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【摘要】从3GPP R5版本开始，IMS的概念被正式提出，IMS使得不同的电信网络技术在统一的IP网络架构下运行。从R99版本到R4版本再到IMS，电信网络的核心网架构发生了较大的变化。IMS是一个基于SIP、与接入无关、归属域控制的网络架构。对于移动通信网络而言，一种新的网络结构，其安全可靠性无疑是发展规划中的重要考虑之一。本文立足于IMS网络结构特点，深入分析IMS网络容灾原理机制与实现等相关技术。
【关键词】IMS容灾安全CSCF呼叫会话控制功能DNS域名系统
一、IMS网络分层结构
IMS网络采用网络分层架构，主要划分为应用层、业务能力层、会话控制层、承载控制与接入层。承载控制与接入层负责控制承载资源，包括的网元有SBC和IM-MGW。应用层主要提供第三方的应用：通过OSA提供的接口（API或者消息）来实现对下层业务能力的调用，包括的网元有AS。会话控制层的功能是呼叫控制、用户管理、业务触发、资源控制、网络互通，包括的网元有：P-CSCF（代理CSCF）、I-CSCF（问询CSCF）、S-CSCF（服务CSCF）、AGCF、MGCF、HSS/SLF（用户数据库）。除了应用层AS外，会话控制层属于IMS网络的核心，相关核心局点的容灾性能对IMS网络的安全稳定有举足轻重的意义。
二、IMS重要信令流程
2.1网络注册流程
IMS网络注册的最终目的是让用户终端登记上S-CSCF，整个注册过程可分解为两次注册子流程。第一次注册子流程目的是让S-CSCF下发鉴权消息，第二次注册子流程实现用户鉴权，真正实现网络注册。在注册过程中，用户通过终端配置的域名登记到相应的拜访地P-CSCF，P-CSCF再根据用户开户时所配置的域名把注册消息送到归属地IMS域的接口I-CSCF。在第一次注册子流程中，I-CSCF需要先到HSS索要用户开户时设置的配置集。I-CSCF通过匹配配置集，查找用户最优的服务S-CSCF，并把注册消息转发过去。S-CSCF在收到第一个注册消息后，将向HSS下载用户的鉴权信息，并把此鉴权参数及算法向用户下发，触发用户第二次注册子注程。第二次注册过程的网元查找原理一样，只是注册消息中增加了用户的鉴权响应值，最终S-CSCF直接对鉴权响应值进行校对，以完成整个注册流程。
2.2呼叫流程
呼叫流程是建立在网络注册流程完成之后，当用户已经登记上S-CSCF后，整个呼叫流程已经不需要再经I-CSCF扭转，整个呼叫过程可分解为三次invite子流程。第一次invite目的是让主叫与主叫侧AS建立呼叫信令通道，第二次invite目的是让主被叫之间的AS建立呼叫信令通道，第三次invite目的是让被叫侧AS与被叫建立呼叫信令通道。因在网络注册过程中，用户/S-CSCF/P-CSCF/AS均已经记录了关联信息，因此呼叫流程中的网元间的信息扭转可直接跟据信息表中的地址进行传送。
三、IMS容灾原理机制
IMS解决方案整体采用1+1互备的容灾方式，正常时每个局点空闲一半容量用于接管互备局用户。IMS故障检测机制有OPTIONS检测和基于链路的故障检测。基于SIP协议的应用通过SIP OPTIONS消息实现对对端网元的故障检测，OPTIONS检测又分为启发式（只有在对端有故障时才触发检测），以及周期性（无论是否故障都触发检测，与心跳类似）。基于Diameter、DNS协议的应用则通过链路握手协议来实现故障检测，即在链路上周期性的发送握手消息来检测对端是否故障。
从第3部分的流程阐述可以知道，不管是注册还是呼叫流程，用户的下一跳一定是SBC，而用户是通过终端所配置的域名地址来查找SBC的，因此DNS定义对SBC起到容灾保护作用。当一个SBC退服时，用户仍然能从DNS反馈的地址池找到可用SBC。举一反三的，在所有走SIP信令的接口中，DNS都充当着重要的容灾保护角色。
呼叫流程的容灾实现比注册流程要复杂，因注册完成后，网络已经为用户指定了唯一的核心局点。一旦某个核心局点出现故障退服，这意味着网络需要用户重新注册选择核心局点。当呼叫过程中出现此特殊情况，对呼叫业务将会造成延时甚至中断的影响。
四、结语
DNS在IMS核心网中扮演着非常重要的角色，她关系着核心局点容灾配对的选择规则的实现。而用户开户时在HSS上定义配置集，也决定了面向用户的S-CSCF的逻辑容灾关系，增强了IMS网络容灾的灵活性。
参考文献
[1]樊长春. IMS技术与应用探析[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011年07期
[2]林朝辉.向下一代基于IMS固定移动融合网络演进的探讨[A].中国通信学会通信建设工程技术委员会2010年年会论文集[C]，2010年
【关键词】IMS容灾安全CSCF呼叫会话控制功能DNS域名系统
一、IMS网络分层结构
IMS网络采用网络分层架构，主要划分为应用层、业务能力层、会话控制层、承载控制与接入层。承载控制与接入层负责控制承载资源，包括的网元有SBC和IM-MGW。应用层主要提供第三方的应用：通过OSA提供的接口（API或者消息）来实现对下层业务能力的调用，包括的网元有AS。会话控制层的功能是呼叫控制、用户管理、业务触发、资源控制、网络互通，包括的网元有：P-CSCF（代理CSCF）、I-CSCF（问询CSCF）、S-CSCF（服务CSCF）、AGCF、MGCF、HSS/SLF（用户数据库）。除了应用层AS外，会话控制层属于IMS网络的核心，相关核心局点的容灾性能对IMS网络的安全稳定有举足轻重的意义。
二、IMS重要信令流程
2.1网络注册流程
IMS网络注册的最终目的是让用户终端登记上S-CSCF，整个注册过程可分解为两次注册子流程。第一次注册子流程目的是让S-CSCF下发鉴权消息，第二次注册子流程实现用户鉴权，真正实现网络注册。在注册过程中，用户通过终端配置的域名登记到相应的拜访地P-CSCF，P-CSCF再根据用户开户时所配置的域名把注册消息送到归属地IMS域的接口I-CSCF。在第一次注册子流程中，I-CSCF需要先到HSS索要用户开户时设置的配置集。I-CSCF通过匹配配置集，查找用户最优的服务S-CSCF，并把注册消息转发过去。S-CSCF在收到第一个注册消息后，将向HSS下载用户的鉴权信息，并把此鉴权参数及算法向用户下发，触发用户第二次注册子注程。第二次注册过程的网元查找原理一样，只是注册消息中增加了用户的鉴权响应值，最终S-CSCF直接对鉴权响应值进行校对，以完成整个注册流程。
2.2呼叫流程
呼叫流程是建立在网络注册流程完成之后，当用户已经登记上S-CSCF后，整个呼叫流程已经不需要再经I-CSCF扭转，整个呼叫过程可分解为三次invite子流程。第一次invite目的是让主叫与主叫侧AS建立呼叫信令通道，第二次invite目的是让主被叫之间的AS建立呼叫信令通道，第三次invite目的是让被叫侧AS与被叫建立呼叫信令通道。因在网络注册过程中，用户/S-CSCF/P-CSCF/AS均已经记录了关联信息，因此呼叫流程中的网元间的信息扭转可直接跟据信息表中的地址进行传送。
三、IMS容灾原理机制
IMS解决方案整体采用1+1互备的容灾方式，正常时每个局点空闲一半容量用于接管互备局用户。IMS故障检测机制有OPTIONS检测和基于链路的故障检测。基于SIP协议的应用通过SIP OPTIONS消息实现对对端网元的故障检测，OPTIONS检测又分为启发式（只有在对端有故障时才触发检测），以及周期性（无论是否故障都触发检测，与心跳类似）。基于Diameter、DNS协议的应用则通过链路握手协议来实现故障检测，即在链路上周期性的发送握手消息来检测对端是否故障。
从第3部分的流程阐述可以知道，不管是注册还是呼叫流程，用户的下一跳一定是SBC，而用户是通过终端所配置的域名地址来查找SBC的，因此DNS定义对SBC起到容灾保护作用。当一个SBC退服时，用户仍然能从DNS反馈的地址池找到可用SBC。举一反三的，在所有走SIP信令的接口中，DNS都充当着重要的容灾保护角色。
呼叫流程的容灾实现比注册流程要复杂，因注册完成后，网络已经为用户指定了唯一的核心局点。一旦某个核心局点出现故障退服，这意味着网络需要用户重新注册选择核心局点。当呼叫过程中出现此特殊情况，对呼叫业务将会造成延时甚至中断的影响。
四、结语
DNS在IMS核心网中扮演着非常重要的角色，她关系着核心局点容灾配对的选择规则的实现。而用户开户时在HSS上定义配置集，也决定了面向用户的S-CSCF的逻辑容灾关系，增强了IMS网络容灾的灵活性。
参考文献
[1]樊长春. IMS技术与应用探析[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011年07期
[2]林朝辉.向下一代基于IMS固定移动融合网络演进的探讨[A].中国通信学会通信建设工程技术委员会2010年年会论文集[C]，2010年