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提供了用于在通信网络中管理分组流的系统和方法。可以在不同级别高速缓存分组信息，并用来避免外部查询。高速缓存信息也可以与其他信息类型关联，如位置信息，以便能够比要在进行一个或多个外部查询的情况更快地提供该信息。多路分解管理器可以提供路由和会话建立，通过将已经具有会话的分组路由到会话管理器，并且在这些分组还没有分配给会话的情况下，将它们分配给会话管理器。分层的体系结构也向许多用户提供可扩展性，甚至在高呼叫量的情况下也能最小化延迟，因为负载可以在网关的多个资源之间分布。

1.  一种通信网络中的网关，包括：
驻留在网关中的多路分解管理器，用于处理一个或多个传入的分组，高速缓存关于新进程实例分配情况的信息，并向新的分组流分配进程实例；
高速缓存关于会话的信息的进程实例，所述会话正由所述进程实例在所述网关中的计算机可读取的介质中进行处理；以及
驻留在所述网关中的、由所述进程实例建立的、将匹配指定的信息的传入的分组路由到对应的进程实例的网络处理单元流。

2.  根据权利要求1所述的网关，进一步包括所述多路分解管理器向所述网关内部的目的地和所述网关外部的目的地提供传入的会话启动协议(SIP)分组的方向处理。

3.  根据权利要求2所述的网关，其中，所述网关外部的目的地是服务呼叫会话控制功能(S-CSCF)。

4.  根据权利要求1所述的网关，其中，所述进程实例是会话管理器。

5.  根据权利要求1所述的网关，进一步包括呼叫会话控制功能(CSCF)核心，用于从所述多路分解管理器接收要对分组执行哪一个CSCF功能处理的指示。

6.  根据权利要求1所述的网关，进一步包括在选定处理所述会话的所述进程实例时所述多路分解管理器执行负载平衡方法。

7.  一种处理分组的方法，包括：
在网关接收分组；
判断所述分组是否匹配有限的条件集，并且如果有匹配，则将所述分组转发到对应的进程实例，否则，转发到多路分解管理器；
在所述多路分解管理器分析所述分组，以判断是否要分配新进程实例来处理新的分组流，以及确定如何路由所述分组；以及
在从所述多路分解管理器中分配的进程实例接收新的分组并创建带有来自所述新的分组的信息的高速缓存条目。

8.  根据权利要求7所述的方法，进一步包括从所述进程实例发送有限的条件集，以在所述网络处理单元中建立转发匹配所述有限的条件集的分组的流。

9.  根据权利要求7所述的方法，进一步包括在所述多路分解管理器接收所述分组，比较所述分组和与进程实例关联的分组的一个条件集，如果有匹配，则将所述分组转发到该进程实例，否则，将所述分组分配到一个进程实例。

10.  根据权利要求7所述的方法，其中，所述进程实例是会话管理器。

11.  根据权利要求7所述的方法，进一步包括在呼叫会话控制功能(CSCF)核心从所述多路分解管理器接收关于要对所述分组执行哪一个CSCF功能处理的指示。

12.  根据权利要求7所述的方法，进一步包括在所述多路分解管理器选定处理所述新的分组流的所述进程实例时执行负载平衡方法。

提供分组流管理的可扩展性
对相关申请的交叉引用
[0001]本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2006年12月7日提出的标题为“Apparatus and Method for Providing a Call SessionControl Function”的美国临时专利申请No.60/873,493的优先权，在此全文引用了该申请作为参考。
技术领域
[0002]本发明涉及用于在通信网络中提供分组流管理的系统和方法。
背景技术
[0003]无线通信系统和网络与许多应用一起使用，包括，例如，卫星通信系统、便携式数字助理(PDA)、笔记本电脑，以及蜂窝电话。这样的应用的用户获得的一个显著的优点是能够连接到网络(例如，因特网)，只要用户在这样的无线通信系统的范围之内。
[0004]当前无线通信系统使用电路交换和分组交换中的任何一个或者两者的组合，以便向移动节点提供移动数据服务。移动节点可以是手机、PDA、蓝莓、带有无线网卡的笔记本电脑，或任何其他无线设备。一般而言，利用基于电路的方法，无线数据使用物理交换通路，通过数据的发送方和接收方之间的专用的(和不中断的)连接来进行传输的。一旦建立了直接连接，只要发送方和接收方有数据要交换，它就一直保持。建立这样的直接而专用的交换通路导致网络资源的固定份额一直被捆绑，直到连接被关闭。当不再需要发送方和接收方之间的物理连接时，它就被断开，网络资源根据需要被分配给其他用户。
[0005]另一方面，基于分组的方法，不会永久地向给定呼叫分配传输资源，并且不要求在数据的发送方和接收方之间建立和拆卸物理连接。一般而言，基于分组的方法中的数据流是“分组化的”，其中，数据被分成单独的信息段，每一段都接收“标头”信息，该信息可以提供，例如，源信息、目的地信息、关于分组中的比特的数量的信息，优先级信息，以及安全信息。然后，分组被基于标头信息独立地路由到目的地。分组流可以包括许多分组或单个分组。可以向分组流应用服务，如合法的截取(搭线)、虚拟专用网络(VPN)，以及防火墙。
[0006]基于分组的通信的发展的一部分是开发了IP多媒体子系统(IMS)。IMS是用于向移动节点提供因特网协议(IP)多媒体的体系结构框架。呼叫会话控制功能(CSCF)可以管理在IMS核心中产生的许多信令。CSCF功能可以在逻辑上被分成三个功能：代理-CSCF(P-CSCF)、查询CSCF(I-CSCF)，以及服务CSCF(S-CSCF)。另外，CSCF功能是为了包括在两个不同的拓扑中而由两个不同的组构想的：全球移动通信系统(GSM)和CDMA 2000。第三代合作伙伴计划(3GPP)负责处理GSM系统，第三代合作伙伴计划2(3GPP2)负责和CDMA系统一起使用的并基于3GPPIMS概念的多媒体域(MMD)。利用IMS和MMD，描述了多个不同的功能，如果没有在功能之间管理分组流，则会出现问题。
发明内容
[0007]公开了在通信网络中提供分组流管理的系统和方法。在某些实施例中，通信网络中的网关包括：驻留在网关中的多路分解管理器，用于处理一个或多个传入的分组，高速缓存关于新进程实例分配情况的信息，并向新的分组流分配进程实例，高速缓存关于会话的信息的进程实例，所述会话正由该进程实例在网关中的计算机可读取的介质中进行处理，以及驻留在网关中的、由进程实例建立的、将匹配指定的信息的传入的分组路由到对应的进程实例的网络处理单元流。
[0008]在某些实施例中，处理分组的方法包括在网关接收分组，判断该分组是否匹配有限的条件集，并且如果有匹配，则将该分组转发到对应的进程实例，否则，转发到多路分解管理器，在多路分解管理器分析该分组，以判断是否要分配新进程实例来处理新的分组流，以及确定如何路由分组，以及在从多路分解管理器中分配的进程实例接收新的分组并创建带有新的分组中的信息的高速缓存条目。
附图说明
[0009]图1是显示了根据某些实施例的IP多媒体子系统(IMS)体系结构的方框图；
[0010]图2是显示了根据某些实施例的多媒体域(MMD)体系结构的方框图；
[0011]图3是根据某些实施例的用于管理分组流的网关的组件的方框图；
[0012]图4是根据某些实施例的流过网关和功能之间的流的方框图；
[0013]图5是根据某些实施例的网关内的组件的实现方式的方框图；以及
[0014]图6是根据某些实施例的提供分组流管理的过程的流程图。
具体实施方式
[0015]在某些实施例中，说明了用于提供通信网络上的基于分组的流的管理的系统和方法。可以使用网关来实现IP多媒体子系统(IMS)和多媒体域(MMD)体系结构的分组流的管理。可以通过硬件和软件的组合来提供分组流定向和IMS和MMD功能的物理映射。可以有一个或多个网络处理单元、线卡，以及分组和语音处理卡驻留在网关内。诸如网络处理单元(NPU)流、多路分解管理器、会话管理器，以及注册器之类的软件模块可以在许多功能之间提供物理映射和分组流。还可以以可扩展的方式建立软件模块，以提供物理映射和分组流方向，如此，在某些实施例中，可以分散很大的呼叫量，以最小化呼叫/会话建立的延迟。
[0016]图1显示了IP多媒体子系统(IMS)，显示了根据某些实施例的网络结构的逻辑组件。图1包括P-CSCF 110、I-CSCF 112、S-CSCF 114、归属用户服务器(HSS)116、用户位置功能(SLF)118、用户设备(UE)120、出口网关控制功能(BGCF)122、媒体网关控制功能(MGCF)124、媒体网关(MGW)126、公用交换电话网(PSTN)128、多媒体资源控制器(MRFC)130，以及多媒体资源功能处理器(MRFP)132。HSS 116是主用户数据库，该数据库支持处理呼叫、会话的S-CSCF或其他网络实体。HSS 116存储了诸如用户资料之类的与预订相关的信息，进行用户身份验证和授权，并可以提供有关用户的物理位置的信息。当在网络中使用了多个HSS时，可以使用SLF 118将查询定向到存储了信息的HSS 116。旧式信令网也可以使用HSS的服务。MRFC 130与S-CSCF 114进行通信，并控制MRFP 132实现与媒体相关的功能。MRFC 130和MRFP 132的组合提供归属网络中的媒体的源。BGCF 122是可以基于电话号码进行路由的服务器，当呼叫电路交换网上的电话时，可以使用它。使用MGCF 124和MGW 126来来自IMS的信令转换为适用于PSTN128电路交换网的信令。IP多媒体网络可以包括应用程序服务器及向用户设备(或移动节点)120提供服务的其他网络实体。用户设备(或移动节点)可以包括手机、个人数字助理(PDA)或笔记本电脑。
[0017]图2显示了较大的网络内的多媒体域(MMD)系统210。MMD系统210包括与图1的IMS系统的许多相同功能，但是，进一步包括与接入网络214进行通信的接入网关/外地代理212，以及向移动站218(或移动节点)提供移动IP支持的归属代理216。可以包括在IMS或MMD网络中的策略决策功能(PDF)存储了管理用户的会话的策略。诸如开放系统体系结构(OSA)应用程序服务器222和SIP应用程序服务器224之类的应用程序服务器，提供诸如基于位置的服务、视频、电子邮件、聊天、游戏，及其他数据和多媒体内容之类的应用。
[0018]如图1和2所示，可以在IMS和MMD网络中包括许多功能。这些功能中的多个功能用于提供，例如，在IP上传送话音(VoIP)路由和增强的服务，如增强的收费、有状态的防火墙、流量性能优化(TPO)。在某些实施例中，这些功能中的一个或多个功能可以由网络中的诸如网关之类的单一实体提供。可以执行这些功能与网络中的实体的物理映射，以最小化会话建立的延迟，并减轻物理实体的管理，甚至随着会话的数量的增大，也是如此。随着会话的数量增大，负载可能需要在执行相同任务的一个或多个实体之间分配，实体可以是逻辑的，网关内部的，或者是物理的。
[0019]图3显示了根据某些实施例的网关的控制面体系结构。会话管理器310服务并处理用户设备/移动用户的用户会话数据流。会话管理器310(是如上文所描述的相同会话管理器)包括诸如系统服务层312、呼叫处理层314，以及呼叫处理支持服务层316之类的功能层。系统服务层312提供用于将指令传递到会话管理器和其他层的接口。包括了命令行接口(CLI)318以及网络处理单元320接口。呼叫处理层314包括服务代理/服务控制交互管理器(SCIM)322、CSCF核心324，该CSCF核心324包括I-CSCF 326、P-CSCF 328，以及S-CSCF 330、统一消息映射接口332、应用程序334，以及SIP堆栈336。应用程序334包括注册器功能。注册器功能高速缓存关于用户和会话的信息，无需查询外部数据库，即可查找这些信息。在某些实施例中，CSCF核心包括其中一个CSCF功能，例如，P-CSCF。呼叫处理支持服务层316包括各种服务，如路由和地址转换服务338、用户管理服务340、变化接口服务342、媒体接口服务344、QoS策略接口服务346、安全接口348，以及管理服务器接口350。
[0020]请看呼叫处理层314，此层包括信令协议和使用通用SIP作为应用程序编程接口(API)的呼叫控制。信令协议可以是SIP，也可以是诸如ISUP、MGCP或H.323之类的其他协议。此外，呼叫处理层314允许通过统一映射接口在SIP变体及其他协议之间进行交互。统一映射接口可以将协议特定的消息和参数转换为通用SIP like API格式。在某些实施例中，使用SIP like消息，因为SIP具有最大的消息集，并可以覆盖SIP和其他协议的可能的消息发送情况。呼叫处理层314也可以提供对不必由CSCF核心处理的数据的透明性(通过将该信息放入封套中)。不相关的参数可以放置在封套中，并保持不加修改。CSCF核心允许任何文本字符串，作为呼叫和被叫号码，号码不需要只限于E.164号码。号码可以是，例如，Address of Record(AoR)或任何带有域名的名称字符串。
[0021]在某些实施例中，网关可以实现用于提供可扩展性和会话启动协议(SIP)分组流管理的许多不同的方法。基于端口号的路由方法给用户提供用于发送和接收请求和响应的端口。端口将请求和响应定向到分配给用户的会话管理器。NPU流可以安装在该端口上，以识别从特定用户发出的分组流。在另一种方法中，例如，分组/消息可以经过SIP多路分解管理器，而SIP多路分解管理器可以将分组/消息定向到适当的会话管理器实例或功能。在其他实施例中，可以基于移动节点的IP地址和端口号，为每一个注册的移动节点安装NPU流。在某些实施例中，可以通过会话管理器的注册器功能来安装NPU流。当移动节点作为注册过程的一部分发送其联系IP地址和端口号时，注册器可以高速缓存联系信息，并安装目的地IP地址和端口号的NPU流。
[0022]多路分解管理器352驻留在信号路由层354中，如图3所示。带有多路分解管理器的信号路由层354可以判断将分组流发送到哪里进行处理。分组流可以发送到进程实例，以便进行进一步的处理和/或信号处理。可以使用多路分解管理器来分析进入网关的分组流或流量。此分析可以包含分组嗅探、从分组标头中提取信息，对提取的信息进行分拣，深入的分组检查，以及对从一个或多个分组中获取的信息进行处理。由多路分解管理器分析的消息可以包含可以被提取(或嗅探)的信息，如分配给移动节点的IP地址，网络访问标识符(NAI)、国际移动用户标识(IMSI)、移动用户标识(MSID)、关联-ID(对于CDMA实现方式)、用户数据记录(UDR)、事件数据记录(EDR)、呼叫站ID，和/或任何其他适用的信息。
[0023]多路分解管理器还可以在网关内部的功能和其他功能所映射到的物理实体之间定向分组流。在定向分组流时，多路分解管理器可以使分组流转向以平衡负载。例如，如果分组要发送到一个以上的功能，而顺序无关紧要，则多路分解管理器会将分组发送到负载最小的或不太阻塞的功能。在某些实施例中，多路分解管理器可以基于不同的功能上的未完成的分组或根据当一个或多个分组返回到多路分解管理器时的延迟，确定拥塞情况。从分组中提取的信息可以本地高速缓存在信号路由层中，无需从外部数据库中检索信息，即可进行处理。
[0024]在某些实施例中，传入的分组被发送到多路分解管理器中的先进先出(FIFO)队列。将队列的最前面的分组从队列中分离，并检测，看看该分组已经在队列中等待了多长时间。如果分组已经等待了比预设的时间更长的时间，则认为该分组太旧，将它丢弃。否则，检测该分组，看看是否要建立新的会话，或者分组是否要被路由到会话管理器实例或其他功能。如果要建立新的会话，则调用会话管理器选择例程，并将分组转发到选定的会话管理器。属于已经建立的会话的分组将被转发到以前选定的对应的会话管理器。多路分解管理器可以维持一个会话管理器的列表，并向每一个会话管理器分配一个加权负载因素。按照加权负载因素对列表进行排序，如此，对于新的会话，可以选择负载最小的会话管理器。
[0025]在某些实施例中，负载因素可以通过计算下列参数来确定：有效会话的数量、休眠的会话、未完成的请求、往返时间，以及其中运行了会话管理器的处理单元上的负载。负载因素可以通过获取每一个参数的最大值并确定每一个会话管理器相对于最大值如何来计算。给每一个参数分配了一个百分比，总数相加等于100。可以定期更新参数和列表的排序次序。取决于可用性和列表中指出的负载级别，也可以动态地添加新的会话管理器。
[0026]如上文所提及的，在某些实施例中，多路分解管理器检测分组，并完成一定量的处理。处理可以涉及分析分组标头，以提取某些字段中的信息，此信息中的某些或全部被高速缓存，如果信息还没有存储的话。该信息可以用来验证分组的真实性(例如，分组不是系统上的某些攻击的一部分)，并验证分组没有被篡改。可以被高速缓存的信息包括联系人(移动节点的IP地址/完全限定域名)和Address of record/公共用户ID。然后，将分组路由到处理分组的会话的会话管理器。
[0027]在某些实施例中，多路分解管理器提供收缩的呼叫会话控制功能(CSCF)的分组的处理，可以在网关上利用外部CSCF实体来实现。在某些实施例中，可以基于收缩的CSCF中的规则或规则集，来实现方向处理。图4显示了根据某些实施例的CSCF组件的交互。图4包括网关410、收缩的P-CSCF 412、收缩的I-CSCF414、收缩的S-CSCF 416、访问的网络P-CSCF 418、I-CSCF 420、S-CSCF 422、媒体网关控制功能(MGCF)424，以及边界网关控制功能(BGCF)426。如果分组来自移动节点(MN)或访问的网络P-CSCF 420，那么，可以对始发地址和/或目标地址执行分析。如果两个号码都没有在诸如网关之类的同一个网络设备内注册，那么，分组被代理到外部实体，如下面的路由表中所描述的。
[0028]在某些实施例中，多路分解管理器将分组发送到可以处理会话或已经正在处理会话的会话管理器实例。为识别处理会话的会话管理器实例，多路分解管理器基于主叫用户地址或目的地用户地址，判断是否要进行分析。基于消息来自的网络设备或实体，多路分解管理器可以判断是否要寻找源或目的地地址。在某些实施例中，向SIP消息中插入某些专有的参数，以帮助进行决策，无需大量的(如果有的话)补充分析。
[0029]多路分解管理器中的识别会话管理器的逻辑可以按如下方式实现。检查通道/源地址。如果此地址匹配一个注册地址，那么，分组来自移动节点。否则，如果通道/源地址匹配其中一个对等服务器地址，那么，使用该信息做出路由判定并执行起始/目标地址分析。否则，如果通道/源地址匹配从服务路由/路径接收到的其中一个缓存的服务器的信息，则使用该信息做出路由判定，并在用户表中添加方向标志位。否则，执行目标地址分析，假设呼叫(或分组)来自网络，如果目标地址也不在散列表中，那么，分配到新的会话管理器。
[0030]下面的表描述了根据某些实施例的当网关只充当P-CSCF时由多路分解管理器和/或会话管理器对传入的分组进行的方向处理。P-CSCF从下列组件接收消息：一个或多个移动节点，归属网络I-CSCF，以及归属网络S-CSCF。