CN1625170A - 通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法，该方法为：监视业务逻辑处理程序实例自动机的状态；当任一业务逻辑程序实例自动机处于空闲状态的时间超过预定值时，由数据控制管理实体将该业务逻辑程序实例的内部数据保存并释放占用的内存；当收到申请计费报告或事件报告消息时，如果发现对应的业务逻辑处理程序实例的内部数据已被保存，则从所述数据控制管理实体提取该内部数据到内存并进行后续的业务逻辑处理。

Description

通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法

技术领域

本发明涉及智能网通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称GPRS)，尤其涉及通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法。

背景技术

GPRS智能网原理参阅图1所示，服务GPRS支持节点(Serving GPRS SupportNode，简称SGSN)是全球移动通信系统(简称GSM)网络中为了支持GPRS功能而新增的设备，GSM无线网络业务控制功能(GSM Service Control Function，简称gsmSCF)由业务控制点(Service Control Point，简称SCP)提供，GPRS无线网络业务交换功能(GPRS Service Switching Function，简称GprsSSF)可内嵌在SGSN中或由独立的SSP提供，通过gprsSSF、gsmSCF之间的信令配合，完成用户鉴权、呼叫监视、计费等功能。详细信息请参见3GPPTS 23.078。

gsmSCF的模型如图2所示，其中“业务逻辑处理程序实例”是完成用户鉴权、呼叫监视、计费的关键模块，一个智能呼叫通常对应一个“业务逻辑处理程序实例”。

如果按照传统的智能业务的处理方法，SCP收到一个智能呼叫后，创建一个业务逻辑处理程序实例(Service Logic Processing Programme Instance，以下简称SLPI)，在呼叫处理过程中这个SLPI驻留内存，呼叫结束后释放这个SLPI，那么对于大量(如100万)GPRS业务用户同时在线的情况，100万个SLPI将消耗10000000×4K≈4G的内存(通常一个SLPI需要4K内存)，加上其它模块消耗的内存，SCP需要配置5G以上的物理内存。而目前大量应用的SCP设备，大部分都是采用HP/SUN/IBM等小型机的标准配置，都没有配置5G以上的内存，这样带来的问题就是，在现网的SCP设备上开通GPRS业务，需要停机加内存，影响服务质量，也会使运营商增加设备投资。

为了解决上述问题，业内提出一种智能网GPRS业务支持大量用户同时在线的方法，该方法的关键技术在于通过文件存储的技术将内存中不活跃的SLPI自动机交换到硬盘上，腾出大量的未分配内存给新的呼叫使用，从而实现大量用户同时在线。

参阅图2，其原理为：由业务控制功能(SCF)上的业务控制功能管理实体-控制(SCME-Control)对处理GPRS业务的业务逻辑处理程序实例(SLPI)自动机的状态进行监视。当任意一业务逻辑处理程序实例(SLPI)自动机的空闲时间超过设定值，业务控制功能管理实体-控制(SCME-Control)将其内存信息缓存到磁盘上并释放内存。当业务控制功能(SCF)收到服务GPRS支持节点(SGSN)的GPRS申请计费报告或GPRS事件报告消息时，业务控制功能管理实体-控制(SCME-Control)如果发现对应的业务逻辑处理程序实例(SLPI)已被缓存到磁盘，则从磁盘中读取对应的信息到内存中，并进行后续的业务逻辑处理。

上述方法通过文件缓存的技术平滑解决了因为大量用户同时在线而产生的内存消耗问题。但文件缓存技术采用的是同外部存储设备(如硬盘、磁带等外部设备，这里简称“外存”)交互的技术，而外存具有大容量、响应慢的特点。虽然外存大容量特点解决了GPRS业务大量用户同时交互而产生的内存消耗的问题，但是外存的响应速度慢的缺点也影响了整个SCP系统的性能。当GPRS业务大量用户同时在线时，SCP系统中磁盘的操作会急剧增大，这样对外部其它系统/实体(如SGSN)的响应会急剧变慢。因此上述方法，对GPRS业务较大量用户同时在线提供了很好的解决方案，但是随着用户数量的增加达到百万千万级时，这种技术在性能上的缺陷也会被急剧的放大，从而限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法，以解决现有技术采用外部存储技术实现大量用户同时在线时，存在影响系统性能的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法，在所述智能网的业务控制功能(SCF)上设置用于实现大量数据缓存和提取功能的数据控制管理实体(DCME)，该方法包括步骤：

在SCF上对业务逻辑处理程序实例(SLPI)自动机的状态进行监视；

当任一业务逻辑程序实例(SLPI)自动机处于空闲状态的时间超过预定值时，由所述数据控制管理实体将该业务逻辑程序实例的内存数据缓存并释放占用的内存；

当SCF收到申请计费报告或事件报告消息时，如果发现对应的业务逻辑处理程序实例(SLPI)的内存数据已被缓存，则从所述数据控制管理实体提取该内部数据到内存并进行后续的业务逻辑处理。

根据上述方法：

所述数据控制管理实体采用内存块管理组来缓存所述内部数据；或者采用文件块管理组将所述内部数据缓存到外存；或者采用单个文件管理群将所述内部数据缓存到外存。

所述数据控制管理实体采用内存块管理组、文件块管理组和单个文件管理群两者或三者的组合来缓存所述内部数据。

所述内存块组用作数据快速缓冲区，通过与文件块组交互将数据换出到外存或从外存换入内存块组。

一个内存块组只能对应一个文件块组，一个文件块组可以对应多个内存块组。

所述数据控制管理实体(DCME)将所述内部信息压缩后进行缓存，并在提取该内部信息时将其解压缩。

所述数据控制管理实体采用固定的压缩算法；或者根据所述内部数据特征动态选择压缩算法。

本发明具有以下有益效果：

1、通过DCME的换入换出来缓存业务逻辑程序实例的内存数据，从而避免了频繁的I/O操作；同时，通过DCME可以最优化的使用系统的硬件资源，解决大容量数据下的内存消耗和性能消耗过大的问题，实现“百万级别的大量GPRS用户在线”。

2、通过DCME可以同原有的技术保持兼容的一致性。

3、通过DCME可以根据系统的复杂度情况，选择一种缓存管理模式作为“大量用户在线”的技术方案，并且在接口上保持一致性而不变化，能够满足软件后续发展的需求。

附图说明

图1为GPRS智能网原理图；

图2为现在技术实现智能网GPRS业务支持大量用户同时在线的示意图；

图3为本发明中智能网业务控制功能的模型示意图；

图4为本发明一个分组数据呼叫的信令流程图；

图5为本发明的DCME的逻辑原理图。

具体实施方式

参阅图3所示，在SCF中增加功能实体—数据控制管理实体(Data-Control-Manage-Entity，DCME)来实现大量数据的保存和提取的功能。该功能实体可以是在SCME-Control实体上增强功能，实现数据控制管理的功能；也可以是一个独立而具体的模块实体，实现数据控制管理的功能。

GPRS这类分组业务的呼叫具有“交互时间短，等待时间长”的特点。呼叫虽然在线时间通常很长，但在用户在线的过程中，gsmSCF同gprsSSF之间的信令交互很少，并且交互持续时间都很短，绝大部分时间gsmSCF的SLPI(用来唯一表示一个呼叫)处于空闲状态。

参阅图3，在SCF运行过程中，业务控制功能管理实体-控制(SCME-Control)对每个交互的业务逻辑处理程序实例(SLPI)给予一个定时器监控，当在某个指定的时间范围内没有交互则认为该SLPI处于“不交互”状态则可以进入“空闲”状态。该SLPI自动机一旦进入空闲状态之后，SCF通过DCME的功能接口把对应SLPI的内存信息保存起来。当SCF收到SGSN的GPRS申请计费报告(ApplyChargingReportGPRS)、GPRS事件报告(EventReportGPRS)等消息时，如果发现对应的SLPI已经被DCME监控，则通过DCME的接口提取该SLPI的数据，并且恢复SLPI；然后进行后续的业务逻辑处理，当SLPI又空闲Ti时间后，SCF通过DCME的功能接口再次把该SLPI的内部信息保存起来。

参阅图4，该图表示了一个典型的预付费GPRS用户发起一个分组数据呼叫的信令流程。SCP收到GPRS启动DP(InitialDPGPRS)消息后，触发预付费GPRS业务，业务完成用户鉴权后，通过请求报告GPRS事件(RequestReportGPRSEvent)消息要求SGSN配置DP事件，然后根据用户余额预算可上网的时间和流量，通过两条GPRS申请计费(ApplyChargingGPRS)消息，分别携带可上网时间和可使用流量下发给SGSN，要求SGSN进行监视，随后下发ContinueGPRS消息让SGSN进行后续处理，使用户接入到Internet。下发ContinueGPRS之后，SCP上的业务逻辑暂停，SLPI自动机就进入了空闲状态，空闲了Ti时间后，SCME-Control通过DCME的功能接口将此SLPI的内部信息保存起来。用户下网之后，SGSN上报两条GPRS申请计费报告(ApplyChargingReportGPRS)消息，分别携带用户上网的时间和已使用的流量，SCF收到ApplyChargingReportGPRS时，发现对应的SLPI已经保存到DCME，则通过DCME的功能接口中提取数据重新恢复SLPI，然后进行后续的扣费逻辑处理，然后下发GPRS释放(ReleaseGPRS)消息给SGSN释放分组数据呼叫。

参阅图5所示，DCME的逻辑结构由4个部分组成：接口、压缩解压缩模块、内存管理和外存管理。

最为重要的是由压缩解压缩模块和内存管理组组合成一个小内存块的高速缓存，实现大量数据的存储，能够解决性能和内存的问题。

接口：提供“保存数据”和“提取数据”的接口。DCME对外提供统一的接口。

压缩解压缩模块：提供多种压缩、解压缩算法，用于去除冗余的数据。在这个部分对于压缩算法可以以硬编码方式明确的压缩算法，也可以是根据“数据特征”动态选择压缩算法；选择的策略是“最大压缩率”、“最快压缩速度”、“综合最优”等，可以采用系统配置信息中获取来做明确的决策。

内存管理：根据内存块大小来实现一组内存块的管理，用于缓存压缩后的数据。一个系统中可以有不同的内存块组，如1024byte，2048byte，4096byte，……。内存块管理组的多少，每组管理的内存块的大小都可以从系统的配置信息中获取。内存块组用作数据的快速缓冲区。

文件管理：文件管理同内存管理的实现类似，文件块大小也可以从系统的配置信息中获取，也有多种组合类型。

文件块和内存块存在一种对应关系：一个内存块组只能对应一个文件块组；

一个文件块组可以对应多个内存块组。

单个文件管理群：压缩解压缩后的数据可以通过内存管理组和文件管理组实现管理，也可以直接以单个文件的形式(每个数据块保存到一个单独的文件)保存到外存介质中。

保存数据的过程：通过DCME的“保存数据”接口，接收到一块数据；然后根据当前系统的对算法选择的策略选择一个压缩算法，去除数据的部分冗余性(这个操作可以使数据的大小成倍收缩)；然后在“内存管理”模块中根据选择策略(通常是根据压缩后的数据大小选择)，选择一个内存块管理组保存该数据；内存块管理组通过某种策略(如空闲数据块占用的比例或者先进先出(FIFO)算法)同文件块管理组交互，将数据换出到外存中。

提取数据的过程：通过DCME的“提取数据”接口，获取一个已经保存的数据的信息，然后根据信息中的数据保存位置从保存该数据块的“内存块管理组”或者“文件块管理组”中获取压缩后的数据；然后根据使用相应的解压缩算法恢复数据。恢复后的数据就是要提取的原始数据。

压缩解压缩算法是一个可选的过程，即可以忽略这个过程；通过压缩算法可以有效的去除数据的部分冗余从而提高内存的利用率，同时压缩解压缩算法可以根据数据特征选择一种性能和空间最优的算法。

内存管理是一群不同大小类型的内存块管理组。每种内存块管理组中的内存块个数可以是静态配置的个数，也可以根据当前系统的业务特征动态决定内存块个数。

单个文件管理群实质是“内存管理组”的一个退化模型，即内存管理组的极端情况下的处理。这个处理的过程也是对原有发明的一个兼容性保证。

通过“内存管理组”的应用已经基本可以实现“GPRS业务用户大量在线”，可以有效的解决性能资源和内存资源的在百万用户同时在线而产生的矛盾。

通过DCME的灵活框架可以根据系统的应用难度，选择部分框架，即DCME演变退化成相应较为简单的框架模型：

接口+压缩/解压缩模块+内存管理组+文件管理组+单个文件管理群；

接口+压缩/解压缩模块+内存管理组+文件管理组；

接口+压缩/解压缩模块+内存管理组+单个文件管理群；

接口+压缩/解压缩模块+文件管理组+单个文件管理群；

接口+压缩/解压缩模块+内存管理组；

接口+压缩/解压缩模块+单个文件管理群；

接口+压缩/解压缩模块+文件管理组；

接口+文件管理组；

接口+内存管理组；

接口+单个文件管理群。

在本发明中，也可通过其他方式对业务逻辑处理程序实例(SLPI)的空闭状态进行监控。

Claims (8)

1、一种通用分组无线业务大量用户同时在线的实现方法，其特征在于，在所述智能网的业务控制功能(SCF)上设置用于实现大量数据缓存和提取功能的数据控制管理实体(DCME)，该方法包括步骤：

在SCF上对业务逻辑处理程序实例(SLPI)自动机的状态进行监视；

当任一业务逻辑程序实例(SLPI)自动机处于空闲状态的时间超过预定值时，由所述数据控制管理实体将该业务逻辑程序实例的内存数据缓存并释放占用的内存；

当SCF收到申请计费报告或事件报告消息时，如果发现对应的业务逻辑处理程序实例(SLPI)的内存数据已被缓存，则从所述数据控制管理实体提取该内部数据到内存并进行后续的业务逻辑处理。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据控制管理实体采用内存块管理组来缓存所述内部数据；或者采用文件块管理组将所述内部数据缓存到外存；或者采用单个文件管理群将所述内部数据缓存到外存。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据控制管理实体采用内存块管理组、文件块管理组和单个文件管理群两者或三者的组合来缓存所述内部数据。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用内存块组作为数据快速缓冲区，通过与文件块组交互将数据换出到外存或从外存换入内存块组。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，一个内存块组只能对应一个文件块组，一个文件块组可以对应多个内存块组。

6、如权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述数据控制管理实体(DCME)将所述内部信息压缩后进行缓存，并在提取该内部信息时将其解压缩。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据控制管理实体采用固定的压缩算法；或者根据所述内部数据特征动态选择压缩算法。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，由SCF上的业务控制功能管理实体-控制(SCME-Control)对业务逻辑处理程序实例(SLPI)自动机的状态进行监视。

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