浅析IMS核心网容灾机制

2013-08-15刘晓华刘存良

中国新技术新产品 2013年11期

刘晓华刘存良吴钻

（中国移动广东有限公司佛山分公司网络管理中心，广东佛山 528000）

1 IMS网络分层结构

IMS网络采用网络分层架构，主要划分为应用层、业务能力层、会话控制层、承载控制与接入层。承载控制与接入层负责控制承载资源，包括的网元有SBC和IMMGW。应用层主要提供第三方的应用：通过OSA提供的接口（API或者消息）来实现对下层业务能力的调用，包括的网元有AS。会话控制层的功能是呼叫控制、用户管理、业务触发、资源控制、网络互通，包括的网元有：P-CSCF（代理 CSCF）、ICSCF（问询 CSCF）、S-CSCF（服务 CSCF）、AGCF、MGCF、HSS/SLF（用户数据库）。除了应用层AS外，会话控制层属于IMS网络的核心，相关核心局点的容灾性能对IMS网络的安全稳定有举足轻重的意义。

2 IMS重要信令流程

2.1 网络注册流程

IMS网络注册的最终目的是让用户终端登记上S-CSCF，整个注册过程可分解为两次注册子流程。第一次注册子流程目的是让S-CSCF下发鉴权消息，第二次注册子流程实现用户鉴权，真正实现网络注册。在注册过程中，用户通过终端配置的域名登记到相应的拜访地P-CSCF，PCSCF再根据用户开户时所配置的域名把注册消息送到归属地IMS域的接口ICSCF。在第一次注册子流程中，I-CSCF需要先到HSS索要用户开户时设置的配置集。I-CSCF通过匹配配置集，查找用户最优的服务S-CSCF，并把注册消息转发过去。S-CSCF在收到第一个注册消息后，将向HSS下载用户的鉴权信息，并把此鉴权参数及算法向用户下发，触发用户第二次注册子注程。第二次注册过程的网元查找原理一样，只是注册消息中增加了用户的鉴权响应值，最终S-CSCF直接对鉴权响应值进行校对，以完成整个注册流程。

2.2 呼叫流程

呼叫流程是建立在网络注册流程完成之后，当用户已经登记上S-CSCF后，整个呼叫流程已经不需要再经I-CSCF扭转，整个呼叫过程可分解为三次invite子流程。第一次invite目的是让主叫与主叫侧AS建立呼叫信令通道，第二次invite目的是让主被叫之间的AS建立呼叫信令通道，第三次invite目的是让被叫侧AS与被叫建立呼叫信令通道。因在网络注册过程中，用户/S-CSCF/P-CSCF/AS均已经记录了关联信息，因此呼叫流程中的网元间的信息扭转可直接跟据信息表中的地址进行传送。

3 IMS容灾原理机制

IMS解决方案整体采用1+1互备的容灾方式，正常时每个局点空闲一半容量用于接管互备局用户。IMS故障检测机制有OPTIONS检测和基于链路的故障检测。基于SIP协议的应用通过SIP OPTIONS消息实现对对端网元的故障检测，OPTIONS检测又分为启发式（只有在对端有故障时才触发检测），以及周期性（无论是否故障都触发检测，与心跳类似）。基于Diameter、DNS协议的应用则通过链路握手协议来实现故障检测，即在链路上周期性的发送握手消息来检测对端是否故障。从第3部分的流程阐述可以知道，不管是注册还是呼叫流程，用户的下一跳一定是SBC，而用户是通过终端所配置的域名地址来查找SBC的，因此DNS定义对SBC起到容灾保护作用。当一个SBC退服时，用户仍然能从DNS反馈的地址池找到可用SBC。举一反三，在所有走SIP信令的接口中，DNS都充当着重要的容灾保护角色。只要确定了信令下一跳的域名，总可以通过DNS找到正常状态的网元地址。而对于走diameter信令的接口（如HSS的相关接口），侧是依靠接口定义的多路静态diameter链来实现容灾。

3.1 注册流程的容灾要点

在整个注册流程中，除了DNS提供重要容灾功能外，I-CSCF到S-CSCF的选择是重要的一步。用户注册对S-CSCF的选择完全取决于用户开户时在HSS上所定义的配置集。I-CSCF取到用户的配置集后，计算出用户能登记的S-CSCF的优先级，当出现最高优先级的S-CSCF不可用时，I-CSCF将第一步从配置集计算结果中重选S-CSCF。因此S-CSCF的逻辑容灾靠的是用户在HSS上的配置集定义规则，而非DNS。

3.2 呼叫流程的容灾要点

呼叫流程的容灾实现比注册流程要复杂，因注册完成后，网络已经为用户指定了唯一的核心局点（包括P-CSCF，SCSCF）。一旦某个核心局点出现故障退服，这意味着网络需要用户重新注册选择核心局点。当呼叫过程中出现此特殊情况，对呼叫业务将会造成延时甚至中断的影响。标准描述并没有对此容灾实现作具体描述，但从用户使用感知出发，大多数厂家的做法是业务影响最小化，即在呼叫流程中设备自动触发重注册流程，而非直接中断业务，使用户自助注册。