CN105578615A - 用于应急通信的ims架构下交换设备间互联方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法及系统，包括：P-CSCF服务器接收终端发送的服务请求，并将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的S-CSCF服务器；由S-CSCF服务器协同P-CSCF服务器、I-CSCF服务器、SLF数据库和UDC服务器，在接入地提供服务请求对应的服务；对IP网络中多节点间交换设备采用组播方式进行数据传输。本发明采用活跃用户数据同步技术、应用层组播转发技术和单播组播混合转发技术，实现应急移动通信系统机动性强，开通迅速，应用灵活，组网方便的特点。

Description

用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种IMS架构下交换设备间的互联方法及系统。
背景技术
当今社会人们对安全和生命日益重视。伴随着一系列的突发事件诸如地震、火灾、恐怖事件等不断发生，社会要求应急移动通信系统需要具备在短时间内迅速搭建起一个小型专属移动通信网络的能力，通过中继链路实现与其它通信网络的互联互通。
应急移动通信系统应满足以下三类情形下的应急通信需求：
(1)在无既设通信网络地区，如在边疆、海岛等偏远地区突发危机，需要在事发区域临时架设通信系统保障区内人员通信；
(2)在既设通信网络遭受毁损的地区，如汶川大地震这样毁灭性的灾害面前，包括通信、交通、电力等在内的基础设施完全被毁，灾区成为了一座孤城，这时就需要快速恢复通信设施提供服务；
(3)在既设通信网络业务量突发，信道拥塞的地区，如在“鸟巢”举行大型演唱会，数以万计的歌迷集中在一起，场馆周边区域的通信设施长时间处在饱和状态运行，当某一时刻通信峰值的出现会使设备瘫痪直至中断。
除此以外，传统的应急通信系统由于对图像和视频的支持度比较低，无法提供急需的指挥调度的功能。尤其是在重大恐怖事件的处理过程中，对图像和视频回传的使用需求非常强烈，现场的实时进展情况是领导做出决定的重要依据，但是现有的应急通信系统无法满足上述需求。
IMS(IP多媒体系统，IPMultimediaSubsystem)采用SIP作为主要呼叫协议，除了提供基本的话音服务外，利用SIP/SDP协议强大的媒体描述能力，在会话建立的时候可以交互音频、视频、图像等更多的媒体形式，实现基于会话的多媒体业务，从而带给用户更丰富的业务体验。如何将IMS应用到现有的应急通信系统，弥补现有在视频和音频上的缺陷，是当前应急通信系统研究的一个重要方向。
但是，IMS应用到应急通信系统也存在以下问题需要解决：
(1)IMS所有业务处理信令都要回到归属网络，业务环境由归属网络提供。终端无论是漫游还是从其他网络接入，先由拜访本地代理P-CSCF(呼叫会话控制功能，P-CallSessionControlFunction)接入到IMS中，通过本地查询I-CSCF(呼叫会话控制功能，I-CallSessionControlFunction)查询其归属HSS(归属用户服务器，HomeSubscriberServer)得到归属服务地的服务S-CSCFF(呼叫会话控制功能，S-CallSessionControlFunction)的地址。在路由到归属地的S-CSCF控制用户业务并根据用户签约数据将业务触发到AS或第三方的应用上，从而保障了业务的一致性、简单性，使用户无论在何处接入，采用何种接入方式均可享受与在归属地一样的业务感受。
这种架构在网络固定部署，交换设备间链路稳定可靠的情况下，可以充分保障为用户提供一致性的服务。但作为应急移动通信系统，开通迅速、应用灵活、组网方便是其区别于固定网络的优势，提供应急情况下的基本服务是其使命，在交换设备间链路不稳定无法保障质量的时候，归属地服务原则已经成为IMS技术在应急通信领域中使用的最大障碍。
(2)面对应急通信中快速组网的使用场景，IMS架构中节点间的互联往往没有时间去配置邻居信息，也无法获知邻居节点信息。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间的互联方法及系统，采用活跃用户数据同步技术、应用层组播转发技术和单播组播混合转发技术，实现应急移动通信系统机动性强，开通迅速，应用灵活，组网方便的特点。
为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间的互联方法，包括如下步骤：
步骤S1，代理呼叫会话控制P-CSCF服务器接收终端发送的服务请求，并将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的服务呼叫会话控制S-CSCF服务器，其中，所述服务请求包括注册请求、注销请求和/或会话建立请求；
步骤S2，由所述S-CSCF服务器协同所述P-CSCF服务器、查询呼叫会话控制I-CSCF服务器、签约位置功能SLF数据库和用户数据融合UDC服务器，在接入地提供所述服务请求对应的服务，以对注册、注销和建立会话的用户在多节点间冗余备份数据；
步骤S3，对IP网络中多节点间交换设备采用组播方式进行数据传输，包括：对每个节点内交换设备上的SLF配置统一的组播地址，当一个节点的SLF有数据要发送时，将该数据通过预设的互联网口发送至所述组播地址对应的全部节点的SLF上。
进一步，对于注册请求或注销请求，S-CSCF服务器提供服务的步骤如下：
所述S-CSCF服务器在接收到经过所述P-CSCF服务器合法性检查后的注册请求或注销请求时，向所述UDC服务器发送用户信息查询请求，并接收所述UDC服务器返回用户信息；
所述S-CSCF服务器根据所述用户信息计算鉴权参数，发送至所述终端，并接收所述终端返回的鉴权结果，对所述终端进行注册，更新所述终端的当前服务位置并获取签约数据，注册完成后，设置所述终端对应的用户为活跃用户；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步注册或注销的所述用户数据。
进一步，对于服务请求，S-CSCF服务器提供服务的步骤如下：
所述S-CSCF服务器在接收到所述P-CSCF服务器合法性检查后的会话建立请求时，判断存在用户数据且用户状态正常时，获取用户数据，并将所述会话建立请求发送至目的用户接入地P-CSCF；
由所述目的用户接入地P-CSCF将所述会话建立请求转发给终端的用户，所述终端在接收到所述会话建立请求后返回响应，建立会话；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步会话建立的所述用户数据。
进一步，在所述步骤S3中，对每个节点的SLF配置预设SlfMultiP私有协议，每个节点的SLF根据该SlfMultiP私有协议在应用层将数据以组播形式转发至相邻节点SLF，其中，所述SlfMultiP私有协议至少包括以下内容：记录数据转发路径AVP_Path、用于记录数据始发地址AVP_Orig和记录数据最大转发次数AVP_TTL。
进一步，在所述步骤S3中，
当由支持组播协议的节点转发至不支持组播协议的节点时，将要转发的组播数据调用单播接口通过单播链路发送，以将组播方式转换为单播方式；
当由不支持组播协议的节点转发至支持组播协议的节点时，将要转发的单播数据调用组播接口通过组播链路发送，以将单播方式转换为组播方式。
根据本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，采用IMS技术构建统一的业务交换平台，满足用户对对语音，低、中、高速数据、短信、图片/图像传输、IP电话等定制化多媒体业务服务需求的同时，采用活跃用户数据同步技术、应用层组播转发技术和单播组播混合转发技术，实现应急移动通信系统机动性强，开通迅速，应用灵活，组网方便的特点。本发明在充分发挥IMS平台开发性的同时，灵活部署应用服务器以满足用户对业务定制化需求，保留原有应急移动通信系统开通迅速、应用灵活、组网方便，在设备间链路质量无法保障的情况下，尽力为用户在系统间漫游时提供基本服务的能力。本发明可应用于交换节点间具有IP承载网的交换环境，在IP承载网上进行IMS体系交换设备间互联，可应用于需要具备高抗毁性、自组网功能的IMS核心交换网络。同时，该技术的主要需求以分布式可变拓扑网络为主，与其应用领域相同，可应用于军用、警用、油田、煤矿、城市应急等领域。本发明可以应用于专用固定通信、移动通信系统中，满足该领域内对复杂可变网络环境、IP链路不稳定的情况下保障用户漫游互通，并提供IMS体系的开放业务环境。
本发明实施例还提出一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，包括：会话控制子系统、用户数据融合UDC服务器和电路交换子系统，其中，所述会话控制子系统包括：代理呼叫会话控制P-CSCF服务器、服务呼叫会话控制S-CSCF服务器、查询呼叫会话控制I-CSCF服务器和签约位置功能SLF数据库，所述电路交换子系统包括会话发起协议网关SipGw设备，其中，所述P-CSCF服务器、S-CSCF服务器和I-CSCF服务器分别与所述UDC服务器和所述SipGw设备相连，所述SLF数据库与所述UDC服务器相连，所述P-CSCF服务器通过所述SipGw设备与终端进行通信，用于接收所述终端发送的服务请求，并对所述服务请求进行合法性检查，将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的S-CSCF服务器，其中，所述服务请求包括注册请求、注销请求和/或会话建立请求；所述S-CSCF服务器协同所述P-CSCF服务器、I-CSCF服务器、SLF数据库和所述UDC服务器，在接入地提供所述服务请求对应的服务，以对注册、注销和建立会话的用户在多节点间冗余备份数据；所述签约位置功能SLF数据库还用于配置统一的组播地址，当一个节点的SLF有数据要发送时，将该数据通过预设的互联网口发送至所述组播地址对应的全部节点的SLF上。
进一步，对于所述注册请求或注销请求，所述S-CSCF服务器提供服务的过程如下：
所述S-CSCF服务器在接收到经过所述P-CSCF服务器合法性检查后的注册请求或注销请求时，向所述UDC服务器发送用户信息查询请求，并接收所述UDC服务器返回用户信息；
所述S-CSCF服务器根据所述用户信息计算鉴权参数，发送至所述终端，并接收所述终端返回的鉴权结果，对所述终端进行注册，更新所述终端的当前服务位置并获取签约数据，注册完成后，设置所述终端对应的用户为活跃用户；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步注册或注销的所述用户数据。
进一步，对于所述服务请求，S-CSCF服务器提供服务的步骤如下：
所述S-CSCF服务器在接收到所述P-CSCF服务器合法性检查后的会话建立请求时，判断存在用户数据且用户状态正常时，获取用户数据，并将所述会话建立请求发送至目的用户接入地P-CSCF；
由所述目的用户接入地P-CSCF将所述会话建立请求转发给终端的用户，所述终端在接收到所述会话建立请求后返回响应，建立会话；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步会话建立的所述用户数据。
进一步，每个节点上的所述SLF配置有预设SlfMultiP私有协议，每个节点的SLF根据该SlfMultiP私有协议在应用层将数据以组播形式转发至相邻节点SLF，其中，所述SlfMultiP私有协议至少包括以下内容：记录数据转发路径AVP_Path、用于记录数据始发地址AVP_Orig和记录数据最大转发次数AVP_TTL。
进一步，当由支持组播协议的节点转发至不支持组播协议的节点时，发送方节点上的SLF将要转发的组播数据调用单播接口通过单播链路发送，以将组播方式转换为单播方式；当由不支持组播协议的节点转发至支持组播协议的节点时，发送方节点上的SLF将要转发的单播数据调用组播接口通过组播链路发送，以将单播方式转换为组播方式。
根据本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，采用IMS技术构建统一的业务交换平台，满足用户对对语音，低、中、高速数据、短信、图片/图像传输、IP电话等定制化多媒体业务服务需求的同时，采用活跃用户数据同步技术、应用层组播转发技术和单播组播混合转发技术，实现应急移动通信系统机动性强，开通迅速，应用灵活，组网方便的特点。本发明在充分发挥IMS平台开发性的同时，灵活部署应用服务器以满足用户对业务定制化需求，保留原有应急移动通信系统开通迅速、应用灵活、组网方便，在设备间链路质量无法保障的情况下，尽力为用户在系统间漫游时提供基本服务的能力。本发明可应用于交换节点间具有IP承载网的交换环境，在IP承载网上进行IMS体系交换设备间互联，可应用于需要具备高抗毁性、自组网功能的IMS核心交换网络。同时，该技术的主要需求以分布式可变拓扑网络为主，与其应用领域相同，可应用于军用、警用、油田、煤矿、城市应急等领域。本发明可以应用于专用固定通信、移动通信系统中，满足该领域内对复杂可变网络环境、IP链路不稳定的情况下保障用户漫游互通，并提供IMS体系的开放业务环境。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法的流程图；
图2(a)和图2(b)为根据本发明实施例的终端注册或注销过程中用户数据同步的流程图；
图3为根据本发明实施例的终端会话建立过程中用户数据同步的流程图；
图4为根据本发明实施例的多节点间交换设备组网(无环路)的示意图；
图5为根据本发明实施例的多节点间交换设备组网(有环路)的示意图；
图6为根据本发明实施例的SlfMultiP协议处理机制的流程图；
图7为根据本发明实施例的多节点间交换设备组网(含不支持组播链路)的示意图；
图8为根据本发明一个实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统的结构图；
图9为根据本发明另一个实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提出一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法及系统，属于通信核心网交换技术领域，通过在IMS架构中I-CSCF、S-CSCF、HSS和SLF(SubscriptionLocatorFunction，签约位置功能)数据库网元间修改或增加相应的信令过程进行活跃用户数据同步，再利用应用层组播转发技术完成信令传输，从而在处置突发情况、需要多套系统快速组网以完成通信覆盖的情况下，充分发挥应急通信系统中交换设备快速开通，灵活组网的优势。
下面对CSCF服务器、SLF数据库和UDC服务器的功能进行说明。
(1)CSCF服务器主要完成用户注册管理和会话管理功能，其主要包括查询I-CSCF服务器、服务S-CSCF服务器和代理P-CSCF服务器。
(2)SLF数据库用于用户签约数据的定位，找到某个用户的签约数据存储在哪个HSS中。
(3)UDC服务器为了做到用户数据融合，存储网内所有用户数据，通过HSS-FE提供面向其他网元的HSS功能。
图1为根据本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，包括如下步骤：
步骤S1，代理呼叫会话控制P-CSCF服务器接收终端发送的服务请求，并将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的服务呼叫会话控制S-CSCF服务器。其中，服务请求包括注册请求、注销请求和/或会话建立请求。
步骤S2，由S-CSCF服务器协同P-CSCF服务器、查询呼叫会话控制I-CSCF服务器、签约位置功能SLF数据库和用户数据融合UDC服务器，在接入地提供服务请求对应的服务，以对注册、注销和建立会话的用户在多节点间冗余备份数据，完成活跃用户数据的同步。通过在I-CSCF服务器、S-CSCF服务器、SLF数据库和UDC服务器之间，修改和增加相应信令过程，以保障注册或注销的用户可以在多节点间冗余备份数据、成功建立会话的相关用户可以在多节点间冗余备份数据，从而当网络中某一节点被毁或者与此节点连接的物理链路被毁时，此节点下的活跃用户可以漫游到其他节点下接受服务。
下面分别对注册请求、注销请求和服务请求的服务过程进行说明。
1)注册请求或注销请求
S-CSCF服务器在接收到经过P-CSCF服务器合法性检查后的注册请求或注销请求时，向UDC服务器发送用户信息查询请求，并接收UDC服务器返回用户信息。S-CSCF服务器根据用户信息计算鉴权参数，发送至终端，并接收终端返回的鉴权结果，对终端进行注册，更新终端的当前服务位置并获取签约数据。注册完成后，设置终端对应的用户为活跃用户；接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步注册或注销的用户数据。
图2(a)和图2(b)为根据本发明实施例的终端注册或注销过程中用户数据同步的流程图。
(1)终端发送REGISTER请求(注册请求)到P-CSCF服务器；
(2)P-CSCF服务器收到注册请求后，进行消息合法性检查，然后将注册请求发送到I-CSCF服务器；
(3)I-CSCF服务器收到注册请求后不再查询HSS取得归属S-CSCF服务器地址，而是直接指派本地S-CSCF服务器为此用户进行服务，因此I-CSCF服务器将REGISTER请求发送到本地S-CSCF服务器；
(4)S-CSCF服务器收到REGISTER消息后，发送SlfQueryUserInfo消息(用户信息查询请求)到UDC服务器，查询用户信息；
(5)当本地不存在此用户信息后执行以下6)～11)；
(6)UDC服务器向SLF查询此用户归属位置；
(7)SLF向邻居SLF发送查询请求；
(8)归属地SLF收到查询请求后向本地UDC服务器查询用户信息；
(9)如果用户存在，则UDC服务器返回此用户信息给归属地SLF；
(10)归属地SLF将用户信息发回给发送查询请求的接入地SLF；
(11)接入地SLF收到后，将用户信息发送到UDC服务器；
(12)UDC服务器返回用户数据给接入地S-CSCF服务器；
(13)S-CSCF服务器根据用户信息计算鉴权数据，发送401响应(未授权)到I-CSCF服务器；
(14)I-CSCF服务器转发401响应(未授权)到P-CSCF服务器；
(15)P-CSCF服务器转发401响应(未授权)到终端；
(16)终端根据鉴权参数计算鉴权结果，并发送REGISTER消息至P-CSCF服务器；
(17)P-CSCF服务器转发REGISTER消息至I-CSCF服务器；
(18)I-CSCF服务器转发REGISTER消息至S-CSCF服务器；
(19)S-CSCF服务器对终端鉴权结果进行比较，完成终端注册，并发送200给I-CSCF服务器；
(20)I-CSCF服务器转发200响应(OK)给P-CSCF服务器；
(21)P-CSCF服务器转发200响应(OK)到终端；
(22)在18)S-CSCF服务器完成终端注册的同时，S-CSCF服务器向UDC服务器请求更新终端当前服务位置，得到终端的全部签约信息；
(23)UDC服务器发送SlfSyncUserLocInfo给SLF，向归属地UDC服务器同步终端位置，并请求终端签约数据；
(24)接入地SLF转发SlfSyncUserLocInfo给归属地SLF；
(25)归属地SLF转发SlfSyncUserLocInfo给归属地UDC服务器；
(26)归属地UDC服务器返回终端签约数据给归属地SLF；
(27)归属地SLF转发SlfSyncUserLocInfoRsp给接入地SLF；
(28)接入地SLF发送此数据给本地UDC服务器进行存储；
(29)接入地UDC服务器收到终端签约数据后发送给S-CSCF服务器；
(30)当用户成功注册后系统认为此用户为活跃用户，通过31)～32)完成节点间同步过程；
(31)接入地SLF发送SlfSyncUserLocInfo与其他节点同步用户数据；
(32)其他节点SLF收到SlfSyncUserLocInfo后发送给本地UDC服务器进行数据存储。
2)服务请求
S-CSCF服务器在接收到P-CSCF服务器合法性检查后的会话建立请求时，判断存在用户数据且用户状态正常时，获取用户数据，并将会话建立请求发送至目的用户接入地P-CSCF。由目的用户接入地P-CSCF将会话建立请求转发给终端的用户，终端在接收到会话建立请求后返回响应，建立会话。接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步会话建立的用户数据。
图3为根据本发明实施例的终端会话建立过程中用户数据同步的流程图。
(1)终端发送INVITE请求到P-CSCF服务器；
(2)P-CSCF服务器验证INVITE请求的合法性，转发给本地S-CSCF服务器提供服务，即接入地服务；
(3)当本地UDC服务器不存在此用户数据时，通过4)～12)进行数据查询；
(4)S-CSCF服务器发送查询请求给UDC服务器；
(5)UDC服务器收到查询请求后，发现无此用户，发送SlfQueryUserLocInfo给SLF；
(6)SLF以组播方式发送SlfQueryUserLocInfo；
(7)邻居SLF收到SlfQueryUserLocInfo后，转发给本地UDC服务器；
(8)归属地UDC服务器收到查询请求后，将用户数据返回给本地SLF；
(9)SLF发送SlfQueryUserLocInfoRsp给接入地SLF；
(10)接入地SLF返回给接入地UDC服务器；
(11)其他非归属节点SLF收到SlfQueryUserLocInfo后转发给本地UDC服务器；
(12)其他非归属节点UDC服务器收到SlfQueryUserLocInfo后查询此用户非本地归属用户，不响应此请求；
(13)当本地UDC服务器存在此用户数据，但用户状态非法时，完成14)～17)；
(14)S-CSCF服务器发送查询请求给UDC服务器；
(15)UDC服务器查找此用户状态未激活，返回失败给S-CSCF服务器；
(16)S-CSCF服务器返回相应4XX消息给P-CSCF服务器，转发到终端；
(17)同时S-CSCF服务器通知SLF此用户无效；
(18)当本地UDC服务器存在此用户数据，且用户状态合法，但用户位置信息未更新或不准确造成目的不可达，完成19)～23)；
(19)S-CSCF服务器发送查询请求给UDC服务器；
(20)UDC服务器查找此用户状态正常，返回数据给S-CSCF服务器；
(21)S-CSCF服务器根据返回的查询响应中用户位置数据，向目的用户接入地I-CSCF服务器发送INVITE；
(22)由于目的用户位置不可用或终端无响应，S-CSCF服务器发送4XX响应该P-CSCF服务器，转发到终端；
(23)同时S-CSCF服务器通知SLF此用户无效；
(24)当UDC服务器中此用户状态正常时，S-CSCF服务器发送查询请求给UDC服务器；
(25)UDC服务器查找此用户状态正常，返回数据给S-CSCF服务器；
(26)S-CSCF服务器根据返回的查询响应中用户位置数据，向目的用户接入地I-CSCF服务器发送INVITE；
(27)目的用户接入地I-CSCF服务器转发INVITE请求给S-CSCF服务器；
(28)目的用户接入地S-CSCF服务器转发INVITE请求给P-CSCF服务器；
(29)目的用户接入地P-CSCF服务器转发INVITE请求给用户，用户返回响应，此会话建立。
在经过上面两个信令过程之后，网络中多个节点均保存已经注册和成功建立会话的用户数据，当此用户的归属节点不能正常工作的情况下，用户接入节点直接根据本地用户冗余数据提供服务，完成接入地服务功能。
综上，本发明基于IMS技术，通过适当改造P-CSCF服务器、I-CSCF服务器、S-CSCF服务器、SLF数据库和UDC服务器之间信令过程，将原有IMS体系中归属地服务原则转变为接入地服务，不仅保留了IMS架构下交换平台的开放性，通过添加不同应用服务器支持丰富的多媒体应用的特性，而且提高了交换设备的抗毁性，活跃用户数据在交换设备间同步。当某一节点被摧毁后，该节点下已入网用户可以在相邻节点不进行任何用户信息配置的情况下入网，完成业务服务。
步骤S3，对IP网络中多节点间交换设备采用组播方式进行数据传输，包括：对每个节点内交换设备上的SLF配置统一的组播地址，当一个节点的SLF有数据要发送时，将该数据通过预设的互联网口发送至组播地址对应的全部节点的SLF上。
针对应急通信中需要快速组网的使用场景，IMS架构中节点间的设备互联往往没有时间去配置邻居信息，更多可能也不会知道邻居节点信息。
为解决上述问题，本发明在SLF软件中，使用组播技术在不预先配置邻居节点数据的情况下完成设备的自组网互联。
组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送的形式发送到某个确定的节点集合(即组播组)，其基本思想是：源主机(即组播源)在发送数据时将目的地地址指定为D类地址(224.0.0.0—239.255.255.255)中的一个组播地址，凡是加入到此组播组中的所有主机都可收到相同的此数据，而其他未加入的主机则收不到。
为在节点间使用组播技术，采取以下措施：
(1)节点内交换设备中SLF要设置统一的组播组地址；
(2)需要规定在交换设备上用于组网的网口，节点交换设备删的SLF互联时使用这类网口进行互联；
(3)节点内交换设备中SLF要配置用于互联的网口地址。
当SLF启动后，它首先声明自己加入这个组播组。当有数据需要发送时，本地节点上的SLF将数据通过每个互联网口发送出去，其他节点上的SLF就会收到此数据。
图4为根据本发明实施例的多节点间交换设备组网(无环路)的示意图。
如图4所示，A节点分别与B节点、C节点和D节点互联。当A节点上的SLF发送组播数据，B节点、C节点、和D节点的SLF均会收到该组播数据。如果是在D节点发送数据，则B节点和C节点收不到。这是因为节点间无环路出现，这时在IP层转发组播数据是没有问题的。
图5为根据本发明实施例的多节点间交换设备组网(有环路)的示意图。
如图5所，节点间有环路出现的情况下，在IP层转发组播数据会引起网络风暴，即数据由节点A发给节点B，节点B转发给节点C，节点C再转发给节点A，形成恶性循环。
具体地，在本步骤中，对每个节点的SLF配置预设SlfMultiP私有协议，每个节点的SLF根据该SlfMultiP私有协议在应用层将数据以组播形式转发至相邻节点SLF。
表1示出了SlfMultiP私有协议的消息结构。如表1所示，SlfMultiP由20字节消息头和N字节消息内容组成，其中N字节消息内容是由若干个avp组成。SlfMultiP中AVP的消息结构如表2所示。
表1
在SlfMultiP中定义三类特殊的AVP进行环路纠错控制，包括：记录数据转发路径AVP_Path、用于记录数据始发地址AVP_Orig和记录数据最大转发次数AVP_TTL。表2示出了SlfMultiP中AVP消息结构。
avpType avpFlag avpLength avpContent
4字节 1字节 3字节 n字节
表2
图6为根据本发明实施例的SlfMultiP协议处理机制的流程图。
如图6所示，当接收到邻居SLF网元请求时，本地SLF按如下步骤进行处理并转发：
步骤S701，收到SLF消息准备处理。
步骤S702，检查数据包源地址。
步骤S703，判断源地址是否为本地SLF网口，如果是则执行步骤S714，否则执行步骤S704。
检查IP源地址是否为本地SLF网口地址，若是则丢弃该消息。
步骤S704，检查AVP_Orig参数。
步骤S705，判断是否为本地SLF网口，如果是则执行步骤S714，否则执行步骤S706。
检查AVP_Orig参数是否为本地SLF网口地址，若是则丢弃该消息。
步骤S706，检查AVP_Path参数。
步骤S707，判断本地SLF网口地址是否在Path中，如果是则执行步骤S714，否则执行步骤S708。
检查本地SLF网口地址是否在AVP_Path参数中，若是则丢弃该消息。
步骤S708，检查所请求数据是否在本地。
步骤S709，判断目的数据是否在本地，如果是则执行步骤S710，否则执行步骤S711。
步骤S710，检查SLF消息时效性。
步骤S711，转发SLF消息。
步骤S712，判断消息是否过时，如果是则执行步骤S714，否则执行步骤S713。
检查此SLF请求是否因在网络中被过分转发，早已经超出了此请求的最大响应时间，判断时效性，若有效则进行数据处理，否则丢弃该消息。
步骤S713，处理数据。
转发此SLF请求到邻居SLF，在转发时，检查AVP_TTL-1是否大于0，大于0则继续进行转发，并将本地地址放在AVP_Path参数中，否则丢弃该消息。
步骤S714，丢弃消息。
步骤S715，SLF消息处理完成。
在多数情况下，SLF使用组播技术可以完成无预设网络信息情况下节点间组网，但是由于组播数据在网络中传输需要相应的网络设备支持IGMP协议，且可能IGMP协议因出现较晚在早期网络中不支持、网络中路由器未配置组播组无法转发或者其他专用网络中某些安全因素，导致组播数据无法传递。此时，需要将组播数据转换为单播数据后在不支持组播协议的链路上传递，等到达对端后，由对端再将单播数据转换成组播数据后在网络中转发。
具体来说，当由支持组播协议的节点转发至不支持组播协议的节点时，将要转发的组播数据调用单播接口通过单播链路发送，以将组播方式转换为单播方式。
当由不支持组播协议的节点转发至支持组播协议的节点时，将要转发的单播数据调用组播接口通过组播链路发送，以将单播方式转换为组播方式。
图7为根据本发明实施例的多节点间交换设备组网(含不支持组播链路)的示意图。
如图7所示，由D节点发送组播数据，A节点在收到此组播数据后进行转发。由于C节点与E节点间链路无法传递组播消息，当C节点收到组播消息后按照图6中的流程进行处理。当需要C节点进行数据转发时，发现节点C与E间链路无法支持组播数据转发，这时C节点将要转发的组播数据调用单播接口通过C与E间的单播链路发送，完成组播到单播的转换。
节点E在其单播接口收到数据后，按照图6中的流程进行处理。当需要节点E转发此数据时，节点E发现与节点F和节点G之间的接口链路均支持组播数据传递，这时节点E将收到的单播数据，通过调用组播接口进行转发，完成单播到组播的转换。最终，节点D发送的组播数据，通过单播与组播的混合转发后，在存在不支持组播数据传递的链路情况下，由节点D发送到了节点F和节点G。
通过上述方式无需在节点间交换设备配置相关邻居节点信息，当IP承载网建立后，即可借助组播技术自动完成业务层互联互通。通过应用层进行组播转发，弥补了组播不能在IP层进行转发的缺点。通过单播与组播的混合转发技术，兼容了不支持组播协议的IP链路，最终提高了应急通信系统在复杂环境下的易用性和适用性。
根据本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，采用IMS技术构建统一的业务交换平台，满足用户对对语音，低、中、高速数据、短信、图片/图像传输、IP电话等定制化多媒体业务服务需求的同时，采用活跃用户数据同步技术、应用层组播转发技术和单播组播混合转发技术，实现应急移动通信系统机动性强，开通迅速，应用灵活，组网方便的特点。本发明在充分发挥IMS平台开发性的同时，灵活部署应用服务器以满足用户对业务定制化需求，保留原有应急移动通信系统开通迅速、应用灵活、组网方便，在设备间链路质量无法保障的情况下，尽力为用户在系统间漫游时提供基本服务的能力。本发明可应用于交换节点间具有IP承载网的交换环境，在IP承载网上进行IMS体系交换设备间互联，可应用于需要具备高抗毁性、自组网功能的IMS核心交换网络。同时，该技术的主要需求以分布式可变拓扑网络为主，与其应用领域相同，可应用于军用、警用、油田、煤矿、城市应急等领域。本发明可以应用于专用固定通信、移动通信系统中，满足该领域内对复杂可变网络环境、IP链路不稳定的情况下保障用户漫游互通，并提供IMS体系的开放业务环境。
如图8和图9所示，本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，包括：会话控制子系统1、用户数据融合UDC服务器2和电路交换子系统3。
具体地，会话控制子系统1包括：代理呼叫会话控制P-CSCF服务器11、服务呼叫会话控制S-CSCF服务器12、查询呼叫会话控制I-CSCF服务器13和签约位置功能SLF数据库14。电路交换子系统3包括会话发起协议网关SipGw设备，其中，P-CSCF服务器11、S-CSCF服务器12和I-CSCF服务器13分别与UDC服务器2和SipGw设备相连，SLF数据库14与UDC服务器2相连。
SipGw设备作为IMS用户接入层设备，将用户的数据和语音等应用接入到分组交换网络中，在分组交换网络中完成相应功能。
P-CSCF服务器11通过SipGw设备与终端4进行通信，用于接收终端4发送的服务请求，并对服务请求进行合法性检查，将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的S-CSCF服务器12。其中，服务请求包括注册请求、注销请求和/或会话建立请求。
S-CSCF服务器12协同P-CSCF服务器11、I-CSCF服务器13、SLF数据库14和UDC服务器2，在接入地提供服务请求对应的服务，以对注册、注销和建立会话的用户在多节点间冗余备份数据。完成活跃用户数据的同步。通过在I-CSCF服务器、S-CSCF服务器、SLF数据库和UDC服务器之间，修改和增加相应信令过程，以保障注册或注销的用户可以在多节点间冗余备份数据、成功建立会话的相关用户可以在多节点间冗余备份数据，从而当网络中某一节点被毁或者与此节点连接的物理链路被毁时，此节点下的活跃用户可以漫游到其他节点下接受服务。
对于注册请求或注销请求，S-CSCF服务器12提供服务的过程如下：
S-CSCF服务器12在接收到经过P-CSCF服务器11合法性检查后的注册请求或注销请求时，向UDC服务器2发送用户信息查询请求，并接收UDC服务器2返回用户信息。S-CSCF服务器12根据用户信息计算鉴权参数，发送至终端，并接收终端返回的鉴权结果，对终端4进行注册，更新终端的当前服务位置并获取签约数据，注册完成后，设置终端对应的用户为活跃用户。接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步注册或注销的用户数据。
对于服务请求，S-CSCF服务器12提供服务的步骤如下：
S-CSCF服务器12在接收到P-CSCF服务器11合法性检查后的会话建立请求时，判断存在用户数据且用户状态正常时，获取用户数据，并将会话建立请求发送至目的用户接入地P-CSCF。由目的用户接入地P-CSCF服务器11将会话建立请求转发给终端的用户，终端在接收到会话建立请求后返回响应，建立会话。接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步会话建立的用户数据。
综上，本发明基于IMS技术，通过适当改造P-CSCF服务器11、I-CSCF服务器13、S-CSCF服务器12、SLF数据库14和UDC服务器2之间信令过程，将原有IMS体系中归属地服务原则转变为接入地服务，不仅保留了IMS架构下交换平台的开放性，通过添加不同应用服务器支持丰富的多媒体应用的特性，而且提高了交换设备的抗毁性，活跃用户数据在交换设备间同步。当某一节点被摧毁后，该节点下已入网用户可以在相邻节点不进行任何用户信息配置的情况下入网，完成业务服务。
签约位置功能SLF数据库14还用于配置统一的组播地址，当一个节点的SLF有数据要发送时，将该数据通过预设的互联网口发送至组播地址对应的全部节点的SLF上。
针对应急通信中需要快速组网的使用场景，IMS架构中节点间的设备互联往往没有时间去配置邻居信息，更多可能也不会知道邻居节点信息。
为解决上述问题，本发明在SLF软件中，使用组播技术在不预先配置邻居节点数据的情况下完成设备的自组网互联。
组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送的形式发送到某个确定的节点集合(即组播组)，其基本思想是：源主机(即组播源)在发送数据时将目的地地址指定为D类地址(224.0.0.0—239.255.255.255)中的一个组播地址，凡是加入到此组播组中的所有主机都可收到相同的此数据，而其他未加入的主机则收不到。
为在节点间使用组播技术，采取以下措施：
(1)节点内交换设备中SLF要设置统一的组播组地址；
(2)需要规定在交换设备上用于组网的网口，节点交换设备删的SLF互联时使用这类网口进行互联；
(3)节点内交换设备中SLF要配置用于互联的网口地址。
当SLF启动后，它首先声明自己加入这个组播组。当有数据需要发送时，本地节点上的SLF将数据通过每个互联网口发送出去，其他节点上的SLF就会收到此数据。
在本步骤中，对每个节点的SLF配置预设SlfMultiP私有协议，每个节点的SLF根据该SlfMultiP私有协议在应用层将数据以组播形式转发至相邻节点SLF。
表1示出了SlfMultiP私有协议的消息结构。如表1所示，SlfMultiP由20字节消息头和N字节消息内容组成，其中N字节消息内容是由若干个avp组成。SlfMultiP中AVP的消息结构如表2所示。
在SlfMultiP中定义三类特殊的AVP进行环路纠错控制，包括：记录数据转发路径AVP_Path、用于记录数据始发地址AVP_Orig和记录数据最大转发次数AVP_TTL。表2示出了SlfMultiP中AVP消息结构。
图6示出了SlfMultiP协议处理机制的流程，参考上述实施例，不再赘述。
在多数情况下，SLF使用组播技术可以完成无预设网络信息情况下节点间组网，但是由于组播数据在网络中传输需要相应的网络设备支持IGMP协议，且可能IGMP协议因出现较晚在早期网络中不支持、网络中路由器未配置组播组无法转发或者其他专用网络中某些安全因素，导致组播数据无法传递。此时，需要将组播数据转换为单播数据后在不支持组播协议的链路上传递，等到达对端后，由对端再将单播数据转换成组播数据后在网络中转发。
具体来说，当由支持组播协议的节点转发至不支持组播协议的节点时，将要转发的组播数据调用单播接口通过单播链路发送，以将组播方式转换为单播方式。
当由不支持组播协议的节点转发至支持组播协议的节点时，将要转发的单播数据调用组播接口通过组播链路发送，以将单播方式转换为组播方式。
通过上述方式无需在节点间交换设备配置相关邻居节点信息，当IP承载网建立后，即可借助组播技术自动完成业务层互联互通。通过应用层进行组播转发，弥补了组播不能在IP层进行转发的缺点。通过单播与组播的混合转发技术，兼容了不支持组播协议的IP链路，最终提高了应急通信系统在复杂环境下的易用性和适用性。
根据本发明实施例的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，采用IMS技术构建统一的业务交换平台，满足用户对对语音，低、中、高速数据、短信、图片/图像传输、IP电话等定制化多媒体业务服务需求的同时，采用活跃用户数据同步技术、应用层组播转发技术和单播组播混合转发技术，实现应急移动通信系统机动性强，开通迅速，应用灵活，组网方便的特点。本发明在充分发挥IMS平台开发性的同时，灵活部署应用服务器以满足用户对业务定制化需求，保留原有应急移动通信系统开通迅速、应用灵活、组网方便，在设备间链路质量无法保障的情况下，尽力为用户在系统间漫游时提供基本服务的能力。本发明可应用于交换节点间具有IP承载网的交换环境，在IP承载网上进行IMS体系交换设备间互联，可应用于需要具备高抗毁性、自组网功能的IMS核心交换网络。同时，该技术的主要需求以分布式可变拓扑网络为主，与其应用领域相同，可应用于军用、警用、油田、煤矿、城市应急等领域。本发明可以应用于专用固定通信、移动通信系统中，满足该领域内对复杂可变网络环境、IP链路不稳定的情况下保障用户漫游互通，并提供IMS体系的开放业务环境。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，代理呼叫会话控制P-CSCF服务器接收终端发送的服务请求，并将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的服务呼叫会话控制S-CSCF服务器，其中，所述服务请求包括注册请求、注销请求和/或会话建立请求；
步骤S2，由所述S-CSCF服务器协同所述P-CSCF服务器、查询呼叫会话控制I-CSCF服务器、签约位置功能SLF数据库和用户数据融合UDC服务器，在接入地提供所述服务请求对应的服务，以对注册、注销和建立会话的用户在多节点间冗余备份数据；
步骤S3，对IP网络中多节点间交换设备采用组播方式进行数据传输，包括：对每个节点内交换设备上的SLF配置统一的组播地址，当一个节点的SLF有数据要发送时，将该数据通过预设的互联网口发送至所述组播地址对应的全部节点的SLF上。
2.如权利要求1所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，其特征在于，对于注册请求或注销请求，S-CSCF服务器提供服务的步骤如下：
所述S-CSCF服务器在接收到经过所述P-CSCF服务器合法性检查后的注册请求或注销请求时，向所述UDC服务器发送用户信息查询请求，并接收所述UDC服务器返回用户信息；
所述S-CSCF服务器根据所述用户信息计算鉴权参数，发送至所述终端，并接收所述终端返回的鉴权结果，对所述终端进行注册，更新所述终端的当前服务位置并获取签约数据，注册完成后，设置所述终端对应的用户为活跃用户；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步注册或注销的所述用户数据。
3.如权利要求1所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，其特征在于，对于服务请求，S-CSCF服务器提供服务的步骤如下：
所述S-CSCF服务器在接收到所述P-CSCF服务器合法性检查后的会话建立请求时，判断存在用户数据且用户状态正常时，获取用户数据，并将所述会话建立请求发送至目的用户接入地P-CSCF；
由所述目的用户接入地P-CSCF将所述会话建立请求转发给终端的用户，所述终端在接收到所述会话建立请求后返回响应，建立会话；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步会话建立的所述用户数据。
4.如权利要求1所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对每个节点的SLF配置预设SlfMultiP私有协议，每个节点的SLF根据该SlfMultiP私有协议在应用层将数据以组播形式转发至相邻节点SLF，其中，所述SlfMultiP私有协议至少包括以下内容：记录数据转发路径AVP_Path、用于记录数据始发地址AVP_Orig和记录数据最大转发次数AVP_TTL。
5.如权利要求1所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联方法，其特征在于，在所述步骤S3中，
当由支持组播协议的节点转发至不支持组播协议的节点时，将要转发的组播数据调用单播接口通过单播链路发送，以将组播方式转换为单播方式；
当由不支持组播协议的节点转发至支持组播协议的节点时，将要转发的单播数据调用组播接口通过组播链路发送，以将单播方式转换为组播方式。
6.一种用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，其特征在于，包括：会话控制子系统、用户数据融合UDC服务器和电路交换子系统，其中，所述会话控制子系统包括：代理呼叫会话控制P-CSCF服务器、服务呼叫会话控制S-CSCF服务器、查询呼叫会话控制I-CSCF服务器和签约位置功能SLF数据库，所述电路交换子系统包括会话发起协议网关SipGw设备，其中，所述P-CSCF服务器、S-CSCF服务器和I-CSCF服务器分别与所述UDC服务器和所述SipGw设备相连，所述SLF数据库与所述UDC服务器相连，
所述P-CSCF服务器通过所述SipGw设备与终端进行通信，用于接收所述终端发送的服务请求，并对所述服务请求进行合法性检查，将通过合法性检查的服务请求直接发送给本地的S-CSCF服务器，其中，所述服务请求包括注册请求、注销请求和/或会话建立请求；
所述S-CSCF服务器协同所述P-CSCF服务器、I-CSCF服务器、SLF数据库和所述UDC服务器，在接入地提供所述服务请求对应的服务，以对注册、注销和建立会话的用户在多节点间冗余备份数据；
所述签约位置功能SLF数据库还用于配置统一的组播地址，当一个节点的SLF有数据要发送时，将该数据通过预设的互联网口发送至所述组播地址对应的全部节点的SLF上。
7.如权利要求6所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，其特征在于，对于所述注册请求或注销请求，所述S-CSCF服务器提供服务的过程如下：
所述S-CSCF服务器在接收到经过所述P-CSCF服务器合法性检查后的注册请求或注销请求时，向所述UDC服务器发送用户信息查询请求，并接收所述UDC服务器返回用户信息；
所述S-CSCF服务器根据所述用户信息计算鉴权参数，发送至所述终端，并接收所述终端返回的鉴权结果，对所述终端进行注册，更新所述终端的当前服务位置并获取签约数据，注册完成后，设置所述终端对应的用户为活跃用户；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步注册或注销的所述用户数据。
8.如权利要求6所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，其特征在于，对于所述服务请求，S-CSCF服务器提供服务的步骤如下：
所述S-CSCF服务器在接收到所述P-CSCF服务器合法性检查后的会话建立请求时，判断存在用户数据且用户状态正常时，获取用户数据，并将所述会话建立请求发送至目的用户接入地P-CSCF；
由所述目的用户接入地P-CSCF将所述会话建立请求转发给终端的用户，所述终端在接收到所述会话建立请求后返回响应，建立会话；
接入地SLF与IP网络中的其他节点和本地UDC同步会话建立的所述用户数据。
9.如权利要求6所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，其特征在于，每个节点上的所述SLF配置有预设SlfMultiP私有协议，每个节点的SLF根据该SlfMultiP私有协议在应用层将数据以组播形式转发至相邻节点SLF，其中，所述SlfMultiP私有协议至少包括以下内容：记录数据转发路径AVP_Path、用于记录数据始发地址AVP_Orig和记录数据最大转发次数AVP_TTL。
10.如权利要求6所述的用于应急通信的IMS架构下交换设备间互联系统，其特征在于，
当由支持组播协议的节点转发至不支持组播协议的节点时，发送方节点上的SLF将要转发的组播数据调用单播接口通过单播链路发送，以将组播方式转换为单播方式；
当由不支持组播协议的节点转发至支持组播协议的节点时，发送方节点上的SLF将要转发的单播数据调用组播接口通过组播链路发送，以将单播方式转换为组播方式。
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