[发明专利]一种SIP服务集群中基于能量均衡的负载调度的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络环境中的负载调度方法及装置，特别是涉及一种SIP服务集群中基于能量均衡的负载调度的方法及装置。

背景技术

会话初始化协议SIP是一种由国际工程任务组IETF制定的网络信令，主要用于建立、修改和关闭多媒体传输等会话。SIP是网络多媒体系统IMS的基本控制协议。在IMS网络中，每个移动终端或其它设备利用SIP请求网络服务。SIP服务器根据网络资源决定是否提供资源来满足移动终端的请求。IMS网络能够基于每个会话，保证任何IP会话的带宽、延时和其它服务质量QoS参数。

SIP基础架构是多层结构，由SIP容器、SIP代理服务器和负载均衡器组成。SIP容器和SIP代理服务器是两个最核心的SIP组件。SIP容器是一种Web容器的扩展，除了Web应用，还能部署和运行SIP应用、以及同时包含Web应用和SIP应用的聚合应用。SIP代理服务器主要处理会话、负载均衡和故障恢复，不仅支持HTTP协议，还支持SIP协议。负载均衡器提供高可用性。应用服务器收到呼叫会话控制模块发起的SIP请求后发送到容器。容器通过查询称为应用路由器的实体来识别相关的SIP应用，然后把请求分配到所选择的SIP应用服务器。只要SIP应用不终止请求，则容器会再次向应用路由器查询下一个调用的SIP应用。

随着网络应用发展和移动终端的普及，在大规模IMS系统中某个时间段内大量移动终端等设备请求网络服务，单一的SIP服务器无法立刻响应的所有的终端请求，或者将请求排队进行处理，或者在高负载下丢弃部分终端请求，从而极大增加了对终端应答的时迟，严重影响了终端的体验。SIP服务器成为系统的性能瓶颈，严重制约系统的扩展，造成网络用户流失。为支持系统扩展，满足不断增长的移动终端需求，需要在系统中部署多个SIP服务器，并行处理最大数目的移动终端等设备发起的SIP请求。在多个代理服务器的系统配置下，前端应该设置一个负载均衡器，负责分派SIP消息给后端SIP代理服务器。

至今未见关于在多个SIP服务器间进行负载均衡的方法介绍，目前，根据服务器不同的分布情况采用不同的负载均衡方法，如Web服务器集群在地理上是分布的时，采用以下方法实现服务器间的负载均衡：

(a)基于DNS轮询的负载均衡，DNS轮询就是利用域名服务器实现Web服务器间负载均衡。其优点是实现简单、适用范围广，但该方法的缺点是均衡粒度过大。在这种机制中，若局域网内负责域名解析的DNS服务器向Web服务器集群的DNS进行了一次域名解析，会缓存解析结果，在该缓存项有效时间内，对于所有对该域名解析的请求它都会返回缓存中的IP地址，而不会再度查询，因而在此时间段内所有来自该局域网客户端的Web访问请求就会发送到同一台Web服务器上。通过重新配置域名映射，则可以将该局域网客户端的Web访问请求发送到其他Web服务器中，实现Web服务集群中多台服务器间负载的调度。在这种机制下，如果缩短DNS缓存项的有效期，那么就会因域名解析请求频繁而占用大量的网络带宽，而且还可能带来其它的一些问题。该机制最坏的情况是如果其中一台Web服务器意外宕机，DNS却会对此毫无所知，所以就仍然会对其IP地址进行解析，造成客户的服务请求不能得到正常响应。

(b)基于IP隧道的负载均衡，当Web服务集群中一台Web服务器检测到其负载过重时，通过IP隧道将请求转发给其他Web服务器处理。在这种机制下，要求所有的Web服务器都支持IP隧道机制，同时也会带来额外的封装/解封装的处理开销，而且当整个Web集群系统的负载都比较重时，甚至可能出现报文环路现象，因而其性能和可靠性都不高。

当集群内服务器连接于同一网段时，采用以下方法实现Web服务器间负载调度：

(a)基于7层协议的负载均衡机制。该方法的使用受具体应用层协议的限制，而且由于每次报文调度都要检查高层协议的报文头部，这样就会带来大量的CPU处理开销，特别是在流量很大情况下，均衡设备本身容易成为集群性能瓶颈。

(b)基于NAT的负载均衡机制。该方法能很好的完成负载均衡任务、适用范围广，但是到达的Web访问请求和发送的响应报文都需要经过Web服务集群中负载均衡设备的处理，这样该设备就很容易成为Web集群的瓶颈。

(c)反向代理负载均衡。该方法也是处于第七层的，必须为每一种Web应用服务开发一个反向Web代理服务器，这样就限制了其应用的范围。而且与上面的方法一样进出系统的报文都要由Web集群中负载均衡设备处理，进而造成系统瓶颈。