[发明专利]一种基于FPGA的IMS离线计费系统及话单保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于FPGA的IMS离线计费系统及话单保护方法。

背景技术

CCF（Charging Colletion Function）是IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体系统）域中离线计费体系的核心网元，主要为IMS网元提供计费采集功能。通过RF接口与IMS域中的网络业务单元相连接，通过Diameter协议定义接受会话过程中的计费信息。并将这些信息进行预处理后构建一个CDR话单（call detail record）送给计费系统。

异构计算主要是指使用不同体系的计算单元（CPU、GPU、FPGA等）组成计算系统的方式。专有的计算单元工作频率较低，但是具备更高的并行计算能力，总体性能和功耗较低。

当呼叫会话建立和结束后，IMS业务实体网元(P-CSCF、S-CSCF、MMtel AS、SCC AS)向CCF发送ACR（Accounting Request，计费请求）消息时创建初始话单、中间话单和结束话单，CCF将这些话单合并成最终话单。收到网络恶意攻击时容易被获取和篡改，用户的计费信息得不到安全保护。

基于上述情况，本发明提出了一种基于FPGA的IMS离线计费系统及话单保护方法。将FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）芯片应用到计费采集功能服务器CCF中，通过FPGA芯片支持的AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）加密算法，对CDR话单文件进行实时加密，保证整个计费服务的安全可靠。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的基于FPGA的IMS离线计费系统及话单保护方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于FPGA的IMS离线计费系统，其特征在于：包括计费采集功能服务器CCF，计费中心和IMS业务网元；所述计费采集功能服务器CCF内置FPGA芯片，计费网关功能模块CGF和计费数据功能模块CDF，所述FPGA芯片和计费网关功能模块CGF均连接到计费数据功能模块CDF；所述计费网关功能模块CGF和计费数据功能模块CDF分别连接计费中心和IMS业务网元。

所述FPGA芯片作为异构加速卡，采用PCIe接口与计费采集功能服务器CCF的CPU相连，采用OpenCL接口与计费数据功能模块CDF相连；所述计费数据功能模块CDF通过RF接口与IMS网元连接。

所述计费数据功能模块CDF用于处理来自IMS业务网元的计费信息并构建CDR话单；所述FPGA芯片用于采用AES加密算法对CDR话单进行加密；所述计费网关功能模块CGF用于将加密后的CDR话单传送至计费中心，完成IMS离线会话计费流程。

一种基于FPGA的IMS离线计费系统的话单保护方法，其特征在于：当用户发起呼叫，会话建立并且呼叫接通后，IMS业务网元通过ACR消息携带呼叫相关的属性值对AVP发送给计费数据功能模块CDF；计费数据功能模块CDF收到ACR消息中的每个属性值对AVP进行解析处理并生成ASN.1格式的CDR话单；通过调用OpenCL接口将数据传入至FPGA芯片采用AES加密算法对CDR话单进行加密，计费网关功能模块CGF将加密后的CDR话单传送至计费中心。

本发明基于FPGA的IMS离线计费系统的话单保护方法，包括以下步骤：

（1）当终端发起呼叫时，IMS业务网元的P-CSCF网元会给本次会话分配唯一一个IMS计费标识ICID，并通过邀请invite消息中P-Charging-Vector头域带给IMS业务网元中的P-CSCF网元、S-CSCF网元、MMtel AS网元和SCC AS网元；

（2）当呼叫接通或者发生媒体更新时，IMS业务网元侧收到200/ACK消息时，构造StartACR消息通过RF接口发送给计费采集功能服务器CCF；消息中携带ICID、会话ID、主被叫号码等属性对值AVP；计费采集功能服务器CCF的计费数据功能模块CDF收到ACR消息后解析消息中携带的属性对值AVP信息，并生成一个ASN.1格式的计费数据信息后，发送给计费网关功能模块CGF并向业务网元回复计费响应消息ACA；同时计费数据功能模块CDF模块通过调用OpenCL接口clEnqueueNDRange传入待加密话单数据参数和对应加密算法核函数将数据传入至FPGA芯片完成起始话单数据加密；