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上海大学硕士学位论文 摘要 在信息技术飞速发展的大背景下,为提升电信网络运营效益和用户通信 体验,电信运营商正在努力地从电信业务提供商向综合信息服务提供商转型。 由此,电信行业出现了一个新的角色一一第三方业务开发商,通过他们和 运营商的分工合作,大大缩短了业务开发周期,并且获得双赢的效果,这不仅 吸引了越来越多的业务开发者的加入,而且推动了学者们对业务提供模式的 研究,以推进业务融合的实现。随着下一代网络的逐渐成熟,下一代网络业务 提供模式正不断上升为主导地位,其中,第三方应用提供模式凭借抽象的 业务开放技术受到业界的青眯,尤其是p a r l a yx 的应用程序接口( a p i ) 已成为主流的、被业界公认的开放业务接口。本课题旨在为第三方业务的开发、 p a r l a yx 网关能力的完善以及分布式业务平台的负载控制提供可靠的理论依据 和实践经验。 论文的第一章是对课题来源、技术背景、研究内容及意义、技术难点和 文章结构作一个整体介绍。紧接着的两章是对技术背景的展开描述。作者首先 按照电信网业务提供模式演进的顺序,分别研究了三个发展阶段中各种业务 提供模式的特点和发展趋势,以突出基于a p i 的第三方应用提供模式的优势。 之后,作者分析了业务层融合对发展第三方电信增值业务的意义,介绍了当前 采用综合智能网的实施方案及其缺点,还比较了p a r l a ya p i 与p a r l a yxa p i 的 不同,由此引出本课题的研究对象基于p a r l a yxa p i 的业务层融合方案。 在第四章中,作者通过参与具体业务( 即“企业综合通信 业务) 的开发, 探究了系统的网络架构,包括主要设备和核心协议,特别是以多媒体会议业务 为例,具体研究应用服务器和p a r l a yx 网关在软件上的设计方案、主要的业务 执行流程和p a r l a yxa p i 到s i p 信令的映射方案。随后,第五章和第六章是对 p a r l a yx 网关的深入研究,即本文的重点。第五章在简要介绍p a r l a yx 业务 接口的基础上,分别针对a p i 的安全访问和能力局限这两大问题进行了探讨: 其一,作者提出引入u d d i 注册中心机制,通过协议分析和软件开发来研究并 验证a p i 发布、查询和绑定机制的可行性;其二,作者分析了采用传统方案 v 上海大学硕士学位论文 实现多媒体会议业务中交互式语音应答( r ) 功能和数字会议应用而存在的 问题并提出了改进方案,前者是通过对p a r l a yx 网关的多媒体会议接口扩展 p l a y m e d i a 操作来解决的,后者是通过改造媒体服务器并开发p a r l a yxa p i 到 t 1 2 0 协议的映射来实现的。第六章是本文的重中之重,它是从负载性能的角度 出发,研究适合于p a r l a yx 网关的负载控制框架以及过载控制和负载均衡算法 的实现。其间,作者提出了引入前端机来分离负载控制和业务接口逻辑的思想, 以减少p a r l a yx 网关的负担并实现集中控制;在算法上,由于p a r l a yx 网关对 不同的s c f 请求采用了优先级服务策略,传统的基于平均响应时间的过载控制 算法将不再适用,而且,对同一s c f 不同操作的请求之间具有相关性,所以 同一s c f 的后续请求的优先级应该较高且采用与第一条请求相同的调度策略, 针对上述特点,作者提出基于会话的负载调度策略和基于c p u 占用率的 负载控制策略前者是通过临时保存第一条请求的调度策略以供后续查询来 实现的,后者是通过主算法和速率分配算法的配合来实现令牌桶速率控制算法 以达到过载或欠载控制,以及通过主算法和负反馈均衡算法的配合来实现加权 循环调度以达到均衡控制;特别地,作者通过仿真和公式推导对负反馈公式中 的各个参数进行了仔细分析,为数值选取提供了理论依据:在该章末尾,作者 使用v c 和m a t l a b 工具对三个算法进行仿真,结果证明了:通过这三个算法的 组合,可以有效且公平地达到负载控制和均衡的目标。作为本文的结束, 第七章在总结本课题完成的工作之后,对业务融合技术领域中进一步值得研究 的课题方向作了展望。 关键词:第三方业务业务融合应用程序接口p a r l a yx 网关 负载控制 v i 上海大学硕士学位论文 a b s t i 认c t n o wt e l e c o m m u n i c a t i o no p e r a t o r sa r em a n a g i n gt ot r a n s f o r mf r o mt h et e l e c o m s e r v i c e sp r o v i d e rt ot h ei n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns e r v i c ep r o v i d e rf o rm o r ep r o f i tf r o m t h et e l e c o mn e t w o r k sa n db e t t e rc o m m u n i c a t i o ne x p e r i e n c e st oc u s t o m e r so nt h e b a c k g r o u n dt h a ti n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e sa r ed e v e l o p i n gq u i c k l y t h u s ,t h i r dp a r t y s e r v i c ed e v e l o p e ra p p e a r s 嬲an e w p a r to ft h et e l e c o mi n d u s t r ya n dc o o p e r a t e sw e l l w i t ht h es e r v i c e so p e r a t o r ss ot h a tt h es e r v i c ed e v e l o p m e n tc y c l ei sc u td o w nal o t a n dt h a tb o t l lo ft h e mm a k ep r o f i t s t h e r e f o r e m o r ea n dm o r es e r v i c ed e v e l o p e r sa r e j o i n i n ga n dt h es c h o l a r sa r es t u d y i n gt h em e t h o d so fp r o v i d i n gs e r v i c e st oc o n t r i b u t e t os e r v i c e sc o n v e r g e n c e t h em e t h o d so fp r o v i d i n gs e r v i c e sb a s e do nn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r km g n ) a r eb e c o m i n gd o m i n a n t 嬲n g nm a t u r e sg r a d u a l l y a m o n gt h e m ,t h i r dp a r t ya p p l i c a t i o n o f f e r e dm e t h o di sm o r ep o p u l a rw i t ho p e r a t o r s a n dd e v e l o p e r sb e c a u s eo fi t sa b s t r a c ts e r v i c e o p e n e dt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yp 砌a y x a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ( a p i ) h a sa l r e a d yb e e nt h em a i no p e ns e r v i c e i n t e r f a c ea n db e e na c c e p t e di nt h et e l e c o mi n d u s t r y t h ea i mo ft h i sp a p e ri st ol a y t h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n dt oo f f e rp r a c t i c a le x p e r i e n c ef o rd e v e l o p m e n to ft h i r d p a r t ys e r v i c e s ,i m p r o v e m e n to fp a r l a yxg a t e w a ya n dl o a dc o n t r o lo fd i s t r i b u t e d s e r v i c ep l a t f o r m t h ef i r s tc h a p t e ro ft h i sp a p e l i sa no v e r a l ll a y o u t i n c l u d i n gs o u r c e so ft h e s u b j e c t ,t e c h n i c a lb a c k g r o u n d s ,r e s e a r c hc o n t e n t sa n di t ss e n s e ,d i 伍c u l t i e si n t e c h n o l o g ya sw e l la ss t r u c t u r eo ft h i sp a p e r a m o n gt h e m ,t e c h n i c a lb a c k g r o u n d s a r ep r e s e n t e di nd e t a i li nt h et w of o l l o w i n gc h a p t e r s i nc h a p t e rt w o c h a r a c t e r i s t i c s a n dd e v e l o p i n gt r e n d so fa l lk i n d so fs e r v i c e p r o v i d e dm e t h o d sa r ee x p l o r e di nt h e s e q u e n c eo ft h e i re v o l u t i o nw h i c hc o n t a i n st h r e ep h a s e sa n da d v a n t a g e so ft h i r d p a r t ya p p l i c a t i o n o f f e r e dm e t h o db a s e do na p ia r eh i g h l i g h t e d t h e n t h es c h e m eo f t h ea p p l i c a t i o n1 a y e r s c o n v e r g e n c eb a s e do np a r l a yxa p i t h ea u t h o r ss t u d i n g s u b j e c t ,i si n t r o d u c e di nt h en e x tc h a p t e r , a f t e ra n a l y s i so fi t ss e n s eo f t h ea p p l i c a t i o n 1 a y e r s c o n v e r g e n c eo nd e v e l o p i n g t h i r d p a r t yt e l e c o mv a l u e a d d e d s e r v i c e s d e s c r i p t i o no fd i s a d v a n t a g e so ft h eb e i n gs o l u t i o n ,w h i c hi st h ei n t e g r a t e di n t e l l i g e n t n e t w o r k a n dc o m p a r i s o nb e t w e e np a r l a ya p ia n dp a r l a yxa p i i nc h a p t e rf o u r , w h e ni o i n i n gc h i n at e l e c o m sp r o je c t e n t e r p r i s ei n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o n , t h ea u t h o re x p l o r e ss y s t e m a t i cn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ,i n c l u d i n gm a i ne q u i p m e n t sa n d c o r ep r o t o c o l s ,e s p e c i a l l ye g m u l t i m e d i ac o n f e r e n c es e r v i c e ,c o n c r e t e l yr e s e a r c h e s s o f t w a r es c h e m eo fb o t ha p p l i c a t i o ns e r v e ra n dp a r l a yxg a t e w a y , a n ds t u d i e sm a i n s e r v i c ep r o c e d u r ea n dm a p p i n gs c h e m eb e t w e e np a r l a yxa p ia n ds i ps i g n a l i n g a f t e rt h a t ,i n d e p t hr e s e a r c ho np a r l a yxg a t e w a yi sm a d ei nc h a p t e rf i v ea n d c h a p t e rs i x w h i c ha r et h et w ok e yp a r t so ft h i sp a p e r t h et w ob i gi s s u e s ,s u c h 勰 s e c u r ea c c e s st oa p ia n dl i m i t a t i o n so fs e r v i c ec a p a b i l i t i e s 。a r er e s p e c t i v e l yb e i n g r e s e a r c h e di n t oo nt h eb a s i so ft h eb r i e fi n t r o d u c t i o no fp a r l a yxs e r v i c ei n t e r f a c e s i no n eo ft h e m ,t h ea u t h o rp u t sf o r w a r dt od e p l o yt h eu d d ir e g i s t r yb e t w e e nt h e v i i 上海大学硕士学位论文 a p p l i c a t i o ns e r v e ra n dt h eg a t e w a ya n dw o r k so nt h ef e a s i b i l i t ys t u d yo fp u b l i s h i n g , i n q u i r i n ga b o u ta n db i n d i n gw i t l la p i sb o t hb yp r o t o c o la n a l y s i sa n db ys o r w a r e d e v e l o p m e n t a n di nt h eo t h e r , t h ef a c tt h a tt h e r ei ss o m e t h i n gw r o n ga b o u tt h ec a s e s o f ra n dd a t ac o n f e r e n c ea p p l i c a t i o ni nt h em u l t i m e d i ac o n f e r e n c es e r v i c eb a s e d o nt h et r a d i t i o n a ls o l u t i o n sa r er e n d e r e da n dt h e r e f o r et h ea u t h o rp r o p o s e st w o a d v a n c e ds o l u t i o n s o n ei sa p p e n d i n ga no p e r a t i o n ,n a m e db yp l a y m e d i a , t ot h e m u l t i m e d i ac o n f e r e n c ei n t e r f a c et or e s o l v et h ep r o b l e mo fi v ra n dt h eo t h e ri s r e b u i l d i n gt h em e d i as e r v e ra n dm e a n w h i l er e a l i z i n gt h ep r o t o c o lm a p p i n gf r o m p a r l a yx a p it 0t 12 0t oi m p r o v ed a t ac o n f e r e n c ea p p l i c a t i o n 、胁a ti st h em o s t i m p o r t a n t f r o mt h ea n g l eo fl o a dq u a l i t y , t h ef r a m e w o r ko fl o a dc o n t r o lq u a l i f i e df o r p a r l a yxg a t e w a ya n da l g o r i t h m sf o ro v e r l o a dc o n t r o la n db a l a n t ea r ed e s i g n e di n t h es i x t hc h a p t e r d u r i n gi t t h ei d e at h a tl o a dc o n t r o lc a nb es e p a r a t e df r o ms e r v i c e i n t e r f a c el o g i cb yaf r o n t e n dp r o c e s s o ri sa d v a n c e di no r d e rt or e d u c et h eb u r d e n t a k e nb yp a r l a yxg a t e w a ya n dc a r r yo u tc e n t r a l i z e dc o n t r 0 1 b e s i d e s ,i nt h ea s p e c t o fa l g o r i t h m t h et r a d i t i o n a lo v e r l o a dc o n t r o la l g o r i t h mb a s e do na v e r a g er e s p o n s e t i m ed o e sn o tw o r ko np a r l a yxg a t e w a yw h i c hd e p o l y st h ep r i o r i t ys e r v i c ef o r d i f f e r e n ts c fr e q u e s t sa n de a c ho p e r a t i o no ft h es c fh a sar e l a t i o n s h i pw i t ho t h e r s , s ot h ef o l l o w i n gr e q u e s t sf o rt h es c fs h o u l db ep r i o rt oa n dt r a n s f e r e dt ot h es a m e o b j e c tm a c h i n ea st h ei n i t i a lr e q u e s t c o u n t i n gf o rt h ea b o v ec h a r a c t e r i s t i c s t h e a u t h o rp u t sf o r w a r dal o a d s c h e d u l i n gt a c t i c sb a s e do ns e s s i o na n da1 0 a d c o n t r o l l i n g t a c t i c sb a s e do nc p uo c c u p a n c v 一t h ef o r m e ri st ot e m p o r a r i l ys a v et h e s c h e d u l i n gr e s u l to ft h ei n i t i a lm e s s a g ef o rf o l l o w i n gi n q u i r i e sa n dt h el a t e ri st o u s et h et o k e nb u c k e ta l g o r i t h m ( t b a ) ,c o m p o s e do ft h em a i na l g o r i t h ma n dt h e s p e e dd i s p a t c h e da l g o r i t h m f o rs y s t e m ss t e a d yw o r ki ne i t h e ro v e r l o a do rl o w - l o a d s i t u a t i o na n dt h ew d g h t e dr o u n dr o b i n ( w r r ) a l g o r i t h m c o m p o s e do ft h em a i n a l g o r i t h ma n dt h en e g a t i v e f e e d b a c kb a l a n c ea l g o r i t h m f o re v e r yb a c k e n d p r o c e s s o r sb a l a n t e s p e c i f i c a l l y , e a c hp a r a m e t e ri nt h en e g a t i v ef e e d b a c kf o r m u l ai s d e t a i l e d l ye x a m i n e db yb o t hs i m u l a t i o na n dd e r i v a t i o nt ol a yt h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o no fn u m e r i c a lc h o i c e i nt h ee n do ft h i sc h a p t e r , i ti sp r o v e db ys i m u l a t i o n o ft h et h r e ea l g o r i t h m su s i n gv ca n dm a t l a bt h a tt h ee f f e c t i v ef a i rl o a dc o n t r o la n d b a l a n c ec a nb ea r r i v e db yc o o p e r a t i o no ft h et h r e ea l g o r i t h m s a sac o n c l u s i o n ,t h e f i n a lc h a p t e rp r o v i d e st h ep r e s e n t a t i o nn o to n l yo ft h ea c c o m p l i s h m e n t so ft h i sp a p e r b u ta l s oo fw h a tn e e d st ob es t u d i e di nf u t u r ew o r k k e y w o r d s :t h i r dp a r t ys e r v i c e s e r v i c ec o n v e r g e n c e a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ( a p i ) p a r l a yxg a t e w a y l o a dc o n t r o l 原创性声明 本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名:型圈年e l 期:皇丝l 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即: 学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名:丝遵年导师签名:盆鱼竺尘盈日期:三竺生上 i i 上海大学硕士学位论文 1 1 课题来源 第一章绪论 随着信息技术的飞速发展和社会信息化需求的日益增加,电信运营商不再 仅仅着眼于开发以技术为驱动的通信服务,而是致力于提升以客户为核心的 业务体验。一方面,用户对层出不穷的新兴业务的需求使电信运营商面j 晦着 如何减少业务开发周期的挑战;另一方面,壁垒式的网络结构以及与业务逻辑 紧密相关的网元设备导致运营商进行重复开发和网络升级复杂,从而造成 资源浪费和业务受限。 网络融合是解决上述问题的必然选择,它的优势在于:不仅使异构网络 共享业务特征成为可能,易于开展融合业务;而且能最大限度地保护现有投资, 保证网络的平滑演进。近十年来,国际上对网络技术融合的研究已经获得了 不少的成绩,例如,通过宽带无线接入技术( 如w i f i 即无线保真、 w i m a x 即全球微波接入互操作性) 与宽带移动通信系统( 3 g 、 h s p a 即高速分组接入、l t e 即通用移动通信系统u m t s 系统的长期演进) 的 融合成就了高速移动,使得智能手机可以和p c 一样接收集语音、视频和数据 于一体的多媒体信息;通过在移动网络中引入基于s i p ( 会话初始协议) 的 i m s ( i p 多媒体子系统) 技术,为移动网络和固定宽带软交换网络的融合找到 了契机。除了技术层面上的不断革新以外,世界上许多国家,无论是发达国家, 还是发展中国家,也都努力地在监管政策和业务形态等方面上进行创新, 以推进网络融合。例如,监管政策方面,英国和美国通过立法来明确广电和 电信的双向准入;业务形态方面,类似口t v 、v o l p 和手机电视等融合业务 应用户需求而诞生且业务规模得到快速增长,据统计,到2 0 0 6 年底,全球i p t v 用户总数达到8 0 0 万左右,v o 口用户达到3 8 0 0 万 1 1 。 为了跟上信息与通信技术发展的潮流和推进信息化战略,我国政府在 十一五规划中写道:“加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础 设施建设,推进三网融合。 这一政策遵循了让社会和谐发展的主题, 更有利于国内通信业在电信领域全面对外开放后以强劲的动力与国外通信公司 上海大学硕士学位论文 竞争。 作为国内主导的电信运营商之一,中国电信集团根据自身现状以及对未来 的市场分析,制定了中国电信网络融合的总体发展策略。网络融合是一项 涵盖多层面的、长期的系统工程,因此需要分阶段、分层面、分角度去实施。 另外,随着电信业转型的逐步落实,客户的需求或者说业务体验成为拓展电信 网络融合策略的核心驱动力。因此,以语音类通信为基础,综合视频和数据等 多媒体于一体的融合业务的开发就成为业务方面的研究重点,也是网络融合的 价值体现。 “企业综合通信 是中国电信计划在软交换网络上,利用 p a r l a yx 业务平台加载多业务研究的一个实例。该项目研究的内容包括 多业务统一平台的实现和管理、第三方应用服务器对业务平台的访问性能、 p a r l a yx 业务平台的业务能力、n g n 网络结构对具体业务实现的可行性等。 其次,随着业务开放技术的不断成熟,第三方业务提供模式受到了 越来越多的电信服务提供商的欢迎。在研究第三方业务实现的同时,我们也 不得不考虑大量的第三方业务的出现将给运营商的业务平台带来更大的 业务负荷这一问题。所以对业务平台的负载控制的研究是相当有必要的和 具有一定的现实意义。 综上所述,本人参与了中国电信股份有限公司上海研究院设立的 面向中小企业的融合业务的开发与实验项目“企业综合通信”业务的开发, 这是本课题的来源。 1 2 技术背景 n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ,下一代网络) 将传统交换机的功能模块 分离成为独立的网络部件,使得网络按功能纵向分解成四层,从下至上分别是 接入层、传送层、控制层和业务层。接入层为各种异构网络以及各种数据终端 提供访问软交换网络资源的入口,由各种网关及接入设备组成。传送层负责 传递业务信息,特点是不管传送什么样的业务信息,都采用单一的 分组传送网络。目前,业内已经基本达成共识:传送层的发展方向是实现全网 i p 化。控制层的主要功能是呼叫控制,核心设备是s s ( s o f f s w i t c h ,软交换) , 2 上海大学硕士学位论文 其控制对象是接入层设备,并向业务层设备提供业务能力或特殊资源,比如说 认证信息、连接时间、终端地址等数据。业务层负责创建、执行和管理软交换 网络的增值业务,其主要设备是a s ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ,应用服务器) ,作用是 提供业务的执行环境,其他服务器与a s 协作来丰富业务,如媒体服务器提供 媒体资源功能和媒体处理功能、a a a ( a u t h e n t i c a t i o n 、a u t h o r i z a t i o na n d a c c o u n t i n g ,认证、授权和计费) 服务器提供身份鉴别和多种计费策略; 它们各自担任不同的任务,以增强业务的可运营性、可维护性和可管理性。 与业务相关的应用功能模块和与业务无关的呼叫控制模块的彻底分离 是n g n 的显著优势之一,使得第三方独立软件开发商无需了解底层网络的 复杂过程,只凭网络运营商提供的接口就可以参与到业务的开发中或者完全 由其进行业务开发。这样有利于缩短新业务的生成周期,有利于根据个别用户 需求提供个性化业务,更有利于网络可持续发展。因此,对业务平台的 a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ,应用程序接口) 进行完善和标准化已 成为n g n 的研究热点之一。目前开放的a p i 技术主要有p a r l a ya p i 、 p a r l a yx a p i 和j a i n a p i 。p a r l a ya p i 是由p a r l a y 工作组( p a r l a y 、3 g p p 、e t s i 联合成立) 定义的一组开放的、独立于具体技术的、面向对象的a p i 规范, 它只为业务的实现提供统一的抽象接口,屏蔽了不同的底层网络的技术细节, 使开发的应用业务变得与具体网络无关,以实现业务的可移植性以及多网 业务融合的需求。但是p a r l a ya p i 是从技术角度出发制定的,业务开发商 在开发具体业务时一般只会用到其中2 0 的接口,如此低的利用率阻碍了 p a r l a ya p i 在市场中的发展。所以,p a r l a y 工作组在逐步完善p a r l a ya p i 提供的 业务能力的同时,又对p a r l a ya p i 进行重新封装以缩小a p i 规模和提高 资源利用率,推出了p a r l a yxa p i 。目前p a r l a ya p i 和p a r l a yxa p i 已得到了 工业界的广泛认同,全球最大的电信运营商和通信设备供应商几乎都是 p a r l a y 组织的成员。j a i na p i 是由1 9 9 8 年s u n 发起的j a i n 论坛定义的, 其基本思想是定义一系列标准的j a v aa p i ,将原本许多封闭的网络系统( 包括 有线网、无线网以及分组交换网) 融合为单一的网络体系结构,在此基础上 提供一个统一的通信业务执行环境,采用j a v a b e a n 构成业务逻辑,这些 e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ,企业级j a v a b e a n ) 组件能够动态加载、撤销、联合、 上海大学硕士学位论文 共享及重新分布,以支持业务快速部署和安全执行。它和p a r l a ya p i 的 设计思想相近,在功能上增加了比较完备的访问各种网络的网络协议接口。 目前p a r l a y j a i n 联合工作组正在进行两者的融合工作。总之,p a r l a y a p i 具有 较丰富的接口功能,适合于对底层网络有一定了解的业务开发者使用;与之 相比,p a r l a y x a p i 则更加抽象,适用于不了解底层网络的第三方应用开发者; 但是,无论是p a r l a y a p i ,还是p a r l a y x a p i ,都只是定义了接口规范,不包含 实现技术,而j a i n a p i 提供了采用j a v a 的实现方式,是接口开发的参考工具。 在国内,中国电信不断尝试新的增值业务的开发,并且对统一业务平台 ( 主要是p a r l a yxa p i ) 进行理论分析和实践。北京邮电大学国家交换网络 重点实验室也长期从事对基于s s 的下一代网络业务平台的研究,发表了 多篇文章。其他重点高校也开展了相关课题的研究,并取得了一定的成果。 n g n 凭借着上述的业务开放技术,能够迅速提高第三方业务的发展速度和 扩大业务的发展规模。我们将向第三方应用服务器提供a p i 的设备称为 业务网关,它处在第三方应用服务器和网络实体之间起协议转换的作用,是 基于n g n 架构实现第三方业务的关键网元。它不仅将来自第三方应用服务器 调用a p i 的请求消息转换成网络实体能够识别的协议格式,同时将来自 网络实体的协议格式转换成第三方应用服务器能够解释的消息,因此它成为 联系网络实体和第三方业务的枢纽。随着第三方业务的不断增加,业务网关的 消息转换能力将成为制约第三方业务发展的主要障碍。所以,业务网关需要 具有有效的负载控制功能。 在现有的p 砌a ya p i 规范中用于过载控制的方法参数的定义主要是针对 呼叫阻塞和百分比限制两种算法。呼叫阻塞( c a l lg a p p i n g ) 算法是 一种对接入请求的速率进行限制的算法,它限制了每秒允许接入的最大呼叫数。 它的实现原理是:将一秒等分成若干个时间间隔,若对前一个间隔内到达的 所有呼叫进行阻塞,则让下一个间隔内到达的第一个呼叫通过; 一旦有一个呼叫通过了,则在该间隔内随后到达的呼叫和在下一个间隔内到达 的所有呼叫又将被阻塞,因此,每个间隔内最多一个呼叫通过。 百分比限制( p e r c e n t a g eb l o c k i n g ) 算法是指当检测到过载后,新到达的请求 将以给定的百分比接入。这两种算法在智能网中均有广泛的应用,主要是 4 上海大学硕士学位论文 由业务控制点( s c p ) 负责负荷监控,由业务交换点( s s p ) 负责接入控制。 另有学者提出了采用速率过载控制算法,即当到达的请求速率超过了系统的 承受能力时可用速率控制来调整输入,以阻塞或拒绝到达的呼叫。常用的 速率过载控制算法主要是漏桶算法( l e a k yb u c k e ta l g o r i t h m ,l b a ) 和 令牌桶算法( t o k e nb u c k e ta l g o r i t h m ,t b a ) 这两种。l b a 的基本形式是 单服务器排队系统,使接入的呼叫保持固定的平均速率。t b a 在l b a 的基础 上增加了一个令牌队列,呼叫只有获得了令牌才能被接入,令牌的产生速率是 可控变量,直接影响呼叫的接入速率。与l b a 相比,t b a 更加灵活, 更具有弹性。文献【2 】中对c m lg a p p i n g 、p e r c e n t a g eb l o c k i n g 以及t b a 这三种 算法进行了比较,得出的结论是t b a 具有较强的健壮性。一个算法的健壮性是 以控制变量为满足突发速率而改变的大小来衡量的,控制变量的改变越少, 健壮性就越强。对于补充p a r l a yxa p i 规范以支持基于令牌桶算法的 过载控制策略的研究仍是一个既需要理论探讨又需要实践验证的课题。 1 3 课题研究内容和研究意义 本文详细阐述了基于n g n 的第三方多业务融合的总体方案,主要是针对 网络侧的业务平台融合方案的设计和实现的研究。业务平台融合是采用 p a r l a yxw e bs e r v i c e 技术来实现的,它屏蔽了底层网络的复杂协议, 使第三方业务开发商只需调用a p i 就能够访问网络资源。依据实际业务开发中 遇到的问题,本文对p a r l a yx 网关提供的a p i 能力进行深入分析,特别针对 一些可能制约业务能力的不足提出了有效的改进措施。 另一方面,为改善多业务并发处理导致业务平台过载,从而降低业务的 服务质量( q o s ) 的问题,本文设计了一种适用于p a r l a yx 网关的 负载控制框架,并对过载控制算法和负载均衡算法的实现进行了研究。 通过计算机软件仿真来验证算法的有效性和公平性等评价指标。 上述的两个方面都是围绕基于n g n 的第三方多业务融合的研究这一课题 展开的,前者是对业务层融合的实现方案的探讨和实践,后者是为提高 p a r l a yx 网关的系统吞吐量、平均响应时间等处理性能而进行的创新尝试。 除了验证作者提出的方案的可行性以外,文章末尾还针对业务融合将引起 5 上海大学硕士学位论文 的其他问题以及解决方法进行了展望。总之,为业务融合的实现作理论铺垫是 本文的宗旨。 1 4 课题研究难点 本课题的研究内容涉及:综合业务实现方案的设计、基于j d k 平台的 w e b 服务开发、p a r l a yx 网关认证方案和业务能力的改进以及p a r l a yx 网关 负载均衡的实现方案和相关算法。各个方面的研究难点如下: 1 ) 在业务实现方案的设计中,由于业务的网络架构包含多个网元,所使用 的网元设备除p a r l a yx 网关以外都是与现网相同的设备,固有设备的有限能力 会约束新业务的实现流程和限制新业务的功能,所以在业务调试过程中不断 遇到某些功能达不到预期效果的问题。比如说,在调试多媒体会议子业务的 过程中,作者发现在会议进行中向会议成员广播通知的案例( c a s e ) 没有实现。 通过信令跟踪,发现应用服务器如期地向p a r l a yx 网关发送了语音呼叫请求, 随后p a r l a yx 网关向软交换发送i n v i t e 指示,但它收到的是因“忙”而 拒绝执行的回复。进一步研究软交换内部的状态机和i n v i t e 消息的作用, 发现在会议进行中,与会者的终端状态始终保持在“忙 状态,即通话状态, 而i n v i t e 消息是指示软交换去连接一个终端。从状态转移机制中可知: 在“忙状态时收到i n v i t e 消息,不会改变状态,但回复错误消息。 因此,可判定此案例失败的原因并不是程序上的逻辑错误,也不是网络上的 传输错误,而是设备互通上的问题。为了解决这类问题,不仅需要清楚地了解 业务组网中所有网元的功能和关系,而且要求深入地研究核心设备内部的 工作原理,然后在此基础上以最小的代价来修改业务实现方案,有必要的地话 需要扩展p a r l a yx 网关上的接口或者功能模块,从而实现所需的业务功能。 除此以外,还必须熟练地使用抓包工具和网络配置软件,通过反复调试和抓包 以找出问题的根源。 2 ) 在业务开发中,除了尽量实现业务功能和设备互通这一基本目标以外, 还必须考虑到所有可能出现的业务场景,包括成功和各种失败( 例如输入错误, 数据库读写失败) 的情况。这类问题属于程序的逻辑问题,要求开发者 高度仔细和严谨。 6 上海大学硕士学位论文 3 ) 在改进p a r l a yx 网关认证方案和业务能力的过程中,作者反复地阅读了 p a r l a ya p i 规范、p a r l a yxa p i 规范、u d d i 规范、s i p 协议标准、 t 1 2 0 协议簇标准等

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