基于云服务的IMS会话边界网关控制器设计与实现

发布时间：2020-04-05 09:37

【摘要】：云计算是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机各种终端和其他设备。云计算是这几年来最重要的IT变革之一。电信运营商也积极的推动其数据中心向云转变,因而运营商要求电信厂商的软件也能很好的适配和运行在它的云数据中心。电信对可靠性,实时性和服务质量有着极其苛刻的要求,在一个不受软件厂商控制的硬件和服务基础设施平台上,如何设计出满足电信需求特点的软件,是一个值得研究的课题。本文研究如何基于容器的平台上设计和实现基于服务的IMS会话边界网关控制器,也就是Session Border Controller,简称为SBC。研究如何能让设计出来的软件系统即能适应云按需资源分配调度的特点、利用到云快速集成已有的服务的能力来加快软件的开发速度的同时又能满足电信服务对于可靠性、实时性和服务质量高要求。本文采用基于服务的设计模式,将传统的以节点中为心(node based)的IMS SBC巨石应用根据业务逻辑拆分为粒度更小的服务,设计出基于服务的SBC软件。本文根据提出基于服务的架构进行软件的设计,编写实现了基于服务的SBC软件的各个服务单元的原型产品。为了部署和测试,本次设计并搭建了以Kubernetes为基础的开发测试平台。设计出来的软件服务单元以容器为服务基本部署单元,在搭建的Kubernetes容器平台上进行部署。最后对开发出的软件进行相应的测试。通过理论分析结合测试结果分析本文中设计的SBC的对伸缩性,自动化程度和故障恢复能力等非功能性需求的满足程度。并把基于服务的设计出来的SBC软件的和传统的基于节点的巨石架构设计出来的软件进行比较,得出这一设计的好处和缺点。为后续的采用这一设计模式进行开发电信产品提出好的建议。本文最终通过设计和实现的基于服务的SBC软件,证明这样的软件设计可以很好的支撑了云上自动伸缩的特性,提高了资源的利用率,相对于以虚拟机为部署单元的软件系统提高了CPU实际利用率。通过应用一些在云上软件开发的最佳实践,提高软件管理的自动化程度和对所有的服务进行冗余备份的设计,电信软件的高可靠性的需求可以得到满足。但是电信的软实时性的有时候不能得到很好的满足。但可以通一些部署规则的改进来尽力避免这个问题。本次开发出来采用的基于服务的设计已经给广西移动选定作为IMS其他子系统在云上开发的可选参考设计之一。本次开发的SBC原型软件已经在广西移动产品研发部门内部进行了相应的展示。开发出来的SBC的软件和搭建的容器平台,会作为SBC进一步产品化开发的基础。
【图文】：

图 1-1 IMS 网元总览上述的 IMS 中网元的功能是以节点为基础的，粒度较大，模块重用和差。不同的功能会在一个节点实现多次。所有的功能都是自包容的，不开发。没有分不同的功能域，弹性伸缩的都是以节点为单位，灵活性欠缺SBC 是 IMS 的核心节点。既有媒体流服务，又有信令控制面。它是终MS 核心网，以及不同运营商的 IMS 核心网相连的边界网关节点。根据 3规范[9]的定义，它有以下这些功能：1. IMS 用户的注册和验证。2. 用户的注册代理。3. 用户多媒体会话如呼叫的接入功能。4. 连接安全性，如防止网络 DDos 攻击，，内网拓扑隐藏。5. 连接服务，如协议转换、VPN 连接、IPv6 到 IPv4 转换。6. 媒体服务，如语音视频流转码。将 SBC 系统虚拟化并运行在云上是运营商对电信厂家的要求。据目前

务的架构还是有很大的不足。而数据和应用逻辑，各种不同的混杂功能捆绑在一个部署单元，使得应用能利用的云的快速弹性伸缩功能实现资源的优化使用的目的实现难度增加。尽管有以上的如此多的不足之处, 根据目前作者能知道的信息, 并没有太多的 IMS 厂商开始着手开发基于服务的 SBC 系统的实现。他们目前的实现更多的是前面提到的将物理机的软件虚拟化一一的映射到虚拟机上。各大电信厂商如爱立信，诺基亚和华为还是基于 ESTI NFV 的架构[5,6]，见图1-2,去构建自己的产品线。更多的是关注 NFV 的生命周期管理实现，也就是关注对图中的 NVF 的管理和编排(MANO Management and Orchestration)功能的定义以及 MANO 和虚拟基础设施(NVF-I) 功能的定义，接口的集成。其中没有考虑 NVF（如 SBC NVF）内部架构的优化。虚拟网络功能(VNF -Virtualized Network Function)也就是将 IMS 节点物理机上的软件虚拟机化。每一个虚拟机还是和传统物理机一一对应巨石应用。唯一的不同是一个是运行在虚拟机上，另外一个运行在物理机上。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.09

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本文编号：2614848