IMS网络容灾机制研究

宋阿芳，奚展跃

（中国电信股份有限公司上海研究院，上海 200135）

0 引言

IP多媒体子系统IMS具有接入无关性、支持用户漫游、提供多媒体业务等优点，从而为运营商利用IMS实现网络融合成为可能。但是IMS是一个基于全IP分组传送的、多层的网络架构，因此如何监测与对端网元的连接状态，如何建立并启动整网的容灾机制，最大限度保证服务的正常提供，是IMS网络发展必然需要解决的重要问题。

1 IMS容灾概述

1.1 容灾原理

IMS网络中容灾主要通过利用网元之间的协议传送心跳实现，一旦网元之间心跳异常，则一方网元即认为链路或对端网元出现了问题，这时根据开始启动容灾机制，一方网元将和对端备份网元进行联系。

在 IMS网络中，心跳分为应用层心跳和传送层心跳两种。网元间的应用层消息包括为会话初始协议SIP、H.248、Diameter、域名系统/E.164号码到URI的映射DNS/ENUM协议，其各自可启用心跳机制。另外网元间也可以通过传送层的传输控制协议TCP的链路检测机制本身来完成故障检测。如Diameter、DNS等。

1.1.1 Diameter容灾

Diameter协议在IMS网络中主要用于Cx和Dx接口。由于Diameter运行在传输控制协议TCP上。因此，Diameter既可以利用 TCP链路管理实现故障检测。也可以通过Diameter心跳机制设备监督请求DWR和设备监督应答DWA来进行心跳监测[1]。

1.1.2 SIP容灾

SIP协议中，通常利用 SIP方法OPTIONS来作为心跳检测[2]。如果应用层指示传输层发送 OPTIONS请求，在指定时间和次数内未收到回应，则认为故障发生[4]。

1.1.3 H.248容灾

H.248协议主要用于媒体网关控制设备MGC和媒体网关MGW之间，主要完成媒体网关控制、资源控制和管理功能。其中：MGC采用针对ROOT终结点的空AuditValue命令作为心跳消息。MG采用针对ROOT终结点的Notify命令作为心跳消息[3-4]。

1.1.4 DNS/ENUM容灾

由于DNS/ENUM协议承载在有连接的TCP上，因此IMS网元（如CSCF）可以通过TCP链路消息检测DNS/ENUM链路状态，以便支持DNS/ENUM链路容灾。

1.2 容灾方式

容灾方式分为主备方式和负荷分担方式。主备方式：指定一个主设备，正常状态下其他设备均与它进行对接，另一个设备仅作为备用状态。负荷分担方式：正常状态下，两个设备各自与本局点的设备对接，同时互为备份状态。

容灾方式比较：

主备方式在逻辑上是一个设备，减少了维护的复杂度，避免了设备间的切换。因此对强调全网统一性、存储大量用户数据的 HSS设备以及号码转换、地址转换等数据的DNS/ENUM设备，更适用于主备方式。

负责呼叫控制及接入等设备选择负荷分担容灾方式,由于这些设备按地域进行部署强调服务的地域性，因此更适合负荷分担方式的容灾方式。

2 IMS网络容灾建议

2.1 网络整体容灾建议

[8]。IMS网络由业务层、控制层和终端组成，并承载在IP网络上。主要容灾的设备应该有：呼叫会话控制功能 CSCF、归属用户服务器 HSS、媒体网关控制功能MGCF、基本及补充业务服务器AS，DNS/ENUM服务器，接入网关控制功能 AGCF、边界接入控制器 BAC等。根据网元之间的消息交互及对业务的保障性，建议IMS网络整体容灾方案如下，如图1所示[5]。嵌入方式：①接入网关控制功能；②边缘接入设备；③用户终端。

图1 IMS网络容灾结构

各设备容灾方式建议如下：

①CSCF、AS、MGCF、AGCF采用1+1负荷分担互助模式；

②HSS、DNS/ENUM、BAC采用主备模式。

2.2 各网元容灾机制

参考文献[6]。以下分析了若干具有代表性的网元的容灾机制，其他网元可类比。

2.2.1 BAC

BAC各种终端接IMS核心网络的信令代理和媒体代理设备。BAC容灾应注意：

①本地每组BAC采用两台设备1+1主备方式容灾，与交换路由设备一起通过虚拟路由冗余协议 VRRP 对外体现一个IP地址；

②公网DNS配置多个BAC域名记录，终端到DNS上查询BAC地址时，DNS按照预先配置的记录返回不同优先级的多条地址记录给终端。每个VRRP组中的两个BAC可以相互容灾。

2.2.2 I/S-CSCF

AGCF通过SIP Option心跳消息检测主备I/S-CSCF的状态，根据I/S-CSCF的状态进行消息的路由及用户注册处理。

AGCF支持配置两个I-CSCF地址，其中I-CSCF1为本地主用局，I-CSCF2为备用局，AGCF总是优选第一个I-CSCF1进行注册(包括刷新注册)，只有当I-CSCF1不可达时才会尝试I-CSCF2[2]。

2.2.3 HSS

HSS负责存储IMS用户的相关信息及其相关业务信息。HSS采用1+1动态主备模式：

①数据同步：主备用HSS之间数据自同步，包括动态数据（注册状态等）和静态数据（开销户数据等）；

②信令倒换原理：主备 HSS使用不同主机名称；CSCF/AS配置主备HSS的主机名称，并有主备优先级。同时与主备host建立链路。优先选择主用HSS，当主用不可达时，自动将Diameter消息发往备用HSS。当主用HSS恢复时，再次优先选择主用HSS；

③业务发放倒换原理：主备HSS对外暴露不同IP地址，正常情况下BOSS激活与主用HSS的IP链路，发送业务消息；故障时，手动激活与备用HSS的IP链路。

2.2.4 DNS/ENUM

DNS/ENUM服务器将E.164地址翻译成SIP URI，和提供DNS域名查询服务。DNS/ENUM采用支持1+1互为主备：

①网元上配置两个 DNS对端设备，并分别配置到端设备的连接信息；

②当主DNS/ENUM故障，会向备DNS发请求；

③当主 DNS恢复后，网元优先向主 DNS/ENUM 发送请求。

2.3 业务放通机制

业务放通机制是在当提供服务的AS都发生故障时，IMS网络应该最低保证用户能够使用最基本的语音通话服务。业务放通机制过程如下[7]：

①S-CSCF收到INVITE消息后，根据iFC规则触发到AS1；

②AS1响应超时，S-CSCF启动SIP OPTION故障检测机制，判断AS1是否故障；

③当检测到AS1故障后，S-CSCF跟据DNS触发业务到备用的AS2；

④当AS2同时又出现故障时，S-CSCF根据iFC中的触发失败处理规则直接放通该呼叫；这样就可以保障用户最基本的呼叫业务得以实现。

2.4 对业务的影响

当故障发生时，容灾可能会对业务产生影响，如表 1所示。

表1 各类故障引发容灾后对业务的影响

3 结语

随着转型的实施和逐步深化，传统电信运营商新的市场定位已日趋明显。从国内外主流运营商网络转型的案例中，可以清晰地看到移动化、宽带化及融合化三个明显的趋势，很多国际运营商已经将 IMS作为网络演进的方向。在 IMS网络的建设过程中，容灾技术将进一步发挥其对通信保障的重要作用，并陪伴IMS网络完成其真正实现一点接入、全网服务的伟大使命。

参考文献

[1] 卡马里罗,马丁.3G IP多媒体子系统IMS：融合移动网域因特网[M].北京:人民邮电出版社，2006：136.

[2] 波克申科.IMS:移动领域的IP多媒体概念和服务[M].北京:机械工业出版社，2005：177.

[3] YD/T 1292-2003.基于H.248的媒体网关控制协议[S].

[4] Q/CT 2094-2010.IMS网络SIP协议总体技术要求[S].

[5] 胡乐明，曹磊，陈洁.IMS技术原理及应用[M].北京:电子工业出版社，2006:39.

[6] 孙翔，陈念伟.传统局域网的QoS保障机制的分析与应用[J].通信技术,2007,40(08):37.

[7] 李毅，陈育罡，赵铮，等.基于SIP的IMS安全分析研究[J].通信技术,2008,41(12)：48.

[8] 杨大伟，刘建伟.移动IP网保密与认证方案综述[J].通信技术，2008,41(12)：117.