CN107124417A - 基于异构计算的MMTel应用服务器、会话系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于异构计算的MMTel应用服务器、会话系统及方法，属于IMS网络领域，要解决的技术问题为如何同时保证数据存储的安全性以及MMTel应用服务器的可靠性，包括呼叫控制服务器和数据存储服务器，数据存储服务器包括RDB模块和具备异构计算的FPGA芯片，呼叫控制服务器、RDB模块和FPGA芯片依次连接；呼叫控制服务器用于接收并处理来自用户终端的请求消息以及来自HSS服务器的用户数据；RDB模块用于接受用户数据并调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片以及存储加密后的用户数据；FPGA芯片作为异构加速器，通过PCIE接口与CPU连接，用于对用户数据进行加密计算和解密计算。

Description

基于异构计算的MMTel应用服务器、会话系统及方法

技术领域

本发明涉及IMS网络领域，具体地说是基于异构计算的MMTel应用服务器、会话系统及方法。

背景技术

IMS（英文全称为IP Multimedia Subsystem，中文翻译为IP多媒体子系统）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。

MMTel（MultiMedia Telephony）是由ETSI/TISPAN和3GPP两大标准化组织联合开发的基于IMS的多媒体电话业务标准，是一个全球标准规范，支持电信运营商将传统的电路交换业务演进为基于IP的实时多媒体电话业务，包括话音和视频呼叫、消息业务和视频图像共享等，同时支持固定和移动宽带接入。MMTel应用服务器时IMS网络的核心网元，通过RF接口与IMS网络中的计费网元相连接，通过SH接口与HSS（英文全称为Home SubscriberServer，中文翻译为归属签约用户服务器）服务器相连，并通过发送UDR/PUR消息至HSS服务器获取用户数据。

异构计算主要是指使用不同体系的计算单元（CPU、GPU、FPGA等）组成计算系统的方式。专有的计算单元工作频率较低，但是具备更高的并行计算能力，总体性能和功耗较低。

在IMS网络中，当用户发起注册时，用户数据从HSS上下载至MMTel应用服务器中并存储至MMTel应用服务器的RDB模块中，当用户发起呼叫时，直接读取RDB模块中存储的用户数据进行呼叫业务处理，数据存储得不到安全保护，用户数容易被篡改。

可以通过加密的方式，对终端用户数据进行加密保护，保证用户数据用户数据存储在本地的安全性。同时由于数据加密和解密非常消耗CPU的性能，特别是在大规模呼叫并发中，频繁的读取数据，系统CPU上升导致告警，出现呼损。

如何同时保证数据存储的安全性以及MMTel应用服务器的可靠性，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供基于异构计算的MMTel应用服务器、会话系统及方法，来解决如何同时保证数据存储的安全性以及MMTel应用服务器的可靠性的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：

基于异构计算的MMTel应用服务器，包括呼叫控制服务器和数据存储服务器，数据存储服务器包括RDB模块和具备异构计算的FPGA芯片，呼叫控制服务器、RDB模块和FPGA（英文全称为Field Programmable Gate Array，中文翻译为现场可编程逻辑门阵列）芯片依次连接；呼叫控制服务器用于接收并处理来自用户终端的请求消息以及来自HSS服务器的用户数据； RDB模块用于接受用户数据并调用OpenCL（英文全称为Open Computing Language，中文翻译为开放运算语言，是一个为异构平台编写程序的框架，此异构平台可由CPU，GPU或其他类型的处理器组成）接口将用户数据传入FPGA芯片以及存储加密后的用户数据；FPGA芯片作为异构加速器，通过PCIE接口与CPU连接，用于对用户数据进行加密计算和解密计算。

其中，RDB模块为用户数据存储模块，接收到用户数据后，将用户数据传入FPGA芯片进行加密计算，FPGA芯片将加密后的用户数据返回RDB模块进行存储。

进一步的，请求信息包括注册请求消息和呼叫请求消息。

基于异构计算的会话系统，包括用户终端和IMS网络，IMS网络包括P/S-CSCF模块、MMTel应用服务器和HSS服务器，所述MMTel应用服务器为如上述任一项所述的基于异构计算的MMTel应用服务器，用户终端、P/S-CSCF模块和MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器依次连接，MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器通过SH接口与HSS服务器连接，上述能够完成用户注册；用户终端、P/S-CSCF模块和MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器依次连接，上述能够完成用户呼叫。

其中，CSCF（英文全称为Call Session Control Function，中文翻译为呼叫会话控制功能）是IP多媒体子系统（IMS：IP Multimedia Subsystem）内部的功能实体，是整个IMS网络的核心。主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。它管理IMS网络的用户鉴权、IMS承载面QoS、与其它网络实体配合进行SIP会话的控制，以及业务协商和资源分配等。CSCF根据功能分为代理CSCF（P-CSCF：Proxy CSCF ），查询CSCF（I-CSCF：InterrogatingCSCF），服务CSCF（S-CSCF：Serving CSCF），紧急CSCF（E-CSCF： Emergency CSCF），本质上它们都是SIP服务器，处理SIP信令。P-CSCF是IMS拜访网络的统一入口点。所有发起于IMS终端和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。P-CSCF作为一个SIP Proxy，负责与接入网络相关的用户鉴权与IPSec管理，网络防攻击与安全保护，为节约无线网络资源进行SIP信令压缩与解压，用户的漫游控制，通过PDF（Policy Decision Function）进行承载面的NAT与QoS等功能等。主要功能包括：转发UE发来的SIP注册请求给I-CSCF，由UE提供的域名决定I-CSCF；转发UE发来的SIP消息给S-CSCF，由P-CSCF在UE发起注册流程时确定S-CSCF。S-CSCF在IMS网络会话控制中处于核心地位，它接受来自拜访网络通过P-CSCF转发来的注册请求，与HSS配合进行用户鉴权。并从HSS处下载用户签约的业务数据。S-CSCF对于用户主叫及被叫侧进行路由管理，根据用户签约的初始过滤规则（IFC：Initial Filter Criteria），进行SIP AS触发，实现丰富的IMS业务功能。主要功能包括：注册功能，接收注册请求后，通过HSS使注册请求生效；消息流处理，控制已注册的会话终端，可作为Proxy-Server，接收请求后，进行内部处理或转发，也可作为UA，中断或发起SIP事务；与业务平台进行交互，提供多媒体业务。

基于异构计算的会话方法，在IMS网络中配置如上述任一项所述的基于异构计算的MMTel应用服务器，在执行用户注册流程中，用户数据从HSS服务器下载至RDB模块中，RDB模块通过调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片中进行加密存储；在执行用户呼叫流程中，RDB模块调用OpenCL接口将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密计算，并向呼叫控制服务器发送解密后的用户数据。

其中，在用户注册流程中，通过FPGA芯片对用户数据进行加密，RDB模块汇中存储加密后的用户数据；在用户呼叫流程中，通过FPGA芯片对加密后的用户数据进行解密，并将解密后的用户数据返回RDB模块中 ，RDB模块将解密后的用户数据传入呼叫控制服务器。

进一步的，用户注册流程包括如下步骤：

S1、用户终端向IMS网络发起Registe消息后，呼叫控制服务器向HSS服务器发送携带有用户的IMPU的UDR/PUR请求消息；

S2、HSS服务器向呼叫控制服务器返回UDA/PUA响应消息，呼叫控制服务器获取用户数据；

S3、呼叫控制服务器通过PUT_User_Data消息将用户数据发送至RDB模块中；

S4、RDB模块通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange函数传入待加密的用户数据参数和核函数将用户数据传入FPGA芯片进行加密计算；

S5、FPGA芯片将加密后的用户数据返回RDB模块存储。

进一步的，步骤S1中，用户终端向IMS网络服务器发起注册请求，呼叫控制服务器接收到来自P/S-CSCF模块的Registe消息后，在本地构造UDR/PUR请求消息，并通过SH接口将UDR/PUR请求消息传入HSS服务器；所述Registe消息携带有用户的注册时间，所述UDR/PUR请求消息携带有用户的IMPU。

进一步的，步骤S2中，HSS服务器通过UDA/PUA响应消息整体或者分段将用户数据发送至呼叫控制服务器中，呼叫控制服务器接收到UDA/PUA响应消息后，将Registe消息携带的用户的注册时间更新至本地。

进一步的，用户呼叫流程包括如下步骤：

L1、用户终端向IMS网络发起Invite消息后，呼叫控制服务器向RDB模块发送Invite消息，所述Invite消息携带有用户的IMPU；

L2、RDB模块通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange函数传入待解密的用户数据参数和核函数将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密计算；

L3、RDB模块将解密后的用户数据发送至呼叫控制服务器。

本发明的一种大数据多应用搜索服务方法及系统具有以下优点：将FPGA芯片的异构计算引入MMTel应用服务器的数据存储中，对存储的用户数据进行加密存储，保证数据存储的安全性，同时基于FPGA芯片具有低功耗、动态重构、并行处理和高吞吐量的优势，能够降低CPU的占用率，防止出现呼损，增加呼叫接通率，提高整个MMTel应用服务器的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为实施例1基于异构计算的MMTel应用服务器的工作原理框图；

附图2为实施例3基于异构计算的会话方法中用户注册流程的工作原理框图；

附图3为实施例3基于异构计算的会话方法的用户呼叫工作流程的工作原理框图。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的基于异构计算的MMTel应用服务器、会话系统及方法以下详细地说明。

实施例1：

如附图1所示，本发明的基于异构计算的MMTel应用服务器，包括呼叫控制服务器和数据存储服务器，数据存储服务器包括RDB模块和具备异构计算的FPGA芯片，呼叫控制服务器、RDB模块和FPGA芯片依次连接；呼叫控制服务器用于接收并处理来自用户终端的请求消息以及来自HSS服务器的用户数据； RDB模块用于接受用户数据并调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片以及存储加密后的用户数据； FPGA芯片作为异构加速器，通过PCIE接口与CPU连接，用于对用户数据进行加密计算和解密计算。

其中，呼叫控制服务器能够接收用户终端发起的Registe消息以及Invite消息，呼叫控制服务器接收到Registe消息后，能够在本地构造UDR/PUR请求消息并将UDR/PUR请求消息发送至HSS服务器，并能够接收来自HSS服务器的用户数据，并能够像RDB模块发送数据请求消息，将用户数据传送至RDB模块进行存储。

RDB模块能够接收用户数据、调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片进行加密接并存储加密后的用户数据，以及能够接收来自呼叫控制服务器的数据请求消息，能够调用OpenCL接口将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密并接收解密后的用户数据。

FPGA芯片能够接收来自RDB模块的用户数据并对用户数据进行加密，以及能够接收来自RDB模块的加密后的用户数据并对加密后的用户数据进行解密。

本发明的基于异构计算的MMTel应用服务器可应用于IMS网络中，用户终端向IMS网络发起注册请求时，HSS服务器中下载的用户数据可存储在该MMTel应用服务器中的RDB模块中，并通过FPGA芯片对用户数据进行加密，使得MMTel应用服务器中的RDB模块中存储的用户数据为加密后的用户数据；

用户终端向IMS网络发起呼叫请求时，该MMTel应用服务器中通过FPGA芯片对RDB模块中存储的用户数据进行解密，RDB模块将解密后的用户数据发送至呼叫控制服务器。

实施例2：

本发明的基于异构计算的会话系统，包括用户终端和IMS网络，IMS网络包括P/S-CSCF模块、MMTel应用服务器和HSS服务器，所述MMTel应用服务器为实施例1中的基于异构计算的MMTel应用服务器，用户终端、P/S-CSCF模块和MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器依次连接，MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器通过SH接口与HSS服务器连接，上述能够完成用户注册；用户终端、P/S-CSCF模块和MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器依次连接，上述能够完成用户呼叫。

其中，在用户注册中，用户终端发起注册请求，P/S-CSCF模块能够接收来自用户终端的Registe消息并将Registe消息传入呼叫控制服务器；呼叫控制服务器能够接收Registe消息后构造本地UDR/UDA消息并将UDR/UDA消息发送至HSS服务器，以及能够接收来自HSS服务器的用户数据并将用户数据传入至RDB模块进行存储；RDB模块能够调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片进行加密计算并存储经FPGA芯片加密后的用户数据。

在用户呼叫中，用户终端发起呼叫请求，P/S-CSCF模块能够接收来自用户终端的Invite消息并将Invite消息传入呼叫控制服务器；呼叫控制服务器能够接收Invite消息后向RDB模块发送数据请求消息；RDB模块能够通过调用OpenCL接口将其存储的加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密，并能够将解密后的用户数据传入呼叫控制服务器。

本发明的基于异构计算的会话系统可实现用户的注册和呼叫，在用户注册时，对用户数据进行加密存储，在用户呼叫时对加密后的用户数据解密。

实施例3：

本发明的基于异构计算的会话方法，在IMS网络中配置如上述任一项所述的基于异构计算的MMTel应用服务器，在执行用户注册流程中，用户数据从HSS服务器下载至RDB模块中，RDB模块通过调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片中进行加密存储；在执行用户呼叫流程中，RDB模块调用OpenCL接口将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密计算，并向呼叫控制服务器发送解密后的用户数据。

其中，用户注册流程包括如下步骤：

（1）、用户终端向IMS网络中的P/S-CSCF模块发送Registe消息，Registe消息携带有用户的注册时间；

（2）、P/S-CSCF模块将Registe消息发送至呼叫控制服务器；

（3）、呼叫控制服务器在本地构造UDR请求消息，并通过SH接口将UDR请求消息传入HSS服务器， UDR请求消息携带有用户的IMPU；

（4）、HSS服务器通过UDA响应消息整体或者分段将用户数据发送至呼叫控制服务器中；

（5）、呼叫控制服务器接收到UDA响应消息后，将Registe消息携带的用户的注册时间更新至本地，并通过PUT_User_Data_Req消息将用户数据发送至RDB模块中；

（6）、RDB模块通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange函数传入待加密的用户数据参数和核函数将用户数据传入FPGA芯片进行加密计算；

（7）、FPGA芯片对用户数据加密后，通过调用OpenCL接口

clEnqueueMapBuffer函数将加密后的用户数据返回RDB模块；

（8）、RDB模块存储加密后的用户数据后，向呼叫控制服务器发送

PUT_User_Data_Rsp消息响应；

（9）、呼叫控制服务器向P/S-CSCF模块发送200 OK响应消息，告知用户数据加密存储；

（10）、P/S-CSCF模块向用户终端发送200 OK响应消息，告知用户数据加密存储。

用户呼叫流程包括：

（1）、用户终端向IMS网络中的P/S-CSCF模块发送Invite消息，Invite消息携带有用户的IMPU；

（2）、P/S-CSCF模块将Invite消息发送至呼叫控制服务器；

（3）、呼叫控制服务器向RDB模块发送Get_User_Data_Req消息，向RDB模块请求读取用户数据；

（4）、RDB模块接收到Get_User_Data_Req消息后，通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange函数传入待解密的用户数据参数和核函数将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密计算；

（5）、FPGA芯片对加密后的用户数据解密后，通过调用OpenCL接口

clEnqueueMapBuffer函数将解密后的用户数据返回RDB模块；

（6）、RDB模块接收到解密后的用户数据后，通过向呼叫控制服务器发送Get_User_Data_Req消息，将解密后的用户数据传入呼叫控制服务器；

（7）、呼叫控制服务器获取用户数据后，向P/S-CSCF模块发送200 OK消息，确认读取用户数据成功；

（8）、P/S-CSCF模块向用户终端发送200 OK消息，确认呼叫成功。

本实施例中，用户注册流程中，步骤（3）中，呼叫控制服务器在本地构造UDR请求消息，对应的，步骤（4）中HSS服务器通过UDA响应消息整体或者分段将用户数据发送至呼叫控制服务器中。在实际应用中，步骤（3）中，呼叫控制服务器在本地构造PUR请求消息，对应的，步骤（4）中HSS服务器通过PUA响应消息整体或者分段将用户数据发送至呼叫控制服务器中。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述公开的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (8)

1.基于异构计算的MMTel应用服务器，其特征在于包括呼叫控制服务器和数据存储服务器，数据存储服务器包括RDB模块和具备异构计算的FPGA芯片，呼叫控制服务器、RDB模块和FPGA芯片依次连接；

呼叫控制服务器用于接收并处理来自用户终端的请求消息以及来自HSS服务器的用户数据；

RDB模块用于接受用户数据并调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片以及存储加密后的用户数据；

FPGA芯片作为异构加速器，通过PCIE接口与CPU连接，用于对用户数据进行加密计算和解密计算。

2.根据权利要求1所述的基于异构计算的MMTel应用服务器，其特征在于请求信息包括注册请求消息和呼叫请求消息。

3.基于异构计算的会话系统，包括用户终端和IMS网络，IMS网络包括P/S-CSCF模块、MMTel应用服务器和HSS服务器，其特征在于所述MMTel应用服务器为如权利要求1或2所述的基于异构计算的MMTel应用服务器，用户终端、P/S-CSCF模块和MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器依次连接，MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器通过SH接口与HSS服务器连接，上述能够完成用户注册；用户终端、P/S-CSCF模块和MMTel应用服务器中的呼叫控制服务器依次连接，上述能够完成用户呼叫。

4.基于异构计算的会话方法，其特征在于在IMS网络中配置如权利要求1或2所述的基于异构计算的MMTel应用服务器，在执行用户注册流程中，用户数据从HSS服务器下载至RDB模块中，RDB模块通过调用OpenCL接口将用户数据传入FPGA芯片中进行加密存储；在执行用户呼叫流程中，RDB模块调用OpenCL接口将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密计算，并向呼叫控制服务器发送解密后的用户数据。

5.根据权利要求4所述的基于异构计算的会话方法，其特征在于用户注册流程包括如下步骤：

S1、用户终端向IMS网络发起Registe消息后，呼叫控制服务器向HSS服务器发送携带有用户的IMPU的UDR/PUR请求消息；

S2、HSS服务器向呼叫控制服务器返回UDA/PUA响应消息，呼叫控制服务器获取用户数据；

S3、呼叫控制服务器通过PUT_User_Data消息将用户数据发送至RDB模块中；

S4、RDB模块通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange函数传入待加密的用户数据参数和核函数将用户数据传入FPGA芯片进行加密计算；

S5、FPGA芯片将加密后的用户数据返回RDB模块存储。

6.根据权利要求5所述的基于异构计算的会话方法，其特征在于步骤S1中，用户终端向IMS网络服务器发起注册请求，呼叫控制服务器接收到来自P/S-CSCF模块的Registe消息后，在本地构造UDR/PUR请求消息，并通过SH接口将UDR/PUR请求消息传入HSS服务器；所述Registe消息携带有用户的注册时间，所述UDR/PUR请求消息携带有用户的IMPU。

7.根据权利要求6所述的基于异构计算的会话方法，其特征在于步骤S2中，HSS服务器通过UDA/PUA响应消息整体或者分段将用户数据发送至呼叫控制服务器中，呼叫控制服务器接收到UDA/PUA响应消息后，将Registe消息携带的用户的注册时间更新至本地。

8.根据权利要求4所述的基于异构计算的会话方法，其特征在于用户呼叫流程包括如下步骤：

L1、用户终端向IMS网络发起Invite消息后，呼叫控制服务器向RDB模块发送Invite消息，所述Invite消息携带有用户的IMPU；

L2、RDB模块通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange函数传入待解密的用户数据参数和核函数将加密后的用户数据传入FPGA芯片进行解密计算；

L3、RDB模块将解密后的用户数据发送至呼叫控制服务器。