CN102404221A - 一种多链路聚合的数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多链路聚合的数据传输方法，应用于包含LAC和LNS的L2TP VPN的系统中，所属方法包括以下步骤：在LAC与LNS间的若干条链路上建立若干条L2TP隧道；LAC接收来自发送端设备的IP报文并对其进行PPP封装；所述PPP帧通过步骤一中建立在VPN上的若干条L2TP隧道传输至LNS；LNS将接收到的PPP帧解封装成发送端设备发出的原始IP报文，并发送至接收端设备。本发明数据传输方法，在不改变业务数据源地址和目的地址，且不改变原有端口的基础上，将多个链路聚合成一条逻辑链路，实现与现有互联网络的无缝对接，适用于各种业务应用类型的通信，具有良好的通用性。

Description

一种多链路聚合的数据传输方法及系统

技术领域

本发明属于通信领域，特别涉及一种无线和移动环境下公共通信信道上的多链路聚合的数据传输方法及系统。

背景技术

目前，第二代移动通信技术即全球移动通信系统GSM(Global System forMobile Communications)网络已趋于成熟，普通的语音业务也已基本饱和。随着社会科技的发展，通信技术的革新也是日新月异，支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术即第三代移动通信技术(3G)的出现，将移动通信的发展带入了一个全新的数据业务时代。3G技术使移动通信和互联网更加紧密地结合，也越来越贴近人们的生活。3G无线传输，作为目前无线广域通信网络中应用最广泛的传输方式，相比传统的GSM技术，其优越性在于能方便、及时地为用户提供随时随地的各种通信业务应用。

国内目前支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。工信部电信管理局发布的最新统计数据显示，截至2011年5月底，3G基站总数达到71.4万个，而与之相对的，国内3G用户总体渗透率为8.10％，整体落后于全球平均水平(15.2％)。三大运营商中，中移动3G用户渗透率为5.24％，中联通为12.34％，中电信为18.61％。可见，我国的3G接入网络虽已广泛部署，但3G用户渗透率还很低，因此，某种程度上3G应用还存在很大的发展空间。

3G网络要求具有良好的服务质量、后向兼容性及其与固网的兼容性，以及高速多媒体业务能力等，而现有3G技术与这一目标还有差距，3G终端在多媒体业务支持、延长待机时间、统一应用平台等方面还需要进一步改进，由于网络质量、终端瓶颈以及缺乏合适的业务模式等原因，体现3G差异化服务的高速多媒体业务发展也并不理想。

现有的3G移动终端，开展诸如收发电子邮件、可视电话或移动电子商务等各项业务时，它与服务器进行数据传输的方式如图1所示，通过接入一个无线网络，移动终端同服务器S建立了一条传输链路L1，移动终端通过这一链路访问服务器。也就是说，移动终端和服务器之间只通过L1这一个链路，进行数据的收发传输。因此，移动终端和服务器之间交换数据的速度，完全取决于这个链路L1的带宽，即单独一个3G上网卡的带宽。

由于受单个3G上网卡带宽的影响，现有的3G多媒体业务应用还局限于手机小屏幕、低分辨率、低质量的应用，未能实现像现有固定网上开通的视频会议的应用。然而，3G技术中的一个趋势，就是在移动环境下，为移动终端提供可视电话等高速多媒体业务应用。利用3G进行大屏幕、高分辨率、高质量的音视频流传输的需求应该说很迫切，比如在紧急任务和突发事件发生场合，政府部门往往需要高质量视频图像的回传，进行远程指挥、辅助，以便做出准确的判断，及时地下达合适的指令等。

为解决上述技术问题，突破单个链路带宽的局限，在无线接入的技术层面，出现了多模终端，也即一个移动终端同时支持多个无线接入技术。该技术给该多模终端的用户提供了同时接入多个无线网络的能力，从而使得图2所示的传输方案成为可能。如图2所示，多模终端利用两种接入方式，分别接入网络1和网络2，同时激活两个传输链路L1和L2，从而通过这两个链路与服务器交换数据。

这种传输方式虽然利用多个传输链路，拓展了数据传输的带宽，但这种传输模型本身存在着很大的缺陷：由于作为业务接收方的多模终端具有多个IP地址，因此，对于只有一个目的端口和一个源端口的业务应用类型，其业务数据无法直接通过多条IP链路实现传输，也就是说，图2所示的传输方式无法实现对某些业务的数据传输。

申请号200910178355.9的中国专利申请，披露了一种实现上述业务在多条IP链路上传输的技术方案，该技术方案的实现必须将单一端口拆分成多个端口，且拆分后的这些端口必须由业务发起方和业务接收方按规则事先约定好，因此，该传输方式对业务类型具有选择性，对于某些业务应用类型(如只有一个目的端口和一个源端口的业务)，无能为力。此外，该传输方式对端口进行拆分，实质上则是改变了原业务的业务类型。可见，现有的多链路传输方式对业务不具有通用性，而且业务也不能在网络原有的终端中很好地扩展。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多链路聚合的数据传输方法及系统，可不受特定业务制约，在现有网络中的发送和接收IP报文的任意终端之间实现数据传输，并拓展数据传输的带宽。

为了解决上述问题，本发明公开了一种多链路聚合的数据传输方法，用于实现网络中发送端设备与接收端设备间的业务应用，包含具有LAC和LNS的L2TPVPN，所述LAC支持若干条链路(L1，L2，…，Ln)，其特征在于，该方法包括：

步骤一、建立隧道：LAC向LNS发起隧道连接请求，LNS接入请求信息，在上述若干条链路上建立若干条L2TP隧道(T1，T2，…，Tn)，所述隧道与链路一一对应，所述若干条链路分别具有不同的公网地址(公网IP1、公网IP2、…、公网IPn)；

步骤二、PPP封装：LAC接收来自发送端设备的IP报文，IP报文的报头中含有私网的源端和目的端IP地址，通过PPP协议将所述IP报文封装成PPP数据帧；

步骤三、隧道传输：所述PPP帧通过步骤一中建立在VPN上的若干条L2TP隧道传输至LNS；

步骤四、PPP解封装：LNS将接收到的PPP帧解封装，还原成发送端设备发出的原始IP报文，并将其发送至接收端设备。

进一步地，所述步骤三具体包括：

(1)通过L2TP协议，为PPP数据帧添加L2TP报头，将PPP帧封装成L2TP帧；

(2)为L2TP帧添加UDP报头，形成UDP报文；

(3)为UDP报文添加公网IP报头，将UDP报文封装成能在VPN上传输的IP报文，通过L2TP隧道将UDP作为用户数据从LAC传输至LNS；

(4)LNS将接收到的UDP报文依次去UDP报头、L2TP报头，还原得到PPP数据帧。

进一步地，所述UDP报文中源端和目的端端口号均为1701，所述公网IP报头中包含VPN的源端和目的端IP地址。

进一步地，所述步骤(3)中，按传输序列为UDP报文依次添加公网IP报头，依次封装成具有公网IP1、公网IP2、…、公网IPn源端和目的端地址的IP报文，分别通过对应链路上的隧道(T1，T2，…，Tn)传输上述IP报文，其中，包含相同的公网IP源端和目的端地址的IP报文在同一条链路上传输。

进一步地，所述链路为无线链路。

进一步地，通过采用3G无线数据传输标准的无线链路，传输上述数据包。

一种多链路聚合的数据传输系统，包括发送端设备和接收端设备，所述发送端设备用于发起业务应用，发送IP报文，所述IP报文中含有私网源端和目的端的IP地址，所述接收端设备接收来自发送端设备的IP报文，其特征在于，该系统还包括：

与发送端设备相连的LAC(访问集中器)，具有若干个网络接口卡，支持若干个链路，接收来自发送端设备的IP报文，将其封装成PPP帧，通过建立在链路上的L2TP隧道，实现PPP帧在VPN上的传输；

与接收端设备相连的LNS(网络服务器)，通过与LAC间建立多条L2TP隧道，接收在多条隧道上传输的数据，将PPP帧解封装成发送端设备的原始IP报文，并将其传送至接收端设备。

进一步地，所述系统中，LAC通过L2TP协议，对PPP帧依次添加L2TP报头、UDP报头，形成UDP报文，按照传输序列将UDP报文依次封装成具有不同公网IP的IP报文，通过建立在与该IP报文具有相同公网IP的链路上的L2TP隧道传输至LNS；LNS接收通过多条链路传输的UDP报文，依次去掉UDP报头、L2TP报头，形成PPP帧，再对PPP帧进行解封装处理。

进一步地，所述LAC的网络接口卡为3G无线上网卡。

具体地，所述LAC为一种3G路由器，包括中央处理器、交换机模块、内存模块、闪存模块和若干个3G模块，每个3G模块均设一3G无线上网卡，所述3G无线上网卡插设于与3G模块对应相连的SIM卡座，所述交换机模块、内存模块、闪存模块和若干个3G模块分别与中央处理器双向连接；

所述LNS为一种网络接入服务器，与上述3G路由器配合实现VPN的组建，包括中央处理器和与中央处理器双向连接的广域网接口、局域网接口、内存模块及闪存模块。

L2TP为二层隧道协议，由于其具有灵活的身份验证机制及较高的安全性，并且支持RADIUS服务器的验证，因此，目前L2TP协议多用于单个或少数用户接入企业总部网络的情况，也就是说，L2TP协议的应用通常局限于身份认证、数据加密的领域。本发明将L2TP协议应用于单纯的数据传输，而忽略其在认证、加密方面的应用，这在现有L2TP应用中是绝无仅有的。正是由于本发明的技术方案只将L2TP应用于数据传输，使得在VPN的两端LAC和LNS之间建立隧道的过程大大简化，摒弃了诸如PPP LCP协商、PAP或CHAP认证、CHAPchallenge、CHAP response、RADIUS服务器认证等繁琐的认证及响应过程，只需要简单的两步：LAC发起连接请求和LNS接入请求信息，即可完成隧道的建立。

图3所示为本发明的传输方法在进行数据传输的过程中L2TP协议栈的结构示意图。发送端的IP报文，先经过PPP封装，在发送端的链路层将该IP报文作为用户数据，传递给已建立的L2TP隧道。通过L2TP协议，为PPP帧依次添加L2TP报头、UDP报头，封装成UDP报文，再将UDP报文封装成可在公共网上传输的IP报文，该IP报文具有公网IP的源地址(LAC端多条链路的IP地址)和目的地址(LNS端的IP地址)。具体的L2TP封装结构参见图4，相应地，LAC侧封装与LNS侧解封装的方式也清楚地体现在图4中。由于本发明中的LAC(集中访问器)支持若干条链路，每条链路均具有不同于其它链路的公网IP，UDP报文也相应地具有多个公网IP报头。图3中，公网IP1、公网IP2、...、公网IPn分别对应链路L1，L2，…，Ln。接收端的LNS(网络服务器)收到通过建立在公网链路上的若干条隧道(T1，T2，...，Tn)传输的IP报文后，依次将公网IP报头、UDP报头、L2TP报文头去掉后就恢复了PPP报文，将PPP报文头去掉就得到发送端的原始IP报文，该原始IP报文具有发送端和接收端设备所在网络的私有IP的源地址和目的地址。

需要明确指出的是，本发明中的业务发送端与业务接收端可以对换，即与LNS(网络服务器)相连的设备可作为业务发送端，与LAC(集中访问器)相连的设备可作为业务接收端，此种情况下，本发明多链路聚合的数据传输方法同样能以类似方式实现。具体的传输方法与上述方式大致相同，区别在于：(1)LNS侧对IP报文进行封装；(2)LAC侧对报文进行解封装；(3)数据通过公网传输时，为UDP报文添加的公网IP报头，其包含的公网IP的源地址与目的地址刚好与上述方式相反，即公网IP的源地址为LNS端的IP地址，公网IP的目的地址为LAC端多条链路的IP地址。

本发明的多链路聚合的数据传输方法及系统，在不改变业务数据源地址和目的地址，且不改变原有端口的基础上，将若干个公共数据信道聚合成单个信道，该信道以一个更高带宽的逻辑链路出现，能够拓展网络中数据传输的带宽，从而较好地解决现有3G网络技术中高速多媒体业务应用的数据传输带宽受限的问题。

同时，本发明的技术方案实现了多链路在网络层的聚合，在网络层上只有一个IP地址即一条逻辑链路，在传输层上只有一个端口，使得数据传输与业务类型无关，与端口无关，不用将业务拆分在多个端口进行多链路的传输。因此，本发明的技术方案不受业务类型的制约，能实现与现有互联网络的无缝对接，适用于各种业务应用类型的通信，具有良好的通用性。

附图说明

图1是现有移动终端与服务器进行数据业务传输的网络架构示意图；

图2是现有多模终端利用两种接入方式同时激活两个传输链路进行数据传输的示意图；

图3是本发明多链路聚合的数据传输方法中L2TP协议栈的结构示意图；

图4是L2TP的封装结构；

图5本发明实施例1的网络架构及数据传输示意图；

图6是实施例2，本发明在另一种数据传输模式下的应用；

图7是实施例3，本发明在第三种数据传输模式下的应用；

图8是3G路由器，即本发明中LAC的一种实施方式的系统结构图；

图9是接入服务器，即本发明中LNS的一种实施方式的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图5～9对本发明的实施方式做进一步的详细说明。

实施例1

如图5所示为本发明一种多链路聚合的数据传输方法及系统的第一种实施方式，应用于移动式视频会议系统中进行视频数据的传输。

该多链路聚合的数据传输系统，包括作为发送端设备的视频会议系统的移动终端A和作为接收端设备的视频会议系统的指挥中心B，还包括与移动终端A相连的3G路由器和与指挥中心B相连的接入服务器。移动终端A用于向指挥中心B发起视频数据传输的业务应用。所述3G路由器具有两张3G上网卡，相应地支持两条3G链路L1和L2。所述接入服务器与小型局域网相连，该小型局域网中的指挥中心B为数据接收端。

具体地，如图8所示，上述3G路由器包括中央处理器、交换机模块、内存模块、闪存模块和两个3G模块，每个3G模块均设一3G无线上网卡，所述3G无线上网卡插设于与3G模块对应相连的SIM卡座，所述交换机模块、内存模块、闪存模块和两个3G模块分别与中央处理器双向连接。中央处理器控制3G模块，实现3G模块的拨号连接和数据转发，中央处理器对交换机模块进行管理，将传输数据在交换机模块和3G模块之间进行转发。

如图9所示，与3G路由器配合实现VPN组建的上述接入服务器，包括中央处理器和与中央处理器双向连接的广域网接口、局域网接口、内存模块及闪存模块。中央处理器通过软件控制数据在局域网接口和广域网接口上进行转发。

3G路由器接收来自移动终端A的视频数据的IP报文，将其封装成PPP帧，通过建立在链路L1和L2上的L2TP隧道T1和T2，将PPP帧传输至接入服务器。接入服务器将PPP帧解封装成移动终端A的原始IP报文，并将其传送至指挥中心B。

如图5所示本发明的第一种实施方式中，移动终端A向局域网中的指挥中心B传输视频数据的具体方法如下：

(1)3G路由器向接入服务器发起隧道连接请求，接入服务器接入请求信息，在上述两条链路上相应地建立两条L2TP隧道T1和T2，隧道T1建立在链路L1上，隧道L2建立在链路L2上。其中，接入服务器公网IP地址为IP-GS，开启端口UDP1701，3G路由器支持的两条链路在路由器一端获得公网IP地址，分别为IP-G1和IP-G2。

(2)本视频会议系统中，移动终端A具有私有IP地址IP-SA，指挥中心B具有私有IP地址IP-SB。3G路由器接收来自移动终端A的视频数据IP报文，所述IP报文中携带有源端地址IP-SA和目的端地址IP-SB，通过PPP协议将所述IP报文封装成PPP数据帧。

(3)通过L2TP协议，为PPP数据帧添加L2TP报头，将PPP帧封装成L2TP帧；为L2TP帧添加UDP报头，形成UDP报文；为UDP报文添加公网IP报头，依次封装成具有源端地址IP-G1和目的端地址IP-GS、源端地址IP-G2和目的端地址IP-GS的IP报文，通过已建立的两条L2TP隧道T1、T2将UDP作为用户数据从3G路由器传输至接入服务器。其中，在同一链路的隧道上传输的报文具有相同的公网IP报头。

(4)接入服务器将接收到的PPP帧进行解封装，还原成移动终端A发出的视频数据的原始IP报文，获取上述解封装后IP报文中携带的目的端地址IP-SB，确定数据接收端为指挥中心B，故将所述IP报文发送至指挥中心B。

由此，通过两条3G链路在网络层聚合成一条逻辑的链路，拓展了传输的带宽，实现了视频会议系统的移动终端A向指挥中心B的数据传输，并使得视频的传输更流畅。

实施例2

如图6所示，本发明的数据传输方法中，与接入服务器相连的指挥中心B也可作为数据的发送端向与3G路由器相连的移动终端A发送数据。

其中，数据发送端为局域网中的指挥中心B，该局域网通过接入服务器接入公网，数据接收端为视频会议系统的移动终端A。与实施例1相同，与移动终端A相连的3G路由器3G路由器具有两张3G上网卡，相应地支持两条3G链路L1和L2。

图6所示本发明的第二种实施方式中，指挥中心B向移动终端A进行数据传输的具体方法与实施例1中的传输方法类似，不同点在于：1)接入服务器接收来自指挥中心B的IP报文，将其封装成PPP帧，通过建立在链路L1和L2上的L2TP隧道T1和T2，将PPP帧传输至3G路由器；2)3G路由器将PPP帧解封装成指挥中心B的原始IP报文，并将其传送至移动终端A；3)来自指挥中心B的原始IP报文携带的源端地址为IP-SB，目的端地址为IP-SA；4)在隧道上传输公网IP报文携带的源端地址为IP-GS，目的端地址为IP-G1或IP-G2。

实施例3

本发明的数据传输方法，还可应用于视频会议系统中任意移动终端之间的数据传输。如图7所示，为移动终端A作为数据发送端向另一移动终端C发送数据的流程示意图。其中，与移动终端C相连的3G路由器和与移动终端A相连的3G路由器在结构、功能上均相同，移动终端C的IP地址为IP-SC。

视频数据的IP报文从移动终端A传输至接入服务器一侧的过程与实施例1中相同，接入服务器将接收到的PPP帧进行解封装，还原成移动终端A发出的视频数据的原始IP报文，获取上述解封装后IP报文中携带的目的端地址为IP-SC，确定数据接收端为移动终端C，故将所述IP报文又一次通过L2TP隧道传输至移动终端C。上述接入服务器将IP报文传输至移动终端C的过程与实施例2中的方法相同，不再赘述。

可以理解的是，上述实施方式仅是本发明较有代表性的例子。虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种变化。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多链路聚合的数据传输方法，用于实现网络中发送端设备与接收端设备间的业务应用，包含具有LAC和LNS的L2TP VPN，所述LAC支持若干条链路(L1，L2，…，Ln)，其特征在于，该方法包括：

步骤一、建立隧道：LAC向LNS发起隧道连接请求，LNS接入请求信息，在上述若干条链路上建立若干条L2TP隧道(T1，T2，…，Tn)，所述隧道与链路一一对应，所述若干条链路分别具有不同的公网地址(公网IP1、公网IP2、…、公网IPn)；

步骤二、PPP封装：LAC接收来自发送端设备的IP报文，IP报文的报头中含有私网的源端和目的端IP地址，通过PPP协议将所述IP报文封装成PPP数据帧；

步骤三、隧道传输：所述PPP帧通过步骤一中建立在VPN上的若干条L2TP隧道传输至LNS；

步骤四、PPP解封装：LNS将接收到的PPP帧解封装，还原成发送端设备发出的原始IP报文，并将其发送至接收端设备。

2.如权利要求1所述的多链路聚合的数据传输方法，其特征在于所述步骤三具体包括：

(1)通过L2TP协议，为PPP数据帧添加L2TP报头，将PPP帧封装成L2TP帧；

(2)为L2TP帧添加UDP报头，形成UDP报文；

(3)为UDP报文添加公网IP报头，将UDP报文封装成能在VPN上传输的IP报文，通过L2TP隧道将UDP作为用户数据从LAC侧传输至LNS侧；

(4)LNS将接收到的UDP报文依次去UDP报头、L2TP报头，还原得到PPP数据帧。

3.如权利要求2所述的多链路聚合的数据传输方法，其特征在于：所述UDP报文中源端和目的端端口号均为1701，所述公网IP报头中包含VPN的源端和目的端IP地址。

4.如权利要求2所述的多链路聚合的数据传输方法，其特征在于：所述步骤(3)中，按传输序列为UDP报文依次添加公网IP报头，依次封装成具有公网IP1、公网IP2、…、公网IPn源端和目的端地址的IP报文，分别通过对应链路上的隧道(T1，T2，…，Tn)传输上述IP报文，其中，包含相同的公网IP源端和目的端地址的IP报文在同一条链路上传输。

5.如权利要求1或4所述的多链路聚合的数据传输方法，其特征在于：所述链路为无线链路。

6.如权利要求5所述的多链路聚合的数据传输方法，其特征在于：通过采用3G无线数据传输标准的无线链路，传输上述数据包。

7.一种多链路聚合的数据传输系统，包括发送端设备和接收端设备，所述发送端设备用于发起业务应用，发送IP报文，所述IP报文中含有私网源端和目的端的IP地址，所述接收端设备接收来自发送端设备的IP报文，其特征在于，该系统还包括：

与发送端设备相连的LAC(访问集中器)，具有若干个网络接口卡，支持若干个链路，接收来自发送端设备的IP报文，将其封装成PPP帧，通过建立在链路上的L2TP隧道，实现PPP帧在VPN上的传输；

与接收端设备相连的LNS(网络服务器)，通过与LAC间建立多条L2TP隧道，接收在多条隧道上传输的数据，将PPP帧解封装成发送端设备的原始IP报文，并将其传送至接收端设备。

8.如权利要求7所述的多链路数据传输的系统，其特征在于：

LAC通过L2TP协议，对PPP帧依次添加L2TP报头、UDP报头，形成UDP报文，按照传输序列将UDP报文依次封装成具有不同公网IP的IP报文，通过建立在与该IP报文具有相同公网IP的链路上的L2TP隧道传输至LNS；

LNS接收通过多条链路传输的UDP报文，依次去掉UDP报头、L2TP报头，形成PPP帧，再对PPP帧进行解封装处理。

9.如权利要求7所述的多链路数据传输的系统，其特征在于：所述LAC的网络接口卡为3G无线上网卡。

10.如权利要求7、8或9所述的多链路数据传输的系统，其特征在于：

所述LAC为一种3G路由器，包括中央处理器、交换机模块、内存模块、闪存模块和若干个3G模块，每个3G模块均设一3G无线上网卡，所述3G无线上网卡插设于与3G模块对应相连的SIM卡座，所述交换机模块、内存模块、闪存模块和若干个3G模块分别与中央处理器双向连接；

所述LNS为一种网络接入服务器，与上述3G路由器配合实现VPN的组建，包括中央处理器和与中央处理器双向连接的广域网接口、局域网接口、内存模块及闪存模块。

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