CN109962904A - 一种基于Kubernetes的IMS系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于Kubernetes的IMS系统，包括：第一服务组件Kubernetes ellis、第二服务组件Kubernetes homer、第三服务组件Kubernetes sprout；Kubernetes ellis，用于对会话初始协议SIP用户的注册管理，还用于创建用户测试账号，根据用户测试账号和业务配置信息生成第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给Kubernetes homer；Kubernetes homer，用于接收Kubernetes ellis发送的第一用户配置信息，还用于保存所述第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给Kubernetes sprout；Kubernetes sprout，用于接收Kubernetes homer发送的第一用户配置信息。

Description

一种基于Kubernetes的IMS系统
技术领域
本发明涉及云计算领域，尤其涉及一种基于Kubernetes的IMS系统。
背景技术
随着网络技术的不断发展，网络功能虚拟化(NFV，Network FunctionVirtualization)和容器都成为各自领域内最热门的技术，这两项技术也被很多业内人士认为是未来的发展趋势。NFV领域里的一个热点目标是IP多媒体子系统(IMS，IPMultimedia Subsystem)平台，因为IMS系统是4G VoLTE正式商用的必须条件，全球运营商都在开始加速VoLTE(Voice over LTE)商用的业务目标。在开源IMS领域的知名项目Clearwater一开始就是定位在云上的IMS，其宣传口号“IMS in the Cloud”，它采用大型互联网软件架构的设计思路，以微服务方式设计各个组件，使得系统本身具有很好的弹性伸缩能力，成为一个电信级的开源IMS平台，用户可以使用Clearwater模拟出运营商级的IMS系统，因此被业界广泛认可。
Clearwater官方发布了Clearwater on Docker部署方案，由于Docker本身没有提供服务Service概念，因此，很难部署多个Bono(或Sprout)组件让该多个组件自动成为Clearwater集群的一部分，其难以解决弹性扩容问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于Kubernetes的IMS系统，通过对IMS系统的微服务架构设计，以及与Kubernetes微服务体系结合，并根据压力设置自动扩缩容策略，实现对Clearwater集群的弹性扩容，实现基于容器容载压力的自动扩容，降低人工运维Clearwater系统的难度。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种基于Kubernetes的IMS系统，所述系统包括：第一服务组件Kubernetes ellis、第二服务组件Kubernetes homer、第三服务组件Kubernetes sprout；其中，
所述Kubernetes ellis，用于对会话初始协议SIP用户的注册管理，还用于创建用户测试账号，根据所述用户测试账号和业务配置信息生成第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes homer；
所述Kubernetes homer，用于接收所述Kubernetes ellis发送的所述第一用户配置信息，还用于保存所述第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；
所述Kubernetes sprout，用于接收所述Kubernetes homer发送的所述第一用户配置信息。
进一步地，所述系统还包括：第四服务组件Kubernetes homerstead，用于在用户发起网络电话VIOP请求时，从归属签约用户服务器HSS同步第二用户配置信息，并将所述第二用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；
所述Kubernetes sprout，还用于接收所述Kubernetes homerstead发送的所述第二用户配置信息。
进一步地，所述系统还包括：第五服务组件Kubernetes cassandra，用于为所述Kubernetes homer和所述Kubernetes homerstead提供分布式海量存储。
进一步地，所述系统还包括：第六服务组件Kubernetes bono、第七服务Kubernetes ralf；
所述Kubernetes bono，用于在SIP业务过程中，产生用户账单的计费事件，并将所述用户账单的计费事件发送给所述Kubernetes ralf。
进一步地，所述Kubernetes sprout，还用于在SIP业务过程中，产生用户账单的计费事件，并将所述用户账单的计费事件发送给所述Kubernetes ralf。
进一步地，所述系统还包括：第八服务组件Kubernetes memcached，用于为Kubernetes sprout和Kubernetes ralf提供分布式海量存储。
进一步地，所述Kubernetes ralf，还用于从所述Kubernetes sprout和所述Kubernetes bono接收所述用户账单的计费事件，将所述用户账单的计费事件存储到所述Kubernetes memcached中，再通过标准接口传送给计费数据功能CDF，以完成用户的计费和账单流程。
进一步地，所述系统还包括：第九服务组件Kubernetes chrons，用于实现对Kubernetes ralf的水平扩展，所述Kubernetes chrons与所述Kubernetes sprout、所述Kubernetes ralf一起工作。
进一步地，所述系统还包括：第十服务组件Kubernetes etcd，用于实现对IMS系统的集群系统配置和集群服务发现功能，还用于存储所述Kubernetes cassandra、所述Kubernetes memcached、所述Kubernetes chrons的集群信息。
进一步地，第一用户配置信息包括：用户账号数据，用户订购的业务和配置参数，以及用户的归属地信息。
本发明实施例提供了一种基于Kubernetes的IMS系统，该系统包括：第一服务组件Kubernetes ellis、第二服务组件Kubernetes homer、第三服务组件Kubernetes sprout；其中，所述Kubernetes ellis，用于对会话初始协议SIP用户的注册管理，还用于创建用户测试账号，根据所述用户测试账号和业务配置信息生成第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes homer；所述Kubernetes homer，用于接收所述Kubernetes ellis发送的所述第一用户配置信息，还用于保存所述第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；所述Kubernetes sprout，用于接收所述Kubernetes homer发送的所述第一用户配置信息。本发明实施例提供的基于Kubernetes的IMS系统，通过对IMS系统的微服务架构设计以及与Kubernetes微服务体系结合，并根据压力设置自动扩缩容策略，实现对Clearwater集群的弹性扩容，实现基于容器容载压力的自动扩容，降低人工运维Clearwater系统的难度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于Kubrnetes的IMS系统结构框图；
图2为本发明实施例提供的Kubernetes bono部署示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统，其提供应用部署、维护、扩展机制等功能，利用Kubernetes能方便地管理跨机器运行容器化的应用，其主要功能如下：使用Docker对应用程序包装(package)、实例化(instantiate)、运行(run)；以集群的方式运行、管理跨机器的容器；解决Docker跨机器容器之间的通讯问题。
网络电话(VIOP，voice over internet protocol)是一种以ip电话为主，并推出相应的增值业务的技术，是把话音或传真转换成数据，然后与数据一起共享同一个ip网络(internet互联网)。voip最大的优势是能广泛地采用internet和全球ip互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VIOP可以在ip网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、internet呼叫中心、internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。
会话初始协议(SIP，Session Initiation Protocol，)是由IETF(InternetEngineering Task Force，因特网工程任务组)制定的多媒体通信协议。它是一个基于文本的应用层控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。广泛应用于CS(Circuit Switched，电路交换)、NGN(Next Generation Network，下一代网络)以及IMS(IPMultimedia Subsystem，IP多媒体子系统)的网络中，可以支持并应用于语音、视频、数据等多媒体业务，同时也可以应用于Presence(呈现)、Instant Message(即时消息)等特色业务。可以说，有IP网络的地方就有SIP协议的存在。SIP是类似于HTTP。SIP可以减少应用特别是高级应用的开发时间。由于基于IP协议的SIP利用了IP网络，固定网运营商也会逐渐认识到SIP技术对于他们的远意义。
归属签约用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)是3GPP在R5引入IMS时提出的概念，其功能与HLR类似但更加强大，支持更多接口，可以处理更多的用户信息。HSS支持用于处理调用/会话的IMS网络实体的主要用户数据库。它包含用户配置文件，执行用户的身份验证和授权，并可提供有关用户物理位置的信息。
本发明实施例提供一种基于Kubernetes的IMS系统，如图1所示，所述系统包括：第一服务组件Kubernetes ellis、第二服务组件Kubernetes homer、第三服务组件Kubernetes sprout；其中，
所述Kubernetes ellis，用于对会话初始协议SIP用户的注册管理，还用于创建用户测试账号，根据所述用户测试账号和业务配置信息生成第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes homer；
所述Kubernetes homer，用于接收所述Kubernetes ellis发送的所述第一用户配置信息，还用于保存所述第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；
所述Kubernetes sprout，用于接收所述Kubernetes homer发送的所述第一用户配置信息。
其中，第一用户配置信息包括：用户账号数据，用户订购的业务和配置参数，以及用户的归属地信息。
具体的，Kubernetes ellis用于创建任意数量的用户测试账号，实现对测试SIP用户的注册管理，并将测试用户配置信息发送给Kubernetes homer，所述Kubernetes homer从Kubernetes ellis获取测试用户配置信息，并将该测试用户配置信息保存，再将该测试用户配置信息发送给Kubernetes sprout。
其中，Kubernetes ellis组件的功能是可以创建任意数量的账号，不是必须创建任意数量。Kubernetes ellis组件还可以完成对SIP用户的注册管理。
这里，测试用户配置信息即第一用户配置信息，第一用户配置信息包括：用户账号数据、用户订购的业务和配置参数，以及用户的归属地等信息，第一用户配置信息是通过用户测试账号与业务配置信息共同生成的。Kubernetes ellis在生成第一用户配置信息之后，将第一用户配置信息发送给Kubernetes homer组件，用于用户发起VOIP请求时进行用户验证的作用。
进一步地，如图1所示，所述系统还包括：第四服务组件Kubernetes homerstead，用于在用户发起网络电话VIOP请求时，从归属签约用户服务器HSS同步第二用户配置信息，并将所述第二用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；
所述Kubernetes sprout，还用于接收所述Kubernetes homerstead发送的所述第二用户配置信息。
具体的，所述Kubernetes homerstead在用户发起VIOP请求时，从外部HSS同步用户配置信息，即同步第二用户配置信息，并将用户配置信息发送给Kubernetes sprout。
这里，Kubernetes homerstead组件从HSS中获取的第二用户配置信息与Kubernetes homer中的不同。Kubernetes homerstead从HSS中获取的第二用户配置信息主要包括用户的归属地、用户订购的业务参数等信息。Kubernetes homerstead获取的第二用户配置信息与Kubernetes homer中的获取的第一用户配置信息共同组合成完整的“用户配置信息”。
进一步地，如图1所示，所述系统还包括：第五服务组件Kubernetes cassandra，用于为所述Kubernetes homer和所述Kubernetes homerstead提供分布式海量存储。
这里，Cassandra集群是一个分布式高可用数据库。Cassandra作为一个共享的数据库，保存Homer组件和Homestead组件需要保存的用户配置信息。
进一步地，如图1所示，所述系统还包括：第六服务组件Kubernetes bono、第七服务Kubernetes ralf；
所述Kubernetes bono，用于在SIP业务过程中，产生用户账单的计费事件，并将所述用户账单的计费事件发送给所述Kubernetes ralf。
具体的，由于Kubernetes bono需要暴露SIP接入与STUN服务的端口，供客户端连接，客户端指的是用户移动终端，例如手机，因此将Kubernetes bono的5060，5062和3478等端口都采用NodePort方式绑定到Node上，从而SIP客户端可以与集群中的任意Node建立通信连接，其中，Node是Kubernetes中的工作节点，通常是一台物理服务器。最好的方式是外部有负载均衡器，Kubernetes bono服务的端口映射到公网public network上，供外部用户使用，如图2所示是示例的部署示意图。
进一步地，所述Kubernetes sprout，还用于在SIP业务过程中，产生用户账单的计费事件，并将所述用户账单的计费事件发送给所述Kubernetes ralf。
进一步地，如图1所示，所述系统还包括：第八服务组件Kubernetes memcached，用于为Kubernetes sprout和Kubernetes ralf提供分布式海量存储。
具体的，Kubernetes memcached实现的是Kubernetes sprout和Kubernetes ralf都需要的基础缓存服务。Kubernetes sprout组件在Kubernetes memcached中保存的是用户的注册信息；Kubernetes ralf组件在Kubernetes memcached中保存的是用户在IMS通信过程中的会话信息。
进一步地，所述Kubernetes ralf，还用于从所述Kubernetes sprout和所述Kubernetes bono接收所述用户账单的计费事件，将所述用户账单的计费事件存储到所述Kubernetes memcached中，再通过标准接口传送给计费数据功能CDF，以完成用户的计费和账单流程。
具体的，为将SIP客户端连接到Clearwater上，用手工方式在Kubernetes的SkyDNS里插上icsf.sprout与scscf.sprout这两条DNS记录，他们都指向Kubernetes sprout服务的集群IP，即对原生Clearwater进行额外的技术开发(在DNS中补充sprout的记录)，就能实现在Kubernetes集群中完成服务的注册和管理。
进一步地，如图1所示，所述系统还包括：第九服务组件Kubernetes chrons，用于实现对Kubernetes ralf的水平扩展，所述Kubernetes chrons与所述Kubernetes sprout、所述Kubernetes ralf一起工作。
这里，水平扩展是指一个服务由多个应用进程实例支撑，实例数量可以增加或减少，以实现对不同业务量的支持。在Kubernetes中，一个微服务都是由多个容器实例进行支撑的，可以方便快捷地实现水平扩展。
进一步地，如图1所示，所述系统还包括：第十服务组件Kubernetes etcd，用于实现对IMS系统的集群系统配置和集群服务发现功能，还用于存储所述Kubernetescassandra、所述Kubernetes memcached、所述Kubernetes chrons的集群信息。
这里，服务发现功能指的是为了让客户端仅需要通过服务的名称就能访问到服务，基础平台需要提供将服务名称翻译成真实可访问URL的工作，包括对整个IMS系统中各个服务的定义、存储、URL地址映射、地址转换等功能。
具体的，Cassandra、Memcached、Etcd主要用于数据存储和缓存，Chronos则用于对Ralf的水平扩展功能。
具体的，如图1所示，本发明实施例提供的基于Kubernetes的IMS系统包括十个服务组件，分别为：Kubernetes bono、Kubernetes cassandra、Kubernetes chrons、Kubernetes ellis、Kubernetes etcd、Kubernetes homer、Kubernetes homerstead、Kubernetes memcached、Kubernetes ralf、Kubernetes sprout。具体服务组件的说明如下表所示。
具体的，Kubernetes bono、Kubernetes cassandra、Kubernetes chrons、Kubernetes ellis、Kubernetes etcd、Kubernetes homer、Kubernetes homerstead、Kubernetes memcached、Kubernetes ralf、Kubernetes sprout这十个服务是IMS系统的主要功能模块，共同协作组成了完整的IMS系统。Bono起到的是IMS中的代理呼叫会话控制功能(P-CSCF，Proxy-Call Session Control Funtion)，Sprout起到的是IMS中的呼叫会话控制功能I-CSCF功能，Homer组件用于存取用户开通MMTel(MultiMediaTelephony)业务(多媒体电话业务)，Homestead起到的是HSS的功能，Ralf组件将Bono与Sprout产生的计费事件存储到memcached组件中，Chronos组件支持Ralf的扩展功能，Etcd用来解决Clearwater集群下的服务发现功能，Ellis提供SIP用户的注册管理功能，Cassandra起到数据库的作用。
具体的，如图1所示，箭头连接的两个服务组件之间有双向的信息交互和传输。各服务组件之间的信息交互包括：Kubernetes bono在收到用户终端发起的VOIP请求之后，Kubernetes bono发起SIP报文，并发送SIP报文给Kubernetes sprout组件；Kubernetessprout接收所述Kubernetes bono发送的所述SIP报文，Kubernetes sprout组件从Kubernetes homer和Kubernetes homestead组件请求用户配置信息，完成SIP报文的转发；Kubernetes ralf和Kubernetes chrons则完成对Rf协议所需的对话状态的保持，并实时与Kubernetes bono和Kubernetes sprout保持用户信息的同步；Kubernetes ellis则通过提供用户注册，MMTel服务设置，将测试用户信息注册到Kubernetes homer组件中。各组件协同工作，共同组成一个完整的IMS系统。
本发明实施例提供的基于Kubernetes的IMS系统，通过对IMS系统的微服务架构设计(拆分为十个组件)，以及与Kubernetes微服务体系(弹性容器管理)结合，并根据压力设置自动扩缩容策略，即通过Kubernetes实现对Clearwater集群的弹性扩容，通过Kubernetes实现基于容器容载压力的自动扩容；通过Kubernetes降低人工运维Clearwater系统的难度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于Kubernetes的IMS系统，其特征在于，所述系统包括：第一服务组件Kubernetes ellis、第二服务组件Kubernetes homer、第三服务组件Kubernetes sprout；其中，
所述Kubernetes ellis，用于对会话初始协议SIP用户的注册管理，还用于创建用户测试账号，根据所述用户测试账号和业务配置信息生成第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes homer；
所述Kubernetes homer，用于接收所述Kubernetes ellis发送的所述第一用户配置信息，还用于保存所述第一用户配置信息，还用于将所述第一用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；
所述Kubernetes sprout，用于接收所述Kubernetes homer发送的所述第一用户配置信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第四服务组件Kubernetes homerstead，用于在用户发起网络电话VIOP请求时，从归属签约用户服务器HSS同步第二用户配置信息，并将所述第二用户配置信息发送给所述Kubernetes sprout；
所述Kubernetes sprout，还用于接收所述Kubernetes homerstead发送的所述第二用户配置信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第五服务组件Kubernetes cassandra，用于为所述Kubernetes homer和所述Kubernetes homerstead提供分布式海量存储。
4.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第六服务组件Kubernetes bono、第七服务Kubernetes ralf；
所述Kubernetes bono，用于在SIP业务过程中，产生用户账单的计费事件，并将所述用户账单的计费事件发送给所述Kubernetes ralf。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述Kubernetes sprout，还用于在SIP业务过程中，产生用户账单的计费事件，并将所述用户账单的计费事件发送给所述Kubernetes ralf。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第八服务组件Kubernetes memcached，用于为Kubernetes sprout和Kubernetes ralf提供分布式海量存储。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述Kubernetes ralf，还用于从所述Kubernetes sprout和所述Kubernetes bono接收所述用户账单的计费事件，将所述用户账单的计费事件存储到所述Kubernetes memcached中，再通过标准接口传送给计费数据功能CDF，以完成用户的计费和账单流程。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第九服务组件Kubernetes chrons，用于实现对Kubernetes ralf的水平扩展，所述Kubernetes chrons与所述Kubernetes sprout、所述Kubernetes ralf一起工作。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第十服务组件Kubernetes etcd，用于实现对IMS系统的集群系统配置和集群服务发现功能，还用于存储所述Kubernetes cassandra、所述Kubernetes memcached、所述Kubernetes chrons的集群信息。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一用户配置信息包括：用户账号数据，用户订购的业务和配置参数，以及用户的归属地信息。
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