CN100433720C - 为移动终端用户传输多服务质量业务流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种为移动终端用户传输多服务质量业务流的方法，包括步骤：为每个移动终端用户在无线接入网和网关通用分组无线业务支持节点GGSN之间建立一个分组数据协议隧道；由GGSN将不同业务流对应的IP头中的差分码点DSCP打上对应该业务流的服务质量QoS的标记；通过隧道发送所述移动终端用户的不同DSCP标记的IP业务流；服务通用分组无线业务支持节点SGSN和无线网络控制器RNC根据各业务流的DSCP对所述隧道中传输的多种QoS的业务流分别进行QoS保证。利用本发明，可以使网络承载的QoS策略完全由网络控制，方便运营部署。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种为移动终端用户传输多服务质量业务流的方法。
背景技术
第三代移动通信的特点是多媒体化和智能化。可提供多元传输速率、高性能、高质量的服务。WCDMA(宽带码分多址)是第三代移动通信中的主流技术，能提供从声音、传真、数据、图像到动画等的多媒体移动通信服务。其网络结构如图1所示：
其中，UE是用户终端设备，通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用(如E-mail、WWW浏览、文件传输协议FTP等)。UTRAN即陆地无线接入网，分为基站Node B和无线网络控制器RNC两部分。核心网络CN负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。SGSN(服务GPRS支持节点)和GGSN(网关GPRS支持节点)是WCDMA核心网PS(分组交换)域功能节点。SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。GGSN提供数据包在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装。HLR(归属位置寄存器)是WCDMA核心网CS(电路交换)域和PS域共有的功能节点，用于提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。
在提供多媒体业务时，不同类型的业务会有不同的服务质量要求，通信网络只有满足这些要求才能为用户提供满意的服务。图2是WCDMA网络3GPP(第三代合作伙伴计划)协议中定义的支持一个终端用户同时传输多种QoS(服务质量)流的方法。该方法的关键技术是在RNC与GGSN之间使用隧道技术，使用Tunnel技术的方法有很多种，3GPP在Release 7之前的Release版本中，在RNC与GGSN之间使用了GTP(通用隧道协议)协议。并且对于每一个用户，其用户的IP地址不同，所使用Session(会话)的QoS不同；即使其IP地址相同，每个不同QoS的Session均要建立一个GTP的隧道。这个GTP的隧道决定了其上面Session的QoS。参照图2，GGSN(网关通用分组无线业务支持节点)将接收到的混合数据流通过TFT(业务流样板)的匹配分流到不同PDP(分组数据协议)隧道中，每个PDP对应一个TFT(业务流样板)，而不同的PDP隧道有不同的QoS属性。这样，多种QoS流的不同属性的QoS就可以得到各自要求的服务质量保证了。
多PDP隧道的建立过程如图3所示：
1.终端上层向应用层发起业务请求，例如：用户按键启动流媒体业务；
2.终端应用层通过网络(此时终端已经向网络激活了一个基本PDP隧道)向业务服务器发起应用请求，请求应用服务；
3.业务服务器应用层根据用户的应用请求向PDF(策略决策功能)节点发起业务质量请求，该业务质量请求是根据用户要求提供的应用服务而定的；
4.PDF根据业务服务器的请求分配令牌(如果没有资源可能拒绝)，并将该令牌返回给业务服务器；
5.业务服务器根据PDF的返回结果，应答质量请求给终端应用层；
6.终端应用层根据业务服务器的返回结果，向网络发起业务质量请求，该请求携带业务服务器返回、PDF服务器分配的令牌。业务质量请求是以二次PDP激活的形式进行的；
7.该请求被SGSN使用PDP二次激活消息传给GGSN；
8.GGSN将从Go接口采用令牌向PDF申请资源；
9.获得PDF的资源使用许可后GGSN申请本地资源；
10.GGSN本地资源完成申请后返回消息给SGSN；
11.SGSN根据返回的结果申请本地资源并向RAN发起资源申请请求；
12.RAN分配资源后SGSN应答终端资源申请成功。
此时，终端可以使用申请的业务了。在该过程中，终端需要完成以下功能：
终端应用层从业务服务器接收令牌；根据业务服务器应答向网络侧发起二次激活；在二次激活消息中正确携带令牌和资源请求。
但这三个要求在目前的终端上都难以得到满足，因为应用层的多种多样也使对这三个功能的一致性支持非常困难，运营商也难以要求用户因为该功能更换现有终端。
因此该技术的主要问题是对终端和终端应用层过于依赖，它要求终端必须识别不同流对不同QoS的要求并向网络发起二次激活才能为每个不同QoS要求的数据流建立不同的PDP隧道。
发明内容
本发明的目的是提供一种为移动终端用户传输多服务质量业务流的方法，以克服现有技术中通过不同的分组数据协议PDP隧道传输不同QoS的业务流的方式，需要终端必须识别不同流对不同QoS的要求，并向网络发起二次激活才能为每个不同QoS要求的数据流建立不同的PDP隧道的缺点，使网络承载的QoS策略完全由网络控制，方便运营部署。
为此，本发明提供如下的技术方案：
一种为移动终端用户传输多服务质量业务流的方法，所述方法包括以下步骤：
A、为每个移动终端用户在无线接入网和网关通用分组无线业务支持节点GGSN之间建立一个分组数据协议隧道；
B、由GGSN将不同业务流对应的IP头中的差分码点DSCP打上对应该业务流的服务质量QoS的标记；
C、通过所述隧道发送所述移动终端用户的不同DSCP标记的IP业务流；
D、服务通用分组无线业务支持节点SGSN和无线网络控制器RNC根据各业务流的DSCP对所述隧道中传输的各种QoS的业务流分别进行QoS保证。
所述步骤A包括：
A1、所述移动终端向网络侧发起应用请求；
A2、网络侧根据所述应用请求，在无线接入网和GGSN之间为该移动终端用户建立一个分组数据协议隧道。
所述步骤A2包括：
GGSN分配本地资源，并建立本地流识别上下文；
GGSN向SGSN发送资源请求消息；
SGSN根据GGSN的消息更新本地资源分配；
SGSN向无线接入网发送资源请求消息；
无线接入网通过无线接入承载过程更新空口资源。
所述隧道对应一个服务质量上下文。
所述服务质量上下文包括：
最大速率、保证速率、流等级；
所述最大速率为所述隧道中传输的所有业务流中要求的最大速率的最大值；
所述保证速率为所述隧道中传输的所有业务流中要求的保证速率的和；
所述流等级为所述隧道中传输的所有业务流中要求的最高流等级。
所述步骤B包括：
B1、由GGSN对所述用户的不同服务质量业务流进行分流；
B2、将分流后的不同业务流对应的IP头的DSCP打上对应该业务流的QoS的标记。
可选地，GGSN根据IP五元组对用户的不同服务质量业务流进行分流，所述IP五元组包括：源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议类型。
可选地，GGSN根据上层信息对用户的不同服务质量业务流进行分流。
所述IP头中的DSCP标记包括：会话类业务、流类业务、交互类业务、背景类业务中的一种业务的服务质量等级信息。
由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明对于每个移动终端用户只建立一个PDP隧道，该隧道对应一个QoS上下文，GGSN根据IP五元组或上层信息进行混合数据流分流，将不同QoS数据流对应的IP包头中的DSCP(差分码点)打上不同的标记，从而使RNC和SGSN可以根据同一个PDP隧道中不同的IP DSCP进行不同的QoS保证。本发明实现简单，不需要终端参与到QoS保证过程中就可以完成对不同数据流的不同QoS处理，使网络可以支持各种不同终端。
附图说明
图1是WCDMA网络结构示意图；
图2是现有技术中WCDMA网络支持多QoS的功能示意图；
图3是现有技术中多PDP隧道的建立过程示意图；
图4是本发明方法的实现流程图；
图5是IPv4头结构；
图6是IPv4头结构中服务类型域示意图；
图7是本发明方法中一个PDP隧道传输多QoS流的传输模式示意图；
图8是本发明方法中PDP隧道的建立过程示意图。
具体实施方式
本发明的核心在于对于每个移动终端用户只建立一个PDP隧道，该隧道对应一个QoS上下文，GGSN根据IP五元组或上层信息进行混合数据流分流，将不同QoS数据流对应的IP包头中的DSCP(差分码点)打上不同的标记，通过建立的PDP隧道传送，从而使RNC和SGSN可以根据同一个PDP隧道中不同的IP DSCP进行不同的QoS保证。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参照图4，图4示出了本发明方法的实现流程，包括以下步骤：
步骤401：为每个移动终端用户在无线接入网和GGSN之间建立一个分组数据协议隧道。
该PDP隧道对应一个服务质量上下文，该服务质量上下文包括：最大速率、保证速率、流等级。其取值可以根据多个业务流的QoS要求计算获得，具体计算方法如下：
最大速率＝隧道中传输的所有业务流中要求的最大速率的最大值；
保证速率＝隧道中传输的所有业务流中要求的保证速率的和；
流等级＝隧道中传输的所有业务流中要求的最高流等级。
本技术领域人员知道，UMTS(通用移动通信系统)的PS域要为用户提供QoS保障。在两个用户终端之间需要建立和管理不同的QoS需求。QoS具体包括：服务可用性(接通、掉话等)、时延、时延抖动、流量、丢包率、误码率及信噪比等。在UMTS的PS域中，GPRS隧道协议的用户平面(GTP-U)在UTRAN(通用地面无线接入网路)、GGSN、骨干网的GSN之间建立隧道。
GTP_U是运行在用户数据报协议/因特网协议(UDP/IP)之上的一个简单隧道协议，用来在同一个UMTS骨干网之内或不同的UMTS骨干网之间为RNC、SGSN和GGSN之间的包提供路由。GTP_U隧道在隧道两端以隧道端点标识符(TEID)来标识。
PDP隧道建立的详细过程将在后面描述。
步骤402：由GGSN将不同业务流对应的IP头中的差分码点DSCP打上对应该业务QoS的标记。
由于每个移动终端用户对应一个PDP隧道，当该用户需要同时传输多种QoS的业务流时，就需要将这些不同QoS的业务流同时通过该隧道发送。为了使SGSN和RNC能够识别并保证不同业务的服务质量，就需要区别这些业务流。
在本发明中，由GGSN对该用户的不同服务质量业务流进行分流，也就是说确定各业务流的QoS等级。在分流时，具体可以根据IP五元组或上层信息对用户的不同服务质量业务流进行分流。所述IP五元组包括：源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议类型。
比如，根据各业务IP包中的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议类型来确定该业务流的QoS等级；也可以根据上层信息来确定该业务流的QoS等级，即通过IP包中的数据字段携带QoS信息，GGSN收到IP包后，对其进行解析，从而确定该业务的QoS等级。
参照图5所示IPv4头结构：
在IPv4包头中的TOS(服务类型)域中有六个比特被DiffServ Code point(差分码点)使用，如图6所示。
DSCP编码典型的包括：Best Effort(BE，)、Expedited Forwarding(EF)、Assured Forwarding(AF)。其中，BE是缺省的尽力前传业务，DSCP值标记为000000；EF是差分服务中新定义了的业务(RFC2598)：提供类似于专线或租用线的服务，DSCP值标记为：101110；AF是在RFC2597中定义的：提供了比BE稍好的服务，主要是在分组丢失率上的区别。有12个类，如下表1所示：
表1：
| 丢弃优先级 | 类1 | 类2 | 类3 | 类4 |
| 低丢弃优先级 | 001010 | 010010 | 011010 | 100010 |
| 中丢弃优先级 | 001100 | 010100 | 011100 | 100100 |
| 高丢弃优先级 | 001110 | 010110 | 011110 | 100110 |
所述IP头中的DSCP标记至少包括：会话类、流类、交互类、背景类。
这样，由GGSN对各业务流进行分流，确定其QoS等级，然后利用IP头中的DSCP标记该等级。SGSN及RNC根据接收到的数据包的IP头信息即可对其实施不同的QoS保证。
步骤403：通过建立的隧道发送移动终端用户的不同DSCP标记的IP业务流。
PDP隧道中传输的IP业务流如图7所示：
当一个混合数据流发送给GGSN的一个PDP隧道时，该GGSN根据在该PDP隧道中建立的不同流标识上下文就可以确定该数据包对应的服务质量，并在该数据包IP头的DSCP字段中设置相应的DSCP编码，例如：DSCP1:EF、DSCP2:AF11、DSCP3:AF22、DSCP4:BE。这样下游节点SGSN/RNC就可以根据数据包头中不同的DSCP编码采用不同的服务等级处理方式。
在图7所示PDP隧道中包含了4种不同DSCP的IP业务流，从端到端角度看就实现了在一个PDP隧道中支持了多QoS的数据流。
步骤404：SGSN和RNC根据各业务流的DSCP对PDP隧道中传输的多种QoS的业务流分别进行QoS保证。
当SGSN、RNC接收到一个PDP隧道的数据包时，根据该数据包头上不同的IP DSCP标记进行不同的QoS保证处理。比如：
对于会话类业务(EF)，需要保证带宽，并且具有低时延；对于流类业务(AF12)，需要保证带宽，并且具有较低时延；对于交互类业务(AF34)，不需要保证带宽，但需要有较高优先级；对于背景类业务(BE)，不需要保证带宽，而且优先级最低。
对于每种业务具体如何进行QoS保障，现有技术中已有多种实现方法，在本发明应用时，可根据实际需要选用，在此不再详细描述。
可见，通过以上技术，在同一个PDP中的不同QoS要求的数据流就将得到不同的QoS保证能力。
下面进一步详细说明本发明方法中PDP隧道的建立过程。
在本发明中，为每个移动终端用户建立一个PDP(分组数据协议)隧道，隧道建立过程如图8所示：
1.终端上层向应用层发起业务请求，例如：用户按键启动流媒体业务；
2.终端应用层通过网络(此时终端已经向网络激活了一个基本PDP隧道)向业务服务器发起应用请求，请求应用服务；
3.业务服务器向PDF发起业务质量请求；
4.PDF通过Go接口向GGSN申请资源；
5.GGSN分配本地资源，并建立本地流识别上下文(IP五元组或上层信息)；
6.SGSN根据GGSN的消息更新本地资源分配；
7.SGSN向RAN(无线接入网)发起资源请求；
8.RAN通过RAB(无线接入承载)过程更新更新空口资源。
通过上述步骤移动用户终端即可完成网络资源的申请，在业务服务器返回应答消息组终端后应用就可以开始使用。
PDP隧道建立后，即可建立图7所示的传输模式。
与图3所示现有技术中多PDP隧道的建立过程相比，可以看出，本发明中单PDP隧道的建立过程中终端不需要额外的操作，网络承载的QoS策略完全由网络控制。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
Claims (9)
1、一种为移动终端用户传输多服务质量业务流的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、为每个移动终端用户在无线接入网和网关通用分组无线业务支持节点GGSN之间建立一个分组数据协议隧道；
B、由GGSN将不同业务流对应的IP头中的差分码点DSCP打上对应该业务流的服务质量QoS的标记；
C、通过所述隧道发送所述移动终端用户的不同DSCP标记的IP业务流；
D、服务通用分组无线业务支持节点SGSN和无线网络控制器RNC根据各业务流的DSCP对所述隧道中传输的各种QoS的业务流分别进行QoS保证。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：
A1、所述移动终端向网络侧发起应用请求；
A2、网络侧根据所述应用请求，为该移动终端用户在无线接入网和GGSN之间建立一个分组数据协议隧道。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2包括：
GGSN分配本地资源，并建立本地流识别上下文；
GGSN向SGSN发送资源请求消息；
SGSN根据GGSN的消息更新本地资源分配；
SGSN向无线接入网发送资源请求消息；
无线接入网通过无线接入承载过程更新空口资源。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隧道对应一个服务质量上下文。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述服务质量上下文包括：
最大速率、保证速率、流等级，
所述最大速率为所述隧道中传输的所有业务流中要求的最大速率的最大值；
所述保证速率为所述隧道中传输的所有业务流中要求的保证速率的和；
所述流等级为所述隧道中传输的所有业务流中要求的最高流等级。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：
B1、由GGSN对所述用户的不同服务质量业务流进行分流；
B2、将分流后的不同业务流对应的IP头中的DSCP打上对应该业务流的QoS的标记。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B1具体为：
GGSN根据IP五元组对用户的不同服务质量业务流进行分流，所述IP五元组包括：源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议类型。
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B 1具体为：
GGSN根据上层信息对用户的不同服务质量业务流进行分流。
9、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述IP头中的DSCP标记包括：会话类业务、流类业务、交互类业务、背景类业务中的一种业务的服务质量等级信息。
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| C06 | Publication | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20081112 |
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