NoSQL數據庫在VoLTE核心網中的應用

摘 要 針對VoLTE核心網的特點以及其對可靠性和可擴展性的需求，提出了將NoSQL應用到VoLTE核心網的思想。介紹了4G發展遇到的問題和解決方案，VoLTE的基本功能以及其對數據存儲的要求。介紹了NoSQL非關系型數據庫的特點及發展現狀，指出其特點能夠滿足VoLTE核心網的對數據存儲的需求，最后給出了研究展望。

【關鍵詞】VoLT NoSQL 核心網

1 什么是 VoLTE

電信技術的發展日新月異，如今4G已經取代了WCDMA，TD-SCDMA等3G通信技術，成為了移動通信網絡的主流技術。4G網絡的接入部分采用的是LTE技術，采用的都是分組交換技術，即全IP網絡，不再提供專門的語音信道。4G時代的來臨，高達百兆的帶寬，讓移動上網的速度進入了一個嶄新的時代，但對移動通信最基本的業務，即語音通話卻沒有提供足夠的支持，在4G部署的初期甚至出現用戶換了4G卡以后只能上網不能打電話的現象。為了解決這個問題，目前各運營商給出的臨時解決方案大部分都是雙待機或CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）。無論采用哪種方式，當撥打或者接聽電話時，都需要切換并接入2G網絡，此時4G網絡會斷開，待通話結束后再切換回4G網絡。這種方式的缺點顯而易見：

（1）終端需要擁有兩套射頻發射系統，成本高，功耗大，影響手機的待機時間；

（2）在2G/4G直接切換需要耗時，導致電話接通慢；

（3）對運營商來說，必須同時維護2G和4G兩張網絡，成本太高。

長遠來看，2G/3G網絡必然會被4G所淘汰，因此在4G網絡內部實現語音通話的功能是必然的趨勢。由于4G是純IP網絡，因此VoIP（Voice over IP）技術自然而然的成為了解決這一問題的首先方案，VoLTE（Voice over LTE）技術應運而生。VoLTE是基于IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）的語音業務。IMS由于支持多種接入和豐富的多媒體業務，成為全IP時代的核心網標準架構。經歷了過去幾年的發展成熟后，如今IMS已經跨越接入方式，成為固定話音領域VoBB、PSTN網改的主流選擇，而且也被3GPP、GSMA確定為移動語音的標準架構。VoLTE無需2G/3G網，全部業務承載于4G網絡上，可實現數據與語音業務在同一網絡下的統一。

2 VoLTE核心網數據的特點

VoLTE核心網的主要功能就是會話控制（Session Control），當一個主叫電話發起后，終端通過SIP協議向VoLTE核心網發起通話請求，核心網需要識別用戶的身份、用戶的注冊狀態、用戶的漫游狀態、用戶所訂購的應用服務（如呼叫轉移等）以及被叫的類型（如報警電話、網內用戶，網間用戶等）做出不同的處理，將請求發給下一條。根據不同的情況，下一條可能是應用服務器（Application Server），被叫用戶的核心網（網間及網內），PSTN網絡，緊急呼叫中心（110，119等）。同時核心網還要負責計費等，功能十分復雜，涉及到的數據也非常多。

業務邏輯與數據的分離是大型軟件的發展方向，包括核心網在內的通訊系統也是如此。通過邏輯與數據的分離，可以提高業務對象的可復用性及可擴展性。VoLTE核心網這類軟件對實時性的要求非常高，通常數據都是放在內存中的，而且隨著呼叫的發起和結束，數據的變化率非常高，通常的實現中并沒有將寫入到數據庫中，而是和業務邏輯緊密耦合的。這種系統不便于擴展，比如當遇到一些節日或者活動期間（過年的拜年電話，娛樂節目的觀眾參與環節等）并不容易通過增加核心網服務器的數目來應對話務量突然的增加，因為數據都在其它服務器的內存中，即使通過增加核心網服務器的數目，這些新加入的服務器也不能快速地投入運作，分擔話務量。而且如果某些服務器出現故障，其它服務器由于沒有故障服務器內存中的數據，也無法接管它正在處理的話務。因此實現業務邏輯與數據的分離，并將數據存入數據庫中是提高系統可靠性和可擴展性的有效方法。

VoLTE核心網，因為它固有的復雜性，其處理和存儲的數據也是非常復雜的，這些數據在內存中通常都是用非常復雜的數據結構來儲存的，這些數據并不是想關系型數據庫那樣結構化的，而是采用像鏈表，哈希表，指針數據這類非關系型數據結構來存儲。采用關系型數據庫來存儲VoLTE核心網的數據并不適合。

3 什么是NoSQL數據庫

NoSQL，顧名思義，與SQL數據庫相對，指的是非關系型的數據庫。隨著互聯網的興起，傳統的關系數據庫在應付超大規模和高并發的SNS類型的動態網站已經顯得力不從心，暴露了很多難以克服的問題，而非關系型的數據庫則由于其本身的特點得到了非常迅速的發展。NoSQL數據庫的產生就是為了解決大規模數據集合多重數據種類帶來的挑戰，尤其是大數據應用難題。

4 將NoSQL數據庫應用到VoLTE核心網中

NoSQL數據庫由于其適合處理非結構化數據的特性，非常適合用于存儲VoLTE核心網的數據。VoLTE核心網可以將內部數據通過序列化（Serialization）轉換為鍵值對（pair）的形式進行存儲。隨著語音或視頻電話的發起與終止，業務的應用，媒體信息的變化，接入的變化等，VoLTE核心網內存中的數據發生著動態的變化，當變化發生時將變化的數據進行序列化，并儲存到NoSQL數據庫中。這個NoSQL數據庫被所有的核心網服務器共享，當其中一個服務器出現故障時，其它服務器可以從NoSQL數據庫中讀取到對應的數據，接替故障服務器的話務處理。同時在需要擴容時，新增加的服務器也可以從NoSQL數據庫中讀取數據，即刻投入到話務處理的工作中。因此將NoSQL數據庫應用到VoLTE核心網是一種可行的提高VoLTE核心網的可靠性和可擴展性的方式，在業界具有廣闊的應用前景。

作者簡介

徐伶伶（1981-），女，江蘇省太倉市人。碩士研究生。講師。主要研究方向為數據庫應用技術、數據挖掘與分析，云計算等。

作者單位

青島工學院信息工程學院 山東省青島市 266300