CN102572964A

CN102572964A - 一种支持下一代信令（nsis）的ggsn的功能及流程设计

Info

Publication number: CN102572964A
Application number: CN2010106080425A
Authority: CN
Inventors: 王莉; 张勇; 王景尧; 宋梅; 魏翼飞; 满毅; 王佳佳; 王琼
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102572964B

Abstract

公开了一种网关GPRS支持节点和用于融合网络中保障端到端Qos的方法。所述的网关GPRS支持节点包括：识别模块，识别出接收到的PDP上下文消息；判决模块，根据识别出的PDP上下文消息和当前网络中的可用资源确定是否需要资源预留；协议转换模块，将确定需要资源预留的PDP上下文消息转换为NSIS协议格式的消息；以及发送模块，将转换为NSIS协议格式的消息发送至下一跳路由器。

Description

一种支持下一代信令(NSIS)的GGSN的功能及流程设计

技术领域

本申请涉及融合网络中的网关GPRS支持节点(Gateway GPRSSupport Node，GGSN)，更具体地，涉及通用移动通讯系统(UniversalMobile Telecommunications System，UMTS)与IP融合网络中实现端到端QoS保障的GGSN。

背景技术

为了适应不同的通信环境以及满足用户业务的宽带化、个性化、智能化需求，异构网络融合已经成为下一代通信网络发展的必然趋势。如何使任何用户在任何时间任何地点都能获得具有QoS保障的服务是异构网络融合中的关键问题。异构网络资源的复杂性、网络状态的多样性、各网络的差异性等特点对QoS保障技术带来了一定的挑战，新业务和新技术的应用需要网络具有强大的信令系统支持。

在UMTS接入IP骨干网的融合网络中，不同的网络部分使用不同的QoS机制。传统的IP骨干网使用RSVP来保障端到端QoS，但因其可扩展性差，复杂度高而没有得到广泛的应用。IETF的NSIS(NextSteps in Signaling)工作组致力于研究下一代信令的需求、体系结构以及协议实现等问题，提出了NSIS分层信令结构将信令的具体实现和信令的传输分开，增强了信令系统的通用性。NSIS安全、可靠、灵活的特点适用于融合网络的设备控制，能够提供更好的端到端QoS保障。

然而，当前的UMTS网络中是通过PDP协议进行QoS保障的，不支持NSIS信令，因此需要设计一种支持PDP和NSIS协议转换的机制，来实现UMTS与IP融合网络中的端到端QoS协商。

附图说明

图1示出了根据本中请一个实施方式的GGSN的示意框图；

图2示出了在UMTS与IP骨干网的融合网络中实现端到端QoS保障的方法流程；

图3示出了根据本申请一个实施方式的UMTS与IP骨干网的融合网络中端到端QoS保障的信令交互流程。

发明内容

为了实现融合网络中端到端的Qos保障，本申请提出了一种具有PDP和NSIS协议转换的GGSN以及该GGSN执行的融合网络中端到端的Qos保障方法。

一方面，本申请提供了一种网关GPRS支持节点，包括：

识别模块，识别出接收到的PDP上下文消息；

判决模块，根据识别出的PDP上下文消息和当前网络中的可用资源确定是否需要资源预留；

协议转换模块，将确定需要资源预留的PDP上下文消息转换为NSIS协议格式的消息；以及

发送模块，将转换为NSIS协议格式的消息发送至下一跳路由器。

另一方面，本申请提供了一种融合网络中保障端到端Qos的方法，包括：

识别出接收到的PDP上下文消息；

根据识别出的PDP上下文消息和当前网络中的可用资源确定是否需要资源预留；

将确定需要资源预留的PDP上下文消息转换为NSIS协议格式的消息；以及

将转换为NSIS协议格式的消息发送至下一跳路由器。

具体实施方式

下面参照附图结合示例性实施方式对本申请进行描述。

图1示出了根据本申请一个实施方式的GGSN的示意框图。如图所示，GGSN 10包括识别模块11、判决模块12、协议转换模块13和发送模块14。在GGSN 10接收到从UE发送的消息之后，识别模块 11识别出接收到的消息是否为PDP上下文消息。如果是，判决模块12则根据该PDP上下文消息中的Qos参数和当前网络中的可用资源确定是否需要资源预留。判决模块12可通过对当前要求业务的类型和外部IP网络状态等因素对是否进行资源预留做出决策。当前要求业务的类型和/或等级可由PDP上下文消息中的Qos参数确定。当前网络中的可用资源例如可由网络状态采集设备获得。网络状态采集设备实现对网络当前流量、拥塞情况、负载和剩余资源状况的评估，其可以与GGSN集成在一起，也可以是GGSN外部的设备。如果识别模块11识别出接收到的消息不是PDP上下文消息，则进行其它处理，例如申请PDP地址等。

在一个实施方式中，判决模块12包括计算单元121和比较单元122。计算单元121根据PDP上下文消息中的Qos参数计算Qos得不到满足的风险，并根据当前网络中的可用资源计算对网络进行资源预留的效用。比较单元122将计算出的Qos得不到满足的风险和对网络进行资源预留的效用进行比较，以确定是否需要资源预留。具体地，为了对是否进行资源预留进行决策，计算单元121可根据以往存储的历史数据对当前QoS请求进行分析，计算在当前网络条件下服务QoS得不到满足的贝叶斯概率。同时，对网络进行资源预留所需的代价进行计算。最后，比较单元122将是否进行资源预留的效用进行比较，从而做出判决。

在进行贝叶斯概率计算时，计算单元121可根据当前网络状态和当前业务选择最小风险或最小错误率的贝叶斯概率，并根据数据库中预先定义数据来生成损失函数。在此之后，可调用数据库中的模型，计算在当前进行资源预料所需要的代价。最后，调用效用函数，由比较单元122判断对网络进行资源预留的效用是否大于业务需求QoS可能不被满足的风险，并根据结果决定是否进行资源预留。

协议转换模块13将确定需要资源预留的PDP上下文消息转换为NSIS协议格式的消息。对于不需要资源预留的服务，则可返回响应消息，例如，Secondary PDP Response消息。

在一个实施方式中，协议转换模块13可包括数据生成单元131 和格式转换单元132。数据生成单元131可对进行资源预留的参数进行设定，例如，根据当前网络状态、请求服务类型和/或请求资源的情况对NSIS中的参数进行计算。在一个实施例中，数据生成单元131根据Qos参数映射关系将PDP上下文消息中的Qos参数映射为QPSEC参数。格式转换单元132可根据NSIS协议格式封装所述QPSEC参数以获得所述NSIS协议格式的消息，并开始资源预留请求过程。

在一个实施例中，数据生成单元131可根据PDP上下文消息中的Qos参数确定该消息属于UMTS的四种QoS类型(会话类型、流类型、交互类型、后台类型)中的哪一个类型，例如通过调用参数映射单元中的QoS参数映射表，将PDP QoS参数映射为NSIS QSPEC参数。同时，分析网络当前负载和网络能力，根据网络情况、业务需求和/或网络调度的策略计算QSPEC的参数。最后，格式转换单元132对该QSPEC参数根据协议的消息格式进行封装，并由发射模块14发送至下一跳路由器，进行Internet中的QoS协商。

为了实现在不同网络间的QoS映射，本申请提出了符合网络要求的QoS映射表(QSPEC对象参数)。对UMTS中的QoS等级和在IETF的RFC中定义了DiffServ的PHB(每跳行为)进行映射，保证协议转换的有效进行。如下表所示，在本申请的实施方式中，3GPP UMTS会话类型对应于EF PHB类，它们支持低延迟和抖动。3GPP UMTS流类型对应于EF。3GPP UMTS交互类型对应于AF4或者AF3(支持低延迟，但略高于会话类型支持的低延迟)，后台类型对应于AF2、AF1或者BE PHB类(不具有任何特殊的QoS要求)。

DiffServ根据用户的QoS要求将传输流划分为不同的服务类，通过NSIS信令协议为聚集流提供端到端的QoS保障。UMTS与Internet之间的QoS映射在GGSN中完成。

根据本申请的另一方面，提出了一种在UMTS与IP骨干网的融合网络中实现端到端QoS保障的方法200。如图2所示，在步骤S201，识别出接收到的PDP上下文消息。在步骤S202中，根据识别出的PDP上下文消息和当前网络中的可用资源确定是否需要资源预留。具体地，可例如首先根据所述PDP上下文消息中的Qos参数计算Qos得不到满足的效用，并根据当前网络中的可用资源计算对网络进行资源预留的效用，然后将计算出的Qos得不到满足的效用和对网络进行资源预留的效用进行比较，以确定是否需要资源预留。所述计算Qos得不到满足的效用可例如包括：根据所述PDP上下文消息中的Qos参数计算Qos得不到满足的贝叶斯概率，从而计算出Qos得不到满足的风险。

在步骤S203中，将确定需要资源预留的PDP上下文消息转换为NSIS协议格式的消息。在一个实施方式中，例如根据PDP上下文消息中的Qos参数生成相应的QPSEC参数，然后根据NSIS协议格式封装所述QPSEC参数以获得所述NSIS协议格式的消息。QPSEC参数可以是基于预定的Qos映射关系并根据PDP上下文消息中的Qos参数而生成的QPSEC参数。接着，在步骤S204中，将转换为NSIS协议格式的消息发送至下一跳路由器。

如图3示出了根据本申请一个实施方式的UMTS与IP骨干网的融合网络中端到端QoS保障的信令交互流程300。QoS NSLP扩展了RSVP资源预留机制，不仅支持接收端发起的预留，也支持发端发起的预留、双向预留以及任意节点间(如边缘到边缘或端到接入方(end-to-access))的预留。本申请只考虑发端发起资源预留的NSIS流程。UMTS与Internet的融合网络中，NSIS既可以由UE发起，也可以由GGSN发起，本申请只讨论Internet网络支持DiffServ，GGSN也支持DiffServ的情况，其他情况与此类似。下面分别描述两种情况下的端到端QoS流程。

GGSN发起的NSIS信令场景中，GGSN的作用类似于QNI，初始化NSIS信令。Internet支持DiffServ，GGSN具有DiffServ Edge功能。该场景中由GGSN产生NSIS会话。

终端主机之间的应用层请求的QoS需求向下映射到UE端的PDP上下文。IP承载业务参数在GGSN端映射为UMTS QoS的参数，同时UE端从应用程序的QoS参数中获得这些参数。无线QoS通过PDP上下文信令得到控制。具体流程如下所述。

在步骤301中，UE发出一个具有UMTS QoS参数的激活PDP上下文请求消息给SGSN。接着，在步骤S302中SGSN和UE之间实现)安全功能有关的处理。在步骤S303中，SGSN收到激活PDP上下文请求消息后，向GGSN发出创建PDP上下文请求；基于策略、本地运营商接纳控制功能以及GPRS漫游协议，GGSN根据本地运营商的IP承载层资源授权PDP上下文激活请求，同时发送创建PDP上下文响应消息给SGSN。

在步骤S304中，无线接入承载层(RAB)的设置由RAB配置程序完成，SGSN发送激活PDP上下文接受消息给UE。在步骤S305中，GGSN填充基于PDP上下文发端QSPEC来产生NSIS会话。GGSN(QNI)的QoS-NSLP发送带有QSPEC的QoS-NSLP RESERVE消息给外部IP网络中的下一跳Remote AP。

在步骤S306中，Remote AP接收到GGSN转发的RESERVE消息后，根据QSPEC对象执行合适的动作如预留等。QoS NSLP生成新的RESERVE消息，传递到GIST，Remote AP将RESERVE消息发送到Remote Host(QNR)。在步骤S307和308中，Remote Host(QNR)接收到Remote AP发送的RESERVE消息后，根据QSPEC对象执行合适的动作如预留等。如果执行预留成功，则生成RESPONSE消息，并将其依次转发回发端UE(QNI)，完成整个资源预留过程。

发端QSPEC是3GPP UMTS QOSM指定的可选参数。上面的例子中，无论外部IP网络使用何种QoS模型，信令流程都是相同，不同的只是在GGSN上完成的QoS类映射。

以上仅为本申请的示例性实施方式，本领域技术人员根据上述实施方式，在本申请权利要求限定的范围内，可以对上述各个实施方式进行修改。

Claims

1.一种网关GPRS支持节点，包括：

识别模块，识别出接收到的PDP上下文消息；

2.如权利要求1所述的网关GPRS支持节点，其中，所述判决模块包括：

计算单元，根据所述PDP上下文消息中的Qos参数计算Qos得不到满足的风险，并根据当前网络中的可用资源计算对网络进行资源预留的效用；以及

比较单元，将计算出的Qos得不到满足的风险和对网络进行资源预留的效用进行比较，以确定是否需要资源预留。

3.如权利要求1所述的网关GPRS支持节点，其中，所述计算单元根据所述PDP上下文消息中的Qos参数以及网络中保存的历史数据计算Qos得不到满足的贝叶斯概率，从而确定Qos得不到满足的效用。

4.如权利要求1所述的网关GPRS支持节点，其中，所述协议转换模块包括：

数据生成单元，根据PDP上下文消息中的Qos参数生成相应的QPSEC参数；以及

格式转换单元，根据NSIS协议格式封装所述QPSEC参数以获得所述NSIS协议格式的消息。

5.如权利要求4所述的网关GPRS支持节点，其中，所述数据生成单元基于预定的Qos映射关系根据PDP上下文消息中的Qos参数以及网络当前资源情况生成相应的QPSEC参数。

6.一种融合网络中保障端到端Qos的方法，包括：

识别出接收到的PDP上下文消息；

将转换为NSIS协议格式的消息发送至下一跳路由器。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述确定包括：

根据所述PDP上下文消息中的Qos参数计算Qos得不到满足的风险；

根据当前网络中的可用资源计算对网络进行资源预留的效用；以及

将计算出的Qos得不到满足的效用和对网络进行资源预留的风险进行比较，以确定是否需要资源预留。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述计算Qos得不到满足的风险包括：

根据所述PDP上下文消息中的Qos参数以及网络中历史数据计算Qos得不到满足的贝叶斯概率，从而计算出Qos得不到满足的风险。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述转换包括：

根据PDP上下文消息中的Qos参数以及网络当前情况生成相应的QPSEC参数；以及

根据NSIS协议格式封装所述QPSEC参数以获得所述NSIS协议格式的消息。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述生成相应的QPSEC参数包括：

基于预定的Qos映射关系根据PDP上下文消息中的Qos参数生成所述相应的QPSEC参数。