淺析IMS核心網容災機制

劉曉華 劉存良 吳 鉆

（中國移動廣東有限公司佛山分公司網絡管理中心，廣東 佛山 528000）

1 IMS網絡分層結構

IMS網絡采用網絡分層架構，主要劃分為應用層、業務能力層、會話控制層、承載控制與接入層。承載控制與接入層負責控制承載資源，包括的網元有SBC和IMMGW。應用層主要提供第三方的應用：通過OSA提供的接口（API或者消息）來實現對下層業務能力的調用，包括的網元有AS。會話控制層的功能是呼叫控制、用戶管理 、業務觸發、資源控制、網絡互通，包括的網元有：P-CSCF（代理 CSCF）、ICSCF（問詢 CSCF）、S-CSCF（服務 CSCF）、AGCF、MGCF、HSS/SLF（用戶數據庫）。除了應用層AS外，會話控制層屬于IMS網絡的核心，相關核心局點的容災性能對IMS網絡的安全穩定有舉足輕重的意義。

2 IMS重要信令流程

2.1 網絡注冊流程

IMS網絡注冊的最終目的是讓用戶終端登記上S-CSCF，整個注冊過程可分解為兩次注冊子流程。第一次注冊子流程目的是讓S-CSCF下發鑒權消息，第二次注冊子流程實現用戶鑒權，真正實現網絡注冊。在注冊過程中，用戶通過終端配置的域名登記到相應的拜訪地P-CSCF，PCSCF再根據用戶開戶時所配置的域名把注冊消息送到歸屬地IMS域的接口ICSCF。在第一次注冊子流程中，I-CSCF需要先到HSS索要用戶開戶時設置的配置集。I-CSCF通過匹配配置集，查找用戶最優的服務S-CSCF，并把注冊消息轉發過去。S-CSCF在收到第一個注冊消息后，將向HSS下載用戶的鑒權信息，并把此鑒權參數及算法向用戶下發，觸發用戶第二次注冊子注程。第二次注冊過程的網元查找原理一樣，只是注冊消息中增加了用戶的鑒權響應值，最終S-CSCF直接對鑒權響應值進行校對，以完成整個注冊流程。

2.2 呼叫流程

呼叫流程是建立在網絡注冊流程完成之后，當用戶已經登記上S-CSCF后，整個呼叫流程已經不需要再經I-CSCF扭轉，整個呼叫過程可分解為三次invite子流程。第一次invite目的是讓主叫與主叫側AS建立呼叫信令通道，第二次invite目的是讓主被叫之間的AS建立呼叫信令通道，第三次invite目的是讓被叫側AS與被叫建立呼叫信令通道。因在網絡注冊過程中，用戶/S-CSCF/P-CSCF/AS均已經記錄了關聯信息，因此呼叫流程中的網元間的信息扭轉可直接跟據信息表中的地址進行傳送。

3 IMS容災原理機制

IMS解決方案整體采用1+1互備的容災方式，正常時每個局點空閑一半容量用于接管互備局用戶。IMS故障檢測機制有OPTIONS檢測和基于鏈路的故障檢測。基于SIP協議的應用通過SIP OPTIONS消息實現對對端網元的故障檢測，OPTIONS檢測又分為啟發式（只有在對端有故障時才觸發檢測），以及周期性（無論是否故障都觸發檢測，與心跳類似）。基于Diameter、DNS協議的應用則通過鏈路握手協議來實現故障檢測，即在鏈路上周期性的發送握手消息來檢測對端是否故障。從第3部分的流程闡述可以知道，不管是注冊還是呼叫流程，用戶的下一跳一定是SBC，而用戶是通過終端所配置的域名地址來查找SBC的，因此DNS定義對SBC起到容災保護作用。當一個SBC退服時，用戶仍然能從DNS反饋的地址池找到可用SBC。舉一反三，在所有走SIP信令的接口中，DNS都充當著重要的容災保護角色。只要確定了信令下一跳的域名，總可以通過DNS找到正常狀態的網元地址。而對于走diameter信令的接口（如HSS的相關接口），側是依靠接口定義的多路靜態diameter鏈來實現容災。

3.1 注冊流程的容災要點

在整個注冊流程中，除了DNS提供重要容災功能外，I-CSCF到S-CSCF的選擇是重要的一步。用戶注冊對S-CSCF的選擇完全取決于用戶開戶時在HSS上所定義的配置集。I-CSCF取到用戶的配置集后，計算出用戶能登記的S-CSCF的優先級，當出現最高優先級的S-CSCF不可用時，I-CSCF將第一步從配置集計算結果中重選S-CSCF。因此S-CSCF的邏輯容災靠的是用戶在HSS上的配置集定義規則，而非DNS。

3.2 呼叫流程的容災要點

呼叫流程的容災實現比注冊流程要復雜，因注冊完成后，網絡已經為用戶指定了唯一的核心局點（包括P-CSCF，SCSCF）。一旦某個核心局點出現故障退服，這意味著網絡需要用戶重新注冊選擇核心局點。當呼叫過程中出現此特殊情況，對呼叫業務將會造成延時甚至中斷的影響。標準描述并沒有對此容災實現作具體描述，但從用戶使用感知出發，大多數廠家的做法是業務影響最小化，即在呼叫流程中設備自動觸發重注冊流程，而非直接中斷業務，使用戶自助注冊。

結語

DNS在IMS核心網中扮演著非常重要的角色，她關系著核心局點容災配對的選擇規則的實現。而用戶開戶時在HSS上定義配置集，也決定了面向用戶的SCSCF的邏輯容災關系，增強了IMS網絡容災的靈活性。通過深入研究探討IMS網絡的容災機制，有利于增強IMS網絡的抗災性，促進移動通信新技術的穩健發展。

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