羅 威，姜元建，李 洋，郎 赫，張宇辰，王慧敏

(1.南瑞集團(tuán)公司 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院,江蘇 南京 211000；2.國網(wǎng)天津市電力公司信息通信公司,天津 300010；3.南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院,江蘇 南京 210003)

基于負(fù)載均衡的分布式IMS體系架構(gòu)的優(yōu)化

羅 威1，姜元建1，李 洋1，郎 赫2，張宇辰2，王慧敏3

(1.南瑞集團(tuán)公司 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院,江蘇 南京 211000；2.國網(wǎng)天津市電力公司信息通信公司,天津 300010；3.南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院,江蘇 南京 210003)

IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)作為通用平臺能夠快速、標(biāo)準(zhǔn)化地創(chuàng)建移動服務(wù)。IMS典型的部署模型支持集中的會話控制和應(yīng)用程序服務(wù)器。而且，它們依靠復(fù)雜的邊界元素來完成功能服務(wù),例如政策執(zhí)行。一個簡單構(gòu)架的第一步是將會話控制、應(yīng)用服務(wù)和多媒體功能融合在一種邊緣元素中。這種分布式的IMS體系擁有相同的處理節(jié)點(diǎn)，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和功能模塊實(shí)例化的規(guī)模。但是，分布式架構(gòu)會減少統(tǒng)計(jì)增益，因此提出了一種負(fù)載均衡概念來解決這個問題。該機(jī)制在較小的控制和消息開銷的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一個大的虛擬的集中式服務(wù)器。該負(fù)載分享機(jī)制是輕量的，且開銷最小。可以根據(jù)估計(jì)負(fù)載分享參數(shù)的方程進(jìn)行微調(diào)，這個方程的輸入包括重定位的開銷和負(fù)載不對稱參數(shù)x。仿真結(jié)果表明了該算法的基本特征，并且闡述了負(fù)載均衡的益處，能夠?yàn)檫M(jìn)一步完善負(fù)載分享的具體實(shí)施提供幫助。

移動服務(wù)平臺；IP多媒體子系統(tǒng)構(gòu)架；分布式；負(fù)載均衡

0 引 言

基于IP技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展促進(jìn)了公共語音電話的發(fā)展[1]。3GPP IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)及其擴(kuò)展ETSI TISPAN為NGN的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)端到端多媒體會話業(yè)務(wù)的融合會話控制功能框架提供了標(biāo)準(zhǔn)[2]。這

些下一代框架不僅僅旨在代替現(xiàn)有的網(wǎng)的大小來獲得相應(yīng)的資源。節(jié)點(diǎn)只有在高負(fù)載的情況下會卸載會話。負(fù)載系數(shù)的定義對高負(fù)載具有一定影響。

負(fù)載系數(shù)是基于負(fù)載等級ρ計(jì)算出來的。負(fù)載等級是前一個測量時間段里的已用資源與可用資源的比值。ρ只定義了分配給每一個用戶通話的IMX功能實(shí)體的資源占用率。所以，當(dāng)ρ=0.0時，用戶只是完成了PSTN，而且想為快速的服務(wù)創(chuàng)新提供一個平臺。IMS定義了會話控制、應(yīng)用服務(wù)和多媒體傳輸?shù)裙δ埽瑢?shí)現(xiàn)可以是分布式的，也可以是集中式的[3-4]。在大多數(shù)配置場景中，會話邊緣控制是放置在網(wǎng)絡(luò)邊界處，傳統(tǒng)的SBC只執(zhí)行會話控制函數(shù)的一部分。文獻(xiàn)[5]提出了一個IP多媒體交換的概念，是一個融合了會話控制、應(yīng)用服務(wù)和邊界多媒體的可替換架構(gòu)，減少了集中式的部件。這個平臺的邊緣包括了實(shí)現(xiàn)IMS功能的目的節(jié)點(diǎn)。這樣的融合不僅簡化了平臺的管理和操作，而且減少了系統(tǒng)內(nèi)部信令的復(fù)雜度。但是，該架構(gòu)也帶來了一定的系統(tǒng)開銷，由于不可預(yù)測的交通流量、突發(fā)流的影響和增值業(yè)務(wù)(電話投票、平臺失敗)，有些分布式節(jié)點(diǎn)會出現(xiàn)過載的情況。所以，會話可能在某個節(jié)點(diǎn)丟失，而此時不妨存在其他仍有很多空閑空間的節(jié)點(diǎn)。理論上，可以通過度量每個節(jié)點(diǎn)最壞的情況來避免這樣的情況，但是開銷太大。相對于集中式設(shè)計(jì)來說太浪費(fèi)資源了，因此分布式設(shè)計(jì)需要負(fù)載均衡機(jī)制在不同的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行分發(fā)處理[6]。負(fù)載分享不是一個新的概念，已經(jīng)在PSTN設(shè)備[7]和大規(guī)模的服務(wù)集群上廣泛使用[8]。IMS服務(wù)器的局部負(fù)載平衡機(jī)制已有研究[9]，過載信令也在不斷的研究改進(jìn)中[10]。但是在高分布的IMS系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)卻遇到了一些困難。

因此，文中系統(tǒng)性分析了在此環(huán)境中的負(fù)載分享機(jī)制，提出了負(fù)載分享的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)一步提出一種可擴(kuò)展的負(fù)載平衡機(jī)制，以及一種輕量級的重定位機(jī)制。

1 分布式IMS

1.1IMS部署的自由度

IMS定義了許多不同的CSCFs和多媒體資源功能MRF，服務(wù)邏輯在AS中實(shí)現(xiàn)。P-CSCF位于接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的邊緣，以實(shí)現(xiàn)安全措施和用戶注冊功能。I-CSCF位于網(wǎng)絡(luò)之間。P-CSCF和I-CSCF都在實(shí)體會話邊緣控制實(shí)體SBCs中的映射實(shí)現(xiàn)。為了加強(qiáng)邊緣元素的概念，一個更加合理的融合方案IMX被提出。IMX不僅實(shí)現(xiàn)了P-CSCF和I-CSCF，而且S-CSCF和AS以及多媒體能力功能也包含在此實(shí)體中。IMX概念代替了集中式服務(wù)器，集中服務(wù)器利用幾個認(rèn)證節(jié)點(diǎn)處理所有用戶的需求。IMS平臺包括幾個分布式的IMX節(jié)點(diǎn)。IMX最大的優(yōu)勢在于在CSCFs和AS之間的SIP信令通信是通過優(yōu)化的中間件實(shí)現(xiàn)的，是集群內(nèi)的通信，這個中間件也起到了傳輸和接入會話和用戶信息的作用，同時對外集群提供標(biāo)準(zhǔn)的IMS接口。利用IMX能夠?qū)崿F(xiàn)混合配置，即平臺的一部分是由IMX簇實(shí)現(xiàn)，而另一部分是由IMS部件實(shí)現(xiàn)。另一個優(yōu)勢在于，IMX節(jié)點(diǎn)能夠充分利用先進(jìn)的應(yīng)用服務(wù)技術(shù)[11]。

1.2負(fù)載分享的優(yōu)勢

典型的下一代網(wǎng)絡(luò)平臺的配置是關(guān)系緊密的服務(wù)器作為一個簇，放置在一個地方，簇越少越好[12]。負(fù)載均衡機(jī)制是由一個簇將接入網(wǎng)傳來的會話進(jìn)行分布處理，使得簇中的每個服務(wù)器負(fù)載平等，進(jìn)而提高利用率，如圖1所示。

圖1 集中式負(fù)載均衡網(wǎng)絡(luò)

在這種場景中，一個服務(wù)器簇處理多個接入網(wǎng)會產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)增益。而在IMX中，資源的處理不是集中式的，而是由許多邊緣節(jié)點(diǎn)分布處理的。如果每個IMX節(jié)點(diǎn)只處理與直接相連的接入網(wǎng)中的會話，統(tǒng)計(jì)增益就會大大減少，如圖2所示。

圖2 分布式負(fù)載均衡網(wǎng)絡(luò)

為了防止過載，負(fù)載均衡技術(shù)可以將待處理的負(fù)載從高負(fù)載節(jié)點(diǎn)移動到低負(fù)載節(jié)點(diǎn)[13]。另外，分布式的負(fù)載均衡技術(shù)可以獲得比集中式更好的統(tǒng)計(jì)增益。但是，典型的服務(wù)器簇里的負(fù)載均衡技術(shù)和IMX中的負(fù)載均衡技術(shù)不同：前者是由集中式的調(diào)度器將用戶分配到服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)均衡的負(fù)載分布；后者的目標(biāo)不是均衡的負(fù)載分布，而是在過載情況發(fā)生之前進(jìn)行互動協(xié)調(diào)。另外，已經(jīng)處理完負(fù)載的IMX節(jié)點(diǎn)仍然在用戶和真正處理負(fù)載的節(jié)點(diǎn)之間的路徑上。

2 IMS中的負(fù)載分享機(jī)制

負(fù)載均衡機(jī)制是由負(fù)載信息收集機(jī)制提供的負(fù)載情況來分配任務(wù)的。將負(fù)載信息收集進(jìn)一步劃分為測量和更新機(jī)制，將資源分配進(jìn)一步劃分為傳輸、定位和重定頻率，形成局部節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。更新機(jī)制決定怎樣分享機(jī)制，如圖3所示。

圖3 負(fù)載均衡機(jī)制

測量機(jī)制定義了系統(tǒng)執(zhí)行負(fù)載測量的配負(fù)載信息?；谌重?fù)載的角度，傳輸機(jī)制具體說明了什么時候重分配或者重定位任務(wù)。當(dāng)重分配或者重定位被觸發(fā)時，定位機(jī)制決定負(fù)載是如何在節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移的，重定向機(jī)制決定有多少負(fù)載要被重定位。

為了獲得全局負(fù)載信息和IMX的任務(wù)分配，節(jié)點(diǎn)之間通過通信實(shí)現(xiàn)狀態(tài)更新，IMX的更新機(jī)制采取的是集中式的、基于時間的、拉模型的。而分配任務(wù)機(jī)制采取的是分布式的、基于值的、推模型的。

典型的服務(wù)器簇的設(shè)計(jì)是在負(fù)載均衡器的后面有許多服務(wù)器。IMX節(jié)點(diǎn)不同于服務(wù)器簇，即IMX節(jié)點(diǎn)總是在路徑上負(fù)責(zé)處理一些任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的轉(zhuǎn)換是通過直接在棧里重寫地址實(shí)現(xiàn)的。但是，由于IMX節(jié)點(diǎn)的重定位的花銷很大，所以這種靜態(tài)的固定速率需求的資源分配方式不適合IMS。

總之，目前沒有方法適合IMX場景，所以文中提出一種合適的方法——分布式的IMS平臺的負(fù)載均衡機(jī)制，即包括重定位和資源管理的負(fù)載均衡機(jī)制。

IMX能夠動態(tài)創(chuàng)建和分配功能實(shí)體，而這些實(shí)體是由局部資源管理器(LRM)進(jìn)行管理的，這些實(shí)體和LRM都在IMX節(jié)點(diǎn)中[14]。當(dāng)創(chuàng)建這些實(shí)體時，有內(nèi)存但是沒有CPU資源，因?yàn)檫€沒有被分配給用戶，所以是無狀態(tài)和沒有被激活的。

IMX處理用戶注冊和會話如圖4所示。

圖4 會話重定位

IMX1節(jié)點(diǎn)中的功能實(shí)體包括可重定向的和非可重定向的部分，入口IMX節(jié)點(diǎn)會執(zhí)行非可重定向功能。在用戶執(zhí)行非可重定向功能如注冊功能時，IMX中的調(diào)度員會給用戶配備一個用戶控制管理器(UCM)。根據(jù)用戶的行為，UCM請求LRM分配相應(yīng)的功能實(shí)體給所屬的用戶，并控制著合適的功能鏈和這些功能實(shí)體的會話狀態(tài)。如果一個新的會話被初始化后發(fā)現(xiàn)入口節(jié)點(diǎn)的資源很少，UCM不會從LRM中獲得所需的功能實(shí)體，而是由LRM觸發(fā)重定位功能，即UCM會將遠(yuǎn)處節(jié)點(diǎn)的功能實(shí)體分配到該用戶并傳輸所需的狀態(tài)信息，繼而業(yè)務(wù)也被重定向。入口節(jié)點(diǎn)會對用戶保持接觸點(diǎn)并處理注冊功能。新會話到達(dá)IMX2后被重定位到IMX3，但是用戶的注冊仍然是由IMX2節(jié)點(diǎn)完成。IMX2中現(xiàn)存的會話將不會被重定位。

2.1負(fù)載信息的收集和更新

在上面的負(fù)載分享機(jī)制中，每一個IMX節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決定是否采取重定位策略，所以這種資源分配機(jī)制是一種基于值的分布式機(jī)制。這使得節(jié)點(diǎn)能在高負(fù)載情況下快速做出反應(yīng)以及會話到達(dá)時能夠及時進(jìn)行重定位。

與分布式的資源分配機(jī)制不同，負(fù)載信息的收集和更新機(jī)制采用集中式的機(jī)制來決定何時對節(jié)點(diǎn)中的負(fù)載信息做出反應(yīng)。為減少IMX節(jié)點(diǎn)需要處理的負(fù)載更新消息的數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中全局資源控制器(Global Resource Manager，GRM)是中心節(jié)點(diǎn)。為了獲得及時消息，采用基于時間的策略來周期性觸發(fā)負(fù)載消息的更新。由于IMX平臺是基于高寬帶的核心網(wǎng)，所以在IMX節(jié)點(diǎn)之間傳播消息是無需吝嗇的?；谌蛭帐值摹袄Ｐ汀北容^適合這種觸發(fā)過程，原因在于這種“拉模型”更新快并且能給所有的IMX節(jié)點(diǎn)提供新消息。

圖5描述了IMX更新機(jī)制。

圖5 測量和更新機(jī)制

GRM通過發(fā)送updateRequest消息給所有IMX節(jié)點(diǎn)的LRM來觸發(fā)更新。IMX節(jié)點(diǎn)在接收到這條消息后,測量節(jié)點(diǎn)內(nèi)的平均資源利用率，并把它轉(zhuǎn)化成負(fù)載參數(shù)(在下一節(jié)中具體介紹)。每個IMX節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含負(fù)載參數(shù)的更新回復(fù)消息給全局資源控制器。一旦全局資源控制器接收到更新回復(fù)消息，它會給所有的IMX節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個包含所有節(jié)點(diǎn)負(fù)載消息的更新結(jié)果消息。在這個機(jī)制下，所有的負(fù)載情況會在很短的時間里到達(dá)全局資源控制器，然后被直接包含在更新結(jié)果消息中。

根據(jù)消息和數(shù)據(jù)速率，更新機(jī)制的開銷可以被量化。假如有n個IMX節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)在更新周期μ內(nèi)有3個消息需要發(fā)送給全局資源控制器，即在全局資源控制器中接收的消息速率為：

(1)

假設(shè)一個更新請求包或者更新回復(fù)包的大小為L，更新結(jié)果包的大小為nL，對于全局資源控制器來說，更新機(jī)制的數(shù)據(jù)速率為：

(2)

假設(shè)μ=1 s，L=50 B，n=50。根據(jù)式(2)可得數(shù)據(jù)速率為1.04 Mbps，每秒傳輸150條消息。與SIP協(xié)議相比，IMX節(jié)點(diǎn)的更新協(xié)議上的消息和數(shù)據(jù)速率可以忽略不計(jì)。

2.2資源分配

因?yàn)闀挷荒鼙煌耆遁d，而且重定位的開銷很大，所以所有會話應(yīng)該盡可能在入口的節(jié)點(diǎn)中被處理。因此，早期的會話重定位不能獲得一個均衡的負(fù)載分布。而且，IMX平臺應(yīng)該根據(jù)它們所服務(wù)的接入注冊，并沒有會話被激活。當(dāng)ρ=1.0時，IMX節(jié)點(diǎn)的資源只能處理現(xiàn)有的會話，新來的會話已經(jīng)無法處理，此時的超負(fù)荷控制機(jī)制已經(jīng)被激活了。

文中的重定位機(jī)制將負(fù)載系數(shù)分成三類。當(dāng)0≤ρ≤φ，節(jié)點(diǎn)處于可以接收會話的狀態(tài)；當(dāng)φ≤ρ≤ω，節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)；當(dāng)ω≤ρ≤1.0，節(jié)點(diǎn)處于過載狀態(tài)。在負(fù)載分享機(jī)制中，每一個IMX節(jié)點(diǎn)在內(nèi)部定義了如何根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載系數(shù)重定位會話，是一種分布的、基于值的、源驅(qū)動的機(jī)制。圖4中的傳輸機(jī)制是指，只要IMX節(jié)點(diǎn)在超載的狀態(tài)下，就會卸載會話；定位機(jī)制則具體說明了會話卸載將會轉(zhuǎn)移到哪個處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)上，處于過載狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)以循環(huán)方式從updateResult消息中處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)中選擇。在重定位機(jī)制中，過載節(jié)點(diǎn)會將所有的新會話卸載。

負(fù)載分享機(jī)制在IMX節(jié)點(diǎn)上只增加了測量和更新機(jī)制，參數(shù)φ、ω都可以根據(jù)負(fù)載情況和系統(tǒng)參數(shù)事先計(jì)算出來。過載狀態(tài)可以通過轉(zhuǎn)移負(fù)載切換到接收狀態(tài)，中間有一個激活狀態(tài)。激活狀態(tài)是滯后系統(tǒng)的因素，增加激活狀態(tài)的范圍會減少處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，就會限制系統(tǒng)的整體容量。如何設(shè)置激活狀態(tài)的門限在很大程度上取決于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和對于震蕩的敏感度，所以文中不考慮這個階段。

3 負(fù)載分享的定量性分析

在負(fù)載均衡機(jī)制中考慮兩個節(jié)點(diǎn)的場景，首先計(jì)算出靜態(tài)環(huán)境下的最佳臨界值，再通過隨機(jī)負(fù)載的仿真評估這個系統(tǒng)。

3.1系統(tǒng)模型

為了研究IMX系統(tǒng)的基本功能，從實(shí)現(xiàn)和配置的具體細(xì)節(jié)中抽象出一個系統(tǒng)模型，包含體系構(gòu)架、資源分配和加載在系統(tǒng)上以通信量為模型的負(fù)載。

網(wǎng)絡(luò)平臺中有幾個接入網(wǎng)絡(luò)，每個接入網(wǎng)絡(luò)連接著分布在平臺邊緣的IMX節(jié)點(diǎn)，IMX節(jié)點(diǎn)之間由高速網(wǎng)絡(luò)互連。所以，網(wǎng)絡(luò)影響在負(fù)載分享機(jī)制中可以忽略。假設(shè)IMX節(jié)點(diǎn)有合適的過載控制機(jī)制，即當(dāng)容量過載時會放棄新需求。節(jié)點(diǎn)的負(fù)載等級取決于資源容量和已消耗的資源。

A1=(1+x)A

(3)

另一半的接入網(wǎng)絡(luò)是低負(fù)載，即

A2=(1-x)A

(4)

一次會話所消耗的資源取決于當(dāng)?shù)氐幕蛘呤侵囟ㄎ坏拈_銷e和額外的重定位的開銷f。F包括SIP解析、加密、解密和重定位時在節(jié)點(diǎn)i中的傳輸開銷。重定位的開銷率為：

(5)

假設(shè)已經(jīng)激活的會話的資源開銷是常量。通常同一時間會有幾百個已經(jīng)被激活的會話。在該模型中，會話只影響一個IMX節(jié)點(diǎn)，符合增值的服務(wù)會話情況。在兩個客戶之間的端到端的會話對應(yīng)于兩個服務(wù)會話，表1給出了模型參數(shù)和相應(yīng)的值。

3.2理想仿真環(huán)境

評估需要考慮在已知兩個IMX節(jié)點(diǎn)的x以及b的情況下，如何設(shè)定負(fù)載分享參數(shù)w。正如前面討論的，不考慮中間的“激動狀態(tài)”(φ=ω)，但是在計(jì)算時考慮φ是很直觀的。所有節(jié)點(diǎn)都采用相同的ω，為了評估出最合適的ω，考慮靜態(tài)環(huán)境，即會話持續(xù)時間是無窮大的。圖5中有2個IMX節(jié)點(diǎn)，而且節(jié)點(diǎn)1的負(fù)載是A1，節(jié)點(diǎn)2的負(fù)載是A2，A1?A2。負(fù)載li在本地處理，而ri被重定向處理，即

Ai=li+ri

(6)

表1 模型參數(shù)

圖5表明了在理想情況下的資源分配，節(jié)點(diǎn)1中的所有資源都被利用了，而節(jié)點(diǎn)2正好到達(dá)了可接收和過載的臨界值。節(jié)點(diǎn)1本地處理了會話l1，將會話r1重定位到節(jié)點(diǎn)2；而節(jié)點(diǎn)2處理會話l2。將ω設(shè)置高些會得到一個次優(yōu)化的情況，因?yàn)闀?dǎo)致節(jié)點(diǎn)1重定向過晚，并且在節(jié)點(diǎn)2處于可接收狀態(tài)時，節(jié)點(diǎn)1會處于阻塞。相反情況，當(dāng)ω設(shè)置得低時，節(jié)點(diǎn)2過早地不處于可接收狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)1將會在過載狀態(tài)下本地處理會話。即使是在理想狀態(tài)下，當(dāng)節(jié)點(diǎn)1發(fā)生阻塞時，節(jié)點(diǎn)2仍然有空閑的資源。從圖5可以得到以下關(guān)系：

c=l1*e+r1*f

(7)

w·c=l2·e+l1·e

(8)

l1=l2+r1

(9)

由式(3)～(9)可以得到ω的最佳取值：

(10)

考慮到x,b的定義，ω被限制在[0,1]之間，根據(jù)表1可得ω=0.075。

3.3仿真環(huán)境

為了得出隨機(jī)負(fù)載下的負(fù)載均衡機(jī)制的益處，利用事件驅(qū)動仿真庫對IMX系統(tǒng)進(jìn)行仿真。仿真環(huán)境允許會話的建立和節(jié)點(diǎn)之間信息交換時直接的負(fù)載更新，比如IMX和GRM之間的信息交換。接入網(wǎng)絡(luò)作為節(jié)點(diǎn)模型，包括會話信息產(chǎn)生器，它是根據(jù)預(yù)定義IAT分布產(chǎn)生會話建立消息的，并且將會話持續(xù)時間作為消息參數(shù)加入到其中。一旦會話建立消息到達(dá)，IMX節(jié)點(diǎn)會檢查自身是否有足夠的資源來處理會話。如果能在本地丟棄會話，根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載系數(shù)和節(jié)點(diǎn)在可接收狀態(tài)的利用率，IMX節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)直接與其相連的接入網(wǎng)產(chǎn)生的會話消息到其他的IMX節(jié)點(diǎn)。根據(jù)負(fù)載更新協(xié)議，LRM和GRM交換負(fù)載更新信息。對于每一個參數(shù)設(shè)置，做十次仿真，每次會話是在1百萬到1千萬之間。

3.4仿真結(jié)果

考慮了在負(fù)載不對稱系數(shù)為常數(shù)X=0.5情況下的不同的負(fù)載值A(chǔ)。圖6顯示了在不同標(biāo)準(zhǔn)化負(fù)載的情況下，負(fù)載分享參數(shù)ω對阻塞概率的影響。

圖6 負(fù)載分享參數(shù)-阻塞概率關(guān)系曲線

假設(shè)有兩個節(jié)點(diǎn)，對于某一個負(fù)載參數(shù)而言，都有一個最小的阻塞概率。為達(dá)到相同的阻塞概率，負(fù)載越高，負(fù)載分享參數(shù)越大。所以，ω沒有適用于所有情況的最優(yōu)解。

如果ω設(shè)置得過高，IMX1開始重定位會太晚，導(dǎo)致資源不夠處理本地會話，而IMX2即使在過載狀態(tài)下也能處理會話。如果ω設(shè)置得過低，IMX2過早地離開可接收狀態(tài)。因?yàn)閑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于f,ω的輕微改動只影響一部分會話，所以將ω設(shè)置過低不會導(dǎo)致性能的大幅衰減，能夠得到參數(shù)值設(shè)置的指導(dǎo)性原則。另外，理想靜態(tài)情況下的估計(jì)是一個好的開頭，微調(diào)必須要知道最大可容阻塞概率和期望業(yè)務(wù)負(fù)載。更多IMX節(jié)點(diǎn)的仿真得出了相似的結(jié)果。

4 結(jié)束語

分布式的IMS方法能夠把所有的功能整合到邊緣節(jié)點(diǎn)，它們配置簡單卻能提供較高的靈活性和可擴(kuò)展性。但是在處理緊急負(fù)載改變時，用于在節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移負(fù)載的負(fù)載分享機(jī)制是必不可少的。文中提出了一種分布式系統(tǒng)中的負(fù)載分享機(jī)制，分析了設(shè)計(jì)空間和被認(rèn)可的一些機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，提出一種最適合分布式IMS實(shí)現(xiàn)需求的策略。該負(fù)載分享機(jī)制是輕量的，且開銷最小，可以根據(jù)估計(jì)負(fù)載分享參數(shù)的方程進(jìn)行微調(diào)。仿真結(jié)果顯示了該算法的基本特征，并且闡述了負(fù)載均衡的益處。該研究為進(jìn)一步完善負(fù)載分享的具體實(shí)施提供了基礎(chǔ)和指導(dǎo)。

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OptimizationofDistributedIMSArchitectureBasedonLoadBalancing

LUO Wei1，JIANG Yuan-jian1，LI Yang1，LANG He2，ZHANG Yu-chen2，WANG Hui-min3

(1.State Grid Electric Power Research Institute of NARI Group Corporation,Nanjing 211000,China;2.Information Communication Company of State Grid Tianjin Electric Power Company,Tianjin 300010,China;3.Institute of Telecommunications & Information Engineering,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210003,China)

The IP Multimedia Subsystem (IMS) serves as universal platform for fast and standardized creation of mobile services.Typical deployment models for the IMS favor centralized session control and application servers.Furthermore,they rely on sophisticated border elements for function service like policy enforcement.One step towards a simpler architecture is the integration of call control,application server and media functions into border elements,which leads to a distributed IMS architecture with equal processing nodes and drastically reduces system complexity and scales on functional module instantiation basis.However,it reduces the statistical gain.Therefore,a concept of load balancing is proposed to solve the problem.The load-sharing mechanism is lightweight and minimal overhead and can be fine-tuned based on an equation that estimates the load-sharing parameters,including the relocation overhead and the load asymmetry parameterx.The simulation results show its basic characteristics and discuss the benefits of load balancing,which will be helpful for further improving the implementation of load sharing.

MSP;IMS;distributed;load balancing

2016-11-14

2017-03-07 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間

時間：2017-07-19

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61302100)；國網(wǎng)天津市電力2016年科技項(xiàng)目(KJ16-1-16)

羅 威(1982-)，男，工程師，研究方向?yàn)镮MS技術(shù)研究及軟件開發(fā)。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.tp.20170719.1110.050.html

TN929.5

A

1673-629X(2017)11-0187-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.11.040