CN102244895B - 一种增强移动性的分流方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强移动性的分流方法及装置，用于解决现有分流组网方案移动性较差的技术问题。本发明在小基站的上层部署NAT网关，在小基站与所述NAT网关之间建立用于传送分流数据的专用隧道，由NAT网关执行分流数据报文的NAT转换，并依据接续关系通过专用隧道转发分流数据，在UE因为移动性发生跨小基站切换时，只需要修改针对UE的接续关系，不需要Offload数据流断链重连，从而提升了系统的移动性。

Description

一种增强移动性的分流方法及装置
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及存在PS(PacketSwitched，分组交换)域数据流在RAN(RadioAccessNetwork，接入网)分流(Offload)需求的系统内的一种增强移动性的分流方法及装置。
背景技术
为了缓解激增的高速数据业务对高成本的无线网络的压力，移动运营商迫切需要行之有效的手段将低价值的数据业务尽早从无线网络里面分流。
室内接入场景里面，典型的Offload组网方案如图1所示，这种组网结构基于扁平化架构，小基站(FemtoNodeB)终结了空中接口，对Offload数据流而言，直接使用NAT(networkaddresstranslation，网络地址转换)技术对非接入层(Non-AccessStratum，NAS)数据做处理，然后送往Gi接口。这种方案主要应用在2/3G网络里面，在LTE网络里面使用有一定的限制。
在这种组网结构里面，小基站内置了Offload识别机制，以及Gi接口协议栈，这样，低价值业务数据能直接在小基站里面被识别，并送入成本相对低廉的固网传输里面，而让高价值的业务数据走传统的无线网络传输通道，在无线网络里面，高价值的业务数据能得到精细化的管理和服务。
Offload数据流的协议栈模型如图2所示，这种组网方案能简单快速地部署Offload策略，但存在的问题是移动性不高。一旦UE(UserEquipment，用户设备)从初始接入的小基站移出，则Offload数据流不得不断链，需要重新连接。其原因在于：UE以IP(InternetProtocol，互联网协议)地址IPue接入互联网(Internet)，当UE发出的报文经过小基站1，会被NAT模块替换成小基站1的IP地址IPnb1，这样，实际上与Internet建链的IP地址是IPnb1。UE移动到另外一个小基站2，此时小基站2上的NAT模块会以小基站2的IP地址IPnb2替换IPue，这样，和Internet交互的IP地址发生了变化，对Internet服务器而言，同一个连接的对端IP是不能变化的，对端IP地址变化了就不是同一个连接了，可见现有分流方案存在移动性较差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分流的方法及装置，用于解决现有分流组网方案移动性较差的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种增强移动性的分流方法，该方法包括：
在小基站上方部署网络地址转换(NAT)网关，在所述小基站与所述NAT网关之间建立用于传送分流数据的专用隧道，所述小基站和所述NAT网关分别维护基于所述专用隧道进行针对用户设备(UE)的分流数据传送的接续关系；
所述小基站依据分流(Offload)策略执行分组交换域数据的分流处理，依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据；所述NAT网关执行分流数据报文的NAT转换，并依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据。
进一步地，所述专用隧道为基于小基站建立的固定专用隧道；所述小基站维护的接续关系为：UE的IP地址、UE的无线承载链路(RAB)及UE的用户标识之间的对应关系；所述NAT网关维护的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识以及专用隧道之间的对应关系。
进一步地，在固定专用隧道情况下，在UE因为移动性发生小基站切换时，源小基站以UE用户标识通知NAT网关暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；UE接入目标小基站后，由目标小基站向NAT网关上报UE用户标识信息，NAT网关依据所述用户标识修改针对所述UE的接续关系到目标小基站上。
进一步地，所述专用隧道为针对UE的RAB建立的临时专用隧道；
所述小基站维护的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道以及RAB之间的对应关系；所述NAT网关维护的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道、NAT表项之间的对应关系。
进一步地，在临时专用隧道情况下：在UE因为移动性发生小基站切换时，源小基站以UE用户标识或隧道标识列表通知NAT网关暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；UE接入目标小基站后，目标小基站和NAT网关建立新的专用隧道，NAT网关依据UE的用户标识修改UE的接续关系；在切换完成后，源小基站和NAT网关删除已失效的专用隧道。
进一步地，所述用户标识为国际移动用户标识(IMSI)或临时移动用户标识(TMSI)；所述专用隧道所采用的隧道协议为：通用分组无线传输业务隧道协议用户面部分(GTPU)协议、或通用路由封装(GRE)协议、或虚拟私有网络(VPN)协议、或虚拟局域网(VLAN)协议。
基于上述方法，本发明还提出一种增强移动性的分流装置，该装置包括：
专用隧道管理模块，用于在小基站和NAT网关之间建立和维护用于传送分流数据的专用隧道，维护基于所述专用隧道进行针对UE的分流数据传送的接续关系以及行使切换过程中的接续关系的切换功能；
分流数据处理模块，位于小基站，用于依据分流(Offload)策略执行分组交换域数据的分流处理，并依据所述接续关系通过所述专用隧道收发分流数据；
网络地址转换模块，位于NAT网关，用于执行分流数据报文的NAT转换，并依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据。
进一步地，所述专用隧道管理模块建立的专用隧道为固定专用隧道；
所述分流数据处理模块依据的接续关系为：UE的IP地址、UE的无线承载链路(RAB)及UE的用户标识之间的对应关系；所述网络地址转换模块依据的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识以及专用隧道之间的对应关系。
在UE因为移动性发生小基站切换时，所述网络地址转换模块暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；UE接入目标小基站后，所述专用隧道管理模块依据用户标识修改针对所述UE的接续关系到目标小基站上。
进一步地，所述专用隧道管理模块建立的专用隧道为针对UE的RAB建立的临时专用隧道；
所述分流数据处理模块依据的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道以及RAB之间的对应关系；所述网络地址转换模块依据的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识、专用隧道之间的对应关系。
在UE因为移动性发生小基站切换时，所述网络地址转换模块暂停对应UE用户标识或隧道标识列表的下行分流数据报文的发送；UE接入目标小基站后，所述专用隧道管理模块为所述UE建立新的专用隧道，依据UE的用户标识修改对应的接续关系，并在切换完成后，删除已失效的专用隧道。
本发明中，在小基站的上层部署NAT网关，在小基站与所述NAT网关之间建立用于传送分流数据的专用隧道，NAT网关执行分流数据报文的NAT转换，并依据接续关系通过专用隧道转发分流数据，在UE因为移动性发生小基站切换时，只需要修改针对UE的接续关系，不需要Offload数据流断链重连，从而提升了系统的移动性。
附图说明
图1为现有技术中的Offload组网方案；
图2为Offload数据流的协议栈模型；
图3为本发明提出的Offload组网方案；
图4为本发明提供的一种增强移动性的分流方法的流程图；
图5为本发明提供的一种增强移动性的分流装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图4为本发明提供的一种增强移动性的分流方法的流程图，该方法基于如图3所示的分流网络结构，本发明在小基站与互联网之间部署NAT网关，一个NAT网关可连接多个小基站，小基站与NAT网关之间建立用于承载分流数据的专用隧道，在UE移动时，通过专用隧道的切换实现对UE移动性的管理，由于引入了执行网络地址映射的NAT网关，相对于互联网来说，屏蔽了由于UE切换小基站导致网络地址变化的技术缺陷，在UE移动时，不需要分流数据流断链重连，从而提升了现有分流网络系统的移动性。
本发明提供的增强移动性的分流方法的包括如下步骤：
步骤401：所述第一小基站和NAT网关之间建立用于承载分流数据的专用隧道，用于传送Offload数据流；
优选地，所述专用隧道可以是具有小基站建立的固定专用隧道或针对UE的RAB建立的临时专用隧道。
临时专用隧道方式中，为每个UE甚或是UE的RAB建立一条从小基站到NAT网关的专用隧道用于针对每个UE进行分流数据流的转发；
固定专用隧道方式中，每个小基站建立一条从小基站到NAT网关的专用隧道，用于针对该小基站下所有的UE进行分流数据流的传送，同一小基站下面的不同UE用不同的业务层IP地址区分。
所述专用隧道所采用的隧道协议需要能通过该协议的某个特征区别不同的基站甚至基站下面不同的UE，所述隧道协议可以是GTPU(GeneralPacketRadioServiceTunnellingProtocolforUserPlane，通用分组无线传输业务隧道协议用户面部分)协议、GRE(GenericRoutingEncapsulation，通用路由封装)协议、VPN(VirtualPrivateNetwork，虚拟私有网络)协议、或VLAN(VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网)协议等。
步骤402：第一小基站对UE发送的数据流做分流识别，对非Offload数据流按照Iuh接口协议栈进行处理；对Offload数据流，使用专用隧道协议进行封装，发往NAT网关。
步骤403：NAT网关对收到专用隧道协议报文后，进行解隧道协议处理，并将解出来的报文进行NAT转换，发往互联网，同时记录NAT表项和专用隧道的对应关系；
所述NAT表项包含接入网侧应用数据流的UE的IP/端口地址和协议类型与向互联网暴露的IP/端口地址和协议类型的对应关系；
步骤404：NAT网关对收到的互联网数据，进行反向NAT处理，并依据NAT表项和专用隧道的对应关系查找归属的专用隧道，将反向NAT处理后的报文送入对应的专用隧道。
步骤405：小基站收到从隧道发来的数据后，将其与Iuh接口上收到的数据进行混合，并统一发往UE。
步骤406：当UE从第一小基站移动到第二小基站时，第一小基站首先通知NAT网关UE准备切换，则NAT网关暂停对应UE的IP地址的下行报文发送；在UE接入第二小基站后，UE上报切换消息给NAT网关，NAT网关执行专用隧道的切换操作，修改UE的接续关系到第二小基站上，并在新的专用通道上继续报文的收发；
实施例1：
步骤501：NAT网关部署在小基站的上方，管理某一区域的多个小基站，NAT网关和小基站之间在上电后建立用于传送分流数据的专用VPN隧道。
步骤502：小基站预配置了Offload策略，配置策略依据具体的运营场景可以不同，所述Offload策略一种或多种的组合：
(a)、针对某个UE，如果在其发起上网请求时，核心网通过RANAP(RadioAccessNetworkApplicationPart，无线接入网应用部分)消息明确标识针对该UE不可以Offload相应数据流，则小基站不对该UE做Offload处理；
(b)在针对UE可以做Offload的前提下，进一步地，若PDP(PacketDataProtocol，报文数据协议)上下文中，其APN(AccessPointName，接入点参考名称)信息为特定值时，则该UE对应PDP的所有数据流不能做Offload处理，否则可以做Offload处理；
(c)在针对UE可以做Offload的前提下，进一步地，如果其RAB(RadioAccessBearer，无线接入承载)的ARP(Allocation/Retentionpriority，分配保留优先级)大于预设门限1时，例如大于10，则对应RAB上所有数据流进行Offload处理；如果ARP小于门限1大于门限2时，例如小于10大于5时，则对应RAB上所有数据流进行部分Offload处理；如果小于门限2时，则不做Offload处理；
(d)在针对UE可以做Offload的前提下，进一步地，解析该UE的RAB的IP数据包，如果属于HTTP(HypertextTransferProtocol)数据的话，则不能Offload，如果是P2P(peertopeer：点对点)业务的话，则必须Offload；
步骤503：UE接入小基站1(NB1)，NB1监听UE的NAS以及接入层(AccessStratum，AS)消息，确定UE的PS数据是否可以分流以及分流的特性，并记录UE的唯一标识，唯一标识可以是IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity，国际移动用户标识)或者TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity，临时移动用户标识)。
步骤504：NB1和NAT网关以IMSI/TMSI建立UE的接续关系，所述接续关系包括：NB1维护UE的业务IP地址(UEIP)、UE的无线承载链路(UERAB)及UE的标识(UEIMSI/TMSI)之间的对应关系；NAT网关维护UE的业务IP地址(UEIP)和协议类型以及端口号、对应UE数据流的NAT网关对Internat暴露的IP地址和协议类型以及端口号、UE的标识(IMSI/TMSI)以及专用隧道(NB1VPN)之间的对应关系。
步骤505：UE通过NB1和Internet进行数据交互，上行方向上，NB1解析UE的数据流，按照Offload策略判决数据流是否需要Offload；
步骤506：NB1记录Offload数据的源IP地址和UERAB的对应关系，并将Offload数据送入与NAT网关之间的VPN通道；
步骤507：NAT网关接收VPN通道的数据，将IP报文做NAT处理，记录NAT表项和专用VPN隧道的对应关系，并将NAT处理后数据送入Internet；
步骤508：当Internet有数据发送给所述UE时，NAT网关依据记录的NAT表项和专用VPN隧道的对应关系做反向NAT处理，并将其送入对应NB1的VPN通道；
步骤509：下行报文到达NB1，NB1解析报文的目的IP地址，找到归属UE的对应RAB，并将报文送入对应用户的对应RAB；
步骤510：UE切换到小基站2(NB2)，NB1首先通知NAT网关UE需要切换到NB2，则NAT网关暂停对应UEIMSI/TMSI的IP地址的下行报文的发送；
步骤511：UE接入NB2后(接入相关过程同NB1上的处理)，NB2向NAT网关上报UE用户标识(IMSI/TMSI)信息，NAT网关接收到所述用户标识后，首先检索是否存在针对该UE的接续关系，如果存在，则NAT网关修改所述UE的接续关系到NB2上，并在新的通道上继续报文的收发；如果不存在，则建立新的接续关系。
实施例2(参照上例，本例主要描写和上例不同之处)：
本实施例采用针对UE建立专用隧道的方法执行PS数据流的分流，与实施例1不同的是，实施例1中建立专用隧道是针对小基站建立的固定专用隧道，一经小基站建立就一直存在，不会因为UE在小基站之间的切换而拆除，而本实施例中建立的专用隧道是针对UE的RAB建立的临时专用隧道，在UE因移动而发生基站切换时，需要拆除源基站中专用隧道，建立在目标基站中的专用隧道。
步骤601：NAT网关部署在小基站的上方，管理某一区域的多个小基站，NAT网关和小基站之间保持互联互通，但不预先建立隧道。
步骤602：小基站预配置了Offload策略，配置策略依据具体的运营场景可以不同。
步骤603：UE接入NB1，NB1判决UE1的某个RAB可能需要Offload，则和NAT网关建立GTPU专用隧道，一个用户下面可以有多个专用隧道对应多个RAB，用户之间通过用户标识进行区分；
NB1上维护GTPU专用隧道以及RAB之间的对应关系，NAT网关上维护用户标识和GTPU专用隧道之间的对应关系；所述用户标识可以是但不限于IMSI或TMSI；
步骤604：NB1收到所述UE发送的上行数据流后，识别是否Offload，非Offload数据流进行Iuh封装，Offload数据流进行GTPU封装；
步骤605：NAT网关收到上行GTPU数据，解GTPU封装，进行NAT处理，并记录报文的NAT表项与GTPU专用隧道的对应关系；
步骤606：当Internet有数据发送给所述UE时，NAT网关依据记录的NAT表项和GTPU专用通道的对应关系对报文做反向NAT处理，并做对应的GTPU封装；
步骤607：NB1收到GTPU报文解封装后，依据GTPU专用隧道以及RAB之间的对应关系，将报文和非Offload报文一起送入对应UE的空中接口；
步骤608：UE移动到NB2，NB1以用户标识或隧道标识列表通知NAT网关UE正在切换，NAT网关暂停发送对应用户标识下或对应隧道标识列表的GTPU隧道上的下行数据；
步骤609：UE接入NB2，NB2和NAT网关建立针对UE的RAB的新的GTPU专用隧道，NAT网关依据UE的用户标识修改UE的接续关系，在新专用隧道上继续数据收发；
步骤610：UE完成切换，NB1和NAT网关删除失效的GTPU隧道。
图5为本发明提供的一种增强移动性的分流装置，该装置包括：
分流数据处理模块部署在小基站里面，网络地址转换模块部署在小基站上端的NAT网关(NATGateway，NATGW)里面，而专用隧道管理模块在小基站和NAT网关中同时存在，用来处理小基站和NAT网关之间的隧道删建和切换。
专用隧道管理模块，用于维护(建立/删除/修改)对应于UE的小基站和NAT网关之间的专用隧道，维护基于所述专用隧道进行针对UE的分流数据传送的接续关系；在UE发生移动时负责所述专用隧道的切换。
分流数据处理模块，用于监听小基站上用户的接入层(AccessStratum，AS消息和非接入层(NoAccessStratum，NAS)消息，以及解析用户的数据流，依据Offload策略执行分组交换域数据的分流处理，并依据接续关系通过所述专用隧道收发分流数据；
网络地址转换模块，用于执行分流数据报文的NAT转换，并依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据。
上行方向上，UE通过小基站转入网络地址转换模块的IP报文，被封装在某种专用隧道内，网络地址转换模块记录专用隧道和IP报文的地址、端口对应关系，并用NAT网关管理的Gi接口的IP地址端口替换IP报文的源地址端口，并将报文送入Gi接口，下行方向上，网络地址转换模块将Gi口接收到的报文做反向NAT处理，并将处理后的报文送入对应的专用隧道。
在采用固定专用隧道方案时，所述分流数据处理模块依据的接续关系为：UE的IP地址、UE的无线承载链路(RAB)及UE的用户标识之间的对应关系；所述网络地址转换模块依据的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识以及专用隧道之间的对应关系。在UE因为移动性发生跨小基站切换时，所述网络地址转换模块暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；UE接入目标小基站后，所述专用隧道管理模块依据用户标识修改针对所述UE的接续关系到目标小基站上。
在采用针对UE的RAB的临时专用隧道方案时，所述分流数据处理模块依据的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道以及RAB之间的对应关系；所述网络地址转换模块依据的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识、专用隧道之间的对应关系。在UE因为移动性发生跨小基站切换时，所述网络地址转换模块暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；UE接入目标小基站后，所述专用隧道管理模块为所述UE建立新的专用隧道，依据UE的用户标识修改对应的接续关系，并在切换完成后，删除已失效的专用隧道。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种增强移动性的分流方法，其特征在于，该方法包括：
在小基站上方部署网络地址转换NAT网关，在所述小基站与所述NAT网关之间建立用于传送分流数据的专用隧道，所述小基站和所述NAT网关分别维护基于所述专用隧道进行针对用户设备UE的分流数据传送的接续关系；
所述小基站依据分流Offload策略执行分组交换域数据的分流处理，依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据；所述NAT网关执行分流数据报文的NAT转换，并依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述专用隧道为基于小基站建立的固定专用隧道；
所述小基站维护的接续关系为：UE的IP地址、UE的无线承载链路RAB及UE的用户标识之间的对应关系；
所述NAT网关维护的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识以及专用隧道之间的对应关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
在UE因为移动性发生小基站切换时，源小基站以UE用户标识通知NAT网关暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；
UE接入目标小基站后，由目标小基站向NAT网关上报UE用户标识信息，NAT网关依据所述用户标识修改针对所述UE的接续关系到目标小基站上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述专用隧道为针对UE的无线承载链路RAB建立的临时专用隧道；
所述小基站维护的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道以及RAB之间的对应关系；
所述NAT网关维护的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道、NAT表项之间的对应关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
在UE因为移动性发生小基站切换时，源小基站以UE用户标识或隧道标识列表通知NAT网关暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；
UE接入目标小基站后，目标小基站和NAT网关建立新的专用隧道，NAT网关依据UE的用户标识修改UE的接续关系；
在切换完成后，源小基站和NAT网关删除已失效的专用隧道。
6.根据权利要求2至5所述的任一方法，其特征在于，所述用户标识为国际移动用户标识IMSI或临时移动用户标识TMSI；
所述专用隧道所采用的隧道协议为：通用分组无线传输业务隧道协议用户面部分GTPU协议、或通用路由封装GRE协议、或虚拟私有网络VPN协议、或虚拟局域网VLAN协议。
7.一种增强移动性的分流装置，其特征在于，该装置包括：
专用隧道管理模块，用于在小基站和网络地址转换NAT网关之间建立和维护用于传送分流数据的专用隧道，维护基于所述专用隧道进行针对UE的分流数据传送的接续关系以及行使切换过程中的接续关系的切换功能；
分流数据处理模块，位于小基站，用于依据分流Offload策略执行分组交换域数据的分流处理，并依据所述接续关系通过所述专用隧道收发分流数据；
网络地址转换模块，位于NAT网关，用于执行分流数据报文的NAT转换，并依据所述接续关系通过所述专用隧道转发分流数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述专用隧道管理模块建立的专用隧道为固定专用隧道；
所述分流数据处理模块依据的接续关系为：UE的IP地址、UE的无线承载链路RAB及UE的用户标识之间的对应关系；
所述网络地址转换模块依据的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识以及专用隧道之间的对应关系。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
在UE因为移动性发生小基站切换时，所述网络地址转换模块暂停对应UE用户标识的下行分流数据报文的发送；
UE接入目标小基站后，所述专用隧道管理模块依据用户标识修改针对所述UE的接续关系到目标小基站上。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述专用隧道管理模块建立的专用隧道为针对UE的无线承载链路RAB建立的临时专用隧道；
所述分流数据处理模块依据的接续关系为：UE的用户标识、专用隧道以及RAB之间的对应关系；
所述网络地址转换模块依据的接续关系为：NAT表项、UE的用户标识、专用隧道之间的对应关系。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
在UE因为移动性发生小基站切换时，所述网络地址转换模块暂停对应UE用户标识或隧道标识列表的下行分流数据报文的发送；
UE接入目标小基站后，所述专用隧道管理模块为所述UE建立新的专用隧道，依据UE的用户标识修改对应的接续关系，并在切换完成后，删除已失效的专用隧道。
12.根据权利要求8至11所述的任一装置，其特征在于，所述用户标识为国际移动用户标识IMSI或临时移动用户标识TMSI；
所述专用隧道所采用的隧道协议为：通用分组无线传输业务隧道协议用户面部分GTPU协议、或通用路由封装GRE协议、或虚拟私有网络VPN协议、或虚拟局域网VLAN协议。
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