一種ims網絡可靠性實現方法

2023-06-11 20:17:21 1

專利名稱：一種ims網絡可靠性實現方法
技術領域：
本發明涉及通信領域的IP多媒體子系統(IMS)技術，尤其涉及IMS網絡可靠性實現方法。
背景技術：
IMS作為固定和行動網路的核心會話控制層，已成為目前業界討論的重點，在3GPP以及TISPAN標準中定義了很多IMS相關規範，包括網絡架構、接口、協議等。IMS採用SIP協議作為呼叫控制信令。在IMS網絡中，IMS用戶的籤約數據集中在歸屬用戶伺服器(HSS)管理，業務由應用伺服器(AS)提供，會話控制由業務-呼叫會話控制功能(S-CSCF)實體完成，S-CSCF實體與AS在網絡結構上分離，業務通過S-CSCF實體觸發至AS處理，多個AS間可協同工作。用戶通過當前所在地代理節點代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)實體接入IMS，會話和業務控制則由其註冊地的歸屬域服務節點完成，因此用戶在不同接入點能得到同樣服務。IMS網絡實現了業務管理、會話控制及承載接入的三者分離以及與接入和位置無關的業務提供。
通常每個IMS網絡設備內部有相應的可靠性機制。例如，網絡設備通常有多塊處理板組成，處理板間配置為主備用關係，業務由主用工作板提供，當主用工作板故障，相應的備用工作板切換為主用接替故障板的工作，從而保證業務提供的連續性。
除了設備內的可靠性機制外，運營商還關心網絡的容災能力。IMS網絡包含以上多種網絡實體，相互間關聯性強，當某一網絡設備故障後，如何使該網絡設備的故障對整個IMS網絡影響最小，對用戶的影響最小，是「IMS組網可靠性」技術領域要解決的問題。
IMS網絡基於SIP協議，RFC3263(Locating SIP Servers)結合SIP網絡可靠性的相關需求，描述了如何通過域名伺服器(DNS)查詢定位下一跳SIP伺服器。利用該機制，在SIP消息路徑中的某一實體失效時，將消息傳送給其備份實體。如圖1A所示用戶通過DNS解析，可獲得網絡實體P1和P2的地址，並且知道網絡實體P1的優先級別高於網絡實體P2。當網絡實體P1故障而失效時，用戶可向低優先級的備用網絡實體P2發送呼叫請求。
將此機制應用到IMS系統，可解決查詢-呼叫會話控制功能(I-CSCF)實體失效時的消息轉發問題，即當某一I-CSCF實體失效時將消息送往另一個I-CSCF實體。但P-CSCF實體或S-CSCF實體失效時，無法使用此機制，因實體保存用戶服務相關的狀態，即使消息能夠送往另一個P-CSCF實體或S-CSCF實體，由於沒有相關狀態數據，無法處理收到的消息。
另外，3GPP TS23228描述了用戶註冊和重註冊的過程。利用現有用戶註冊/重註冊流程，實現IMS網絡可靠性的方法如圖2所示S-CSCF實體向終端發送的表明註冊成功的200響應中攜帶了要求終端發起重註冊的間隔時長，在此間隔時長超時前，終端發起重註冊。I-CSCF實體將重註冊請求REGISTER路由到用戶已註冊的S-CSCF實體。當用戶已註冊的S-CSCF實體故障，I-CSCF實體從HSS獲取用戶要求的S-CSCF實體能力集，I-CSCF實體依據能力集信息，重新選擇一個S-CSCF實體，並將REGISTER請求路由到新選擇的S-CSCF實體。該S-CSCF實體認為這是新的用戶註冊請求，回401響應對用戶鑑權，鑑權成功後，回200響應表明註冊成功。
因此，在用戶註冊或重註冊過程中，當為該用戶服務的S-CSCF實體故障時，通過I-CSCF實體對S-CSCF實體進行重新選擇的流程，保證了用戶要求的後續服務能夠由新的S-CSCF實體繼續提供。
3GPP約定，S-CSCF實體向用戶終端(UE)返回的註冊成功200響應中，終端重註冊時長為600000s(相當於一周)，當然S-CSCF實體也可以根據本地策略，決定縮短用戶的重註冊時長。但如果用戶的重註冊時長過短，將導致大量重註冊消息產生，佔用網絡資源和無線空口資源。在RFC3261中，預設重註冊時長為7200s。
用戶註冊成功到用戶發起重註冊這段時間內，若相應的S-CSCF實體故障，用戶將無法得到服務。例如，用戶在這段時間內將無法接聽入呼叫。為了減少在S-CSCF實體故障情況下用戶服務中斷的時間而縮短用戶的重註冊時長，會增加網絡負荷和佔用過多的網絡資源。另外，以上方案僅適用於S-CSCF實體故障情況，並不適用於P-CSCF實體等其他IMS網絡實體故障的情況。

發明內容
本發明提供一種IMS網絡可靠性的實現方法，以解決現有IMS中在用戶註冊成功到用戶發起重註冊期間，因網絡實體失效而可能導致用戶服務長時間中斷的問題。
本發明提供以下技術方案一種IMS網絡可靠性實現方法，包括步驟由IMS網絡中的第一網絡實體獲知保存有用戶註冊相關數據的第二網絡實體是否失效；以及在所述第一網絡實體獲知所述第二網絡實體失效時，通知與失效的第二網絡實體相關的註冊用戶重新註冊。
通過人工方式檢測所述第二網絡實體是否失效，並在確定第二網絡實體失效時通過下發命令通知所述第一網絡實體；或者，所述第一網絡實體通過向IMS網絡中檢測網絡設備狀態的心跳伺服器訂閱第二網絡實體的狀態來獲知該第二網絡實體是否失效。
用戶終端向第一網絡實體訂閱第二網絡實體的狀態，所述第一網絡實體在獲知第二網絡實體失效時，依據維護的訂閱關係通知用戶重新註冊。
第一網絡實體利用用戶終端已訂閱的註冊狀態事件包通知用戶終端重新註冊。
在用戶註冊過程中，將該用戶標識以及保存有該用戶註冊相關數據的網絡實體標識關聯並保存在指定網絡實體上，所述第一網絡實體從該指定的網絡實體獲取與失效的第二網絡實體相關的註冊用戶，針對這些用戶下發通知，要求其重新註冊。
所述第一網絡實體為OMA設備管理架構中的設備管理伺服器，該設備管理伺服器發送擴展的通知消息指示用戶終端重新發起註冊。
所述第二網絡實體包括代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)實體；所述第一網絡實體為S-CSCF實體，在用戶註冊過程中，將P-CSCF實體的標識、和相關的用戶標識關聯保存在該S-CSCF實體上；S-CSCF實體獲知P-CSCF實體失效時通知相關用戶重新註冊。
所述第二網絡實體包括代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)實體；所述第一網絡實體為另一P-CSCF實體；在用戶註冊過程中，將P-CSCF實體的標識和相關的用戶標識關聯並保存在所述另一P-CSCF實體上，當P-CSCF實體失效，由該另一P-CSCF實體通知受影響用戶重新註冊。
所述第二網絡實體包括S-CSCF實體，該S-CSCF實體失效時由第一網絡實體通過用戶註冊時為用戶提供服務的P-CSCF實體通知用戶重新註冊。所述第一網絡實體為另一S-CSCF實體，在用戶註冊過程中，所述用戶標識、為用戶提供服務的P-CSCF實體的標識信息和所述S-CSCF實體的標識關聯並保存在歸屬用戶伺服器(HSS)上，所述另一S-CSCF實體根據所述S-CSCF實體的標識信息從HSS上獲知所述相關用戶和為用戶提供服務的P-CSCF實體。
所述第二網絡實體包括HSS；所述第一網絡實體為S-CSCF實體，該S-CSCF實體獲知HSS失效後通過用戶註冊時為用戶提供服務的P-CSCF實體通知註冊到所述HSS上的用戶重新註冊。
所述第二網絡實體包括應用伺服器(AS)，該AS失效時，由第一網絡實體通過用戶註冊時為用戶提供服務的P-CSCF實體通知用戶重新註冊。所述第一網絡實體為S-CSCF實體。
終端設備接收到進行重註冊的通知消息時，利用預先獲取的備用P-CSCF實體的地址驗證該通知消息的源地址，以確定該通知消息是否可信，並在確定通知消息可信任後向網絡發起重新註冊。
終端設備在收到重註冊的通知消息後，在響應消息中攜帶認證挑戰，由發送所述通知消息的網絡實體根據該認證挑戰生成相應的認證響應發送到終端設備，由終端設備對所述認證響應進行驗證以確定該通知消息是否可信，並在確定通知消息可信任後向網絡發起重新註冊。
一種獲知IMS網絡中網絡實體狀態變化的方法，包括如下步驟向IMS網絡中的心跳伺服器訂閱被監測的網絡實體的狀態變化，其中該心跳伺服器通過向網絡實體發送SIP消息和接收相應的響應消息以檢測其狀態；所述心跳伺服器維護訂閱關係，並在檢測到被監測的網絡實體的狀態發生變化時通知訂閱者。
心跳伺服器和被檢測的網絡實體分別對發送和接收的SIP消息進行計數，並且所述被檢測的網絡實體在發送給心跳伺服器的響應消息中攜帶計數結果，所述心跳伺服器對兩端的計數結果進行比較以確定被檢測的網絡實體的狀態是否發生變化。
本發明在IMS網絡中的P-CSCF實體或者S-CSCF實體失效時，能夠及時地通過備用的網絡實體通知用戶進行重註冊，因而能夠極在地縮短用戶服務的中斷時間，提高網絡的可靠性。


圖1A為現有技術中通過DNS查詢定位伺服器的示意圖；
圖1B為現有技術中利用用戶註冊/重註冊實現IMS網絡可靠性的流程圖；圖2為同一地網絡實體同時失效的示意圖；圖3A、圖3B分別為本發明中S-CSCF實體和P-CSCF實體失效時通知用戶終端重註冊的流程圖；圖4為用戶註冊時所涉及的網絡設備的示意圖；圖5為現有技術用戶終端訂閱註冊狀態事件及相應事件通知的處理流程圖；圖6A、圖6B為終端收到重新註冊通知進行認證的流程圖；圖7A、7B為利用心跳伺服器檢測網絡設備狀態的流程圖；圖8為向心跳伺服器訂閱設備狀態的流程圖。
具體實施例方式
為解決現有IMS中在用戶註冊成功到用戶發起重註冊期間，由於網絡實體失效而造成用戶服務可能長時間中斷的問題，本發明由IMS網絡中的第一網絡實體獲知保存有用戶註冊相關數據的第二網絡實體是否失效；並在所述第一網絡實體獲知所述第二網絡實體失效時，通知與失效的第二網絡實體相關的註冊用戶重新註冊。
本文所述的「失效」是指網絡設備故障後重新啟動，或因不可控因素導致網絡設備徹底損壞的情況。
網絡中保存用戶註冊相關數據的第二網絡實體包括代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)實體、業務-呼叫會話控制功能(S-CSCF)實體、歸屬用戶伺服器(HSS)和應用伺服器(AS)等；通知用戶重新註冊的第一網絡實體的邏輯功能可以是與各第二網絡實體相關聯的IMS網絡現有實體實現，當然也可是一個專用的網絡實體實現。
在針對第二網絡實體失效而對受影響用戶進行通知的過程中，第一網絡實體都需要確切知道失效網絡實體對應的受影響用戶到底是哪些。因此，本發明採用在用戶註冊過程中，在IMS網絡某個指定的網絡實體上保存與該註冊用戶相關的網絡設備標識，當第二網絡實體故障，第一網絡實體可從該指定的網絡實體獲取通知用戶重新註冊所需要的信息。網絡實體的標識可以是網絡實體的名稱，也可以是網絡實體的地址。
業務-呼叫會話控制功能(S-CSCF)實體在用戶終端註冊過程中從HSS下載用戶籤約數據，同時保存Contact、PATH等用戶註冊狀態相關信息。S-CSCF實體失效，在該S-CSCF實體註冊的用戶將無法做主叫發起呼叫，此時用戶可主動嘗試重新註冊，註冊中I-CSCF實體選擇狀態正常的S-CSCF實體，註冊成功後繼續業務。但如果用戶處於待機狀態，則用戶丟失所有入呼叫業務，只有當重註冊定時器超時後，發起重註冊而註冊到狀態正常的S-CSCF實體後才可恢復。
針對S-CSCF實體失效後用戶在一段時間內無法獲得服務這種情況，本發明採用第一網絡實體向受影響用戶發通知要求用戶終端重新註冊的方法以繼續用戶服務。用戶終端通過P-CSCF實體在S-CSCF實體註冊時，S-CSCF將用戶標識以及所述S-CSCF實體和對應的P-CSCF實體標識信息關聯並保存在指定網絡實體；當所述S-CSCF實體的第一網絡實體檢測到該S-CSCF實體失效，根據該失效S-CSCF實體的標識信息從所述指定的網絡實體獲取受影響的用戶標識以及相應P-CSCF實體標識，第一網絡實體通過對應的P-CSCF實體通知受影響用戶進行重註冊。
P-CSCF實體失效，P-CSCF實體保存的用戶註冊相關數據(如SA)丟失，用戶終端無法發起和接聽呼叫。當用戶無法發起呼叫，用戶可通過另一P-CSCF實體重新發起註冊，繼續主叫業務。如果用戶處於待機狀態，只有當重註冊定時器超時，終端才發現P-CSCF實體失效，此前用戶丟失所有入呼叫。
針對P-CSCF實體失效，本發明採用第一網絡實體向受影響用戶發送通知要求用戶重新註冊的方法使用戶繼續獲得服務。用戶終端通過P-CSCF實體在S-CSCF實體註冊，P-CSCF實體的第一網絡實體可以是對應的S-CSCF實體。
用戶終端通過P-CSCF實體在S-CSCF實體註冊，P-CSCF實體將自身地址在Path頭域帶給S-CSCF實體，此外，該P-CSCF實體還攜帶相關P-CSCF實體標識信息，S-CSCF實體在用戶註冊數據中保存P-CSCF實體的地址以及相關P-CSCF實體的地址。當所述S-CSCF實體檢測所述P-CSCF實體失效，根據失效P-CSCF實體的標識從自身的用戶註冊狀態數據中獲知受影響用戶，並通過用戶註冊狀態數據中保存的相關P-CSCF實體向用戶終端發送通知。
針對P-CSCF實體的失效，本發明還可以是採用與失效P-CSCF實體處在同一漫遊域的第一網絡實體設備主動通知用戶，用戶重新註冊以繼續服務。例如，第一網絡實體是與失效P-CSCF實體處於同一IMS漫遊域的另一個P-CSCF實體。當第一網絡實體感知P-CSCF實體失效，通過向用戶發送通知，用戶接收通知後重新註冊以繼續獲得服務。在IMS網絡部署中，用戶歸屬域與漫遊域通常不屬於同一個運營商。採用這種方式，漫遊域網絡設備故障由漫遊域運營商解決，從而避免了不同運營商間的耦合。
用戶註冊過程HSS也保存用戶註冊相關數據，通常記錄用戶註冊狀態，記錄為該用戶分配的S-CSCF實體。HSS故障，後續用戶業務受影響。例如正常情況下，用戶做被叫，被叫歸屬域I-CSCF實體向HSS查詢以決定將呼叫請求路由到相應S-CSCF實體，HSS故障，I-CSCF實體無法獲知被叫當前註冊在哪個S-CSCF實體，最終導致用戶無法接聽入呼叫。
針對HSS故障，本發明也可採用由第一網絡實體通知受影響用戶重新註冊的方法使用戶繼續獲得服務。第一網絡設備可以是S-CSCF實體，歸屬域有多個HSS時，S-CSCF實體通過Dx接口與SLF交互確定註冊用戶對應的HSS後，在用戶註冊狀態數據中記錄註冊用戶相應的HSS地址。某HSS故障，歸屬域中的所有S-CSCF實體依據自身保存的註冊用戶與HSS對應關係，各自向因HSS故障受影響的用戶終端發送通知。當歸屬域中僅有一個HSS，該HSS故障，S-CSCF實體向所有已註冊用戶發送通知。
用戶註冊過程中，某些為用戶提供業務的應用伺服器AS保存用戶註冊相關數據。例如，某AS為用戶提供在線狀態服務，用戶註冊時，S-CSCF實體依據該用戶的初始過濾規則，向該AS發起第三方註冊，AS從而知道用戶已註冊且可達。
保存用戶註冊相關數據的AS故障後，無法為用戶提供相應業務，當不提供相應業務則影響用戶正常使用時，運營商通過第一網絡實體向受影響用戶終端發送通知，用戶終端重新註冊後獲得服務。第一網絡實體可以是S-CSCF實體，當某一個AS故障，S-CSCF實體檢查自身保存的註冊用戶數據，向涉及到故障AS的所有用戶終端發送通知，用戶終端接收通知後重新註冊，在重新註冊過程中，S-CSCF實體選擇向另一可提供相同業務的AS發送第三方註冊。
網絡設備故障，第一網絡實體向用戶終端發通知有先後順序，此過程中，如果受網絡設備故障影響的用戶終端因未正常發起呼叫而已重新註冊，因第一網絡實體不知道，該終端仍會接到相應的重新註冊通知，雖然會導致終端再次註冊一次，但這不會造成錯誤。
以上對各類存有用戶註冊相關數據的網絡設備失效情況下的處理方法，可以分別單獨使用或相互結合使用。例如，根據IMS網絡實際組網情況，僅針對S-CSCF實體失效情況下採用本發明的方法來通知用戶重新註冊，而針對P-CSCF實體失效採用其他網絡可靠性實現方法。
前述針對各類網絡設備失效的方法也可應用於同一IMS網絡。例如，AS失效時由第一網絡實體通知相關用戶，S-CSCF實體失效時也由第一網絡實體通知相關用戶。如圖2所示，當地點2的AS3與S-CSCF3實體同時故障，作為S-CSCF3的第一網絡實體S-CSCF1和S-CSCF2向HSS獲取受S-CSCF3故障影響的用戶，向這些用戶終端發送通知。作為AS3的第一網絡實體S-CSCF1，S-CSCF2和S-CSCF3，應分別檢查自己所服務的用戶中哪些用到AS3提供的服務，並向相應的用戶終端發送通知。顯然由於S-CSCF3也故障，不能作為AS3的第一網絡實體向相關用戶下發通知，但由於S-CSCF1與S-CSCF2作為S-CSCF3的第一網絡實體已向原註冊在S-CSCF3上的所有用戶終端發送了通知，因AS3故障而受影響的用戶自然也包含在其中。
參閱圖3A所示，S-CSCF失效時通知用戶終端重新註冊的處理流程如下(省略對用戶的認證過程)步驟1-2用戶終端(UE)通過P-CSCF1向歸屬域發註冊請求REGISTER。
步驟3-5I-CSCF與HSS交互後，將REGISTER請求轉發給相應的S-CSCF1。
步驟6-7S-CSCF1認證該註冊請求後接受用戶註冊。S-CSCF1將PATH頭域中P-CSCF1地址保存在用戶的註冊狀態數據。依3GPP協議流程，S-CSCF1通過SAR/SAA與HSS交互，通知HSS為註冊用戶服務的S-CSCF1名字以及下載用戶籤約數據。本發明，SAR還攜帶為相應註冊用戶服務的P-CSCF1地址，HSS保存註冊用戶與S-CSCF1，P-CSCF1三者間的對應關聯。
步驟8-10S-CSCF1向用戶終端返回200響應表明註冊成功。
步驟50S-CSCF1實體故障。
步驟51-52在本發明，S-CSCF2獲知S-CSCF1故障後，S-CSCF2向HSS發送SRR(Service Restore Request)請求，其中包含S-CSCF1標識。HSS在SRA(Service Restore Answer)響應中，返回已在S-CSCF1註冊的用戶的相關信息，包括用戶標識及相應P-CSCF1地址。當用戶相關信息通過SRA傳給S-CSCF2後，HSS刪除與該用戶相關的註冊狀態信息。SRR與SRA為本發明新增流程。
步驟53-56S-CSCF2通過由HSS獲得相關信息，向已在S-CSCF1註冊的用戶發送NOTIFY通知用戶重新註冊。向用戶終端發通知時，需要通過相應的為該用戶終端服務的P-CSCF1實體。
以上流程，S-CSCF1的第一網絡實體不限於S-CSCF2一個，例如，第一網絡實體還可以有S-CSCF3和S-CSCF4等，HSS配置S-CSCF1與相應第一網絡實體間對應關係，只有屬於S-CSCF1第一網絡實體的其他S-CSCF才允許通過SRR/SRA與HSS交互獲取註冊到S-CSCF1實體上的用戶相關信息。當收到多個第一網絡實體的SRR請求時，HSS可以將註冊在S-CSCF1實體上的用戶信息均勻的分配給各個第一網絡實體。由這些第一網絡實體S-CSCF並行向用戶發出重新註冊通知，加快通知速度，使網絡負荷更均勻。
HSS還可以配置用戶的重要性級別，向第一網絡實體S-CSCF優先傳送重要性級別高的用戶相關數據，以便這些用戶能夠獲得優先通知。
在上述流程中，第一網絡實體完成的邏輯功能可以存在於S-CSCF，也可以存在於其他類型的網絡實體，例如AS等。
另外，S-CSCF第一網絡實體還可以為漫遊域的網絡設備，例如P-CSCF。由P-CSCF感知S-CSCF的故障後，P-CSCF通知相關受影響的UE重新發起註冊。
參閱圖3B所示，P-CSCF失效時主動通知用戶終端重新註冊的處理流程如下(省略了對用戶註冊的認證)步驟1-2用戶終端(UE)通過P-CSCF1向歸屬域發註冊請求REGISTER。本發明，P-CSCF1配置與其相關的P-CSCF2地址(當P-CSCF1故障，P-CSCF2作為通知請求消息到達用戶終端的通道)。P-CSCF1增加PATH頭域將自身地址包含在其中，同時也在PATH頭域中新增一個參數，用於攜帶P-CSCF2地址。
步驟3-5I-CSCF與HSS交互後，將REGISTER請求轉發給相應的S-CSCF1。
步驟6-7S-CSCF1認證該註冊請求後接受用戶註冊。S-CSCF1將PATH頭域中的P-CSCF1地址保存在用戶註冊數據中，同時也保存與P-CSCF1相關聯的P-CSCF2地址。
步驟8-10S-CSCF1向用戶終端返回200響應表明註冊成功。
步驟80P-CSCF1實體故障。
步驟81-82S-CSCF1獲知P-CSCF1故障，依據自身的用戶註冊數據，獲知哪些用戶因P-CSCF1故障而受到影響，對這些用戶發送的NOTIFY通知請求，是通過保存的與P-CSCF1相關聯的P-CSCF2地址，到達用戶終端，以通知用戶終端發起重新註冊。
步驟83-84用戶終端返回200響應。
與P-CSCF1相關聯的P-CSCF2，是指P-CSCF2收到由S-CSCF發來的目的地為原通過P-CSCF1註冊的UE的請求消息，可以將該消息發往相應UE。這至少要求P-CSCF2實體與P-CSCF1實體處於同一IP位址域。
以上流程，P-CSCF1的第一網絡實體為S-CSCF。本發明中，P-CSCF1的第一網絡實體還可以是其他網絡設備，例如，P-CSCF2也可以作為P-CSCF1的第一網絡實體。用戶終端通過P-CSCF1註冊成功後，P-CSCF1告知P-CSCF2通過P-CSCF1已註冊成功的用戶標識，當P-CSCF1故障，P-CSCF2可向因P-CSCF1故障而受影響的用戶終端發送通知請求。
針對HSS故障或AS故障而由第一網絡實體通知用戶終端重新註冊的具體流程與上述流程在原理上是相同的，不再贅述。
以上所描述的針對各類網絡設備失效的通知方法，第一網絡實體依據不同的策略發現受某網絡設備失效影響的用戶。本發明也可採用統一的方法來獲得因某網絡設備失效而影響的用戶標識。圖4描述了用戶終端註冊過程所涉及的各類網絡設備。在註冊流程中，S-CSCF實體作為為用戶提供註冊功能的核心設備，在接收消息5時，可從SIP請求REGISTER獲得P-CSCF實體及I-CSCF實體地址。存在多個HSS時，S-CSCF實體通過SLF可知道確切的保存相應用戶數據的HSS地址。同時，S-CSCF實體也依據用戶的初始過濾規則，為用戶向相關的業務伺服器進行第三方註冊，S-CSCF實體因此知道與用戶註冊相關的AS1與AS2地址。S-CSCF實體在完成與用戶註冊相關所有操作後，向一個指定網絡設備發送消息，其中包含已註冊成功的用戶標識以及與該用戶註冊相關聯的各類網絡設備標識信息。例如，圖4中，S-CSCF實體將此信息保存在操作維護系統OMC。這樣網絡任何第一網絡實體都可通過OMC獲得因某網絡設備故障受影響的相關用戶的用戶標識，進而向這些用戶發送通知。OMC中還可配置某第二網絡實體對應的第一網絡實體有哪些(一個第二網絡實體可以同時有多個相應第一網絡實體)，依據此配置信息決定是否允許第一網絡實體的查詢請求，以及決定在相應查詢響應中返回的數據，例如將與第二網絡實體相關的所有用戶標識均勻分配在不同的查詢響應中。
以上所描述的針對各類網絡設備失效的通知方法中，依據用戶開戶的籤約信息，IMS網絡認為當相關網絡設備故障時需要通知相應用戶，相當於用戶對相應「網絡設備故障」事件包進行了預設的訂閱，是一種隱含的訂閱關係。或者，用戶終端可以在註冊成功後，向第一網絡實體發送SUBSCRIBE顯式訂閱相應「網絡設備故障」事件包。當相關網絡設備故障，第一網絡實體基於用戶終端的已有訂閱向用戶終端發通知。
當用戶是通過籤約而隱式訂閱「網絡設備故障」事件包，相應網絡設備故障後，第一網絡實體通過向終端發送NOTIFY請求來通知，該NOTIFY請求消息體的格式由運營商與手機終端商定。
當第一網絡實體是在用戶歸屬域向用戶終端發通知，本發明可以利用現有IMS註冊狀態事件通知機制，通知用戶終端相應註冊狀態失效，要求用戶重新發起註冊以繼續獲得服務。IMS網絡已應用的用戶註冊狀態事件通知機制，詳細內容可參考IETF RFC3680(A SIP Event Package for Registrations)，3GPPTS24.229(對用戶終端及P-CSCF訂閱用戶註冊狀態事件的相關描述，如5.1.1.3Initial subscription to the registration-state event package)。如圖5所示，該機制的主要處理流程如下(省略了P-CSCF、I-CSCF、HSS等網絡實體)步驟310-340UE通過S-CSCF的認證後，在S-CSCF註冊成功。
步驟350-360UE收到對註冊請求REGISTER的200響應，針對已在S-CSCF註冊成功的用戶標識訂閱註冊狀態事件包。UE收到對SUBSCRIBE的200響應後，維護相應的Dialog狀態以及訂閱狀態。
步驟370-380因某些業務需求，如運營商更改了用戶籤約數據，S-CSCF向UE發NOTIFY請求，通知終端發起重新註冊。此NOTIFY請求的發送是基於步驟350-360中用戶終端與S-CSCF之間建立的Dialog及訂閱狀態。
當S-CSCF作為HSS或AS的第一網絡實體，當HSS或AS故障，需要向註冊在自身的某些用戶發送通知，可利用現有機制，基於通過用戶註冊狀態事件訂閱已建立的Dialog及訂閱狀態來發送。
進一步，當S-CSCF接受用戶對註冊狀態事件的訂閱後，除自身維護Dialog及相關訂閱狀態，還將這些狀態信息保存在相應第一網絡實體上，當該S-CSCF故障，基於目前已有的機制，相應第一網絡實體可基於已保存的Dialog以及訂閱狀態，發送NOTIFY通知終端相應的註冊狀態為非激活(deactive)，從而要求終端發起重註冊。
利用現有的註冊狀態事件通知機制，不需要為實現網絡設備通知用戶重新註冊而擴展現有協議。針對S-CSCF本身故障，僅需要S-CSCF動態備份與用戶訂閱狀態相關的少量信息到相應的第一網絡實體上。
如前述第一網絡實體通過用戶終端對「網絡設備故障」事件的顯示訂閱或通過終端對註冊狀態事件的訂閱來通知終端重新註冊，UE收到NOTIFY通知後可匹配其自身維護的Dialog以及訂閱狀態(通過call-id等信息)，據此確認該通知是自己曾訂閱的事件，當UE先前通過安全通道發起註冊狀態事件訂閱，則該通知是可信的，因為除可信任網絡設備，沒有第三方能獲取用戶對其自身註冊狀態事件訂閱的相關狀態信息，也無法仿冒發出相應的NOTIFY通知。某個IMS網絡設備故障，對每個用戶僅發送一次NOTIFY通知，之後終端發起新的註冊和訂閱，因此即使該NOTIFY在向用戶終端傳送過程中沒有受安全通道保護，被第三方截獲也沒有意義。
在上述過程中，當S-CSCF1實體故障，S-CSCF2實體通過P-CSCF1實體向終端發送通知請求NOTIFY。UE與P-CSCF1間已建立安全通道，UE由安全通道接收的NOTIFY是可信任的歸屬域設備發來的，因此UE可依據NOTIFY指示發起用戶重新註冊過程。而對於P-CSCF1實體故障的情況，UE與P-CSCF1實體間建立的安全通道將丟失。S-CSCF1實體通過P-CSCF2實體向UE發送NOTIFY通知信息，由於UE與P-CSCF2實體間沒有安全通道，UE無法確認該NOTIFY的發送者是否是可信任的網絡設備。
在用戶終端與網絡設備間沒有安全通道的情況下，當用戶終端接收到第一網絡實體的通知，只有UE信任NOTIFY的發送者，才進行重新註冊操作。如前述用戶可根據接收到的NOTIFY是否與自身維護的Dialog以及訂閱狀態相匹配來決定是否信任收到NOTIFY請求。此外，用戶終端還可以通過如下機制來認證網絡的通知請求。
當發送通知的設備為S-CSCF時，UE可採用以下兩種方式對發送者S-CSCF進行驗證1、利用AKA認證中的AUTS參數認證網絡設備真實性如圖6A所示，S-CSCF在發向用戶的NOTIFY中攜帶WWW-Authorization頭域，依據保存的用戶鑑權信息，WWW-Authorization頭域的nonce參數中包含RAND，AUTN等AKA相關參數。UE收到的NOTIFY請求中包含該頭域，可依據RAND，AUTN等信息，驗證網絡設備的身份是否可信任。
2、UE對收到的NOTIFY請求進行Digest認證如圖6B所示，其主要流程如下步驟100-130用戶接收NOTIFY請求後，回401響應對該請求的發送者進行Digest身份認證。UE在401中攜帶WWW-Authenticate認證挑戰頭域。
步驟140-150S-CSCF收到401後，通過MAR/MAA與HSS交互，獲得用於Digest認證計算Response參數的HA1值。S-CSCF依據HA1，計算出Response參數，生成WWW-Authorization頭域。
步驟160-190S-CSCF在發往終端UE的NOTIFY請求中攜帶WWW-Authorization頭域。終端認證成功後，回送200響應。表明接受了網絡的事件通知。
HA1值也可以在發送第一個NOTIFY之前，由S-CSCF在通過SRR/SRA與HSS交互獲取用戶籤約信息的過程中向HSS獲取並保存在S-CSCF。
另外，用戶終端可以通過如下方法來信任發送通知請求的P-CSCF。這適用於發出通知的第一網絡實體為漫遊域的P-CSCF，並且，當用戶終端信任發送請求的P-CSCF，由於S-CSCF與P-CSCF間相互信任，依據信任的傳遞關係，用戶終端也是信任S-CSCF的，因此如下方法也同樣可以應用在對S-CSCF發送的NOTIFY進行認證的情況。
3、利用IP位址驗證網絡設備P-CSCF的真實性對於IP位址不可仿冒的組網，UE獲取IP位址時，通過DHCP過程同時獲得P-CSCF1和P-CSCF2地址。如果UE與P-CSCF間的IP網絡，已由IP層組網保證了IP位址不可仿冒(如Early IMS所要求)，則UE接收到P-CSCF2來的通知請求，若檢查其源IP正是DHCP過程所獲取的P-CSCF2地址，則可認為該NOTIFY請求來自可信任的網絡設備。
4、通過建立TLS連接驗證網絡設備P-CSCF真實性在每個P-CSCF都有相應數字證書(數字證書是經發證機構籤名的P-CSCF公有秘鑰)，P-CSCF向網絡發通知前，P-CSCF作為客戶端向用戶終端發起TLS連接請求(ClientHello)，在後續P-CSCF與用戶終端間為TLS連接建立而協商的過程中，P-CSCF向用戶終端提供其自身的數字證書，因而終端是可以信任P-CSCF。TLS連接建立後，P-CSCF向用戶終端發送通知請求。
OMA標準組織為了實現設備管理Device Management需求，定義了相應架構和協議。此架構通過Device Management Server(DM Server)與用戶終端交互，完成對用戶終端管理，例如運營商對用戶終端軟體的自動升級。通常用戶終端無法被動等待來自DM Server的連接請求，或因為安全原因終端不能打開埠等待來自DM Server的連接，當設備管理業務流程由DM Server端觸發，DM Server可以向終端發送「notification」通知終端主動向DM Server建立連接以完成相應設備管理業務。詳細流程可參見OMA-TS-DM-Notification-V1_2-20050607-C。
本發明，無論第二網絡實體是哪種網絡實體，第一網絡實體的邏輯功能都可以由此OMA設備管理架構中的DM Server來實現。DM Server獲知第二網絡實體失效時，通過查詢特定資料庫(例如查詢圖4中保存有註冊成功用戶標識以及相關的網絡實體標識的OMC)得知第二網絡實體失效所影響的用戶，基於前述現有OMA設備管理架構中DM Server向用戶終端發送通知消息的流程，向相應的用戶終端發送通知，要求用戶終端重新發起向IMS網絡的註冊過程。本發明要求對現有通知消息「trigger-messsage」的格式有所擴展，DM Server可通過該擴展指示用戶終端是重新發起註冊，而不是建立與DM Server之間的設備管理Session。
從上述可知，在本發明中，第一網絡實體需要獲知相關網絡設備的故障。具體方法，可以通過網管接口採用人工方式下發指令，顯式的指明某個網絡設備已故障。另外，也可採用下述的IMS網絡設備狀態檢測和狀態通知方法1、IMS網絡設備狀態檢測運營商網內有「心跳伺服器」，用於檢測各IMS網絡設備狀態。以檢測S-CSCF狀態為例，如圖7A所示，心跳伺服器向被檢測實體S-CSCF周期性發送SIP請求OPTION，如收到響應，表明被檢查實體S-CSCF狀態可用。
如果S-CSCF死機後立即重啟，且這段時間沒收到心跳伺服器的檢測消息OPTION(即S-CSCF的死機和重啟動發生於發送OPTION周期之間)，則心跳伺服器會誤以為被檢測對象S-CSCF正常工作。由於S-CSCF死機重啟動導致所有用戶數據丟失，心跳伺服器需能檢測出這種狀態。因此，本發明在心跳伺服器與被檢測實體間保留對OPTION消息個數的計數器，當心跳伺服器收到200響應中的攜帶的OPTION計數器等於自身曾向被檢測實體發送的OPTION數量，表明被檢測實體狀態正常。如心跳伺服器發送OPTION後，在規定時間內沒有收到相應200響應，表明被檢測實體死機。
如被檢測實體死機重啟，心跳伺服器收到200響應中攜帶的計數器值為「0」，因此知道被檢測實體已死機並重啟動。心跳伺服器發現被檢測實體死機重啟動後，發送OPTION請求並攜帶「計數器同步指示」，以進行兩邊計數器的同步，如圖7B所示。
上述這種檢測方法還可進一步應用到對IMS網絡設備內部業務處理板級別的狀態檢測監控。
2、IMS網絡設備狀態訂閱/通知機制心跳伺服器保存S-CSCF1狀態，並作為Presence Server提供「訂閱服務」，其他網絡設備如S-CSCF2實體可向心跳伺服器發起訂閱獲得S-CSCF1實體的狀態。如圖8所示，在步驟410-420，S-CSCF2實體向心跳伺服器訂閱S-CSCF1實體的狀態，在步驟430-440，心跳伺服器在檢測到S-CSCF1狀態由正常變化為失效時，向S-CSCF2實體發送通知消息。
如訂閱者與被訂閱者屬於不同運營商，運營商可能在某些情況下限制不屬同一域的網絡設備獲取自己網絡設備的相關狀態，這可在心跳伺服器設定訂閱規則實現。
同一運營商內部的I-CSCF也可以通過訂閱獲取域內各個S-CSCF的可用狀態。這樣S-CSCF的狀態信息可直接應用於S-CSCF的選擇過程，而不需要等消息重傳失敗後，再嘗試其他S-CSCF。
利用以上狀態檢測和訂閱通知的方法，第一網絡實體可以自動發現相關網絡設備的狀態變化。或者，由心跳伺服器檢測到的網絡設備狀態，供網絡維護人員參考，為是否下發人工指令提供依據。如，網絡維護人員可能需要確認故障原因是否是由於短時間內的網線連接問題。
本領域的普通技術人員根據上述的說明，可以得知採用網絡中S-CSCF實體和P-CSCF實體之外的其他網絡實體作為第一網絡實體，其實現過程與上述同理，在此不再贅述。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種IMS網絡可靠性實現方法，其特徵在於，包括如下步驟由IMS網絡中的第一網絡實體獲知保存有用戶註冊相關數據的第二網絡實體是否失效；以及在所述第一網絡實體獲知所述第二網絡實體失效時，通知與失效的第二網絡實體相關的已註冊用戶重新註冊。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過人工方式檢測所述第二網絡實體是否失效，並在確定第二網絡實體失效時通過下發命令通知所述第一網絡實體；或者，所述第一網絡實體通過向IMS網絡中檢測網絡設備狀態的心跳伺服器訂閱第二網絡實體的狀態來獲知該第二網絡實體是否失效。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，用戶終端向第一網絡實體訂閱第二網絡實體的狀態，所述第一網絡實體在獲知第二網絡實體失效時，依據維護的訂閱關係通知用戶終端重新註冊。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述訂閱關係包括隱含的訂閱關係。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一網絡實體利用用戶終端註冊成功後已訂閱的註冊狀態事件包通知用戶終端重新註冊。
6.如權利要求3和權利要求5所述的方法，其特徵在於，終端設備收到所述通知消息後進一步匹配自身維護的訂閱狀態，以確定該通知消息是否可信任，並在確定通知消息可信任後發起重新註冊。
7.如權利要求4和權利要求5所述的方法，其特徵在於，在用戶註冊過程中，將該用戶標識以及保存有該用戶註冊相關數據的網絡實體標識關聯並保存在指定網絡實體上，所述第一網絡實體從該指定的網絡實體獲取與失效的第二網絡實體相關的註冊用戶，針對這些用戶下發通知，要求其重新註冊。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一網絡實體為OMA設備管理架構中的設備管理伺服器，該設備管理伺服器發送擴展的通知消息指示用戶終端重新發起註冊。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二網絡實體包括代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)實體；所述第一網絡實體為S-CSCF實體，在用戶註冊過程中，將P-CSCF實體的標識、和相關的用戶標識關聯保存在該S-CSCF實體上；S-CSCF實體獲知P-CSCF實體失效時通知相關用戶重新註冊。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述S-CSCF實體發出的通知消息經另一P-CSCF實體傳送到用戶終端，該另一P-CSCF實體的標識在用戶註冊過程中攜帶給S-CSCF實體，由S-CSCF實體保存。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二網絡實體包括代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)實體；所述第一網絡實體為另一P-CSCF實體；在用戶註冊過程中，將P-CSCF實體的標識和相關的用戶標識關聯並保存在所述另一P-CSCF實體上，當P-CSCF實體失效，由該另一P-CSCF實體通知受影響用戶重新註冊。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二網絡實體包括S-CSCF實體，該S-CSCF實體失效時由第一網絡實體通過用戶註冊時為用戶提供服務的P-CSCF實體通知用戶重新註冊。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述第一網絡實體為另一S-CSCF實體，在用戶註冊過程中，所述用戶標識、為用戶提供服務的P-CSCF實體的標識信息和所述S-CSCF實體的標識關聯並保存在歸屬用戶伺服器(HSS)上，所述另一S-CSCF實體根據所述S-CSCF實體的標識信息從HSS上獲知所述相關用戶和為用戶提供服務的P-CSCF實體。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二網絡實體包括HSS；所述第一網絡實體為S-CSCF實體，該S-CSCF實體獲知HSS失效後通過用戶註冊時為用戶提供服務的P-CSCF實體通知註冊到所述HSS上的用戶重新註冊。
15.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二網絡實體包括應用伺服器(AS)，該AS失效時，由第一網絡實體通過用戶註冊時為用戶提供服務的P-CSCF實體通知用戶重新註冊。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述第一網絡實體為S-CSCF實體。
17.如權利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特徵在於，終端設備接收到進行重註冊的通知消息時，利用預先獲取的P-CSCF實體的地址驗證該通知消息的源地址，以確定該通知消息是否可信，並在確定通知消息可信任後向網絡發起重新註冊。
18.如權利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特徵在於，終端設備在收到重註冊的通知消息後，在響應消息中攜帶認證挑戰，由發送所述通知消息的網絡實體根據該認證挑戰生成相應的認證響應發送到終端設備，由終端設備對所述認證響應進行驗證以確定該通知消息是否可信，並在確定通知消息可信任後向網絡發起重新註冊。
19.一種獲知IMS網絡中網絡實體狀態變化的方法，其特徵在於，包括如下步驟向IMS網絡中的心跳伺服器訂閱被監測的網絡實體的狀態變化，其中該心跳伺服器通過向網絡實體發送SIP消息和接收相應的響應消息以檢測其狀態；所述心跳伺服器維護訂閱關係，並在檢測到被監測的網絡實體的狀態發生變化時通知訂閱者。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，心跳伺服器和被檢測的網絡實體分別對發送和接收的SIP消息進行計數，並且所述被檢測的網絡實體在發送給心跳伺服器的響應消息中攜帶計數結果，所述心跳伺服器對兩端的計數結果進行比較以確定被檢測的網絡實體的狀態是否發生變化。
全文摘要
本發明公開了一種IMS網絡可靠性實現方法，以解決現有IMS中在用戶註冊成功到用戶發起重註冊期間，因網絡實體失效而可能導致用戶服務長時間中斷的問題；該方法由IMS網絡中的第一網絡實體獲知保存有用戶註冊相關數據的第二網絡實體是否失效；以及在所述第一網絡實體獲知所述第二網絡實體失效時，通知與失效的第二網絡實體相關的註冊用戶重新註冊。本發明還同時公開了一種獲知IMS網絡中網絡實體狀態變化的方法。
文檔編號H04L12/24GK1905472SQ200510085400
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月27日 優先權日2005年7月27日
發明者文楷, 顧炯炯 申請人:華為技術有限公司