡。
前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。
上述逻辑功能可以映射为各自独立的物理设备，或者由他们形成的任意组合位于同一物理设备，或者分别是一台物理设备上的独立进程，也可以一起做为一台物理设备上的一个进程。并且，所述的用户数据服务器系统可以不包括DHT超级节点。
图2为上述用户数据服务器系统示意图，在图2所示的用户数据服务器系统中，用户数据操作请求的过程示意图如图3所示。包括如下步骤：
步骤310、前置机节点接收业务请求(如注册请求、鉴权请求、位置更新请求等)，进行协议处理及业务处理，获得所述业务请求所针对的目标用户的相关标识，并由所述相关标识得到Key。
其中所述业务请求来自用户数据服务器所处应用场景中与其有交互的相关功能实体，如GSM及通用分组无线业务(GPRS，General Packet RadioService)场景中，与HLR有交互的移动业务交换中心(MSC，Mobile SwitchingCenter)、网关移动业务交换中心(GMSC，Gateway Mobile Switching Centre)、服务GPRS支持节点(SGSN，Serving GPRS Support Node)，网关GPRS支持节点(GGSN，Gateway GPRS Support Node)等；IMS场景中，与HSS有交互的问询-呼叫会话控制功能(I-CSCF，Interrogating-Call/SessionControl Function)、服务-呼叫会话控制功能(S-CSCF，Serving-Call/SessionControl Function)等，所述业务请求具体类型为所述应用场景下用户数据服务器可以接收的消息，如IMS场景下HSS接收注册请求、GSM场景下HLR接收的位置更新请求等。
所述Key根据用户标识通过相容哈希算法得到。
步骤320、前置机节点作为DHT网络的客户节点向与其连接的DHT索引节点发起基于Key的DHT查询，目的是在DHT网络中查找目标用户数据所在的数据存储节点信息。
步骤321、在DHT路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述节点ID是本节点ID，即目标索引在本DHT索引节点负责保存的索引中，则执行步骤322，否则执行323。
步骤322、在所述DHT索引节点存储的索引中寻找目标索引，并向前置机节点返回用户数据所在数据存储节点的信息。
步骤323、向所述最接近Key值的节点ID所对应的DHT索引节点发起DHT查询，所述DHT索引节点收到DHT查询后执行步骤321。
步骤340、前置机节点根据步骤322返回的目标用户数据所在数据存储节点的信息，并向所述数据存储节点发送用户数据操作请求。
步骤350、所述数据存储节点根据所述用户数据操作请求执行操作。
步骤360、所述数据存储节点向前置机节点返回用户数据操作响应。
步骤370、前置机节点接收来自数据存储节点的用户数据操作响应，完成后续的业务处理和协议处理，并向相关功能实体发送业务响应(如注册响应、鉴权响应、位置更新响应等)。
如果用户数据服务器所处具体应用场景不需要用户数据操作响应或业务响应，则所述步骤360、370可以不执行。
本发明的实施例还提供一种分布式用户数据服务器系统，包括：
数据存储节点，用于存放用户数据，并以DHT网络的客户节点身份将所述用户数据通过Key注册到DHT网络中，接收并处理用户数据操作请求。
DHT索引节点，包括DHT构建模块、DHT路由查找模块和DHT索引模块。参见图4。所述DHT构建模块，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息；所述DHT路由查找模块，接收处理来自前置机节点或其它DHT索引节点的查询请求，在DHT路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述最接近的节点ID是本节点ID，即目标索引在本DHT索引模块负责保存的索引中，则在本节点DHT索引模块中寻找目标索引，并向前置机节点返回目标用户数据所在数据存储节点的信息；如果所述最接近的节点ID不是本节点ID，即目标索引不在本DHT索引模块负责保存的索引中，则继续向所述最接近的节点ID所对应的DHT索引节点发起DHT查询。所述DHT索引模块接收处理来自数据存储节点的注册请求，保存用户数据所在数据存储节点信息。
DHT超级节点，包括多个虚拟DHT索引节点和多个虚拟数据存储节点。所述DHT超级节点用于负责更大范围DHT路由信息以及存放更多的用户数据；参见图5。
DHT超级维护节点，提供DHT网络的管理和优化；
前置机节点，包括协议处理模块和业务处理模块。参见图6。协议处理模块，处理用户数据服务器与其它功能实体(如MSC、I-CSCF、S-CSCF等)之间的协议交互；业务处理模块，负责所述用户数据服务器所处场景下的业务处理(如注册、位置更新、鉴权)，并作为DHT网络的客户节点通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。
上述节点可以根据运营商的需要，灵活组合，构建不同的物理设备形态，如一体化用户数据服务器设备，即一台物理设备集成上述数据存储节点、DHT索引节点以及前置机节点；或者一台物理设备集成上述数据存储节点，DHT索引节点，及DHT超级维护节点等等。
本发明的实施例还提供一种通信网络，包括用户数据服务器系统，所述的用户数据服务器系统，包括：
数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过Key注册到DHT网络中，接收并处理用户数据操作请求；
DHT索引节点，根据DHT算法形成和维护DHT路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的DHT存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的DHT存储节点信息；
DHT超级维护节点，提供DHT网络的管理和优化；
前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过DHT查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作；
所述数据存储节点、DHT索引节点、DHT超级维护节点、前置机节点，为各自独立的物理设备，或者由他们形成的任意组合位于同一物理设备，或者分别是一台物理设备上的独立进程，或者一起做为一台物理设备上的一个进程。
在部署时，允许上述各种形态的设备混合组网。如图7所示。这使得组网根据灵活，扩展性更好。如当信令处理能力不足示则只需要增加前置机节点的部署。如只需要扩展用户数据存储容量，可以直接增加存储节点的部署。当需要提高DHT网络的处理能力时，可以直接增加DHT索引节点的部署。另外本发明实施例提供了一种分布式的用户数据存储系统，每个节点可以与多个节点建立联系，如一个前置机节点可以通过多个DHT索引节点联入DHT网络，一个DHT存储节点也可以同时注册到多个DHT索引节点上，由此避免了集中存储模式带来的单点失效、负荷不均等问题，使其具有更高的可靠性，同时由于分布式架构降低了每台设备的要求，使其具有更高的性价比。
本发明实施例提供的技术方案，能够很好的解决现有集中存储模式的用户数据服务器所面临的问题，使用户数据服务器具有非中心化、可扩展性强、高可靠性、高性价比等优点。

Claims (14)

1.一种用户数据服务器系统，其特征在于，包括：
数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过Key注册到分布式哈希表网络中，接收并处理用户数据操作请求；
分布式哈希表索引节点，根据分布式哈希表算法形成和维护分布式哈希表路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的分布式哈希表存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的分布式哈希表存储节点信息；
分布式哈希表超级维护节点，提供分布式哈希表网络的管理和优化；
前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过分布式哈希表查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
分布式哈希表超级节点，包括多个虚拟分布式哈希表索引节点和多个虚拟数据存储节点。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分布式哈希表超级维护节点具体功能为：分布式哈希表节点ID分配；或对所负责区域的分布式哈希表节点状态的在线监测；或接收所负责区域内分布式哈希表节点路由更新信息并向其它区域的超级维护节点转发路由更新信息，接收来自其它超级维护节点的路由更新信息并通知所负责区域内的分布式哈希表节点更新路由信息；或对所负责区域中的节点的负载情况进行抽样检查，并通过指定新节点的加入位置来实现负载平衡。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的分布式哈希表索引节点包括：
分布式哈希表构建模块，根据分布式哈希表算法形成和维护分布式哈希表路由信息；
分布式哈希表路由查找模块，接收处理来自前置机节点或其它分布式哈 希表索引节点的查询请求，在分布式哈希表路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述最接近的节点ID是本节点ID，则在本节点分布式哈希表索引模块中寻找目标索引，并向前置机节点返回目标用户数据所在数据存储节点的信息；如果所述最接近的节点ID不是本节点ID，即目标索引不在本分布式哈希表索引模块负责保存的索引中，则继续向所述最接近的节点ID所对应的分布式哈希表索引节点发起分布式哈希表查询；
分布式哈希表索引模块，接收处理来自数据存储节点的注册请求，保存用户数据所在数据存储节点信息。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的前置机节点，包括：
协议处理模块，处理用户数据服务器与功能实体之间的协议交互；
业务处理模块，负责所述用户数据服务器所处场景下的业务处理，并作为分布式哈希表网络的客户节点通过分布式哈希表查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据存储节点、分布式哈希表索引节点、分布式哈希表超级维护节点、前置机节点，为各自独立的物理设备，或者由他们形成的任意组合位于同一物理设备，或者分别是一台物理设备上的独立进程，或者一起做为一台物理设备上的一个进程。
7.一种进行用户数据操作请求的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤310、前置机节点接收业务请求，进行协议处理及业务处理，获得所述业务请求所针对的目标用户的相关标识，并由所述相关标识得到Key；
步骤320、前置机节点作为分布式哈希表网络的客户节点向与其连接的分布式哈希表索引节点发起基于Key的分布式哈希表查询；
步骤321、分布式哈希表索引节点在分布式哈希表路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述节点ID是本节点ID，则执行步骤322， 否则执行323；
步骤322、在所述分布式哈希表索引节点存储的索引中寻找目标索引，并向前置机节点返回用户数据所在数据存储节点的信息；
步骤323、向所述最接近Key值的节点ID所对应的分布式哈希表索引节点发起分布式哈希表查询，所述分布式哈希表索引节点收到分布式哈希表查询后执行步骤321；
步骤340、前置机节点根据步骤322返回的目标用户数据所在数据存储节点的信息，并向所述数据存储节点发送用户数据操作请求。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤310中，所述业务请求来自与HLR有交互的MSC、SGSN、GGSN；或与归属用户服务器有交互的问询-呼叫会话控制功能实体、服务-呼叫会话控制功能实体。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤310中，所述Key根据用户标识通过相容哈希算法得到。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
步骤350、所述数据存储节点根据所述用户数据操作请求执行操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
步骤360、所述数据存储节点向用户数据服务器前置机节点返回用户数据操作响应；
步骤370、前置机节点接收来自数据存储节点的用户数据操作响应，完成后续的业务处理和协议处理，并向相关功能实体发送业务响应。
12.一种分布式哈希表索引节点，其特征在于，包括：
分布式哈希表构建模块，根据分布式哈希表算法形成和维护分布式哈希表路由信息；
分布式哈希表路由查找模块，接收处理来自前置机节点或其它分布式哈希表索引节点的查询请求，在分布式哈希表路由信息中寻找最接近所述Key值的节点ID，如果所述最接近的节点ID是本节点ID，则在本节点分布式哈希表索引模块中寻找目标索引，并向前置机节点返回目标用户数据所在数据 存储节点的信息；如果所述最接近的节点ID不是本节点ID，即目标索引不在本分布式哈希表索引模块负责保存的索引中，则继续向所述最接近的节点ID所对应的分布式哈希表索引节点发起分布式哈希表查询；
分布式哈希表索引模块，接收处理来自数据存储节点的注册请求，保存用户数据所在数据存储节点信息。
13.一种前置机节点，其特征在于，包括：
协议处理模块，处理用户数据服务器与功能实体之间的协议交互；业务处理模块，负责所述用户数据服务器所处场景下的业务处理，并作为分布式哈希表网络的客户节点向与其连接的分布式哈希表索引节点发起基于Key的分布式哈希表查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作；
其中，所述分布式哈希表索引节点，用于根据分布式哈希表算法形成和维护分布式哈希表路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的分布式哈希表存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的分布式哈希表存储节点信息。
14.一种通信网络，其特征在于，包括用户数据服务器系统，所述的用户数据服务器系统，包括：
数据存储节点，存放用户数据，并将所述用户数据通过Key注册到分布式哈希表网络中，接收并处理用户数据操作请求；
分布式哈希表索引节点，根据分布式哈希表算法形成和维护分布式哈希表路由信息，并根据Key值存储用户数据所在的分布式哈希表存储节点信息；根据Key值查找目标用户数据所在的分布式哈希表存储节点信息；
分布式哈希表超级维护节点，提供分布式哈希表网络的管理和优化；
前置机节点，具有协议处理和业务处理功能，并通过分布式哈希表查询以获取目标用户数据所在的数据存储节点的信息，并对所述数据存储节点上所存储的相关用户数据进行操作；
所述数据存储节点、分布式哈希表索引节点、分布式哈希表超级维护节点、前置机节点，为各自独立的物理设备，或者由他们形成的任意组合位于同一 物理设备，或者分别是一台物理设备上的独立进程，或者一起做为一台物理设备上的一个进程。 
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