CN102394818B - 用于小型移动核心网的分组域系统以及处理报文的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种用于小型移动核心网的分组域系统，包括移动性管理模块、会话管理模块和GTP隧道处理模块，移动性管理模块用于实现对用户的移动性和位置管理，完成用户接入时的鉴权和认证；会话管理模块用于用户分组数据协议上下文管理，并和GTP隧道处理模块交互完成GTPU隧道参数的配置和修改。本发明的优点在于，简化了分组域系统的实现，并保留分组域系统的对外接口不变，适用于构建低成本或小型的分组域系统。

Description

用于小型移动核心网的分组域系统以及处理报文的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于小型移动核心网的分组域系统以及处理报文的方法。

背景技术

3GPP移动分组域系统由服务GPRS支持节点（SGSN：Serving GPRS Support Node）和网关GPRS支持节点（GGSN：Gateway GPRS Support Node）两个节点网元组成，由两个网元共同完成用户分组数据协议（PDP）上下文的管理和用户层面的GPRS协议隧道（GTPU）业务报文的传输。SGSN和GGSN分别管理各自的PDP上下文，分别实现一段用户层面的GPRS协议隧道。终端和业务网络交换的数据报文要经过SGSN和GGSN两个节点才能完成。终端发起的PDP上下文激活、修改和去激活也要分别经过SGSN和GGSN上的PDP会话管理模块处理后才能实现。

附图1所示为现有技术中3GPP中分组域系统10与周边设备的通信关系示意图，包括分组域系统10、无线网络控制器11、分组数据网络12以及终端19。分组域系统10由服务GPRS支持节点101和网关GPRS支持节点102两个网元组成。不同的分组域系统10之间可以通过GPRS网间接口（Gp接口）互连，分组域系统10和无线网络控制器11（RNC：Radio Network Controller）通过无线接入网和核心网间专用接口（Iu接口）相连，分组域系统10和终端19通过无线接入网和用户间专用接口（Uu接口）相连，网关GPRS支持节点102和分组数据网络12（PDN：Packet Data Network）之间通过GPRS与外部分组数据网之间专用接口（Gi接口）相连。

3GPP TS 29.060协议中定义了直接隧道（Direct-Tunnel）模式，是在PDP上下文更新消息中携带Direct-Tunnel 标志，指示建立RNC到GGSN的直接GTPU隧道。但是在PDP上下文初始建立（激活）时，还是分别由RNC与SGSN、SGSN与GGSN协商GTPU隧道参数，而且SGSN和GGSN上也是分别管理各自的PDP上下文。本专利实现方式和所述3GPP标准有着明显的区别。

在3GPP协议中，对终端用户的PDP会话管理要经过SGSN和GGSN两个网元配合实现，实际应用中，比较复杂，而且对于行业或企业的基于无线蜂窝网络终端无线应用来说，部署两个GSN设备成本高，并且难以维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种分组域系统小型化的实现方法，在保证实现移动分组域系统对外功能和接口的前提下，将复杂的移动分组域系统SGSN和GGSN网元集成和小型化。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于小型移动核心网的分组域系统，包括移动性管理模块、会话管理模块和GTP隧道处理模块。移动性管理模块用于对用户的移动性和位置管理，完成用户接入时的鉴权和认证；会话管理模块用于用户分组数据协议上下文管理，并和GTP隧道处理模块交互完成GTPU隧道参数的配置和修改。

作为可选的技术方案，所述分组域系统进一步包括无线接入网和核心网间专用接口（3GPP Iu接口）和核心网与外部分组数据网之间专用接口（3GPP Gi接口），所述分组域系统通过Iu接口与无线接入网的无线网络控制器通信，所述分组域系统通过Gi接口与外部分组数据网络通信，所述分组域系统和无线蜂窝网络终端之间采用3GPP层3接口

本发明进一步提供了一种利用上述用于小型移动核心网的分组域系统处理报文的方法，包括如下步骤：从无线网络控制器/分组数据网中接受数据报文，并发送至GTP隧道处理模块；GTP隧道处理模块去除/添加GTPU报文头封装；GTP隧道处理模块将数据报文发送至分组数据网络/无线网络控制器。

本发明进一步提供了一种利用上述用于小型移动核心网的分组域系统处理用户分组数据协议上下文操作的方法，包括如下步骤：无线网络控制器将用户分组数据协议的上下文操作请求发送至会话管理模块；会话管理模块与无线网络控制器交互无线承载指派操作；会话管理模块和GTP隧道处理模块交互，对GTPU隧道进行操作；会话管理模块向无线网络控制器返回用户分组数据协议的上下文操作响应。

本发明的优点在于，将现有技术中的SGSN和GGSN网元上的PDP上下文管理功能合并，将SGSN和GGSN上的GTPU报文处理功能合并，并保留原SGSN上的移动性管理、Iu接口功能模块，和GGSN上的Gi接口等对外接口功能模块，构建单一协议、直接隧道的应用模式。上述方案可以简化3GPP移动分组域系统的实现，并且保持所有对外部的接口不变，降低了3GPP分组域系统设备的搭建和维护成本，降低了3GPP分组域应用的门槛，适合于行业或企业用户基于标准的移动无线蜂窝网络终端构建企业或行业的低成本高速移动数据应用。

附图说明

附图1所示是3GPP分组域系统的系统示意图。

附图2所示是本发明具体实施方式所述用于小型移动核心网的分组域系统及与周边组件连接关系的示意图。

附图3为本具体实施方式中终端通过无线网络控制器发起PDP上下文操作的信令流程图。

附图4A与附图4B是附图3所示PDP上下文操作典型实施例的信令流程图。

附图实施例中，终端及RNC和小型化移动核心网系统的消息接口顺从3GPP协议规范定义。

具体实施方式

接下来结合附图对本发明所述的一种分组域系统小型化系统以及采用此交换系统的会话管理方法的具体实施方式做出详细说明。

以下本实施方式所述的无线蜂窝网络是指3GPP标准组织定义的网络。

附图2所示是本具体实施方式所述用于小型移动核心网的分组域系统30及与周边组件连接关系的示意图，所述分组域系统30包括移动性管理模块301、会话管理模块302和GTP隧道处理模块303，以及无线接入网和核心网间专用接口304（Iu接口）和GPRS与外部分组数据网之间专用接口305（Gi接口）。移动性管理模块301和会话管理模块302实现现有技术的Uu接口功能，完成和终端19的层3消息交互。GTP隧道处理模块303完成现有技术中RNC和小型化移动核心网系统之间的用户层面的GPRS协议隧道（GTPU）报文处理，即GTPU报文封装和解封装，并实现GTPU报文内PDU数据单元在Gi接口的收和发。小型化核心网系统和外部网络以及其它网元的接口，即无线接入网和核心网间专用接口304和GPRS与外部分组数据网之间专用接口305顺从3GPP定义，具体是通过无线接入网和核心网间专用接口304与无线接入网31的无线网络控制器11连接，通过GPRS与外部分组数据网之间专用接口305同分组数据网络12连接。

继续参考附图2，由移动性管理模块301完成对用户的移动性和位置管理，完成用户接入时的鉴权和认证；由会话管理模块302完成用户PDP上下文管理，包括PDP上下文的建立、修改和删除，并和GTP隧道处理模块303交互完成GTPU隧道参数的配置和修改；由无线接入网和核心网间专用接口304完成和无线接入网31的无线网络控制器11间的Iu信令交互；由GPRS与外部分组数据网之间专用接口305完成和分组数据网络12的IP路由传输。

继续参考附图2，由GTP隧道处理模块303完成GTPU报文的封装和解封装。对于从无线接入网31的无线网络控制器11中收到的终端数据报文，GTP隧道处理模块303首先去除GTPU包头封装，再将数据报文经由GPRS与外部分组数据网之间专用接口305发往分组数据网络12；对于从GPRS与外部分组数据网之间专用接口305收到的分组数据网络12发往终端的数据报文，GTP隧道处理模块303添加GTPU包头封装，将报文经由无线接入网和核心网间专用接口304发往无线接入网31的无线网络控制器11，并进一步发送至终端。

附图3为本具体实施方式中终端通过无线网络控制器发起PDP上下文操作的信令流程图，对交互过程进行了抽象。主要包括PDP上下文操作请求消息的接收和处理，对无线承载（RAB）的操作，对GTPU隧道处理模块的操作，PDP上下文操作响应消息的发送等步骤。

参考步骤S41，无线网络控制器将用户分组数据协议的上下文操作请求发送至会话管理模块。此请求消息可以由RNC发送到无线接入网和核心网间专用接口（Iu接口），并由Iu接口对消息进行解析，将消息发送到会话管理模块。所述请求消息可以是用户分组数据协议的上下文激活请求，或者是用户分组数据协议的上下文的去激活或修改请求。

参考步骤S42，会话管理模块与GTP隧道处理模块交互获得GTPU隧道参数。该步骤为可选步骤，仅用于所述请求消息可以是用户分组数据协议的上下文激活请求的情况。

参考步骤S43，会话管理模块与无线网络控制器交互无线承载指派操作。具体是会话管理模块向无线网络控制器发起无线承载指派请求，无线网络控制器向会话管理模块发送无线承载指派响应，以上操作通过Iu接口实现。对应于所述请求消息可以是用户分组数据协议的上下文激活、去激活或修改请求，此步骤具体包括请求无线网络控制器分配、修改或者释放无线和Iu接口承载资源。

参考步骤S45，会话管理模块和GTP隧道处理模块交互，对GTPU隧道进行操作。对应于所述请求消息可以是用户分组数据协议的上下文激活、去激活或修改请求，本步骤所述操作包括建立或者删除隧道。

参考步骤S46，会话管理模块向无线网络控制器返回用户分组数据协议的上下文操作响应。对应于所述请求消息可以是用户分组数据协议的上下文激活和去激活请求，本步骤所述的响应分别是对用户分组数据协议上下文激活、去激活或修改请求的相应。

附图4A为终端发起的PDP激活流程图。终端发起PDP上下文激活，消息经由RNC发送到Iu接口模块，Iu接口模块对消息进行解析，将消息发送到会话管理模块。会话管理模块从GTPU隧道处理模块申请GTPU资源，通过Iu接口模块向RNC发起RAB指派，请求RNC分配无线和Iu接口承载资源。RNC完成资源指派后，经Iu接口模块向会话管理模块返回指派响应。会话管理模块从消息中取出RNC侧的GTPU隧道参数，配置到GTPU隧道处理模块。会话管理模块经Iu接口模块，向终端返回PDP激活接受消息。上述过程结束后，RNC和GTPU隧道处理模块的GTPU隧道成功建立，可以为终端访问外部数据网络提供GTPU传输隧道。

附图4B为终端发起的PDP去激活流程图。终端发起PDP上下文去激活，消息经由RNC发送到Iu接口模块，Iu接口模块对消息进行解析，将消息发送到会话管理模块。会话管理模块经Iu接口模块，向终端返回PDP去激活接受消息。会话管理模块指示GTPU隧道处理模块删除GTPU资源，并通过Iu接口模块向RNC发起RAB指派，请求RNC释放无线和Iu接口承载资源。RNC完成资源指派后，经Iu接口模块向会话管理模块返回指派响应。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于小型移动核心网的分组域系统，其特征在于，包括移动性管理模块、会话管理模块和GTP隧道处理模块，移动性管理模块用于实现对用户的移动性和位置管理，完成用户接入时的鉴权和认证；会话管理模块用于用户分组数据协议上下文管理，并和GTP隧道处理模块交互完成GTPU隧道参数的配置和修改；GTP隧道处理模块实现业务报文的隧道封装和解封装处理，以及实现GTPU报文内PDU数据单元在Gi接口的收发。

2.根据权利要求1所述的用于小型移动核心网的分组域系统，其特征在于，所述分组域系统进一步包括无线接入网和核心网间专用接口和核心网与外部分组数据网之间专用接口，所述分组域系统通过Iu接口与无线接入网的无线网络控制器通信，所述分组域系统通过Gi接口与外部分组数据网络通信，所述分组域系统和无线蜂窝网络终端之间采用3GPP层3接口。

3.根据权利要求1所述的用于小型移动核心网的分组域系统，其特征在于，所述分组域系统和移动核心网各个GPRS支持节点、移动交换中心与拜访位置寄存器、归属位置寄存器的接口采用符合3GPP标准的接口。

4.根据权利要求1所述的用于小型移动核心网的分组域系统，其特征在于，所述分组会话管理模块对用户分组数据协议上下文管理进一步包括对分组数据协议上下文的建立、修改和删除。

5.一种利用权利要求1所述用于小型移动核心网的分组域系统处理报文的方法，其特征在于，包括如下步骤：

从无线网络控制器接收数据报文，并发送至GTP隧道处理模块；

GTP隧道处理模块去除数据报文中的GTPU报文头封装；

GTP隧道处理模块将去除封装后的数据报文发送至分组数据网络。

6.一种利用权利要求1所述用于小型移动核心网的分组域系统处理报文的方法，其特征在于，包括如下步骤：

从外部分组数据网络接收数据报文，并发送至GTP隧道处理模块；

GTP隧道处理模块向数据报文中添加GTPU报文头封装；

GTP隧道处理模块将封装后的数据报文发送至无线网络控制器。

7.一种利用权利要求1所述用于小型移动核心网的分组域系统处理用户分组数据协议上下文操作的方法，其特征在于，包括如下步骤：

无线网络控制器将终端对用户分组数据协议的上下文操作请求发送至会话管理模块；

会话管理模块与无线网络控制器交互无线承载指派操作；

会话管理模块和GTP隧道处理模块交互，对GTPU隧道进行操作；

会话管理模块通过无线网络控制器向终端返回用户分组数据协议的上下文操作响应。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在无线网络控制器将用户分组数据协议的上下文操作请求发送至会话管理模块之后，进一步包括如下步骤：

会话管理模块与GTP隧道处理模块交互获得GTPU隧道参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述会话管理模块与无线网络控制器交互无线承载指派操作的步骤进一步包括：

会话管理模块向无线网络控制器发起无线承载指派请求；

无线网络控制器向会话管理模块返回无线承载指派响应。