CN104202771B - Lte核心网络接口大流量数据的负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供LTE核心网络接口大流量数据的负载均衡方法，将LTE核心网的旁路接入的数据，区分S1‑MME、S10/S11、S6a和S1‑U协议报文，将其转发给对应的信令处理板，对于大流量S1‑U的用户业务数据，解析出S1‑U报文中的用户IP，按照用户的IP地址取模分发给多个用户业务数据处理板。运用此方法可以将S1‑U接口接入的大流量数据均衡的发送到多套协议解析板卡上进行处理，且保证每个用户的数据在同一套协议解析板卡上，使分流后数据满足对用户数据的后续处理要求。

Description

LTE核心网络接口大流量数据的负载均衡方法

技术领域

本发明属于LTE网络通信技术领域，具体涉及一种LTE核心网络接口大流量数据的负载均衡方法。

背景技术

LTE是Long Term Evolution的缩写，全称应为3GPP Long Term Evolution，中文一般翻译为3GPP长期演进技术，为第三代合作伙伴计划(3GPP)标准，具有峰值下载速度达到299Mbit/s、最优状况下小IP数据包延迟低于5ms、可接受终端在不同频段下以350Km/h或500Km/h的移动速度下使用、支持频分双工和时分双工通信、支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz频点带宽等特点。

随着2013年底LTE牌照的发放，标志在4G移动网络正式投入运营，在LTE网络给用户带来更高的带宽和更佳的体验的同时，也给运营商带来了新的挑战。移动网络的数据流以每年100%的速度持续递增，海量的流量冲击和众多的移动数据业务给运营商对网络信令和业务数据的解析和分析带来巨大的压力，因此在核心网接入大流量(20G-80G)数据进行数据分流称为移动互联网分析的一块关键技术。

在3G时代数据分流的传统技术是按IP五元组进行分流，将分流后的数据发送给多块处理板卡上，从而解决处理板卡的性能瓶颈。随着数据流量的迅速增加，和更细致的用户业务分析，传统的分流技术无法满足现在的处理需求。

发明内容

本发明针对LTE核心网络中流量增长迅速，现有分流设备无法支撑，通过使用LTE网络大数据负载均衡方法，将LTE核心网各接口数据进行分流，并将流量最大的S1-U用户业务数据按用户进行分发，保证同一个用户的数据在同一块数据处理板上。

本发明的技术方案提供一种LTE核心网络接口大流量数据的负载均衡方法，将LTE核心网的旁路数据汇聚发送到数据分流设备，基于解析报文执行以下步骤：

步骤1，解析IP头，包括根据IP头中的protocol字段，判断IP上层协议类型，

protocol字段为17，表明上层是UDP协议，进入步骤2；

protocol字段为132，表明上层是SCTP协议，进入步骤3；

protocol字段为其它值，进入步骤4；

步骤2，解析UDP头，

如果UDP端口为2123，判断为S10/S11报文，根据消息类型判断是不是CreateContext Response消息，若否则发送S10/S11报文给S10/S11信令处理板后结束流程，若否则解析S10/S11协议中的Create Session Response消息，取出信元Bearer Context中的SGW IP，判断该IP在Hash表中是否存在，如果不存在则加入Hash表中，将S10/S11报文转发到S10/S11信令处理板后结束流程，如果存在则直接将S10/S11报文转发到S10/S11信令处理板后结束流程；

如果UDP端口为2125，判断为S1-U报文，取出底层的IP，在Hash表中查找，找到则对用户IP值取模，模数为S1-U业务处理板的个数，将S1-U报文按取模得到的值发送给相应的S1-U业务处理板结束流程，如果在Hash表中没有找到对应的IP，则丢弃该报文结束流程；

如果UDP端口为其他，接丢弃该报文，结束流程；

步骤3，解析SCTP头，

如果SCTP端口为3868，判断为S6a报文，将S6a报文转发给S6a信令处理板后结束流程；

如果SCTP端口是29118，判断为SGs报文，将SGs报文转发给SGs信令处理板后结束流程；

如果端口为其它值，解析SCTP头中的Chunk Data信元，如果ChuankData信元中的Payload ProtoIdentifier值为18判断为S1-MME报文，将报文转发给S1-MME信令处理板结束流程；

步骤4，丢弃该报文结束流程。

而且，当UDP端口为2125，判断为S1-U报文时，取出底层的IP，在Hash表中查找，找到则对用户IP值取模，实现方式为，

如果目的IP在Hash表中查找到，该报文是上行报文，如果源IP在Hash表中查找到，该报文是下行报文，根据上下行取出上层的源或目的IP作为用户IP，对用户IP值取模。

本发明具有如下优点：

1. 将不同类型的数据分发到不同类型的数据处理板，将相同类型的大流量数据分发到多块处理板，从而在单块处理板处理能力不变的同时提高系统的整体处理能力的一种LTE网络数据分流方法；

2. 将S1-U大流量数据分发到多块数据处理板卡上，且保证同一个用户的数据必须分发到同一块数据处理板上，使分流后的数据能够满足处理板对数据的后续处理要求；

3. 使用从S10/S11报文中学习SGW IP的办法，来辅助对S1-U报文的上下行进行判断，实时使用LTE网络的变化。

附图说明

图1为本发明实施例的分流设备与数据处理板示意图。

图2为本发明实施例中的具体处理流程示意图。

具体实施方式

为了是本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显和易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步更加详细的说明。

首先，介绍本发明所采用的技术，包括按接口类型的均衡方式、SGW IP地址学习、按用户IP地址取模的均衡方式。

按接口类型的均衡方式是指：根据IP头中的上层协议字段protocol判断是UDP还是SCTP，UDP是用户数据报协议，SCTP是流控制传输协议。如果是UDP报文，解析UDP头根据端口进行判断，端口是2123则该报文是S10/S11类型，端口是2152则该报文是S1-U类型；如果是SCTP报文，端口是29118则该报文是SGs类型，端口是3868则该报文是S6a类型，非以上两个端口，再解析SCTP头中的ChunkData（数据块数据），如果Payload Protocol Identifier（净荷协议标识符）信元的值为18，则该报文是S1-MME类型。根据判断的类型将报文分发给各个信令处理板卡。

SGW IP地址学习是指：根据识别的S10/S11报文，查找类型是Create ContextResponse（创建上下文响应）的报文，取出里面的SGW IP，将IP值填入HASH表中。这样，在LTE网络扩展或设备变动时，能够自动学习到SGW的IP地址信息。

按用户的IP地址取模的均衡方式是指：由于处理板卡能力有限，无法处理大流量的S1-U用户业务数据，必须使用多块板卡共同工作，每个处理板卡负责一定流量的数据，因此必须保证同一个用户的报文在同一块处理板上。对S1-U报文中按用户IP地址取模，模数为S1-U用户业务数据处理板个数，通过取模运算，获得数据处理板的编号，从而将大流量的接口数据分发到多块数据处理板上，同时保证用户数据的同源同宿，当数据流量继续增大时，只需要增加处理板卡数目而不需要更改架构，便于系统的平行扩展。

参见图1，实施例中，40G光纤接入分流设备后，按类型进行分流，分别分到S1-MME信令处理板、S6a信令处理板、SGs信令处理板、S10/S11信令处理板，S1-U业务处理板；其中，S1-U业务处理板有多块，是按用户进行分流。基于网络处理器实现的数据分流设备，将LTE核心网的旁路数据汇聚发送到数据分流设备，可采用软件方式自动执行步骤如下：

步骤1. 解析数据包的以太头，如图2中标号201所示。根据IP头中的protocol字段，判断IP上层协议类型，如图2中标号202所示。有以下几种情况：

protocol字段为17，表明上层是UDP协议，进入步骤2；

protocol字段为132，表明上层是SCTP协议，进入步骤3；

protocol字段为其它值，进入步骤4；

步骤2. 根据步骤1区分出的数据类型，解析UDP头，根据端口判断数据类型，如图2中标号203所示，有以下三种情况：

（1）UDP端口是2123则该报文是S10/S11报文，根据消息类型判断是不是CreateContext Response消息，如图2中标号204所示。有以下两种情况：

是Create Context Response消息，解析Bear Context信元，如图2中标号205所示。判断SGW IP是否在Hash表中，如图2中标号206所示，如SGW IP已在Hash表中，发送S10/S11报文给S10/S11信令处理板，如图2中标号207所示，结束流程；如果SGW IP不在Hash表中，添加SGW IP到Hash表中，如图2中标号208所示，然后发送S10/S11报文给S10/S11信令处理板，如图2中标号207所示，结束流程。

不是Create Context Response消息，发送S10/S11报文给S10/S11信令处理板，如图2中标号207所示，结束流程。

（2）UDP端口是2152则该报文是S1-U报文，判断底层IP是否在Hash表中，如图2中标号209所示。有以下两种情况：

不在Hash表中，直接丢弃该S1-U报文，如图2中标号210所示。

在Hash表中，按板卡数据对用户IP取模，如图2中标号211所示，再发送S1-U报文到S1-U业务处理板，如图2中标号207所示。具体的，如果目的IP在Hash表中查找到，该报文是上行报文，如果源IP在Hash表中查找到，该报文是下行报文。根据上下行取出上层的源或目的IP作为用户IP，即该报文是上行报文则取上层的源IP作为用户IP，是下行报文则取上层的目的IP作为用户IP。对用户IP值取模，模数为S1-U业务处理板的个数，将S1-U报文按取模得到的值发送给相应的S1-U业务处理板，结束流程。

（3）UDP端口是其它值，直接丢弃该报文，如图2中标号210所示，结束流程。

步骤3.根据步骤1区分出的数据类型，解析SCTP头，如图2中标号211所示，根据端口判断数据类型，如图2中标号212所示，有以下三种情况：

（1）SCTP端口是3868则该报文是S6a协议，如图2中标号213所示，将S6a报文转发给S6a信令处理板，如图2中标号214所示，结束流程。

（2）SCTP端口是29118则该报文是SGs协议，如图2中标号215所示，将SGs报文转发给SGs信令处理板，如图2中标号214所示，结束流程。

（3）SCTP端口是其它，则解析Chunk Data，如图2中标号216所示，判断PayloadProtocol Identifier元素的值，如图2中标号217所示，如果值为18，则是S1-MME报文，如图2中标号218，然后发送报文到S1-MME信令处理板，如图2中标号214，结束流程；当PayloadProtocol Identifier值为其它时，丢弃该报文，如图2中标号210所示，结束流程。

步骤4.根据步骤1区分出的数据类型，如IP头中protocol字段为其它值，则丢弃该报文，如图2中标号210所示，结束流程。

具体实施时，本领域技术人员可参考相关协议中各信元、字段的说明，本发明不予赘述。

本文中说描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种LTE核心网络接口大流量数据的负载均衡方法，其特征在于：将LTE核心网的旁路数据汇聚发送到数据分流设备，基于解析报文执行以下步骤：

步骤1，解析IP头，包括根据IP头中的protocol字段，判断IP上层协议类型，

protocol字段为17，表明上层是UDP协议，进入步骤2；

protocol字段为132，表明上层是SCTP协议，进入步骤3；

protocol字段为其它值，进入步骤4；

步骤2，解析UDP头，

如果UDP端口为2123，判断为S10/S11报文，根据消息类型判断是不是Create ContextResponse消息，若否则发送S10/S11报文给S10/S11信令处理板后结束流程，若是则解析S10/S11协议中的Create Session Response消息，取出信元Bearer Context中的SGW IP，判断该IP在Hash表中是否存在，如果不存在则加入Hash表中，将S10/S11报文转发到S10/S11信令处理板后结束流程，如果存在则直接将S10/S11报文转发到S10/S11信令处理板后结束流程；

如果UDP端口为2125，判断为S1-U报文，取出底层的IP，在Hash表中查找，找到则对用户IP值取模，模数为S1-U业务处理板的个数，将S1-U报文按取模得到的值发送给相应的S1-U业务处理板结束流程，如果在Hash表中没有找到对应的IP，则丢弃该报文结束流程；

如果UDP端口为其他，接丢弃该报文，结束流程；

步骤3，解析SCTP头，

如果SCTP端口为3868，判断为S6a报文，将S6a报文转发给S6a信令处理板后结束流程；

如果SCTP端口是29118，判断为SGs报文，将SGs报文转发给SGs信令处理板后结束流程；

如果端口为其它值，解析SCTP头中的Chunk Data信元，如果Chunk Data信元中的Payload ProtoIdentifier值为18判断为S1-MME报文，将报文转发给S1-MME信令处理板结束流程；

步骤4，丢弃该报文结束流程。

2.根据权利要求1所述LTE核心网络接口大流量数据的负载均衡方法，其特征在于：当UDP端口为2125，判断为S1-U报文时，取出底层的IP，在Hash表中查找，找到则对用户IP值取模，实现方式为，

如果目的IP在Hash表中查找到，该报文是上行报文，如果源IP在Hash表中查找到，该报文是下行报文，根据上下行取出上层的源或目的IP作为用户IP，对用户IP值取模。