運(yùn)營商正在加緊部署IMS網(wǎng)絡(luò)，它將成為未來核心網(wǎng)的新核心，其安全問題必將關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)的安全。P-CSCF是用戶接入IMS網(wǎng)絡(luò)的初始入口點(diǎn)，將拜訪地接入網(wǎng)絡(luò)的SIP事務(wù)轉(zhuǎn)接到其歸屬地的S-CSCF[1]。為了防止SIP用戶終端對IMS網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備進(jìn)行攻擊，將用戶接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，以使核心設(shè)備安全可靠運(yùn)行，所以需要引入邊緣接入控制設(shè)備（BAC）。

　　【摘要】P-CSCF作為IMS網(wǎng)絡(luò)接入控制設(shè)備，其能否安全可靠運(yùn)行將影響IMS業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。通過分析目前P-CSCF容災(zāi)方案問題，提出了一種P-CSCF可靠容災(zāi)方案，實(shí)現(xiàn)了容災(zāi)業(yè)務(wù)的實(shí)時接管，提升了IMS網(wǎng)絡(luò)部署的可靠性。

　　【關(guān)鍵詞】IMSP-CSCF,可靠容災(zāi),實(shí)時接管

　　1引言

　　SIP用戶被定義為非信任域終端，所以需要通過BAC設(shè)備接入IMS網(wǎng)絡(luò)，從而確保IMS網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定地提供業(yè)務(wù)。

　　目前P-CSCF容災(zāi)方案存在業(yè)務(wù)恢復(fù)時間過長、容災(zāi)接管不可靠等方面的問題，影響了IMS網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署。因此，為了提高SIP用戶的業(yè)務(wù)穩(wěn)定性，很有必要研究一種可靠的P-CSCF容災(zāi)方案。

　　2P-CSCF容災(zāi)問題分析

　　目前P-CSCF采用1+1互助方案，即兩臺P-CSCF設(shè)備采用負(fù)荷分擔(dān)方式，分別作為用戶主歸屬和從歸屬的設(shè)備；當(dāng)一個P-CSCF設(shè)備癱瘓時，該P(yáng)-CSCF設(shè)備下的SIP用戶切換到備用的P-CSCF，備用P-CSCF接管切換過來的SIP用戶的業(yè)務(wù)[2]。如圖1所示，其中實(shí)線表示主歸屬，虛線表示從歸屬。當(dāng)主用的P-CSCF1癱瘓后，要求UE1用戶切換到備用的P-CSCF2。目前SIP用戶一般通過BAC設(shè)備接入P-CSCF設(shè)備，P-CSCF設(shè)備容災(zāi)的方式包括冷備份和熱備份。

　　2.1不同步容災(zāi)方案

　　不同步方案是指兩臺P-CSCF之間不同步容災(zāi)用戶的相關(guān)信息，在當(dāng)前服務(wù)的P-CSCF癱瘓時，用戶將向備用的P-CSCF設(shè)備重新發(fā)起注冊，備用P-CSCF才能實(shí)現(xiàn)容災(zāi)用戶業(yè)務(wù)的接管[3]。此方案存在如下問題：

　　（1）未發(fā)起重注冊用戶的主叫業(yè)務(wù)無法接管

　　當(dāng)用戶注冊的P-CSCF故障時，用戶發(fā)起的呼叫送至備用P-CSCF設(shè)備，但由于此時備用P-CSCF沒有用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF的地址，備用P-CSCF就無法完成主叫業(yè)務(wù)接管。需要等待用戶重新注冊后，備用P-CSCF才能完成容災(zāi)業(yè)務(wù)的接管，而較短的重注冊周期將會嚴(yán)重影響IMS設(shè)備的性能，目前周期注冊的時間配置推薦為30分鐘。因此，在30分鐘內(nèi)用戶未發(fā)起重注冊時，備用戶P-CSCF無法接管處理容災(zāi)用戶的主叫業(yè)務(wù)。

　　（2）未發(fā)起重注冊用戶的被叫業(yè)務(wù)無法接管

　　當(dāng)用戶注冊的P-CSCF故障時，在用戶發(fā)起重注冊之前，被叫S-CSCF將呼叫轉(zhuǎn)發(fā)至備用P-CSCF，但備用P-CSCF沒有當(dāng)前被叫用戶注冊所在BAC地址，就無法完成容災(zāi)用戶的被叫業(yè)務(wù)接管處理。因此，在30分鐘內(nèi)未發(fā)起重注冊時，備用P-CSCF無法接管處理容災(zāi)用戶的被叫業(yè)務(wù)。

　　2.2實(shí)時同步容災(zāi)方案

　　實(shí)時同步方案是指主備P-CSCF設(shè)備之間進(jìn)行容災(zāi)信息的同步，兩臺P-CSCF設(shè)備都存儲用戶所在的S-CSCF和BAC設(shè)備地址信息[4]。當(dāng)主用P-CSCF癱瘓時，備用P-CSCF設(shè)備根據(jù)存儲容災(zāi)地址信息實(shí)時接管容災(zāi)用戶的被叫業(yè)務(wù)。此方案雖然可以滿足實(shí)時接管業(yè)務(wù)的需求，但存在如下問題：

　�。�1）大量額外消耗設(shè)備資源

　　由于用戶周期更新的注冊頻率很高，用戶注冊信息在兩臺P-CSCF之間進(jìn)行動態(tài)同步將會大量消耗P-CSCF資源，影響P-CSCF設(shè)備的業(yè)務(wù)處理能力，大約降低有效用戶容量的10%。

　�。�2）降低容災(zāi)接管的有效性

　　主備P-CSCF之間實(shí)時同步大量的用戶注冊的地址信息，其所同步的數(shù)據(jù)難以確保有效性，而容災(zāi)數(shù)據(jù)的不可靠將可能導(dǎo)致備份P-CSCF無法接管容災(zāi)業(yè)務(wù)。固網(wǎng)軟交換設(shè)備采用實(shí)時同步容災(zāi)方式，曾發(fā)生過多次容災(zāi)數(shù)據(jù)不一致而導(dǎo)致無法容災(zāi)接管的事故。

　　因此，從可靠容災(zāi)角度進(jìn)行考慮，目前P-CSCF主要采用不同步容災(zāi)方案，要求用戶重注冊后才能恢復(fù)業(yè)務(wù)處理。

　　（3）可靠容災(zāi)方案實(shí)現(xiàn)思路

　　為了解決目前P-CSCF容災(zāi)方案存在的問題，確保SIP用戶安全可靠接入，本文研究一種安全可靠的P-CSCF容災(zāi)方案，實(shí)現(xiàn)有效地實(shí)時接管容災(zāi)業(yè)務(wù)的能力。在SIP用戶進(jìn)行正常注冊時，P-CSCF將接管容災(zāi)用戶所需信息備份在S-CSCF設(shè)備上，并通過呼叫信令流程優(yōu)化實(shí)現(xiàn)容災(zāi)接管[5]。當(dāng)用戶注冊的P-CSCF設(shè)備出現(xiàn)故障時，對于主叫業(yè)務(wù)，備用P-CSCF將呼叫通過I-CSCF設(shè)行轉(zhuǎn)發(fā)，通過查詢HSS獲取呼叫用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF；而對于被叫業(yè)務(wù)，S-CSCF直接將用戶所在的BAC地址送至備用P-CSCF，備用P-CSCF根據(jù)BAC的地址信息將呼叫送至用戶注冊的BAC，從而實(shí)時恢復(fù)被叫業(yè)務(wù)。

　　3可靠容災(zāi)方案具體實(shí)現(xiàn)

　　3.1容災(zāi)數(shù)據(jù)備份

　　P-CSCF容災(zāi)數(shù)據(jù)備份通過用戶正常的注冊流程實(shí)現(xiàn)，在用戶成功注冊時，S-CSCF將保存用戶注冊的BAC地址，為容災(zāi)業(yè)務(wù)接管做好準(zhǔn)備，不再需要P-CSCF設(shè)備之間實(shí)時同步容災(zāi)數(shù)據(jù)，其備份流程如圖2所示：

　�。�1）BAC收到用戶的注冊消息Register；

　�。�2）BAC根據(jù)用戶當(dāng)前注冊主用的P-CSCF為P-CSCF2，將注冊消息Register轉(zhuǎn)發(fā)給P-CSCF2；

　�。�3）P-CSCF2將注冊消息Register轉(zhuǎn)發(fā)給I-CSCF；

　�。�4）I-CSCF啟用UAR消息查詢HSS，其中User-Authorization-Type取值為REGISTRATION（0）；（5）HSS返回用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF給I-CSCF；

　�。�6）I-CSCF將用戶的注冊消息發(fā)送到當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF，S-CSCF保存P-CSCF容災(zāi)所需要的信息，從Contact頭域獲取用戶所在BAC的地址信息；

　�。�7）S-CSCF向用戶歸屬的HSS進(jìn)行鑒權(quán)請求；

　�。�8）HSS返回鑒權(quán)相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　3.2主叫業(yè)務(wù)實(shí)時接管

　　當(dāng)已注冊到故障的P-CSCF1的用戶在周期注冊更新之前發(fā)起呼叫，BAC設(shè)備檢測到P-CSCF1故障，將收到的初始請求發(fā)給備用P-CSCF2，P-CSCF2無用戶注冊數(shù)據(jù)，則將呼叫轉(zhuǎn)發(fā)到主叫用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)，以完成后續(xù)業(yè)務(wù)處理，信令流程如圖3所示：

　�。�1）已注冊在P-CSCF1的用戶向BAC發(fā)起呼叫；

　�。�2）BAC檢測到主用P-CSCF1故障，將收到的初始請求發(fā)給備用P-CSCF2；

　�。�3）P-CSCF2通過BAC向用戶回送100trying消息；

　�。�4）P-CSCF2發(fā)現(xiàn)沒有用戶注冊數(shù)據(jù)，根據(jù)主叫用戶的域名查詢DNS，將呼叫請求發(fā)往主叫用戶歸屬的I-CSCF，在INVITE消息中提取PPI或者FROM域的主叫號碼構(gòu)造PAI，并在INVITE消息的route中增加標(biāo)識主叫流程的orig；

　�。�5）I-CSCF根據(jù)orig參數(shù)提取PAI消息頭的主叫號碼向HSS發(fā)送普通的LIR請求，以獲取主叫用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF；

　�。�6）HSS返回用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF給I-CSCF；

　�。�7）I-CSCF使用HSS返回的主叫用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF路由，并將INVITE消息轉(zhuǎn)發(fā)給主叫用戶歸屬的S-CSCF；

　�。�8）S-CSCF收到呼叫請求后，根據(jù)orig觸發(fā)主叫側(cè)業(yè)務(wù)。

　　3.3被叫業(yè)務(wù)實(shí)時接管

　　被叫S-CSCF收到初始請求后，S-CSCF檢測到被叫側(cè)P-CSCF1故障失效，將呼叫分發(fā)到備用P-CSCF2設(shè)備上。容災(zāi)接管的被叫流程如圖4所示：

　�。�1）S-CSCF收到被叫呼叫請求，S-CSCF檢測到優(yōu)先級最高的P-CSCF1故障失效后，S-CSCF在優(yōu)先級低的P-CSCF中選擇一個，假設(shè)為P-CSCF2；

　　（2）S-CSCF根據(jù)之前保存的容災(zāi)信息，將被叫請求封裝為BAC的IP地址，將呼叫消息發(fā)送給P-CSCF2，P-CSCF2放通呼叫，并根據(jù)被叫請求將呼叫路由到用戶注冊的BAC；

　�。�3）用戶注冊所在的BAC根據(jù)用戶實(shí)際注冊地址將呼叫請求轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。

　　4可靠容災(zāi)方案的應(yīng)用需求

　　P-CSCF可靠容災(zāi)方案基本不影響核心設(shè)備性能，相應(yīng)軟件改動較小，具有較強(qiáng)的可操作性，需對如下設(shè)備增加相應(yīng)功能。

　　4.1P-CSCF設(shè)備需求

　　（1）對于用戶的重注冊，接管的P-CSCF將相關(guān)消息轉(zhuǎn)發(fā)到用戶歸屬的I-CSCF；

　�。�2）對于用戶發(fā)起始呼，接管的P-CSCF通過提取PPI消息頭在INVITE消息構(gòu)造PAI消息頭，并將相關(guān)消息轉(zhuǎn)發(fā)到主叫用戶歸屬的I-CSCF；

　�。�3）對于用戶的終呼，接管的P-CSCF將呼叫路由到被叫用戶注冊所在的BAC設(shè)備。

　　4.2S-CSCF設(shè)備需求

　�。�1）對于用戶終呼，S-CSCF將RequestURI封裝為用戶注冊的BAC的IP地址，將呼叫消息發(fā)送給可用的P-CSCF[6]；

　�。�2）S-CSCF在用戶重新注冊成功后才更新用戶所注冊的P-CSCF；

　�。�3）當(dāng)S-CSCF保存的用戶注冊的P-CSCF與收到注冊消息P-CSCF地址不同時，S-CSCF不中斷用戶當(dāng)前的呼叫。

　　4.3I-CSCF設(shè)備需求

　　（1）對于用戶始發(fā)呼叫，I-CSCF根據(jù)orig參數(shù)提取PAI消息頭的主叫號碼向HSS發(fā)送普通的LIR請求，以獲取主叫用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF；

　�。�2）I-CSCF使用HSS返回的主叫用戶當(dāng)前服務(wù)的S-CSCF進(jìn)行路由，并將相關(guān)消息轉(zhuǎn)發(fā)給主叫用戶歸屬的S-CSCF。

　　4.4BAC設(shè)備需求

　�。�1）BAC根據(jù)PPI消息頭的用戶身份進(jìn)行檢查，攔截未在BAC注冊的用戶發(fā)起的呼叫；

　�。�2）BAC放通從非用戶注冊的備用的P-CSCF過來的呼叫，可通過信任列表進(jìn)行配置放通P-CSCF。

　　5結(jié)束語

　　P-CSCF可靠容災(zāi)方案將用戶容災(zāi)信息備份在S-CSCF設(shè)備上，并優(yōu)化容災(zāi)業(yè)務(wù)的呼叫信令流程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時接管容災(zāi)用戶業(yè)務(wù)的功能，不再需要設(shè)備之間的容災(zāi)信息同步，減少了設(shè)備的額外開銷并提升了設(shè)備的用戶容量，較大地提高了容災(zāi)業(yè)務(wù)接管的安全性，確保IMS業(yè)務(wù)安全可靠運(yùn)行。本方案即將在IMS網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行部署，其有效性有待現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)一步檢驗(yàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]翟俊生.IMS框架體系及協(xié)議分析[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2006（2）：27-30.

　　[2]奚展躍，宋阿芳.IMS網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)機(jī)制研究[J].通信技術(shù)，2011（3）：102-104.

　　[3]李力卡，許盛宏，劉智德.IMS網(wǎng)絡(luò)BAC高效可靠容災(zāi)方案探討[J].移動通信，2012（12）：87-91.

　　[4]劉智德，許盛宏，李力卡.IMS核心網(wǎng)元準(zhǔn)POOL容災(zāi)方案研究[J].移動通信，2011（13）：19-23.

---

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/jisuanjiwangluolw/26515.html