一种CSCF实体容灾和负载均衡的系统及方法

1.一种呼叫会话控制功能CSCF实体容灾和负载均衡的系统，包括代理呼叫会话控制功能P-CSCF实体、询问呼叫会话控制功能I-CSCF实体、服务呼叫会话控制功能S-CSCF实体，其特征在于，还包括域名系统服务器DNS Server，其中，所述
P-CSCF实体以及I-CSCF实体均用于将自身的负载当量通过DNS UPDATE消息定时上报给所述DNS Server；用于在有会话初始化协议SIP注册信令需要出局时，发送DNS查询信令给所述DNS Server，并将所述SIP注册信令路由至所述DNS Server返回的服务定位SRV记录对应的CSCF实体；
S-CSCF实体用于将自身的负载当量通过DNS UPDATE消息定时上报给所述DNS Server；
DNS Server用于提供P-CSCF列表、I-CSCF列表以及S-CSCF列表，并根据接收到的各CSCF实体上报的DNS UPDATE消息调整其在相应CSCF列表中的位置；以及用于在接收到DNS查询信令时，将相应CSCF列表中负载当量最小的目标CSCF实体对应的SRV记录返回给源CSCF实体。
2.如权利要求1所述的CSCF实体容灾和负载均衡的系统，其特征在于，
所述P-CSCF实体、I-CSCF实体以及S-CSCF实体还用于定时收集自身的负载参数，将收集到的负载参数转换成负载当量，并计算本次负载当量与前次负载当量差的绝对值，用所述绝对值与预设的阈值做比较，若所述绝对值大于等于所述阈值，则立即上报本次负载当量；否则，等待预设周期到时后上报最新的负载当量；
所述P-CSCF实体和I-CSCF实体还用于在接收所述DNS Server返回的SRV记录时，判断所述SRV记录中是否携带有相应CSCF实体的IP地址，若是，则直接将需要出局的SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址；否则，向所述DNS Server发起获取所述相应CSCF实体的IP地址请求信令；并将需要出局SIP注册信令发送 到所述DNS Server返回的IP地址。
3.如权利要求1所述的CSCF实体容灾和负载均衡的系统，其特征在于，所述DNS Server还用于在第一次收到CSCF实体的DNS UPDATE消息时，为所述CSCF实体启动一个设定时长的定时器；并且在所述定时器定时时间内收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息时，根据所述消息携带的负载当量调整所述CSCF实体在相应CSCF列表中的位置，并将所述CSCF实体对应的SRV记录设置为可用后，重启所述定时器；在所述定时器定时时间超时时还未收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息时，将所述CSCF实体对应的SRV记录设置为不可用，并重启所述定时器；用于在接收到获取IP地址请求时，返回相应CSCF实体的IP地址。
4.如权利要求1所述的CSCF实体容灾和负载均衡的系统，其特征在于，所述系统还包括用户终端UE，用于通过发送请求P-CSCF实体的SRV记录信令，向DNS Server申请P-CSCF实体；用于在接收到所述DNS Server返回的SRV记录时，判断所述SRV记录中是否携带有相应P-CSCF实体的IP地址，若是，则直接将SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址；否则，向DNS Server发起获取所述相应P-CSCF实体的IP地址请求信令；并将SIP注册信令发送到所述DNS Server返回的IP地址。
5.一种呼叫会话控制功能CSCF实体容灾和负载均衡的方法，其特征在于，所述方法为：
系统上电后，各CSCF实体分别将自身的负载当量定时上报给域名系统服务器DNS Server；所述DNS Server根据接收到的负载当量调整相应的CSCF列表；当源CSCF实体上有SIP注册信令需要出局时，向所述DNS Server发送DNS查询信令；所述DNS Server根据接收到的信令，将相应CSCF列表中负载当量最小的目标CSCF实体的服务定位SRV记录返回给所述源CSCF实体；所述源CSCF实体 将所述SIP注册信令路由至所述SRV记录对应的目标CSCF实体。
6.如权利要求5所述的CSCF实体容灾和负载均衡的方法，其特征在于，所述CSCF实体上报负载当量前，还执行如下操作：
在预设周期内，每隔设定时间收集一次自身的负载参数，并将收集到的负载参数转换成负载当量，然后比较本次负载当量与前次负载当量的差的绝对值与预设的阈值的大小，若所述绝对值大于等于所述阈值，则将本次负载当量立即上报给DNS Server；否则，等待所述周期到时，上报最新的负载当量。
7.如权利要求5所述的CSCF实体容灾和负载均衡的方法，其特征在于，所述CSCF实体均通过DNS UPDATE消息中携带的SRV记录中的Weight字段和/或Priority字段将自身的负载当量上报给所述DNS Server。
8.如权利要求7所述的CSCF实体容灾和负载均衡的方法，其特征在于，所述DNS Server收到CSCF实体上报的DNS UPDATE消息时，具体执行如下步骤：
为每个CSCF实体开启一个预设时长的定时器，并检测在所述定时器超时前，是否收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息，若是，则根据所述消息中携带的负载当量，调整所述CSCF实体在相应CSCF列表中的位置，并将所述CSCF实体对应的SRV记录设置成可用，同时重启所述定时器；否则，将所述CSCF实体对应的SRV记录设置成不可用，重启所述定时器。
9.如权利要求5所述的CSCF实体容灾和负载均衡的方法，其特征在于，若所述源CSCF实体为代理呼叫会话控制功能P-CSCF实体，则所述目标CSCF实体为询问呼叫会话控制功能I-CSCF实体；若所述源CSCF实体为I-CSCF实体，则所述目标CSCF实体为 P-CSCF实体。
10.如权利要求5所述的CSCF实体容灾和负载均衡的方法，其特征在于，当UE要注册到系统时，首先需要向DNS Server申请P-CSCF实体；DNS Server接收到UE的请求信令后，将P-CSCF列表中负载当量最小的P-CSCF实体对应的SRV记录返回给所述UE；所述UE将SIP注册信令发送给接收到的SRV记录对应的P-CSCF实体。

一种CSCF实体容灾和负载均衡的系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及IMS(IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统)领域，尤其涉及一种CSCF(Call Session Control Function，呼叫会话控制功能)实体容灾和负载均衡的系统及方法。\n背景技术\n[0002] IMS网络中，CSCF实体作为呼叫会话控制实体，其运行的可靠性对整个IMS网络的可靠运行具有重要意义。为了保障整个IMS网络可靠运行，现有IMS中提出了网元可用性检测和邻接网元负载均衡选择的思想。网元可用性检测思想在IMS中引入链路检测机制，该机制使用SIP(Session Initial Protocol，会话初始化协议)OPTIONS方法检测本网元到邻接网元链路的可用性，呼叫接续过程中，本网元根据到邻接网元链路的可用性选择可用的邻接网元提供服务，此方法可提高控制面信令接续成功率，从而提高整个网络的可靠性；\n邻接网元负载均衡选择思想，在IMS中的P-CSCF(代理CSCF)实体、S-CSCF(服务CSCF)实体以及BGCF(Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能)实体采用负载均衡方式选择I-CSCF(询问CSCF)实体、BGCF实体或者MGCF(媒体网关控制功能实体)实体。\nIMS中使用网元可用性检测和邻接网元负载均衡选择思想的局部网络架构如图1所示，在P-CSCF实体存活期间，P-CSCF实体每隔设定时间间隔向与其连接的I-CSCF实体发送SIP OPTIONS信令，若设定时间内未收到I-CSCF实体的响应信令，且未收到响应信令的次数超过预先设定的数值，则认为该I-CSCF网络实体不可用。当某时刻有用户终端(UE)的注册信令需要出局时，P-CSCF实体根据可用性检测结果，在当前可用的I-CSCF实体集合中根据负载均衡策略，选择一个合适的I-CSCF实体，将所述注册信令路由至选中的I-CSCF实体。\n与P-CSCF实体选择I-CSCF实体类似，IMS网络中S-CSCF实体选择BGCF实体，BGCF实体选择MGCF实体等过程，均可使用上述方法。\n[0003] 上述方法存在的问题是：\n[0004] P-CSCF实体可以检测I-CSCF实体的可用性，但是I-CSCF实体却不能检测P-CSCF实体的可用性，即检测不具备双向性；\n[0005] 若IMS网络中增加P-CSCF实体和/或I-CSCF实体，则IMS网络内所有实体的配置都需要进行修改；\n[0006] 若IMS网络中P-CSCF实体、I-CSCF实体、S-CSCF实体均存在多个物理实体，则网络中将会增加数量可观的用于网元可用性检测的SIP OPTIONS信令，增加了IMS网络的负荷。\n发明内容\n[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种CSCF实体容灾和负载均衡的系统及方法，本发明使得IMS网络中的容灾和负载均衡更易于使用和扩展，减轻了IMS网络的负荷。\n[0008] 本发明公开了一种CSCF实体容灾和负载均衡的系统，包括P-CSCF实体、I-CSCF实体、S-CSCF实体，其特征在于，还包括域名系统服务器(Domain Name System，DNS Server)，其中，所述\n[0009] P-CSCF实体以及I-CSCF实体均用于将自身的负载当量通过DNS UPDATE消息定时上报给所述DNS Server；用于在有会话初始化协议SIP注册信令需要出局时，发送DNS查询信令给所述DNSServer，并将所述SIP注册信令路由至所述DNS Server返回的服务定位SRV(服务定位)记录对应的CSCF实体；\n[0010] S-CSCF实体用于将自身的负载当量通过DNS UPDATE消息定时上报给所述DNS Server；\n[0011] DNS Server用于提供P-CSCF列表、I-CSCF列表以及S-CSCF列表，并根据接收到的各CSCF实体上报的DNS UPDATE消息调整其在相应CSCF列表中的位置；以及用于在接收到DNS查询信令时，将相应CSCF列表中负载当量最小的目标CSCF实体对应的SRV记录返回给源CSCF实体。\n[0012] 本发明中，所述源CSCF实体是指当前正在操作的实体；目的CSCF实体是指被操作的实体。\n[0013] 所述P-CSCF实体、I-CSCF实体以及S-CSCF实体还用于定时收集自身的负载参数，将收集到的负载参数转换成负载当量，并计算本次负载当量与前次负载当量差的绝对值，用所述绝对值与预设的阈值做比较，若所述绝对值大于等于所述阈值，则立即上报本次负载当量；否则，等待预设周期到时后上报最新的负载当量；\n[0014] 所述P-CSCF实体和I-CSCF实体还用于在接收所述DNS Server返回的SRV记录时，判断所述SRV记录中是否携带有相应CSCF实体的IP地址，若是，则直接将需要出局的SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址；否则，向所述DNS Server发起获取所述CSCF实体的IP地址请求信令；并将需要出局SIP注册信令发送到所述DNS Server返回的IP地址。\n[0015] 所述DNS Server还用于在第一次收到CSCF实体的DNSUPDATE消息时，为所述CSCF实体启动一个设定时长的定时器；并且在所述定时器定时时间内收到所述CSCF实体上报的下一条DNSUPDATE消息时，根据所述消息携带的负载当量调整所述CSCF实体在相应CSCF列表中的位置，并将所述CSCF实体对应的SRV记录设置为可用后，重启所述定时器；\n在所述定时器定时时间超时时还未收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息时，将所述CSCF实体对应的SRV记录设置为不可用，并重启所述定时器；用于在接收到获取IP地址请求时，返回相应CSCF实体的IP地址。\n[0016] 所述系统还包括UE，用于通过发送请求P-CSCF实体的SRV记录信令，向DNS Server申请P-CSCF实体；用于在接收到所述DNSServer返回的SRV记录时，判断所述SRV记录中是否携带有相应P-CSCF实体的IP地址，若是，则直接将SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址；否则，向DNS Server发起获取所述P-CSCF实体的IP地址请求信令；并将SIP注册信令发送到所述DNS Server返回的IP地址。\n[0017] 本发明还公开了一种CSCF实体容灾和负载均衡的方法，所述方法为：\n[0018] 系统上电后，各CSCF实体分别将自身的负载当量定时上报给DNS Server；所述DNS Server根据接收到的负载当量调整相应的CSCF列表；当源CSCF实体上有SIP注册信令需要出局时，向所述DNS Server发送DNS查询信令；所述DNS Server根据接收到的信令，将相应CSCF列表中负载当量最小的目标CSCF实体的SRV记录返回给所述源CSCF实体；所述源CSCF实体将所述SIP注册信令路由至所述SRV记录对应的目标CSCF实体。\n[0019] 所述CSCF实体上报负载当量前，还执行如下操作：\n[0020] 在预设周期内，每隔设定时间收集一次自身的负载参数，并将收集到的负载参数转换成负载当量，然后比较本次负载当量与前次负载当量的差的绝对值与预设的阈值的大小，若所述绝对值大于等于所述阈值，则将本次负载当量立即上报给DNS Server；否则，等待所述周期到时，上报最新的负载当量，所述负载参数包括：可用CPU使用率、可用内存大小、可用磁盘大小、可用网络通信能力；所述设定时间为所述预设周期的十二分之一。\n[0021] 所述CSCF实体均通过DNS UPDATE消息中携带的SRV记录中的Weight字段和/或Priority字段将自身的负载当量上报给所述DNSServer。\n[0022] 所述DNS Server收到CSCF实体上报的DNS UPDATE消息时，具体执行如下步骤：\n[0023] 为每个CSCF实体开启一个预设时长的定时器，并检测在所述定时器超时前，是否收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息，若是，则根据所述消息中携带的负载当量，调整所述CSCF实体在相应CSCF列表中的位置，并将所述CSCF实体对应的SRV记录设置成可用，同时重启所述定时器；否则，将所述CSCF实体对应的SRV记录设置成不可用，重启所述定时器。\n[0024] 若所述源CSCF实体为P-CSCF实体，则所述目标CSCF实体为I-CSCF实体；若所述源CSCF实体为I-CSCF实体，则所述目标CSCF实体为P-CSCF实体。\n[0025] 当UE要注册到系统时，首先需要向DNS Server申请P-CSCF实体；DNS Server接收到UE的请求信令后，将P-CSCF列表中负载当量最小的P-CSCF实体对应的SRV记录返回给所述UE；所述UE将SIP注册信令发送给接收到的SRV记录对应的P-CSCF实体。\n[0026] 本发明使用DNS UPDATE消息定时上报CSCF实体的负载当量，供DNS Server执行负载均衡策略时使用，采用本发明，当IMS网络中增加CSCF实体时，只需要在该增加的实体上配置负载当量上报机制即可，不影响原有网络中其他实体的工作；并且DNS Server负载整个网络中CSCF实体的负载情况的管理，不需要CSCF实体间进行交互，减少了IMS网络中SIP OPTIONS信令的数目，减轻了网络负荷。\n附图说明\n[0027] 图1是现有技术中检测和负荷分担选择的系统架构图；\n[0028] 图2是本发明所述系统的结构示意图；\n[0029] 图3是本发明所述方法中，各CSCF实体上报负载当量的流程图；\n[0030] 图4是本发明中，DNS Server接收到I-CSCF实体上报的DNSUPDATE消息时的处理流程图；\n[0031] 图5是本发明所述方法中，DNS Server接收到UE请求P-CSCF实体的SRV记录信令时的处理流程图；\n[0032] 图6是本发明所述方法中，P-CSCF实体处理需要出局的SIP注册信令的流程图。\n具体实施方式\n[0033] 以下结合附图和优选实施例对本发明做进一步详细说明。\n[0034] 如图2所示，是本发明所示系统的结构示意图，包括P-CSCF实体、I-CSCF实体、S-CSCF实体、UE、DNS Server，本实施例中，假设有m个P-CSCF实体、n个I-CSCF实体、p个S-CSCF实体，其中，\n[0035] P-CSCF实体、I-CSCF实体用于定时收集自身的负载参数，并将所述负载参数转换成负载当量，计算本次负载当量与前次负载当量差的绝对值，用所述绝对值与预设的阈值做比较，若所述绝对值大于等于所述阈值，则立即通过DNS UPDATE消息上报本次负载当量；\n否则，等待预设周期到时后通过DNS UPDATE消息上报最新的负载当量；用于在有SIP注册信令需要出局时，发送DNS查询信令给DNSServer，在接收所述DNS Server返回的SRV记录时，判断所述SRV记录中是否携带有相应CSCF实体的IP地址，若是，则直接将需要出局的SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址；否则，向所述DNS Server发起获取所述CSCF实体的IP地址请求信令；并将需要出局SIP注册信令发送到所述DNS Server返回的IP地址；\n[0036] S-CSCF实体用于定时收集自身的负载参数，并将所述负载参数转换成负载当量，计算本次负载当量与前次负载当量差的绝对值，用所述绝对值与预设的阈值做比较，若所述绝对值大于等于所述阈值，则立即通过DNS UPDATE消息上报本次负载当量；否则，等待预设周期到时后通过DNS UPDATE消息上报最新的负载当量；\n[0037] UE用于通过发送请求P-CSCF实体的SRV记录信令，向DNSServer申请P-CSCF实体；用于在接收到所述DNS Server返回的SRV记录时，判断所述SRV记录中是否携带有相应P-CSCF实体的IP地址，若是，则直接将SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址；否则，向DNS Server发起获取所述P-CSCF实体的IP地址请求信令；并将SIP注册信令发送到所述DNS Server返回的IP地址；\n[0038] DNS Server用于提供P-CSCF列表、I-CSCF列表以及S-CSCF列表；用于在第一次收到CSCF实体的DNS UPDATE消息时，为所述CSCF实体启动一个设定时长的定时器；并且在所述定时器定时时间内收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息时，根据所述消息携带的负载当量调整所述CSCF实体在相应CSCF列表中的位置，并将所述CSCF实体对应的SRV记录设置为可用后，重启所述定时器；在所述定时器定时时间超时时还未收到所述CSCF实体上报的下一条DNS UPDATE消息时，将所述CSCF实体对应的SRV记录设置为不可用，并重启所述定时器；用于在接收到获取IP地址请求时，返回相应CSCF实体的IP地址；以及用于在接收到DNS查询信令时，将相应CSCF列表中负载当量最小的目标CSCF实体对应的SRV记录返回给源CSCF实体。\n[0039] DNS Server将同一类的实体的SRV记录存放在同一个列表中，即m个P-CSCF实体的SRV记录均存放在P-CSCF列表，n个I-CSCF实体的SRV记录均存放在I-CSCF列表中，p个S-CSCF实体的SRV记录均存放在S-CSCF列表中，同类实体按负载当量进行排序，供负载均衡决策使用。\n[0040] 如图3所示，是本发明所示方法中各CSCF实体上报负载当量的流程图；本实施例中，假设CSCF实体的预设周期为60s；具体包括如下步骤：\n[0041] 步骤301：系统上电后，各CSCF实体负载上报定时器及负载检测定时器开始计时；\n[0042] 本实施例中，所述负载上报定时器的定时时长等于预设周期，为60s；所述负载检测定时器的定时时长为预设周期的十二分之一，即为60/12＝5s；也就是说，CSCF实体每隔\n5s就会收集一次负载参数并转换成负载当量。\n[0043] 步骤302：CSCF实体等待各自的负载检测定时器到时；\n[0044] 步骤303：负载检测定时器到时，则执行步骤304；\n[0045] 步骤304：收集各自的负载参数，并转换成负载当量；\n[0046] 负载参数包括：可用CPU使用率、可用内存大小、可用磁盘大小、可用网络通信能力等。\n[0047] 步骤305：计算本次负载当量与前次负载当量的差的绝对值；\n[0048] 若本次负载当量为第一个负载当量，则本步骤中所述的前次负载当量取0；\n[0049] 步骤306：比较步骤305得到的绝对值与预设的阈值的大小；若所述绝对值大于等于所述阈值，则执行步骤307；否则，执行步骤308；\n[0050] 所述阈值是可以根据计算得到的绝对值的大小进行调整的。\n[0051] 步骤307：将本次负载当量通过DNS UPDATE消息中携带的SRV记录中的Weight字段和/或Priority字段立即上报给NAS Server；\n[0052] 步骤308：判断负载上报定时器是否到时，若是，则执行步骤309；否则，执行步骤\n302；\n[0053] 步骤309：将最新的负载当量通过DNS UPDATE消息中携带的SRV记录中的Weight字段和/或Priority字段上报给NAS Server。\n[0054] 如图4所示，是本发明中，DNS Server接收到I-CSCF实体上报的DNS UPDATE消息时的处理流程图，本实施例以I-CSCF实体为例，对于P-CSCF实体和S-CSCF实体来说，其处理流程是一样的，具体包括：\n[0055] 步骤401：DNS Server第一次收到I-CSCF实体n的DNS UPDATE消息后，为I-CSCF实体n开启一个预设时长的定时器；\n[0056] 步骤402：检测是否在所述定时器超时前收到I-CSCF实体n上报的下一条DNS UPDATE消息，若是，则执行步骤403；否则，执行步骤404；\n[0057] 步骤403：按照接收到的DNS UPDATE消息中的SRV记录携带的负载当量的大小调整I-CSCF实体n在I-CSCF列表中的位置，并将I-CSCF列表中I-CSCF实体n对应的SRV记录设置成可用，同时重启所述定时器，等待下一个DNS UPDATE消息；\n[0058] 本实施例中，各CSCF实体在其所属的CSCF列表中是按照其负载当量的大小来排序的；\n[0059] 步骤404；将I-CSCF列表中I-CSCF实体n对应的SRV记录设置成不可用，重启所述定时器，等待下一个DNS UPDATE消息。\n[0060] 如图5所示，是本发明所述方法中，DNS Server接收到UE请求P-CSCF实体的SRV记录信令时的处理流程图；具体包括：\n[0061] 步骤501：DNS Server接收到UE请求P-CSCF实体的SRV记录信令；\n[0062] 步骤502：DNS Server将P-CSCF列表中负载当量最小的P-CSCF实体对应的SRV记录返回给所述UE；\n[0063] 步骤503：UE判断接收到的所SRV记录中是否携带有相应P-CSCF实体的IP地址，若是，则执行步骤504；否则，执行步骤505；\n[0064] 步骤504：UE将SIP注册信令发送到所述SRV记录携带的IP地址，本次请求处理结束；\n[0065] 步骤505：向DNS Server发起A/AAAA查询，请求获取所述P-CSCF实体的IP地址；\n[0066] 步骤506：DNS Server接收到A/AAAA查询后，查找所述P-CSCF实体的IP地址并返回给所述UE；\n[0067] 步骤507：UE收到DNS Server返回的IP地址后，将SIP注册信令发送到所述IP地址，本次请求处理结束。\n[0068] 如图6所示，是本发明所述方法中，P-CSCF实体处理需要出局的SIP注册信令的流程图，本实施例中，以源CSCF实体为P-CSCF实体，目标CSCF实体为I-CSCF实体进行说明；源CSCF实体为I-CSCF实体的流程与此类似，具体包括：\n[0069] 步骤601：P-CSCF上有SIP注册信令需要出局；\n[0070] 步骤602：发送DNS查询信令给DNS Server；\n[0071] 步骤603：DNS Server返回I-CSCF列表中负载当量最小的I-CSCF实体对应的SRV记录给所述P-CSCF实体；\n[0072] 步骤604：P-CSCF实体接收到SRV记录后，判断所述SRV记录是否携带有相应I-CSCF实体的IP地址，若是，则执行步骤605；否则，执行步骤606；\n[0073] 步骤605：将SIP注册信令路由至所述IP地址，本条SIP注册信令处理结束；\n[0074] 步骤606：向DNS Server发起A/AAAA查询，请求获取所述I-CSCF实体的IP地址；\n[0075] 步骤607：DNS Server接收到A/AAAA查询后，查找所述I-CSCF实体的IP地址并返回给所述P-CSCF实体；\n[0076] 步骤608：P-CSCF实体收到DNS Server返回的IP地址后，将SIP注册信令路由至所述IP地址，本条SIP注册信令处理结束。\n[0077] 以上仅是本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改或变化，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。