CN100372390C - 一种协议数据单元的转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协议数据单元的转发方法，在通用分组无线业务(GPRS)服务支持节点(SGSN)收到用户设备(UE)的业务请求后，分配具有方向标识位，分组数据协议(PDP)上下文索引位的GPRS隧道协议(GTP)隧道终点标识(TEID)值，建立业务所需GTP隧道；当SGSN从GTP隧道收到一个协议数据单元(G-PDU)后，根据TEID中的方向标识值确定G-PDU的转发方向，判断出报文转发的目标网络节点，然后根据PDP上下文索引值找到PDP上下文中转发目标网络节点的地址，根据该地址将G-PDU转发到目标网络节点。应用本发明能够降低系统开销，提高SGSN中G-PDU的转发效率。

Description

一种协议数据单元的转发方法

技术领域

本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)通信系统中通用无线分组业务(GPRS)隧道承载技术领域，特别涉及一种GTP隧道中的协议数据单元转发方法。

背景技术

在WCDMA核心网(CN)中，GPRS隧道协议(GTP)技术应用于通用移动通信系统(UMTS)/GPRS核心网GPRS支持节点(GSN)间GTP控制平面和GTP用户平面的数据和信令传输，其中GSN包括GPRS服务支持节点(SGSN)和GPRS网关支持节点(GGSN)。同时计费协议GTP′也使用到了GTP技术，在无线网络控制器(RNC)和SGSN之间用户平面Iu接口中，使用GTP用户(GTP-U)协议作为数据传输承载技术。

GPRS系统逻辑结构参照图1所示，CN130中的SGSN132通过Iu接口与通用移动通信系统地面无线接入网(UTRAN)120中的RNC122相联，然后RNC122与基站(Node B)121通过Iub接口相联，Node B121再通过Uu面与UE110相联，通过逻辑控制协议(LLC)，建立SGSN132与UE110之间的连接，通过建立SGSN132与RNC122之间的GTP隧道，实现对用户数据传输承载。

CN130中，通过Gn/Gp接口，实现SGSN132与SGSN132的互联，通过建立GTP隧道，实现用户数据交换；通过Gn/Gp接口实现SGSN132与GGSN135相联，通过GTP隧道，实现了SGSN132和外部网络140中因特网(INTERNET)142之间建立通道，提供了UE110与因特网142的互联；SGSN132通过移动服务交换中心网关(GMSC)133可与外部网络140中的公共交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)等141建立联接；通过Gs接口，SGSN132向移动交换中心/访问位置寄存器(MSC/VLR)131发送地址信息，并从MSC/VLR131接收寻呼请求，实现分组型业务和非分组型业务的关联。

归属位置寄存器(HLR)134中保存了GPRS用户数据和路由信息，SGSN132经Gn接口或GGSN135经Gc接口可实现对HLR134的访问。

通过上述的网络结构，建立起UE110与外部网络140的通信，而网络中SGSN的主要作用就是记录UE的当前位置信息，并实现与RNC、SGSN、GGSN之间的报文接收和发送。当UE向SGSN发起业务请求时，SGSN将根据业务类型，给业务所需的通信网络节点RNC、GGSN或SGSN分配隧道终点标识(TEID)值，建立GTP报文转发所需的GTP隧道。TEID作为隧道标识，用于标识GSN之间的数据承载隧道。在业务建立的同时，RNC、SGSN、GGSN内将为该业务创建一个分组数据协议(PDP)上下文，将该PDP上下文记录到本地的PDP上下文列表中。PDP上下文中记录了用户业务的用户接入点名称(APN)、序列号、GGSN/SGSN/RNC的网络协议(IP)地址、服务质量(Qos)等一系列相关参数，为GTP报文转发提供信息。

当SGSN收到GTP报文后，通过查看报文中的消息类型(Message Type)判断收到的GTP报文是否为GTP协议数据单元(G-PDU)，如果不是，该报文为本地接收报文，不需要进行转发。如果是G-PDU，需要进行转发。通过查看G-PDU中的TEID值判断G-PDU的转发方向，并根据PDP上下文中记录的G-PDU转发所需目标地址，将G-PDU转发到目标地址。

对于TEID的分配算法，普遍做法是从0开始，逐一分配，当到达全1后，再从0开始分配，如果期间有PDP释放，被释放的TEID值回收用于下次分配。由于RNC只存在与SGSN间的上行GTP隧道，GGSN只存在与SGSN间的下行GTP隧道，对应于同一个PDP上下文，它们只有一个方向的GTP隧道。而对于SGSN来说，存在与GGSN、RNC、SGSN的GTP报文交换，也就是说，同一时刻，可能存在对应同一PDP上下文，SGSN需要分别建立与GGSN、RNC、SGSN之间的GTP隧道。如果将SGSN与GGSN、RNC、SGSN间的GTP隧道，简单分配成相同值，当SGSN收到G-PDU报文后，可以根据输入GTP报文的源IP地址判断该报文是上行报文还是下行报文，确定报文的转发目标网络节点。

采用这种方法，SGSN每次收到G-PDU报文后，不但要根据TEID值找到PDP上下文，还需要根据PDP上下文中保存的RNC/GGSN的IP地址来判断该报文是上行报文还是下行报文，影响转发效率。而且，PDP上下文中的GGSN IP地址只是SGSN向GGSN发送报文的目的IP地址，并没有指明该地址是GGSN向SGSN发送报文的源地址。当报文的源地址与PDP上下文中存储的GGSN地址不符时，SGSN无法判断该报文是上行报文还是下行报文。如果是UE进行SGSN间的无线网络子系统服务重分配(SRNSRelocation)时，UE原来接入的SGSN向新接入的SGSN发送的转发重分配请求(Forward Relocation Request)消息中并没有带有原接入SGSN的用户面IP地址，这样，当新接入的SGSN接收到原来接入的SGSN发送来的报文时，无法判断该报文的方向。

现有技术中，为了判断SGSN收到的报文方向，将SGSN与GGSN、RNC、SGSN之间的GTP隧道简单的分配为不同TEID值后，为TEID建立一个索引表，在表中记录每个TEID值对应的GTP报文方向和PDP上下文索引。当收到G-PDU时，根据TEID值查找索引表中记录的GTP报文的方向和PDP上下文索引，再根据PDP上下文索引找到PDP上下文，取出G-PDU转发目标地址，将G-PDU转发到目标地址。具体的G-PDU转发流程如图2中所示：

步骤201：SGSN分别给RNC与SGSN之间、GGSN与SGSN之间、SGSN与SGSN之间的GTP隧道分配TEID值，为TEID值建立索引表，记录每个TEID值所对应的GTP报文方向和PDP上下文索引。

举个例子，GGSN、SGSN、RNC中创建的PDP上下文的索引为PDP上下文2，RNC与SGSN间的GTP隧道TEID值分配为1000；GGSN与SGSN间的GTP隧道TEID值分配为1001；SGSN与SGSN间的GTP隧道TEID分配为1002，则索引表中记录的TEID值与报文方向和PDP上下文索引的对应关系参照图3中所示：从RNC到SGSN的报文方向为上行，对应于RNC与SGSN间的GTP隧道TEID值1000记录GTP报文方向为上行，PDP上下文索引为PDP上下文2；从GGSN到SGSN的报文方向为下行，对应于GGSN与SGSN间的GTP隧道TEID值1001记录GTP报文方向为下行，PDP上下文索引为PDP上下文2；从SGSN到SGSN的报文方向为切换，对应于SGSN与SGSN间的GTP隧道TEID值1002记录GTP报文方向为切换，PDP上下文索引为PDP上下文2。

当收到G-PDU，根据TEID值找到索引表中对应的PDP上下文索引为PDP上下文2后，即可直接到PDP上下文列表中查找索引为PDP上下文2的PDP上下文中记录的G-PDU转发所需参数。

分配完TEID值，索引表中记录了每个TEID值对应的GTP报文方向和PDP上下文索引，建立了GTP隧道，开始GTP报文的接收和转发。

步骤202～203：SGSN接收到GTP报文，查看报文中的消息类型，判断GTP报文是否是G-PDU，如果不是，为本地接收报文，不需要对报文进行转发，退出转发流程；如果为G-PDU，则需要对报文进行转发，进行步骤204。

步骤204～205：根据G-PDU中的TEID值查看索引表，判断TEID值为上行TEID值、下行TEID值、还是切换TEID值。如果TEID值为上行TEID，则转发目标为GGSN，进行步骤206；如果TEID值为下行TEID值，则转发目标为RNC，进行步骤207；如果TEID值为切换TEID值，则转发目标为RNC，进行步骤208。

步骤206：查看索引表中上行TEID值对应的PDP上下文索引，然后进行步骤209。

步骤207：查看索引表中下行TEID值对应的PDP上下文索引，然后进行步骤210。

步骤208：查看索引表中切换TEID值对应的PDP上下文索引，然后进行步骤211。

步骤209：根据上行TEID值对应的PDP上下文索引在PDP上下文中找到目标GGSN地址，然后进行步骤212。

步骤210：根据下行TEID值对应的PDP上下文索引在PDP上下文中找到目标RNC地址，然后进行步骤213。

步骤211：根据切换TEID值对应的PDP上下文索引在PDP上下文中找到目标RNC地址，然后进行步骤214。

步骤212：将上行G-PDU转发到目标GGSN地址，完成一个上行G-PDU报文的转发流程。

步骤213：将下行G-PDU转发到目标RNC地址，完成一个下行G-PDU报文的转发流程。

步骤214：将切换G-PDU转发到目标RNC地址，完成一个切换G-PDU报文的转发流程。

依照上述方法，建立GTP隧道时，需要给GTP隧道的TEID建立索引表，并在索引表中记录每个TEID对应的报文方向和PDP上下文索引。当SGSN收到G-PDU报文后，需要先查看索引表中接收到的G-PDU的TEID所对应的报文方向和PDP上下文索引，确定G-PDU的转发目标网络节点，然后再根据PDP上下文索引找到PDP上下文中转发目标网络节点的地址，增加了系统开销，降低了SGSN中G-PDU的转发效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种协议数据单元的转发方法，降低系统开销，提高SGSN中G-PDU的转发效率。

根据上述目的，本发明提供了一种协议数据单元的转发方法，该方法包含以下步骤：

A、SGSN建立GTP隧道时，给GTP隧道分配具有方向标识位和分组数据协议PDP上下文索引位的TEID值；

B、SGSN接收到G-PDU后，根据G-PDU的TEID值中的方向标识位确定报文转发方向，判断出报文转发的目标网络节点；

C、SGSN根据TEID中的PDP上下文索引值查找到PDP上下文中由步骤B判断出的目标网络节点的地址，根据该地址将G-PDU转发到目标网络节点。

该方法中，所述步骤A具体为：通用分组无线业务GPRS服务支持节点SGSN给SGSN与GPRS网关支持节点GGSN之间、SGSN与无线网络控制器RNC之间、SGSN与SG SN之间的GTP隧道，分别分配具有方向标识位和PDP上下文索引位的TEID值，建立GTP隧道。

所述步骤A中TEID值的方向标识位可以为两位；步骤B中根据TEID值的两位方向标识位确定G-PDU的转发方向。

进一步，所述步骤A中TEID值的方向标识位为20到21两位；步骤B中根据TEID值的20到21两位方向标识位确定G-PDU的转发方向。

所述步骤A中PDP上下文索引位为TEID值的0到19位；步骤C中根据TEID值的0到19位PDP上下文索引值查找PDP上下文。

由上述方案可以看出，建立GTP隧道时，给不同的GTP隧道分配具有方向标识位和PDP上下文索引位的TEID值，使得当接收到G-PDU后，直接根据G-PDU的TEID值中的方向标识位确定报文转发方向，判断报文转发的目标网络节点为RNC还是SGSN，然后根据TEID中的PDP上下文索引值直接找到PDP上下文中G-PDU转发的目标网络节点地址，根据该地址，将G-PDU转发到目标网络节点。这样，就不需要为了判断GTP报文的方向给不同的TEID建立索引表，也就减少了接收到G-PDU报文后查着索引表找到对应于TEID的报文转发方向和PDP上下文索引的步骤，降低了系统开销，提高了SGSN中G-PDU的转发效率。

附图说明

图1为GPRS系统逻辑结构图；

图2为现有技术中G-PDU的转发流程图；

图3为索引表中TEID值与报文方向和PDP上下文索引的对应关系示意图；

图4为依照本发明实施例的G-PDU转发流程图；

图5为依照本发明的实施例TEID值分配方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的核心思想是：建立GTP隧道时，给不同的GTP隧道分配具有方向标识位和PDP上下文索引位的TEID值，使得接收到G-PDU后，根据TEID值中的方向标识位确定报文转发方向，判断出报文转发的目标网络节点，然后根据TEID中的PDP上下文索引值找到PDP上下文中报文转发的目标网络节点地址，根据该地址，将G-PDU转发到目标网络节点。

举本发明的一个较佳实施例。当UE进行SGSN间的无线网络子系统服务重分配时，需要新接入的SGSN建立起与UE原来接入的SGSN之间的GTP隧道，获得对UE的管理信息，创建新的PDP上下文。同时新的SGSN为了进行对UE的服务，还需要与GGSN、RNC分别建立起GTP隧道进行GTP报文的接收和发送。新的SGSN对建立的每个GTP隧道进行TEID值分配和GTP报文的转发过程如图4所示：

步骤401：SGSN给每个GTP隧道分配TEID值。TEID值的分配方法如图5所示，首先用TEID值的0到19住作为PDP上下文索引位，填入SGSN为该业务创建的PDP上下文索引值，然后用TEID值的20到21两位作为GTP报文的方向标识位，填入方向标识值。将RNC与SGSN间GTP隧道的方向标识位填入00，表示SGSN收到的来自RNC的GTP报文方向为上行；将GGSN与SGSN间GTP隧道的方向标识位填入01，表示SGSN收到的来自GGSN的GTP报文方向为下行；UE原来接入的SGSN到SGSN间GTP隧道的方向标识位填入10，表示SGSN收到的来自UE原来接入的SGSN的GTP报文方向为下行切换。分配完TEID值，建立起GTP报文转发所需GTP隧道。

步骤402～403：SGSN接收GTP报文，查看GTP报文中的消息类型，判断收到的GTP报文是否为G-PDU。如果不是G-PDU，GTP报文为本地接收报文，不需要进行转发，退出转发流程；如果为G-PDU，需要对报文进行转发，进行步骤404。

步骤404：判断G-PDU中TEID的20到21两位方向标识值为00、01、还是10。如果为00，收到的G-PDU为上行报文，转发目标为GGSN，则进行步骤405；如果为01，收到的G-PDU为下行报文，转发目标为RNC，则进行步骤406；如果为10，收到的G-PDU为下行切换报文，转发目标为RNC，则进行步骤407。

步骤405：根据G-PDU中TEID的0到19位PDP上下文索引值找到PDP上下文列表中的PDP上下文，取出PDP上下文中上行G-PDU转发目标的GGSN地址，然后进行步骤408。

步骤406：根据TEID的0到19位PDP上下文索引值找到PDP上下文列表中的PDP上下文，取出PDP上下文中下行G-PDU转发目标的RNC地址，然后进行步骤409。

步骤406：根据TEID的0到19位PDP上下文索引值找到PDP上下文列表中的PDP上下文，取出PDP上下文中下行切换G-PDU转发目标的RNC地址，然后进行步骤410。

步骤417：将上行G-PDU转发到目标GGSN，完成一个上行G-PDU的转发流程。

步骤416：将下行G-PDU转发到目标RNC，完成一个下行G-PDU的转发流程。

步骤417：将下行切换G-PDU转发到目标RNC，完成一个下行切换G-PDU的转发流程。

上述的实施例中，建立GTP报文接收和发送所需GTP隧道时，SGSN给不同的GTP隧道分配了20到21位为方向标识位和0到19位为PDP上下文索引位的TEID值，当SGSN收到G-PDU后，根据TEID中的20到21两位中的值确定G-PDU的转发方向，判断出报文转发的目标网络节点，然后根据TEID中0到19位的PDP上下文索引值找到PDP上下文中的目标网络节点地址，根据该地址将G-PDU转发到目标网络节点，这样，就不需要给TEID建立索引表，也就减少了查看TEID索引表确定报文的方向和找到PDP上下文索引的步骤，降低了系统开销，提高了G-PDU的转发效率。

以上所举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种协议数据单元的转发方法，其特征在于包含以下步骤：

A、通用分组无线业务GPRS服务支持节点SGSN建立通用无线分组业务隧道协议GTP隧道时，给GTP隧道分配具有方向标识位和分组数据协议PDP上下文索引位的隧道终点标识TEID值；

B、SGSN接收到GTP用户数据单元G-PDU后，根据G-PDU的TEID值中的方向标识位确定报文转发方向，判断出报文转发的目标网络节点；

C、SGSN根据TEID中的PDP上下文索引值查找到PDP上下文中由步骤B判断出的目标网络节点的地址，根据该地址将G-PDU转发到目标网络节点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A为：通用分组无线业务GPRS服务支持节点SGSN给SGSN与GPRS网关支持节点GGSN之间、SGSN与无线网络控制器RNC之间、SGSN与SGSN之间的GTP隧道，分别分配具有方向标识位和PDP上下文索引位的TEID值，建立GTP隧道。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述TEID值的方向标识位为两位；

步骤B中根据TEID值的两位方向标识位确定G-PDU的转发方向。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述TEID值的方向标识位为20到21两位；

步骤B中根据TEID值的20到21两位方向标识位确定G-PDU的转发方向。

5.如权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于，步骤A中所述PDP上下文索引位为TEID值的0到19位；

步骤C中根据TEID值的0到19位PDP上下文索引值查找PDP上下文。

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