CN101998668A - 一种无线连接的gtp-u实体间传输数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线连接的GTP-U实体间的数据传输方法和装置，节约无线资源。所述方法包括：第一GTP-U实体与第二GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，在建立无线承载连接的过程中，所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系；所述第一GTP-U实体与第二GTP-U实体根据各自保存的GTP-U连接和无线承载连接的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

Description

一种无线连接的GTP-U实体间传输数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，特别是在LTE-A(Long Term EvolutionAavance，高级长期演进)系统中Relay系统(无线中继)的实现。

背景技术

如图1所示，蜂窝无线通讯系统主要由终端、接入网和核心网组成。基站或基站和基站控制器组成的网络称为无线接入网(Radio Access Network，RAN)，负责接入层事务，比如无线资源的管理。基站之间可以根据实际情况存在物理或者逻辑上的连接，如图1中的基站1和基站2或者基站3。每个基站可以和一个或者一个以上的核心网节点(Core Network，CN)连接。核心网负责非接入层事务，比如位置更新等，并且是用户面的锚点。用户设备(User Equipment，UE)是指可以和蜂窝无线通讯网络通讯的各种设备，比如移动电话或者笔记本电脑等。

在蜂窝无线通讯系统中，固定基站网络的无线覆盖由于各种各样的原因受到限制，比如各种建筑结构对无线信号的阻挡等原因造成在无线网络的覆盖中无可避免的存在覆盖漏洞。另外一方面在小区的边缘地区，由于无线信号强度的减弱，以及相邻小区的干扰，导致UE在小区边缘时，通讯质量较差，无线传输的错误率抬高。为了提高数据率的覆盖率，群组移动性，临时网络部署，小区边缘地区的吞吐量以及新区域的覆盖，有一种解决方案是在蜂窝无线通讯系统引入一种无线网络节点，称为中继(relay)。

Relay具有在其他网络节点之间通过无线链路中继数据以及可能的控制信息功能的站点，也叫中继节点或中继站(Relay Node/Relay Station)，其工作原理如图2所示。其中基站直接服务的UE叫宏(Macro)UE，Relay服务的UE叫Relay UE(中继用户设备)。

直传链路(direct link)：基站与UE之间的无线链路，包含上下行(DL/ULdownlink/uplink)直传链路；

接入链路(access link)：Relay与UE之间的无线链路，包含DL/UL接入链路；

回程链路(backhaul link)：基站与Relay之间的无线链路，包含DL/UL中继链路；

Relay可以通过多种方法中继数据，比如直接放大接收到的基站发送无线信号，或者将基站发送的数据接收后进行对应的处理，将正确接收的包再转发给终端，或者基站和中继合作向终端发送数据，相反Relay也会中继从终端向基站发送的数据。

在众多的中继类型中，有一种中继被称为类型一中继(Type I Relay)，其特点如下：

UE无法区分中继和固定基站下的小区，即中继本身从在UE看来，就是一个小区，跟基站下的小区没有区别，此类小区可以称为中继小区。中继小区有自己的小区物理标识(PCI，physical cell identity)，和普通小区一样发送广播，当UE驻留在中继小区中，中继小区可以单独分配调度无线资源给UE使用，可以独立于参与中继的基站的无线资源调度，又被称为Donor基站即Relay通过backhaul link连接的基站。中继小区和Relay UE之间的接口以及协议栈与普通基站小区和UE之间相同。

LTE系统采用基于IP(互联网协议，Internet Protocol)的扁平化架构，如图3所示，由E-UTRAN(演进的通用地面无线接入网，Evolved UniversalTerrestrial Radio Access Network)、CN节点包括：MME(移动管理单元，Mobility Management Entity)、S-GW(服务网关，Serving Gateway)及其他支撑节点组成，其中MME负责移动性管理、非接入层信令的处理、用户的移动管理上下文的管理等控制面相关工作；S-GW负责UE用户面数据的传送、转发和路由切换等；eNB之间在逻辑上通过X2接口互相连接，用于支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换；每个eNB通过S1接口，连接到SAE(系统架构演进，System Architecture Evolution)核心网，即通过控制平面S1-MME接口与MME相连，通过用户平面S1-U接口与S-GW相连，S1接口支持eNB与MME和S-GW之间的多点连接。S1-MME其接口协议栈如图4；其网络层采用IP协议，网络层之上的传输层使用的SCTP协议。最上层的应用层即控制面的S1-AP协议，使用底层的传输承载传输S1-AP的信令。S1-U其接口协议栈如图5，由GTP-U(GPRS TunnellingProtocol for the user plane，用户层面的GPRS隧道协议)/UDP(User DatagramProtocol，用户数据报协议)/IP组成了传输承载，用来传输eNB和S-GW之间的用户面PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)。传输承载由GTP-U的TEID和IP地址标识，包括：源侧GTP-U TEID、目标侧GTP-U TEID(TunnelEndpoint Identifier，隧道终端标识)、源侧IP地址和目标侧IP地址，其中UDP端口号固定为2152，而GTP-U是一个隧道协议用来完成IPv4和IPv6上的无缝传输。每个传输承载用于承载一个业务上的数据(Service DataFlows)。

eNB通过Uu接口(最初定义为接入网与UE之间的无线接口)与UE进行信令和数据的传输。如图6和图7分别从用户面和控制面显示了eNB和UE的L1，L2，L3(从下往上层1、2、3)之间的Uu接口协议栈。Ue和Realy网元之间的接口仍被定义为Uu接口，Uu接口的无线承载被称为Uu RB(Radio Bearer)。

负责连接Relay的网元被称为赠与演进基站(Donr eNB)，简称DeNB。Relay网元和DeNB网元之间的无线接口被定义为Un接口，Un接口的无线承载被称为Un RB(Radio Bearer)；目前Un接口用户面协议栈结构有两种提议：

第一种方式中，Un接口和Uu接口一样，用户数据直接用PDCP承载，如图8所示。这个方法的优点是Un接口负荷小，Relay上协议栈简单。但是Un接口需要为多个UE服务，用户数据直接承载在PDCP之上，就需要为每个UE的每个承载建立一个Un接口的无线承载DRB(Data RadioBearer)。目前协议，两个无线节点间的无线承载DRB个数有限，不能满足为多UE服务的要求。解决问题的方法之一是多个UE数据承载复用在同一个Un接口的无线承载DRB上，目前的PDCP协议无法实现复用。

第二种方式，Un接口在PDCP之上使用GTP-U/UDP/IP，如图9所示。这样在Un接口的PDCP里面传输的数据除用户数据外，对每个包还包含GTP-U、UDP、IP数据包的头(如图10所示)，共40字节。GTP-U/UDP/IP协议栈原始设计是应用于有线承载上的。因此上述40字节的包头长度对于有线承载的开销可以忽略不计。但是在中继节点应用场景中，该协议栈将应用于无线承载之上，包头的负荷对宝贵的无线资源来说就造成了过大的开销。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线连接的GTP-U实体间的数据传输方法和装置，节约无线资源。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线连接的用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体间传输数据的方法，包括：

第一GTP-U实体与第二GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，在建立无线承载连接的过程中，所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系；

所述第一GTP-U实体与第二GTP-U实体根据各自保存的GTP-U连接和无线承载连接的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

进一步地，所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系是指保存GTP-U连接标识和无线承载连接标识的对应关系；所述GTP-U连接标识包括所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体分配的GTP-U隧道标识(GTP-U TEID)，以及第一GTP-U实体和第二GTP-U实体的传输层地址；所述无线承载连接标识在无线承载上唯一的标识一个用户数据流。

进一步地，在无线承载连接建立过程中，所述保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系的步骤进一步包括：

在承载建立过程中，第一GTP-U实体和第二GTP-U实体分别分配无线接口承载连接标识，并通过控制面消息发送给对端GTP-U实体；在接收到对端GTP-U实体发送的无线接口承载连接标识后，保存GTP-U连接与对端GTP-U实体分配的无线接口承载连接标识的映射关系。

进一步地，第一GTP-U实体和第二GTP-U实体进行用户面数据的上下行传输的步骤包括：

收到上行或下行的用户数据后作为发送方的GTP-U实体，为用户数据添加数据包头，根据预先保存的映射关系进行数据包头的映射，用无线承载连接标识代替数据包头中的GTP-U连接标识，在无线承载上发送处理后的数据；对端GTP-U实体在无线承载上收到所述处理后的数据后，根据预先保存的映射关系还原所述数据包，用GTP-U连接标识代替数据包头中的无线承载连接标识。

进一步地，所述控制面消息为S1应用协议消息或新增的无线接口控制面协议消息。

进一步地，当无线接口用户面协议为GTP-U时，所述无线接口承载连接标识为GTP-U隧道标识(GTP-U TEID)。

进一步地，所述第一GTP-U实体为中继(Relay)，所述第二GTP-U实体为与所述Relay连接的基站(DeNB)。

为解决上述问题，本发明还提供了一种无线连接的用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体间传输数据的方法，涉及用户设备(UE)、中继(Relay)、基站(DeNB)、核心网，UE与Relay之间的接口为Uu接口，Relay与DeNB之间为无线接口，DeNB与核心网之间的接口为S1接口，其特征在于，

为无线接口用户面分配用于标识无线接口承载的数据流标识，Relay保存针对该UE的Uu接口承载与该数据流标识的映射关系，DeNB保存所述数据流标识与S1承载的映射关系；DeNB和Relay根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

进一步地，在UE初始接入过程中或专用承载建立过程中由DeNB分配数据流标识。

进一步地，DeNB和Relay根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输的步骤进一步包括：

当DeNB收到目的地址为所述UE的下行数据时，根据S1接口承载确定对应的无线接口用户面数据流标识，根据该标识将下行数据组织成Un用户面数据，并发送至Relay，Relay接收到Un用户面数据，根据其中的Un接口用户面数据流标识确定关联的Uu接口承载，发送用户数据到UE；

当Relay收到该终端的上行数据时，根据Uu接口承载确定对应的无线接口用户面数据流标识，根据该标识将上行数据组织成Un用户面数据，并发送至DeNB，DeNB接收到Un用户面数据，根据其中的无线接口用户面数据流标识确定关联的S1接口承载，发送用户数据到核心网。

为解决上述问题，本发明还提供了一种用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体，包括无线承载建立模块和数据传输模块，其中：

所述无线承载建立模块，用于与其他GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，并保存GTP-U连接与无线承载连接的映射关系；

所述数据传输模块，用于根据所述无线承载建立模块保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

为解决上述问题，本发明还提供了一种无线连接的用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体间传输数据的系统，包括中继(Relay)和基站(DeNB)，所述Relay与DeNB之间为无线接口，所述Relay下行与UE通过Uu接口连接，所述DeNB上行与核心网通过S1接口连接，其中：

所述DeNB，用于为无线接口用户面分配用于标识无线接口承载的数据流标识，保存所述数据流标识与S1承载的映射关系，并将该数据流标识通知给Relay，以及用于根据保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输；

所述Relay，用于保存针对该UE的Uu接口承载与该数据流标识的映射关系，以及用于根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

本发明适用于所有在无线接口采用GTP-U协议的场景。本发明基于背景中提到的第二种Un口用户面协议栈架构，设计了一种将GTP-U/UDP/IP协议栈消息应用于无线连接之上的方法。可以有效的利用已经成熟的配套用户面建立流程，并缩减该协议栈的包头负荷。使该协议栈可以高效的应用到无线承载之上。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1现有技术中蜂窝无线通讯系统的结构图；

图2中继节点Relay网络结构图；

图3LTE网络架构图；

图4S1-MME接口协议栈示意图；

图5S1-U接口协议栈示意图；

图6UU控制面示意图；

图7UU用户面示意图；

图8Un接口用户面协议栈方式1示意图；

图9Un接口用户面协议栈方式2示意图；

图10(a)为IP头部结构图；

图10(b)为UDP头部结构图；

图10(c)为GTP-U头部结构图；

图11实施例1的控制面协议栈示意图；

图12实施例1的用户面协议栈示意图；

图13实施例1流程图；

图14实施例2和3的协议栈示意图；

图15实施例2的流程图；

图16实施例3的流程图；

图17实施例4的协议栈示意图；

图18实施例4的流程图。

具体实施方式

一种解决方案是：第一GTP-U实体与第二GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，在建立无线承载连接的过程中，所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系；所述第一GTP-U实体与第二GTP-U实体根据各自保存的所述映射关系进行用户面数据的上下行传输。

在建立无线承载连接的过程中，为该无线承载连接分配用于标识该无线接口承载的无线承载连接标识。所述无线承载连接标识在无线承载上唯一的标识一个用户数据流。

上述GTP-U连接为第一GTP-U实体与第二GTP-U实体之间的连接。GTP-U连接通过两个连接标识来表示，一个是第一GTP-U实体侧的GTP-U连接标识，或称为第一GTP-U实体的GTP-U连接标识，另一个是第二GTP-U实体侧的连接标识，或称为第二GTP-U实体的连接标识。保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系是指第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接的两个标识和无线承载连接标识的对应关系。

具体地，所述GTP-U连接标识包括所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体分配的GTP-U隧道标识(GTP-U TEID)，以及第一GTP-U实体和第二GTP-U实体的传输层地址，其中传输层地址通常包括UDP端口号和IP地址。

第一GTP-U实体和第二GTP-U实体在进行用户面数据的上下行传输时，收到上行或下行的用户数据后作为发送方的GTP-U实体，为用户数据添加数据包头，根据预先保存的映射关系进行数据包头的映射，用无线承载连接标识代替数据包头中的GTP-U连接标识，在无线承载上发送处理后的数据；对端GTP-U实体在无线承载上收到所述处理后的数据后，根据预先保存的映射关系还原所述数据包，用GTP-U连接标识代替数据包头中的无线承载连接标识。

优选地，第一GTP-U实体可以为Relay，第二GTP-U实体可以为DeNB。

通过保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系，使得第一GTP-U实体和第二GTP-U实体在无线接口上进行数据传输时，仅用无线承载连接标识即可实现寻址，节约了空口资源。具体参见实施例2、3、4。

本发明并不限定无线接口承载标识的具体形式，只要该标识在无线接口上能标识承载即可。

实现上述方法的GTP-U实体包括无线承载建立模块和数据传输模块，其中：

所述无线承载建立模块，用于与其他GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，并保存GTP-U连接与无线承载连接的映射关系；

所述数据传输模块，用于根据所述无线承载建立模块保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

另一种解决方案是：为无线接口用户面分配一用于标识无线接口承载的数据流标识，Relay保存针对该UE的Uu接口承载与该数据流标识的映射关系，DeNB保存所述数据流标识与S1承载的映射关系；DeNB和Relay根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

在UE初始接入过程中或专用承载建立过程中由DeNB分配数据流标识。或者由Relay在ERAB建立响应时分配。

其中：Uu接口承载用Uu接口无线承载标识来表示；S1承载通过S1承载标识来表示，S1承载标识包括DeNB上层网元的传输层地址、及该上层网元分配的GTP-U TEID。

DeNB和Relay根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输是指：

当DeNB收到目的地址为该终端的下行数据时，根据S1接口承载确定对应的无线接口用户面数据流标识，根据该标识将下行数据组织成Un用户面数据，并发送至Relay，Relay接收到Un用户面数据，根据其中的Un接口用户面数据流标识确定关联的Uu接口承载，发送用户数据到UE；

当Relay收到该终端的上行数据时，根据Uu接口承载确定对应的无线接口用户面数据流标识，根据该标识将上行数据组织成Un用户面数据，并发送至DeNB，DeNB接收到Un用户面数据，根据其中的无线接口用户面数据流标识确定关联的S1接口承载，发送用户数据到核心网。

本方案通过一个数据流标识代替现有的GTP-U/UDP/IP用户面标识进行数据传输，节约了宝贵的无线资源。具体实现方式参见实施例1。

实现上述方法的系统包括DeNB和Relay，其中：

所述DeNB，用于为无线接口用户面分配一用于标识无线接口承载的数据流标识，保存所述数据流标识与S1承载的映射关系，并将该数据流标识通知给Relay，以及用于根据保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输；

所述Relay，用于保存针对该UE的Uu接口承载与该数据流标识的映射关系，以及用于根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细描述。网络架构为：第一GTP-U实体与用户设备(UE)相连，第二GTP-U实体与核心网相连，UE与第一GTP-U实体之间的接口为Uu接口，第一GTP-U实体与第二GTP-U实体之间为无线接口，第二GTP-U实体与核心网之间的接口为S1接口。

在下面的实施例中，第一GTP-U实体为Relay，第二GTP-U实体为DeNB，Relay与DeNB之间的无线接口为Un接口。

实施例1

本实施例对应的网络架构中重要的接口协议栈参见附图11和12，图11表示控制面协议栈，图12表示用户面协议栈。在本实施例中，在Un口使用了新的Un用户面标识，Un用户面协议栈是为了在Un接口(Relay和DeNB的接口)上承载UE的用户数据，需要满足以下需求：

DeNB接收到S1接口(S-GW和DeNB间接口)上的用户数据，把GTP-U内包含的用户数据包含在Un用户面数据中发送给Relay(发送方式按照协议栈层次，属现有技术)，Relay接收到下行Un用户面数据后，能够识别出与Uu接口(UE和Relay间接口)承载的对应关系；

Relay接收到Uu接口上的用户数据，把PDCP内包含的用户数据包含在Un用户面数据中发送给DeNB(发送方式按照协议栈层次，属现有技术)，DeNB接收到上行行Un用户面数据后，能够识别出与S1接口承载的对应关系；

为满足上述需求，可在Un用户面中设置数据流标识，承载建立过程中在Relay节点和DeNB节点上分别建立该数据流标识和Uu接口承载，以及该数据流标识和S1接口承载的对应关系。Un用户面协议栈可采用GTP-U协议或者新增协议。如果采用GTP-U协议，则上述数据流标识是相应接口的GTP-U TEID，如果是新增协议则根据需要定义数据流标识。

下面以初始接入过程为例说明无线接口用户面承载建立时的处理，包括如何配置数据流标识，以及建立与该数据流标识有关的对应关系。UE触发PDN连接建立过程的具体步骤如图13所示：

步骤1301：如果UE和Relay间没有RRC连接，则UE发起RRC连接建立过程；

步骤1302：UE发起PDN连接请求，其中包含EPS(演进的分组交换)承载标识、APN(接入点名称)、PDN(分组数据网络)类型、PCO等参数；

步骤1303：Relay把PDN连接建立请求消息包含在初始UE消息中发送给DeNB，具体过程为：

首先发送给DeNB，DeNB再转发给MME。

步骤1304：UE和MME之间通过RRC连接、Relay和DeNB、DeNB和MME之间的信令连接进行其他非接入层过程的交互；

步骤1305：MME向为服务网关发起承载建立过程，服务网关再向分组数据网络网关发送承载建立过程；

图中为了简化过程把此过程合并，步骤1306同理。

步骤1306：为Relay服务的服务网关发送MME承载建立响应消息，其中包含承载上下文信息、为Relay分配的IP地址、PCO等参数；

步骤1307：MME向DeNB发送初始上下文建立请求，其中包含承载参数列表和UE安全参数等信息；

承载参数包含承载标识、QOS、服务网关的传输层地址、服务网关分配的GTP-U TEID(GTP隧道终端标识，又称S 1接口的GTP-U TEID)、NAS消息等参数。

步骤1308：DeNB接收到MME发送的初始上下文建立请求，为消息中指示的每个承载分配一个Un用户面数据流标识，保存Un用户面数据流标识与服务网关的传输层地址、服务网关分配的GTP-U TEID的映射关系；

DeNB向Relay发送初始上下文建立请求，其中包含承载参数列表和UE安全参数等信息。承载参数包含承载标识、QOS、Un用户面数据流标识、NAS消息等参数，其中Un用户面数据流标识是DeNB分配，对特定的Relay该表识是唯一的。如果Un用户面协议采用GTP-U协议则Un用户面数据流标识为DeNB分配的GTP-U TEID(又称Un接口的GTP-U TEID)；如果Un口用户面采用了其他的协议，则该Un用户面数据流标识也可能是其他的标识或索引。

步骤1309：Relay向UE发起RRC重配置过程完成Uu承载的建立，对建立成功的Uu接口承载，Relay建立Uu接口承载标识和Un用户面数据流标识的映射关系；

步骤1310：Relay向DeNB发送初始上下文建立响应，其中包含建立成功的承载参数列表和建立失败的承载列表；

步骤1311：DeNB向MME发送初始上下文建立响应，其中包含建立成功的承载参数列表和建立失败的承载列表；

承载参数包含承载标识、DeNB的传输层地址、DeNB分配的GTP-U TEID(GTP隧道终端标识)、NAS消息等参数。

步骤1312：承载建立完毕，核心网收到目标地址为该UE的下行数据，处理过程如下：

核心网通过S1接口承载发送GTP-U数据到DeNB；

DeNB根据服务网关的传输层地址以及服务网关分配的GTP-U TEID(即S 1接口的GTP-U TEID)找到Un用户面数据流标识(即Un口的GTP-UTEID)；为用户数据添加Un用户面头参数(比如用户面数据流标识)，组成Un用户面数据；

DeNB把Un用户面数据发送到Relay，发送过程根据图12所示协议栈。

Relay接收到Un用户面数据，根据Un用户面数据流标识确定关联的Uu接口承载并且发送用户数据到UE。

步骤1313：手机发送上行数据，处理过程如下：

UE通过Uu接口无线承载发送数据到Relay节点；

Relay根据Uu接口无线承载标识找到Un用户面数据流标识；并为用户数据添加Un用户面头参数(比如该用户面数据流标识)，组成Un用户面数据；

Relay把Un用户面数据通过Un接口协议栈发送到DeNB，发送过程根据图12所示协议栈；

DeNB接收到Un用户面数据，根据Un用户面数据流标识确定关联的GTP-U参数(传输层地址、GTP-U TEID)并且发送用户数据到核心网。

下述实施例2和3的协议栈结构参见附图14。两个GTP-U协议实体之间为无线承载。

为了尽量应用已有的GTP-U通道建立流程，两个GTP-U实体的控制面使用S1AP(S1 Application Protocol，S1应用协议)/SCTP/IP协议栈结构。其中S1AP是应用层协议负责在两个GTP-U协议实体之间建立GTP-U通道，而SCTP/IP是S1AP的传输层协议。底层为无线承载的传输协议栈。

在用户面上两个GTP-U协议实体上层协议采用GTP-U/UDP/IP协议栈，其中GTP-U应用GTP-U隧道进行数据传递，而UDP/IP作为GTP-U的传输层协议。底层为无线承载的传输协议栈。

在用户面上，在GTP-U/UDP/IP协议栈之下增加适配处理。此处理包括，将三元组(GTP-U隧道标识，UDP端口号，IP地址)映射到无线接口隧道标识之上，所述无线接口隧道标识在两个GTP-U协议实体之内唯一。具体映射关系的通知在不同实施例中不同，参见下面具体实施例描述。

对于从GTP-U协议实体A到GTP-U协议实体B的数据流：

GTP-U协议实体A的适配处理：移除GTP-U包头内的GTP-U隧道标识，移除UDP包头内的端口号，移除IP包内的IP地址。在此基础上在数据包头内携带无线接口隧道标识信息。

GTP-U协议实体B的适配处理：通过数据包头内的无线接口隧道标识信息，以及此前得到的映射关系，将IP地址还原到IP包头内，将端口号还原到UDP包头内，将GTP-U隧道标识还原到GTP-U包头内。

对于从GTP-U协议实体B到GTP-U协议实体A的数据流，适配处理与上述步骤一致，仅将协议实体名称顺序倒换一下即可。

对于GTP-U/UDP/IP协议栈内产生的非数据消息(信令)，适配处理忽略。

实施例2

在承载建立过程中，GTP-U协议实体DeNB和Relay分别分配一无线接口隧道标识，并将各自本地的隧道标识、UDP端口以及IP地址与对端分配的无线接口隧道标识相映射；

承载建立完成后，当GTP-U协议实体DeNB收到目的地址为该终端的下行数据时，用Relay分配的无线接口隧道标识替换下行数据包头中的GTP-U隧道标识、UDP端口号、IP地址，将处理后的下行数据发送给Relay，Relay接收到下行数据后，用无线接口隧道标识对应的本地隧道标识、UDP端口及IP地址还原下行数据包头，发送还原后的下行数据到UE；

同样的，当GTP-U协议实体Relay收到该终端的上行数据时，用DeNB分配的无线接口隧道标识替换上行数据包头中的GTP-U隧道标识、UDP端口号、IP地址，将处理后的上行数据发送给DeNB，DeNB接收到上行数据后，用无线接口隧道标识对应的本地隧道标识、UDP端口及IP地址还原上行数据包头，发送还原后的上行数据到核心网。

在此实施例中，通过目前已有的S1AP信令传递协议包头的映射关系，参见附图15，包括以下步骤：

步骤1501：在上行方向，由用户触发GTP-U协议实体A向GTP-U协议实体B发送初始UE消息，此消息及其中携带的信息将触发针对此用户的GTP-U隧道的建立；在本实施例中，GTP-U协议实体A为Relay，GTP-U协议实体B为DeNB；

步骤1502：由用户之前的状态可能在此步骤触发两个GTP-U协议实体之间其他的非接入层步骤，例如认证；

步骤1503：由承载建立流程触发，GTP-U协议实体B向GTP-U协议实体A发送初始UE上下文建立消息，此消息中目前携带有GTP-U协议实体B为该隧道分配的隧道标识，以及GTP-U协议实体B的UDP端口和IP地址，此外，GTP-U协议实体B还在此消息中再增加下行的无线接口隧道标识；GTP-U协议实体A收到此消息后，为该承载分配隧道标识，并记录下行的无线接口隧道标识到GTP-U协议实体A上的三元组(隧道标识、UDP端口、IP地址)的映射关系。

步骤1504：由承载建立流程触发，GTP-U协议实体A向GTP-U协议实体B发送初始UE上下文响应消息，此消息中目前携带有GTP-U协议实体A为该隧道分配的隧道标识，以及GTP-U协议实体A的UDP端口和IP地址，GTP-U协议实体A还在此消息中再增加上行的无线接口隧道标识；GTP-U协议实体B收到此消息后，记录上行的无线接口隧道标识到GTP-U协议实体B上的三元组(隧道标识、UDP端口、IP地址)的映射关系；

步骤1505：对于下行的用户数据

(1)从核心网方向有下行的用户数据，GTP-U协议实体B为用户数据逐层增加GTP-U/UDP/IP的包头；

(2)GTP-U协议实体B进行下行包头映射处理，具体为从(1)中的数据包的包头中去除GTP-U隧道标识，UDP端口号，IP地址信息，在包头中增加下行无线接口隧道标识；

(3)处理之后的数据在无线承载上传递；

(4)在GTP-U协议实体A上进行下行包头还原处理，具体为从(3)的数据包中根据下行无线接口隧道标识将步骤1503中映射的GTP-U协议实体A上的三元组(隧道标识、UDP端口、IP地址)逐层填入包头中，后续按照正常的数据包处理；

步骤1506：对于上行的用户数据

(1)从用户方向有上行的用户数据，在GTP-U协议实体A的用户数据逐层增加GTP-U/UDP/IP的包头；

(2)在GTP-U协议实体A进行上行包头映射处理，具体为从(1)中的数据包的包头中去除GTP-U隧道标识，UDP端口号，IP地址信息，在包头中增加上行无线接口隧道标识；

(3)处理之后的数据在无线承载上传递；

(4)在GTP-U协议实体B上进行上行包头还原处理，具体为从(3)的数据包中根据上行无线接口隧道标识将步骤404中映射的GTP-U协议实体B上的三元组(隧道标识、UDP端口、IP地址)逐层填入包头中，后续按照正常的数据包处理；

对Relay系统，GTP-U实体A协议对应Relay节点，GTP-U实体B协议对应DeNB节点。

实施例3

本实施例用新增的无线接口控制面协议消息(例如无线接口隧道标识通知消息)代替实施例2中的S1消息来分配上下行无线接口隧道标识。在此实施例中，通过新增的S1AP信令传递协议包头的映射关系，参见附图16。

步骤1601：在上行方向，由用户触发GTP-U协议实体A向GTP-U协议实体B发送初始UE消息，此消息及其中携带的信息将触发针对此用户的GTP-U隧道的建立；

步骤1602：由用户之前的状态可能在此步骤触发两个GTP-U协议实体之间其他的非接入层步骤，例如认证；

步骤1603：由承载建立流程触发，GTP-U协议实体之间通过初始UE上下文建立请求和初始UE上下文建立响应消息，向对端通知本端为GTP-U隧道分配的隧道标识，以及本端的传输层地址(UDP端口和IP地址)；

步骤1604：通过新增的无线接口隧道标识通知消息将两个GTP-U实体上为该GTP-U隧道分配的无线接口隧道标识通知到对端；收到此消息后，两个GTP-U协议实体上建立此无线接口隧道标识到三元组(隧道标识，UDP端口，IP地址)的映射关系；

步骤1605：对于下行的用户数据：

(1)从核心网方向有下行的用户数据，在GTP-U协议实体B的用户数据逐层增加GTP-U/UDP/IP的包头；

(2)在GTP-U协议实体B进行下行包头映射处理，具体为从(1)中的数据包的包头中去除GTP-U隧道标识，UDP端口号，IP地址信息，在包头中增加下行无线接口隧道标识；

(3)处理之后的数据在无线承载上传递；

(4)在GTP-U协议实体A上进行下行包头还原处理，具体为从(3)的数据包中根据下行无线接口隧道标识将步骤403中映射的GTP-U协议实体A上的三元组(隧道标识、UDP端口、IP地址)逐层填入包头中，后续按照正常的数据包处理；

步骤1606：对于上行的用户数据：

(1)从用户方向有上行行的用户数据，在GTP-U协议实体A的用户数据逐层增加GTP-U/UDP/IP的包头；

(2)在GTP-U协议实体A进行上行包头映射处理，具体为从(1)中的数据包的包头中去除GTP-U隧道标识，UDP端口号，IP地址信息，在包头中增加上行无线接口隧道标识；

(3)处理之后的数据在无线承载上传递；

(4)在GTP-U协议实体B上进行上行包头还原处理，具体为从(3)的数据包中根据上行无线接口隧道标识将步骤404中映射的GTP-U协议实体B上的三元组(隧道标识、UDP端口、IP地址)逐层填入包头中，后续按照正常的数据包处理。

实施例4

在本实施例中，控制面和用户面均采用了新的Un接口协议，协议栈结构参见附图17。第一GTP-U实体和第二GTP-U实体通过新增的无线接口控制面协议建立无线承载连接，通过新增的无线接口控制面协议消息，发送无线承载连接标识给对端GTP-U实体，保存GTP-U连接标识与无线承载连接标识的对应关系，所述无线承载连接标识是基于新的用户面协议的标识。

在控制面上两个GTP-U协议实体之间采用Un接口应用协议UnAP。UnAP负责Un接口的建立和控制等功能，包括Un接口无线承载的建立。底层为无线承载的传输协议栈。

在用户面上两个GTP-U协议实体直接采用Un接口用户面协议UnUP。UnUP负责Un接口无线承载上用户通道的维护。底层为无线承载的传输协议栈。

建立两个协议实体之间的GTP-U通道的流程会触发Un接口无线承载连接的建立。该建立流程通过UnAP协议实现。在两个协议实体上都会保存GTP-U通道到Un接口无线承载连接的映射关系，通过两个隧道标识和两个传输层地址唯一确定一条GTP-U通道。

对于从GTP-U协议实体A到GTP-U协议实体B方向的数据流，GTP-U协议实体A将GTP-U通道映射到Un接口无线承载连接上发送。GTP-U协议实体B将无线承载上接收到的数据在对应的GTP-U通道上继续发送。反之亦然。

对Relay系统，GTP-U实体A协议对应Relay节点，GTP-U实体B协议对应DeNB节点。

此实施例信令流程参加附图18，包括以下步骤：

步骤1801：由上层业务触发，在两个GTP-U协议实体之间建立GTP-U通道，该建立请求消息可能是UnAP信令消息或者在UnAP消息的PDU中携带的S1AP消息，建立消息包含GTP-U通道在两个GTP-U协议实体上的隧道标识和传输层地址；

根据建立请求消息的方向不同，消息中可能只携带有一方的隧道标识和传输层地址。

步骤1802：UnAP信令流程在两个协议实体之间发起无线承载连接的建立，建立请求中携带无线承载连接需支持的QoS参数，以及无线承载连接标识；

步骤1803：上一步骤中Un无线承载连接建立成功后，完成GTP-U通道的建立，如果在步骤1801中只携带了其中一方的隧道标识和传输层地址，在此步骤中将另一方的隧道标识和传输层地址通知对端；

到此步骤为止，GTP-U连接和Un口的无线承载均建立成功，在两个GTP-U协议实体上都建立了GTP-U连接(GTP-U隧道标识和传输层地址)到Un无线承载连接的映射关系。

步骤1804：收到来自GTP-U协议实体B的下行方向的数据，由GTP-U通道传递到GTP-U实体B上，GTP-U实体B将GTP-U通道映射到Un无线承载连接中(GTP-U实体B根据收到下行数据所在的GTP-U通道标识以及传输层地址确定Un无线承载连接)，并从该连接上将数据传递到GTP-U实体A，GTP-U实体A将Un无线承载连接中收到的数据再映射到相应的GTP-U通道继续传递；

步骤1805：收到来自GTP-U协议实体A的上行方向的数据，由GTP-U通道传递到GTP-U实体A上，GTP-U实体A将GTP-U通道映射到Un无线承载连接中，并从该连接上将数据传递到GTP-U实体B。GTP-U实体B将Un无线承载连接中收到的数据再映射到相应的GTP-U通道继续传递；

通过本发明可以利用现有GTP-U连接建立流程将GTP-U连接高效的应用到无线承载上。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本发明除了适用于Relay和DeNB之间外，还适用于所有在无线接口采用GTP-U协议的场景，例如两基站之间的数据传输等。

Claims (11)

1.一种无线连接的用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体间传输数据的方法，其特征在于，

第一GTP-U实体与第二GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，在建立无线承载连接的过程中，所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系；

所述第一GTP-U实体与第二GTP-U实体根据各自保存的GTP-U连接和无线承载连接的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系是指保存GTP-U连接标识和无线承载连接标识的对应关系；所述GTP-U连接标识包括所述第一GTP-U实体和第二GTP-U实体分配的GTP-U隧道标识(GTP-U TEID)，以及第一GTP-U实体和第二GTP-U实体的传输层地址；所述无线承载连接标识在无线承载上唯一的标识一个用户数据流。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

在无线承载连接建立过程中，所述保存GTP-U连接和无线承载连接的映射关系的步骤进一步包括：

在承载建立过程中，第一GTP-U实体和第二GTP-U实体分别分配无线接口承载连接标识，并通过控制面消息发送给对端GTP-U实体；在接收到对端GTP-U实体发送的无线接口承载连接标识后，保存GTP-U连接与对端GTP-U实体分配的无线接口承载连接标识的映射关系。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，

第一GTP-U实体和第二GTP-U实体进行用户面数据的上下行传输的步骤包括：

收到上行或下行的用户数据后作为发送方的GTP-U实体，为用户数据添加数据包头，根据预先保存的映射关系进行数据包头的映射，用无线承载连接标识代替数据包头中的GTP-U连接标识，在无线承载上发送处理后的数据；对端GTP-U实体在无线承载上收到所述处理后的数据后，根据预先保存的映射关系还原所述数据包，用GTP-U连接标识代替数据包头中的无线承载连接标识。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述控制面消息为S 1应用协议消息或新增的无线接口控制面协议消息。

6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，

当无线接口用户面协议为GTP-U时，所述无线接口承载连接标识为GTP-U隧道标识(GTP-U TEID)。

7.一种无线连接的用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体间传输数据的方法，涉及用户设备(UE)、中继(Relay)、基站(DeNB)、核心网，UE与Relay之间的接口为Uu接口，Relay与DeNB之间为无线接口，DeNB与核心网之间的接口为S1接口，其特征在于，

为无线接口用户面分配用于标识无线接口承载的数据流标识，Relay保存针对该UE的Uu接口承载与该数据流标识的映射关系，DeNB保存所述数据流标识与S1承载的映射关系；DeNB和Relay根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

在UE初始接入过程中或专用承载建立过程中由DeNB分配数据流标识。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

DeNB和Relay根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输的步骤进一步包括：

当DeNB收到目的地址为所述UE的下行数据时，根据S1接口承载确定对应的无线接口用户面数据流标识，根据该标识将下行数据组织成Un用户面数据，并发送至Relay，Relay接收到Un用户面数据，根据其中的Un接口用户面数据流标识确定关联的Uu接口承载，发送用户数据到UE；

当Relay收到该终端的上行数据时，根据Uu接口承载确定对应的无线接口用户面数据流标识，根据该标识将上行数据组织成Un用户面数据，并发送至DeNB，DeNB接收到Un用户面数据，根据其中的无线接口用户面数据流标识确定关联的S1接口承载，发送用户数据到核心网。

10.一种用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体，其特征在于，所述GTP-U实体包括无线承载建立模块和数据传输模块，其中：

所述无线承载建立模块，用于与其他GTP-U实体在无线接口上建立无线承载连接，并保存GTP-U连接与无线承载连接的映射关系；

所述数据传输模块，用于根据所述无线承载建立模块保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

11.一种无线连接的用户层面的GPRS隧道协议(GTP-U)实体间传输数据的系统，其特征在于，所述系统包括中继(Relay)和基站(DeNB)，所述Relay与DeNB之间为无线接口，所述Relay下行与UE通过Uu接口连接，所述DeNB上行与核心网通过S1接口连接，其中：

所述DeNB，用于为无线接口用户面分配用于标识无线接口承载的数据流标识，保存所述数据流标识与S1承载的映射关系，并将该数据流标识通知给Relay，以及用于根据保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输；

所述Relay，用于保存针对该UE的Uu接口承载与该数据流标识的映射关系，以及用于根据各自保存的映射关系进行用户面数据的上下行传输。

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