CN101102269A - 一种gprs网络中的数据负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

一种GPRS网络中的数据负载均衡方法，该网络中源设备分别和多个目的设备之间建立有通信链路，其特征在于：根据R99版GTP协议进行包分类，分析出数据包的流向；信令包进行广播，每个接收点都可以收到；业务包进行负载均衡，业务包利用其PDP地址值进行CRC多项式散列计算后取模，模值为接收节点的个数，根据取模运算结果分发到对应接收节点。运用此方法可以解决R99版GPRS网络中信令面和数据面没有直接关键字相关联的问题，源设备业务可以均匀的分发到各个接收节点，不会打断会话，可保证一个会话从握手建立到拆除的整个服务过程都由接收端的一个节点进行处理，该方法简单易行，可靠实用。

Description

一种GPRS网络中的数据负载均衡方法

技术领域

本发明属于电信通信领域的数据处理方法，特别是一种针对R99版本GPRS协议的数据流量负载均衡方法。

背景技术

近些年，基于GPRS的移动通信网络的发展和建设非常迅猛，用户不断增多，网络带宽不断增加。当前的移动通信网络中，多数是面向会话的通信方式，数据包一般分为信令包和业务包，信令包负责建立、维护和拆除会话，会话建立后，才能收发业务包。比如打电话，一次通话过程就是建立、维持，拆除一个会话的过程：首先是拨号，等待对方摘机，这个过程就是信令建立会话的过程；对方摘机后进行通话，进行的是业务通信。每一个业务包都会和信令包建立的某个会话相对应，据实际通信网络的统计分析，信令包所占比例很小，小于1％，业务包占99％以上。因此负载均衡主要体现在对业务包的处理上。当前电信设备对于海量的数据处理需求存在很大的局限性：

1、单个设备如计算机，板卡等的数据处理能力有限，受到CPU，内存，接口卡等硬件和数据处理软件综合因素的限制，无法通过单个设备完成大量数据处理；往往需要将数据进行负载均衡，使流量尽量以1∶1∶1的方式分发到接收节点。面向会话的应用中，必须不能打断会话实现负载均衡。

2、传统的负载均衡算法如加权算法，轮循算法都是基于数据包的均衡算法，无法在基于流的会话业务中应用。基于关键字段的取模算法可以很好适用于R98版本的GPRS网络，因为R98版本的网络采用TID(IMSI+NSAPI)来标识唯一的会话，但是R99及以后版本取消了TID字段，并且采用了上下行采用不同的隧道号(TEID)的标识方法，导致数据包中没有唯一关键字能够将信令包中的TEID-C同数据包的上行隧道号TEID-U^UP和下行隧道号TEID-U^down进行关联，因此基于关键字段的取模算法无法使用。对此通常的解决办法采用建立三维映射的方法，将三种值进行HASH散列后关联起来。但是这样做维护起来非常复杂，效率极低，任何一维的变化都需要重新计算HASH值，运算量极大，严重影响系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GPRS网络中的数据负载均衡方法，是一种针对R99版本GPRS协议数据包的负载均衡方法，在移动通信网络设备中实现负载均衡，根据GPRS R99版本协议数据包的特点建立数据与会话的关系，方法简单易行，可靠实用，保证了源设备数据可以均匀的分发到各个接收节点，不会打破会话，可保证一个会话从握手建立到拆除的整个服务过程都由接收端的一个节点进行处理。

实现本发明的技术方案：一种GPRS网络中的数据负载均衡方法，针对R99版本GPRS协议的数据流量负载均衡，网络中源设备分别和多个目的设备之间建立有通信链路，其特征在于：根据数据包的包头信息进行分类，将数据包分为信令包和业务包，将业务包的关键字段通过CRC多项式的映射值和信令包关联，业务包和信令包建立的会话有对应关系；信令包进行广播，每个接收点都可以收到；业务包进行负载均衡，业务包利用其PDP地址的CRC映射值进行取模运算，模值为接收节点的个数，根据取模运算结果分发到对应接收节点，一个会话从握手建立到拆除的整个服务过程都由接收端的一个节点进行处理。

如上所述的GPRS网络中的数据负载均衡方法，其特征在于：取业务包的PDP地址进行CRC映射，其映射值作为均衡关键字，所使用的32位CRC生成多项式为CRC32＝X³²+X²⁶+X²³+X²²+X¹⁶+X¹²+X¹¹+X¹⁰+X⁸+X⁷+X⁵+X⁴+X²+X+1。

本发明的原理是利用CRC映射算法将数据面的PDP地址进行离散化，进而实现数据的负载均衡：

1.对要处理的包进行分类，将信令包和业务包分开来进行处理，同时要利用业务包与信令包建立的会话的关系：将业务包根据SGSN地址列表分为上行和下行；每个业务包只属于唯一的会话，由于R99版本GPRS协议没有TID作为关键字与会话关联，因此需要取业务包的PDP地址进行散列；

2.信令包不作负载均衡处理，以广播的形式分发，每个接收节点可以收到，并根据收到的信令建立，维护会话；

3.业务包的处理：通过协议分析，取出业务包PDP地址，利用CRC多项式的散列特性将其映射到32位数值空间中，将映射值进行取模运算，模值为接收节点的个数，根据取模运算结果将业务包分发到对应接收节点Node。比如节点数目为N，取模运算(CRC VALUE％N)，模值为0的包的目的地址填上对应接收节点1的地址，模值为1的包的目的地址填上对应接收节点2的地址，依此类推，模值为N-1的包的目的地址填上对应接收节点N的地址；经过处理的所有包经交换机发往接收节点。

本发明的突出优点是算法简单，运算速度快，容易实现。

附图说明

图1，为本发明实施例的源设备和目的接收设备示意图。

图2，本发明实施例的实施流程图。

具体的实施方式：

图1，为本发明实施例的源设备和目的接收设备示意图，在源端设备上进行负载均衡，将输入的数据进行负载均衡算法处理后输出到网络，一般通过交换机接以太网；接收节点及连节点也连接在此以太网上，根据包的目的地址分别选择接收。

图2，是本发明实施例的流程图。其流程如下：

1  对接收的包进行协议分析。R99版本GTP协议规定信令端口为2123，数据端口为2152，根据UDP端口号将包分为信令包和业务包。

2  对于信令包，直接将包的目的MAC地址修改为广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF)，以便于所有的接收节点接收。

3  对于业务包，首先要根据IP包头信息中的源IP地址判断出是由SGSN到GGSN的上行包还是GGSN到SGSN的下行包。考虑在GPRS网络中SGSN的数目远少于GGSN的数目，那么可以将承载层源IP地址与设备中的SGSN列表地址比较，判断出是上行包还是下行包。

4  根据GTP包的包头结构，采用包头指针偏移方式取出业务包的GTP封装层中的IP地址，对上行包取出其源IP地址作为PDP地址，对于下行包取出其目的IP地址作为PDP地址。

5  对PDP地址进行CRC散列计算，由于PDP地址为32位地址，因此采用的CRC多项式为

CRC32＝X³²+X²⁶+X²³+X²²+X¹⁶+X¹²+X¹¹+X¹⁰+X⁸+X⁷+X⁵+X⁴+X²+X+1。

6  CRC散列计算后得到PDP地址的散列值，然后取模(CRC VALUE％4)，模值为0的包的目的地址填上对应接收节点1的地址，模值为1的包的目的地址填上对应接收节点2的地址，依此类推。经过处理的所有包经交换机发往接收节点。接收节点仅接收目的地址是自己的包。

实施举例：在中国移动GPRS分组域网络中，有GGSN和SGSN设备，GPRS用户通过GGSN访问互联网，每个用户在使用时会建立一个会话，GGSN的容量是根据可以容纳的用户数据来决定的，比如单个GGSN的容量是十万用户，那么一个四十万用户的地区需要配置4个GGSN，当用户接入访问时，要通过负载均衡将用户均匀分到4个GGSN设备。将数据包分为信令包和业务包，信令包协议是GTP-C，业务包是GTP-U包。首先由GTP-C信令包建立一个双向会话，用户可以访问互联网，数据是GTP-U包，每个GTP-U包中封装了用户数据IP包，这个IP包的源或目的地址为用户上下文的PDP地址值，这个PDP地址与GTP-C信令建立的会话相对应。根据该发明的方法，将PDP地址进行散列后取模，可以保证一个用户的所有数据被一个GGSN处理。

Claims (2)

1、一种GPRS网络中的数据负载均衡方法，针对R99版本GPRS协议的数据流量负载均衡，网络中源设备分别和多个目的设备之间建立有通信链路，其特征在于：根据数据包的包头信息进行分类，将数据包分为信令包和业务包，将业务包的关键字段通过CRC多项式的映射值和信令包关联，业务包和信令包建立的会话有对应关系；信令包进行广播，每个接收点都可以收到；业务包进行负载均衡，业务包利用其PDP地址的CRC映射值进行取模运算，模值为接收节点的个数，根据取模运算结果分发到对应接收节点，一个会话从握手建立到拆除的整个服务过程都由接收端的一个节点进行处理。

2、如权利要求1所述的GPRS网络中的数据负载均衡方法，其特征在于：取业务包的PDP地址进行CRC映射，其映射值作为均衡关键字，所使用的32位CRC生成多项式为CRC32＝X³²+X²⁶+X²³+X²²+X¹⁶+X¹²+X¹¹+X¹⁰+X⁸+X⁷+X⁵+X⁴+X²+X+1。

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