一種新型的分布式IMS（IP多媒體子系統）實(shí)現方法

王菁　薛海強　彭晉　魏冰 2008/07/01

圖1　SIP系統架構和P2P-SIP架構比較

　　P2P-SIP使用大量以DHT形式互聯(lián)的分布式服務(wù)器取代集中式的DNS，其作用類(lèi)似于P2P系統中的超級節點(diǎn)。如圖1（b）所示的P2P-SIP網(wǎng)絡(luò )中，原來(lái)管理一個(gè)域的單臺服務(wù)器變成多個(gè)超級節點(diǎn)，超級節點(diǎn)之間通過(guò)P2P機制互聯(lián)，進(jìn)行負荷分擔。超級節點(diǎn)可以承擔注冊、代理和計費等功能。用戶(hù)可以通過(guò)任一超級節點(diǎn)使用服務(wù)，并且部分超級節點(diǎn)的故障不會(huì )影響P2P-SIP網(wǎng)絡(luò )的正常運行，增加新的超級節點(diǎn)就可以對服務(wù)器容量進(jìn)行擴充，因為每個(gè)服務(wù)器的地位是對等的。

　　在P2P-SIP架構中，每個(gè)超級節點(diǎn)都是對等的，同時(shí)分為兩層。上面是SIP層，處理標準的SIP信令；下面是P2P層對各個(gè)超級節點(diǎn)進(jìn)行互聯(lián)，本文采用的是基于DHT協(xié)議的結構化P2P。

3、分布式IMS架構

　　在3GPP定義的IMS網(wǎng)絡(luò )架構中，使用SIP協(xié)議作為會(huì )話(huà)控制協(xié)議，但是采用了和SIP協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò )架構，最突出的特點(diǎn)是引入了P-CSCF（代理呼叫會(huì )話(huà)控制功能）、S-CSCF（服務(wù)CSCF）、I-CSCF（互通CSCF）三個(gè)會(huì )話(huà)控制功能實(shí)體來(lái)完成會(huì )話(huà)，使用HSS來(lái)存儲用戶(hù)數據。

　　在3GPP定義的IMS網(wǎng)絡(luò )架構中，CSCF是整個(gè)系統的控制核心，P-CSCF是IMS用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò )的入口點(diǎn)，P-CSCF把來(lái)自用戶(hù)的業(yè)務(wù)請求轉發(fā)到S-CSCF，由它完成業(yè)務(wù)的觸發(fā)控制，所有的業(yè)務(wù)控制在歸屬網(wǎng)絡(luò )完成；MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）和IMS-MGW（IMS移動(dòng)媒體網(wǎng)關(guān)）提供IMS系統和UMTS（通用移動(dòng)通信系統）網(wǎng)絡(luò )CS域、PSTN之間的互通；MRFC（多媒體資源功能控制器）和MRFP（多媒體資源功能處理器）提供業(yè)務(wù)中所需的媒體資源以及相關(guān)的控制功能；BGCF是IMS域和電路交換域與外部網(wǎng)絡(luò )之間的邊界點(diǎn)。3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )中，無(wú)論用戶(hù)處于歸屬網(wǎng)絡(luò )還是拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )中，所有的會(huì )話(huà)控制都經(jīng)過(guò)P-CSCF路由回歸屬網(wǎng)絡(luò )的S-CSCF，在歸屬網(wǎng)絡(luò )中完成所有的業(yè)務(wù)觸發(fā)和控制。這種方式便于業(yè)務(wù)的部署，同時(shí)無(wú)論用戶(hù)在哪里，都能獲得統一的業(yè)務(wù)體驗。

　　在§2分析了3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，雖然業(yè)界在IMS方面做了許多工作，電信設備廠(chǎng)家也開(kāi)發(fā)了相應的產(chǎn)品。但是3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )仍然繼承電信網(wǎng)絡(luò )的傳統思路，接口、協(xié)議定義嚴格，有比較好的可靠性和安全性，對設備的要求比較高。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )的建設、維護成本比較高，很難和互聯(lián)網(wǎng)上的類(lèi)似業(yè)務(wù)競爭。通過(guò)§2.3對于P2P SIP和3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )的分析可發(fā)現，3GPP IMS主要優(yōu)化了SIP的會(huì )話(huà)控制架構，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的可管理性得到了保證，能夠滿(mǎn)足運營(yíng)商電信級運營(yíng)的要求。隨著(zhù)P2P技術(shù)的發(fā)展，業(yè)界提出的P2P-SIP技術(shù)能夠結合P2P和SIP的優(yōu)點(diǎn)，作者經(jīng)過(guò)研究認為，可以結合P2P-SIP技術(shù)改造IMS網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)而提高系統的會(huì )話(huà)控制效率，降低系統的復雜性。

　　IMS網(wǎng)絡(luò )中采用P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF等功能實(shí)體來(lái)完成會(huì )話(huà)控制功能，結合P2P-SIP技術(shù)可以簡(jiǎn)化IMS網(wǎng)絡(luò )架構，簡(jiǎn)化后的網(wǎng)絡(luò )架構如圖2所示。

圖2　分布式IMS網(wǎng)絡(luò )架構

　　在分布式IMS架構中，每一個(gè)SuperNode都包含兩類(lèi)功能：基于DHT的HSS功能和基于SIP的會(huì )話(huà)控制功能。基于SIP的會(huì )話(huà)控制功能包括P-CSCF功能和S-CSCF功能，P-CSCF為用戶(hù)代理接入到系統中的入口點(diǎn)，S-CSCF扮演歸屬地會(huì )話(huà)控制的角色。P-CSCF和S-CSCF的功能和3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )中的功能實(shí)體基本一致，但二者可以和基于DHT的HSS功能集成在一個(gè)物理實(shí)體，使得網(wǎng)絡(luò )控制層的功能能夠均質(zhì)化，同時(shí)，由于分布式IMS系統中的用戶(hù)簽約信息存儲在基于DHT的HSS中，可以使用DHT算法快速定位用戶(hù)所在的SuperNode，進(jìn)而可以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )的路由。

　　當用戶(hù)簽約的時(shí)候，基于DHT的HSS系統根據用戶(hù)標識，可以是IMPU（用戶(hù)公開(kāi)身份）或者其他的用戶(hù)標識，通過(guò)DHT定位用戶(hù)歸屬的SuperNode，把用戶(hù)相關(guān)的信息存儲在對應的SuperNode中。用戶(hù)的注冊、會(huì )話(huà)過(guò)程中，SuperNode能夠把會(huì )話(huà)請求消息路由到用戶(hù)所歸屬的SuperNode，在用戶(hù)所歸屬的SuperNode上完成注冊、會(huì )話(huà)控制、業(yè)務(wù)觸發(fā)等功能。

　　在用戶(hù)發(fā)起呼叫的過(guò)程中，SIP會(huì )話(huà)的處理方式和IMS系統中類(lèi)似，但是不同會(huì )話(huà)的路由不再使用I-CSCF和HSS來(lái)完成，而是采用基于DHT的HSS來(lái)完成。以用戶(hù)代理A向用戶(hù)代理B發(fā)起會(huì )話(huà)請求為例，在分布式IMS系統的會(huì )話(huà)流程如圖3所示。

圖3　會(huì )話(huà)控制過(guò)程

　　（1）戶(hù)代理A向接入的SuperNodel請求建立會(huì )話(huà)。

　　（2）SuperNodel收到用戶(hù)代理A的會(huì )話(huà)建立請求后，執行P-CSCF功能，根據注冊過(guò)程中確定的綁定關(guān)系，把會(huì )話(huà)請求路由到主叫用戶(hù)歸屬的SuperNode2上。

　　（3）在SuperNode2上，SuperNode2能夠識別會(huì )話(huà)請求為自己所控制的用戶(hù)的會(huì )話(huà)請求，執行S-CSCF功能，完成業(yè)務(wù)的觸發(fā)和控制。在執行S-CSCF功能之后，SuperNode3向基于DHT的HSS功能請求被叫用戶(hù)的S-CSCF功能所在的位置。

　　（4）根據（3）中HSS返回的信息，把會(huì )話(huà)請求路由到用戶(hù)B所歸屬的SuperNode3。

　　（5）SuperNode3執行被叫側的S-CSCF功能，完成業(yè)務(wù)的觸發(fā)和控制后，把會(huì )話(huà)請求路由到被叫用戶(hù)當前接入的超級節點(diǎn)SuperNode6。

　　（6）SuperNode6把會(huì )話(huà)請求轉發(fā)到被叫用戶(hù)代理BO

　　如果后續的會(huì )話(huà)過(guò)程中，不需要業(yè)務(wù)控制邏輯干預，那么用戶(hù)代理A和用戶(hù)代理B之間直接可以通信。如果在會(huì )話(huà)過(guò)程中，需要業(yè)務(wù)邏輯干預，那么會(huì )話(huà)控制流程保持和會(huì )話(huà)建立流程類(lèi)似。

　　上文提出的分布式IMS系統能夠結合P2P-SIP的優(yōu)勢，通過(guò)基于DHT的HSS系統來(lái)解決會(huì )話(huà)過(guò)程中的路由查詢(xún)問(wèn)題，能夠簡(jiǎn)化系統的復雜性。同時(shí)，通過(guò)P2P-SIP能夠把3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )中原來(lái)集中的HSS系統均勻地分散到系統中的各個(gè)SuperNode上，進(jìn)而可以結合P-CSCF和S-CSCF功能，實(shí)現系統功能的均質(zhì)化。

4、結束語(yǔ)

　　本文分析了SIP和P2P-SIP的架構和特點(diǎn)以及3GPP IMS網(wǎng)絡(luò )架構的基本理念和特點(diǎn)，結合P2P-SIP，作者提出了一種分布式IMS。分布式IMS使用P2P-SIP優(yōu)化IMS的網(wǎng)絡(luò )的架構，把3GPP IMS系統中的HSS功能分散在多個(gè)SuperNode中，進(jìn)而可以把基于DHT的HSS功能、P-CSCF和S-CSCF功能部署在一個(gè)實(shí)體中，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )功能的均質(zhì)化。同時(shí)，在分布式IMS系統中，HSS的底層使用DHT技術(shù)查找和存儲數據，能夠簡(jiǎn)化原來(lái)網(wǎng)絡(luò )中比較復雜的路由過(guò)程，提高系統的效率。

參考文獻

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