一个分布式网络的端到端过载控制机制的SIP服务器

分布式网络的端到端过载控制机制的SIP服务器

会话发起协议(SIP)是一种由IETF标准化创建、修改和终止多媒体会话的应用层控制协议。随着SIP在大型部署中使用的增多,目前SIP设计不能有效的处理过载,这可能会导致SIP网络在沉重的负载下遭受拥塞崩溃。本文介绍了一个分布式的端到端过载控制(DEOC)机制,这种机制是将SIP网络部署在边缘服务器，很容易实现。通过过载控制最接近的流量来源,即使提供的负载超过网络的容量，DEOC也可以保持SIP网络的高吞吐量。此外,它可以快速响应负载的突然变化，并实现良好的公平性。理论分析和大量仿真验证，DEOC可以有效的控制智能营销系统开发SIP网络过载。

1.介绍

会话发起协议（SIP）是一种应用层控制协议，由IETF标准化创建，修改和终止关于各种类型的媒体会话，包括语音，视频和文字。它是当今许多面向会话的应用程序的基础，如IP语音（VoIP），多媒体分布，视频会议，即时消息和出席服务。另外，SIP已把3GPP作为核心控制协议，用于在IP多媒体子系统的（IMS）架构中。

SIP是一个请求/水气分离器响应的基础协议。每个终端用户由一个用户代理(UA)表示,它把用户代理客户机(UAC)或一个用户代理服务器(UAS)作为一个请求/响应对。一个UAC创建一个SIP请求并把它发送给一个UAS。请求在SIP网络中通过遍历一个或更多的SIP服务器(也称为SIP代理服务器)。SIP服务器的主要目的是按某条路径把请求发向它的目的地。响应追溯已请求的路径。一个SIP呼叫通过INVITE请求初始化，并终止一个BYE请求。SIP是面向呼叫的服务器，如果它不愿或不能将请求转发，只能拒绝或删除INVITE请求。但是没有任何理由拒绝或者删除持续呼叫，比如200响应,ACK请求,BYE请求。每个UA彩陶泥是通过最靠近他的边缘服务器连接到网络的。当两个36xpUA之间通过网络进行SIP呼叫时，呼叫到达的第一台服务器（即INVITE请求的呼叫）作为入口服务器，呼叫到达的最后服务器作为目标服务器。很明显这两个服务器都是边缘服务器。

随着SIP需求广泛普及和快速增长，SIP服务器提供了足够的控制机制来处理超载。如果消息到达率超过服务器的信息处理能力，SIP服务器将会发生过载。在过载的情况下, SIP服务器的吞吐量可能大幅下降,甚至可能达到零。此外,呼叫建立延迟会导致不能接受实时媒体呼叫。在这种情况下,服务器进入拥塞崩溃。

不幸的是,过载问题本身往往会加重。当一个SIP服务器进入过载,其整体能力下降，因为大多数资源被用于拒绝或处理负载,它实际上不能处理负载这个过程。此外还因为SIP的重传机制,无论是SIP服务器还是UA，如果在一定的时间内没有收到响应，就会重新发送一个请求。在过载的时候,SIP挤爆胶囊服务器变得明显的反应不敏感,导致大量的请求由邻国转播。这不仅加剧了重载服务器上的负载,也导致邻国过载。通过这种方式,过载会在SIP服务器的网络中传播，并且使整个网络瘫痪。

SIP服务器的网络通常根据用户需求来设计和建造。然而它是不经济的,并且不可能标出SIP网络极端载荷峰值的尺寸,从而导致SIP服务器过载。这些突然增加的负载可以由不同的原因造成,如一大用户试图大约在同一时间启动一个SIP呼叫，给一个电视节目投票，或着在紧急情况下,或着在大停电后，或者在一个服务提供商提供错误配置后，同时有很多用户注册。

因为过载在SIP服务器中不能完全避免,所以关键是SIP具备一个可以有效地管理过载的机制。一个很简单的方法,即当SIP服务器过载时被请求定义在当前SIP规范中。因为如果SIP服务器处理能力下降，请求将重传,负载的超载服务器不但没有解除,反而增强。仿真研究表

明,这个简单的方法会引起拥塞崩溃，即使负载减少，低于他的能力，服务器很难从拥塞崩溃中恢复。因此我们需要明确拒绝请求,而不是悄悄地丢弃它们来控制SIP服务器的负载。此外,SIP规范支持通过503(服务不可用)响应处理过载。SIP服务器由于临时过载无法转发请求，就可以用503响应来明确的拒绝请求。重载的服务器可以在503响应中插入一个稍后重试的标头,它定义了时间，在这个期间里服务器不希望收到任何进一步的上游邻居的请求,以便它能够处理积压的工作。通过引入稍后重试的标头,服务器接收来自下游邻居的503响应，在稍后重试标头制定的一段时间内停止转发请求到这个邻居服务器。由于服务器在不转发和转发请求相互交替，所转发的流量可能有一个开/关模式,可能恶化SIP网络的性能。期间上游服务器无法将请求转发到超载的服务器，它可能试图转发这些请求到另一个可用的服务器。备用服务器重试可能导致服务器之间流量振荡。另一方面,没有稍后重试标头,一个503响应只影响当前请求，所有其他请求仍然可以转发到下游的邻居。由于每个请求分别被拒绝,开/关模式是可以避免的。仿真研究表明，采用没有稍后重试标头的503响应提供了更好的性能。

为了充分管理在SIP网络中的过载,在文献中提出了许多方法来控制过载,这些方法分为局部的,逐跳的,端到端的。局部控制的基本思想是在检测到过载时，SIP服务器开始用没有稍后

重试标头的503响应拒绝本地请求。由于请求明确拒绝,他们将不会被重发,从而负荷超载的服务器不会被放大。此外,本地过载控制不需要服务器之间的合作。然而这种方法只在负载轻的情况下表现良好。在负载较重的情况下，一个重载的SIP服务器和本地过载控制最终会花大部分的处理资源在拒绝请求上,导致可怜的吞吐量和不可接受的呼叫建立延迟。

逐跳路由过载控制允许重载的SIP服务器给其直接上游邻居提供反馈,然后调整流量转发到这个SIP服务器来消除过载。反馈可以在SIP响应头转达。因为过载控制回路内的一跳,逐跳载控制是简单的和可伸缩的。另一方面,这种类型的过载控制执行优于局部过载控制,确保上游邻居发送的流量下游邻居可以在任何时候都能处理。在这种理想情况,没有消息重传超时,没有因为过载服务器拒绝而造成的额外处理成本。然而,过载控制只有应用最接近源的流量效果最好，因为在这种方式下最小的SIP网络资源在处理请求被浪费，最终被拒绝。因此逐跳过载控制仍然是效率低的，因为过载解决的是附近的重载服务器，而不是靠近源的流量。

在端到端过载控制中,边缘服务器被认为是在一个SIP网络中最接近源流量的，它负责调整流量转发到超载的服务器来消除过载。由于在缘服务器和超载的服务器之间经常有多个SI

P跳,端到端控制的挑战是如何通知边缘服务器超载, 超载服务器和边缘服务器是否可以确定一个特定的路线将请求发送到超载服务器。因此这种类型的过载控制是比逐段路由过载控制更复杂的。另一方面,端到端过载控制提供了更好的性能,因为它扼杀了网络边缘的流量,减少了处理拒绝请求的资源浪费。

在本文中,我们提出并设计了分布式端到端过载控制机制DEOC，它很容易实现。通过应用过载控制最接近的流量来源,DEOC消除了不必要的资源消耗, 在SIP网络提供的负载较重的情况下保持高吞吐量。本文的其余部分被组织如下:第二节调查相关工作。第三节提出设计的DEOC，第四节分析速率适应(RA)算法,该算法可以动态调整调用率，是DEOC的精髓。在第五部分,仿真模型进行了描述,并给出性能结果。最后, 在第六部分是结论和未来可能开展的工作。

2. 相关工作