VoLTE 核心网OPTIONS 故障检测实现

作者：韦凤梅

来源：《中国新通信》 2017年第24期

一、引言

VoLTE 是基于IMS 的语音业务，由于语音业务本身具有的敏感性，对VoLTE 网络设备容灾备份的可靠性能要求就比较高。网元节点失败检测机制是当今通信面临的主要挑战。针对于此， SIP OPTIONS 主动检测机制在VoLTE 核心网得以广泛推出。

OPTIONS 是SIP 信令的一种方法，该方法可以实现语音VOLTE 网络在出现故障时候业务的无缝接续。由于SIPOPTIONS 检测机制的兼容与开放性，该技术可以应用于任何运营商，如移动、联通、电信等。

二、SIP OPTIONS 故障检测实现

2.1 SIP OPTIONS 故障检测原理

SIP 规范规定了 6 种主要方法：REGISTER 、INVITE、ACK、CANCEL、BYE、OPTIONS ，其中OPTIONS 用于查询服务器负载，它是用来检测 UA（User Agent） 的处理能力。SIP 中的 OPTIONS 方法具有允许一个 UA 来查询另外一个 UA 或者 proxy 服务器的能力，也就是说该方法允许客户端UA 直接查询服务端UAS 的运行状态。客户端发出OPTIONS 请求后，通过服务端的响应，发起方就能判断对方是否可达。该方法要求双方都要有支持的选项，通过检查OPTIONS 返回的 Supported 头域，就可以知道对方是否支持这个选项。

OPTIONS 请求的目标是用 Request-URI 指明的，这个既可以是一个 UA 也可以是一个 SIP 服务器。如果 OPTIONS 指向一个 proxy 服务器，就类似 REGISTER 请求中的 Request-URI 一样；如果一台服务器收到一个OPTIONS 请求并且Max-Forwards 头域值是 0 的时候，它就需要响应这个请求而不需要关心 Request-URI 的内容。这个机制可以用来实现类似“traceroute”功能来通过发出 一系列的有着增量 Max-Forwards 头域的 OPTIONS 请求来检查每一个途径节点是否在线的能力。如果OPTIONS 没有应答，transaction 层能够返回一个超时错误，这个可以标志着对方无法到达因此无响应。

SIP OPTIONS 故障检测就是把指向服务器Max-Forwards头域值设为 0，服务器仅仅需要响应这个请求，发起方就能判断对方是否可达，由此来确定目的地的故障。

2.2 SIP OPTIONS 故障检测实现流程

SIP OPTIONS 故障检测技术的特点是：SIP OPTIONS 检测属于主动检测，可以主动监控下一跳目的地是否可达，更快的检测出相连网元实体的失败，并且迅速启用恢复流程，重新选择正常的下一跳，这样就减少了网络时延并提高了网络的运行效率。

而传统的故障切换是被动检测方式，一般要在网元故障发生以后，往往通过告警（譬如IP 不可达等告警）产生后才进行IP 切换等方式来实现故障切换，响应速度比主动检测来得慢。IMS 域故障检测具体实现的流程如图1。

1. 源节点网元发送至目的节点网元的REGISTER、INVITE、MESSAGE 等SIP 消息。

2. 在t1 时间内未收到响应，源节点网元启动向目的节点网元的OPTIONS 检测（检测周期和次数可配置）。

3. 检测后，未收到目的节点网元任何响应，则判断目的节点网元故障，移入黑名单，在检测到故障恢复之前，任何消息均不发送至此网元。如果检测后，在t2 期间，对方有一次收到200OK 响应，则判定目的节点网元工作正常，继续向目的节点重试此请求，直到SIP 协议底层状态机超时。

4. 节点网元故障加入黑名单后，源节点网元可选等待t3时间，启动OPTIONS 检测（检测周期和次数可配置），确定目的节点网元故障是否已恢复。

5. 源节点网元收到目的节点网元的200 OK 响应。6. 源节点网元判断目的节点网元故障恢复，将其移出黑名单。

2.3 SIP OPTIONS 故障检测实现案例

IMS 域中使用SIP 协议通信的网元的故障检测基于SIP协议的OPTIONS 消息， 适用于Mw、ISC、Mg、Mj、Mi 及Gm 等接口网元。这些网元包括S-CSCF、AS、BGCF、I-CSCF P-CSCF、MGCF 等网元。

以现网VoLTE AS 的例子来说明。在UE 始发/ 终结业务始中（如主叫、注册/ 被叫等业务），SIP OPTIONS 机制是如何实现故障的倒换恢复。如图2：

步骤1：S-CSCF 接收到业务如呼叫或注册请求（REGISTER/INVITE）。

步骤2：如果用户在首次注册时，S-CSCF 查询ENUM/DNS 获取到AS 的POOL，例如这里有2 个AS：AS1 和AS2（该流程为重注册或呼叫时，可以省略）。

步骤3：S-CSCF 将请求转发至AS1 后，AS1 突然发生了故障，S-CSCF 在t1 时间内没有收到AS1 返回的任何响应，则启动SIP OPTIONS 故障检测机制，确认AS1 故障。此时AS1 被加到黑名单中，状态由Active 变为Inactive，详见如下记录1。

步骤4：若SIP 底层定时器未超时，则S-CSCF 选择可用的AS2 转发业务请求。

步骤5-6：TAS2 发现此用户数据不存在，向HSS 发送UDR 消息请求下载用户信息，并根据标准流程接续。

以上是AS1 的故障倒换，如果AS1 故障恢复，OPTIONS机制可以进行故障恢复，把业务顺利恢复到AS1 上，下面介绍一下故障恢复的机制。

源节点网元等待t3 时间后，启动OPTIONS 检测，确定目的节点网元故障是否已恢复。在检测过程中，若连续N 次OPTIONS 消息收到200OK 响应，则判定目的节点网元工作正常，将其移出黑名单，状态恢复成Active。以上的检测时间周期和次数可以根据实际需求灵活配置。记录2 是黑名单的状态，其中，Active 表示已经移出黑名单。

移出黑名单后，SCSCF 就把业务转发到原先的AS1，故障恢复到原来的网元节点。网络中原先从AS1 迁到AS2 上的用户就可以快速迁回到AS1 上。

三、结束语

通过SIP OPTIONS 检测技术，不仅可以将业务平滑的从故障网元过渡到备用网元，而且还可以在故障网元恢复的时候，把业务快速的迁回到原来的设备。这样就可以实现网络设备的负载均衡，提升网络工作效率，并且在容灾倒换期间保证了整体网络的安全稳定运行。这对

VoLTE 现网在出现故障时，在不影响业务情况下网元节点失败的倒换与恢复具有推广应用价值。