用于将用户节点归属到IMS网络中的网络节点的方法、存储介质、装置和系统

摘要

在IMS网络或其他通信系统中通过确定网络节点提供的功能的功能层级将用户节点归属到的网络节点。从所述功能层级的初始级处的功能开始，应用例如吞吐量加权距离之类的预定准则以便将给定的用户节点分配到提供该功能的特定网络节点。归属处理接着继续处理所述功能层级的一个或多个另外的级以便将给定用户节点分配到提供在功能层级的另外的级中标识的至少一个其他功能的至少一个另外的网络节点。针对一个或多个另外的用户节点重复这些操作直到每个用户节点被归属到提供其所需的所有功能的一个或多个网络节点。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及通信系统，并且更具体地，涉及在下一代网络以及其他类型的通信系统中使用的用户节点归属技术。

背景技术

已知类型的下一代网络的一个例子是IP(因特网协议)多媒体子系统(IMS)，其是由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义的针对移动和固定服务的下一代核心网络架构。例如，参见包括22.228、22.250、22.340、22.800、23.218和23.228的3GPP技术规范(TS)文档，这些文档通过援引并入在此。IMS网络使用会话发起协议(SIP)作为用于建立、修改和终止网络中的用户之间的多媒体会话的信令协议。SIP描述在例如J.Rosenberg等人的“SIP：Session InitiationProtocol”中，因特网工程任务组(IETF)RFC 3261，2002年6月，其通过援引并入在此。

处理和转发SIP消息的网元在SIP术语中称为代理服务器，而在IMS术语中称为呼叫会话控制功能(CSCF)。3GPP定义三种类型的CSCF单元：代理CSCF(P-CSCF)，其是到用户的接口；查询CSCF(I-CSCF)，其提供到不同管理域中的其他服务器的接口；以及服务CSCF(S-CSCF)，其处理注册、实施策略并且提供到应用服务器的接口。

在设计任何网络时，重要的是创建将满足网络运营商要求的拓扑。创建拓扑的一个关键步骤涉及将用户节点分配到特定的网络节点，从而向用户提供所需的功能。用户节点例如可以是其中来自若干个用户的业务被聚合的互连的点。网络节点例如可以是网络中提供用户所需的特定网络功能的实体。将用户节点分配到网络节点的处理通常在这里称为“归属(homing)”。

在传统网络设计技术中出现的一个问题是下一代架构(诸如IMS)的某些特征可能使得将用户节点归属到网络节点的处理复杂化。例如，IMS架构通常将传送、媒体、会话和应用功能划分到不同的层，这使得相比在不表现此类功能划分的网络中而言更难确定用户节点到网络节点的合适归属。然而，没有合适的自动化过程可用于在IMS网络和其他下一代网络中执行归属处理。相反，该归属处理通常被人工实现，并且因此极为耗时和易于出错。

因此，需要一种改进的方法来将用户节点归属到IMS网络和其他类型的通信系统中的网络节点。

发明内容

在本发明的一个方面中，在IMS网络或其他通信系统中，通过确定由网络节点所提供的功能的功能层级，用户节点被归属到网络节点。从功能层级的初始级处的功能开始，应用例如吞吐量加权距离之类的预定准则将给定的用户节点分配到提供该功能的特定网络节点。归属处理接着继续处理功能层级的一个或多个另外的级，以便将给定的用户节点分配到至少一个另外的网络节点，该至少一个另外的网络节点提供在功能层级的所述另外的级中所标识的至少一个其他功能。针对一个或多个另外的用户节点重复该操作，直到每个用户节点被归属到提供其所需的所有功能的一个或多个网络节点。

通过基于消息流或其他准则，以一个或多个父子关系来布置网络节点所提供的功能，从而可以确定功能层级。例如，功能层级可以包括多个父子关系，每个父子关系与网络节点的对应的功能平面相关联。作为一个更具体的例子，通过将功能分组到多个平面(例如，控制平面、媒体平面、应用平面以及支持系统平面)，并且接着单独地确定每个平面的父子关系，可以确定IMS网络情形中的功能层级。基于该方法，针对控制平面的父子关系可以包括作为父亲的P-CSCF功能，其具有作为其孩子的S-CSCF功能。针对控制平面的父子关系可以进一步包括作为父亲的S-CSCF，其具有作为其孩子的I-CSCF功能。可以以类似的方式来确定针对其他平面的父子关系，以便形成在上述的归属处理中使用的功能层级。

在本发明的另一个方面中，用户节点可以分割成多个用户节点集合，其中在每个集合的基础上执行用户节点到网络节点的分配。该技术可以用于例如确保至少指定的最小数目的网络节点被选择以便提供给定的功能。该多个用户节点集合可以基于与它们各自所需的功能相关联的总业务量来进行排名，其中具有最高总业务量的特定的用户节点集合在该多个用户节点集合中被首先分配。

示例性的实施方式有利地允许用户节点以特别有效的方式归属到网络节点，甚至在例如IMS网络的复杂架构中也是如此，由此改进系统性能。

附图说明

图1和图2图示出在本发明的实施方式中解决的、与用户节点到网络节点的归属有关的问题。

图3示出在本发明的一个实施方式中用户节点归属处理所应用到的IMS网络的例子。

图4A到图4D示出功能层级的多个部分，包括针对将IMS功能分组到相应的控制、媒体、应用和支持系统平面(system plane)而建立的父子关系。

图5图示出基于图4A到图4D的功能层级将用户节点归属到网络节点的示例性处理。

图6示出从图5的处理得到的可能的归属布置的控制平面部分。

图7和图8图示出对归属处理的修改以便适应用户节点分割。

图9是图示出示例性实施方式中的用户节点归属处理的流程图。

图10是实现图9的流程图的步骤的处理设备的框图。

具体实施方式

这里将结合用于将用户节点归属到网络节点的通信系统和相关技术的示例性实施方式来描述本发明。然而，应该理解本发明不限于结合所描述的特定的通信系统和技术来使用，相反而是更为一般化地可以应用于其中期望在用户节点归属处理中提供改进的效率的任意类型的通信系统。

现在参考图1，示出一个简单的例子，以便图示出用户节点到网络节点的归属。通信系统100的一部分包括用户节点102(也表示为用户节点1)和两个网络节点104(也表示为网络节点1和网络节点2)。用户节点102是来自若干个用户设备的业务被聚合的互连点，并且例如可以是网关通用支持节点(GGSN)、边缘路由器或分组数据服务节点(PDSN)。网络节点104是网络中的提供用户所需的网络功能的实体。在该简单的例子中，运营商有两个选择来对用户节点1进行归属。更具体地，需要功能A的用户节点1可以被归属到网络节点1或网络节点2，因为这两个网络节点都提供所需的功能。

在本上下文以及本文中的其他地方，术语“归属”应该被理解为通常表示以允许网络节点提供用户节点所需的一个或多个功能的方式将特定的用户节点分配到网络节点。

如前面所提到的，附加的复杂性将出现在下一代架构例如IMS中，其中传送、媒体、会话和应用功能被划分进不同的层。图2图示出左边上的典型无线网络和右边上的更为复杂的下一代网络之间在归属方面的差异。在该例子中，给定的用户节点202被定义为业务到网络的聚合点并且与物理位置关联，并且更具体地，包括基站控制器(BSC)。给定的网络节点204也与物理位置关联并且其实现向分配到该节点的用户提供特定服务所需的网络功能。更具体地，左边上的网络中的给定网络节点204包括移动交换中心(MSC)。在该例子中的每个网络节点204均具有用户节点202所需的所有功能，从而分配是直接明了的。通常，运营商会简单地将给定的用户节点归属到其最近的网络节点。

然而，在图2的右侧上的下一代网络中，用户节点212所需的功能分布在许多网络节点214上。这些网络节点214中的给定一个可以例如包括媒体网关(MGW)、媒体网关控制功能(MGCF)或电话应用服务器(TAS)。归属处理现在变得复杂的多，并且使用传统的方法是耗时且易出错的，尤其对于可以包含上百个节点的大型网络来说，更是如此。下面将描述的本发明的实施方式提供了避免了传统实践问题的改进的用户节点归属技术，并且特别适用于结合利用例如IMS之类的下一代架构所配置的大型网络一起使用。

在执行归属处理前，通常执行多个预备操作。首先，用户被归属到对应的用户节点。每个用户节点将具有作为其属性的物理位置，所述物理位置由纬度和经度坐标来指定。对于给定的用户节点，其他可能的属性可以例如包括用户的数目、每个功能的吞吐量、每个功能的注册用户等。其次，网络功能被映射到网络节点。该处理被称为功能映射。给定的网络节点通常将具有作为其属性的物理位置(由纬度和经度坐标来指定)以及其提供的网络功能。这些特定的预备操作不应该被视为本发明必需的，并且其他的实施方式可以以下述方式来实现，例如使用替代性操作、将一个或多个此类的操作与归属处理本身组合。

本实施方式中的归属处理如下。

1.在包括一个或多个父子关系的层级中布置所需的网络功能。通常，该层级的最低一级被认为是父功能，而较高级是子功能。应该注意到，在具有不止两级的层级中，给定的子功能本身可以是相对于其他子功能的父功能。

2.从该层级的最低一级处的功能开始，应用一个或多个预定的准则(例如，距离、吞吐量、吞吐量加权距离等)将给定的用户节点分配到提供该功能的特定网络节点。

3.前进到该层级中的下一级，再次应用一个或多个预定的准则(优选地，与在步骤2中使用的相同)，以将该给定的用户节点分配到提供对应功能的特定网络节点。

4.针对该层级中的该级或其他级处的任意剩余功能重复步骤3，直到该给定的用户节点已经被分配到提供其所需的所有功能的一个或多个网络节点。

5.对其他用户节点重复步骤2、3和4，直到所有的用户节点已经被分配到提供它们所需的功能的网络节点。

在某些实现中，可能有益的是将功能分割成这里还称为“平面(plane)”的组群中，其中该层级包括针对多个平面中的每一个所确定的一个或多个单独的父子关系。对于这样的实现，针对包括用户节点所需的功能的每个平面，针对给定用户节点，重复步骤2、3和4。

现在将参考在图3中示出的示例性IMS网络300来描述上面概述的归属处理的一个具体实现。IMS网络300示例性地包括四个用户节点302，其需要归属到提供用户节点所需的各种功能的一个或多个网络节点304。与网络节点304的各自名称关联的数字可以被视为指示对应的网络位置，并且未明确示出的附加的多组类似的网络节点可以与其他位置关联。

根据示例性归属处理的步骤1，所需的功能被布置进包括一个或多个父子关系的功能层级。对于该特定的例子，通过将不同的IMS功能分割进下面的四个平面，显著促进了归属处理：

控制平面：P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF、中断网关控制功能(BGCF)、MGCF、多媒体资源功能控制器(MRFC)

媒体平面：MGW、多媒体资源功能处理器(MRFP)

应用平面：应用服务器(AS)

支持系统平面：归属订户服务器(HSS)、域名服务(DNS)

应该理解，该IMS网络节点功能到各平面的具体分组仅是作为示例性的例子给出的，并且在替代的实施方式中可以使用其他的分组。

另外，应该注意到图3的IMS网络300包括不包括在上述分组中的一个或多个功能，例如呼叫控制功能(CCF)。

用于确定该实施方式中的功能层级中的针对给定平面的父子关系的准则是该平面的各种功能之间的消息流程。在其他的实施方式中，作为消息流程准则的替代或与消息流程准则组合，可以使用一个或多个可选的准则。

现在将描述针对上面标识的四个平面中的每一个确定功能层级中的父子关系的具体方式。分别在图4A到图4D中图示出功能层级中的针对这四个平面的父子关系。

控制平面

控制平面包括P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF、MRFC、BGCF和MGCF功能。所有的控制业务都经历P-CSCF功能，并且因此将该功能作为该功能层级中的控制平面部分的最低一级的父功能。

另外，P-CSCF总是将消息转发到S-CSCF，从而将S-CSCF作为P-CSCF的孩子。

I-CSCF由P-CSCF或S-CSCF进行询问，但是因为S-CSCF比P-CSCF更为频繁地询问I-CSCF，因此将I-CSCF作为S-CSCF的孩子。

类似地，因为MRFC和BGCF都与S-CSCF广泛地通信，因此将MRFC和BGCF作为S-CSCF的孩子。出于类似的原因，BGCF接着成为MGCF的父亲。在图4A中示出得到的针对控制平面的父子关系。

媒体平面

媒体平面包括MRFP和MGW功能。因为用户节点与这些功能都直接通信，所以如图4B中所示，它们中的每一个均成为没有孩子的单独的父功能。

应用平面

应用平面包括AS功能。将AS作为父S-CSCF的孩子，因为所有的用户通信必须流经S-CSCF以达到AS。得到的父子关系在图4C中示出。

支持系统

支持系统平面包括HSS和DNS功能。因为这些功能之间的广泛通信，将HSS作为父S-CSCF的孩子。出于类似的原因，将DNS作为S-CSCF的孩子。图4D示出得出的父子关系。

图5图示出基于图4A到图4D示出的功能层级的、针对特定的用户节点(即，图3中的网络300的用户节点1)的归属处理的步骤2、3和4。在该实施方式中用于选择网络节点的准则是吞吐量加权距离。吞吐量加权距离等于从用户节点到所述的网络节点的距离乘以到所需的功能的业务。这是一种合适的准则，因为性能通常取决于距离和业务负载的成本。另外，功能离的越远，运营商能够控制它们的可能越小。再次，在其他的实施方式中可以使用替代性的准则。提供给定功能例如P-CSCF的网络节点在下面可以称为P-CSCF节点，以便简化表示。然而，应该理解一个给定的网络节点可以提供多个功能。另外，如先前所指出，给定网络节点具有其物理位置，这可以作为它的属性。因此，与一个公共物理位置关联的多个功能可以由相同的网络节点来提供。将假设在该特定的例子中，存在至少六个不同的网络节点的位置，尽管可以使用更高或更少数目的位置。

步骤2从P-CSCF开始，其是该功能层级中的控制平面的最低一级。计算用户节点1和提供P-CSCF功能的每个可能的网络节点(即P-CSCF节点)之间的吞吐量加权距离，并且选择产生最小吞吐量加权距离的网络节点。在这种情形下，到各P-CSCF节点中的给定一个的吞吐量加权距离将是从用户节点1到该P-CSCF节点的距离乘以由用户节点对P-CSCF产生的总业务量。

参考图5的分配(1)，选择在位置1处的网络节点以向用户节点1提供P-CSCF功能。

处理接着移动到步骤3以选择提供S-CSCF的网络节点，其是功能层级的控制平面中的下一级。计算用户节点1和提供S-CSCF功能的每个可能的网络节点(即，S-CSCF节点)之间的吞吐量加权距离，并且选择产生最小吞吐量加权距离的网络节点。在这种情形下，到各S-CSCF节点中的给定一个的吞吐量加权距离将是从用户节点1到该S-CSCF节点的距离乘以由用户节点对S-CSCF产生的总业务量。

参考图5的分配(2)，选择在位置2处的S-CSCF节点以向用户节点1提供S-CSCF功能。

该处理继续前进到步骤4，其涉及针对该层级中的任何剩余功能重复步骤3，直到用户节点1已经被分配到提供其所需的所有功能的一个或多个网络节点。结果是，再次参考图5的示图，用户节点1被分配到位置3处的I-CSCF节点(如在(3)处所指示)，位置4处的MRFC节点(如在(4)处所指示)，位置4处的BGCF节点(如在(5)处所指示)，位置5处的MGCF节点(如在(6)处所指示)，位置2处的AS节点(如在(7)处所指示)，位置6处的HSS节点(如在(8)处所指示)，以及位置6处的DNS节点(如在(9)处所指示)。

接着针对其他的用户节点重复该处理，直到所有的用户节点被归属到所需的功能。在图6中示出针对图3网络的所有四个用户节点的一种可能分配。为了清楚起见，仅示出控制平面的P-CSCF、S-CSCF和I-CSCF功能。

在图6的例子中，可以用于提供给定功能的网络节点位置的数目不是预先确定的。因此，在该例子中，仅单个的P-CSCF节点，即，在位置1处的P-CSCF节点被选择。然而，可能运营商想使用两个不同的P-CSCF节点来向给定的用户节点集合提供该功能。这可以通过使用这里称为用户节点分割的技术来实现，如现在将结合图7和图8来描述的那样。

通常，在应用类似于那些上述的归属处理的步骤之前，用户节点被分割成集合。例如，在具有四个用户节点的网络300中，用户节点将必须划分成两个组以确保两个不同的P-CSCF节点被选择。图7图示出将用户节点分成两组的可能分割，尽管可以应用各种其他的分割技术，正如本领域技术人员所理解的那样。从用户节点分割得到的组在这里也可以称为集合或分段。用户节点分割的处理在这里也称为用户节点集合构建。

一旦分割了用户节点，将应用基本上相同的归属处理，但不是在用户节点的基础上执行，而是在用户节点分段的基础上执行并具有下面所描述的附加修改。

假设用户节点1和用户节点2在一个分段中，并且用户节点3和用户节点4在另一个分段中，如图7中所示。修改的归属处理中，每个分段中的所有节点被看成是一个。进一步，各分段被排名并且接着被单独地处理以便确保期望数目的P-CSCF节点。作为示例，可以针对每个分段计算总业务负载，并且该处理可以从具有最高业务负载的分段(即“最重的”分段)来开始。假设在本例子中，分段2重于分段1，归属处理从分段2开始并且选择产生最小总吞吐量加权距离的P-CSCF节点。一旦该P-CSCF节点被选择，其将从可能的P-CSCF节点的列表中删除。这将保证分段1和分段2不会被分配相同的P-CSCF节点。该处理将持续直到所有的分段都被归属。在图8中示出针对P-CSCF、S-CSCF和I-CSCF功能的一个可能结果。

可以看出，两个P-CSCF位置被选择，但仅一个S-CSCF被选择。如果用户想到更大数目的S-CSCF，则将针对每个孩子重复相同的过程。

图9的流程图图示出带有用户节点分割的示例性归属处理。在该示图中，用户节点分段称为集合。步骤900的输入包括N个用户节点集合ENn，m个候选网络节点(在该例子中也称为IMS节点)，以及在集合构建阶段所计算的针对功能{F}的业务。步骤900计算每个集合的总{F}业务，并且按照总{F}业务从最高到最低的顺序来对各集合进行排名。步骤902标识最高排名的剩余集合，表示为ENi，并且处理接着移动到步骤904。步骤904接收作为输入的用户节点和IMS节点位置，并且对于没有分配集合的每个剩余IMS节点，计算集合ENi中的各用户节点到该IMS节点的吞吐量加权距离的和。步骤906接着将来自功能层级的父功能分配给具有最小吞吐量加权距离的IMS节点，并且从进一步考虑中移除集合ENi和IMS节点。步骤908确定是否存在任何剩余的用户节点集合需要处理。如果有，则处理返回到步骤902以便处理下一集合，否则如指示的那样结束。类似于图9处理的那些步骤可以应用于在有关的功能层级中的每个其他功能，直到剩余的用户节点被归属到提供所需功能的网络节点。

这里所述的给定用户节点归属处理可以实现在计算机或其他包含处理器和存储器的处理设备中。例如，这里所描述的类型的归属处理可以以网络设计工具、或存储在处理设备的存储器中并且由该处理设备的处理器来执行的其他类型的软件程序来具体体现。

图10示出了适用于实现图9的归属处理的步骤的此类处理设备1000的一种可能实现。处理设备1000包括耦合到存储器1004的处理器1002。处理器1002可以包括例如微处理器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、或其他类型的处理单元、以及多个此类单元的组合。存储器1004可以例如包括随机存取存储器、只读存储器、光的或磁的存储设备，或其他类型的存储单元、以及它们的任意组合。存储器可以视为这里更为普遍地称为机器可读存储介质的例子。除了用于实现归属处理的指令或其他程序代码，存储器还可以用于存储在归属处理中使用的信息，例如，上述类型的一个或多个功能层级。

也耦合到处理器1002的是用户接口1006和网络接口1008。用户接口1006可以包括例如显示器所提供的图形用户接口，该显示器与例如键盘和鼠标之类的数据录入元件组合操作。网络接口1008可以将设备1000对接到例如网络或其他系统元件，以便获得输入，例如施加到图9实施方式中的步骤900和904的那些输入。处理设备1000可以进一步包括未在附图中明确示出但通常包括在此类设备的传统实现中的其他元件。

图10中示出类型的处理设备可以实现在给定通信系统内，例如，作为系统的一个或多个运营商终端，或作为在设计或以其他方式配置系统中使用的分离的单机设备。

上述的示例性实施方式有利地允许用户节点以特别有效的方式归属到网络节点，即使在例如IMS网络的复杂架构中，也是如此，由此提升系统性能。尽管对于IMS网络特别有用，但是这里所描述的技术可以应用到使用多种不同通信功能和协议中的任意通信功能和协议的各种其他类型的通信系统。

应该再次强调，上述实施方式仅旨在进行示例说明。例如，具体的用户节点归属技术以及用于将网络节点功能布置到层级中和选择特定的网络节点以分配到具体用户节点的关联准则，可以进行变化以便适应给定实现的要求。同样，在替代性实施方式中，具体的网络和处理设备配置、以及用户节点和网络节点功能，可以进行变化。对于本领域技术人员，在所附权利要求的范围内的这些和众多的其他替代性实施方式是显然的。