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IMS过载控制关键技术研究

王金柱  
【摘要】:网络发生过载的根本原因是网络容量不能满足用户需求。当发生过载时,网络处理能力显著下降,从而无法保证用户服务质量。因此,如何有效的对网络进行过载控制,是所有网络必须解决的问题。作为下一代网络核心控制网的演进,IMS (IP Multimedia Subsystem, IP多媒体子系统)实现了业务逻辑与呼叫控制、呼叫控制与承载控制的分离,为多媒体业务提供了统一的会话控制、计费接口和用户鉴权认证等功能。IMS可以看成是整个网络的神经中枢系统,因此对IMS进行过载控制是保证用户服务质量的重要基础。 论文总结了作者在IMS过载控制领域的主要研究工作,包括:将IMS过载控制体系分为网络传输层、控制互联层以及业务层三个子层,并分析每个子层的主要过载控制机制;针对控制互联层,提出了一种基于发送端的端到端SIP (Session Initiation Protocol,会话初始化协议)过载控制策略,并以此为基础,提出了一种分布式SIP过载控制机制。此外,通过增加探测机制来进一步提高过载控制的性能:针对业务层,着重解决Presence(状态呈现)业务流量控制问题,提出了一种基于令牌桶的Presence业务通知消息流量控制机制。对于上述新机制和算法,均进行了仿真验证和性能分析。 论文对研究过程中取得的主要创新工作进行了详细阐述。这些创新工作简要归纳如下 (一)提出了基于发送端的端到端SIP过载控制策略。不同十以往的端到端SIP过载控制策略,由SIP网络的核心服务器通过复杂的相互协作将过载信息反馈到边缘服务器上,再由边缘服务器实施过载控制。在新策略中,核心服务器只需要实现简单的本地过载控制,当发生过载时使用SIP503响应拒绝接收到的会话,边缘服务器通过接收SIP网络中的过载反馈(SIP503响应)来控制准入网络的会话流量。在此策略中,由网络的边缘服务器拒绝SIP会话,网络不会浪费资源用于转发最终会被拒绝的会话,因此这种控制策略可以有效地控制SIP网络过载。此外,该策略仅需要过载控制部署在SIP网络的边缘服务器上核心服务器之间无需复杂的相互协作,因此这种控制策略实现简单、易于在实践中应用。 (二)基于创新点(一)的研究,提出了一种分布式SIP过载控制机制DEOC (A Distributed End-to-end Overload Control Mechanism)。作为基于发送端的端到端过载控制策略的一个具体实现,DEOC部署在SIP网络的边缘服务器上,通过接收SIP网络中的过载反馈来控制准入网络的会话流量。论文以TCP的AIMD (Additive Increase and Multiplicative Decrease,加性增、乘性减)拥塞控制算法作为基础来设计DEOC的会话准入速率控制算法,并且根据SIP过载控制的具体需求,包括:竞争性、响应性、吞吐率以及公平性,设计并实现了一种非线性会话准入速率控制算法。理论分析与仿真实验证明了DEOC即使在输入负载超过网络容量的情况下也能保证SIP网络具有较高的吞吐率。此外,该机制还可以对输入负载的变化做出快速响应,并且具有很好的公平性。 (三)基于创新点(二)的研究,设计并实现了一种基于探测的SIP过载控制机制PEOC (A Probe-based End-to-end Overload Control Mechanism)。与DEOC相似,该机制也属于基于发送端的端到端过载控制,在SIP网络的边缘服务器上控制网络的负载。此外,通过周期性探测SIP网络,PEOC估计网络负载并基于估计的负载控制向SIP网络转发的会话流量,从而更加准确、及时地对网络进行过载控制。实验结果表明与DEOC相比, PEOC可以更加有效地对SIP网络进行过载控制。 (四)针对Presence业务提出了一种基于令牌桶的通知消息流量控制机制]-NTC (A Token-bucket Based Notification Traffic Control Mechanism),用于控制Presence业务通知消息流量对IMS的影响。TNTC的目标是在控制通知消息流量的前提下,提高有效访问概率,从而提高用户服务质量。论文基于排队论理论对’TNTC进行建模,分析其主要的概率特性并研究不同参数对TNTC性能的影响。理论分析与仿真实验表明与传统的定时器机制相比,TNTC可以处理较高的更新到达率并且可以提供较高的有效访问概率


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