CN1937597A - 一种多媒体子域减少系统信令交互过程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种能够减少信令交互次数、提高系统稳定性的IMS中的信令交互方法。在网元、SLF、以及HSS之间进行信令交互，该方法依次包含下述步骤：网元接收到包含用户ID的消息；根据所述用户ID，所述网元在其缓存中查询与该用户ID对应的HSS信息；网元与根据所述HSS信息确定的归属HSS建立信令交互。由此，通过在网元增加缓存，节省了I－CSCF到SLF查询用户归属HSS的交互过程，由此，在不改变已有的IMS网络结构并不影响IMS会话和业务处理机制的前提下，减少了IMS信令交互次数而造成的性能损失，并且同时提高了系统的稳定性。

Description

一种多媒体子域减少系统信令交互过程的方法

技术领域

本发明涉及IMS(IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子域)，尤其涉及简化多媒体子域减少系统信令交互过程的方法。

背景技术

IMS是3GPP(3rd Generation Partnership Project，第3代合作伙伴计划)标准组织定义的支持IP的多媒体业务的子系统。相比于其他通信核心网如PSTN、GSM、CDMA以及3G CS域，它的显著特点包括采用了可扩展的开放协议、通信和接入方式无关性、控制功能和承载功能相分类、呼叫(Call)和会话(Session)相分离、主叫用户会话控制和被叫用户会话控制相分离、业务网和基础网相分离等技术。由于这些技术优势，IMS能同时支持固定和移动终端，同时承载传统语音业务、数据和视频业务以及任意其他种类的多媒体业务，并且使业务控制逻辑清晰简洁。

但是我们也看到，IMS具有的上述优势在一定程度上是通过性能损失而获得的，这样的性能损失主要包括：

1)SIP(Session Initiation Protocol，会话初始化协议)的协议效率：SIP采用的是文本编码方式，这种协议具有接近自然语言、便于调试、便于扩展的特点，但是通常相同信息量的文本消息的解码效率比二进制格式要低10倍甚至更多；另外SIP的灵活性也导致消息交互次数增加，例如，一个语音呼叫可能SIP比ISUP的消息交互次数增加3倍以上；

2)松耦合网络结构：此结构主要目的是降低各网元之间的逻辑依赖性，以一个两方呼叫为例，呼叫处理经过的网元依次为：主叫漫游地网络P-CSCF(Proxy Call Session Control Function)、主叫归属地网络I-CSCF(Interrogating Call Session Control Function)和S-CSCF(Serving Call Session Control Function)、被叫归属地网络的I-CSCF和S-CSCF、被叫漫游地网络的P-CSCF，同时主叫业务的处理由主叫归属地S-CSCF处理业务触发到AS(Application Server，应用服务器)进行业务控制，被叫业务的处理由被叫归属地S-CSCF处理业务触发到AS进行业务控制；相对于GSM、CDMA、3G CS网络，流程所涉及的网元个数、网元交互过程都增加了。

图1是表示现有技术在IMS中用户归属地进行信令交互过程的一个示意图。在图1示出了3GPP规范定义的I-CSCF处理REGISTER消息的标准流程(参考3GPP TS23.228)，其中，通过访问SLF(SubscriptionLocator Function，签约定位功能)查询用户归属HSS(Home SubscriberServer，归属用户服务器)的交互过程，这里的SLF是一个数据库，它存储有“用户ID(user identity)”和“HSS名字(HSS name)″之间的映射关系。详细过程如下：

1)I-CSCF收到包含有“用户ID”的SIP REGISTER注册消息；

2)I-CSCF向SLF发送DX_SLF_QUERY查询请求，在请求中包含从SIPREGISTER注册消息中得到的“用户ID”；

3)SLF根据从DX_SLF_QUERY查询请求得到的“用户ID”查询以获得归属HSS的名字；

4)SLF向I-CSCF发送响应消息DX_SLF_RESP，该消息中包含归属HSS的名字；

5～6)I-CSCF得到归属HSS的名字，在I-CSCF和归属HSS之间进行后续的流程处理CX_QUERY/CX_RESPONSE。

由上例可见，IMS域的会话/呼叫在用户归属网络处理过程中如果需要访问用户归属HSS时，都需要I-CSCF/S-CSCF/AS通过访问集中设置的SLF数据库以查询获得归属HSS的名字，这种情况下会带来两个问题：1)查询SLF过程增加了整个系统信令交互次数，也就增加了系统开销；2)SLF作为归属网络重要的单点，有可能因为单点故障导致整个系统的不稳定。

发明内容

本发明鉴于上述问题，旨在提出一种减少信令交互数目、提高系统稳定性的IMS中的信令交互方法。

本发明的IMS中的信令交互方法中，在网元、SLF、以及HSS之间进行信令交互，其特征在于，网元具有缓存，该方法依次包含下述步骤：

(I)网元接收到包含用户ID的消息；

(II)根据所述用户ID，所述网元在其缓存中查询是否存在与该用户ID对应的HSS信息；

(III)若在缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息，则进至步骤(V)；若在缓存中未查询到与该用户ID对应的HSS信息，则向SLF发送包含用户ID的用于查询HSS信息的请求；

(IV)SLF将根据所述用于ID查询到的HSS信息返回至网元；

(V)网元与根据所述HSS信息确定的归属HSS建立信令交互。

优选地，在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS信息之间的映射关系表。

优选地，所述网元是I-CSCF、S-CSCF、AS中的任意一个。

优选地，在所述步骤(III)中未在所述网元的缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息的情况下，在步骤(IV)之后进一步刷新所述网元的缓存。

优选地，在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS信息之间的映射关系表，刷新所述网元的缓存是指，向所述网元的缓存增加该用户ID与HSS之间的映射关系。

优选地，所述HSS信息包含HSS名字地址信息。

又，在本发明的又一IMS中的信令交互方法中，在网元、SLF、以及HSS之间进行信令交互，其特征在于，网元具有缓存，该方法依次包含下述步骤：

(I)网元接收到包含用户ID的消息；

(II)根据所述用户ID，所述网元在其缓存中查询是否存在与该用户ID对应的HSS信息；

(III)若在缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息，则向此用户归属HSS发送查询请求；

(IV)此归属HSS查询其数据库，当查询结果是该用户在其管辖之内的情况下，则发送正确响应至网元；当查询结果是该用户不在其管辖的情况下，则发送错误响应至网元；

(V)网元接收到所述响应进行判断，如果是正确响应，表明缓存中保存的该HSS信息未过期，则进至步骤(VII)；如果是错误响应，表明缓存中保存的该HSS信息未过期，则网元向SLF发送包含用户ID的用于查询HSS信息的请求；

(VI)SLF将根据所述用户ID查询到的HSS信息返回至网元；

(VII)网元与根据所述HSS信息确定的归属HSS建立行信令交互。

优选地，在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS信息之间的映射关系表。

优选地，所述网元是I-CSCF、S-CSCF、AS中的任意一个。

优选地，在所述步骤(V)在所述网元的缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息为过期的情况下，在步骤(VI)之后进一步刷新所述网元的缓存。

优选地，在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS信息之间的映射关系表，刷新所述网元的缓存是指，将所述网元的缓存中存储的该用户ID与原归属HSS之间的映射关系修改成该用户ID与新归属HSS之间的映射关系。

优选地，所述HSS信息包含HSS的名字地址信息。

每一个消息或其响应都包含一个定时器作超时保护，在该定时器超时的情况下则进入错误处理流程并向网元返回出错信息。

如上所述，本发明通过在网元I-CSCF(或S-CSCF或AS)中增加缓存，节省了I-CSCF到SLF查询用户归属HSS的交互过程，由此，在不改变已有的IMS网络结构并不影响IMS会话和业务处理机制的前提下，减少了IMS信令交互数目而造成的性能损失，同时提高了系统的稳定性。

下面参照附图对于本发明的实施方式进行说明。

附图说明

图1是表示现有技术的在IMS中进行信令交互过程的示意图。

图2表示第一实施方式的在IMS中进行信令交互过程的示意图。

图3表示第二实施方式的在IMS中进行信令交互过程的示意图。

图4表示第三实施方式的在IMS中进行信令交互过程的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的示例性实施方式作描述，但是应当理解这些对示例性实施方式的描述不构成对本发明的范围的限制，例如，以下具体实施方式中以I-CSCF处理REGISTER消息作为发明的具体实施方式进行体现，任何I-CSCF、S-CSCF、AS处理其他信令、或使用本发明的其他变形，它们都可以实现本发明。

图2是表示第一实施方式的在IMS中进行信令交互过程的示意图。如图2所示，详细流程如下：

1)I-CSCF收到SIP REGISTER注册消息；

2)I-CSCF根据收到的SIP REGISTER注册消息中得到的用户ID信息查询I-CSCF本地缓存，并且查询到与该用户ID对应的归属HSS的信息；

3～4)I-CSCF向根据该归属HSS的信息确定的HSS进行按照3GPP标准定义的后续流程处理CX_QUERY/CX_RESPONSE。

其中，在I-CSCF的本地缓存中存储有用户ID(user identity)和HSS名字(HSS name)之间的映射关系表。

与图1所示的现有技术相比，在第一实施方式中省略了向了SLF进行查询的过程，

可见，在该实施方式中，通过在网元I-CSCF(或S-CSCF或AS)中增加缓存机制，节省了I-CSCF到SLF查询用户归属HSS的交互过程，由此，在不改变已有的IMS网络结构并不影响IMS会话和业务处理机制的前提下，减少了IMS信令交互数目而造成的性能损失。

这里要说明的是，该实施方式涉及的缓存技术不与I-CSCF或S-CSCF或AS具体的用户呼叫和会话过程关联，对缓存搜索机制不加限制，对缓存大小也不加限制，对缓存媒介也不加限制，例如可以是外存也可以是内存，为性能考虑通常是内存。

图3表示第二实施方式的在IMS中进行信令交互过程的示意图。如图3所示，具体流程如下：

1)I-CSCF收到SIP REGISTER注册消息；

2)I-CSCF根据收到的SIP REGISTER注册消息中包含的“用户ID”查询I-CSCF本地缓存，但未得到有效的用户归属HSS的信息；

3)I-CSCF向SLF发送DX_SLF_QUERY查询请求，在请求中包含从SIPREGISTER注册消息中得到的“用户ID”；

4)SLF根据从DX_SLF_QUERY查询请求得到的“用户ID”信息查询其数据库，得到用户归属的HSS的名字；

5)SLF向I-CSCF发送响应消息DX_SLF_RESP，该响应消息中包含用户归属的HSS名字；

6～7)I-CSCF向用户归属HSS进行后续的流程处理CX_QUERY/CX_RESPONSE；

8)如果CX_RESPONSE是正确响应则进行刷新缓存操作，即在缓存中新增加本用户ID与归属HSS之间的映射关系。

本实施方式与图1所示的现有技术的标准流程相比，虽然增加了步骤2)和步骤8)，但是考虑到此二步骤都是I-CSCF在本地完成的，因此只比现有技术的标准流程增加了轻微的性能损失。

图4表示第三实施方式的在IMS中进行信令交互过程的示意图。如图4所示，具体流程如下：

1)I-CSCF收到SIP REGISTER注册消息；

2)I-CSCF根据收到的SIP REGISTER注册消息中包含的“用户ID”查询I-CSCF本地缓存，而查询得到的用户原归属HSS信息已过期；

3)I-CSCF按照用户原归属HSS(HSS#1)进行CX_QUERY查询操作；

4)原归属HSS(HSS#1)查询其数据库，发现用户已不在其管辖之内(即此HSS数据库中不包含此用户的数据信息)，返回I-CSCF错误响应CX_RESPONSE，在响应CX_RESPONS中设置参数Result-CodeAVP(Attribute-Value Pair)的值为DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN，以表明此HSS上已经没有CX_QUERY查询的目标用户；

5)I-CSCF判断CX_RESPONSE中是否是成功响应，是成功响应则正好是本发明第一实施方式，如果是错误响应则判断参数Result-Code的值，如果不是DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN则进行标准定义的错误处理过程；如果是DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN则向SLF发送DX_SLF_QUERY查询请求，在请求中包含从SIP REGISTER注册消息中的得到的“用户ID”信息；

6)SLF根据从DX_SLF_QUERY查询请求得到的“用户ID”查询数据库，得到用户新归属的HSS名字；

7)SLF向I-CSCF发送响应消息DX_SLF_RESP，消息包含用户新归属的HSS名字(HSS#2)；

8～9)I-CSCF到用户新归属HSS进行后续的流程处理CX_QUERY/CX_RESPONSE；

10)如果CX_RESPONSE成功响应，则进行刷新I-CSCF缓存操作，即在缓存中新修改此用户ID的归属HSS为从SLF通过Dx查询到的结果即通过步骤6)～7)查询到的结果；

与图1所示的现有技术的过程相比，表明用户数据已从原归属HSS上发生了数据迁移，因此，在本实施方式中增加了步骤2)～步骤4)、以及步骤10)，但是考虑到此种数据迁移在实际运营中长时间也不会发生，所以增加的性能损失可以忽略不计。

在上述各实施方式中，如果定时器超时则进入错误处理流程，将向I-CSCF(或S-CSCF、或AS)的呼叫上游请求端返回出错信息。

需要说明的是，本发明能够实施的一个重要前提在于实际运营过程中，某用户的归属HSS通常不会改变，也就是说，”用户ID”到″HSS名字″的映射关系是一种准静态数据。除非因为运营商需要网络升级、扩容、维护等偶然操作导致发生用户迁移才需要重建这种映射关系。这种运营经验可以保证本发明的缓存数据绝大部分情况是有效数据而不必频繁刷新，也就是说，本发明的第三实施方式导致的性能损失发生概率是非常少的，因此，本发明配合合理的缓存大小和良好的缓存更新机制能保证本发明有一个良好的命中率(即本发明第一实施方式)，从而很大限度减少了信令交互的数目、提高了整个系统的性能。

在不偏离本发明的精神和由权利要求书所限定的保护范围的情况下，本领域中的普通技术人员还可以对具体实施方式中所给出的情况作各种修改。因此，参照上述附图对本发明所作的具体实施方式描述不应当被看作是对本发明的限定。

Claims (13)

1.一种IMS中的信令交互方法，在网元、SLF、以及HSS之间进行信令交互，其特征在于，网元具有缓存，该方法依次包含下述步骤：

(I)网元接收到包含用户ID的消息；

(II)根据所述用户ID，所述网元在其缓存中查询是否存在与该用户ID对应的HSS信息；

(III)若在缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息，则进至步骤(V)；若在缓存中未查询到与该用户ID对应的HSS信息，则向SLF发送包含用户ID的用于查询HSS信息的请求；

(IV)SLF将根据所述用于ID查询到的HSS信息返回至网元；

(V)网元与根据所述HSS信息确定的归属HSS建立信令交互。

2.如权利要求1所述的信令交互方法，其特征在于，

在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS信息之间的映射关系表。

3.如权利要求1所述的信令交互方法，其特征在于，

所述网元是I-CSCF、S-CSCF、AS中的任意一个。

4.如权利要求1所述的信令交互方法，其特征在于，

在所述步骤(III)中未在所述网元的缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息的情况下，在步骤(IV)之后进一步刷新所述网元的缓存。

5.如权利要求4所述的信令交互方法，其特征在于，

在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS名字之间的映射关系表，刷新所述网元的缓存是指，向所述网元的缓存增加该用户ID与HSS之间的映射关系。

6.如权利要求1所述的信令交互方法，其特征在于，

所述HSS信息包含HSS名字地址信息。

7.一种IMS中的信令交互方法，在网元、SLF、以及HSS之间进行信令交互，其特征在于，网元具有缓存，该方法依次包含下述步骤：

(I)网元接收到包含用户ID的消息；

(II)根据所述用户ID，所述网元在其缓存中查询是否存在与该用户ID对应的HSS信息；

(III)若在所述缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息，则向此用户归属HSS发送查询请求；

(IV)此归属HSS查询其数据库，当查询结果是该用户在其管辖之内的情况下，则发送正确响应至网元；当查询结果是该用户不在其管辖的情况下，则发送错误响应至网元；

(V)网元接收到所述响应进行判断，如果是正确响应，表明缓存中保存的该HSS信息未过期，则进至步骤(VII)；如果是错误响应，表明缓存中保存的该HSS信息过期，则网元向SLF发送包含用户ID的用于查询HSS信息的请求；

(VI)SLF将根据所述用户ID查询到的HSS信息返回至网元；

(VII)网元与根据所述HSS信息确定的新归属HSS建立行信令交互。

8.如权利要求7所述的信令交互方法，其特征在于，

在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS信息之间的映射关系表。

9.如权利要求7所述的信令交互方法，其特征在于，

所述网元是I-CSCF、S-CSCF、AS中的任意一个。

10.如权利要求7所述的信令交互方法，其特征在于，

在所述步骤(V)中在所述网元的缓存中查询到与该用户ID对应的HSS信息为过期的情况下，在步骤(VI)之后进一步刷新所述网元的缓存。

11.如权利要求10所述的信令交互方法，其特征在于，

在所述网元的缓存中存储有用户ID和HSS名字之间的映射关系表，刷新所述网元的缓存是指，将所述网元的缓存中存储的该用户ID与原归属HSS之间的映射关系修改成该用户ID与新归属HSS之间的映射关系。

12.如权利要求7所述的信令交互方法，其特征在于，

所述HSS信息包含HSS名字地址信息。

13.如权利要求1或7所述的信令交互方法，其特征在于，

每一个消息或其响应都包含一个定时器作超时保护，在该定时器超时的情况下则进入错误处理流程并向网元返回出错信息。

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