CN112468466B - 一种关于超大规模ims as技术的实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，该系统包括：信令接入模块包括接入模块、解析模块和转发模块；媒体处理模块用于提供媒体处理；业务处理模块包括接收信令上报消息模块、控制执行模块、释放资源模块；数据操作模块包括存储更新模块、提供接口模块。通过该系统，实现了全国规模的超大规模业务量处理，满足了IMS网络全网集中建设业务平台的要求；保证了电信级别要求的可靠性、实时性、稳定性；实现了多种容错机制，实现了电信网络运营要求的安全性；实现了系统简单扩容，方便了业务运维管理。

Description

一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统

技术领域

本发明涉及电信技术领域，具体来说，涉及一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统。

背景技术

随着通信技术的发展，公共通信网络核心网已经逐步采用IMS（IP MultimediaSubsystem IP多媒体子系统 ）技术，通信运营商已经依托IMS网络向社会公众提供各种各样的通信业务。

在IMS网络中，通信业务是通过AS（Application Server 应用服务器）来实现的。由于IMS网络的扁平化特点，使得在部署一个通信业务时，部署一套逻辑上全网集中的AS成为可能，但面对中国通信运营商海量用户的实际情况，如果采用全网集中模式，则AS必须面对前所未见的超高并发量、超大用户容量、超大数据量的难度，同时需要解决在超高并发量情况下系统处理的实时性、稳定性和可靠性问题。

一方面，现有的AS技术大多是从传统的VoIP呼叫服务器发展而来。但是在电信业界部署IMS之前，VoIP技术一般运用在局域网上解决企业内部通信，或用在互联网上解决国际长途通信问题。VoIP通信网络在用户规模、网络完备性、运营可靠性要求等方面与电信运营级别的IMS网络不可同日而语。因此，原有的VoIP呼叫服务器普遍存在容量小、性能低、可靠性低、维护手段少等问题，难以满足电信设备的要求，无法应用在电信IMS网络之中。

另外一方面，基于传统电信网络的智能网技术经过IMS改造后也可应用于IMS网络中。但在传统电信网络里，业务一般是分省部署的，因此传统智能网技术一般只适用于省级规模的组网使用。在面对全国规模的应用场景下，传统智能网技术在系统架构、组网技术、系统扩展等方面都面临巨大挑战。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，该系统包括：

信令接入模块、媒体处理模块、业务处理模块、数据操作模块，其中，

所述信令接入模块用于IMS网络信令的接入、解析和转发，所述信令接入模块包括接入模块、解析模块和转发模块；

所述媒体处理模块用于提供媒体处理，其中，处理内容包括RTP语音流、RTP视频流的桥接、录音、混音、DTMF检测、背景检测、会议；

所述业务处理模块用于提供并执行具体业务，接收所述信令接入模块上报的信令消息，根据业务要求构建新的信令消息并通过所述信令接入模块进行下发，控制所述媒体处理模块执行具体的媒体处理，根据业务要求停止媒体处理，释放所述媒体处理模块资源，所述业务处理模块包括接收信令上报消息模块、控制执行模块、释放资源模块；

所述数据操作模块用于用户相关静态数据、用户相关动态数据、呼叫相关动态数据、状态更新热数据、非用户相关静态数据、非用户相关动态数据的存储、同步和持久化更新，还用于向所述业务处理模块提供一致的数据库读写操作接口，所述数据操作模块包括存储更新模块、提供接口模块。

进一步的，所述业务处理模块控制所述媒体处理模块。

进一步的，当所述业务处理模块执行具体业务处理时，必须通过数据库读写接口操作所述数据操作模块。

进一步的，所述数据操作模块将不同类型的数据分布在不同的数据库集群上，不同类型数据的访问操作由不同数据库集群提供。

进一步的，所述信令接入模块将信令解析处理与处理数据进行解耦合，将统一的信令解析处理部分抽象为一个无状态实体；在所述信令接入模块中，如果未收到业务节点的心跳探测响应，信令节点将该业务节点标记为失活，将失活业务节点从可用列表中剔除，当失活业务节点恢复后，信令节点将复活业务节点状态更新为激活，重新加入可用列表中，对新接入的会话处理请求，将业务处理请求发往复活业务节点。

进一步的，所述信令接入模块中，当检测自身主逻辑处理失效时，应将自身激活状态标记为去活，停止响应IMS心跳检测，停止向业务节点发送保活心跳探测。

进一步的，所述业务处理模块中的业务节点与所述信令接入模块中的信令节点以全交叉方式连续；所述业务处理模块中，当业务节点收到信令节点发送的业务处理请求时，查询所述数据操作模块，执行具体业务处理。

本发明的有益效果：通过该系统，实现了全国规模的超大规模业务量处理，满足了IMS网络全网集中建设业务平台的要求；在实现超大规模业务量处理时，保证了电信级别要求的可靠性、实时性、稳定性；实现了多种容错机制，支持进程级别、模块级别、系统级别的安全容错处理，实现了电信网络运营要求的安全性；实现了系统简单扩容，通过增加物理机或虚拟机即可实现容量扩容，无需内部数据迁移调整，方便了业务运维管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的信令接入模块的结构示意图；

图3是根据本发明实施例所述的媒体处理模块的结构示意图；

图4是根据本发明实施例所述的业务处理模块的结构示意图；

图5是根据本发明实施例所述的数据操作模块的结构示意图。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，根据本发明实施例所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，包括：

信令接入模块、媒体处理模块、业务处理模块、数据操作模块，其中，

所述信令接入模块用于IMS网络信令的接入、解析和转发，所述信令接入模块包括接入模块、解析模块和转发模块；

所述媒体处理模块用于提供媒体处理，其中，处理内容包括RTP语音流、RTP视频流的桥接、录音、混音、DTMF检测、背景检测、会议；

所述业务处理模块用于提供并执行具体业务，接收所述信令接入模块上报的信令消息，根据业务要求构建新的信令消息并通过所述信令接入模块进行下发，控制所述媒体处理模块执行具体的媒体处理，根据业务要求停止媒体处理，释放所述媒体处理模块资源，所述业务处理模块包括接收信令上报消息模块、控制执行模块、释放资源模块；

所述数据操作模块用于用户相关静态数据、用户相关动态数据、呼叫相关动态数据、状态更新热数据、非用户相关静态数据、非用户相关动态数据的存储、同步和持久化更新，还用于向所述业务处理模块提供一致的数据库读写操作接口，所述数据操作模块包括存储更新模块、提供接口模块。

在本发明的一个具体实施例中，所述业务处理模块控制所述媒体处理模块。

在本发明的一个具体实施例中，当所述业务处理模块执行具体业务处理时，必须通过数据库读写接口操作所述数据操作模块。

在本发明的一个具体实施例中，所述数据操作模块将不同类型的数据分布在不同的数据库集群上，不同类型数据的访问操作由不同数据库集群提供。

在本发明的一个具体实施例中，所述信令接入模块将信令解析处理与处理数据进行解耦合，将统一的信令解析处理部分抽象为一个无状态实体；在所述信令接入模块中，如果未收到业务节点的心跳探测响应，信令节点将该业务节点标记为失活，将失活业务节点从可用列表中剔除，当失活业务节点恢复后，信令节点将复活业务节点状态更新为激活，重新加入可用列表中，对新接入的会话处理请求，将业务处理请求发往复活业务节点。

在本发明的一个具体实施例中，所述信令接入模块中，当检测自身主逻辑处理失效时，应将自身激活状态标记为去活，停止响应IMS心跳检测，停止向业务节点发送保活心跳探测。

在本发明的一个具体实施例中，所述业务处理模块中的业务节点与所述信令接入模块中的信令节点以全交叉方式连续；所述业务处理模块中，当业务节点收到信令节点发送的业务处理请求时，查询所述数据操作模块，执行具体业务处理。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下对本发明的上述技术方案进行详细说明。

如图1所示，总体方案

超大规模AS的构建需要解决超高并发量、超大用户容量、超大数据访问量以及在超大规模数据量下数据一致性、失效容错机制的问题。

为了承接全国规模的超大业务量，将AS设计为一种可运行在通用硬件上的分布式系统。分布式AS是一个具有高度容错性的系统，适合部署在廉价的机器上，能够提供超高实时并发访问量、超高吞吐量的数据访问，适合大规模业务量上的应用。

为了实现分布式系统，将AS按功能划分成如下若干不同性质的功能模块：信令接入功能模块、数据操作功能模块、业务处理功能模块、媒体处理功能模块。不同类型功能模块完成不同性质的处理功能，不同功能模块对外提供远程调用接口，不同功能模块在完成自动处理时，远程调用其他功能模块能力，互相配合共同完成完整的业务处理。

为了实现分布式系统，相同类型的功能模块均采用“热活”状态的工作集群来实现，部署在一组大数量同质的机器上。工作集群采用负荷分担工作模式，由若干具有相同结构的节点共同承担业务负载，以此来处理超大规模高并发量和业务量。可根据业务负载规模分别计算所需的节点数量，通过部署足够数量的节点来实现对超大业务量的处理。当在云计算环境下部署时，可将一个节点对应于一个VM，这样可利用云计算的资源管理器动态分配和扩缩容节点数量，实现云计算下的资源动态调整。

为了实现分布式系统，不同类型功能模块之间设计采用高容错消息总线进行通信，各功能模块节点之间通过消息总线进行交叉连接方式，不同功能模块的节点之间实现均衡连接，从而实现模块之间的业务负载的均衡分配。消息总线传送业务处理调用消息、错误检测消息、状态更新消息、数据回滚消息等各类数据。通过消息总线，各类功能模块完成业务处理远程调用、失效检测、状态更新等功能。

为了实现分布式系统，各节点在会话过程中需要在内存在临时保存源地址和会话ID对应关系信息，在一次会话过程中，对于相同的会话ID的响应消息需要发送到对应的源地址去，实现超大业务量处理下的处理路径唯一性。

为了实现“热活”状态的工作集群，采用数据解耦方式，将功能模块具体的处理逻辑抽象出来，与具体的用户相关数据解耦，实现独立的无状态实体节点，一组相同性质的节点构成一类“热活”工作集群。

为了实现超大规模数据访问要求，采用数据分割方式，根据不同的数据类型将数据操作功能模块划分成不同的数据集群，不同类型的数据访问不同的数据集群，从而实现数据访问在空间上的分布。

为了实现超大规模数据访问下的数据一致性，数据集群中各节点采用相同的数据数据表项。在数据集群中指定Master主节点和Slave从节点。对于读操作，可向所有数据节点进行读操作。对于写操作，只向Master主节点进行写操作。采用数据同步方法，Master主节点实时更新Slave从节点数据，实现数据一致性。

为了实现超大业务量处理下的容错处理， 相互通信的不同功能模块节点设计实现错误检测，节点可通过消息总线进行保活探测，并维护远端节点的活跃状态信息。如果正常收到远端节点探测响应，维持远端节点的活跃状态为“激活”，如果未正常接收远端节点的探测响应，更新远端节点的活跃状态为“失活”。从而在新的业务处理开始时，抛弃失活的远端节点，选择激活的远端节点进行处理，从而实现集群内的节点失效容错。

为了实现超大业务量处理下的容错处理，各功能模块的工作集群均采用N+M冗余设计，可容忍M个节点失效。

为了实现超大业务量处理下的容错处理，各功能模块均设计实现全阻默认处理机制，在某一类功能模块全失效情况下，可做默认旁通处理，避免系统崩溃。

如图2所示，信令接入功能模块

信令接入功能模块负责IMS网络信令的接入、解析和转发。数据操作功能模块。

为了承接全国规模的超大业务量，信令接入功能模块统一不保存与用户相关的特例数据，将信令解析处理与处理数据进行解耦合，将统一的信令解析处理部分抽象为一个无状态实体，从而实现信令接入功能模块动态的线性负荷分担。

一个无状态实体构成一个信令接入节点，每一个信令节点分配一个信令网IP地址，IMS网络可将信令负荷均匀分配到每一个信令节点上。

每一个信令节点与业务处理功能模块中的业务节点以全交叉方式连续，实现业务负荷的均匀分发。

每一个信令节点与业务处理功能模块中的业务节点之间维持保活心跳探测，每一个信令节点向业务节点发送心跳探测，根据接收探测信号的响应维护业务节点状态信息。

如果未收到某个业务节点的心跳探测响应，信令节点将该业务节点标记为失活，将失活业务节点从可用列表中剔除。对新接入的会话处理请求，不再将业务处理请求发往失活业务节点。当失活业务节点恢复后，信令节点将复活业务节点状态更新为激活，重新加入可用列表中，对新接入的会话处理请求，可选择将业务处理请求发往复活业务节点。

为处理全部业务节点失效的极端情况，信令节点支持默认容错处理，当全部业务节点失效时，信令节点对收到的IMS网络信令请求进行默认处理。

为处理全部信令节点失活的极端情况，信令节点支持自去活处理，当检测自身主逻辑处理失效时，应将自身激活状态标记为去活，停止响应IMS心跳检测，停止向业务节点发送保活心跳探测。

如图3所示，媒体处理功能模块

媒体处理功能模块负责提供媒体处理功能，如RTP语音流、RTP视频流的桥接、录音、混音、DTMF检测、背景检测、会议等。媒体处理功能模块接受业务处理功能模块的控制。

为了承接全国规模的超大业务量，媒体处理功能模块统一不保存与用户相关的特例数据，将媒体处理与处理数据进行解耦合，将统一的媒体处理部分抽象为一个无状态实体，从而实现媒体处理功能模块动态的线性负荷分担。

一个无状态实体构成一个媒体节点，每一个媒体处理分配一个IP地址，用于与业务处理功能模块中的业务节点进行通信。

每一个媒体节点与业务处理功能模块中的业务节点以全交叉方式连续，实现业务负荷的均匀分发调用。

媒体节点接收来自业务节点的调用请求，并将执行状态返回业务节点。

如图4所示，业务处理功能模块

业务处理功能模块负责提供具体业务功能执行，接收信令接入功能模块上报的信令消息，根据业务要求构建新的信令消息并通过信令接入功能模块进行下发。控制媒体处理功能模块执行具体的媒体处理，根据业务要求停止媒体处理，释放媒体处理功能模块资源。业务处理功能模块在执行具体业务处理时，需要通过数据库读写接口操作数据操作功能模块。

为了承接全国规模的超大业务量，业务处理功能模块统一不保存与用户相关的特例数据，将业务逻辑处理与处理数据进行解耦合，将统一的业务逻辑处理部分抽象为一个无状态实体，从而实现业务处理功能模块动态的线性负荷分担。

一个无状态实体构成一个业务节点，每一个业务节点分配一个IP地址，用于内部通信。

每一个业务节点与信令接入功能模块中的信令节点以全交叉方式连续，实现业务负荷的均匀分发。当业务节点收到信令节点发送的业务处理请求时，查询数据操作功能模块，执行具体业务处理。业务节点维持源地址与会话ID的对应信息，业务节点相同的会话ID的业务处理响应发送回相同的源地址信令节点，维持会话处理路径的唯一性。

每一个业务节点与媒体处理功能模块中的媒体节点之间维持保活心跳探测，每一个业务节点向媒体节点发送心跳探测，根据接收探测信号的响应维护媒体节点状态信息。

如果未收到某个媒体节点的心跳探测响应，业务节点将该媒体节点标记为失活，将失活媒体节点从可用列表中剔除。对新接入的会话处理请求，不再将媒体处理请求发往失活媒体节点。当失活媒体节点恢复后，业务节点将复活媒体节点状态更新为激活，重新加入可用列表中，对新接入的媒体处理请求，可选择将媒体处理请求发往复活媒体节点。

业务节点对于不同类型的数据，访问不同数据操作功能模块中的数据节点集群。

对于读数据操作，业务节点以平均负荷方式访问数据操作功能模块中的每一个数据节点，是一对N连接关系，实现读操作的负荷分担。

对于写数据操作，业务节点以平均负荷方式访问数据操作功能模块中Master主数据节点，将数据写入Master主数据节点。

为处理全部数据节点失效的极端情况，业务节点支持默认容错处理，当全部数据节点失效时，对新收到的业务处理请求采取默认处理。

如图5所示，数据操作功能模块

数据操作功能模块负责用户相关静态数据、用户相关动态数据、呼叫相关动态数据、状态更新热数据、非用户相关静态数据、非用户相关动态数据等数据的存储、同步和持久化更新。向业务处理功能模块提供一致的数据库读写操作接口。

为了承接全国规模的超大业务量带来的超大数据访问量，数据操作功能模块实现数据分割，将不同类型的数据分布在不同的数据库集群上。不同类型数据的访问操作由不同数据库集群提供。

为了承接全国规模的超大业务量带来的超大数据访问量，实现数据库集群功能。数据库集群由多个数据库节点构成。每一个数据库节点均处于“热活动”状态。

指定数据节点为Master数据主节点，Master主数据节点为主-主。指定其余数据节点为Slave从数据从节点。

Master主数据节点与Slave数据节点之间实现单向实时数据同步。Master主数据节点与Slave从数据节点具有相同的数据表项。当Master主数据节点有新的数据更新时，Master主数据节点实时将更新的数据同步到Slave从数据节点，以保持数据视图的一致性。

Master主数据节点与Master主数据节点之间实现双向实时数据同步。Master主数据节点具有相同的数据表项。当一个Master主数据节点有新的数据更新时，Master主数据节点实时将更新的数据同步到另一个Master主数据节点，以保持数据视图的一致性。

技术关键点

业务创新点：

在IMS AS领域实现了分布式系统架构，实现超大规模容量下业务量处理的要求；在IMS AS领域实现了数据分割和数据同步，实现了超大规模容量下海量数据访问操作的要求；在IMS AS领域实现多级别容错处理机制，实现了超大规模容量下系统运行的稳定性、可靠性和安全性，达到电信级别的运营要求。

名词缩写

IMS：IP Multimedia Subsystem IP多媒体子系统；

AS：Application Server 应用服务器；

VoIP：Voice Over IP 基于IP的语音；

VM：Virtual Machine 虚拟机；

IP：Internet Protocol网际互连协议；

S-CSCF：Serving - Call Session Control Function 服务呼叫会话控制功能；

MGW：Media Gateway 媒体网关；

RTP：Real-time Transport Protocol 实时传输协议；

DTMF：Dual Tone Multi Frequency双音多频。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过该系统，实现了全国规模的超大规模业务量处理，满足了IMS网络全网集中建设业务平台的要求；在实现超大规模业务量处理时，保证了电信级别要求的可靠性、实时性、稳定性；实现了多种容错机制，支持进程级别、模块级别、系统级别的安全容错处理，实现了电信网络运营要求的安全性；实现了系统简单扩容，通过增加物理机或虚拟机即可实现容量扩容，无需内部数据迁移调整，方便了业务运维管理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，包括：信令接入模块、媒体处理模块、业务处理模块、数据操作模块，其中，

所述信令接入模块用于IMS网络信令的接入、解析和转发，所述信令接入模块包括接入模块、解析模块和转发模块；

所述媒体处理模块用于提供媒体处理，其中，处理内容包括RTP语音流、RTP视频流的桥接、录音、混音、DTMF检测、背景检测、会议；

所述业务处理模块用于提供并执行具体业务，接收所述信令接入模块上报的信令消息，根据业务要求构建新的信令消息并通过所述信令接入模块进行下发，控制所述媒体处理模块执行具体的媒体处理，根据业务要求停止媒体处理，释放所述媒体处理模块资源，所述业务处理模块包括接收信令上报消息模块、控制执行模块、释放资源模块；

所述数据操作模块用于用户相关静态数据、用户相关动态数据、呼叫相关动态数据、状态更新热数据、非用户相关静态数据、非用户相关动态数据的存储、同步和持久化更新，还用于向所述业务处理模块提供一致的数据库读写操作接口，所述数据操作模块包括存储更新模块、提供接口模块。

2.根据权利要求1所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，所述业务处理模块控制所述媒体处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，当所述业务处理模块执行具体业务处理时，必须通过数据库读写接口操作所述数据操作模块。

4.根据权利要求1所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，所述数据操作模块将不同类型的数据分布在不同的数据库集群上，不同类型数据的访问操作由不同数据库集群提供。

5.根据权利要求1所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，所述信令接入模块将信令解析处理与处理数据进行耦合，将统一的信令解析处理部分抽象为一个无状态实体；在所述信令接入模块中，如果未收到业务节点的心跳探测响应，信令节点将该业务节点标记为失活，将失活业务节点从可用列表中剔除，当失活业务节点恢复后，信令节点将复活业务节点状态更新为激活，重新加入可用列表中，对新接入的会话处理请求，将业务处理请求发往复活业务节点。

6.根据权利要求1所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，所述信令接入模块中，当检测自身主逻辑处理失效时，应将自身激活状态标记为去活，停止响应IMS心跳检测，停止向业务节点发送保活心跳探测。

7.根据权利要求1所述的一种关于超大规模IMS AS技术的实现系统，其特征在于，所述业务处理模块中的业务节点与所述信令接入模块中的信令节点以全交叉方式连续；所述业务处理模块中，当业务节点收到信令节点发送的业务处理请求时，查询所述数据操作模块，执行具体业务处理。

Images