CN106603375B - Lte基站gtp隧道复用方法与系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LTE基站GTP隧道复用方法与系统，围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，执行所有终端IP报文的NAT处理、终端IP及其UE实体关联管理等操作，实现多终端的GTP隧道复用的目的。另外，本发明还提供一种LTE基站GTP隧道复用装置，包括GTP模块、PDCP模块、NAT处理模块以及UE实体与IP管理模块，整个装置围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，实现多终端的GTP隧道复用的目的。

Description

LTE基站GTP隧道复用方法与系统及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及LTE(Long Term Evolution，长期演进)基站GTP(GPRSTunnellingProtocol，GPRS隧道协议)隧道复用方法与系统及装置。

背景技术

在移动通信技术领域，基站用于满足多数用户的联网需求，保证客户体验为基站的职责所在。目前4G套餐资费尚不廉价，客户对流量的需求与日俱增。在商业运作中，出现很多提供客户廉价流量的方案，比如Wifi覆盖。

传统的网络复用主要有赖于介质访问控制(Media Access Control，MAC)、无线链路控制层协议(Radio Link Control，RLC)、分组数据汇聚协议(Packet Data ConvergenceProtocol，PDCP)、GTP等主要协议，其中GTP层数据形态衔接网络数据传输与基站内部PDCP等协议数据处理。传统的网络复用方式主要包括下述三个方面：1、GTP协议相关处理，GTP承接网络侧数据，基于终端的IP数据包，添加相应的头部信息，打包后即发往网络侧。反向同理，接收来自网络侧的数据，剔除GTP相应头部信息，发往基站下游模块(PDCP)；2、PDCP协议相关处理，分组数据汇聚协议层属于无线接口协议栈的第二层，处理控制平面的无线资源管理消息以及用户平面的IP包。在用户平面上，PDCP子层得到来自上层的IP数据分组包，可以对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层，反向同理，接收来自RLC子层的数据，经过头部解压缩、解密，还原用户的IP数据分组包发往上游模块；3、严格按照RLC/MAC/PHY(Physical Layer，物理层)协议约束实现相关处理。

传统的网络复用方式存在如下缺陷：1、系统并未对终端GTP隧道做复用处理，复用效果不佳；2、在提供廉价甚至免费流量的技术领域仅限于本地IP存取(Local IP Access,LIPA)与选择IP流量卸除(Selected IP Traffic Offload,SIPTO)，然而这两种技术的实现难度大、关联网元多、改造成本高。可见传统的网络复用方式存在复用效果不佳且实现成本高昂的缺陷。

发明内容

基于此，有必要针对传统网络复用方式存在复用效果不佳且实现成本高昂的问题，提供一种复用效果良好且实现成本低廉的LTE基站GTP隧道复用方法与系统及装置。

一种LTE基站GTP隧道复用方法，应用于上行传输，包括步骤：

通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文；

对上行IP数据报文进行NAT处理，将上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP；

采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的上行IP数据报文；

将封装后的上行IP数据报文发送至GTP模块。

一种LTE基站GTP隧道复用方法，应用于下行传输，包括步骤：

通过GTP模块接收终端下行IP数据报文；

拆除下行IP数据报文中的预设公用终端的GTP隧道信息，提取IP报文；

对IP报文进行反NAT处理，将IP报文的目标IP转换为终端各自IP；

根据终端各自IP查找UE(User Equipment，用户设备)控制实体；

通过查找的UE控制实体，将IP报文发送至PDCP模块。

一种LTE基站GTP隧道复用系统，应用于上行传输，包括：

第一接收模块，用于通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文；

第一NAT处理模块，用于对上行IP数据报文进行NAT处理，将上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP；

封装模块，用于采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的上行IP数据报文；

第一发送模块，用于将封装后的上行IP数据报文发送至GTP模块。

一种LTE基站GTP隧道复用系统，应用于下行传输，包括：

第二接收模块，用于通过GTP模块接收终端下行IP数据报文；

拆除模块，用于拆除下行IP数据报文中的预设公用终端的GTP隧道信息，提取IP报文；

第二NAT处理模块，用于对IP报文进行反NAT处理，将IP报文的目标IP转换为终端各自IP；

查找模块，用于根据终端各自IP查找UE控制实体；

第二发送模块，用于通过查找的UE控制实体，将IP报文发送至PDCP模块。

一种LTE基站GTP隧道复用装置，包括GTP模块、PDCP模块、NAT处理模块以及UE实体与IP管理模块；

GTP模块、PDCP模块以及UE实体与IP管理模块分别与NAT处理模块连接；

所述GTP模块用于接收封装后的终端上行IP数据报文以及接收终端下行IP数据报文，所述PDCP模块用于接收终端上行IP数据报文以及接收解封装后的终端下行IP数据报文，所述NAT处理模块用于对终端上行IP数据报文做NAT处理，采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的所述上行IP数据报文、对终端下行IP数据报文拆除所述预设公用终端的GTP隧道封装信息，并执行反向NAT操作，所述UE实体与IP管理模块用于管理UE实体与终端IP地址的对应关系。

本发明LTE基站GTP隧道复用方法与系统，围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，执行所有终端IP报文的NAT处理、终端IP及其UE实体关联管理等操作，实现多终端的GTP隧道复用的目的。

本发明还提供一种LTE基站GTP隧道复用装置，包括GTP模块、PDCP模块、NAT处理模块以及UE实体与IP管理模块，GTP模块、PDCP模块实现基本的报文收发功能，所述NAT处理模块对终端上行IP数据报文做NAT处理，采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的所述上行IP数据报文、对终端下行IP数据报文拆除所述预设公用终端的GTP隧道封装信息，并执行反向NAT操作，所述UE实体与IP管理模块管理UE实体与终端IP地址的对应关系。整个装置围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，执行所有终端IP报文的NAT处理、终端IP及其UE实体关联管理等操作，实现多终端的GTP隧道复用的目的。

附图说明

图1为应用于上行传输的LTE基站GTP隧道复用方法其中一个实施例的流程示意图；

图2(a)和图2(b)分别为传统LTE的数据传输架构图与本申请中LTE的数据传输架构图；

图3为应用于上行传输的LTE基站GTP隧道复用方法其中一个实施例的流程示意图；

图4为应用于下行传输的LTE基站GTP隧道复用方法其中一个实施例的流程示意图；

图5为应用于上行传输的LTE基站GTP隧道复用系统其中一个实施例的结构示意图；

图6为应用于上行传输的LTE基站GTP隧道复用系统其中一个实施例的结构示意图；

图7为应用于下行传输的LTE基站GTP隧道复用系统其中一个实施例的结构示意图；

图8为本发明LTE基站GTP隧道复用装置其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种LTE基站GTP隧道复用方法，应用于上行传输，包括步骤：

S100：通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文。

PDCP是对分组数据汇聚协议的一个简称。它是一个无线传输协议栈，它负责将IP头压缩和解压、传输用户数据并维护为无损的无线网络服务子系统(SRNS)设置的无线承载的序列号。如图2(a)所示，PDCP层属于无线接口协议栈的第二层，处理控制平面上的无线资源管理(RRC)消息以及用户平面上的因特网协议(IP)包。在用户平面上，PDCP子层得到来自上层的IP数据分组后，可以对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层。PDCP子层还向上层提供按序提交和重复分组检测功能。在控制平面，PDCP子层为上层RRC提供信令传输服务，并实现RRC信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查。通过PDCP模块接收终端发送至基站的IP数据报文，在该IP数据报文中携带有报文内容、报文源地址(源IP，即终端自身的IP)与报文目的地址等内容。

S200：对上行IP数据报文进行NAT处理，将上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP。

NAT属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。这是因为NAT不仅完美地解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。引入NAT的数据传输架构图如图2(b)所示。公用终端是预先选定设置的，具体来说，在实际操作中，可以是直接指定接入基站中某个终端为公用终端，还可以是终端自主申请(请求)成为公用终端。例如在某个商店中，店主的终端设备开启公用终端功能，即店主的终端为公用终端。终端上行的IP数据报文进行NAT处理，将IP数据报文的报文源IP全部转换为公用终端IP，即此时上传到基站的数据源IP全部变为公用终端IP。非必要的，在该步骤之前还需先获取预设公用终端的IP和GTP隧道信息，以便后续操作能够更加便捷执行。

S300：采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的上行IP数据报文。

GTP是一组基于IP的，用于在GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)和UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)网络中支持通用分组无线服务(General Packet Radio Service，GPRS)的通讯协议。基于公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的上行IP数据报文(源IP变为公用终端IP的数据报文)，封装之后的数据报文可以进入下一层处理，准备发送到网络中。

S400：将封装后的上行IP数据报文发送至GTP模块。

GTP封装后的上行IP数据报文发送至GTP模块，进行最后的通信协议处理，最终发送到网络中，完成整个LTE基站GTP隧道复用上行传输。

如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S200之前还包括：

S120：记录终端的IP至UE实体表。

记录终端的IP至UE实体表，这样便于后续操作中需要基于终端IP查找到对应的UE控制实体，以使最后能够将数据准确分发到终端。这里所述的终端为发送上行IP数据报文的终端，即相对于预设公用终端的普通终端，例如当前有A、B、C、D四个终端以及预设公用终端M，A、B、C、D四个终端分别与预设公用终端M连接，并且通过预设公用终端M发送上行数据报文至网络。

在其中一个实施例中，通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文的步骤之前还包括：

步骤一：遍历已接入终端，查找已接入终端中自定义为公用终端的终端；

步骤二：将自定义为公用终端的终端作为预设公用终端。

自定义是指终端主动定义自己为公用终端，即终端主动开启自身公用终端功能，此时终端身份从普通终端变为公用终端，一定范围内的终端都将通过该终端(公用终端)将数据上传至网络。在实际应用中，可以理解为每个终端都有变为公用终端的能力，其是否变为公用终端取决于操作者(用户)是否开启该终端的“公用终端”功能。基站遍历当前接入的终端，假定当前接入A1-A10共计10个终端，查找A1-A10中主动自定义为公用终端的终端，假设A1-A10中主动自定义为公用终端的终端为A5，即将A5作为预设公用终端，获取A5的IP和GTP隧道信息，当有其他终端需要上传数据时，将其源IP转换为A5的IP。

如图4所示，一种LTE基站GTP隧道复用方法，应用于下行传输，包括步骤：

S500：通过GTP模块接收终端下行IP数据报文。

通过GTP模块接收基站下行至终端的下行IP数据报文，该数据报文的目标IP为预设公用终端的IP，下行IP数据报文为GTP隧道封装之后的下行IP数据报文。

S600：拆除下行IP数据报文中的预设公用终端的GTP隧道信息，提取IP报文。

对下行IP数据报文进行GIP隧道信息拆除，提取IP报文，具体是拆除下行IP数据报文的中预设公用终端的GTP隧道信息。在实际应用中该步骤可以理解为上述上行传输方法中步骤S300的逆过程。

S700：对IP报文进行反NAT处理，将IP报文的目标IP转换为终端各自IP。

对步骤S600获取的IP报文进行反NAT处理，以将IP报文的目标IP转换为终端各自IP。如之前，步骤S500接收到的终端下行IP数据报文中目标IP为预设公用终端IP，为了使数据准确发送至各个终端，需要将IP报文的目标IP从预设公用终端IP转换为终端各自IP。该步骤S700可以理解为上述上行传输方法中步骤S200的逆过程，即与步骤S200组成一套完整的NAT处理过程，其具体实现参见图2(b)的数据架构传输示意图。

S800：根据终端各自IP查找UE控制实体。

不同目标IP地址的报文，经查找并利用不同的UE实体控制、分发至终端。

S900：通过查找的UE控制实体，将IP报文发送至PDCP模块。

依托UE实体控制，将还原后的IP报文发至PDCP模块。

本发明LTE基站GTP隧道复用方法，围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，执行所有终端IP报文的NAT处理、终端IP及其UE实体关联管理等操作，实现多终端的GTP隧道复用的目的。

如图5所示，一种LTE基站GTP隧道复用系统，应用于上行传输，包括：

第一接收模块100，用于通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文。

第一NAT处理模块200，用于对IP数据报文进行NAT处理，将IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP。

封装模块300，用于采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的IP数据报文。

第一发送模块400，用于将封装后的IP数据报文发送至GTP模块。

如图6所示，在其中一个实施例中，LTE基站GTP隧道复用系统还包括：

记录模块120，用于记录终端的IP至UE实体表。

在其中一个实施例中，LTE基站GTP隧道复用系统还包括：

公用终端查找模块，用于遍历已接入终端，查找已接入终端中自定义为公用终端的终端。

公用终端确定模块，用于将自定义为公用终端的终端作为预设公用终端。

如图7所示，一种LTE基站GTP隧道复用系统，应用于下行传输，包括：

第二接收模块500，用于通过GTP模块接收终端下行IP数据报文。

拆除模块600，用于拆除下行IP数据报文的中预设公用终端的GTP隧道信息，提取IP报文。

第二NAT处理模块700，用于对IP报文进行反NAT处理，将IP报文的目标IP转换为终端各自IP。

查找模块800，用于根据终端各自IP查找UE控制实体。

第二发送模块900，用于通过查找的UE控制实体，将IP报文发送至PDCP模块。

本发明LTE基站GTP隧道复用系统，围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，执行所有终端IP报文的NAT处理、终端IP及其UE实体关联管理等操作，实现多终端的GTP隧道复用的目的

如图8所示，本发明还提供一种LTE基站GTP隧道复用装置，包括GTP模块810、PDCP模块820、NAT处理模块830以及UE实体与IP管理模块840，其中GTP模块810、PDCP模块820以及UE实体与IP管理模块840分别与NAT处理模块830连接，GTP模块810、PDCP模块820实现基本的报文收发功能，NAT处理模块830对终端上行IP数据报文做NAT处理，采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的上行IP数据报文、对终端下行IP数据报文拆除预设公用终端的GTP隧道封装信息，并执行反向NAT操作，UE实体与IP管理模块840管理UE实体与终端IP地址的对应关系。整个装置围绕公用终端的GTP链路借道复用及其IP NAT技术，执行所有终端IP报文的NAT处理、终端IP及其UE实体关联管理等操作，实现多终端的GTP隧道复用的目的。

具体来说，本发明LTE基站GTP隧道复用装置中模块单元交互方面，“UE实体及IP管理模块”在监控终端数据流过程中，记录更新终端控制信息(UE实体与UE IP关联信息)。“NAT模块”对数据流执行NAT/反向NAT操作，“NAT模块”根据IP查找“UE实体及IP管理模块”，获取UE实体、控制数据包的收发传输。“GTP模块和PDCP模块”执行传统LTE基站处理工作。最终多模块协同实现GTP隧道复用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LTE基站GTP隧道复用方法，应用于上行传输，其特征在于，包括步骤：

通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文；

对所述上行IP数据报文进行NAT处理，将所述上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP；

采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的所述上行IP数据报文；

将封装后的所述上行IP数据报文发送至GTP模块；

其中，所述公用终端是预先选定设置的，包括直接指定接入基站中某个终端为公用终端，或者终端自主申请成为公用终端。

2.根据权利要求1所述的LTE基站GTP隧道复用方法，其特征在于，所述对所述上行IP数据报文进行NAT处理，将所述上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP的步骤之前还包括：

记录所述终端的IP至UE实体表。

3.根据权利要求1所述的LTE基站GTP隧道复用方法，其特征在于，所述将所述上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP的步骤之前还包括：

获取所述预设公用终端的IP和GTP隧道信息。

4.根据权利要求1所述的LTE基站GTP隧道复用方法，其特征在于，所述通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文的步骤之前还包括：

遍历已接入终端，查找所述已接入终端中自定义为公用终端的终端；

将所述自定义为公用终端的终端作为预设公用终端。

5.一种LTE基站GTP隧道复用方法，应用于下行传输，其特征在于，包括步骤：

通过GTP模块接收终端下行IP数据报文；

拆除所述下行IP数据报文中的预设公用终端的GTP隧道信息，提取IP报文；

对所述IP报文进行反NAT处理，将所述IP报文的目标IP转换为终端各自IP；

根据所述终端各自IP查找UE控制实体；

通过查找的所述UE控制实体，将所述IP报文发送至PDCP模块；

其中，所述公用终端是预先选定设置的，包括直接指定接入基站中某个终端为公用终端，或者终端自主申请成为公用终端。

6.一种LTE基站GTP隧道复用系统，应用于上行传输，其特征在于，包括：

第一接收模块，用于通过PDCP模块接收终端上行IP数据报文；

第一NAT处理模块，用于对所述上行IP数据报文进行NAT处理，将所述上行IP数据报文的报文源IP转换为预设公用终端IP；

封装模块，用于采用所述预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的所述上行IP数据报文；

第一发送模块，用于将封装后的所述上行IP数据报文发送至GTP模块；

其中，所述公用终端是预先选定设置的，包括直接指定接入基站中某个终端为公用终端，或者终端自主申请成为公用终端。

7.根据权利要求6所述的LTE基站GTP隧道复用系统，其特征在于，还包括：

记录模块，用于记录所述终端的IP至UE实体表。

8.根据权利要求6所述的LTE基站GTP隧道复用系统，其特征在于，还包括：

公用终端查找模块，用于遍历已接入终端，查找所述已接入终端中自定义为公用终端的终端；

公用终端确定模块，用于将所述自定义为公用终端的终端作为预设公用终端。

9.一种LTE基站GTP隧道复用系统，应用于下行传输，其特征在于，包括：

第二接收模块，用于通过GTP模块接收终端下行IP数据报文；

拆除模块，用于拆除所述下行IP数据报文中的预设公用终端的GTP隧道信息，提取IP报文；

第二NAT处理模块，用于对所述IP报文进行反NAT处理，将所述IP报文的目标IP转换为终端各自IP；

查找模块，用于根据所述终端各自IP查找UE控制实体；

第二发送模块，用于通过查找的所述UE控制实体，将所述IP报文发送至PDCP模块；

其中，所述公用终端是预先选定设置的，包括直接指定接入基站中某个终端为公用终端，或者终端自主申请成为公用终端。

10.一种LTE基站GTP隧道复用装置，其特征在于，包括GTP模块、PDCP模块、NAT处理模块以及UE实体与IP管理模块；

所述GTP模块、所述PDCP模块以及所述UE实体与IP管理模块分别与所述NAT处理模块连接；

所述GTP模块用于接收封装后的终端上行IP数据报文以及接收终端下行IP数据报文，所述PDCP模块用于接收终端上行IP数据报文以及接收解封装后的终端下行IP数据报文，所述NAT处理模块用于对终端上行IP数据报文做NAT处理，采用预设公用终端的GTP隧道信息封装NAT处理后的所述上行IP数据报文、对终端下行IP数据报文拆除所述预设公用终端的GTP隧道封装信息，并执行反向NAT操作，所述UE实体与IP管理模块用于管理UE实体与终端IP地址的对应关系；

其中，所述公用终端是预先选定设置的，包括直接指定接入基站中某个终端为公用终端，或者终端自主申请成为公用终端。