CN102769614A - 一种基于分布式cscf拓扑的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式CSCF拓扑的通信方法，包括步骤：接收来自网络操作员的服务器部署请求，判断服务器部署请求的类型是删除分布式CSCF服务器请求还是增加分布式CSCF服务器请求，若服务器部署请求是增加分布式CSCF服务器请求，则网络操作员根据服务器部署请求来配置启动节点，同时将P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块进行功能合并成为分布式CSCF服务器，读取网络操作员配置的启动节点，并按照启动节点将待加入的分布式CSCF服务器加入分布式CSCF拓扑，分布式CSCF服务器接收来自用户的请求，若请求为注册和注销请求，则该用户在分布式CSCF服务器上执行注册和注销过程。本发明消除“单点失效”和“性能瓶颈”，同时提高系统的扩展性和路由查找性能。

Description

一种基于分布式CSCF拓扑的通信方法

技术领域

本发明属于计算机网络与移动互联网领域，具体涉及一种基于分布式CSCF拓扑的通信方法。

背景技术

IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，简称IMS）作为下一代网络（Next Generation Network，简称NGN）与业务融合的核心，实现IP多媒体业务的建立、维护及管理等功能的核心网络体系结构，建立与接入无关、能被移动网络与固定网络共用的融合核心网。

呼叫会话控制功能（Call Session Control Function，简称CSCF）是IMS系统中最核心的实体服务器，它主要完成IMS会话的建立、维护和拆除等各种会话控制功能。在IMS中有三种CSCF服务器，它们分别是代理CSCF服务器（Proxy-CSCF，简称P-CSCF）、服务CSCF服务器（Server-CSCF，简称S-CSCF）和询问CSCF服务器（Interrogating-CSCF，简称I-CSCF）。

在标准的IMS中，具备核心控制功能的CSCF服务器之间的路由查找是通过集中式的方式获取，比如P-CSCF服务器发现I-CSCF服务器过程通过DNS（Domain Name System，简称DNS）域名解析，I-CSCF服务器为用户分配服务的S-CSCF服务器的时候是通过向HSS（Home SubscriberServer，简称HSS）请求S-CSCF服务器的地址，然后在进行适配选择合适的S-CSC服务器分配给用户，而为呼叫发起者提供服务的S-CSCF服务器查找为被呼叫者服务的S-CSCF服务器也是通过向集中式数据库HSS请求被呼叫者的信息，最终定位到为被呼叫者服务的S-CSCF服务器，由此可以见，在标准的IMS中，不能功能服务器之间的发现过程采用的是集中式的方式获得，因而存在着“单点失效”和“性能瓶颈”的问题；同时在IMS网络中加入、移除或者更换一个CSCF服务器配置复杂；此外，业务路由过程繁琐、效率低下、扩展能力差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于分布式CSCF拓扑的通信方法，该方法实现了对标准IMS架构中的会话控制功能服务器进行分布式改造，消除“单点失效”和“性能瓶颈”，同时提高系统的扩展性和路由查找性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于分布式CSCF拓扑的通信方法，应用到一种分布式CSCF服务器中，该分布式CSCF服务器包括P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块，所述方法包括以下步骤：

（1）接收来自网络操作员的服务器部署请求；

（2）判断服务器部署请求的类型是删除分布式CSCF服务器请求还是增加分布式CSCF服务器请求，若服务器部署请求是删除分布式CSCF服务器请求，则转到步骤（3），若服务器部署请求是增加分布式CSCF服务器请求，则转到步骤（4）；

（3）向注册在该待删除分布式CSCF服务器的用户发送注销请求，该待删除分布式CSCF服务器根据Chord算法离开网络，完成此次部署过程，然后过程结束；

（4）网络操作员根据服务器部署请求来配置启动节点，同时将P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块进行功能合并成为分布式CSCF服务器；

（5）读取网络操作员配置的启动节点，并按照启动节点将待加入的分布式CSCF服务器加入分布式CSCF拓扑；

（6）分布式CSCF服务器接收来自用户的请求，并判断该请求是否是注册和注销请求，还是通话请求；若为注册和注销请求，则转入步骤（7），否则转入步骤（8）；

（7）该用户在分布式CSCF服务器上执行注册和注销过程，然后过程结束；

（8）该用户在分布式CSCF服务器执行通话过程。

步骤（7）包括以下子步骤：

（7-1）P-CSCF模块接收用户发送过来的注册和注销请求，并将该注册和注销请求转发给I-CSCF模块；

（7-2）I-CSCF模块判断注册和注销请求中的超时时间是否设置为0，若设置为0，则转到步骤（7-3），若不为0，则转到步骤（7-6）；

（7-3）分布式CSCF服务器将该注销请求转发给S-CSCF模块；

（7-4）S-CSCF模块执行用户的注销过程，并以注册和注销请求中会话建立协议的统一资源标识作为键，删除在分布式CSCF拓扑中存储的该URI对应的键值对；

（7-5）S-CSCF模块将注销成功通过I-CSCF模块和P-CSCF模块返回给用户,完成注册和注销过程；

（7-6）I-CSCF模块将注册请求转发给S-CSCF模块；

（7-7）S-CSCF模块向HSS发起鉴权请求，并判断鉴权请求是否失败，若失败则转到步骤（7-8），否则转到步骤（7-9）；

（7-8）S-CSCF模块将鉴权失败的结果通过I-CSCF模块和P-CSCF模块转发给用户，完成注册和注销过程；

（7-9）S-CSCF模块执行注册过程,在本地记录下用户的信息，并在分布式CSCF拓扑中查找作为键值的该用户的统一资源标识，并删除该键值对应的键值对；

（7-10）在分布式CSCF拓扑中以该用户的统一资源标识作为键，以S-CSCF模块的统一资源标识作为值，并将该键值对发布存储在分布式CSCF拓扑中；

（7-11）S-CSCF模块将注册成功的响应通过I-CSCF模块和P-CSCF模块返回给用户，完成注册和注销过程。

步骤（8）包括以下子步骤：

（8-1）P-CSCF模块收到用户的通话请求，并将该通话请求转发给S-CSCF模块；

（8-2）S-CSCF模块对该通话请求的用户进行鉴权，并判断鉴权是否通过，若没有通过，则转到步骤（8-3），否则转到步骤（8-4）；

（8-3）S-CSCF模块将鉴权失败的结果通过P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-4）S-CSCF模块以该通话请求中被呼叫者的统一资源标识作为键在分布式CSCF拓扑中进行查找，若没有查找到结果，说明被呼叫者还没有注册，然后进入步骤（8-5），否则转到步骤（8-6）；

（8-5）S-CSCF模块将未找到被叫的结果通过P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-6）S-CSCF模块将通话请求转发给查找得到的统一资源标识对应的被呼叫者的S-CSCF模块；

（8-7）被呼叫者的S-CSCF模块对被呼叫者进行鉴权，若被呼叫者的鉴权通过，则通话请求失败，并转到步骤（8-8），否则，则转到步骤（8-9）；

（8-8）被呼叫者的S-CSCF模块将鉴权未通过的结果通过呼叫者的S-CSCF模块和P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-9）被呼叫者的S-CSCF模块将通话请求通过被呼叫者的P-CSCF模块，转发给被呼叫者，并建立呼叫者和被呼叫者之间的通信；

（8-10）呼叫者或者被呼叫者接收到来自对方的Bye指令，通话过程结束。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

（1）消除“单点失效”和“性能瓶颈”

一种分布式CSCF拓扑构建方法，通过将集中式的CSCF服务器变成分布式集群CSCF服务器群，使得原本集中式的CSCF服务器的服务能力可以由多台分布式的CSCF服务器均摊，消除了“单点失效”和“性能瓶颈”。

（2）高可扩展性

当集中式CSCF服务器变成分布式CSCF服务器的同时，也带来了分布式的优势，可以随时增加和减少分布式的某台或者某几台CSCF服务器，同时由于是基于DHT来进行构建的，增加的分布式CSCF服务器不需要进行额外的任何配置，就可以增加进来，为系统提供服务能力。

（3）优化路由查找性能

在进行路由查找的时候，CSCF服务器间的路由总是在P-CSCF服务器、I-CSCF服务器和S-CSCF服务器间进行反复的路由。当对CSCF服务器进行分布式改造之后，用户的注册将只发生在一台分布式CSCF服务器上，而不需要在多台CSCF服务器间进行路由。同时在进行会话建立的时候的路由将不需要去查询HSS进行确认，而是可以通过进行DHT的查找，找到所要查找的分布式CSCF服务器进行服务。从而可以大大的提供系统的路由效率。

附图说明

图1是本发明基于分布式CSCF拓扑的通信方法的流程图。

图2是本发明分布式CSCF拓扑图。

图3是本发明方法中步骤（7）的细化流程图。

图4是本发明方法中步骤（8）的细化流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明基于分布式CSCF拓扑的通信方法是应用到一种分布式CSCF服务器中，该分布式CSCF服务器包括P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块，本方法包括以下步骤：

（1）接收来自网络操作员的服务器部署请求；

（2）判断服务器部署请求的类型是删除分布式CSCF服务器请求还是增加分布式CSCF服务器请求，若服务器部署请求是删除分布式CSCF服务器请求，则转到步骤（3），若服务器部署请求是增加分布式CSCF服务器请求，则转到步骤（4）；

（3）向注册在该待删除分布式CSCF服务器的用户发送注销请求，该待删除分布式CSCF服务器根据Chord算法离开网络，完成此次部署过程，然后过程结束；

（4）网络操作员根据服务器部署请求来配置启动（英文名Bootstrap）节点，同时将P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块进行功能合并成为分布式CSCF服务器，具体而言，所有到P-CSCF的请求都将直接路由到本地的I-CSCF或者S-CSCF进行处理；

（5）读取网络操作员配置的启动节点，并按照启动节点将待加入的分布式CSCF服务器加入分布式CSCF拓扑；加入节点后的分布式CSCF拓扑如图2所示，可见由多个分布式CSCF服务器构成一个环形分布式CSCF拓扑结构；

（6）分布式CSCF服务器接收来自用户的请求，并判断该请求是否是注册和注销（英文为Register）请求，还是通话请求；若为注册和注销请求，则转入步骤（7），否则转入步骤（8）；

（7）该用户在分布式CSCF服务器上执行注册和注销过程，然后过程结束；

（8）该用户在分布式CSCF服务器执行通话过程。

如图3所示，上述步骤（7）具体包括以下子步骤：

（7-1）P-CSCF模块接收用户发送过来的注册和注销请求，并将该注册和注销请求转发给I-CSCF模块；

（7-2）I-CSCF模块判断注册和注销请求中的超时时间是否设置为0，若设置为0，则转到步骤（7-3），若不为0，则转到步骤（7-6）；具体而言，注册和注销请求中的超时时间被设置为0，表示该注册和注销请求为注销请求，不为0，则表示该注册和注销请求为注册请求。

（7-3）分布式CSCF服务器将该注销请求转发给S-CSCF模块；

（7-4）S-CSCF模块执行用户的注销过程，并以注册和注销请求中会话建立协议（Session Initiation Protocol，简称SIP）的统一资源标识（Uniformresource identifier，简称URI）作为键，删除在分布式CSCF拓扑中存储的该URI对应的键值对；

（7-5）S-CSCF模块将注销成功通过I-CSCF模块和P-CSCF模块返回给用户,完成注册和注销过程；

（7-6）I-CSCF模块将注册请求转发给S-CSCF模块；

（7-7）S-CSCF模块向HSS发起鉴权请求，并判断鉴权请求是否失败，若失败则转到步骤（7-8），否则转到步骤（7-9）；

（7-8）S-CSCF模块将鉴权失败的结果通过I-CSCF模块和P-CSCF模块转发给用户，完成注册和注销过程；

（7-9）S-CSCF模块执行注册过程,在本地记录下用户的信息，并在分布式CSCF拓扑中查找作为键值的该用户的URI，并删除该键值对应的键值对；

（7-10）在分布式CSCF拓扑中以该用户的URI作为键，以S-CSCF模块的URI作为值，并将该键值对发布存储在分布式CSCF拓扑中；

（7-11）S-CSCF模块将注册成功的响应通过I-CSCF模块和P-CSCF模块返回给用户，完成注册和注销过程。

如图4所示，上述步骤（8）具体包括以下子步骤：

（8-1）P-CSCF模块收到用户的通话（英文为Invite）请求；并将该通话请求转发给S-CSCF模块；

（8-2）S-CSCF模块对该通话请求的用户进行鉴权，并判断鉴权是否通过，若没有通过，则转到步骤（8-3），否则转到步骤（8-4）；

（8-3）S-CSCF模块将鉴权失败的结果通过P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-4）S-CSCF模块以该通话请求中被呼叫者的URI作为键在分布式CSCF拓扑中进行查找，若没有查找到结果，说明被呼叫者还没有注册，然后进入步骤（8-5），否则转到步骤（8-6）；

（8-5）S-CSCF模块将未找到被叫的结果通过P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-6）S-CSCF模块将通话请求转发给查找得到的URI对应的被呼叫者的S-CSCF模块；

（8-7）被呼叫者的S-CSCF模块对被呼叫者进行鉴权，若被呼叫者的鉴权通过，则通话请求失败，并转到步骤（8-8），否则，则转到步骤（8-9）；

（8-8）被呼叫者的S-CSCF模块将鉴权未通过的结果通过呼叫者的S-CSCF模块和P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-9）被呼叫者的S-CSCF模块将通话请求通过被呼叫者的P-CSCF模块，转发给被呼叫者，并建立呼叫者和被呼叫者之间的通信；

（8-10）呼叫者或者被呼叫者接收到来自对方的Bye指令，通话过程结束。

应用实例：

为了验证本发明方法的可行性和有效性，在真实的环境下验证本发明方法。试验环境包括安装CentOS release5.6操作系统、开源HSS系统实现FHoSS、整合开源IMS实现系统Open IMS Core中P-CSCF服务器、I-CSCF服务器和S-CSCF服务器为分布式CSCF服务器，以及标准IMS客户端Boghe。

时延环境配置如表1所示.

表1

HSS服务器采用的是开源服务器FHoSS，按照标准的方式安装在分布式IMS拓扑结构之外。主要是存储鉴权签约计费相关的数据。Boghe客户端就是本发明中提到的用户，当按照一般的用户软件安装在Windows7系统中后，用户输入相应的信息，比如用户的SIP URI和相应分布式CSCF服务器的地址，就可以向分布式IMS系统进行注册，完成注册之后就可以在用户之间进行通信。分布式CSCF服务器按照本发明的方法首先将开源的Open IMS Core中P-CSCF服务器、I-CSCF服务器和S-CSCF服务器合并成为一个分布式CSCF服务器，然后按照本发明中的步骤就到分布式CSCF拓扑中，构建一个分布式CSCF拓扑环境。当有了这样一个分布式CSCF拓扑之后，用户就可以在分布式CSCF拓扑上进行注册，注册完成之后，就可以进行通信，获得相应的服务。通过以上的方法建立的试验系统，我们可以验证，当系统中分布式CSCF服务器由于故障突然离开的时候，由于分布式CSCF拓扑的自组织和自愈合能力，不会影响系统的服务。当系统的用户太多，需要增加服务能力的时候，我们可以在不影响系统服务能力的前提条件下，按照本发明中的方法动态的增加分布式CSCF服务器，提高整理的系统服务能力。当采用分布式系统之后，在同样的服务资源的条件下，系统的同时服务的用户数和用户建立通信时间进行测试并统计。

通过多次测试，采用本发明所论述的一种分布式CSCF服务器的拓扑构建算法，实现了对标准IMS架构中的会话控制功能服务器进行分布式改造，消除“单点失效”和“性能瓶颈”，同时提高系统的扩展性、抗灾能力和路由查找性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于分布式CSCF拓扑的通信方法，应用到一种分布式CSCF服务器中，该分布式CSCF服务器包括P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）接收来自网络操作员的服务器部署请求；

（2）判断服务器部署请求的类型是删除分布式CSCF服务器请求还是增加分布式CSCF服务器请求，若服务器部署请求是删除分布式CSCF服务器请求，则转到步骤（3），若服务器部署请求是增加分布式CSCF服务器请求，则转到步骤（4）；

（3）向注册在该待删除分布式CSCF服务器的用户发送注销请求，该待删除分布式CSCF服务器根据Chord算法离开网络，完成此次部署过程，然后过程结束；

（4）网络操作员根据服务器部署请求来配置启动节点，同时将P-CSCF模块、I-CSCF模块和S-CSCF模块进行功能合并成为分布式CSCF服务器；

（5）读取网络操作员配置的启动节点，并按照启动节点将待加入的分布式CSCF服务器加入分布式CSCF拓扑；

（6）分布式CSCF服务器接收来自用户的请求，并判断该请求是否是注册和注销请求，还是通话请求；若为注册和注销请求，则转入步骤（7），否则转入步骤（8）；

（7）该用户在分布式CSCF服务器上执行注册和注销过程，然后过程结束；

（8）该用户在分布式CSCF服务器执行通话过程。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤（7）包括以下子步骤：

（7-1）P-CSCF模块接收用户发送过来的注册和注销请求，并将该注册和注销请求转发给I-CSCF模块；

（7-2）I-CSCF模块判断注册和注销请求中的超时时间是否设置为0，若设置为0，则转到步骤（7-3），若不为0，则转到步骤（7-6）；

（7-3）分布式CSCF服务器将该注销请求转发给S-CSCF模块；

（7-4）S-CSCF模块执行用户的注销过程，并以注册和注销请求中会话建立协议的统一资源标识作为键，删除在分布式CSCF拓扑中存储的该URI对应的键值对；

（7-5）S-CSCF模块将注销成功通过I-CSCF模块和P-CSCF模块返回给用户,完成注册和注销过程；

（7-6）I-CSCF模块将注册请求转发给S-CSCF模块；

（7-7）S-CSCF模块向HSS发起鉴权请求，并判断鉴权请求是否失败，若失败则转到步骤（7-8），否则转到步骤（7-9）；

（7-8）S-CSCF模块将鉴权失败的结果通过I-CSCF模块和P-CSCF模块转发给用户，完成注册和注销过程；

（7-9）S-CSCF模块执行注册过程,在本地记录下用户的信息，并在分布式CSCF拓扑中查找作为键值的该用户的统一资源标识，并删除该键值对应的键值对；

（7-10）在分布式CSCF拓扑中以该用户的统一资源标识作为键，以S-CSCF模块的统一资源标识作为值，并将该键值对发布存储在分布式CSCF拓扑中；

（7-11）S-CSCF模块将注册成功的响应通过I-CSCF模块和P-CSCF模块返回给用户，完成注册和注销过程。

3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤（8）包括以下子步骤：

（8-1）P-CSCF模块收到用户的通话请求，并将该通话请求转发给S-CSCF模块；

（8-2）S-CSCF模块对该通话请求的用户进行鉴权，并判断鉴权是否通过，若没有通过，则转到步骤（8-3），否则转到步骤（8-4）；

（8-3）S-CSCF模块将鉴权失败的结果通过P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-4）S-CSCF模块以该通话请求中被呼叫者的统一资源标识作为键在分布式CSCF拓扑中进行查找，若没有查找到结果，说明被呼叫者还没有注册，然后进入步骤（8-5），否则转到步骤（8-6）；

（8-5）S-CSCF模块将未找到被叫的结果通过P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-6）S-CSCF模块将通话请求转发给查找得到的统一资源标识对应的被呼叫者的S-CSCF模块；

（8-7）被呼叫者的S-CSCF模块对被呼叫者进行鉴权，若被呼叫者的鉴权通过，则通话请求失败，并转到步骤（8-8），否则，则转到步骤（8-9）；

（8-8）被呼叫者的S-CSCF模块将鉴权未通过的结果通过呼叫者的S-CSCF模块和P-CSCF模块转发给用户，过程结束；

（8-9）被呼叫者的S-CSCF模块将通话请求通过被呼叫者的P-CSCF模块，转发给被呼叫者，并建立呼叫者和被呼叫者之间的通信；

（8-10）呼叫者或者被呼叫者接收到来自对方的Bye指令，通话过程结束。

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