CN1783871A

CN1783871A - 一种用于sip电话业务的负载均衡系统、装置及方法

Info

Publication number: CN1783871A
Application number: CN 200410089060
Authority: CN
Inventors: 姜宇; 章萍; 梁志超; 李健
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: CN100556028C

Abstract

本发明公开了一种用于SIP电话业务的负载均衡系统、装置及方法，该系统包括若干SIP业务处理装置，用于与外部网络中的SIP终端建立会话连接，并对相关SIP业务消息执行处理；负载均衡装置，位于所述SIP业务处理装置与外部网络之间，用于IP数据交换，根据数据包源IP地址将SIP业务消息转发至相应的SIP业务处理装置，将从外部网络接收来的SIP数据业务根据均衡配置分配给所述SIP业务处理装置。由于不需要进行SIP协议即网络应用层数据处理，只需要在网络的第三层取出源IP地址，并根据该源IP地址执行SIP业务处理分配，因此效率很高，负载均衡装置不易成为整个均衡系统的瓶颈。

Description

一种用于SIP电话业务的负载均衡系统、装置及方法

技术领域

本发明属于下一代(NGN)通信技术领域，尤其涉及到NGN软交换系统中的会话发起协议SIP(Session Initiation Protocol)电话业务处理部分。

背景技术

SIP协议是NGN多媒体通信协议之一，用于软交换、SIP服务器和SIP终端之间的通信控制和信息交互。SIP中有两个要素。SIP用户代理和SIP网络服务器。用户代理是呼叫的终端系统元素，是发起请求/接收请求的逻辑实体；而SIP网络服务器是处理与多个呼叫相关联信令的网络设备，SIP网络服务器提供多种类型的服务器。有三种服务器形式存在于网络中--SIP代理服务器(SIP Proxy)：负责接收用户代理发来的请求，根据网络策略将请求发给相应的服务器，并根据收到的应答对用户做出响应，它可以根据需要对收到的消息改写后再发出；SIP注册服务器：用于接收用户端的注册请求，完成用户地址的注册；SIP重定向服务器：用于在需要时，将用户新的位置返回给呼叫方。呼叫方可根据得到的新位置重新呼叫。以上几种Server可共存于一个设备，如：媒体网关控制器(MGC)，也可以分布在不同的物理实体中。

考虑一下在SIP电话业务量比较大的情况下，如何减轻大业务量对SIP网络服务器造成的冲击。

我们以MGC为例子，在NGN系统中，MGC处于NGN系统中的重要位置，主要完成呼叫控制、接入协议适配、业务提供/接口、路由、认证计费等主要功能，作为NGN网络体系结构中第三层的软交换部分，它将与媒体网关MG(MediaGateway)进行交互，与应用服务器AP(Application Server)进行交互，同时还要处理来自SIP终端用户的SIP消息，如：用于与外部网络中的SIP终端建立会话连接，同时将相关SIP业务消息交由核心交换网络模块处理。因此MGC的业务量一般是比较繁重的。在MGC业务量较大的情况，保证MGC的长期稳定运行对于整个系统至关重要。因此在MGC内部设计上，一般都会考虑如何来减轻系统的负担，确保系统在业务量较大的情况下仍能处于较低负荷状态。

MGC为处理大容量SIP电话业务量，普通作法是进一步提高系统的硬件配置性能，例如采用更快的CPU、性能更高的存储器等方法，但这种做法，并没能减轻系统的负担，并且增加了设备的硬件成本。另外，还可以在系统中配置多块的SIP电话业务处理板，让这些业务处理板共同分担业务的处理。如此，需要让不同的SIP终端用户配置不同的服务器IP地址，让不同的SIP终端用户的SIP业务消息可以到达MGC的不同SIP业务处理板，从而使多个SIP业务处理板同时处理多路SIP电话业务。但这种方法依赖于SIP终端用户的配置，实施起来不方便。

另外，还可以采用负载均衡方法，在美国专利公告号为“US2003/0110257A1”公开日期是2003年6月12日，申请名称为“域内SIP服务器间负载分配方法及装置”(Method for performing a load distributionbetween session initiation protocol server within intra domain)、以及，美国专利公告号为“US2004/0088424A1”公开日期是2004年5月6日，申请名称为“基于SIP协议的负载均衡装置及方法”(SIP-Based Load balancingapparatus and method)公开了一种采用负载均衡装置，对接收到的每个SIP消息进行处理，而后将SIP消息转发到相应的SIP服务器，基于以上方法，负载均衡装置不得不对接收到的每个SIP数据包进行处理，基于OSI参考模型应用层信息，需要通过SIP协议栈对每个SIP消息进行分析，然后再才能根据当前各个SIP业务处理装置的负载情况，决定将SIP消息转发至某个SIP业务处理装置。基于上述方法或装置，在SIP业务量增加时，该负载均衡装置可能成为整个SIP服务器的瓶颈。

发明内容

本发明旨在提供一种SIP业务均衡系统，可以不依赖于SIP终端用户的配置而实现SIP电话业务在各个SIP电话业务处理板之间的负载均衡。

一种SIP电话业务负载均衡系统，包括若干SIP业务处理装置，用于与外部网络中的SIP终端建立会话连接，并对相关SIP业务消息执行处理，负载均衡装置，位于所述SIP业务处理装置与外部网络之间，用于IP数据交换，将从外部网络接收来的SIP业务消息分配给所述SIP业务处理装置，其特征在于所述负载均衡装置根据数据包源IP地址将SIP业务消息转发至相应的SIP业务处理装置。

优选地，所述负载均衡装置进一步包括SIP业务处理装置将来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡装置的IP地址。

本发明进一步提供了一种SIP电话业务负载均衡装置，位于若干SIP业务处理装置与外部网络之间，将从外部网络接收来的SIP业务消息分配给所述SIP业务处理装置，该装置包括：第一网络接口单元：通过外部网络与各SIP终端进行数据交换；数据表：用于标识SIP终端数据包源IP地址与SIP业务处理装置IP地址映射关系；数据处理单元：用于获取来自SIP终端的数据包源IP地址、根据数据表所述映射关系对该数据包目标IP地址进行更新，并通过第二网络接口发送出去；第二网络接口单元：用于通过内部网络与若干SIP业务处理装置进行数据交换。

优选地，所述负载均衡装置的数据处理单元将来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡装置IP地址。

优选地，所述负载均衡装置的数据表包括“SIP终端IP地址”项和“SIP业务处理装置IP地址”项。

优选地，所述SIP业务处理装置IP地址是私有IP地址。

根据本发明，进一步提供了一种SIP电话业务负载均衡方法，包括如下步骤：

a)、接收来自SIP终端的业务呼叫；

b)、根据SIP数据包源IP地址将SIP业务消息转发至相应的SIP业务处理装置。

优选地，所述SIP电话业务负载均衡方法进一步包括步骤c)：对来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡装置IP地址。

优选地，所述的SIP电话业务负载均衡方法所述步骤b)包括：

b1)、读取每个SIP数据包的源IP地址；

b2)、在数据表中查找该源IP地址所对应的目标SIP处理装置的IP地址；

b3)、转发数据包到目标SIP处理装置。

优选地，所述的SIP电话业务负载均衡方法中，SIP处理装置的IP地址是内部私有IP地址。

根据本发明SIP业务均衡系统、装置，在具体实施时，可采用网络处理芯片，再使用高速缓存(Cache Memory)等办法，可以迅速定位并取出数据包的源IP地址。由于不需要SIP协议应用层的数据，只需要在网络的第三层取出源IP地址，并执行SIP业务处理分配，因此效率很高，在实际应用中不易成为瓶颈。

根据本发明SIP业务均衡系统、装置及方法实现的MGC，通过其良好的内部设计自动实现对来自SIP终端用户的SIP业务消息的分发，使MGC可处于高效、稳定的运行状态。

附图说明

图1为本发明负载均衡系统在MGC的内部实现结构示意图

图2是本发明负载均衡装置内部结构示意图；

图3为本发明负载均衡装置使用的查询表的结构；

图4是本发明负载均衡装置根据SIP数据包源IP地址选择相应SIP处理装置；

图5是本发明负载均衡方法；

图6是根据本发明、一个基本SIP业务呼叫过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

图1为本发明负载均衡系统在MGC的内部实现结构示意图。SIP终端220，如SIP电话机，作为主叫方发起请求，其INVITE初始呼叫请求数据包通过接入网关210、通过外部网络200路由到媒体网关控制器MGC 100，MGC可通过七号信令网300与另一个PSTN/ISDN网络400的电话用户420建立连接。通常，为处理大容量SIP电话业务量，MGC需要包括若干SIP业务处理装置100a，100b，与SIP终端用户建立会话连接，同时将相关SIP业务消息交由MGC核心网络交换装置140处理，负载均衡装置110，及其它业务处理装置120a，120b，如与H.248电话用户建立连接的业务处理装置等，MGC内部的各个装置模块之间通过内部的一个以太网交换机130来实现内部各个装置模块之间的快速包交换。其负载均衡装置110具有两个网络接口，一个网络接口接到内部的以太网交换机130，另一个网络接口可通过MGC一路由装置(图例中未示出)与外部业务网络200连接。来自外部业务网络200去往MCG内部的SIP业务消息，都要经过负载均衡装置110的处理。根据本发明，MGC内部各个SIP业务处理装置都拥有各自的私有IP地址，与外部业务网络的IP地址范围互不冲突。负载均衡装置110作为与外部网络的接口，拥有一个外部IP地址，即SIP终端需要配置的目标SIP服务器IP地址。负载均衡装置获取来自外部业务网络的各SIP终端的数据包源IP地址，根据其负载均衡策略，对该数据包目标IP地址进行更新并将该数据包转发至目标SIP业务处理装置，进一步地，负载均衡装置也可以同时将来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡单元IP地址并转发到外部业务网络。

图2是本发明负载均衡装置110内部结构示意图。它包括：第一网络接口单元111，可通过MGC内部的路由单元(图例中未示出)与外部网络200相连，与各SIP终端进行IP数据交换；以及一个数据表114，该数据表记录SIP终端数据包源IP地址与SIP业务处理装置私有IP地址映射关系，表项的映射关系可以由管理员根据实际情况进行配置，从而实现业务在多个SIP业务处理装置上的合理分担，其次，它还包括一数据处理单元113，通过第一网络接口单元111来自各SIP终端的数据包，对于需要进行SIP业务处理的数据报文，数据处理单元113取出该数据包源IP地址并查询数据表114所述的各SIP终端数据包源IP地址与SIP业务处理装置私有IP地址映射关系，并将该数据包目标IP地址进行更新为目标SIP业务处理装置私有IP地址，之后通过第二网络接口单元112将数据包转发到相应的SIP业务处理装置进行处理；进一步地，该数据处理单元113对来自通过第二网络接口单元112来自各SIP业务处理装置的数据包，将数据包源IP地址更新为该负载均衡装置IP地址，即SIP终端用户需要配置的服务器的IP地址，之后，通过第一网络接口单元111送往外部业务网络200。

图3为本发明负载均衡装置使用的数据表的结构形式之一。为了迅速查找目标SIP业务处理装置，本数据表采用如下结构形式，SIP数据表114的第一个字段为“起始IP地址”，各个表项按照字段“起始IP地址”从小到大的顺序排列。一个表行的“起始IP地址”到其下一个列表行的该字段的“起始IP地址”为止对应为一个IP地址范围。数据表的第二个字段为与所述IP地址范围对应的“SIP处理装置私有IP地址”。负载均衡装置在第一网络接口单元111收到的SIP数据报文，如果其源IP地址大于等于IPi，但小于IPi+1，则该报文将转发到IPi所对应的目标SIP业务处理装置的内部私有IP地址，其中i＝1，2，…，N-1，N为表项个数，举例来说，如IP1与IP2之间的IP地址范围对应的SIP业务处理装置的私有IP地址为“172.16.100.3”，如果某SIP数据报文的源IP地址在IP1与IP2之间的IP地址范围，则负载均衡装置将该数据包目标IP地址更新为“172.16.100.3”，通过内部网络接口，交换机将其转发到相应的SIP业务处理装置。另外，如果在IPi和IPi+1之间没有配置SIP用户，则表项IPi所对应的SIP处理装置私有IP地址为全0，即0.0.0.0。对于目标私有IP地址为0.0.0.0的数据包，将直接丢弃。

数据表114表项的内容可以由管理员根据实际情况进行灵活配置。从而实现业务在多个SIP业务处理装置上的均衡分担。

由于数据表表项按序排列，如可以按照IP地址从小到大的顺序进行排列。实现时，数据处理单元113读取表的内容，可以用折半查找的方法迅速定位到相应的目标SIP业务处理装置的内部私有IP地址，再辅以一定容量的高速缓存(Cache Memory)可以进一步加速查找过程。图4即是本发明负载均衡装置数据处理单元根据SIP数据包源IP地址选择相应SIP处理装置。

图5是本发明负载均衡方法，如前面负载均衡装置所描述，其数据处理单元将承担所接收的SIP数据包的负载均衡的处理，第一网络接口单元将负责来自各SIP终端数据包的接收(步骤S10)，之后，数据处理单元将读取每个数据包的源IP地址(步骤S20)，并在数据表中查找该源IP地址所对应的目标SIP处理装置的私有IP地址(步骤S30)，数据处理单元再将该数据包目标IP地址更新为目标SIP处理装置的IP地址(步骤S40)，之后，将该数据包通过第二网络接口单元转发给MGC内部交换单元。进一步地，对于通过内部以太网交换机、第二网络接口单元来自各SIP业务处理装置的数据包，数据处理单元将数据包源IP地址更新为该负载均衡装置IP地址，即SIP终端用户需要配置的服务器的IP地址，之后，通过第一网络接口单元送往外部业务网络。

图6是根据本发明思想、一个基本SIP业务呼叫过程示意图。步骤1)：作为主叫用户的SIP终端220发起呼叫，INVITE消息通过接入网关210、IP网络200到达负载均衡装置110；步骤2)：负载均衡装置110根据报文的源IP地址找到相应的目标SIP业务处理装置100b，并负责将该报文转发给该SIP业务处理装置进行处理；步骤3)：SIP业务处理装置100b对收到的INVITE消息进行处理，取出其中的相关信息，如：主、被号码和会话描述协议内容(SDP)等，并将其传递到MGC核心交换网络装置140处理；步骤4)：核心交换网络装置140根据得到的信息，决定建立起与被叫用户终端230的连接，该核心交换网络装置140也可以按照被叫用户的IP地址选择相应的SIP业务处理装置100a(核心交换网络装置也有内容相同的一张数据表，用来映射IP地址与SIP业务处理装置之间的对应关系)，并将该任务交由该SIP业务处理装置100a处理；步骤5)：SIP处理装置100a发起请求，发送去往被叫用户的INVITE消息，同时带上主叫用户的SDP，消息到达负载均衡装置110；步骤6)：负载均衡装置110从第二网络接口收到来自SIP处理装置100a的消息后，将其源IP地址改成本负载均衡装置的IP地址并发送出去，这样，主叫用户的请求就到达了被叫用户SIP终端230。被叫用户接着将回送SIP消息“200OK”，同样沿着类似的步骤，“200OK”消息先到负载均衡装置110，再被分配到SIP处理装置100a，100a通知核心交换网络装置后，核心交换网络装置再通知100b，100b发送“200OK”消息，通过负均衡装置到达主叫用户。最后，主叫用户发送ACK消息给被叫用户，遵循前面所述类似过程。

需要说明的是：以上仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、一种SIP电话业务负载均衡系统，包括若干SIP业务处理装置，用于与外部网络中的SIP终端建立会话连接，并对相关SIP业务消息执行处理；负载均衡装置，位于所述SIP业务处理装置与外部网络之间，用于IP数据交换，将从外部网络接收来的SIP业务消息分配给所述SIP业务处理装置，其特征在于所述负载均衡装置根据数据包源IP地址将SIP业务消息转发至相应的SIP业务处理装置。

2、如权利要求1所述的SIP电话业务负载均衡系统，其特征在于所述负载均衡装置进一步包括SIP业务处理装置将来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡装置的IP地址。

3、一种SIP电话业务负载均衡装置，位于若干SIP业务处理装置与外部网络之间，将从外部网络接收来的SIP业务消息分配给所述SIP业务处理装置，该装置包括：

第一网络接口单元：通过外部网络与各SIP终端进行数据交换；

数据表：用于标识SIP终端数据包源IP地址与SIP业务处理装置IP地址映射关系；

数据处理单元：用于获取来自SIP终端的数据包源IP地址、根据数据表所述映射关系对该数据包目标IP地址进行更新，并通过第二网络接口发送出去；

第二网络接口单元：用于通过内部网络与若干SIP业务处理装置进行数据交换。

4、如权利要求3所述的SIP电话业务负载均衡装置，其特征在于数据处理单元将来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡装置IP地址；

5、如权利要求3所述的SIP电话业务负载均衡装置，其特征在于所述数据表包括“SIP终端IP地址”项和“SIP业务处理装置IP地址”项。

6、如权利要求5所述的SIP电话业务负载均衡装置，其特征在于所述SIP业务处理装置IP地址是内部私有IP地址。

7、一种SIP电话业务负载均衡方法，包括如下步骤：

a)、接收来自SIP终端的业务呼叫；

8、如权利要求7所述的SIP电话业务负载均衡方法，其特征在于所述负载均衡方法进一步包括步骤c)：对来自SIP业务处理装置的数据包源IP地址更新为该负载均衡装置IP地址。

9、如权利要求7或8所述的SIP电话业务负载均衡方法，其特征在于所述步骤b)包括：

b1)、读取每个SIP数据包的源IP地址；

b3)、转发数据包到目标SIP处理装置。

10、如权利要求9所述的SIP电话业务负载均衡方法，其特征在于SIP处理装置的IP地址是内部私有IP地址。