CN111526490A - 一种基于ims网络的as业务实现系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IMS网络的AS业务实现系统，该系统包括AS服务器，所述AS服务器和S‑CSCF网元通过SIP信令通信连接；IPF节点用于转发SIP信令，将通过第一虚拟IP接收的S‑CSCF报文，通过第二虚拟IP均衡分发至若干BPF节点，确保相同呼叫的信令投递相同的BPF节点；BPF节点用于接收从S‑CSCF网元传输的报文，并作出回应，通过IPF节点传送给S‑CSCF网元；第一虚拟IP用于IPF节点与所述S‑CSCF网元之间的通信，第二虚拟IP用于IPF节点与BPF节点之间的通信连接；该发明所述的方案具有高可靠性，某一主节点异常时，自动切换至备节点，不影响运营商现网呼叫和AS自身业务；IPF节点采用DPDK+F‑stack进行数据的收发，相对于socket通信，该方案具有更高的处理性能，采用千兆网卡，IPF可达到接收800Mbps的处理性能。

Description

一种基于IMS网络的AS业务实现系统
技术领域
本发明涉及移动通讯技术领域，具体涉及基于IMS网络的AS业务实现系统。
背景技术
IMS是IP多媒体子系统，本质上是一种由3Gpp提出的基于IP的网络结构，是一种全新的多媒体业务形式，也是移动通信4G核心网的重要组成部分；IMS的业务能力分为基本能力和增强能力，其中，基本能力由IMS的CSCF等网元提供，而增强能力由AS提供。
如图1所示，IMS网络的AS业务普遍采用双机热备方式，AS节点分AS(主)和AS(备)，S-CSCF网元需要触发AS业务时，首先选择AS(主)，当AS(主)异常时，切换至AS(备)，主备之间需要进行SIP会话信息的同步，主备切换不影响进入稳态呼叫的信令接续。在主备AS进程内部，一般采用多线程并发架构以提高处理性能。
现有的AS主要通过主备实现高可靠性，将AS节点的功能集成在一个进程中，因AS的业务处理复杂，单AS节点的处理性能有限，且不具有可扩展性，无法通过扩展进程来提供单AS节点的处理能力，并且数据收发一般采用套接字socket，收发性能受限于操作系统内核协议栈。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于IMS网络的AS业务实现系统。
技术方案：本发明所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，该系统包括AS服务器，所述AS服务器和IMS网络中的S-CSCF网元通过SIP信令通信连接；
所述AS服务器包括多个BPF节点、IPF节点、第一虚拟IP和第二虚拟IP，所述IPF节点用于转发所述SIP信令，将通过第一虚拟IP接收的S-CSCF报文，通过第二虚拟IP均衡分发至若干BPF节点，确保相同呼叫的信令投递相同的BPF节点；
所述BPF节点用于接收从所述S-CSCF网元传输的报文，并作出回应，通过所述IPF节点传送给S-CSCF网元；
所述第一虚拟IP用于IPF节点与所述S-CSCF网元之间的通信，所述第二虚拟IP用于IPF节点与BPF节点之间的通信连接。
进一步地，包括：
所述IPF节点包括主IPF节点组件和备IPF节点组件，所述主IPF节点组件和备IPF节点组件布置在不同的服务器上，两者通过socket套接字实现保活连接。
进一步地，包括：
所述主IPF节点组件包括主IPF节点、与所述主IPF节点端口连接的第一网卡以及与所述主IPF节点端口连接的第二网卡，所述第一网卡用于实现所述主IPF节点与所述S-CSCF网元通信连接的数据转换，所述第二网卡实现所述主IPF节点与BPF节点之间通信连接的数据转换，所述第一网卡和第二网卡与所述主IPF节点均采用基于DPDK的用户态协议栈f-stack的方式实现通信连接。
进一步地，包括：
所述备IPF节点组件包括备IPF节点、与所述备IPF节点上行端口连接的第三网卡以及与所述备IPF节点下行端口连接的第四网卡，所述第三网卡用于实现所述备IPF节点与所述S-CSCF网元的通信连接的数据转换，所述第四网卡实现所述备IPF节点与BPF节点之间通信连接的数据转换，所述第三网卡和第四网卡与所述备IPF节点均采用基于DPDK的用户态协议栈f-stack的方式实现通信连接.
进一步地，包括：
正常情况下，所述第一虚拟IP与所述第一网卡的MAC地址绑定，所述BPF节点以及S-CSCF网元均与所述主IPF节点通信连接，若所述主IPF节点出现通信故障，所述备IPF节点组件将所述第一虚拟IP和所述第三网卡绑定，所述备IPF节点与所述BPF节点以及S-CSCF网元通信连接。
进一步地，包括：
所述BPF节点包括主BPF节点和备BPF节点，所述主BPF节点和备BPF节点部署在不同的服务器上，两者通过socket套接字通信连接。
进一步地，包括：
正常情况下，所述主BPF节点向所述IPF节点发送TCP保活消息，主BPF节点和备BPF节点进行定时探测消息通信，若IPF节点接收不到主BPF节点的TCP保活消息，则主BPF节点向和备BPF节点进行数据同步后，备BPF节点向所述IPF节点发送TCP保活消息。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、该发明所述的方案具有高可靠性，某一主节点异常时，自动切换至备节点，不影响运营商现网呼叫和AS自身业务；2、本发明所述的IPF节点采用DPDK+F-stack进行数据的收发，相对于socket通信，该方案具有更高的处理性能，采用千兆网卡，IPF可达到接收800Mbps的处理性能；3、本发明采用IPF节点+BPF节点的架构，使本发明具有良好的业务扩展性，当业务处理性能不足时，可通过增加BPF节点的方式，提高AS的业务处理性能。
附图说明
图1是现有技术提供的AS业务实现的网络架构图；
图2是本发明所述的基于IMS网络的AS业务实现系统结构图。
具体实施方式
为了更加清楚明白的说明本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
首先，本发明先对一些基本概念作出解释：
IMS：IP Multimedia Subsystem IP多媒体系统；
AS：Application Server应用服务器；
S-CSCF：Serving Call Session Control Function服务-呼叫会话控制功能，S-CSCF是电信IMS网络中的网元设备，非AS中的模块，AS和S-CSCF进行通信；
DPDK：Data Plane Development Kit用于快速数据包处理的函数库和驱动集合
F-stack：一个用户态的高性能的网络接入开发包，基于DPDK、FreeBSD协议栈、微线程接口等实现的高性能网络服务器。
如图2所示，本发明提供一种基于IMS网络的AS业务实现系统，该系统包括AS服务器1，AS服务器1和IMS网络中的S-CSCF网元2通过SIP信令3通信连接。
AS服务器1包括N个BPF节点11，其中，N＞1、IPF节点12、第一虚拟IP13和第二虚拟IP14，IPF节点12用于转发SIP信令3，将通过第一虚拟IP14接收的S-CSCF报文，通过第二虚拟IP14均衡分发至若干BPF节点11，确保相同呼叫的信令投递相同的BPF节点11。本发明所述的IPF和BPF均为欲实现本发明效果申请人所起的节点名称。IPF为接口处理单元，主要负责信令的高性能收发，接收S-CSCF的信令，将信令均衡分发至多个BPF节点；接收BPF的信令，将信令回传至S-CSCF，BPF为业务处理单元，主要负责应用业务的处理和SIP信令的接续，根据实际的性能需求，在单AS节点中，可配置多个BPF节点，实现BPF的可扩展能力，通过对BPF进程的横向扩展，提高AS节点的业务处理性能。AS节点采用IPF+BPF的方式，保证了上层业务处理的可扩展性。单BPF的业务处理性能达到上限时，可通过增加BPF进程的方式，提高AS节点的处理性能。
BPF节点11用于接收从S-CSCF网元2传输的报文，并作出回应，通过IPF节点12传送给S-CSCF网元2；
第一虚拟IP13用于IPF节点12与S-CSCF网元2之间的通信，第二虚拟IP14用于IPF节点12与BPF节点11之间的通信连接。
IPF节点12包括主IPF节点组件和备IPF节点组件，主IPF节点组件和备IPF节点组件布置在不同的服务器上，两者通过socket套接字实现保活连接。
主IPF节点组件包括主IPF节点121、与主IPF节点121端口连接的第一网卡122以及与主IPF节点121端口连接的第二网卡123，第一网卡122用于实现主IPF节点121与S-CSCF网元2通信连接的数据转换，第二网卡123实现主IPF节点121与BPF节点11之间通信连接的数据转换，第一网卡122和第二网卡123与主IPF节点121均采用基于DPDK的用户态协议栈f-stack的方式实现通信连接，IPF收发方式采用DPDK+f-stack，该收发方式绕过内核协议栈，保证了单AS节点的高收发性能，满足电信核心网的性能要求。
通过实验测试，采用千兆网卡，单IPF可达到800Mbps的处理性能，单BPF可达到100Mbps的处理性能。采用1IPF+8BPF的单AS节点可达到800Mbps的综合处理性能，在满足高可靠性要求的同时，通过BPF的扩展和IPF的高性能收发，达到运营商对AS的处理性能要求。
备IPF节点组件包括备IPF节点124、与备IPF节点124上行端口连接的第三网卡125以及与所述备IPF节点124下行端口连接的第四网卡126，第三网卡125用于实现所述备IPF节点123与S-CSCF网元2的通信连接的数据转换，第四网卡126实现所述备IPF节点124与BPF节点11之间通信连接的数据转换，第三网卡125和第四网卡126与备IPF节点124均采用基于DPDK的用户态协议栈f-stack的方式实现通信连接。
主IPF节点和备IPF节点的通信原理为：主备是电信网容灾的一种方法，避免单节点故障影响现网业务。IPF的主备通过浮动的虚拟ip实现。虚拟ip绑定在节点1的网卡上，节点1即为主机，其他模块通过虚拟ip和节点1通信，若节点1出现通信故障，节点2将虚拟ip和自己的网卡绑定，节点2由备机变为主机。主备IPF之间有保活连接，通过socket实现。
具体的，单IPF节点采用主备进程结构，部署在不同的服务器上。通过keepalived软件实现双机热备，主备进程共享一个虚拟ip，该虚拟ip和S-CSCF进行通信。首先keepalived将该ip和主进程所在服务器的mac地址绑定，s-cscf和主进程通信；主进程异常，备进程的keepalived检测到该结果后，将虚拟ip和服务器上的mac绑定，再广播arp包，完成主备切换。该双机热备方案满足运营商的高可靠性要求。
具体的，第一虚拟IP13与第一网卡122的MAC地址绑定，BPF节点11以及S-CSCF网元2均与主IPF节点通信连接，若主IPF节点出现通信故障，备IPF节点组件将第一虚拟IP13和第三网卡125绑定，备IPF节点124与BPF节点11以及S-CSCF网元2通信连接。
进一步地，本发明的BPF节点11包括主BPF节点111和备BPF节点112，主BPF节点111和备BPF节点112部署在不同的服务器上，两者通过socket套接字通信连接。
正常情况下，主BPF节点111向IPF节点12发送TCP保活消息，主BPF节点111和备BPF节点112进行定时探测消息通信，若IPF节点12接收不到主BPF节点111的TCP保活消息，则主BPF节点111向和备BPF节点112进行数据同步后，备BPF节点112向所述IPF节点12发送TCP保活消息。
即BPF的主备通过和IPF保活实现，BPF主备向IPF发送保活消息。首先收到保活消息的即为主机，若IPF接收不到主机的保活，备BPF则变为主BPF。主备BPF之间通过socket连接，目的是为了同步会话信息。
通信原理为：BPF节点包含互为主备的两个进程，部署在不同的服务器上，为保证主备切换后的信令正常接续，主进程需定时向备进程发送sip会话信息同步。备进程向主进程发送探测消息，当主进程异常时，自动切换至备进程，完成主备切换功能。
BPF主要负责AS的具体业务处理和信令接续，为满足运营商的高可靠性要求，避免单点故障对现场产生影响，BPF也采用双机热备的方式。单BPF节点包括主备两个进程，分别部署在不同的服务器上。主备进程之间需进行定时探测消息通信，检测主进程异常时，需进行主备切换，并通知IPF，将业务迁移到备进程。为保证主备切换后，不影响后续呼叫的正常接续，主备进程之间需进行数据同步。主进程定时将相关会话信息发送至备进程。

Claims (7)

1.一种基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，该系统包括AS服务器(1)，所述AS服务器(1)和IMS网络中的S-CSCF网元(2)通过SIP信令(3)通信连接；
所述AS服务器(1)包括多个BPF节点(11)、IPF节点(12)、第一虚拟IP(13)和第二虚拟IP(14)，所述IPF节点(12)用于转发所述SIP信令(3)，将通过第一虚拟IP(14)接收的S-CSCF报文，通过第二虚拟IP(14)均衡分发至若干BPF节点(11)，确保相同呼叫的信令投递相同的BPF节点(11)；
所述BPF节点(11)用于接收从所述S-CSCF网元(2)传输的报文，并作出回应，通过所述IPF节点(12)传送给S-CSCF网元(2)；
所述第一虚拟IP(13)用于IPF节点(12)与所述S-CSCF网元(2)之间的通信，所述第二虚拟IP(14)用于IPF节点(12)与BPF节点(11)之间的通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，所述IPF节点(12)包括主IPF节点组件和备IPF节点组件，所述主IPF节点组件和备IPF节点组件布置在不同的服务器上，两者通过socket套接字实现保活连接。
3.根据权利要求2所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，所述主IPF节点组件包括主IPF节点(121)、与所述主IPF节点(121)端口连接的第一网卡(122)以及与所述主IPF节点(121)端口连接的第二网卡(123)，所述第一网卡(122)用于实现所述主IPF节点(121)与所述S-CSCF网元(2)通信连接的数据转换，所述第二网卡(123)实现所述主IPF节点(121)与BPF节点(11)之间通信连接的数据转换，所述第一网卡(122)和第二网卡(123)与所述主IPF节点(121)均采用基于DPDK的用户态协议栈f-stack的方式实现通信连接。
4.根据权利要求3所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，所述备IPF节点组件包括备IPF节点(124)、与所述备IPF节点(124)上行端口连接的第三网卡(125)以及与所述备IPF节点(124)下行端口连接的第四网卡(125)，所述第三网卡(125)用于实现所述备IPF节点(124)与所述S-CSCF网元(2)的通信连接的数据转换，所述第四网卡(126)实现所述备IPF节点(124)与BPF节点(11)之间通信连接的数据转换，所述第三网卡(125)和第四网卡(126)与所述备IPF节点(124)均采用基于DPDK的用户态协议栈f-stack的方式实现通信连接。
5.根据权利要求4所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，正常情况下，所述第一虚拟IP(13)与所述第一网卡(122)的MAC地址绑定，所述BPF节点(11)以及S-CSCF网元(2)均与所述主IPF节点通信连接，若所述主IPF节点出现通信故障，所述备IPF节点组件将所述第一虚拟IP(13)和所述第三网卡(125)绑定，所述备IPF节点(124)与所述BPF节点(11)以及S-CSCF网元(2)通信连接。
6.根据权利要求1所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，所述BPF节点(11)包括主BPF节点(111)和备BPF节点(112)，所述主BPF节点(111)和备BPF节点(112)部署在不同的服务器上，两者通过socket套接字通信连接。
7.根据权利要求6所述的基于IMS网络的AS业务实现系统，其特征在于，正常情况下，所述主BPF节点(111)向所述IPF节点(12)发送TCP保活消息，主BPF节点(111)和备BPF节点(112)进行定时探测消息通信，若IPF节点(12)接收不到主BPF节点(111)的TCP保活消息，则主BPF节点(111)向和备BPF节点(112)进行数据同步后，备BPF节点(112)向所述IPF节点(12)发送TCP保活消息。
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