专利名称：提供分组流管理的可扩展性的制作方法
技术领域：
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。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 画CSCF (P-CSCF)、查"^句CSCF ( I画CSCF )，以及月良务CSCF (S-CSCF)。另外，CSCF功能是为了包括在两个不同的拓朴中而 由两个不同的组构想的全j求移动通信系统(GSM)和CDMA2000。
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3GPP IMS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組流，则会出现问题。
发明内容
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，高速緩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，高速緩存关于会话的信 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。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；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；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；以及图2显示了较大的网络内的多4某体域(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。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 器功能高速緩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。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、从分組标头中提取信息，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。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 一个緩存的 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。从上面的表可以认识到，多路分解管理器和包括CSCF 核心功能的会话管理器， 一起协作，定向并处理分组。图5显示了 根据某些实施例的多路分解和会话管理器的实现方式。图5包括分 组加速卡(PAC) 510、 PAC 512,以及PAC 514。 PAC 510、 512，以及514也可以以分组服务卡(PSC)或任何其他适用的硬件/软件配 置来实现。PAC 510实现包括用户散列列表518的SIP多路分解 管理器516。 SIP多路分解管理器516可以用来将SIP消息和分组 定向到处理会话的会话管理器和外部功能。SIP多路分解管理器516 可以緩存有关会话和用户散列列表518中的用户的信息，以缩短将 分组定向到它们的对应的会话管理器时的延迟。通过在SIP多路分解管理器和会话管理器中緩存信息， 这些实体可以更快地作出路由判定，因为节省了查找时间。在某些实
施例中，NPU流可以将分组流定向到处理会话的会话管理器，可以 使用会话管理器緩存来获取关于用户的信息。在某些实施例中，多路分解管理器可以定向没有被NPU流拾起的分组或来自移动节点的
注册分组。图3的系统可以每个服务或会话维护一个本地緩存，还 将注册状态中的任何变化的更新发送到多路分解管理器，因为在某些 实施例中，多路分解管理器也维护了本地緩存。本地緩存可以存储下 列信息AOR/公共用户标识、私人用户标识(对于用户是唯一的， 可以是IMSI)、联系信息、注册到期、注册状态(活动，过期)、 服务路由标头/路径标头、验证矢量，以及用户配置文件。 一旦用户招t 销注册，可以删除本地緩存条目，并可以对于该用户维护每个公共用 户标识的一个这样的条目。在某些实施例中，信息被緩存在本地，以减少由于从外部 数据库检索信息导致的建立延迟。在某些实施例中，当用户第一次进
行注册时，在注册消息中提供的位置信息存储在多路分解管理器中。 可以分配进程实例，用于保持用户呼叫状态和联系信息。也可以存储 其他信息。此信息如此被使用，以便来自多路分解管理器或发往多路 分解管理器的呼叫被定向到处理会话的进程实例。该信息也可以用来 分散流量，以便不会在多路分解管理器中产生瓶颈。在某些实施例中，网络处理单元(NPU)将流量定向到处 理呼叫会话的进程实例，绕过多路分解管理器和信令路由层(参见图 3) 。 NPU可以散列密钥来判断是否可以绕过多路分解管理器。如果 有hash hit,则流量被直接地路由到处理呼叫的会话管理器进程实例。 在某些实施例中，进程实例在呼叫处理层内部，并可以在CSCF核 心内。可以给进程实例提供一个内部地址，如此，通信流可以被定向 到它那里。在hash hit之后，此内部地址被NPU用来将传入的分组 发送到正确的会话管理器进程实例。底盘至少支持两种应用程序卡开关处理器板和分组加速 卡。开关处理器板充当底盘的控制器，负责诸如初始化底盘并将软件 配置加载到底盘中的其他卡上之类的任务。分组加速卡提供分组处理 和转发能力。每一个分组加速卡都能够支持多个上下文。可以利用卡 来部署硬件引擎，以支持压缩、分类流量调度、转发、分組过滤，以 及统计信息汇编的并行分布式处理。
[0049分組加速卡通过使用控制处理器和网络处理单元(NPU) 来执行分组处理操作。网络处理单元确定分组处理要求；来往于各种 物理接口接收和传输用户数据；作出IP转发决策；实现分组过滤、
流插入、删除，以及修改；执行流量管理和流量工程；修改/添加/剥 离分組标头；以及管理线卡端口和内部分组传送。也位于分组加速卡 上的控制处理器，提供基于分组的用户服务处理。线卡当加载到底盘中时提供输入/输出连接，也可以提供冗余连接。
[0050在某些实施例中，底盘的ST40实施例可以支持系统管 理卡(SMC)和分组服务卡(PSC)。系统管理卡是用于管理和控制底 盘中的其他卡的系统控制和管理卡。分组服务卡是提供多线程点对 点、分组数据处理，以及上下文处理能力的高速处理卡。
[0051J操作系统软件可以基于Linux软件内核，并在底盘中运 行特定的应用程序，如监视任务和提供协议堆栈。软件允许底盘资源 单独地为控制和数据路径进行分配。例如，某些分组加速卡可以专门 用于执行路由或安全控制功能，而另外一些分组加速卡专门用于处理 用户会话流量。随着网络要求的变化，在某些实施例中，可以动态地 部署硬件资源，以符合要求。系统可以虛拟化，以支持服务的多个逻 辑实例，如技术功能(例如，PDSN、 ASNGW、 PDIF、 HA、 GGSN或 IPSG)。
[0052底盘的软件可以被分成执行特定功能的 一 系列任务。这些 任务根据需要相互进行通信，以在整个底盘中共享控制和数据信息。 任务是执行与系统控制或会话处理相关的特定功能的软件进程。在某 些实施例中，有三种任务类型在底盘内操作关键任务、控制器任务， 以及管理器任务。关键任务控制涉及底盘处理调用的能力的功能，如 底盘初始化、错误检测，以及恢复任务。控制器任务遮盖来自用户的 软件的分布特征，并执行诸如监视从属管理器的状态之类的任务，相 同子系统内的管理器内部的通信，通过与属于其他子系统的控制器进 行通信，实现子系统之间的通信。管理器任务可以控制系统资源，并 维护系统资源之间的逻辑映射。
[0053在应用卡中的处理器上运行的单个任务可以被分成多个 子系统。子系统是要么执行特定任务要么是多个其他任务的顶点的软 件元件。单个子系统可以包括关键任务、控制器任务，以及管理器任 务。某些在底盘上运行的某些子系统包括系统初始化任务子系统、高 可用性任务子系统、恢复控制任务子系统、共享配置任务子系统、资 源管理子系统、虚拟专用网络子系统、网络处理单元子系统、卡/插槽/端口子系统，以及会话子系统。
[0054系统初始化任务子系统负责在系统启动时启动一组初始 任务，并根据需要提供单个任务。高可用性任务子系统与恢复控制任 务子系统一起工作，通过监视底盘的各种软件和硬件组件，维护底盘 的可操作状态。恢复控制任务子系统负责对于在底盘中发生的故障执 行恢复操作，并从高可用性任务子系统接收恢复搮作。共享配置任务 子系统给底盘提供设置、检索，以及接收底盘配置参数变化的通知的 能力，并负责存储在底盘内运行的应用程序的配置数据。资源管理子 系统负责向任务分配资源(例如，处理器和存储器能力)，并负责监 视任务的使用资源的情况。
[OO55虚拟专用网络(VPN)子系统管理底盘中的与VPN相 关的实体的管理和操作方面，包括创建单独的VPN上下文、在VPN 上下文内启动IP服务、管理IP池和用户IP地址，以及在VPN 上下文内分发IP流信息。在某些实施例中，在底盘内，在特定VPN 上下文内执行IP操作。网络处理单元子系统负责上面为网络处理单 元所列的许多功能。卡/插槽/端口子系统负责协调发生的涉及卡活动 的事件，如发现和配置新插入的卡上的端口，并确定线卡如何映射到 应用卡。在某些实施例中，会话子系统负责处理和监视移动用户的数 据流。移动数据通信的会话处理任务包括例如，CDMA网络的 A10/A11结束、GPRS和/或UMTS网络的GSM隧道协议结束， 异步PPP处理、分組过滤、分组调度、Difserv码点标记、统计信 息收集、IP转发，以及AAA服务。这些项目中的每一个项目的职 责可以在从属任务之间分布(叫做"管理器，，)，以便有更有效的处理 和更大的冗余。单独的会话控制器任务充当集成的控制节点，来调节 和监视管理器，并与其他活动子系统进行通信。会话子系统也管理特 殊化的用户数据处理，如有效负栽转换、过滤、统计信息收集、策略， 以及调度。
[0056在某些实施例中，实现过程或数据库所需的软件包括高级 别过程或面向对象的语言，如C、 C++、 C#、 Java或Perl。如果需要，软件也可以以汇编语言来实现。在底盘中实现的分组处理可以包 括由上下文确定的任何处理。例如，分组处理可以涉及高级数据链路
控制(HDLC)成帧、标头压缩，和/或加密。在某些实施例中，软件 存储在存储介质或设备上，如只读存储器(ROM)、可编程只读存储 器(PROM)、电可擦除编程-只读存储器(EEPROM)、闪速存储器， 或可由一般或特殊用途处理单元读取以执行本文件中所描述的过程 的磁盘。
[00571虽然是以前面的实施例来描述和说明本发明的，但是，应 该理解，只是作为示例来说明本发明的，在不偏离仅仅由随后的权利 要求作出限制的本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明的实现 方式的细节作出许多更改。
权利要求
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所迷的网关，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. —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緩存条目。
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ii 法。
全文摘要
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。
文档编号H04W4/02GK101589589SQ200780050309
公开日2009年11月25日 申请日期2007年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者K·阿加瓦尔, R·盖赫 申请人:思达伦特网络公司