CN107454579B - 一种lte网络支持计费的s1接口缓存加速方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LTE网络支持计费的S1接口缓存加速方法、系统及采集合成服务器。在现有的S1接口eNB侧对数据进行解析缓存技术的基础上增加基于终端的计费，保证运营商可统计每个终端从基站缓存服务所得到的流量，为运营商提供应用价值。

Description

一种LTE网络支持计费的S1接口缓存加速方法、系统及装置

技术领域

本申请涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种LTE网络支持计费的S1接口缓存加速方法、系统及装置。

背景技术

如图1所示，长期演进(LTE)网络采用扁平化全IP网络结构，包括演进分组核心(EPC)和基站(eNode B)两个部分，EPC和eNode B之间通过S1接口通信。EPC负责核心网部分，信令处理部分为移动管理实体(MME)，数据处理部分为路由网关(P-GW)和服务网关(S-GW)。eNode B负责接入网部分，也称演进的统一陆地无线接入网络(E-UTRAN)。

LTE系统空口下行速率可达到100Mbps，可提供高带宽、低时延的客户体验。随着多天线技术和载波聚合技术的引入，空口速率还在不断提升中，由此需要大幅增加传输网资源。当传输网资源建设存在滞后时，S1口带宽可成为LTE网络瓶颈。由此，基于基站的移动内容缓存服务应运而生，该服务将IP网的透明缓存加速方法应用到LTE系统中，在基站侧提供移动内容缓存加速方法，有效降低S1口带宽压力，提高终端访问速度。

基站通过内置或外置的基站缓存服务器，对S1口数据进行缓存，对缓存服务器上已缓存的数据，直接由基站缓存服务器提供，不必再由互联网来提供。

目前LTE网络计费功能在核心网侧完成；这些由基站缓存服务器提供的数据流量，占用大量空口资源，没有经由核心网传输，核心网无法对这类数据计费，所以无法为运营商带来收入。

发明内容

本申请提供了一种LTE网络支持计费的S1接口缓存加速方法、系统及装置，能够对S1接口缓存数据的流量进行计费。

本申请实施例提供了一种支持计费的LTE系统S1接口缓存加速系统，该系统由接入层缓存服务器和采集合成服务器组成，其中接入层缓存服务器部署在基站侧，采集合成服务器部署在核心网侧；

接入层缓存服务器，用于在提供基站缓存服务的同时，对缓存的本地流量进行统计，当S1口会话结束时，将本地流量写入S1接口的用户业务记录XDR，并将所述XDR上报给采集合成服务器；

采集合成服务器，对核心网侧信令面进行数据解析、非接入层消息NAS，消息解密、数据合成，形成以用户标识为索引的会话记录；收集各基站缓存服务器上报的S1接口XDR，将XDR与以用户标识为索引的会话记录进行数据合成，形成以用户标识为索引的缓存流量话单文件，并将缓存流量话单文件上报给计费中心，生成计费信息。

较佳地，所述接入层缓存服务器包括：透传模块、解析合成模块、XDR文件上报模块、S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块、S1_U接口数据转发模块和缓存模块；S1_U数据具体来说是S1接口的业务层数据；

透传模块，用于在基站和核心网之间进行S1_MME数据的透传；S1_MME数据表示S1接口的控制层数据；

解析合成模块，用于对S1接口的S1_MME数据以及数据包信息和流量统计信息进行解析，针对每个会话形成XDR，将所形成的XDR文件发送至XDR上报模块；并向S1_U下行组包模块输出组包数据信息；所述S1_MME数据来自基站的硬采数据，数据包信息和流量统计信息则来自S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块和S1_U接口数据转发模块；

XDR文件上报模块，用于向采集合成服务器上报S1口XDR信息；

S1_U下行组包模块，用于根据来自解析合成模块的组包数据信息，对来自缓存模块的S1_U数据进行组包，并发送至基站；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

S1_U上行拆包模块，用于对来自基站的S1_U上行数据包进行解析，将S1_U上行数据包发送至S1_U接口数据转发模块；同时根据解析结果向缓存模块查询是否存在已缓存数据；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

S1_U接口数据转发模块，用于对未缓存的S1_U上行数据透传至核心网；对来自核心网的S1_U下行数据包透传至基站，同时对所述S1_U下行数据包进行深度解析，记录包序号，并将其发送至缓存模块进行缓存；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

缓存模块，用于对S1_U数据进行缓存，具体包括：对来自S1_U接口数据转发模块的S1_U下行数据进行缓存；对来自S1_U上行拆包模块的S1_U上行数据进行缓存；

S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块和缓存模块共同完成S1接口的业务层数据的缓存加速功能：S1_U上行拆包模块收到来自终端的网页访问请求时，优先查找缓存模块中的缓存，对已缓存数据，直接由缓存模块提供S1_U下行数据；S1_U下行组包模块根据记录的包序号和会话通用信息，将缓存模块提供的S1_U下行数据组装成S1口下行数据包并发送至基站。

较佳地，所述采集合成服务器包括：接收模块、合成模块和话单生成模块；

所述接收模块，用于接收各基站侧的接入层缓存服务器上报的S1接口XDR信息；

所述合成模块，用于采集S1-MME，S3/S10，S6a接口的数据，对采集的信令数据进行解析，按照用户标识分别对每个用户进行数据组织，得到用户级数据，将接收模块所接收的XDR信息合成到所述用户级数据中；

话单生成模块，用于根据合成模块得到的用户级数据，产生针对用户的计费消息，生成基站缓存流量的话单文件，通过Ga接口上报计费网关功能实体CGF。

较佳地，所述用户标识为国际移动用户识别码IMSI。

本申请实施例还提供了一种接入层缓存服务器，包括：透传模块、解析合成模块、XDR文件上报模块、S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块、S1_U接口数据转发模块和缓存模块；S1_U数据表示S1接口的业务层数据；

透传模块，用于在基站和核心网之间进行S1_MME数据的透传；S1_MME数据表示S1接口的控制层数据；

解析合成模块，用于对S1接口的S1_MME数据以及数据包信息和流量统计信息进行解析，针对每个会话形成XDR，将所形成的XDR文件发送至XDR上报模块；并向S1_U下行组包模块输出组包数据信息；所述S1_MME数据来自基站的硬采数据，数据包信息和流量统计信息则来自S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块和S1_U接口数据转发模块；

XDR文件上报模块，用于向核心网侧上报S1口XDR信息；

S1_U下行组包模块，用于根据来自解析合成模块的组包数据信息，对来自缓存模块的S1_U数据进行组包，并发送至基站；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

S1_U上行拆包模块，用于对来自基站的S1_U上行数据包进行解析，将S1_U上行数据包发送至S1_U接口数据转发模块；同时根据解析结果向缓存模块查询是否存在已缓存数据；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

S1_U接口数据转发模块，用于对未缓存的S1_U上行数据透传至核心网；对来自核心网的S1_U下行数据包透传至基站，同时对所述S1_U下行数据包进行深度解析，记录包序号，并将其发送至缓存模块进行缓存；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

缓存模块，用于对S1_U数据进行缓存，具体包括：对来自S1_U接口数据转发模块的S1_U下行数据进行缓存；对来自S1_U上行拆包模块的S1_U上行数据进行缓存；

S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块和缓存模块共同完成S1接口的用户层数据的缓存加速功能：S1_U上行拆包模块收到来自终端的网页访问请求时，优先查找缓存模块中的缓存，对已缓存数据，直接由缓存模块提供S1_U下行数据；S1_U下行组包模块根据记录的包序号和会话通用信息，将缓存模块提供的S1_U下行数据组装成S1口下行数据包并发送至基站。

本申请实施例还提供了一种采集合成服务器，包括：接收模块、合成模块和话单生成模块；

所述接收模块，用于接收各基站侧上报的S1接口XDR信息；

所述合成模块，用于采集S1-MME，S3/S10，S6a接口的数据，对采集的信令数据进行解析，按照用户标识分别对每个用户进行数据组织，得到用户级数据，将接收模块所接收的XDR信息合成到所述用户级数据中；

话单生成模块，用于根据合成模块得到的用户级数据，产生针对用户的计费消息，生成基站缓存流量的话单文件，通过Ga接口上报计费网关功能实体CGF。

较佳地，包括如下步骤：

在提供基站缓存服务的同时，对缓存的本地流量进行统计，当S1口会话结束时，将本地流量写入S1接口XDR，并将所述XDR上报给核心网侧；

对核心网侧信令面消息进行数据解析、NAS消息解密、数据合成，形成以用户标识为索引的会话记录；收集各基站侧上报的S1接口XDR，将XDR与以用户标识为索引的会话记录进行数据合成，形成以用户标识为索引的缓存流量话单文件，并将缓存流量话单文件上报给计费中心，生成计费信息。

从以上技术方案可以看出，在现有的S1接口eNB侧对数据进行解析缓存技术的基础上增加基于终端的计费，保证运营商可统计每个终端从基站缓存服务所得到的流量，为运营商提供应用价值。

附图说明

图1为LTE系统的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种LTE网络支持计费的S1接口缓存加速系统架构示意图；

图3为接入层缓存服务器和采集合成服务器的内部模块以及连接关系示意图。

具体实施方式

为使本申请技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实施例对本申请技术方案进行详细阐述。

本申请提供了支持计费的LTE系统S1接口缓存加速方法，包括：

在提供基站缓存服务的同时，对缓存的本地流量进行统计，当S1口会话结束时，将本地流量写入S1接口用户业务记录(XDR，X-Detail Record)，并将所述XDR上报给核心网侧；

对核心网侧信令面消息进行数据解析、非接入层消息(NAS，Non-Access Stratum)消息解密、数据合成，形成以用户标识为索引的会话记录；收集各基站侧上报的S1接口XDR，将XDR与以用户标识为索引的会话记录进行数据合成，形成以用户标识为索引的缓存流量话单文件，并将缓存流量话单文件上报给计费中心，生成计费信息。

本申请实施例提供的一种支持计费的LTE基站缓存加速系统，如图2所示，该系统由两个逻辑网元组成：接入层缓存服务器201和采集合成服务器202。基站侧部署接入层缓存数据服务器201，对业务数据进行解析、缓存并形成S1口XDR；核心网侧部署采集合成服务器202，将数据合成为用户级XDR并产生计费话单。

其中，接入层缓存服务器201和采集合成服务器202之间的通信通过自定义接口实现，用于接入层缓存数据服务上报会话记录，物理上复用S1接口。

接入层缓存服务器201，用于在提供基站缓存服务的同时，对缓存的本地流量进行统计，当S1口会话结束时，将本地流量写入S1接口XDR，并将所述XDR上报给采集合成服务器202；

采集合成服务器202，对核心网侧信令面消息进行数据解析、NAS消息解密、数据合成，形成以用户标识为索引的会话记录；收集各基站缓存服务器上报的S1接口XDR，将XDR与以用户标识为索引的会话记录进行数据合成，形成以用户标识为索引的缓存流量话单文件，并将缓存流量话单文件上报给计费中心，生成计费信息。

图3为接入层缓存服务器和采集合成服务器的内部模块以及连接关系示意图。

接入层缓存服务器包括：

透传模块301，用于在基站和EPC之间进行S1_MME数据的透传。

解析合成模块302，用于对S1接口的控制层数据(S1_MME数据)以及数据包信息和流量统计信息进行解析，针对每个会话形成XDR，将所形成的XDR文件发送至XDR上报模块；并向S1_U下行组包模块输出组包数据信息。所述S1_MME数据来自基站的硬采数据，数据包信息和流量统计信息则来自S1_U下行组包模块304、S1_U上行拆包模块305和S1_U接口数据转发模块306。

XDR文件上报模块303，用于向采集合成服务器上报S1口XDR信息。

S1_U下行组包模块304，用于根据来自解析合成模块302的组包数据信息，对来自缓存模块307的S1_U数据进行组包，并发送至基站；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块302。

S1_U上行拆包模块305，用于对来自基站的S1_U上行数据包进行解析，将S1_U上行数据包发送至S1_U接口数据转发模块306，数据流向如空心箭头所示；同时根据解析结果向缓存模块307查询是否存在已缓存数据，数据流向如图3中的灰色箭头所示。该模块还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块302。

S1_U下行组包模块304、S1_U上行拆包模块305和缓存模块307共同完成S1接口的用户层数据的缓存加速功能。S1_U上行拆包模块305收到来自终端的网页访问请求时，优先查找缓存模块307中的缓存，对已缓存数据，直接由缓存模块307提供S1_U下行数据；S1_U下行组包模块304根据记录的包序号和会话通用信息，将缓存模块提供的S1_U下行数据组装成S1口下行数据包并发送至基站；如图3中的虚线箭头所示。

S1_U接口数据转发模块306，用于对未缓存的S1_U上行数据透传至EPC，如图3中的空心箭头所示；对来自EPC的S1_U下行数据包透传至基站，同时对所述S1_U下行数据包进行深度解析，记录包序号，并将其发送至缓存模块307进行缓存。数据流向如图3中的粗黑线箭头所示。该模块还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块302。

缓存模块307，用于对S1_U数据进行缓存，具体包括：对来自S1_U接口数据转发模块的S1_U下行数据进行缓存；对来自S1_U上行拆包模块的S1_U上行数据进行缓存。

采集合成服务器：

接收模块，用于接收各基站侧的接入层缓存服务器上报的S1口XDR信息；

合成模块，用于采集S1_MME，S3/S10，S6a接口的数据，对采集的信令数据进行解析，包括NAS加密数据的解密处理及消息解析，按照国际移动用户识别码(IMSI)分别对每个用户进行数据组织，得到用户级数据，将接收模块所接收的XDR信息合成到所述用户级数据中；

话单生成模块，用于根据合成模块得到的用户级数据，产生针对用户的计费消息，生成基站缓存流量的话单文件，通过Ga接口上报计费网关功能实体(CGF，ChargingGateway Function)。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请的保护范围，凡在本申请技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种支持计费的LTE系统S1接口缓存加速系统，其特征在于，该系统由接入层缓存服务器和采集合成服务器组成，其中接入层缓存服务器部署在基站侧，采集合成服务器部署在核心网侧；

接入层缓存服务器，用于在提供基站缓存服务的同时，对缓存的本地流量进行统计，当S1口会话结束时，将本地流量写入S1接口的用户业务记录XDR，并将所述XDR上报给采集合成服务器；

采集合成服务器，对核心网侧信令面进行数据解析、非接入层消息(NAS消息)解密、数据合成，形成以用户标识为索引的会话记录；收集各基站缓存服务器上报的S1接口XDR，将XDR与以用户标识为索引的会话记录进行数据合成，形成以用户标识为索引的缓存流量话单文件，并将缓存流量话单文件上报给计费中心，生成计费信息。

2.根据权利要求1所述的支持计费的LTE系统S1接口缓存加速系统，其特征在于，所述接入层缓存服务器包括：透传模块、解析合成模块、XDR文件上报模块、S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块、S1_U接口数据转发模块和缓存模块；S1_U数据具体来说是S1接口的业务层数据；

透传模块，用于在基站和核心网之间进行S1_MME数据的透传；S1_MME数据表示S1接口的控制层数据；

解析合成模块，用于对S1接口的S1_MME数据以及数据包信息和流量统计信息进行解析，针对每个会话形成XDR，将所形成的XDR文件发送至XDR上报模块；并向S1_U下行组包模块输出组包数据信息；所述S1_MME数据来自基站的硬采数据，数据包信息和流量统计信息则来自S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块和S1_U接口数据转发模块；

XDR文件上报模块，用于向采集合成服务器上报S1口XDR信息；

S1_U下行组包模块，用于根据来自解析合成模块的组包数据信息，对来自缓存模块的S1_U数据进行组包，并发送至基站；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

S1_U上行拆包模块，用于对来自基站的S1_U上行数据包进行解析，将S1_U上行数据包发送至S1_U接口数据转发模块；同时根据解析结果向缓存模块查询是否存在已缓存数据；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

S1_U接口数据转发模块，用于对未缓存的S1_U上行数据透传至核心网；对来自核心网的S1_U下行数据包透传至基站，同时对所述S1_U下行数据包进行深度解析，记录包序号，并将其发送至缓存模块进行缓存；还用于将本模块发送的数据包信息和流量统计信息发送至解析合成模块；

缓存模块，用于对S1_U数据进行缓存，具体包括：对来自S1_U数据转发模块的S1_U下行数据进行缓存；对来自S1_U上行拆包模块的S1_U上行数据进行缓存；

S1_U下行组包模块、S1_U上行拆包模块和缓存模块共同完成S1接口的用户层数据的缓存加速功能：S1_U上行拆包模块收到来自终端的网页访问请求时，优先查找缓存模块中的缓存，对已缓存数据，直接由缓存模块提供S1_U下行数据；S1_U下行组包模块根据记录的包序号和会话通用信息，将缓存模块提供的S1_U下行数据组装成S1口下行数据包并发送至基站。

3.根据权利要求1所述的支持计费的LTE系统S1接口缓存加速系统，其特征在于，所述采集合成服务器包括：接收模块、合成模块和话单生成模块；

所述接收模块，用于接收各基站侧的接入层缓存服务器上报的S1接口XDR信息；

所述合成模块，用于采集S1-C，S3/S10，S6a接口的数据，对采集的信令数据进行解析，按照用户标识分别对每个用户进行数据组织，得到用户级数据，将接收模块所接收的XDR信息合成到所述用户级数据中；

话单生成模块，用于根据合成模块得到的用户级数据，产生针对用户的计费消息，生成基站缓存流量的话单文件，通过Ga接口上报计费网关功能实体CGF。

4.根据权利要求1或3所述的支持计费的LTE系统S1接口缓存加速系统，其特征在于，所述用户标识为国际移动用户识别码IMSI。

5.一种支持计费的LTE系统S1接口缓存加速方法，其特征在于，包括如下步骤：

在提供基站缓存服务的同时，对缓存的本地流量进行统计，当S1口会话结束时，将本地流量写入S1接口XDR，并将所述XDR上报给核心网侧；

对核心网侧信令面消息进行数据解析、NAS消息解密、数据合成，形成以用户标识为索引的会话记录；收集各基站侧上报的S1接口XDR，将XDR与以用户标识为索引的会话记录进行数据合成，形成以用户标识为索引的缓存流量话单文件，并将缓存流量话单文件上报给计费中心，生成计费信息。

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