宋阿芳，奚展躍

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200135）

0 引言

IP多媒體子系統(tǒng)IMS具有接入無關(guān)性、支持用戶漫游、提供多媒體業(yè)務(wù)等優(yōu)點，從而為運營商利用IMS實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合成為可能。但是IMS是一個基于全IP分組傳送的、多層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此如何監(jiān)測與對端網(wǎng)元的連接狀態(tài)，如何建立并啟動整網(wǎng)的容災(zāi)機制，最大限度保證服務(wù)的正常提供，是IMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)展必然需要解決的重要問題。

1 IMS容災(zāi)概述

1.1 容災(zāi)原理

IMS網(wǎng)絡(luò)中容災(zāi)主要通過利用網(wǎng)元之間的協(xié)議傳送心跳實現(xiàn)，一旦網(wǎng)元之間心跳異常，則一方網(wǎng)元即認(rèn)為鏈路或?qū)Χ司W(wǎng)元出現(xiàn)了問題，這時根據(jù)開始啟動容災(zāi)機制，一方網(wǎng)元將和對端備份網(wǎng)元進行聯(lián)系。

在 IMS網(wǎng)絡(luò)中，心跳分為應(yīng)用層心跳和傳送層心跳兩種。網(wǎng)元間的應(yīng)用層消息包括為會話初始協(xié)議SIP、H.248、Diameter、域名系統(tǒng)/E.164號碼到URI的映射DNS/ENUM協(xié)議，其各自可啟用心跳機制。另外網(wǎng)元間也可以通過傳送層的傳輸控制協(xié)議TCP的鏈路檢測機制本身來完成故障檢測。如Diameter、DNS等。

1.1.1 Diameter容災(zāi)

Diameter協(xié)議在IMS網(wǎng)絡(luò)中主要用于Cx和Dx接口。由于Diameter運行在傳輸控制協(xié)議TCP上。因此，Diameter既可以利用 TCP鏈路管理實現(xiàn)故障檢測。也可以通過Diameter心跳機制設(shè)備監(jiān)督請求DWR和設(shè)備監(jiān)督應(yīng)答DWA來進行心跳監(jiān)測[1]。

1.1.2 SIP容災(zāi)

SIP協(xié)議中，通常利用 SIP方法OPTIONS來作為心跳檢測[2]。如果應(yīng)用層指示傳輸層發(fā)送 OPTIONS請求，在指定時間和次數(shù)內(nèi)未收到回應(yīng)，則認(rèn)為故障發(fā)生[4]。

1.1.3 H.248容災(zāi)

H.248協(xié)議主要用于媒體網(wǎng)關(guān)控制設(shè)備MGC和媒體網(wǎng)關(guān)MGW之間，主要完成媒體網(wǎng)關(guān)控制、資源控制和管理功能。其中：MGC采用針對ROOT終結(jié)點的空AuditValue命令作為心跳消息。MG采用針對ROOT終結(jié)點的Notify命令作為心跳消息[3-4]。

1.1.4 DNS/ENUM容災(zāi)

由于DNS/ENUM協(xié)議承載在有連接的TCP上，因此IMS網(wǎng)元（如CSCF）可以通過TCP鏈路消息檢測DNS/ENUM鏈路狀態(tài)，以便支持DNS/ENUM鏈路容災(zāi)。

1.2 容災(zāi)方式

容災(zāi)方式分為主備方式和負(fù)荷分擔(dān)方式。主備方式：指定一個主設(shè)備，正常狀態(tài)下其他設(shè)備均與它進行對接，另一個設(shè)備僅作為備用狀態(tài)。負(fù)荷分擔(dān)方式：正常狀態(tài)下，兩個設(shè)備各自與本局點的設(shè)備對接，同時互為備份狀態(tài)。

容災(zāi)方式比較：

主備方式在邏輯上是一個設(shè)備，減少了維護的復(fù)雜度，避免了設(shè)備間的切換。因此對強調(diào)全網(wǎng)統(tǒng)一性、存儲大量用戶數(shù)據(jù)的 HSS設(shè)備以及號碼轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)的DNS/ENUM設(shè)備，更適用于主備方式。

負(fù)責(zé)呼叫控制及接入等設(shè)備選擇負(fù)荷分擔(dān)容災(zāi)方式,由于這些設(shè)備按地域進行部署強調(diào)服務(wù)的地域性，因此更適合負(fù)荷分擔(dān)方式的容災(zāi)方式。

2 IMS網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)建議

2.1 網(wǎng)絡(luò)整體容災(zāi)建議

[8]。IMS網(wǎng)絡(luò)由業(yè)務(wù)層、控制層和終端組成，并承載在IP網(wǎng)絡(luò)上。主要容災(zāi)的設(shè)備應(yīng)該有：呼叫會話控制功能 CSCF、歸屬用戶服務(wù)器 HSS、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能MGCF、基本及補充業(yè)務(wù)服務(wù)器AS，DNS/ENUM服務(wù)器，接入網(wǎng)關(guān)控制功能 AGCF、邊界接入控制器 BAC等。根據(jù)網(wǎng)元之間的消息交互及對業(yè)務(wù)的保障性，建議IMS網(wǎng)絡(luò)整體容災(zāi)方案如下，如圖1所示[5]。嵌入方式：①接入網(wǎng)關(guān)控制功能；②邊緣接入設(shè)備；③用戶終端。

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)結(jié)構(gòu)

各設(shè)備容災(zāi)方式建議如下：

①CSCF、AS、MGCF、AGCF采用1+1負(fù)荷分擔(dān)互助模式；

②HSS、DNS/ENUM、BAC采用主備模式。

2.2 各網(wǎng)元容災(zāi)機制

參考文獻[6]。以下分析了若干具有代表性的網(wǎng)元的容災(zāi)機制，其他網(wǎng)元可類比。

2.2.1 BAC

BAC各種終端接IMS核心網(wǎng)絡(luò)的信令代理和媒體代理設(shè)備。BAC容災(zāi)應(yīng)注意：

①本地每組BAC采用兩臺設(shè)備1+1主備方式容災(zāi)，與交換路由設(shè)備一起通過虛擬路由冗余協(xié)議 VRRP 對外體現(xiàn)一個IP地址；

②公網(wǎng)DNS配置多個BAC域名記錄，終端到DNS上查詢BAC地址時，DNS按照預(yù)先配置的記錄返回不同優(yōu)先級的多條地址記錄給終端。每個VRRP組中的兩個BAC可以相互容災(zāi)。

2.2.2 I/S-CSCF

AGCF通過SIP Option心跳消息檢測主備I/S-CSCF的狀態(tài)，根據(jù)I/S-CSCF的狀態(tài)進行消息的路由及用戶注冊處理。

AGCF支持配置兩個I-CSCF地址，其中I-CSCF1為本地主用局，I-CSCF2為備用局，AGCF總是優(yōu)選第一個I-CSCF1進行注冊(包括刷新注冊)，只有當(dāng)I-CSCF1不可達(dá)時才會嘗試I-CSCF2[2]。

2.2.3 HSS

HSS負(fù)責(zé)存儲IMS用戶的相關(guān)信息及其相關(guān)業(yè)務(wù)信息。HSS采用1+1動態(tài)主備模式：

①數(shù)據(jù)同步：主備用HSS之間數(shù)據(jù)自同步，包括動態(tài)數(shù)據(jù)（注冊狀態(tài)等）和靜態(tài)數(shù)據(jù)（開銷戶數(shù)據(jù)等）；

②信令倒換原理：主備 HSS使用不同主機名稱；CSCF/AS配置主備HSS的主機名稱，并有主備優(yōu)先級。同時與主備host建立鏈路。優(yōu)先選擇主用HSS，當(dāng)主用不可達(dá)時，自動將Diameter消息發(fā)往備用HSS。當(dāng)主用HSS恢復(fù)時，再次優(yōu)先選擇主用HSS；

③業(yè)務(wù)發(fā)放倒換原理：主備HSS對外暴露不同IP地址，正常情況下BOSS激活與主用HSS的IP鏈路，發(fā)送業(yè)務(wù)消息；故障時，手動激活與備用HSS的IP鏈路。

2.2.4 DNS/ENUM

DNS/ENUM服務(wù)器將E.164地址翻譯成SIP URI，和提供DNS域名查詢服務(wù)。DNS/ENUM采用支持1+1互為主備：

①網(wǎng)元上配置兩個 DNS對端設(shè)備，并分別配置到端設(shè)備的連接信息；

②當(dāng)主DNS/ENUM故障，會向備DNS發(fā)請求；

③當(dāng)主 DNS恢復(fù)后，網(wǎng)元優(yōu)先向主 DNS/ENUM 發(fā)送請求。

2.3 業(yè)務(wù)放通機制

業(yè)務(wù)放通機制是在當(dāng)提供服務(wù)的AS都發(fā)生故障時，IMS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該最低保證用戶能夠使用最基本的語音通話服務(wù)。業(yè)務(wù)放通機制過程如下[7]：

①S-CSCF收到INVITE消息后，根據(jù)iFC規(guī)則觸發(fā)到AS1；

②AS1響應(yīng)超時，S-CSCF啟動SIP OPTION故障檢測機制，判斷AS1是否故障；

③當(dāng)檢測到AS1故障后，S-CSCF跟據(jù)DNS觸發(fā)業(yè)務(wù)到備用的AS2；

④當(dāng)AS2同時又出現(xiàn)故障時，S-CSCF根據(jù)iFC中的觸發(fā)失敗處理規(guī)則直接放通該呼叫；這樣就可以保障用戶最基本的呼叫業(yè)務(wù)得以實現(xiàn)。

2.4 對業(yè)務(wù)的影響

當(dāng)故障發(fā)生時，容災(zāi)可能會對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，如表 1所示。

表1 各類故障引發(fā)容災(zāi)后對業(yè)務(wù)的影響

3 結(jié)語

隨著轉(zhuǎn)型的實施和逐步深化，傳統(tǒng)電信運營商新的市場定位已日趨明顯。從國內(nèi)外主流運營商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的案例中，可以清晰地看到移動化、寬帶化及融合化三個明顯的趨勢，很多國際運營商已經(jīng)將 IMS作為網(wǎng)絡(luò)演進的方向。在 IMS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，容災(zāi)技術(shù)將進一步發(fā)揮其對通信保障的重要作用，并陪伴IMS網(wǎng)絡(luò)完成其真正實現(xiàn)一點接入、全網(wǎng)服務(wù)的偉大使命。

參考文獻

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