CN111526490B - 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
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 (5)
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(13)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IPF为接口处理单元,BPF为业务处理单元,BPF节点为业务处理单元对应的节点,IPF节点为接口处理单元对应节点;
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;
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;
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。
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(126),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。
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,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。
4.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。
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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