一种分布式通信网络、设备及通信网络分离方法

摘要

本发明公开了一种分布式通信网络、设备及通信网络分离方法，主要应用于移动通信领域，本发明公开的通信网络分离方法，包括以下步骤：接收并判断用户的业务请求；根据业务请求的内容将业务请求转发给业务分发网或分布式业务网。本发明公开的分布式通信网络、设备及通信网络分离方法，根据增值业务和传统通信业务的不同，设计了将增值业务和通信业务分离的分布式网络组网方式，使增值业务和传统通信业务得到更好的融合，提高了业务服务的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式通信网络架构，特别涉及一种分布式通信网络、设备及通信网络分离方法。

背景技术

随着移动通信技术的进步、移动通信网络的广泛使用以及移动通信用户数量的迅猛增长，移动通信网络除了提供通信服务，也为终端用户提供越来越多的多样化数据业务。随着业务规模的飞速发展，数据业务内容越来越丰富，用户量逐渐增大，对网络带宽和业务平台负载的压力也在逐渐增加。在传统的C/S(Client/Server，客户机/服务器)组网模式下，业务服务器以及网络带宽性能已经成为业务继续发展的瓶颈，而一味增加服务器数量、简单增加带宽已经很难满足飞速增长的业务需求，同时也带来了巨大的成本消耗。如何在现有网络条件下，提供高质量的业务服务，已经成了未来移动网络发展亟待解决的问题。

现在的移动核心网主要承载了两类业务，其一是传统通信业务，还有面向内容的增值业务。图1以GPRS网为例表明了现网架构图，可以看出现有的移动网是一个多种业务混合、集中管理的网络。移动网在设计之初就是为了满足移动通信的需求，核心网主要完成信令消息的路由控制、码号管理、路由控制、寻址、地址管理、数据管理、资源控制、计费、安全管理、业务发现和业务触发等任务；而随着互联网和移动终端设备的发展，越来越多的增值业务在原有的移动网络下发展起来，然而对于增值性服务，核心网需要完成内容提供、转发、数据路由、流量控制、流量测量、QoS服务以及计费、安全等任务。对于通信业务核心网主要通过信令来完成功能，而对于面向内容的增值业务核心网则需要完成类似于现在互联网的功能。

为了解决多种业务融合问题，3GPP制定了IP多媒体子系统(IPMultimedia Subsystem，IMS)，是3G网络核心技术标准，已被纳入下一代网络(NGN)的核心标准框架，是一种实现固网与移动网络融合的基础技术。IMS分为三层架构，如图2所示。

最下层为接入层，用户可以通过GPRS、UMTS、WMN/WLAN和CDMA、DSL接入业务网，这些网络统称为IP-CAN。无论具体采用哪一种接入方式，只要基于IP技术，所有的IMS用户信令就可以很好地传送到信令控制层。中间层为信令控制层，由网络控制服务器组成，负责管理呼叫或会话设置、修改和释放，所有IP多媒体业务的信令控制都在这一层完成。这一层布置了诸如CSCF、HSS(Home Subscriber Server，归属用户服务器)、MGCF等不同网元，协同完成信令层面的处理功能。最上面一层是服务层，下面的接入层和信令控制层提供了一个集成的网络平台，以允许内容服务商在服务层中提供各种多媒体服务。服务全部由应用服务器运行，应用服务器不仅负责承载和执行服务，而且还要使用SIP协议提供针对控制层的接口。

固网中为解决用户访问质量和骨干网带宽问题，广泛使用了内容分发网络(Content Distribution Network，CDN)。CDN的基本工作原理就是广泛采用各种缓存服务器，将这些缓存服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络中。在用户访问网站时，利用全球负载均衡技术(Global Server Load Balance，GSLB)，将用户的访问指向到离用户距离最近的工作正常的缓存服务器上，由缓存服务器直接响应用户的请求。如果缓存服务器中没有用户要访问的内容，它会根据配置自动到原服务器去抓取相应的页面并提供给用户。因此一旦CDN系统正常运行后，内容的分布，用户访问的定位全部是自动的。

2.5G核心网架构最初的设计是针对移动通信业务的网络，并没有考虑到未来数据业务的发展需求。随着移动通信网络技术的发展，为3G技术提供了更好的网络环境，3GPP为了推动下载、流媒体等多媒体业务在3G下更好的应用，设计了IMS技术作为3G的一个核心标准，但IMS的设计之初就忽略了多媒体增值业务带来的网络带宽和用户体验问题。无论对于2.5或者3G网络架构，设计思想都将通信业务和增值业务网络放在统一架构下，没有合理的设计出针对两种业务特性定制的分离核心网架构。

对于增值业务依然基于传统的C/S模式，随着访问用户的大量增长，服务器端带宽会被快速占用，而业务服务器也无法满足巨量用户的频繁访问，带宽、服务器I/O都会成为业务服务的瓶颈。而如果简单的增加带宽以及增加服务器数量，必然会造成网络结构的复杂化，这和下一代网络的设计初衷是背道而驰的，同时也会极大的增加成本。如果网络架构忽略对多业务融合问题的解决，会造成网络架构复杂，网元、接口众多，导致交互流程复杂，维护烦琐，业务的开发也受限于网络，无法快速进行业务开发和部署。另外，集中式的网元设计容易出现单点瓶颈和单点故障，资源没有得到合理充分利用，逻辑和信息不能共享。

固网中CDN网络解决了上述的服务质量问题，然而由于它基于固网的网络架构，并不能满足移动网络的特性，如移动终端的异构性、移动性都是传统CDN无法解决的问题，固网CDN也只支持传统内容下载的数据类增值业务，传统通信业务无法使用固网CDN中业务加速的特性；并且CDN只是针对互联网的架构设计，没有针对移动通信核心网和接入网架构单独考虑，CDN中内容分发和用户引导技术也没有结合移动网及用户定位的特殊技术。

发明内容

本发明的目的是公开一种分布式通信网络、设备及通信网络分离方法，以解决增值业务和传统业务更好融合的问题。

为了实现以上目的，本发明公开了一种通信网络分离方法，包括以下步骤：接收并检测用户的业务请求；根据业务请求的内容将业务请求转发给业务分发网或分布式业务网。

上述技术方案中，根据业务请求的内容将业务请求转发给业务分发网或分布式业务网包括：如果业务请求为增值业务，将业务请求转发到业务分发网；如果业务请求为通信业务，将业务请求转发到分布式业务网。

上述技术方案中，增值业务包括数据类增值业务，具体为：以网页浏览、文件下载、流媒体播放为业务特征，以C/S或B/S为获取方式的内容获取类业务。

上述技术方案中，通信业务包括话音和/或话音增值类业务，具体为：基本语音及视频通信类业务、即时消息类业务、多媒体会议。

本发明公开了一种分布式通信网络，包括接入层、网络层和应用层：接入层，用于使用户接入分布式通信网络，通过判断用户的业务请求，将业务请求转发给网络层；网络层，根据业务不同分为业务分发网和分布式业务网，业务分发网承担增值业务，分布式业务网承担通信业务；应用层，用于根据用户的业务请求，向用户提供业务服务。

上述技术方案中，业务分发网包括核心节点层、骨干节点层和边缘节点层：核心节点层，用于通过从骨干节点层收集设备信息，制定内容、用户引导策略，完成对整个业务分发网的控制；骨干节点层，用于对区域内的内容和缓存节点的控制，完成与核心节点层的交互，为核心节点层提供区域内的缓存节点信息，从核心节点层获得内容、用户引导策略，实现对缓存节点的控制；边缘节点层，用于部署缓存节点，缓存核心节点层和骨干节点层的服务内容，为用户提供服务。

上述技术方案中，核心节点层包括内容核心节点，内容核心节点包括全网业务、门户网站、全网内容提供商提供的内容，内容核心节点的全网业务、门户网站、全网内容提供商提供的内容通过全网业务管理系统进行管理。

上述技术方案中，分布式业务网为基于P2P-SIP的通信网络，包括核心服务器，每个核心服务器都是P2P节点，核心服务器之间通过P2P机制互联。

上述技术方案中，分布式业务包括DHT表，DHT表保存在各个P2P节点中，用于存储用户路由信息。

上述技术方案中，P2P节点的地理分布根据P2P机制的不同包括：扁平、环形、矩阵和/或网状。

本发明公开了一种分布式通信设备，应用于上述分布式通信网络，包括网关支持节点：网关支持节点，用于根据用户业务请求的内容将用户业务请求转发给业务分发网或分布式业务网。

上述技术方案中，网关支持节点包括：业务区分模块，用于将用户业务请求区分为增值业务请求和通信业务请求；业务分发模块，用于将增值业务的用户和通信业务的用户分别接入业务分发网和分布式业务网接受业务服务。

本发明公开的分布式通信网络、设备及通信网络分离方法，根据增值业务和传统通信业务的不同，设计了将增值业务和通信业务分离的组网方式，使增值业务和传统通信业务得到更好的融合，提高了业务服务的质量。

附图说明

图1是本发明现有技术中GPRS网络架构图；

图2是本发明现有技术中IMS网络架构图；

图3是本发明实施例二分布式通信网络架构图；

图4是本发明实施例三SDN网络架构图；

图5是本发明实施例三SDN中流媒体业务请求的流程图；

图6是本发明实施例四DSN网络架构图；

图7是本发明实施例四DSN中VoIP业务请求的流程图；

图8是本发明实施例五分布式通信设备网关支持节点的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本发明基于移动网络特性，考虑增值业务和传统通信业务的本质不同，设计了将增值业务和通信业务分离的分发网络组网方式。

针对现有技术中存在的问题，本发明设计了将增值业务和通信业务分离的分发网络架构，该网络架构由两部分组成，分别是业务分发网(Service Delivery Network，SDN)和分布式业务网(DistributeService Network，DSN)。

其中，对于网页浏览、下载及流媒体等业务使用SDN网络，SDN网络架构参考了CDN的设计架构，能够为用户提供优质的增值业务服务。

而对于VoIP、多媒体会议及IM等端到端的通信业务设计了DSN网络，DSN设计了分布式、扁平化的网络架构，在屏蔽底层网络差异的同时为上层提供了开放的同一的接口，提供了快速的业务开发能力，DSN将P2P技术和网络资源保证技术相结合，使运营商可能对资源和业务实施有效的控制。

如图3所示，本发明实施例一公开了一种分布式通信网络，该通信网络分为接入层、网络层和应用层3层网络架构：

接入层，用于通信终端设备的接入，包括网关支持节点。用户可以使用2.5G、2.75G或者3G通过网关支持节点接入，该网关支持节点在2.5G中具体为GGSN(Gate GPRS Support Node，GPRS网关支持节点)。用户接入后，网关支持节点可以判断用户的业务请求，根据业务请求的内容转发给SDN或DSN为用户提供服务。

网络层，根据业务的不同分为SDN和DSN，SDN主要承载如网页浏览、文件下载及流媒体播放等增值业务，DSN主要承载语音通信、VoIP、IM及多媒体会议等端到端的通信业务。

应用层，用于根据用户的业务请求，利用接入层和网络层提供的网络平台为用户提供各种多媒体业务服务，其中，内容服务商SP和内容提供商CP的业务平台在应用层向用户提供服务和/或内容。

可以预见移动网络发展的未来是固网、移动网融合，通信业务、多业务融合的下一代网络，对于诸如VoIP、IM及电话会议等通信业务，其本质是传统电信网的端到端业务，而对于网页浏览、下载及流媒体等增值业务，本质则是互联网的C/S业务，对这两类业务如果简单整合在同一个网络架构下，会造成网络结构过于复杂，而各网元功能也会过于繁杂，必然造成难以管理和维护，也会妨碍提升服务质量。对于这些问题本发明设置了增值业务和通信业务分离的分发网络架构，设置SDN网络承担增值业务，SDN使用多级分发网络与P2P网结合的网络架构，可以为用户提供高质量的内容服务。并设置了DSN网络承载通信业务，DSN使用P2P技术，保证了对资源、业务的有效控制，也保证了网络的稳定。

本发明实施例一根据增值业务和通信业务的不同，设计了分离的通信网络，更好的满足未来网络发展的需求，分离的架构可以更好的实现业务的拓展，方便对不同业务的管理、计费，同时也使网络的各部分功能清晰明确，简单易于维护；其中，SDN本质是多级的分发网络，与现有技术中的CDN相似，核心技术是引导算法和内容分发算法，DSN是基于P2P-SIP的通信网络，其是一种扁平化的通信网络，其核心技术是信令P2P算法，本发明的SDN和DSN分离的组网设计，更易于两种算法的实施，提高了算法效率。

如图4所示，本发明实施例二公开了SDN网络，用于承载增值业务，包括3级架构：

一级平台为核心节点层，该层首先包括内容核心节点，内容核心节点包括两部分：其一，包括应用于SDN的全网业务平台及门户网站，其二，包括全网CP提供的内容，两部分都通过全网业务管理系统管理，全网业务管理系统用于开放鉴权、计费触发、流服务控制接口，完成与全网业务平台的互通，由全网业务平台完成用户鉴权、计费和流服务控制；其次，该层还完成核心控制功能，通过从骨干节点层收集设备信息，制定内容、用户引导策略，完成对整个SDN的控制。

二级平台为骨干节点层，省、大区节点都部署在该层，该层节点具有核心节点全部或者部分功能，主要负责对该区域内的内容和缓存节点的控制，并完成与核心节点层的交互，为核心节点层提供该区域内缓存节点的信息，并从核心节点层获得内容及用户引导策略来实现对缓存节点的控制。

边缘节点层，缓存节点部署在该层，在缓存节点上设置有缓存服务器，主要用来缓存核心节点层和骨干节点层的服务内容，为通信终端提供服务，该层使用了P2P技术，可以在缓存的基础上有效减轻核心节点的负担，用户通过直接接入该层，访问SDN，获得业务服务。

现以SDN承载的增值业务中的流媒体播放为例，介绍SDN中增值业务的实现流程，具体如图5所示：

步骤S102，用户向核心节点发出访问业务请求，该业务请求包括WAP网页浏览、文件下载、流媒体播放等应用；

步骤S104，核心节点通过得到的地理位置信息，根据网络带宽、缓存服务器负载和平台重定向策略选择最优的缓存服务器，最优缓存服务器的计算需要使用重定向技术，可以选择CDN网络中的重定向策略，也可以选择更适合移动网络特性的重定向策略；

步骤S106，核心节点将计算得到的最优缓存服务器的URL或IP地址转发给用户；

步骤S108，用户根据得到的最优缓存服务器的URL或IP地址访问缓存节点，请求业务服务，如果业务服务的内容在边缘节点中存在，则立即向用户提供业务服务；

步骤S110，如果业务服务的内容不在边缘节点中，则向骨干节点获取内容；

步骤S112，如果骨干节点也没有该业务服务的内容，则向核心节点获取内容；

步骤S114，业务服务的内容在核心节点被获取后，由核心节点向骨干节点和边缘节点下发；

步骤S116，缓存节点根据用户的业务请求向用户提供业务服务。

本发明的SDN网络参考了CDN的设计，将内容存储分布到网络边缘，即缓存服务器(Cache Server)中，通过网络的动态流量分配控制器和全局负载均衡器，将用户请求自动指向到健康可用并且距离用户最近的缓存服务器上，以提高用户访问的响应速度和服务的可用性，从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因而造成的应用服务质量问题。由于内容分布网络可以有效地提高网络资源的利用效率，在提高核心网带宽利用率的同时提高用户的访问速度，增加应用的服务可用性和抵抗黑客攻击的能力。

本发明实施例二公开了基于CDN的SDN，结合了CDN和P2P技术的优点，能为用户提供更加优质的增值业务。

如图6所示，本发明实施例三公开了基于P2P-SIP的DSN，用于承载端到端的通信业务。P2P(peer to peer，点对点)技术是现有互联网架构中发展非常迅猛的一项技术，它突破了传统客户机和服务器分离的概念，不再对客户机和服务器进行区分，处于P2P节点的每个客户机都是服务器，每两个客户机之间都可以直接进行交互。

现有DSN是2008年1月，ITU-T SG13通过新的Question Q.G：NewQuestion on Distributed Services Networking(DSN)，其定位于NGN的演进。

本发明设计的通信业务分发网络(DSN)基于P2P-SIP技术的网络。P2P-SIP最初是VoIP为了解决单点失效和性能瓶颈问题设计的方案，它将P2P和SIP技术的结合，利用P2P的灵活性和负载均衡的特点改造原有基于SIP的集中式呼叫控制实现架构，P2P-SIP的实现是以P2P网络来承载SIP消息的传输，只需要把SIP消息封装在已有P2P系统的消息里传送，满足和已有SIP系统兼容性。IETF的P2P-SIP工作组定义了P2P-SIP节点如何共同的在SIP环境下提供一种无中心控制的用户和资源定位。此外还支持P2P-SIP节点能够在非SIP的环境下工作，为上层的应用提供无中心控制的资源和用户定位。

在这种背景下本发明结合P2P-SIP技术的DSN(Distributed ServiceNetwork)的架构被提出，可以使运营商不仅简单的支持传统的电信业务和未来的新业务，还使得运营商可以充分采用P2P分布技术的特点，快速高效的部署开展新业务。

本发明基于P2P-SIP通过P2P技术和分布式计算技术，通过一组均质化的节点来实现用户数据管理和会话控制，并结合电信网络可运营、可管理的框架，实现电信业务核心网的功能。

本发明通过引入P2P等分布式技术创新整个NGN，本发明的DSN体系架构可以帮助运营商充分利用Internet的技术，从而可以提供更加丰富的业务，更好的为用户提供服务。DSN体系架构可以降低运营成本，提供高效低成本的有质量保证的VoIP业务系统。在P2P技术的基础下，该VoIP系统可实现传统语音业务的功能，并能保证清晰的语音质量、良好的NAT穿透能力、以及用户间通信的高保密性。

本发明的DSN，整个网络是一个扁平的结构，在DSN中，每一个核心服务器都是P2P节点，核心服务器之间通过P2P机制互联，彼此分担负载。用户连接到任意P2P节点，都可以有效的获得服务。本发明的DSN，还包括DHT表，所述DHT表存储用户路由信息，保存在各个P2P节点中，用户的基本信息通过P2P在全网中保存，部分节点下线或出现故障不会影响到整个DSN网络的正常运行；而要扩大DSN的容量，加入新的P2P节点就可以了。P2P节点在地理上散布各处，逻辑上根据选用的P2P机制的不同可以是环形的(Chord协议)、矩阵的(CAN协议)、网状的(Pastry协议和Tapestry协议)。

DSN承载了端到端的通信业务，端到端的通信业务为两个或多个通信终端间的业务，首先需要某一用户发起呼叫，构造SIP标准的INVITE请求，发给与该用户连接的服务器，然后等待应答，图7显示了端到端的通信业务中的VoIP的实现流程：

步骤S202，主叫用户希望与被叫用户建立通话，向本地网元发起INVITE呼叫请求；

步骤S204，本地网元处理INVITE请求，从INVITE消息头中取出被叫用户的MSISDN(Mobile Station ISDN，移动用户ISDN码)，通过哈希算法得到被叫用户的路由信息；

步骤S206，本地网元根据用户的路由信息，通过P2P网络将INVITE呼叫请求转发给被叫网元；

步骤S208，被叫用户接收到INVITE呼叫请求；

步骤S210，被叫用户接受主叫用户的呼叫请求，返回应答。

步骤S212，主叫用户收到应答，建立与被叫用户的端到端呼叫，以后用户间端到端的通信不会经过P2P网络。

本发明实施例四公开了基于P2P-SIP的DSN，每个核心服务器都是P2P节点，保证了网络的可拓展性，分担了单一服务器的负担。

本发明实施例四公开了支持实施例一分布式通信网络的分布式通信设备，如图8所示，包括网关支持节点1，网关支持节点1对通信网中的分组数据包进行协议转换，将分组数据包传送到数据网，并用于根据用户业务请求的内容将用户业务请求转发给业务分发网或分布式业务网。

网关支持节点1包括业务区分模块2，用于将用户业务请求区分为增值业务请求和通信业务请求；业务分发模块3，用于将增值业务的用户和通信业务的用户分别接入业务分发网和分布式业务网接受业务服务。

网关支持节点的业务区分模块2，用于区分增值业务和通信业务，业务区分模块2可以根据IP地址，和/或业务的通信协议，区分出用户请求的类型，以判断出需由何种网络来完成业务。例如说对于HTTP、FTP或者H.264协议的业务请求，业务区分模块2可区分出其为增值业务，该业务请求会送到SDN进行业务处理；对于SIP协议的业务请求，业务区分模块2可区分出其为通信业务，该业务请求会送到DSN进行业务处理。

业务区分模块2也可以通过配置IP地址区分列表来判断业务请求的地址类型，以确定该业务请求该用何种网络来完成。

业务分发模块3将增值业务的用户和通信业务的用户分别接入业务分发网和分布式业务网接受业务服务。

本发明实施例四公开的分布式通信设备，支持将SDN和DSN分离的分布式通信网络，只需对原有设备进行简单的软件配置，即可升级到新的分布式通信网络。

本发明实施例五公开了一种通信网络分离方法，通信网络分为接入层、网络层和应用层3层架构，将网络层根据业务的不同分为业务分发网(Service Delivery Network，SDN)和分布式业务网(Distribute ServiceNetwork，DSN)，SDN主要承载以网页浏览、文件下载、流媒体播放为业务特征，以C/S或B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)为获取方式的内容获取类业务，DSN承载基本语音及视频通信类业务、即时消息类业务、多媒体会议等业务。

本通信网络分离方法包括以下步骤：

步骤一：接收并判断用户的业务请求，用户的业务请求分为增值业务和通信业务两种；

在接收到用户的业务请求后，可以根据业务请求的IP地址，和/或业务的通信协议，区分出用户请求的类型，以判断出需由何种网络来完成业务。例如说对于HTTP、FTP或者H.264协议的业务请求，可区分出其为增值业务，该业务请求会送到SDN进行业务处理；对于SIP协议的业务请求，可区分出其为通信业务，该业务请求会送到DSN进行业务处理。

在接收到用户的业务请求后，也可以通过配置IP地址区分列表来判断业务请求的地址类型，以确定该业务请求该用何种网络来完成。

步骤二：根据所述业务请求的内容将所述业务请求转发给业务分发网或分布式业务网。

根据业务请求的内容将所述业务请求转发给业务分发网或分布式业务网，如果所述业务请求为增值业务，将所述业务请求转发到业务分发网(SDN)；如果所述业务请求为通信业务，将所述业务请求转发到分布式业务网(DSN)。

本发明公开的分布式通信网络、设备及通信网络分离方法，根据增值业务和传统通信业务的不同，设计了将增值业务和通信业务分离的组网方式，使增值业务和传统通信业务得到更好的融合，提高了业务服务的质量。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。