CN102138312A - Ip多媒体子系统网络中的故障恢复 - Google Patents

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Abstract

提供一种在IP多媒体子系统网络内便于从P-CSCF(13)的故障中恢复的方法。网关(11)，如GGSN，监控从P-CSCF到达该网关的信号，并提供例如由于信号的中断、被监控的信号是否变得不可接受的指示。网关(11)通过将P-CSCF(13)的不可用性用信号通知给用户设备(10)来响应，其中用户设备(10)在先前向IMS网络注册期间与该P-CSCF关联。作为响应，例如，受故障影响的用户设备可利用不同的可用P-CSCF要求向IMS网络重新注册。

Description

IP多媒体子系统网络中的故障恢复
技术领域
本发明涉及IP多媒体子系统网络中的故障恢复，具体涉及能够从代理呼叫会话控制功能的故障中进行恢复的方法和设备。
背景技术
IP多媒体业务在同一会话内提供语音、视频、消息接发、数据等的动态组合。通过增长基本应用和可能组合的媒体的数量，提供给最终用户的业务数量将增长，并且个人之间的通信体验将丰富起来。这将产生新一代个人化的丰富的多媒体通信业务，包括所谓的“组合IP多媒体”业务。
UMTS(全球移动通信系统)是设计用于给订户提供更高数据速率和增强型业务的第三代无线系统。UMTS是全球移动通信系统(GSM)的后继者，GSM和UMTS之间重要的演进步骤是通用分组无线业务(GPRS)。GPRS向GSM核心网络中引入了分组交换，并允许直接访问分组数据网络(PDN)。这使得远远超出ISDN的64kbps限度的高数据速率分组交换传输能够穿过GSM呼叫网络，这对于高达2Mbps的UMTS数据传输速率是必要的。UMTS由第三代合作伙伴项目(3GPP)来标准化，3GPP是区域标准联合体，如欧洲电信标准协会(ETSI)、无线工业及商贸联合会(ARIB)及其它。详见3GPP TS 23.002。
UMTS架构包括被称为IP多媒体子系统(IMS)的子系统，用于支持传统电话以及新的IP多媒体业务(3GPP TS 22.228，TS 23.228，TS 24.229，TS29.228，TS 29.229，TS 29.328以及TS 29.329版本5至7)。IMS提供关键特征，以通过使用标准化的IMS业务使能器(enabler)来丰富最终用户个人到个人的通信体验，IMS业务使能器便于基于IP的网络上的新的丰富的个人到个人(客户端到客户端)通信业务以及个人到内容(客户端到服务器)业务。IMS能够连接到PSTN/ISDN(公用电话交换网/综合业务数字网)以及互联网。
IMS利用会话初始化协议(SIP)来建立和控制用户终端(或用户终端和应用服务器)之间的呼叫或会话。通过SIP信令携带的会话描述协议(SDP)用于描述和协商会话的媒体组成。虽然SIP被创建为用户到用户的协议，但是IMS允许运营商和业务提供商控制用户对业务的访问并相应向用户收费。3GPP已经选择SIP用于在用户设备(UE)和IMS之间以及在IMS内各个部件之间的信令。
UMTS通信网络的操作特定细节以及这种网络内不同部件的操作的特定细节可以从http://www.3gpp.org获得的UMTS技术规范中找到。UMTS内SIP使用的另外细节可从3GPP技术规范TS 24.229中找到。
附图中的图1示意性说明了在GPRS/PS接入网络的情况下(当然IMS可在其它接入网络上操作)，IMS如何适应移动网络架构。呼叫/会话控制功能(CSCF)作为IMS内的SIP代理操作。3GPP架构定义了三种类型的CSCF：代理CSCF(P-CSCF)，这是对于SIP终端而言在IMS内的第一接触点；服务CSCF(S-CSCF)，其向用户提供该用户所预订的业务；以及询问CSCF(I-CSCF)，其角色是识别正确的S-CSCF并将从SIP终端接收到的SIP请求经由P-CSCF转发给该S-CSCF。
用户使用指定的SIP REGISTER(SIP注册)方法向IMS注册。这是一种附着到IMS并向IMS宣布能够到达SIP用户身份的地址的机制。在3GPP中，当SIP终端执行注册，IMS对该用户进行鉴别，并从可用的S-CSCF组中给该用户分配S-CSCF。虽然3GPP没有规定用于分配S-CSCF的准则，但这些准则可以包括负载共享和业务要求。应注意，S-CSCF的分配是控制用户访问基于IMS的业务(以及收费)的关键。运营商可提供用于阻止直接的用户到用户SIP会话的机制，这将另外旁路S-CSCF。
在注册过程期间，I-CSCF的责任是：在S-CSCF未被选择的情况下选择S-CSCF。I-CSCF从归属网络的归属订户服务器(HSS)接收所需要的S-CSCF能力，并基于所接收的能力选择适当的S-CSCF。SIP REGISTER消息被转发给所选择的S-CSCF，该S-CSCF将其身份加到SIP业务路由报头。当P-CSCF从该S-CSCF接收到200OK时，P-CSCF从业务路由报头获悉SIP身份。应注意，在用户被另一方呼叫且该用户当前未被分配S-CSCF的情况下，还由I-CSCF为用户执行S-CSCF分配。这被称为“终结”呼叫示例。
在IMS业务网络内，应用服务器(AS)被提供用于执行IMS业务功能。应用服务器向IMS系统中的最终用户提供业务，并且该应用服务器可通过3GPP定义的Mr接口作为端点被连接，或者通过3GPP定义的ISC接口由S-CSCF来“链接入”。在后一情况下，S-CSCF使用初始过滤准则(IFC)来确定在SIP会话建立期间哪些应用服务器应被“链接入”。不同的IFC可应用于不同的呼叫情况下。在IMS注册过程期间，S-CSCF从HSS接收到IFC来作为用户的用户简档的一部分。某些应用服务器将执行与订户身份(被叫或主叫订户，无论哪个都由控制应用服务器的网络“拥有”)有关的动作。例如，在呼叫转移的情况下，适当的(终结)应用服务器将确定新的终结方，对指定订户的呼叫将被转移至该新的终结方。在IFC指示在S-CSCF接收的SIP消息应被转发至特定的SIP AS的情况下，该AS被加入到消息路径中。一旦SIP消息由该AS返回给S-CSCF，该消息将被继续向其最终目的地转发，或转发至另一AS，如果这在IFC中被指示的话。
当前的IMS核心规范不包括在网络元件故障后恢复到一致状态的过程。
用户设备在IMS注册时联系的P-CSCF将其自己的SIP URI插入到SIP路径报头，从而在向IMS注册的时段停留在SIP信令路径中。
当用户作为终结端(例如作为语音呼叫的B方)被联系时，IMS要求利用注册时插入的P-CSCF的SIP URI可联系到该终端。如果通信中存在故障，直到IMS放弃进一步尝试的等待时间可能大约几分钟的事情。在那段时期之后，将向A方返回SIP超时错误。由不可达的P-CSCF处理的指向所有用户的所有终结SIP请求将失败，直到那些用户发起新的注册。该场景在3GPP TR 23.820 5.3.3项中进行了描述。
在现有的解决方案中，P-CSCF的故障意味着尽管感知到被连接到IMS核心网络，但用户不可达的一段流逝时间。该段时间将持续，直到从用户终端发起SIP请求，其可与重新注册周期一样长。当前，在IMS中的重新注册计时器的范围从30分钟到若干小时，对于一些用户来说具有这种情形可能时间太长，即使考虑到P-CSCF故障事件是如何的不可能。
“心跳”信令、或由用户设备执行并定义用来向用户设备指示与IMS核心的联系(以及因此的注册)已经丢失的其它监督将解决该问题。具体地，这适用于当P-CSCF故障或已经重启的情况。然而，这样的信令将很快耗尽移动用户设备的电池并消耗不能接受的大量无线电资源。
发明内容
按照本发明的第一方面，提供了一种在IP多媒体子系统网络内便于从代理呼叫会话控制功能的故障中恢复的方法，所述方法包括以下步骤：
在网关中监控从代理呼叫会话控制功能到达该网关的信号；
如果所监控的信号变得不可接受，则在网关中提供指示；以及
响应于所述指示，在网关中执行动作，所述指示将所述代理呼叫会话控制功能的不可用性用信号通知给与该代理呼叫会话控制功能关联的用户设备或每个用户设备。
所述提供步骤在从传送网络接收到明确的不可用性指示后、可提供所述指示。所述提供步骤在被监控的信号变化后(该变化特征是发送节点的不可用性或不可达性)可提供所述指示。
所述提供步骤响应于被监控信号的中断提供所述指示。所述提供步骤从接收到被监控的信号起预定延迟后提供所述指示。所述预定延迟是从所述用户设备或每个用户设备经由网关打算用于代理呼叫会话控制功能的信号通信量水平的函数。
该预定延迟可以是与代理呼叫会话控制功能关联的用户设备实例数量的函数。该预定延迟可以是在实时和/或先前测量中执行的信令通信量测量的函数。该预定延迟可以是信令通信量预测的函数。该预定延迟可以是任一这些函数的组合。
监控步骤包括：向所述代理呼叫会话控制功能发送信号，该信号要求该代理呼叫会话控制功能向网关发送响应，以及所述提供步骤响应于在网关处没有接收到预定数量的响应而提供所述指示。如果网关和代理呼叫会话控制功能之间的信号通信量低于预定水平时，可发送要求信号的所述响应。
网关可以是用于通用分组无线电业务的网关支持节点。动作执行步骤可包括借助于会话管理信令执行动作。所述动作可包括以下的任一个：
去除对应于去往所述或每个用户设备的信令IP流的通信量流模板；
删除承载去往所述或每个用户设备的信令IP流的PDP上下文；
在GPRS会话管理中发送通知；
发送指示目的地IP地址是不可达的ICMP消息；
通知所述或每个用户设备哪些代理呼叫会话控制功能是可用的。
所述或每个用户设备通过向I P多媒体子系统执行重新注册(包括将用户设备与另一代理呼叫会话控制功能关联)，可响应所述动作。
所述监控步骤可包括在网关中监控从每个代理呼叫会话控制功能(其地址存储在该网关中)到达该网关的信号。
按照本发明的第二方面，提供一种被配置成作为IP多媒体子系统网络内的网关操作的设备，该设备包括：
用于接收从代理呼叫会话控制功能到达的信号的输入；
用于监控从所述代理呼叫会话控制功能接收到的信号的装置；
用于如果所监控的信号变得不可接受，则提供指示的装置；以及
用于响应于所述指示执行动作的装置，在用户设备向IP多媒体子系统网络的先前注册期间所述指示将所述代理呼叫会话控制功能的不可用性用信号通知给与该代理呼叫会话控制功能关联的用户设备或每个用户设备。
附图说明
在此之前讨论的图1示意性说明了IP多媒体子系统被集成到3G移动通信系统；
图2说明了涉及构成本发明的实施例、并执行构成本发明实施例的方法的GGSN的结构和信令；
图3类似于图2，说明了用于监控P-CSCF的可用性的第一技术；
图4类似于图2，说明了用于监控P-CSCF的可用性的另一技术；以及
图5说明了与从P-CSCF故障中恢复相关联的IMS信令。
具体实施方式
图2说明了图1所示的连接到用户设备10的系统的部分。该网络包括网关GPRS支持节点(GGSN)11。GGSN 11是多个这类网关中的一个，每个网关借助于分组数据协议(PDP)上下文12与多个用户设备10关联。
图2说明了用户设备10已经向代理呼叫会话控制功能(P-CSCF)13注册的情形。用户设备10经由GGSN 11、借助于包括会话初始化协议(SIP)信令互联网协议(IP)流14来与P-CSCF 13通信。
GGSN 11包括监控P-CSCF 13的可用性的新功能15。如果从P-CSCF到GGSN 11的信号(如流14)变得不可接受，则新功能15提供指示。功能15可执行来自P-CSCF 13的通信量的统计监控，如下面参考图3所述的。可替换地或附加地，功能15可使用“心跳机制”16来监控P-CSCF 13对功能15所产生的信号的响应，该信号发送给P-CSCF 13并要求来自P-CSCF的响应。这种心跳机制在下面参考图4进行描述。
概括地，功能15监控来自P-CSCF 13的信号流，并响应于该信号流中的变化提供不可接受的指示，所述变化特征是发送方的不可用性，例如被监控信号的中断。功能15随后采取适当的动作来发信号通知该P-CSCF13的不可用性，例如使所述或每个用户设备10向当前已知是可用的或被相信是可用的不同P-CSCF发起重新注册。
由于在GGSN 11和P-CSCF之间没有固定的连接，功能15需要知道要监控哪些P-CSCF(例如13)。在这种系统(在该系统中P-CSCF的地址被存储在GGSN 11中，其目前与连接到GGSN 11的用户设备关联)的实例中，功能15可监控目前存储在GGSN 11中的P-CSCF的地址。可替换地或附加地，功能15可检查被标记为用于信令的IP流的目的地地址。这样的标记可由用户设备在GPRS会话管理信令中执行，如3GPP TS 24.008中阐述的。这样的标记还可由PCRF通过Gx来完成，这是一个新的机制。
如前所述，图3说明了用于确定P-CSCF 13的可用性的统计监控技术。该技术基于如下事实：GGSN 11典型地处理许多用户设备10a，10b，10c去向P-CSCF的信令。因此，在统计学上，将有近似连续的IP分组流通过GGSN去往CSCF以及来自CSCF。因此，当功能15接收到指示P-CSCF 13的地址是不可达的ICMP时，或者当从P-CSCF到与其关联的所有用户设备的分组流被中断不可接受的时间段时，功能15可确定P-CSCF 13已经故障。所述时间段可以用任一适当方式来确定，并且可以例如按照GGSN 11正在为P-CSCF 13处理的信令IP流的数量进行动态调整，该数量对应于向该P-CSCF 13发信号的用户设备10a，10b，10c的数量。所述时间段可以按照来自和/或去往P-CSCF的信令IP分组流的测量进行动态地调整。所述时间段可被预配置以反映针对GGSN的信令通信量预测。该时间段可借助于这些方法的任意组合来确定。该时间段还基于发现P-CSCF的不可用性所需的最大延迟。
功能15典型地能够同时监控多个P-CSCF的可用性，从而提供影响连接到GGSN 11的任一用户设备的故障的早期和可靠的信令。该功能单独地监控与每个P-CSCF关联的信令流，以便执行在此之前描述的统计监控以及在此之后描述的心跳机制。
心跳机制在图4中说明。功能15周期地发送IP分组或“ping(乒)”给所述(或每个)P-CSCF 13。该IP分组被设置成要求从P-CSCF 13返回GGSN 11的响应。因此，如果P-CSCF 13是可用的，并且正确地运行，它用发送返回到GGSN 11的响应IP分组或“pong(乓)”来响应ping。功能15监视作为每个ping的结果而返回的pong。缺少来自P-CSCF的pong形式的一个或多个响应被判断为P-CSCF故障。
心跳机制提供了监控P-CSCF的可用性的更为一般的技术，因为它可在与用户设备信令IP流的数量无关的情况下被使用。心跳机制的确对GGSN11和P-CSCF 13产生额外的信号负荷，不过统计监控不改变负荷，因为它利用现有的信号流。然而，统计监控需要最小的汇聚信令通信量以便可靠地执行。
尽管任一技术可以独立完成，但是两种技术也可以同时执行或可以以这样的方式来组合：即统计监控用在信令通信量充分的时候，而心跳机制用在信令通信量不充分的时候。功能15可在任何时间例如按照信令通信量在这些技术之间进行切换。
为了便于从P-CSCF 13的故障(或其它不可用性情况)中恢复，GGSN11可以采取多种措施之一或任一组合。典型地，这些措施用于通知先前向故障或不可用的P-CSCF注册的所述或每个用户设备。该用户设备然后可向当前可用的另一P-CSCF注册。
GGSN 11可通过利用对用户设备的PDP上下文修改过程例如按照3GPPTS 24.008中定义的现有过程来清除信令IP流，从而通知用户设备10。GGSN 11可利用PDP上下文去激活过程(该过程也在3GPP TS 24.008中定义)来删除承载信令流的PDP上下文。GGSN 11可在3GPP TS 24.008中当前未定义的GPRS会话管理信令中发送新的明确的通知，即该信令IP流的目的地(P-CSCF 13)已经故障。GGSN可按照IETF RFC 722发送具有如下指示的ICMP(互联网控制消息协议)消息，所述指示是(P-CSCF的)目的地IP地址不可达。
图5说明了用于对P-CSCF 13的可用性监控和作出反应的修改的技术。GGSN 11保留或存储有关哪些P-CSCF的地址被分配给连接到GGSN 1的用户设备10的信息。GGSN例如通过利用统计监控或心跳机制，监控与每个这些被存储的地址处的P-CSCF的通信量。如果所述监控确定P-CSCF中之一已经故障或已经变得不可用，则GGSN 11通过撤回不再可用的所述地址或每个地址，向用户设备提供有关哪些P-CSCF的地址是有效的修改通告。受其影响的用户设备随后利用在修改通告中提供的P-CSCF地址发起IMS重新注册。当使用心跳监控机制时，从P-CSCF故障到重新注册的等待时间主要取决于心跳通信量的频率和可向受影响用户设备进行修改通告的步速。
参考图5，GGSN 11按照3GPP TS 29.061被配置成向用户设备例如10提供P-CSCF地址。GGSN 11例如利用ICMP协议执行心跳技术，该技术可以是IMS框架内的新SIP/SDP过程或基于IP协议的过程。例如，这可以是关于GGSN主动(GGSN initiative)或GGSN从P-CSCF(其周期性发出相应的通知(SIP NOTIFY))预订(SIP SUBSCRIBE)“心跳”事件的周期回声(echo)通信量。如果P-CSCF故障被检测到，则GGSN 11确定哪些IP-CAN(连接性访问网络)会话受到影响。
按照第一后续过程，GGSN 11确定用于受影响的IP-CAN会话的新的一个或多个P-CSCF地址，并对于其中的每个，发出针对其中公布一个或多个原始地址的PDP上下文的“修改的PDP上下文”。如果该PDP上下文不再存在，则可以使用专用的信令PDP上下文或任何其它上下文。对于PDP上下文的唯一修改是该一个或多个P-CSCF地址内的PCO(协议配置选项)域，并且，如果承载控制模式允许它并且如果必要的话，用于专用信令上下文的TFT(通信量流模板)过滤器被调整到新的情形。用户设备通过向新的P-CSCF发出IMS注册请求来响应该PDP上下文修改。
从P-CSCF故障到用户设备已经重新注册的等待时间包括高达一个心跳循环、GGSN在发送“修改PDP上下文”中的延迟(由于可以限制同时进行的修改的数量)、以及用户设备响应时间。
按照第二后续过程，其中用户设备被配置成当IP-CAN会话终结时重新建立IMS注册，例如通过去激活所有的PDP上下文终结受影响的IP-CAN会话使得用户设备建立新的IP-CAN会话并向IMS重新注册。在该过程下，用户设备通常将接收不同的IP地址，且所有的IMS业务将终结。在此情况下，从P-CSCF故障到重新注册的典型等待时间包括：高达心跳机制的一个循环、GGSN在发送“删除PDP上下文”时的延迟(由于可以限制同时进行的修改的数量)、以及用户设备响应时间。
在用户设备没有能力仅对发送新的有效P-CSCF地址组作出响应的情况下，可以使该技术的使用有条件地进行，从而用户设备首先声明与请求P-CSCF地址有关的支持(PCO域)。
GGSN 11有可能按照3GPP TS 29.061通过Gi接口来监控P-CSCF 13的状况。针对它的信号流在图5中说明。所述监控可包括带有P-CSCF重启指示的一些附加的显式信令。在P-CSCF不可用的情况下，GGSN可从发送到用户设备的地址列表中去除相应的P-CSCF地址。在P-CSCF重启的情况下，GGSN可发送带有可用的P-CSCF地址列表的指示给用户设备，以便发起新的注册。
用于在GGSN内监控P-CSCF的状况的替选方案是执行类似于回声请求的心跳，其在GGSN和SGSN(服务GPRS支持节点)之间的GTP中是可用的，如3GPP TS 29/060(7.2项)中所述的。这允许通过检测缺少对回声请求的响应、以及重启，包括带有增加的重启计数器的回声响应来检测不可用性。

Claims (16)

1.一种在IP多媒体子系统网络内便于从代理呼叫会话控制功能的故障中恢复的方法，所述方法包括以下步骤：
在网关中监控从代理呼叫会话控制功能到达该网关的信号；
如果所监控的信号变得不可接受，则在网关中提供指示；以及
响应于所述指示，在网关中执行动作，所述指示将所述代理呼叫会话控制功能的不可用性用信号通知给与该代理呼叫会话控制功能关联的用户设备或每个用户设备。
2.如权利要求1的方法，其中所述提供步骤响应于被监控信号的中断提供所述指示。
3.如权利要求2的方法，其中所述提供步骤从接收到被监控的信号起预定延迟后提供所述指示。
4.如权利要求3的方法，其中所述预定延迟是从所述用户设备或每个用户设备经由网关打算用于代理呼叫会话控制功能的信号通信量水平的函数。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中监控步骤包括：向所述代理呼叫会话控制功能发送信号，该信号要求该代理呼叫会话控制功能向网关发送响应，以及所述提供步骤响应于在网关处没有接收到预定数量的响应而提供所述指示。
6.如权利要求5的方法，当从属于权利要求2至4中的任一项时，其中当网关和代理呼叫会话控制功能之间的信号通信量低于预定水平时，发送要求信号的所述响应。
7.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述网关是用于通用分组无线电业务的网关支持节点。
8.如权利要求7的方法，其中所述动作执行步骤包括：借助于会话管理信令执行所述动作。
9.如权利要求8的方法，其中所述动作包括：去除对应于去往所述或每个用户设备的信令IP流的通信量流模板。
10.如权利要求8的方法，其中所述动作包括：删除承载去往所述或每个用户设备的信令IP流的PDP上下文。
11.如权利要求8的方法，其中所述动作包括：在GPRS会话管理中发送通知。
12.如权利要求8的方法，其中所述动作包括：发送指示目的地IP地址是不可达的ICMP消息。
13.如权利要求8的方法，其中所述动作包括：通知所述或每个用户设备哪些代理呼叫会话控制功能是可用的。
14.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述或每个用户设备通过向IP多媒体子系统执行重新注册，包括将用户设备与另一代理呼叫会话控制功能关联，来响应所述动作。
15.如前述任一权利要求所述的方法，其中监控步骤包括：在网关中对从每个代理呼叫会话控制功能到达该网关的信号进行监控，每个代理呼叫会话控制功能的地址存储在该网关中。
16.一种被配置成作为IP多媒体子系统网络内的网关操作的设备，该设备包括：
用于接收从代理呼叫会话控制功能到达的信号的输入；
用于监控从所述代理呼叫会话控制功能接收到的信号的装置；
用于如果所监控的信号变得不可接受，则提供指示的装置；以及
用于响应于所述指示执行动作的装置，所述指示将所述代理呼叫会话控制功能的不可用性用信号通知给与该代理呼叫会话控制功能关联的所述用户设备或每个用户设备。
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