CN100459570C - 一种数据转发装置及其数据转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据转发装置，包含数据转发模块，该模块连接于上游系统与下游系统之间，用于转发上游系统与下游系统之间的用户数据；该数据转发模块包括控制系统及转发部件，该转发部件可以在控制系统的控制下在上游系统与下游系统之间转发用户数据。本发明还公开了一种数据转发方法：数据转发模块生成数据转发关系并发送给转发部件；该转发部件根据该数据转发关系以及存储的转发部件接口连接关系，在上游系统与下游系统之间转发用户数据。本发明装置和方法可以降低数据转发装置的复杂度，增强数据转发装置在数据转发容量方面的灵活性，通过简单的增加转发部件，可以支持更大的数据转发容量，满足运营商不同业务发展时期的需要。

Description

一种数据转发装置及其数据转发方法

技术领域

本发明涉及通信网络领域，具体涉及一种数据转发装置及其数据转发方法。

背景技术

在通信网络中，有许多具有数据转发功能的设备，通用分组无线业务服务支持结点(SGSN)就是其中之一。

参见图1，图1为现有技术的SGSN数据转发原理图。其中，通用分组无线业务网关服务支持结点(GGSN)110与SGSN 130中的内部交换网络132相连，SGSN 130中的内部交换网络132与接入网侧设备150相连，接入网侧设备150通常是通用地面无线接入网(UTRAN)或基站子系统(BSS)等位于接入网侧的通信设备或通信系统。

当然，在有多个接入网侧设备150这样的接入网侧设备与SGSN 130相连时，则可以将内部交换网络132通过交换网与这些接入网侧设备相连；同样，在有多个GGSN 110这样的GGSN与SGSN 130相连时，则可以将内部交换网络132通过交换网与这些GGSN相连。

SGSN 130的主要功能是提供分组域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等。SGSN 130与GGSN 110之间通常通过通用分组无线业务隧道协议(GTP)进行通信隧道管理及数据传输。包括控制系统131、内部交换网络132在内的数据转发模块120用于实现SGSN 130的路由转发(也称数据转发)功能。

所述路由转发功能包括：将来自接入网侧设备150的数据发送给GGSN110；将来自GGSN 110的数据发送给接入网侧设备150。数据转发模块120中的控制系统131与内部交换网络132共同为SGSN 130提供与所述路由转发功能相对应的支持。其中，控制系统131进行目前的通信协议中规定的用于转发数据的相应信令和流程控制，如：在内部交换网络132接收到数据后，对内部交换网络132进行数据转发时应用的数据转发策略进行控制等。所述转发策略有目前常用的负载平衡、失效转发、流量控制等。

SGSN 130的数据转发容量取决于内部交换网络132的数据转发能力，内部交换网络132通常是由大规模集成芯片为核心器件的路由器或异步传输模式(ATM)交换机。内部交换网络132中的大规模集成芯片的运算逻辑具有很高的复杂度，而且随着数据转发容量的提高，内部交换网络132的实现复杂度和成本会越来越高；并且当SGSN 130的数据转发容量达到一定程度后，内部交换网络132的数据转发能力会因限于现有技术而很难进一步提升，导致SGSN 130的数据转发容量很难进一步扩大。

一般情况下，内部交换网络132的硬件配置及软件逻辑配置可以保证内部交换网络132所提供的a、b、c、d、e、f、g、h等数据转发接口之间可以两两通信，但由于SGSN 130的路由转发功能只是为了支持数据在接入网侧设备150与GGSN 110之间的转发，即：SGSN 130将来自接入网侧设备150的数据发送给GGSN 110；将来自GGSN 110的数据发送给接入网侧设备150。

所以，在一定程度上可以认为，将内部交换网络132应用于SGSN 130中以提供SGSN 130的路由转发功能时，内部交换网络132中的大规模集成芯片的高集成度及其运算逻辑的高复杂度造成了比较严重的成本浪费。

当SGSN 130接收到来自GGSN 110的数据，并向接入网侧设备150转发这些数据时，同样存在上述成本浪费的问题。

另外，当接入网侧设备150和/或GGSN 110要经由SGSN 130转发的数据量较大时，就要相对提高内部交换网络132的数据转发能力，而提高所述数据转发能力则需进一步提高内部交换网络132中大规模集成芯片的集成度及其运算逻辑的复杂度，以保证内部交换网络132能对大量数据进行快速、正确、合理的转发。然而，由于技术发展以及内部交换网络132硬件结构的限制，内部交换网络132的数据转发能力很难进一步提升，导致SGSN130的数据转发容量很难进一步扩大。

除了上述SGSN 130这样的数据转发设备以外，目前应用的通用分组无线业务网关服务支持结点(GGSN)、无线网络控制器(RNC)等设备也包含有上述SGSN 130中用于进行数据转发的所述数据转发模块、以及相同的模块内部结构关系。当GGSN、RNC这样的设备进行数据转发操作时，同样会出现类似于上述SGSN 130的大规模集成芯片的高集成度及其运算逻辑的高复杂度所带来的成本浪费问题；还存在对大量数据进行转发时出现的数据转发容量很难进一步扩大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数据转发装置，可实现低成本的数据转发和便于扩大数据转发容量。

本发明的另一目的在于提供一种数据转发方法，降低数据转发时的复杂度，节约成本；提高数据转发能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种数据转发装置，包含数据转发模块，该模块连接于上游系统与下游系统之间，用于转发上游系统与下游系统之间的用户数据；该数据转发模块包括：

控制系统，用于生成支持每个转发部件进行数据转发的数据转发关系并发送给对应的转发部件，和控制转发部件进行数据转发；

一个或一个以上的转发部件，存储有自身数据转发接口与上游系统、下游系统之间的接口连接关系，各转发部件以及控制系统通过通信总线彼此相连；其中，各转发部件包括至少一个上游系统侧接口，还包括至少一个下游系统侧接口，转发部件用于接收来自控制系统的数据转发关系，根据该数据转发关系以及所述接口连接关系确定该转发部件内用于转发用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口，并且将由该下游系统侧接口接收到的用户数据由该上游系统侧接口转发出去，和将由该上游系统侧接口接收到的用户数据由该下游系统侧接口转发出去。

所述转发部件包括：

总线接口单元，分别与所述控制系统及转发部件内的控制单元相连，用于将来自控制系统的数据转发关系向控制单元发送；

控制单元，分别与数据转发单元、数据存储单元相连，用于将收到的数据转发关系发送给数据转发单元，以及运行数据存储单元中存储的支持控制单元运行的软件程序；

数据转发单元，分别与数据存储单元、至少一个接口适配单元相连，用于与所述接口适配单元之间进行用户数据转发，并将无法及时发出的用户数据发送给数据存储单元暂时存储；

数据存储单元，存储有支持控制单元运行的软件程序，并用于接收来自数据转发单元的用户数据并存储；

一个或一个以上的接口适配单元，提供所述上游系统侧接口与所述下游系统侧接口，用于支持数据转发单元与所述上游系统侧接口及下游系统侧接口之间的用户数据转发。

所述控制单元是中央处理器，所述数据转发单元是网络处理器芯片。

所述数据转发模块设置于通用分组无线业务服务支持结点SGSN中，所述上游系统是通用分组无线业务网关服务支持结点GGSN，所述下游系统是接入网侧设备；或，

所述数据转发模块设置于无线网络控制器RNC中，所述上游系统是SGSN，所述下游系统是基站Node B。

所述接入网侧设备是通用地面无线接入网UTRAN或基站子系统BSS。

本发明还公开了一种数据转发方法，该方法包括以下步骤：

a.数据转发装置包含的数据转发模块包括控制系统和一个或一个以上的转发部件，控制系统通过转发部件接收到用户请求，根据该用户请求生成针对用户数据的数据转发关系并发送给该转发部件；

b.转发部件根据来自控制系统的数据转发关系以及存储的自身数据转发接口与上游系统、下游系统之间的接口连接关系，确定该转发部件内用于转发用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口；并且将后续由该下游系统侧接口接收到的用户数据由该上游系统侧接口转发出去，和将由该上游系统侧接口接收到的用户数据由该下游系统侧接口转发出去。

步骤a中，控制系统通过所述转发部件接收用户请求的方法具体包括：

用户发送用户请求，下游系统收到该用户请求后将该用户请求发送给所述转发部件；该转发部件将收到的用户请求发送给所述控制系统。

步骤a中，所述控制系统生成数据转发关系并发送给所述转发部件的方法具体包括：

控制系统根据所述用户请求包含的数据传输优先级以及业务带宽信息，通过所述转发部件与所述上游系统进行信令交互并根据信令交互的结果生成数据转发关系，再将该数据转发关系发送给所述转发部件保存；或，

控制系统根据所述用户请求包含的数据传输优先级以及业务带宽信息直接生成数据转发关系，并将该数据转发关系发送给所述转发部件保存。

步骤b中，所述转发部件确定用于转发用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口的方法是：

该转发部件读取所述数据转发关系中包含的下游系统标识和上游系统标识，并根据该下游系统标识和上游系统标识在所述接口连接关系中查找与该下游系统相连的该转发部件上的下游系统侧接口，还查找与该上游系统相连的该转发部件上的上游系统侧接口，并最终将查找到的下游系统侧接口与上游系统侧接口作为用于转发所述用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口。

所述数据转发装置设置在SGSN中，所述上游系统是GGSN，所述下游系统是接入网侧设备。

步骤a中，当所述用户请求是路由更新请求时，所述的控制系统生成数据转发关系并发送给所述转发部件的方法具体包括：

a1.所述控制系统通过接收到路由更新请求的转发部件向GGSN发送转发部件更新请求，该请求包含发送路由更新请求的用户终端的用户信息，以及接收到所述路由更新请求的转发部件网际协议IP地址；

a2.GGSN收到所述转发部件更新请求后，用接收到所述路由更新请求的转发部件IP地址更新当前为所述用户终端转发数据的转发部件IP地址，并通过接收到所述路由更新请求的转发部件向控制系统发送转发部件更新响应；

a3.控制系统接收到转发部件更新响应后，为接收到所述路由更新请求的转发部件生成数据转发关系，并将该数据转发关系发送给该转发部件保存。

步骤a3中，控制系统接收到所述转发部件更新响应之后，生成所述数据转发关系之前，该方法进一步包括：

控制系统根据保存的针对所述用户数据的数据传输优先级以及业务带宽信息，通过接收到所述路由更新请求的转发部件与GGSN进行信令交互，用于根据信令交互结果为该转发部件生成所述数据转发关系。

步骤a中，当所述用户请求是路由更新请求时，所述控制系统收到该路由更新请求后，该方法进一步包括：

控制系统向当前为所述用户终端转发数据的转发部件发送路由更新指示，该转发部件收到该指示后停止经由自身接入网侧接口发送与该用户终端有关的用户数据，并将自身GGSN侧接口收到的该用户终端数据以及停止发送的所述用户数据发送给接收到所述路由更新请求的转发部件。

所述数据转发装置设置在RNC中，所述上游系统是SGSN，所述下游系统是Node B。

可见，本发明提供的数据转发装置包含连接于上游系统与下游系统之间的数据转发模块以及转发部件，转发部件可以在控制系统的控制下在上游系统与下游系统之间转发用户数据。本发明提供的数据转发方法，先由数据转发模块生成数据转发关系并发送给转发部件；之后，转发部件根据该数据转发关系以及存储的数据转发接口连接关系，在上游系统与下游系统之间转发用户数据。

本发明的数据转发装置，可实现低成本的数据转发和便于扩大数据转发容量。本发明的数据转发方法，具有数据转发时复杂度低的优点，因而可以节约成本；并且，当需要扩大数据转发装置的数据转发量时，只要在该数据转发装置中多加入一定数量的转发部件用于数据转发即可。

附图说明

图1为现有技术的SGSN数据转发原理图；

图2为本发明一较佳实施例的数据转发原理图；

图3为图2中SGSN包含的转发部件的结构图；

图4为图2中SGSN的服务转发部件更新原理图；

图5为本发明另一较佳实施例的数据转发原理图；

图6为本发明的数据转发装置进行数据转发原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明详细说明。

本发明提供的数据转发装置包含数据转发模块，该模块连接于上游系统与下游系统之间；该模块包含控制系统及转发部件，该转发部件可以在控制系统的控制下在上游系统与下游系统之间转发用户数据。

本发明提供的数据转发方法，先由数据转发模块生成数据转发关系并发送给转发部件；之后，转发部件根据该数据转发关系以及存储的数据转发接口连接关系，在上游系统与下游系统之间转发用户数据。

本发明所述的数据转发装置可以设置于任何具有数据转发功能的设备中，如：SGSN、RNC、GGSN等。

为了方便理解本发明，下面分别以SGSN及RNC为例，对本发明的数据转发装置及其数据转发方法进行描述。

首先针对SGSN进行描述：

参见图2，图2为本发明一较佳实施例的数据转发原理图。其中，SGSN230的数据转发模块220中包括控制系统231与转发部件232、转发部件233、转发部件234等转发部件。

控制系统231与各转发部件之间通过内部通信总线相连。每个转发部件至少提供两个数据转发接口，其中一个接口是接入网侧接口，该接口与接入网侧设备250相连；另外一个接口是GGSN侧接口，该接口与GGSN 210相连。接入网侧设备250通常是UTRAN或BSS等位于接入网侧的通信设备或通信系统。

当然，在有多个接入网侧设备250这样的接入网侧设备与SGSN 230相连时，则可以将上述的各转发部件通过交换网与这些接入网侧设备相连；同样，在有多个GGSN 210这样的GGSN与SGSN 230相连时，则可以将各转发部件通过交换网与这些GGSN相连。

在SGSN 230的数据转发模块220中，控制系统231进行目前的通信协议中规定的用于转发数据的相应信令和流程控制，如：在转发部件232接收到来自接入网侧设备250的数据时，对转发部件232进行数据转发时应用的数据转发策略进行控制等。

这里所说的转发策略除了包含目前常用的负载平衡、失效转发、流量控制等，还包括各转发部件的数据转发关系。这里的数据转发关系是指：转发部件要为哪个接入网设备与哪个GGSN之间进行用户数据的转发。该数据转发关系可以用接入网设备的网际协议(IP)地址等标识与GGSN的IP地址等标识之间的对应关系表示。

转发部件232、转发部件233、转发部件234等转发部件通常是一块单板或是一块可以进行数据转发的芯片，并且SGSN 230为各转发部件分配不同的IP地址。如之前所述，上述每个转发部件上至少设置有两个数据转发接口，其中一个接口是接入网侧接口，另外一个接口是GGSN侧接口。在实际应用中也可以在转发部件上设置两个以上的数据转发接口，这时该转发部件上的所有接口则总体分为两类，一类接口是接入网侧接口，该类接口与接入网侧设备250这样的接入网侧设备相连；另外一类接口是GGSN侧接口，该类接口与GGSN 210这样的GGSN相连。

上述各转发部件中分别存储有自身数据转发接口与接入网侧设备250这样的接入网侧设备、以及自身数据转发接口与GGSN 210这样的GGSN之间的接口连接关系，如：转发部件232、转发部件233及转发部件234的哪个数据转发接口与接入网侧设备250相连，转发部件232、转发部件233及转发部件234的哪个数据转发接口与GGSN 210相连。该接口连接关系通常以所述接入网侧设备的标识、和与该接入网侧设备相连的转发部件的标识之间的对应关系表示；以及以所述GGSN的标识、和与该GGSN相连的转发部件的标识之间的对应关系表示。

所述接口连接关系通常是由控制系统231以表格等形式预先向转发部件232、转发部件233、转发部件234这样的转发部件下发的。

通常，用户终端260在进行通信之前会发送用户业务请求(Create PDPContext Request)。接入网侧设备250收到该请求后，将该请求发送给SGSN230中的某个转发部件，假设转发部件233收到了该请求。那么，转发部件233将该请求发送给控制系统231，控制系统231通常将收到的用户业务请求包含的信息保存起来。所述用户业务请求通常包括针对用户数据的数据传输优先级、业务带宽等信息。

之后，控制系统231根据上述用户业务请求包含的数据传输优先级、业务带宽等信息，通过转发部件233与GGSN 210进行目前协议中规定的服务质量(QoS)协商等信令交互，以保证GGSN 210能接受该用户业务请求并正常为用户提供数据收发等后续服务；之后，控制系统231根据所述信令交互的结果生成针对用户终端260的数据转发策略，再将该数据转发策略发送给转发部件233，转发部件233将收到的数据转发策略保存起来。

上述信令交互结果通常为数据传输优先级、业务带宽等信息，生成的所述数据转发策略则包含这些信令交互结果，还包含转发部件233转发所述用户数据时的数据转发关系：转发部件233要为接入网设备250与GGSN 210之间进行用户数据的转发。

转发部件233收到并保存了上述数据转发策略后向控制系统231发送确认响应(Create PDP Context Ack)，控制系统231收到该响应后通过转发部件233、接入网侧设备250向用户终端260发送业务请求确认响应，用户终端260收到该响应后就可以发送用户数据了。

转发部件233收到所述数据转发策略后，就可以根据该数据转发策略包含的所述数据转发关系以及自身存储的所述接口连接关系，确定用于转发用户数据的GGSN侧接口和接入网侧接口。具体操作为：转发部件233读取所述数据转发关系中包含的GGSN的标识和接入网侧设备的标识，并根据该GGSN标识以及该接入网侧设备标识在所述接口连接关系中查找与该GGSN相连的转发部件233上的某个GGSN侧接口，还查找与该接入网侧设备相连的转发部件233上的某个接入网侧接口，并最终将查找到的该GGSN侧接口与该接入网侧接口作为用于转发所述用户数据的GGSN侧接口和接入网侧接口。

这样，当转发部件233在后续操作中由所述接入网侧接口接收到用户终端260的数据时，就将该数据由所述GGSN侧接口转发出去；还将由所述GGSN侧接口接收到的用户终端260的数据由所述接入网侧接口转发出去。

如果转发部件233是通过物理连接直接与所述GGSN和接入网侧设备相连，那么由所述GGSN侧接口发送出去的所述用户数据就会被直接发送给所述GGSN；由所述接入网侧接口发送出去的所述用户数据就会被直接发送给所述接入网侧设备。

当然，如果转发部件233通过交换网与所述GGSN和接入网侧设备相连，那么由所述GGSN侧接口发送出去的所述用户数据就会通过所述交换网发送给所述GGSN；由所述接入网侧接口发送出去的所述用户数据就会通过所述交换网发送给所述接入网侧设备。

在实际应用中，为了使所述转发部件能进行图2中所述的一系列操作，需要对转发部件进行图3所示的设计，图3为图2中SGSN包含的转发部件的结构图。

图3中，转发部件300包括：数据转发单元302；以及与数据转发单元302相连的第一存储单元301、控制单元306、第一接口适配单元303和第二接口适配单元304；还包括与控制单元306相连的总线接口单元305、第二存储单元307。

其中，总线接口单元305为SGSN中的控制系统与控制单元306进行信息传递提供物理接口，使控制系统与控制单元306彼此能交互数据、信令等信息。控制单元306用于支持数据转发单元302与SGSN中的控制系统之间的信息传递，如：控制单元306将来自上述控制系统的包含数据转发关系的数据转发策略发送给数据转发单元302，还将来自数据转发单元302的工作状态、基本配置数据以及接收到的信令等信息发送给控制系统。控制单元306可以用中央处理器(CPU)实现。

数据转发单元302用于接收来自控制单元306的包含数据转发关系的数据转发策略并发送给第一存储单元301保存。数据转发单元302可以应用收到的包含数据转发关系的数据转发策略对来自第一接口适配单元303和第二接口适配单元304的数据进行转发。数据转发单元302可以用Intel公司的型号为NP1200、NP2400或NP2800的网络处理器芯片实现。

实际上，也可以通过对数据转发单元302进行设计，使其能够实现控制单元306所能实现的功能，并且将与控制单元306相连的器件直接与数据转发单元302相连。但相比较而言，这样会使数据转发单元302的操作逻辑过于复杂；其在转发数据时有可能因为要进行过于复杂的逻辑计算，而减慢数据转发速度，进而降低数据转发效率，影响用户满意度。

第一接口适配单元303和第二接口适配单元304提供的所有对外接口中，至少有一个GGSN侧接口和一个接入网侧接口，以保证数据转发单元302能够经由该GGSN侧接口和该接入网侧接口转发数据。当然，第一接口适配单元303和第二接口适配单元304也可以分别提供一个以上GGSN侧接口和一个以上接入网侧接口。

实际应用中，转发部件也可以只包括第一接口适配单元303或第二接口适配单元304，只要该接口单元能提供至少一个GGSN侧接口和至少一个接入网侧接口即可。

当数据转发单元302有数据来不及转发时，则将该数据发送给第一存储单元301保存，并且数据转发单元302会实时性或周期性地向控制单元306发送收发数据量以及丢包率等数据转发信息。第二存储单元307用于存放支持控制单元306运行的必要软件程序以及转发部件300中的一些重要数据，如：控制单元306接收到的来自数据转发单元302的所述数据转发信息，并对该数据转发信息进行统计，再将统计结果发送给第二存储单元307存储。控制单元306在运行时则可以执行第二存储单元307中存储的所述软件程序，以应用该软件程序进行相应操作。

第一存储单元301、第二存储单元307可以统称为数据存储单元，它们均可用锁存器、寄存器等数据存储装置实现。实际应用中，转发部件也可以只包括第一存储单元301或第二存储单元307，只要该存储单元与控制单元306、数据转发单元302相连，并且能实现原来的第一存储单元301和第二存储单元307所实现的功能即可。

转发部件300可以进一步包括与控制单元306相连的调试单元308，用于通过其调试接口接收外部调试设备发来的调试命令，并根据该命令对控制单元306进行相应的调试操作。

如前所述，SGSN中的各转发部件均可与某个接入网侧设备相连。但在实际应用中有可能出现图4所示的情况，即：SGSN 420中的第一转发部件421与第一接入网侧设备430以及GGSN 410相连，而不与第二接入网侧设备440相连；SGSN 420中的第二转发部件422与第二接入网侧设备440以及GGSN 410相连，而不与第一接入网侧设备430相连。为了描述方便，本图中省略了在第一转发部件421与第一接入网侧设备430之间可能连接有的交换网，也省略了在第二转发部件422与第二接入网侧设备440之间可能连接有的交换网。

用户终端450最初通过第一接入网侧设备430、第一转发部件421与GGSN 410进行数据收发，这时通常将正在为用户终端450提供数据转发服务的第一转发部件421称为服务转发部件。

当用户终端450从第一接入网侧设备430的信号覆盖范围移动到第二接入网侧设备440的信号覆盖范围后，用户终端450则无法经由第一接入网侧设备430收发数据，而只能经由第二接入网侧设备440收发数据。然而由于GGSN 410并不知晓用户终端450所在的信号覆盖范围发生了变化，所以GGSN 410仍然通过第一转发部件421将要发送给用户终端450的数据发送给第一接入网侧设备430，但此时第一接入网侧设备430已经无法将所述数据发送给用户终端450。

这将导致下行用户数据无法发送给用户终端450，用户终端450则因为无法正常接收到下行数据而难以正常通信。

因此，在发生上述情况时要对为用户终端450提供服务的服务转发部件进行更新，具体的更新方法包括以下步骤：

第一步：用户终端450发送路由更新请求(Routing Area UpdateRequest)，该请求中包含第一接入网侧设备430所对应的路由区标识(RAI)。第二接入网侧设备440收到该请求后，将该请求发送给与自身相连的第二转发部件422。第二转发部件422收到所述路由更新请求后，将该请求发送给控制系统400。

第二步：控制系统400读取收到的路由更新请求中包含的所述RAI，并根据自身预先存储的RAI与各转发部件的对应关系，获知当前为用户终端450提供数据转发服务的是第一转发部件421。之后，控制系统400向第一转发部件421发送路由更新指示，该指示中包含用户终端450的用户信息以及第二转发部件422的标识，所述的第二转发部件422标识可以是第二转发部件422的IP地址，也可以是在SGSN 420中设置的用于区别不同转发部件的识别号，只要第一转发部件421能根据第二转发部件422标识将收到的路由更新指发送给第二转发部件422即可。

虽然当前第一转发部件421仍然承担着用户终端450的数据转发工作，但由于该数据转发工作的操作主体将由第一转发部件421更新为第二转发部件422，所以可以将第一转发部件421称为原转发部件；同理，可以把即将要为用户终端450转发数据的第二转发部件422称为新转发部件。

第三步：第一转发部件421收到来自控制系统400的路由更新指示后，停止经由自身接入网侧接口发送与用户终端450有关的用户数据，并将自身GGSN侧接口收到的以及不再继续发送的所有与用户终端450有关的用户数据保存起来。并且第一转发部件421根据路由更新指示包含的第二转发部件422的标识，将保存的所述用户数据发送给第二转发部件422。第二转发部件422保存来自第一转发部件421的所述用户数据。

再有，第一转发部件421收到上述路由更新指示后，还向控制系统400发送更新确认响应，以告知控制系统400第一转发部件421已经收到该路由更新指示。

第四步：控制系统400收到来自第一转发部件421的更新确认响应后，与GGSN 410进行数据转发部件更新操作。具体的转发部件更新操作为：控制系统400向第二转发部件422发送转发部件更新请求(Update PDP ContextRequest)，该请求中包含用户终端450的用户信息以及第二转发部件422的IP地址。第二转发部件422收到该请求后，将该请求发送给GGSN 410。

第五步：GGSN 410收到上述转发部件更新请求后，根据该请求中包含的第二转发部件422的IP地址获知为用户终端450提供服务的转发部件由第一转发部件421变成了第二转发部件422；GGSN 410则将保存的第一转发部件421的IP地址更新为第二转发部件422的IP地址。之后，GGSN 410向第二转发部件422发送转发部件更新响应(Update PDP ContextResponse)。

这样，GGSN 410在后续操作中则向第二转发部件422发送用户终端450的数据，而不再向第一转发部件421发送用户终端450的数据。

第六步：第二转发部件422收到转发部件更新响应后，将该响应发送给控制系统400。控制系统400收到该响应后，生成针对用户终端450的数据转发策略，并将该数据转发策略发送给第二转发部件422保存；并且，控制系统400还向第二转发部件422发送路由更新接受消息(Routing Area UpdateAccept)，第二转发部件422收到该消息后，将该消息发送给第二接入网侧设备440。第二接入网侧设备440收到该消息后，将该消息发送给用户终端450。

当然，控制系统400收到所述更新响应时，可以先不生成所述数据转发策略，而是根据自身保存的针对用户终端450数据的数据传输优先级以及业务带宽等信息，进一步与GGSN 410进行目前协议中规定的QoS协商等信令交互，以保证GGSN 410能正常为用户提供数据收发等后续服务。之后，控制系统400再根据所述信令交互的结果生成针对用户终端450的数据转发策略，并将该数据转发策略发送给第二转发部件422保存。

第二转发部件422收到该数据转发策略后，就可以根据该数据转发策略包含的数据转发关系以及自身存储的接口连接关系，确定用于转发用户终端450数据的GGSN侧接口和接入网侧接口，之后还可以将来自第一转发部件421的所述用户数据由确定的所述接入网侧接口发送出去。

第七步：用户终端450收到上述路由更新接受消息后，发送路由更新完成消息(Routing Area Update Complete)。第二接入网侧设备440接受到该消息后，将该消息经由第二转发部件422发送给控制系统400。

至此，服务转发部件的更新流程就结束了。

这样，在后续操作中，第二转发部件422的GGSN侧接口会收到来自GGSN 410的用户终端450的数据；再有，用户终端450移动到第二接入网侧设备440的信号覆盖范围之后，第二转发部件422的接入网侧接口会收到来自用户终端450的数据。这时，第二转发部件422就可以根据已经确定的用于转发所述用户数据的GGSN侧接口和接入网侧接口，对接收到的所述用户数据进行转发。

具体转发操作为：第二转发部件422将由所述GGSN侧接口接收到的所述用户数据由所述接入网侧接口转发出去；还将由所述接入网侧接口接收到的所述用户数据由所述GGSN侧接口转发出去。

如果有多个转发部件与第二接入网侧设备440相连，在进行服务转发部件的更新时，第二接入网侧设备440则向这多个转发部件中的一个发送所述路由更新请求，后续的更新方法与前述的相应更新方法相同。

由上述可知，之所以要进行第二步到第三步的操作，是因为用户终端450移出第一接入网侧设备430的信号覆盖范围后至服务转发部件的更新流程结束前，第一转发部件421有少量数据要通过第一接入网侧设备430发送给用户终端450，但实际上用户终端450已经无法通过第一接入网侧设备430接收这些数据。所以第一转发部件421就保存这些数据，并在后续的相应操作中将这些数据发送给第二转发部件422，使第二转发部件422能通过第二接入网侧设备440将这些数据发送给用户终端450，以使用户终端450在通信过程中能尽可能多的接收到其应接收的数据，保证用户终端450的通信能顺利进行。

上述第二步到第三步并非服务转发部件的更新流程中的必要步骤，即使不进行这些步骤也不会影响服务转发部件的正常更新流程，而只会对用户终端450的正常通信产生较小的影响，所以可以由第一步直接进入第四步，由收到所述路由更新请求的控制系统400与GGSN 410进行所述转发部件更新操作并生成所述数据转发策略，再将该数据转发策略发送给第二转发部件422。

可见，SGSN中的控制系统在收到来自用户的路由更新请求后，生成针对该用户的数据转发策略，并将该数据转发策略发送给即将为用户转发数据的新转发部件。这样，该新转发部件后续收到用户数据时，则根据所述数据转发策略包含的数据转发关系及自身存储的所述接口连接关系，正常进行用户数据的转发。

由以上所述可知，在SGSN中不再应用交换网络进行数据转发，而是应用结构及数据转发方法都相对简单的转发部件进行数据转发。SGSN中的控制系统在收到上述的用户业务请求、路由更新请求等用户请求后，生成针对所述用户的数据转发策略并发送给转发部件保存；使得转发部件后续收到用户数据时，可根据收到的数据转发策略包含的数据转发关系及自身存储的所述接口连接关系，正常进行用户数据的转发。

也正是基于上述相对简单的数据转发方法，SGSN中的转发部件可以设计得相对简单，并且每个转发部件也不必支持过大的数据转发量。当SGSN的数据转发量需要增加时，只要在SGSN中多加入一定数量的转发部件用于数据转发即可。

与SGSN这样的数据转发设备具有类似数据转发功能的GGSN、RNC等设备，也可以如图2中的SGSN 230一样进行相应的结构设置，并应用与SGSN 230原理相同的数据转发方法，只不过GGSN是在SGSN与外部网之间进行数据转发，RNC是在基站Node B与SGSN之间进行数据转发。

下面，就再针对RNC进行简单描述：

参见图5，图5为本发明另一较佳实施例的数据转发原理图。其中，RNC530的数据转发模块520中包括控制系统531与转发部件532、转发部件533、转发部件534等转发部件。控制系统531与各转发部件之间通过内部通信总线相连。每个转发部件至少提供两个数据转发接口，其中一个接口是Node B侧接口，该接口与Node B 550相连；另外一个接口是SGSN侧接口，该接口与SGSN 510相连。

在RNC 530的数据转发模块520中，控制系统531进行目前的通信协议中规定的用于转发数据的相应信令和流程控制，如：在转发部件532接收到来自接入Node B 550的数据时，对转发部件532进行数据转发时应用的数据转发策略进行控制等。这里所说的转发策略除了包含目前常用的负载平衡、失效转发、流量控制等，还包括各转发部件的数据转发关系。这里所说的数据转发关系与前述图2中的所述数据转发关系相同。

从技术角度讲，所述控制系统必须向所述转发部件下发所述数据转发关系，用于支持该转发部件对所述数据进行转发。而所述数据转发策略中包含的已应用于现有技术中的负载平衡、失效转发、流量控制等，则不是必须要向该转发部件下发的内容；因为，不向该转发部件下发负载平衡等内容，只会影响该转发部件转发用户数据时的效果，而不会导致该转发部件无法转发用户数据。

图5中的每个转发部件上至少设置有两个数据转发接口，其中一个接口是Node B侧接口，另外一个接口是SGSN侧接口。在实际应用中也可以在转发部件上设置两个以上的数据转发接口，这时该转发部件上的所有接口则总体分为两类，一类接口是Node B侧接口，该类接口与Node B 550这样的Node B相连；另外一类接口是SGSN侧接口，该类接口与SGSN 510这样的SGSN相连。

再有，所述各转发部件均具有图3所示的内部结构。

上述各转发部件中分别存储有自身数据转发接口与Node B 550这样的Node B、以及自身数据转发接口与SGSN 510这样的SGSN之间的接口连接关系。该接口连接关系通常是由控制系统531以表格等形式预先向转发部件532、转发部件533、转发部件534这样的转发部件下发的。

用户终端在进行通信之前会发送用户业务请求。Node B 550收到该请求后，将该请求发送给RNC 530中的某个转发部件，假设转发部件533收到了该请求。那么，转发部件533再将该请求发送给控制系统531。

之后，控制系统531根据上述用户业务请求包含的数据传输优先级、业务带宽等信息，通过转发部件533与SGSN 510进行目前协议中规定的QoS协商等信令交互，以选择一个与自身相连SGSN为所述用户服务，假设控制系统531选择SGSN 510为所述用户进行服务。之后，控制系统531根据所述信令交互的结果生成针对所述用户终端的数据转发策略，再将该数据转发策略发送给转发部件533，转发部件533将收到的数据转发策略保存起来。

所述数据转发策略中包含转发部件533转发所述用户数据时的数据转发关系：转发部件533要为Node B 550与SGSN 510之间进行用户数据的转发。

转发部件533收到并保存了上述数据转发策略后向控制系统531发送确认响应，控制系统531收到该响应后通过转发部件533、Node B 550向所述用户终端发送业务请求确认响应，该用户终端收到该响应后就可以发送用户数据了。

转发部件533收到所述数据转发策略后，就可以根据该数据转发策略包含的所述数据转发关系以及自身存储的所述接口连接关系，确定用于转发所述用户数据的SGSN侧接口和Node B侧接口，所述确定方法与前述图2中的相应确定方法相同。这样，当转发部件533在后续操作中由所述Node B侧接口接收到所述用户数据时，就将该用户数据由所述SGSN侧接口转发出去；还将由所述SGSN侧接口接收到的所述用户数据由所述Node B侧接口转发出去。

可见，图5所示的RNC 530与图2所示的SGSN 230包含具有相同结构及数据转发功能的数据转发模块。因此，可以像图6中所示的一样，将图2所示的GGSN 210与图5所示的SGSN 510统称为上游系统610，将图2所示的接入网侧设备250与图5所示的Node B 550统称为下游系统650，将图2所示的SGSN 230与图5所示的RNC 530统称为数据转发装置630。

数据转发装置630中的数据转发模块620所包含的数据转发接口中，将与接入网侧设备250或Node B 550这样的下游系统相连的数据转发接口，统称为下游系统侧接口；将与GGSN 210或SGSN 510这样的上游系统相连的数据转发接口，统称为上游系统侧接口。

数据转发装置630的数据转发模块620的内部结构及数据转发功能与图2、图5所示的相应数据转发模块的内部结构及数据转发功能相同；并且，数据转发模块620为下游系统650与上游系统610之间进行用户数据转发的数据转发方法，与图2、图5中的相应用户数据转发方法相同。

可见，本发明的数据转发装置，可实现低成本的数据转发和便于扩大数据转发容量。本发明的数据转发方法，具有数据转发时复杂度低的优点，因而可以节约成本；并且，当需要扩大数据转发装置的数据转发量时，只要在该数据转发装置中多加入一定数量的转发部件用于数据转发即可。上述优点在数据转发装置进行大数据量转发时表现得尤其明显。

Claims (14)

1、一种数据转发装置，包含数据转发模块，该模块连接于上游系统与下游系统之间，用于转发上游系统与下游系统之间的用户数据；其特征在于，该数据转发模块包括：

控制系统，用于生成支持每个转发部件进行数据转发的数据转发关系并发送给对应的转发部件，和控制转发部件进行数据转发；

一个或一个以上的转发部件，存储有自身数据转发接口与上游系统、下游系统之间的接口连接关系，各转发部件以及控制系统通过通信总线彼此相连；其中，各转发部件包括至少一个上游系统侧接口，还包括至少一个下游系统侧接口，转发部件用于接收来自控制系统的数据转发关系，根据该数据转发关系以及所述接口连接关系确定该转发部件内用于转发用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口，并且将由该下游系统侧接口接收到的用户数据由该上游系统侧接口转发出去，和将由该上游系统侧接口接收到的用户数据由该下游系统侧接口转发出去。

2、如权利要求1所述的数据转发装置，其特征在于，所述转发部件包括：

总线接口单元，分别与所述控制系统及转发部件内的控制单元相连，用于将来自控制系统的数据转发关系向控制单元发送；

控制单元，分别与数据转发单元、数据存储单元相连，用于将收到的数据转发关系发送给数据转发单元，以及运行数据存储单元中存储的支持控制单元运行的软件程序；

数据转发单元，分别与数据存储单元、至少一个接口适配单元相连，用于与所述接口适配单元之间进行用户数据转发，并将无法及时发出的用户数据发送给数据存储单元暂时存储；

数据存储单元，存储有支持控制单元运行的软件程序，并用于接收来自数据转发单元的用户数据并存储；

一个或一个以上的接口适配单元，提供所述上游系统侧接口与所述下游系统侧接口，用于支持数据转发单元与所述上游系统侧接口及下游系统侧接口之间的用户数据转发。

3、如权利要求2所述的数据转发装置，其特征在于，所述控制单元是中央处理器，所述数据转发单元是网络处理器芯片。

4、如权利要求1、2或3所述的数据转发装置，其特征在于，所述数据转发模块设置于通用分组无线业务服务支持结点SGSN中，所述上游系统是通用分组无线业务网关服务支持结点GGSN，所述下游系统是接入网侧设备；或，

所述数据转发模块设置于无线网络控制器RNC中，所述上游系统是SGSN，所述下游系统是基站Node B。

5、如权利要求4所述的数据转发装置，其特征在于，所述接入网侧设备是通用地面无线接入网UTRAN或基站子系统BSS。

6、一种数据转发方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.数据转发装置包含的数据转发模块包括控制系统和一个或一个以上的转发部件，控制系统通过转发部件接收到用户请求，根据该用户请求生成针对用户数据的数据转发关系并发送给该转发部件；

b.转发部件根据来自控制系统的数据转发关系以及存储的自身数据转发接口与上游系统、下游系统之间的接口连接关系，确定该转发部件内用于转发用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口；并且将后续由该下游系统侧接口接收到的用户数据由该上游系统侧接口转发出去，和将由该上游系统侧接口接收到的用户数据由该下游系统侧接口转发出去。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤a中，控制系统通过所述转发部件接收用户请求的方法具体包括：

用户发送用户请求，下游系统收到该用户请求后将该用户请求发送给所述转发部件；该转发部件将收到的用户请求发送给所述控制系统。

8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤a中，所述控制系统生成数据转发关系并发送给所述转发部件的方法具体包括：

控制系统根据所述用户请求包含的数据传输优先级以及业务带宽信息，通过所述转发部件与所述上游系统进行信令交互并根据信令交互的结果生成数据转发关系，再将该数据转发关系发送给所述转发部件保存；或，

控制系统根据所述用户请求包含的数据传输优先级以及业务带宽信息直接生成数据转发关系，并将该数据转发关系发送给所述转发部件保存。

9、如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤b中，所述转发部件确定用于转发用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口的方法是：

该转发部件读取所述数据转发关系中包含的下游系统标识和上游系统标识，并根据该下游系统标识和上游系统标识在所述接口连接关系中查找与该下游系统相连的该转发部件上的下游系统侧接口，还查找与该上游系统相连的该转发部件上的上游系统侧接口，并最终将查找到的下游系统侧接口与上游系统侧接口作为用于转发所述用户数据的下游系统侧接口和上游系统侧接口。

10、如权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，所述数据转发装置设置在SGSN中，所述上游系统是GGSN，所述下游系统是接入网侧设备。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤a中，当所述用户请求是路由更新请求时，所述的控制系统生成数据转发关系并发送给所述转发部件的方法具体包括：

a1.所述控制系统通过接收到路由更新请求的转发部件向GGSN发送转发部件更新请求，该请求包含发送路由更新请求的用户终端的用户信息，以及接收到所述路由更新请求的转发部件网际协议IP地址；

a2.GGSN收到所述转发部件更新请求后，用接收到所述路由更新请求的转发部件IP地址更新当前为所述用户终端转发数据的转发部件IP地址，并通过接收到所述路由更新请求的转发部件向控制系统发送转发部件更新响应；

a3.控制系统接收到转发部件更新响应后，为接收到所述路由更新请求的转发部件生成数据转发关系，并将该数据转发关系发送给该转发部件保存。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤a3中，控制系统接收到所述转发部件更新响应之后，生成所述数据转发关系之前，该方法进一步包括：

控制系统根据保存的针对所述用户数据的数据传输优先级以及业务带宽信息，通过接收到所述路由更新请求的转发部件与GGSN进行信令交互，用于根据信令交互结果为该转发部件生成所述数据转发关系。

13、如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤a中，当所述用户请求是路由更新请求时，所述控制系统收到该路由更新请求后，该方法进一步包括：

控制系统向当前为所述用户终端转发数据的转发部件发送路由更新指示，该转发部件收到该指示后停止经由自身接入网侧接口发送与该用户终端有关的用户数据，并将自身GGSN侧接口收到的该用户终端数据以及停止发送的所述用户数据发送给接收到所述路由更新请求的转发部件。

14、如权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，所述数据转发装置设置在RNC中，所述上游系统是SGSN，所述下游系统是Node B。

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