一種新型的分布式IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)方法

王菁　薛海強(qiáng)　彭晉　魏冰 2008/07/01

圖1　SIP系統(tǒng)架構(gòu)和P2P-SIP架構(gòu)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，其作用類似于P2P系統(tǒng)中的超級(jí)節(jié)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(tái)服務(wù)器變成多個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)P2P機(jī)制互聯(lián)，進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)。超級(jí)節(jié)點(diǎn)可以承擔(dān)注冊(cè)、代理和計(jì)費(fèi)等功能。用戶可以通過(guò)任一超級(jí)節(jié)點(diǎn)使用服務(wù)，并且部分超級(jí)節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響P2P-SIP網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，增加新的超級(jí)節(jié)點(diǎn)就可以對(duì)服務(wù)器容量進(jìn)行擴(kuò)充，因?yàn)槊總�(gè)服務(wù)器的地位是對(duì)等的。

　　在P2P-SIP架構(gòu)中，每個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的，同時(shí)分為兩層。上面是SIP層，處理標(biāo)準(zhǔn)的SIP信令；下面是P2P層對(duì)各個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行互聯(lián)，本文采用的是基于DHT協(xié)議的結(jié)構(gòu)化P2P。

3、分布式IMS架構(gòu)

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

　　在3GPP定義的IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，CSCF是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，P-CSCF是IMS用戶接入網(wǎng)絡(luò)的入口點(diǎn)，P-CSCF把來(lái)自用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)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(tǒng)和UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）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)論用戶處于歸屬網(wǎng)絡(luò)還是拜訪網(wǎng)絡(luò)中，所有的會(huì)話控制都經(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)論用戶在哪里，都能獲得統(tǒng)一的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

　　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(shè)備廠家也開發(fā)了相應(yīng)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(tǒng)思路，接口、協(xié)議定義嚴(yán)格，有比較好的可靠性和安全性，對(duì)設(shè)備的要求比較高。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、維護(hù)成本比較高，很難和互聯(lián)網(wǎng)上的類似業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)§2.3對(duì)于P2P SIP和3GPP IMS網(wǎng)絡(luò)的分析可發(fā)現(xiàn)，3GPP IMS主要優(yōu)化了SIP的會(huì)話控制架構(gòu)，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可管理性得到了保證，能夠滿足運(yùn)營(yíng)商電信級(jí)運(yùn)營(yíng)的要求。隨著P2P技術(shù)的發(fā)展，業(yè)界提出的P2P-SIP技術(shù)能夠結(jié)合P2P和SIP的優(yōu)點(diǎn)，作者經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為，可以結(jié)合P2P-SIP技術(shù)改造IMS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而提高系統(tǒng)的會(huì)話控制效率，降低系統(tǒng)的復(fù)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)話控制功能，結(jié)合P2P-SIP技術(shù)可以簡(jiǎn)化IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡(jiǎn)化后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2　分布式IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　在分布式IMS架構(gòu)中，每一個(gè)SuperNode都包含兩類功能：基于DHT的HSS功能和基于SIP的會(huì)話控制功能�；�于SIP的會(huì)話控制功能包括P-CSCF功能和S-CSCF功能，P-CSCF為用戶代理接入到系統(tǒng)中的入口點(diǎn)，S-CSCF扮演歸屬地會(huì)話控制的角色。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(tǒng)中的用戶簽約信息存儲(chǔ)在基于DHT的HSS中，可以使用DHT算法快速定位用戶所在的SuperNode，進(jìn)而可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的路由。

　　當(dāng)用戶簽約的時(shí)候，基于DHT的HSS系統(tǒng)根據(jù)用戶標(biāo)識(shí)，可以是IMPU（用戶公開身份）或者其他的用戶標(biāo)識(shí)，通過(guò)DHT定位用戶歸屬的SuperNode，把用戶相關(guān)的信息存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的SuperNode中。用戶的注冊(cè)、會(huì)話過(guò)程中，SuperNode能夠把會(huì)話請(qǐng)求消息路由到用戶所歸屬的SuperNode，在用戶所歸屬的SuperNode上完成注冊(cè)、會(huì)話控制、業(yè)務(wù)觸發(fā)等功能。

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

圖3　會(huì)話控制過(guò)程

　�。�1）戶代理A向接入的SuperNodel請(qǐng)求建立會(huì)話。

　　（2）SuperNodel收到用戶代理A的會(huì)話建立請(qǐng)求后，執(zhí)行P-CSCF功能，根據(jù)注冊(cè)過(guò)程中確定的綁定關(guān)系，把會(huì)話請(qǐng)求路由到主叫用戶歸屬的SuperNode2上。

　�。�3）在SuperNode2上，SuperNode2能夠識(shí)別會(huì)話請(qǐng)求為自己所控制的用戶的會(huì)話請(qǐng)求，執(zhí)行S-CSCF功能，完成業(yè)務(wù)的觸發(fā)和控制。在執(zhí)行S-CSCF功能之后，SuperNode3向基于DHT的HSS功能請(qǐng)求被叫用戶的S-CSCF功能所在的位置。

　�。�4）根據(jù)（3）中HSS返回的信息，把會(huì)話請(qǐng)求路由到用戶B所歸屬的SuperNode3。

　�。�5）SuperNode3執(zhí)行被叫側(cè)的S-CSCF功能，完成業(yè)務(wù)的觸發(fā)和控制后，把會(huì)話請(qǐng)求路由到被叫用戶當(dāng)前接入的超級(jí)節(jié)點(diǎn)SuperNode6。

　　（6）SuperNode6把會(huì)話請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到被叫用戶代理BO

　　如果后續(xù)的會(huì)話過(guò)程中，不需要業(yè)務(wù)控制邏輯干預(yù)，那么用戶代理A和用戶代理B之間直接可以通信。如果在會(huì)話過(guò)程中，需要業(yè)務(wù)邏輯干預(yù)，那么會(huì)話控制流程保持和會(huì)話建立流程類似。

　　上文提出的分布式IMS系統(tǒng)能夠結(jié)合P2P-SIP的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)基于DHT的HSS系統(tǒng)來(lái)解決會(huì)話過(guò)程中的路由查詢問(wèn)題，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)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(tǒng)均勻地分散到系統(tǒng)中的各個(gè)SuperNode上，進(jìn)而可以結(jié)合P-CSCF和S-CSCF功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的均質(zhì)化。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　本文分析了SIP和P2P-SIP的架構(gòu)和特點(diǎn)以及3GPP IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本理念和特點(diǎn)，結(jié)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(gòu)，把3GPP IMS系統(tǒng)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的均質(zhì)化。同時(shí)，在分布式IMS系統(tǒng)中，HSS的底層使用DHT技術(shù)查找和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠簡(jiǎn)化原來(lái)網(wǎng)絡(luò)中比較復(fù)雜的路由過(guò)程，提高系統(tǒng)的效率。

參考文獻(xiàn)

　　1　鄭緯民，胡進(jìn)鋒，代亞非等.對(duì)等計(jì)算研究概論，http://www.ccf.org.cn

　　2　Napster website，http://www.napster.com，1999

　　3　Clip2com.The gnutella protocol specification v0.4，http://rfc-gnutella.sourceforge.net/Development，2001

　　4　Stoica I，Morris R，et al.A scalable peer-to-peer lookup protocol for Internet applications.IEEE/ACM Transactions on Networking，2003，11(1)

　　5　Ratnasamy S，F(xiàn)rancis P，et al.A scalable content-addressable network.In：Proceedings of the Acm Sigcomm 2001 Conference on Applications，Technologies Architectures，and Protocols for，Computer Communication，San Diego，CA，USA：ACM Press，2001

　　6　Rowstron A，Druschel P.Pastry：Scalable，decentralized object location and routing for largescale peer-to-peer systems.In：Proceedings of the IFTP/ACM International Conference on Distributed Systems Platforms (Middleware'01)，Heidelberg，Germany：Springer-Verlag，2001

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