CN105657751B - LTE Femto接入网系统及提高实时性业务质量方法 - Google Patents

LTE Femto接入网系统及提高实时性业务质量方法 Download PDF

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Abstract

LTE Femto接入网系统及提高实时性业务质量方法，涉及通信技术领域，包括LTE Femto、移动性管理实体、公网路由器和EPC网关，移动性管理实体分别与LTE Femto和EPC网关交互，LTE Femto和EPC网关均包括用户业务管理模块、GTP协议模块、GTP承载管理模块、DSCP管理模块和带宽管理模块，DSCP管理模块用于根据用户的业务类型记录相应承载的DSCP取值，并提供给GTP协议模块使用；带宽管理模块用于根据用户建立的业务类型进行带宽的预留申请和维护。本发明有效改善公网宽带对LTE Femto的用户服务，提高实时性QoS。

Description

LTE Femto接入网系统及提高实时性业务质量方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体来讲是LTE Femto接入网系统及提高实时性业务质量方法。
背景技术
随着无线移动数据业务不断发展，用户对于优质的语音、视频质量与高速实时数据业务的需求日益强烈。但是由于LTE(Long Term Evolution，长期演进)宏基站在室内覆盖的不足，以及用户对吞吐量需求不断提高，因此需要用LTE Femto(家庭基站)来进行补充完善。
LTE Femto是一种小型、低功耗的毫微微蜂窝技术，以标准的空中接口将移动终端通过固定宽带线路接入到运营商的核心网络，主要用于家庭及中小企业等室内场所，作为蜂窝网在室内覆盖的有效补充，为用户提供语音、视频、高速实时数据及其他新型业务。
然而，不同于宏基站在EPC(EPC即Evolved Packet Core，进化包交换核心网)侧高可靠的专有网络，LTE Femto依托于公网宽带连接核心网。所以，其QoS(业务质量，主要是传输延迟和丢包率)不仅仅依赖于无线空中接口与核心网络的处理能力，还在很大程度上取决于传输侧宽带网络的QoS状况。由于公网宽带为各种接入方式提供数据传输服务，各种接入和业务共享带宽资源，所以LTE Femto的EPC侧网络带宽得不到保证。目前LTE Femto的EPC侧网络已成为其性能的瓶颈，严重影响到用户的业务体验，特别是对语音呼叫等高速实时数据业务的QoS，当网络丢包和延时比较大时，用户的体验就会比较差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种LTE Femto接入网系统及提高实时性业务质量方法，有效改善公网宽带对LTE Femto的用户服务，提高实时性QoS。
为达到以上目的，本发明采取一种LTE Femto接入网系统，包括LTE Femto、移动性管理实体、公网路由器和EPC网关，移动性管理实体分别与LTE Femto和EPC网关交互，为实时性业务建立和释放相关承载，公网路由器用于LTE Femto和EPC网关之间的数据传输，所述LTE Femto和EPC网关均包括用户业务管理模块、GTP协议模块、GTP承载管理模块、DSCP管理模块和带宽管理模块，用户业务管理模块用于为用户建立和释放数据链路承载，GTP协议模块用于GTP报文的生成和解析；GTP承载管理模块用于提供数据链路的管理功能；DSCP管理模块用于根据用户的业务类型记录相应承载的DSCP取值，并提供给GTP协议模块使用；带宽管理模块用于根据用户建立的业务类型进行带宽的预留申请和维护。
在上述技术方案的基础上，所述DSCP管理模块根据实时性业务建立过程中的业务质量分类标识属性，决定对承载该实时性业务的IP数据包中DSCP的取值。
本发明还提供一种所述LTE Femto接入网系统的提高实时性业务质量方法，包括：S1.EPC网关和LTE Femto分别与移动性管理实体交互，为实时性业务建立相关承载，并确定该承载对应的DSCP取值；S2.当所述承载是EPC网关和LTE Femto之间的首条实时性业务承载时，EPC网关经过公网路由器向LTE Femto预留下行带宽，并且LTE Femto经过公网路由器向EPC网关预留上行带宽；S3.LTE Femto和EPC网关之间基于DSCP，为实时性业务传输IP数据包；S4.EPC网关和LTE Femto与移动性管理实体交互，分别为实时性业务释放下行和上行相关承载，然后停止带宽预留维护，释放对应的带宽。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中，LTE Femto与EPC网关分别和移动性管理实体交互建立相应的GTP隧道，LTE Femto和EPC网关在收到移动性管理实体发来的GTP隧道建立的确认后，分别向各自的DSCP管理模块查询GTP隧道相关业务质量分类标识对应的DSCP，并保存所建GTP隧道的GTP承载号与DSCP的对应关系。
在上述技术方案的基础上，步骤S2中，如果实时性业务建立时，连接上原来没有通过EPC网关和LTE Femto的实时性业务，则EPC网关的带宽管理模块使用RSVP协议，经过公网路由器向LTE Femto发送下行带宽预留的请求，LTE Femto进行响应，EPC网关收到响应后完成带宽预留。
在上述技术方案的基础上，步骤S2中，如果实时性业务建立时，连接上原来没有通过EPC网关和LTE Femto的实时性业务，则LTE Femto的带宽管理模块使用RSVP协议，经过公网路由器向EPC网关发送上行带宽预留的请求，EPC进行响应，LTE Femto收到响应后完成带宽预留。
在上述技术方案的基础上，步骤S3中，LTE Femto的GTP协议模块或者EPC网关的GTP协议模块，将要发送实时业务的用户IP数据包加上GTP包头，并交给本端的DSCP管理模块，本端的DSCP管理模块根据GTP包头中携带的GTP承载号找到对应的DSCP；所述DSCP管理模块将对应的DSCP设置到本端的TCP/IP协议模块，并由所述TCP/IP协议模块将GTP报文加上UDP和IP包头，然后发送到GTP隧道的对端。
在上述技术方案的基础上，步骤S4具体包括，
S401.LTE Femto的用户业务管理模块和EPC网关的用户业务管理模块释放实时性业务成功，并通知本端的带宽管理模块；
S402.本端的带宽管理模块判断LTE Femto和EPC网关之间是否还有实时性业务承载，如果是，进入S403，如果否，进入S404；
S403.本端的带宽管理模块使用RSVP协议向公网路由器继续保持维护实时性业务带宽资源，进入S405；
S404.本端的带宽管理模块停止使用RSVP协议向公网路由器维护实时性业务带宽资源；实时性业务带宽资源在停止维护后自动释放；
S405.带宽管理模块处理完成。
本发明的有益效果在于：
将多种QoS优化手段应用于LTE实时性服务，在宽带传输网的网络带宽一定、接入设备较多的情况下，使用RSVP协议能为实时性业务预留带宽，并且TCP/IP协议栈能根据DSCP划分优先级，在预留的带宽上优先调度实时性业务的IP数据包。而实时性业务停止时，RSVP协议能释放为实时性业务预留的带宽资源，因此采用本方法的LTE Femto接入网系统的实时性业务服务质量普遍高于其他方案时的质量。本发明保证了LTE Femto实时性业务在网络带宽竞争激烈的情况下的优先级，提升了用户对实时性业务的体验，并且动态的资源预留方式在保证实时性业务质量的同时可提高带宽利用率。
本发明优化QoS方案利用了公网根据DSCP智能调度公网路由的能力，根据LTE业务，来指定LTE Femto和EPC网关之间IP数据包的DSCP来优化QoS，并且根据语音业务的使用情况，利用RSVP功能来保证带宽。相比于其他方案，有效改善公网宽带对LTE Femto的用户服务，提高实时性QoS。
附图说明
图1为本发明LTE Femto接入网系统中LTE Femto的结构示意图；
图2为本发明LTE Femto接入网系统提高实时性业务质量的方法的流程图；
图3为本发明LTE Femto和EPC网关确定承载相关DSCP的流程图；
图4为LTE Femto和EPC网关之间的IP数据包设置DSCP的流程图；
图5为LTE Femto和EPC网关内部为实时性业务释放带宽的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明LTE Femto接入网系统，包括LTE Femto、MME(MobilityManagement Entity，移动性管理实体)、公网路由器和EPC网关。MME分别与LTE Femto和EPC网关交互，为实时性业务建立和释放相关承载；公网路由器用于LTE Femto和EPC网关之间的数据传输。
所述LTE Femto和EPC网关均包括用户业务管理模块、GTP协议模块、GTP承载管理模块、DSCP管理模块和带宽管理模块，如图1所示为LTE Femto的结构示意图，户业务管理模块用于为用户建立和释放数据链路承载；GTP协议模块用于GTP报文的生成和解析；GTP承载管理模块用于提供数据链路的管理功能；DSCP管理模块用于根据用户的业务类型记录相应承载的DSCP取值，并提供给GTP协议模块使用；带宽管理模块用于根据用户建立的业务类型进行带宽的预留申请和维护。其中，DSCP管理模块根据实时性业务建立过程中的QCI(业务质量分类标识)属性，决定对承载该实时性业务的IP数据包中DSCP的取值。GTP协议模块在对用户数据打包后，通过DSCP管理模块将相应的DSCP值设置到IP报文头，GTP报文由IP报文承载。
如图2所示，本发明LTE Femto接入网系统中提高实时性业务质量的方法，具体包括步骤：
S1.EPC网关和LTE Femto分别与MME交互，为实时性业务建立相关承载，并确定该承载对应的DSCP取值。具体的，如图3所示，确定DSCP取值步骤如下，
S101.MME发起承载的建立；
S102.LTE Femto与EPC网关分别和MME建立相应的GTP隧道；
S103.LTE Femto和EPC网关在收到MME发来的GTP隧道建立的确认后，分别向各自的DSCP管理模块查询GTP隧道相关QCI对应的DSCP，并保存所建GTP隧道的GTP承载号与DSCP的对应关系。
S2.在实时性业务建立过程中，当所述承载是EPC网关和LTE Femto之间的首条实时性业务承载时，EPC网关经过公网路由器向LTE Femto预留下行带宽，并且LTE Femto经过公网路由器向EPC网关预留上行带宽。
具体的，如果实时性业务建立时，连接上原来没有通过EPC网关和LTE Femto的实时性业务，则EPC网关的带宽管理模块使用RSVP协议，经过公网路由器向LTE Femto发送下行带宽预留的请求，LTE Femto进行响应，EPC网关收到响应后完成带宽预留。
如果实时性业务建立时，连接上原来没有通过EPC网关和LTE Femto的实时性业务，则LTE Femto的带宽管理模块使用RSVP协议，经过公网路由器向EPC网关发送上行带宽预留的请求，EPC进行响应，LTE Femto收到响应后完成带宽预留。
S3.LTE Femto和EPC网关之间基于DSCP，为实时性业务传输IP数据包。如图4所示，具体步骤为，
S301.LTE Femto的GTP协议模块或者EPC网关的GTP协议模块，将要发送实时性业务的用户IP数据包加上GTP包头，并交给本端的DSCP管理模块；
S302.本端的DSCP管理模块根据GTP包头中携带的GTP承载号(teid)找到对应的DSCP；
S303.本端的DSCP管理模块将对应的DSCP设置到本端的TCP/IP协议模块；
S304.本端的DSCP管理模块将GTP报文交给本端的TCP/IP协议模块，由所述TCP/IP协议模块将GTP报文加上UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)和IP包头，然后发送到GTP隧道的对端。
S4.EPC网关和LTE Femto与移动性管理实体交互，分别为实时性业务释放下行和上行相关承载，然后停止带宽预留维护，释放对应的带宽。具体的，如图5所示，具体步骤为，
S401.LTE Femto的用户业务管理模块和EPC网关的用户业务管理模块释放实时性业务成功，并通知本端的带宽管理模块；
S402本端的带宽管理模块判断LTE Femto和EPC网关之间是否还有实时性业务承载，如果是，进入S403，如果否，进入S404；
S402.本端的带宽管理模块判断LTE Femto和EPC网关之间是否还有实时性业务承载，如果是，进入S403，如果否，进入S404；
S403.本端的带宽管理模块使用RSVP协议向公网路由器继续保持维护实时性业务带宽资源，进入S405；
S404.本端的带宽管理模块停止使用RSVP协议向公网路由器维护实时性业务带宽资源；实时性业务带宽资源在停止维护后自动释放；
S405.带宽管理模块处理完成。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种LTE Femto接入网系统，包括LTE Femto、移动性管理实体、公网路由器和EPC网关，移动性管理实体分别与LTE Femto和EPC网关交互，为实时性业务建立和释放相关承载，公网路由器用于LTE Femto和EPC网关之间的数据传输，其特征在于：所述LTE Femto和EPC网关均包括用户业务管理模块、GTP协议模块、GTP承载管理模块、DSCP管理模块和带宽管理模块，用户业务管理模块用于为用户建立和释放数据链路承载，GTP协议模块用于GTP报文的生成和解析；GTP承载管理模块用于提供数据链路的管理功能；DSCP管理模块用于根据用户的业务类型记录相应承载的DSCP取值，并提供给GTP协议模块使用；带宽管理模块用于根据用户建立的业务类型进行带宽的预留申请和维护；
LTE Femto的GTP协议模块或者EPC网关的GTP协议模块，将要发送实时业务的用户IP数据包加上GTP包头，并交给本端的DSCP管理模块，本端的DSCP管理模块根据GTP包头中携带的GTP承载号找到对应的DSCP；所述DSCP管理模块将对应的DSCP设置到本端的TCP/IP协议模块，并由所述TCP/IP协议模块将GTP报文加上UDP和IP包头，IP包头含有DSCP管理模块设置的DSCP值，然后发送到GTP隧道的对端。
2.如权利要求1所述的LTE Femto接入网系统，其特征在于：所述DSCP管理模块根据实时性业务建立过程中的业务质量分类标识属性，决定对承载该实时性业务的IP数据包中DSCP的取值。
3.一种基于权利要求1所述LTE Femto接入网系统的提高实时性业务质量方法，其特征在于，包括：
S1.EPC网关和LTE Femto分别与移动性管理实体交互，为实时性业务建立相关承载，并确定该承载对应的DSCP取值；
S2.当所述承载是EPC网关和LTE Femto之间的首条实时性业务承载时，EPC网关经过公网路由器向LTE Femto预留下行带宽，并且LTE Femto经过公网路由器向EPC网关预留上行带宽；
S3.LTE Femto和EPC网关之间基于DSCP，为实时性业务传输IP数据包；
S4.EPC网关和LTE Femto与移动性管理实体交互，分别为实时性业务释放下行和上行相关承载，然后停止带宽预留维护，释放对应的带宽；
步骤S3中，LTE Femto的GTP协议模块或者EPC网关的GTP协议模块，将要发送实时业务的用户IP数据包加上GTP包头，并交给本端的DSCP管理模块，本端的DSCP管理模块根据GTP包头中携带的GTP承载号找到对应的DSCP；所述DSCP管理模块将对应的DSCP设置到本端的TCP/IP协议模块，并由所述TCP/IP协议模块将GTP报文加上UDP和IP包头，IP包头含有DSCP管理模块设置的DSCP值，然后发送到GTP隧道的对端。
4.如权利要求3所述LTE Femto接入网系统的提高实时性业务质量方法，其特征在于：步骤S1中，LTE Femto与EPC网关分别和移动性管理实体交互建立相应的GTP隧道，LTEFemto和EPC网关在收到移动性管理实体发来的GTP隧道建立的确认后，分别向各自的DSCP管理模块查询GTP隧道相关业务质量分类标识对应的DSCP，并保存所建GTP隧道的GTP承载号与DSCP的对应关系。
5.如权利要求3所述LTE Femto接入网系统的提高实时性业务质量方法，其特征在于：步骤S2中，如果实时性业务建立时，连接上原来没有通过EPC网关和LTE Femto的实时性业务，则EPC网关的带宽管理模块使用RSVP协议，经过公网路由器向LTE Femto发送下行带宽预留的请求，LTE Femto进行响应，EPC网关收到响应后完成带宽预留。
6.如权利要求3所述LTE Femto接入网系统的提高实时性业务质量方法，其特征在于：步骤S2中，如果实时性业务建立时，连接上原来没有通过EPC网关和LTE Femto的实时性业务，则LTE Femto的带宽管理模块使用RSVP协议，经过公网路由器向EPC网关发送上行带宽预留的请求，EPC进行响应，LTE Femto收到响应后完成带宽预留。
7.如权利要求3所述LTE Femto接入网系统的提高实时性业务质量方法，其特征在于：步骤S4具体包括，
S401.LTE Femto的用户业务管理模块和EPC网关的用户业务管理模块释放实时性业务成功，并通知本端的带宽管理模块；
S402.本端的带宽管理模块判断LTE Femto和EPC网关之间是否还有实时性业务承载，如果是，进入S403，如果否，进入S404；
S403.本端的带宽管理模块使用RSVP协议向公网路由器继续保持维护实时性业务带宽资源，进入S405；
S404.本端的带宽管理模块停止使用RSVP协议向公网路由器维护实时性业务带宽资源；实时性业务带宽资源在停止维护后自动释放；
S405.带宽管理模块处理完成。
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