CN102209348B - 流量卸载方法、系统及分组数据网网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量卸载方法、系统及分组数据网网关。其中，该方法包括分组数据网网关接收用户终端发送的IP包载荷，检测其中是否包含待卸载流量标识；在检测到待卸载流量标识后，通过移动管理实体向用户终端发送启动流量卸载标识；在收到启动流量卸载标识后，建立用户终端与本地分组数据网网关的PDN连接，以实现本地分组数据网网关对待卸载流量的卸载。本发明一方面显著减少了流经核心网的数据流量、降低了核心网的处理负荷，另一方面由于大量低价值数据流不再经过核心网，避免了数据的拥塞、提升了用户的业务体验。

Description

流量卸载方法、系统及分组数据网网关

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别地，涉及一种流量卸载方法、系统及分组数据网网关。

背景技术

日渐丰富的移动互联网业务带来了移动分组数据流量爆发式的增长，同时也给移动网络传输能力和处理能力带来了新的挑战。

P2P应用是目前常见网络应用中的一种，由网络上的任意一台计算机同时充当接受服务的客户端和提供服务的服务器端的双重角色。基于P2P的高速下载软件采用分布式对象的定位、共享机制，使网络用户之间实现直接资源共享。因此，它为用户资源共享提供了前所未有的自由和便利。

然而，高速下载软件也带来了负面的影响，主要表现为网络带宽资源被严重占用，影响了正常的网络通信。调研机构的调研数据显示，当今互联网中50％-90％的总流量都来自P2P。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种流量卸载方法、系统及分组数据网网关，能够有效减轻核心网的负担，并提升用户的业务体验。

根据本发明的一方面，提出了一种流量卸载方法，包括分组数据网网关接收用户终端发送的IP包载荷，检测其中是否包含待卸载流量标识；在检测到待卸载流量标识后，通过移动管理实体向用户终端发送启动流量卸载标识；在收到启动流量卸载标识后，建立用户终端与本地分组数据网网关的PDN连接，以实现本地分组数据网网关对待卸载流量的卸载。

根据本发明的另一方面，还提出了一种分组数据网网关，包括IP包接收单元，用于接收用户终端发送的IP包载荷；标识检测单元，与IP包接收单元相连，用于检测IP包载荷中是否包含待卸载流量标识；标识发送单元，与标识检测单元相连，用于在检测到待卸载流量标识后，通过移动管理实体向用户终端发送启动流量卸载标识。

根据本发明的又一方面，又提出了一种流量卸载系统，包括用户终端、本地分组数据网网关以及前述分组数据网网关，其中，用户终端，用于接收分组数据网网关发送的启动流量卸载标识、以及在收到启动流量卸载标识后与本地分组数据网网关建立PDN连接；本地分组数据网网关，用于与用户终端建立PDN连接以实现对待卸载流量的卸载；其中，用户终端通过无线网络分别与分组数据网网关和本地分组数据网网关交互。

本发明提供的流量卸载方法、系统及分组数据网网关，将部分低价值数据流量通过本地分组数据网网关直接卸载到互联网上，一方面显著减少了流经核心网的数据流量、降低了核心网的处理负荷，另一方面由于大量低价值数据流不再经过核心网，避免了数据的拥塞、提升了用户的业务体验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是本发明工作原理示意图。

图2是本发明流量卸载方法的一个实施例的流程示意图。

图3是本发明流量卸载方法的另一实施例的流程示意图。

图4是本发明用户终端附着EPC网络的流程示意图。

图5是本发明流量卸载方法的再一实施例的流程示意图。

图6是本发明分组数据网网关的一个实施例的结构示意图。

图7是本发明流量卸载系统的一个实施例的结构示意图。

图8是本发明流量卸载系统的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

在下述实施例中，以演进的分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)为例进行说明。

图1是本发明工作原理示意图。

如图1所示，演进基站(evolved Node B，eNB)负责接入网部分，也称演进UMTS陆地无线接入网(Evolved UMTS Terrestrial RadioAccess Network，E-UTRAN)；移动管理实体(Mobility ManagementEntity，MME)负责EPC信令处理；服务网关(Serving Gateway，S-GW)是一个终止于E-UTRAN接口的网关；分组数据网网关(Packet DataNetwork GateWay，PGW)是面向分组数据网(Packet Data Network，PDN)终结于SGi接口的网关；用户终端(User Equipment，UE)指适用于LTE/EPC网络的终端设备；本地分组数据网网关(Local PGW，L-PGW)一般部署在接入网或者靠近接入网的位置。图1所示的PGW集成了深度包检测(Deep Packet Inspection，DPI)的功能。实线双箭头所示为流经核心网的信令及部分数据流量，虚线双箭头所示为选择性IP流量卸载(Selected IP Traffic Offload，SIPTO)流量，通过L-PGW直接疏导到Internet。

图2是本发明流量卸载方法的一个实施例的流程示意图。

如图2所示，该实施例可以包括以下步骤：

S202，PGW接收用户终端发送的IP包载荷，检测该IP包载荷中是否包含待卸载流量标识；

S204，在检测到待卸载流量标识后，通过MME向用户终端发送启动流量卸载标识；

S206，在收到启动流量卸载标识后，建立用户终端与本地分组数据网网关的PDN连接，以实现本地分组数据网网关对待卸载流量的卸载。

该实施例将标识有待卸载的流量通过本地分组数据网网关直接卸载到互联网上，一方面显著减少了流经核心网的数据流量、降低了核心网的处理负荷，另一方面由于大量数据流量不再经过核心网，避免了数据的拥塞、提升了用户的业务体验。

图3是本发明流量卸载方法的另一实施例的流程示意图。

如图3所示，该实施例可以包括以下步骤：

S302，PGW接收用户终端发送的IP包载荷，检测其中是否包含待卸载流量标识；

S304，在检测到待卸载流量标识后，通过MME向用户终端发送启动流量卸载标识；

S306，判断用户终端是否支持多PDN连接；

S308，如果用户终端不支持多PDN连接，则断开用户终端与PGW的PDN连接，否则，保持用户终端与PGW的PDN连接；

S310，在收到启动流量卸载标识后，建立用户终端与L-PGW的PDN连接，以实现L-PGW对待卸载流量的卸载。

进一步地，在PGW接收来自用户终端的IP包载荷之前，用户终端会先与PGW建立PDN连接。

图4是本发明用户终端附着EPC网络的流程示意图。

如图4，用户终端与PGW建立PDN连接的过程包括以下步骤：

S402，用户终端UE向eNodeB发送附着请求(Attach Request)消息；

S404，eNodeB向MME转发Attach Request消息；

S406，MME向SGW发送创建默认承载请求(Create Default BearerRequest)消息；

S408，SGW向带DPI功能的PGW转发Create Default BearerRequest消息；

S410，PGW向SGW发送创建默认承载响应(Create Default BearerResponse)消息；

S412，SGW向MME转发Create Default Bearer Response消息；

S414，MME向eNodeB发送初始上下文建立请求/附着接受(InitialContext Setup Request/Attach Accept)消息；

S416，eNodeB向UE发送无线资源控制连接重配置(RRCConnection Reconfiguration)消息；

S418，UE向eNodeB发送无线资源控制连接重配置完成(RRCConnection Reconfiguration Complete)消息；

S420，eNodeB向MME发送初始上下文建立响应(Initial ContextSetup Response)消息；

S422，UE向eNodeB发送直接传递(Direct Transfer)消息；

S424，eNodeB向MME发送附着完成(Attach Complete)消息。

接下来，以P2P应用为例进行说明，但可卸载的应用流量不限于P2P流量，还可以包括视频流量、页面浏览流量等其他类型应用的流量。

用户终端在完成附着流程后，发起P2P应用连接等一系列流程。如图4所示：

S426，当P-GW上的DPI单元通过流经PGW的信令检测到P2P流量时，便把带有启动流量卸载标识的删除承载请求(Delete BearerRequest)消息发送到SGW，其中，该消息中携带启动流量卸载标识；

S428，SGW将Delete Bearer Request消息转发到MME；

S430，MME通过去附着请求(Detach Request)消息把启动流量卸载标识带给UE；

S432，判断UE是否支持多PDN连接，若不支持多PDN连接，则执行步骤S432～S440的发起去附着流程，否则，跳过步骤S432～S440，直接执行自S442起的SIPTO附着流程，在去附着流程中，首先UE向MME发送去附着响应(Detach Response)消息；

S434，MME向HSS(用户归属寄存器)发送通知请求(NotifyRequest)消息；

S436，HSS向MME发送通知响应(Notify Response)消息；

S438，MME向SGW发送删除承载响应(Delete Bearer Response)消息；

S440，SGW向带DPI功能的PGW发送Delete Bearer Response消息。

SIPTO的附着流程与步骤S402～S424类似，主要不同是MME会通过用户终端的位置信息(例如，跟踪区域标识)为用户选择本地网关L-PGW，以建立SIPTO PDN连接。

S442，用户终端UE向eNodeB发送Attach Request消息；

S444，eNodeB向MME转发Attach Request消息；

S446，MME向SGW发送Create Default Bearer Req uest消息；

S448，SGW向L-PGW转发Create Default Bearer Req uest消息；

S450，L-PGW向SGW发送Create Default Bearer Response消息；

S452，SGW向MME转发Create Default Bearer Response消息；

S454，MME向eNodeB发送Initial Context Setup Req uest/AttachAccept消息；

S456，eNodeB向UE发送RRC Connection Reconfiguration消息；

S458，UE向eNodeB发送RRC Connection ReconfigurationComplete消息；

S460，eNodeB向MME发送Initial Context Setup Response消息；

S462，UE向eNodeB发送Direct Transfer消息；

S464，eNodeB向MME发送Attach Complete消息，此时，来自用户终端的P2P流量经SGW被卸载到L-PGW。

可选地，待卸载流量标识可以包括但不限于特征字和应用层网关。其中，特征字可以包括但不限于设定端口、设定字符串和设定Bit序列。

PGW可以利用深度包检测技术(Deep Packet Inspection，DPI)来识别基于特征字的待卸载流量标识。具体地，由于不同的应用通常依赖于不同的协议，而不同的协议可能会其特殊的指纹，这些指纹可能是特定的端口、特定的字符串或者特定的Bit序列。基于“特征字”的识别技术通过对业务流中特定数据报文中的“指纹”信息的检测来确定业务流所承载的应用。根据具体检测方式的不同，基于“特征字”的识别技术又可以分为固定位置特征字匹配、变动位置的特征字匹配以及状态特征字匹配三种技术。通过对“指纹”信息的升级，基于特征字的识别技术可以很方便地进行功能扩展以实现对新协议的检测，例如，Bittorrent协议的识别，通过反向工程对其对等协议进行分析，所谓对等协议指的是peer与peer之间交换信息的协议。对等协议由一个握手开始，后面是循环的消息流，每个消息的前面，都有一个数字来表示消息的长度，在其握手过程中，首先是先发送19，跟着是字符串“BitTorrent protocol”，那么“19BitTorrent Protocol”就是Bittorrent的“特征字”。

此外，PGW还可以利用DPI技术来识别基于应用层网关的待卸载流量标识。由于某些业务的控制流和业务流是分离的，业务流没有任何特征。在这种情况下，需要采用应用层网关识别技术。应用层网关需要先识别出控制流，并根据控制流的协议通过特定的应用层网关对其进行解析，从协议内容中识别出相应的业务流。对于每一个协议，需要有不同的应用层网关对其进行分析，例如，SIP、H323协议都属于这种类型。SIP/H323通过信令交互过程协商得到其数据通道，一般是RTP格式封装的语音流，也就是说，纯粹检测RTP流并不能得出这条RTP流是通过那种协议建立的，只有通过检测SIP/H323的协议交互才能得到其完整的分析。

进一步地，PGW还可以利用DPI技术来识别基于行为模式的待卸载流量标识。行为模式识别技术基于对终端已经实施行为的分析判断出用户正在进行的动作或者即将实施的动作。行为模式识别技术通常用于无法根据协议判断的业务的识别，例如，SPAM(垃圾邮件)业务流和普通的Email业务流从Email的内容上看是完全一致的，只有通过对用户行为的分析才能够准确地识别出SPAM业务。

以上三种识别技术分别用于不同类型协议的识别，无法相互替代。

在本发明流量卸载方法的又一实施例中，建立用户终端与本地分组数据网网关的PDN连接的步骤可以包括：

移动管理实体利用用户终端上报的跟踪区域标识为用户终端选择本地分组数据网网关；建立用户终端与所选本地分组数据网网关的PDN连接。

图5是本发明流量卸载方法的再一实施例的流程示意图。

如图5所示，该实施例可以包括以下步骤：

S502，UE附着EPC网络，具体流程可以参见图4中的S402-S424；

S504，UE开始发送P2P流量；

S506，PGW上的DPI单元基于应用层的检测技术通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI 7层协议中的应用层进行重组，获取数据包中可以标识P2P业务类型的固定特征字符串，例如，Bittorrent协议的识别是通过对等协议进行分析的，对等协议由一个握手开始，后面是循环的消息流，每个消息的前面，都有一个数字来表示消息的长度，在其握手过程中，首先发送19，跟着发送字符串“BitTorrent protocol”，那么“19BitTorrent Protocol”就是Bittorrent的“特征字”；

S508，通过在PGW给UE的信令中增加启动流量卸载标识来触发流量本地卸载流程；

S510，对UE支持多PDN连接能力进行判断；

S512，根据UE的具体能力确定是否断开UE与PGW的PDN连接；

S514，如果UE支持多PDN连接，则保持UE与PGW的连接，并执行SIPTO附着流程(具体实现可以参见S442-S464)，以实现P2P流量本地卸载，否则，先断开UE与PGW的PDN连接后再与L-PGW建立PDN连接以实现流量本地卸载。

图6是本发明分组数据网网关的一个实施例的结构示意图。

如图6所示，该实施例的分组数据网网关60可以包括：

IP包接收单元61，用于接收用户终端发送的IP包载荷；

标识检测单元62，与IP包接收单元相连，用于检测IP包载荷中是否包含待卸载流量标识；

标识发送单元63，与标识检测单元相连，用于在检测到待卸载流量标识后，通过移动管理实体向用户终端发送启动流量卸载标识。

可选地，待卸载流量标识可以包括但不限于特征字和应用层网关。其中，特征字可以包括但不限于设定端口、设定字符串和设定Bit序列。

图7是本发明流量卸载系统的一个实施例的结构示意图。

如图7所示，该实施例的流量卸载系统70可以包括：

分组数据网网关71，其可以由图6所示的结构实现；

用户终端72，用于接收分组数据网网关发送的启动流量卸载标识、以及在收到启动流量卸载标识后与本地分组数据网网关建立PDN连接；

本地分组数据网网关73，用于与用户终端建立PDN连接以实现对待卸载流量的卸载；

其中，用户终端通过无线网络分别与分组数据网网关和本地分组数据网网关交互。

该实施例将标识有待卸载的流量通过本地分组数据网网关直接卸载到互联网上，一方面显著减少了流经核心网的数据流量、降低了核心网的处理负荷，另一方面由于大量数据流量不再经过核心网，避免了数据的拥塞、提升了用户的业务体验。

进一步地，用户终端还可以用于判断其是否支持多PDN连接，如果不支持多PDN连接，则断开用户终端与分组数据网网关的PDN连接，否则，保持用户终端与分组数据网网关的PDN连接。

图8是本发明流量卸载系统的另一实施例的结构示意图。

如图8所示，与图7中的实施例相比，该实施例的流量卸载系统80还可以包括：

移动管理实体81，通过服务网关82分别与用户终端、分组数据网网关以及本地分组数据网网关相连，用于接收分组数据网网关发送的启动流量卸载标识、将其转发到用户终端、以及利用用户终端上报的跟踪区域标识为用户终端选择本地分组数据网网关。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种流量卸载方法，其特征在于，包括：

分组数据网网关接收用户终端发送的IP包载荷，检测其中是否包含待卸载流量标识，所述待卸载流量标识包括特征字、行为模式和应用层网关，所述特征字包括设定端口、字符串和Bit序列，对所述特征字的识别分为固定位置特征字匹配、变动位置的特征字匹配以及状态特征字匹配；

在检测到所述待卸载流量标识后，通过移动管理实体向用户终端发送启动流量卸载标识；

在收到所述启动流量卸载标识后，所述移动管理实体利用所述用户终端上报的跟踪区域标识为所述用户终端选择本地分组数据网网关，建立所述用户终端与本地分组数据网网关的PDN连接，以实现所述本地分组数据网网关对待卸载流量的卸载，其中，待卸载流量包括P2P流量、视频流量与页面浏览流量。

2.根据权利要求1所述的流量卸载方法，其特征在于，在建立所述用户终端到本地分组数据网网关的PDN连接之前，所述方法还包括：

判断所述用户终端是否支持多PDN连接；

如果所述用户终端不支持多PDN连接，则断开所述用户终端与所述分组数据网网关的PDN连接，否则，保持所述用户终端与所述分组数据网网关的PDN连接。

3.一种分组数据网网关，其特征在于，包括：

IP包接收单元，用于接收用户终端发送的IP包载荷；

标识检测单元，与所述IP包接收单元相连，用于检测所述IP包载荷中是否包含待卸载流量标识，所述待卸载流量标识包括特征字、行为模式和应用层网关，所述特征字包括设定端口、字符串和Bit序列，对所述特征字的识别分为固定位置特征字匹配、变动位置的特征字匹配以及状态特征字匹配；

标识发送单元，与所述标识检测单元相连，用于在检测到所述待卸载流量标识后，通过移动管理实体向用户终端发送启动流量卸载标识，其中，待卸载流量包括P2P流量、视频流量与页面浏览流量；

其中，在收到所述启动流量卸载标识后，所述移动管理实体利用所述用户终端上报的跟踪区域标识为所述用户终端选择本地分组数据网网关，建立所述用户终端与本地分组数据网网关的PDN连接，以实现所述本地分组数据网网关对待卸载流量的卸载。

4.一种流量卸载系统，其特征在于，包括用户终端、移动管理实体、本地分组数据网网关以及权利要求3所述的分组数据网网关，其中，

所述用户终端，用于接收所述分组数据网网关发送的启动流量卸载标识、以及在收到所述启动流量卸载标识后与所述本地分组数据网网关建立PDN连接；

移动管理实体，通过服务网关分别与所述用户终端、所述分组数据网网关和所述本地分组数据网网关相连，用于接收所述分组数据网网关发送的启动流量卸载标识、将其转发到所述用户终端、以及利用所述用户终端上报的跟踪区域标识为所述用户终端选择本地分组数据网网关；

所述本地分组数据网网关，用于与所述用户终端建立PDN连接以实现对待卸载流量的卸载；

其中，所述用户终端通过无线网络分别与所述分组数据网网关和所述本地分组数据网网关交互。

5.根据权利要求4所述的流量卸载系统，其特征在于，所述用户终端还用于判断其是否支持多PDN连接，如果不支持多PDN连接，则断开所述用户终端与所述分组数据网网关的PDN连接，否则，保持所述用户终端与所述分组数据网网关的PDN连接。