CN103906225B - Ims终端注册风暴处理方法和边缘接入控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IMS终端注册风暴处理方法和边缘接入控制设备，涉及移动互联网技术领域。本方案对BAC的注册消息处理功能进行优化，当每秒注册刷新消息总量已超过最大核心网转发注册频率时，应由BAC先对超量的刷新注册进行本地响应，然后在下一个Register心跳窗口尝试将该用户的注册消息向核心网转发，该消息转发到核心网，核心网将启动注册鉴权，本次进程可视为前次因注册超量被延迟的核心网侧的注册更新。本发明对现有技术进行了优化和改进，使得BAC在应对IMS终端注册过载时更加科学实施消息的筛选和相应处理，不但能有效保护核心网免受过载攻击，而且能有效保护已有用户不受影响，实现服务的可靠性、稳定性和健壮性。

Description

IMS终端注册风暴处理方法和边缘接入控制设备

技术领域

本发明涉及移动互联网领域，特别涉及一种IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）终端注册风暴处理方法和边缘接入控制设备。

背景技术

【1】IMS简介

IMS是IP多媒体系统,是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。目前，IMS被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。

IMS技术最大的特点是将传统通讯系统中的业务、控制和接入部分完全分离开，各自成为一个体系，各体系间用统一标准的接口进行连接，这样的结构可以简化网络结构，节省投资，易于管理。

IMS的体系架构如下图1所示：

IMS的主要功能实体为呼叫会话控制功能CSCF（Call Session ControlFunction，呼叫会话控制功能），CSCF分为三类，分别是P（Proxy，代理）-CSCF，I（Interrogating，查询）-CSCF和S（Serving，服务）-CSCF。

P-CSCF：代理-呼叫会话控制功能，是代理服务器，为所有终端提供接入点，所有类型的终端设备的信令都要通过P-CSCF,由P-CSCF将其转换成SIP（Session InitiationProtocol，会话初始协议）信令，访问IMS网络。

I-CSCF：询问-呼叫会话控制功能，实际上是本地网络的第一个接入点，它负责将呼叫请求转到合适的S-CSCF，它会去询问HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器），哪个S-CSCF适合服务这个呼叫，然后将这个呼叫转到S-CSCF。

S-CSCF：业务-呼叫会话控制功能，为用户提供用户所请求的服务，如帮用户寻找被叫用户。它会从HSS中得到用户的配置信息，知道用户订阅了什么服务，再去访问相应的AS（Application Server，应用服务器），让AS提供具体的服务，它只是个服务定位者，不是提供者，一个IMS网络允许有多个S-CSCF，每个可以有不同的能力，HSS会根据用户的配置信息为他分配合适的S-CSCF。

其他重要的功能实体有HSS，负责保存用户数据和用户的业务签约数据。AS，存储并执行业务逻辑，提供各种IMS业务。

【2】BAC简介

边缘接入控制设备（Border Access Controller，BAC），位于IMS核心网络与IMS用户之间，为多种网络环境下的用户提供业务接入和互通；同时实现安全防护、媒体管理等功能，并配合承载网络实现QoS（服务质量）管理。图2示出BAC在IMS架构中的位置示意图。

BAC的上述功能由下列功能模块共同实现：接口功能模块、信令处理模块、媒体转接模块、安全防护模块、QoS模块、路由及资源控制管理模块、网络管理模块。图3示出BAC功能模块示意图。

BAC的核心功能为能实现不同网络环境下用户业务的互通，实现媒体的转接，路由及资源控制管理功能，辅助实现业务质量（QoS）保障功能，对核心网实现安全保护功能等。

不同网络环境的网络互通具体包括以下三种情况：用户处于私网、IMS核心网处于公网；用户处于公网、IMS核心网络处于私网；用户处于私网，IMS核心网处于另一私网。BAC能支持IMS/软交换业务在用户网络侧的FW/NAT（Network Address Transformation，网络地址转换）穿越。

在媒体转换方面，BAC应支持对媒体流的控制管理，可以实现对媒体的转接控制、统计、分析、带宽控制等功能。

BAC还要对消息进行正确的路由并进行资源管理。对超量的注册、呼叫等消息，BAC应进行筛选和处理，过量消息不能转发到核心网。BAC上应能定义相应的资源控制策略。

BAC支持数据包的优先级处理和QoS标记功能。BAC作为策略执行点与RACS（资源接纳控制子系统）的策略控制系统进行交互，并执行动态QoS策略的功能暂不要求。

BAC作为用户接入网和IMS核心网的应用层防火墙，可实现对IMS核心网的安全防护。

【3】IMS用户注册和心跳

在IMS网络中，用户通过BAC向核心网注册。对用户来说，核心网是不可见的，用户是向BAC发送注册消息。BAC只是用户的代理服务器，它将受到的消息向核心网转发，并向用户转发核心网回复的响应。

图4示出注册消息处理的信令示意图。如图4所示，用户的注册一般会起用鉴权功能，即用户的注册过程需要两个注册消息（Register），即第一个Register，和第二个Register消息，第一个注册消息将用户的账号发送给核心网，发起注册请求，网络以401响应通知用户要进行鉴权，鉴权信息在第二个Register消息中传送给核心网，待鉴权通过后，核心网再向注册用户发送注册成功的响应，响应重会包含一个过期值expire，表示本次注册的有效时间。用户必须在过期值到期前发送注册刷新消息，来保持用户在核心网的注册有效。否则，用户将被网络视为注册失效。

当用户注册完成后，用户会在注册有效期到期前，周期性地发送注册刷新Register消息，保持注册有效。

另外，在IMS网络中，用户和BAC之间也需要保持心跳。该心跳也可以采用Register消息，该心跳的目的是用户检查BAC的有效性，当BAC失效时，可重新选择备用的BAC继续获得服务。对于此类Register消息，BAC能够与注册刷新区分开来，直接以200OK本地响应该类消息，不向核心网转发。BAC通过计时器来区分是注册刷新还是BAC和用户间的心跳消息。当计时器到达注册刷新时间时，则判断该注册消是注册刷新，向网络转发。而还没有到达注册刷新之前的注册消息都是BAC与用户之间的心跳。当采用Register作为心跳时，BAC在向用户发送响应时注册有效期值expire改写为心跳周期的值（一般较短，如5分钟）。由BAC上的计时器决定收到的Register消息是应作为心跳本地回复还是作为注册刷新向核心网转发。

【4】IMS用户注册消息过量的常规处理方法

BAC位于IMS的边缘，负责为IMS网络汇集各类的IMS终端，由于IMS终端的数量巨大，并且用户接入IMS网络属于自发行为，具有不确定性。IMS网络会在短时期内收到非常密集的注册请求。一般为了防止核心网收到过密的消息或受到DDOS攻击，在BAC上会设置一些资源使用限制措施，如限定单位时间内（如每秒）处理注册消息的数量，将过量的注册消息丢弃，只转发在允许的转发量内的消息。

常规的BAC上丢弃超量注册消息时先丢弃初始注册Regsiter消息，然后开始丢弃超量的注册刷新消息。注册刷新消息超量时简单丢弃，这将导致在发生拥塞时，部分已注册的用户的注册刷新消息被丢弃，不能转发到核心网，该用户将被终止服务。图5A-5B示出基于BAC实现IMS终端注册风暴常规处理示意图。

为了实现用户服务最大程度的稳定、有保障，应寻找一种方法实现IMS终端注册风暴优化处理。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

本发明的一个目的是提供一种用于IMS终端注册风暴处理的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种IMS终端注册风暴处理方法，包括：

如果BAC判断当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则所述BAC对在所述当前单位时间内接收来自终端的注册刷新消息进行本地响应；

所述BAC接收到所述终端在下一心跳周期的注册心跳消息；

所述BAC将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息转发到核心网以进行注册刷新。

可选地，该方法还包括：如果BAC判断当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则所述BAC丢弃在所述当前单位时间内来自终端的初始注册消息。

可选地，BAC对在所述当前单位时间内接收来自终端的注册刷新消息进行本地响应包括：在所述当前单位时间内所述BAC接收到来自所述终端的注册刷新消息；所述BAC向所述终端返回200OK消息；所述BAC将所述终端记录在延期注册刷新终端列表；

和

所述BAC将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息转发到核心网包括：所述BAC判断所述终端是否位于所述延期注册刷新终端列表中，如果是，则所述BAC将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息转发到核心网。

可选地，该方法还包括：所述BAC接收来自核心网的401消息，将所述401消息转发给所述终端。

可选地，BAC根据计时器确定来自终端的注册消息为注册心跳消息或注册刷新消息。

根据本发明的另一方面，提供一种边缘接入控制设备，包括：

注册消息接收模块，用于接收来自终端的注册消息，所述注册消息包括注册刷新消息、注册心跳消息和初始注册消息；

注册消息响应模块，用于接收来自所述注册消息接收模块的注册消息，向所述终端进行本地响应；

注册消息转发模块，用于接收来自所述注册消息接收模块的注册消息，向核心网转发所述注册消息；

消息转发控制模块，用于接收来自所述注册消息接收模块的注册消息，获取当前单位时间内向核心网转发的注册消息的数量，如果当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则将所述终端的注册刷新信息发送给所述注册消息响应模块以进行本地响应，且将在下一心跳周期接收的所述终端的注册心跳消息作为注册刷新消息发送给所述注册消息转发模块以转发到核心网进行注册刷新。

可选地，如果当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，所述消息转发控制模块还用于丢弃在所述当前单位时间内来自终端的初始注册消息。

可选地，消息转发控制模块将注册刷新消息发送给所述注册消息响应模块，并在延期注册刷新终端列表中增加所述终端记录；在下一心跳周期接收的所述终端的注册心跳消息后，判断所述终端是否位于所述延期注册刷新终端列表中，如果是，则将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息发送给所述注册消息转发模块以转发到核心网进行注册刷新。

可选地，注册消息响应模块通过向终端发送200OK消息进行本地响应。

可选地，注册消息接收模块根据计时器确定来自终端的注册消息为注册心跳消息或注册刷新消息。

本发明的一个优点在于，通过对现有技术进行了优化和改进，使得BAC在应对IMS终端注册过载时更加科学实施消息的筛选和相应处理，不但能有效保护核心网免受过载攻击，而且能有效保护已有用户不受影响，实现服务的可靠性、稳定性和健壮性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1示出IMS系统架构示意图。

图2示出BAC在IMS架构中的位置示意图。

图3示出BAC的功能模块示意图。

图4示出注册消息处理的信令示意图。

图5A-5B示出基于BAC实现IMS终端注册风暴常规处理示意图。

图6示出根据本发明的IMS终端注册风暴处理方法的一个实施例的流程图。

图7示出根据本发明的IMS终端注册风暴处理方法的另一个实施例的流程图。

图8示出根据本发明的边缘接入控制设备的一个实施例的结构图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供一种基于边缘接入控制设备实现的IMS终端注册过载时优化处理的方案，主要思路是：对BAC的资源控制模块的注册消息处理功能进行优化，当每秒注册刷新消息总量已超过最大核心网转发注册频率时，应由BAC先对超量的刷新注册进行本地响应，然后在下一个Register心跳窗口尝试将该用户的注册消息向核心网转发，该消息转发到核心网，核心网将启动注册鉴权，本次进程可视为前次因注册超量被延迟的核心网侧的注册更新。

图6示出根据本发明的IMS终端注册风暴处理方法的一个实施例的流程图。

如图6所示，步骤602，BAC判断当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量。

步骤604，BAC对在当前单位时间内接收来自终端的注册刷新消息进行本地响应。BAC对终端发送200OK消息，将该终端的例如标识信息记录在延期注册刷新终端列表。

步骤606，BAC接收到该终端在下一心跳周期的注册心跳消息。

步骤608，BAC将终端的注册心跳消息作为终端的注册刷新消息转发到核心网以进行注册刷新。BAC判断终端是否记录在延期注册刷新终端列表中，如果是，则将该终端的注册心跳消息作为注册刷新消息转发到核心网以进行该终端的注册刷新进程，并将该终端从延期注册刷新终端列表中删除。

在一个实施例中，如果BAC判断当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则BAC丢弃在当前单位时间内随后来自终端的初始注册消息。

上述实施例中，通过在BAC上设计更完善的针对IMS终端过载的消息处理进行优化，实现最大程度上保障IMS上已注册用户的注册稳定可靠，不受注册风暴影响，同时可以将密集的注册刷新行为分散到不同时间片，缓解注册拥塞。

通过将注册刷新延迟到下一心跳周期内进行，使得原本密集在一个时间段内进行注册刷新行为分散到多个时间片内，实现一定程度上的均分，有效地缓解了注册刷新的拥塞，是一种有效的平缓注册拥塞的手段。

图7示出根据本发明的IMS终端注册风暴处理方法的另一个实施例的流程图。

如图7所示，步骤701，边缘接入控制设备（BAC）判断向核心网转发的注册消息超量。

步骤702，UE（终端）在注册刷新周期发送注册刷新消息Register。

步骤703，BAC发现遭遇过量注册，注册刷新消息超量，BAC确定对本应转发到核心网的注册刷新Register消息进行本地回应，并记录该终端在延迟刷新列表中。

步骤704，BAC向UE发送200OK进行响应，UE收到注册刷新的响应200OK，保持注册状态。

步骤705，下一个心跳周期到达（如5分钟），用户发送作为心跳的Register注册消息。

步骤706，BAC判断该终端位于延迟刷新列表中，对该注册消息进行转发，发送到核心网，进行注册刷新的鉴权流程。

步骤707，核心网向BAC发送401消息要求鉴权，BAC将401消息转发给UE。

步骤708，UE发送携带鉴权信息的注册消息，经过BAC转发到核心网。

步骤709，核心网鉴权完毕，发送200OK响应，并刷新保持核心网上的用户注册状态。

下面介绍基于边缘接入控制设备实现的IMS终端注册过载时消息筛选优化的实现流程的一个应用例。该应用例中，假设BAC上设置最大向核心网转发注册消息的速率为每秒A条，IMS终端注册消息数量为每秒B条，其中注册刷新消息为每秒C条。具体流程如下：

1）假设若B<A，即IMS终端的注册消息小于BAC允许向核心网转发的注册消息上限，BAC全部转发注册消息。若B>A，即IMS终端注册消息已经超过BAC允许向核心网转发的注册消息上限，BAC需根据筛选策略优先转发注册刷新消息。

2）若C<A，即注册刷新消息小于BAC允许向核心网转发的注册消息上限，BAC全部转发注册刷新消息，并可转发部分其它类型的注册消息，若C>A，即注册刷新消息已超过BAC允许向核心网转发的注册消息上限，则BAC需要对超量的注册刷新消息进行特殊处理而不是直接丢弃。

3）BAC对过量的注册刷新消息进行本地响应，即直接回复200OK。

4）下一个心跳周期到来时，IMS终端发送Register心跳消息，BAC对该心跳消息不是本地响应，而是向核心网转发，核心网以401要求用户注册进行鉴权，BAC再转发核心网的响应，完成带鉴权的注册更新，以此补偿上一次因注册拥塞而被延迟的注册刷新进程，用户仍可成功实现刷新周期内的注册更新。

上述应用例中，在发生注册风暴时，根据注册的类型进行消息筛选，并进行相应的流程优化处理，最大程度上保障已注册用户的服务不受注册风暴影响，保证已注册用户服务的稳定可靠。

图8示出根据本发明的边缘接入控制设备的一个实施例的结构图。如图8所示，该设备包括：

注册消息接收模块81，用于接收来自终端的注册消息，注册消息包括注册刷新消息、注册心跳消息和初始注册消息；注册消息接收模块81根据计时器确定来自终端的注册消息为注册心跳消息或注册刷新消息；

注册消息响应模块83，用于接收来自注册消息接收模块的注册消息，向终端进行本地响应；注册消息响应模块83可以通过向终端发送200OK消息进行本地响应；

注册消息转发模块84，用于接收来自注册消息接收模块的注册消息，向核心网转发注册消息；

消息转发控制模块82，用于接收来自注册消息接收模块的注册消息，获取当前单位时间内向核心网转发的注册消息的数量，如果当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则将终端的注册刷新信息发送给注册消息响应模块以进行本地响应，且将在下一心跳周期接收的终端的注册心跳消息作为注册刷新消息发送给注册消息转发模块以转发到核心网进行注册刷新。

在一个实施例中，如果当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，消息转发控制模块还用于丢弃在当前单位时间内来自终端的初始注册消息。

在一个实施例中，消息转发控制模块将注册刷新消息发送给注册消息响应模块进行本地响应的终端记录在延期注册刷新终端列表中；在下一心跳周期接收的终端的注册心跳消息后，判断该终端是否位于延期注册刷新终端列表中，如果是，则将该终端的注册心跳消息作为注册刷新消息发送给注册消息转发模块以转发到核心网进行注册刷新。

本方案对现有技术进行了优化和改进，使得BAC在应对IMS终端注册过载时更加科学实施消息的筛选和相应处理，不但能有效保护核心网免受过载攻击，而且能有效保护已有用户不受影响，实现服务的可靠性、稳定性和健壮性。

至此，已经详细描述了根据本发明的IMS终端注册风暴处理方法和BAC。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种IMS终端注册风暴处理方法，其特征在于，包括：

如果边缘接入控制设备判断当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则所述边缘接入控制设备对在所述当前单位时间内接收来自终端的注册刷新消息进行本地响应；

所述边缘接入控制设备接收到所述终端在下一心跳周期的注册心跳消息；

所述边缘接入控制设备将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息转发到核心网以进行注册刷新；

其中，所述边缘接入控制设备对在所述当前单位时间内接收来自终端的注册刷新消息进行本地响应包括：

在所述当前单位时间内所述边缘接入控制设备接收到来自所述终端的注册刷新消息；

所述边缘接入控制设备向所述终端返回200OK消息；

所述边缘接入控制设备将所述终端记录在延期注册刷新终端列表；

和

所述边缘接入控制设备将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息转发到核心网包括：

所述边缘接入控制设备判断所述终端是否位于所述延期注册刷新终端列表中，如果是，则所述边缘接入控制设备将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息转发到核心网；

所述方法还包括：

如果边缘接入控制设备判断当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则所述边缘接入控制设备丢弃在所述当前单位时间内来自终端的初始注册消息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述边缘接入控制设备接收来自核心网的401消息，将所述401消息转发给所述终端。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边缘接入控制设备根据计时器确定来自终端的注册消息为注册心跳消息或注册刷新消息。

4.一种边缘接入控制设备，其特征在于，包括：

注册消息接收模块，用于接收来自终端的注册消息，所述注册消息包括注册刷新消息、注册心跳消息和初始注册消息；

注册消息响应模块，用于接收来自所述注册消息接收模块的注册消息，向所述终端进行本地响应；

注册消息转发模块，用于接收来自所述注册消息接收模块的注册消息，向核心网转发所述注册消息；

消息转发控制模块，用于接收来自所述注册消息接收模块的注册消息，获取当前单位时间内向核心网转发的注册消息的数量，如果当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，则将所述终端的注册刷新信息发送给所述注册消息响应模块以进行本地响应，且将在下一心跳周期接收的所述终端的注册心跳消息作为注册刷新消息发送给所述注册消息转发模块以转发到核心网进行注册刷新；

其中，所述消息转发控制模块将注册刷新消息发送给所述注册消息响应模块，并在延期注册刷新终端列表中增加所述终端记录；在下一心跳周期接收的所述终端的注册心跳消息后，判断所述终端是否位于所述延期注册刷新终端列表中，如果是，则将所述终端的注册心跳消息作为所述终端的注册刷新消息发送给所述注册消息转发模块以转发到核心网进行注册刷新；

如果当前单位时间内向核心网转发的注册消息已经超过最大单位时间注册消息转发量，所述消息转发控制模块还用于丢弃在所述当前单位时间内来自终端的初始注册消息。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述注册消息响应模块通过向终端发送200OK消息进行本地响应。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述注册消息接收模块根据计时器确定来自终端的注册消息为注册心跳消息或注册刷新消息。