CN108432212B - 基于流控制传输协议sctp的通信方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SCTP的通信方法、装置和系统。该方法包括：网元选择器接收包含多个用户终端的多个SCTP数据块的SCTP报文后，由于每个SCTP数据块携带索引信息，网元选择器可根据每个SCTP数据块中携带的索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备。因此，对于SCTP协议中不同用户终端的应用层消息，可以根据LBI参数被路由到不同的服务器，同时在其后的交互过程中实现相应的会话保持。

Description

基于流控制传输协议SCTP的通信方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，具体涉及一种基于SCTP的通信方法、装置和系统。

背景技术

随着互联网(internet)的普及和飞速发展，特别是互联网商业应用服务的发展，基于网络的信息需求迅速增长，对网络中提供服务的设备的处理能力和响应能力等带来更高的要求。提供服务的设备也可称为服务器。服务器需要满足海量用户终端的访问需求，为其提供稳定良好的网络应用服务。一种提高服务器处理能力的方式是采用集群(Cluster)技术：将多台服务器组建成一个服务器集群，每台服务器都提供相同或相似的网络应用服务，通过利用多个服务器的并发计算来获得较高的处理能力和响应能力。

负载均衡技术是集群系统中的关键部分，通常服务器集群前端部署一台网元选择器(也可称为负载均衡器Load Balancer)，如图1所示。网元选择器根据预配置的均衡策略，将用户终端通过主机客户端点(Host)发来的用户请求在服务器集群中分发，从而为用户终端提供应用服务。

流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol，简称SCTP)是新一代的传输协议，提供面向关联的端到端的可靠消息流传输。SCTP数据传输的基本单位是块(Chunk)。每个SCTP报文包括一个SCTP公共头部(Common Header)以及至少一个块。例如，SCTP报文包括一个SCTP公共头部以及至少一个用于传送用户数据的数据块。图2A示出了SCTP报文的格式。图2B示出了SCTP报文中数据块的格式。其中，SCTP报文的公共头部由源端口号(source port number)、目的端口号(destination number)、验证标签(verificationtag)、校验和(checksum)构成。

用户数据被封装在数据块中。如果用户数据的长度较小，在同一个SCTP报文里可捆绑多个块(Chunk Bundling)，也就是说，分别对应多个用户终端的多个数据块会共用一个公共头部。在基于SCTP提供服务的现有技术中，网元选择器利用SCTP报文的公共头部中的验证标签来识别用户终端的身份。因此，在同一个SCTP报文中传输的对应多个用户终端的用户数据都将被分配到同一台服务器上进行处理，从而导致服务器之间的负载严重失衡。

发明内容

本文描述了一种基于SCTP的通信方法、装置和系统，以实现服务器集群中各服务器之间的负载均衡以及会话保持。

一方面，本申请的实施例提供一种基于SCTP的通信方法。该方法包括：网元选择器接收SCTP报文。其中，SCTP报文包含多个用户终端的多个SCTP数据块，而每个SCTP数据块携带索引信息(例如，LBI参数)。例如，可在SCTP数据块中新增LBI字段来携带LBI参数，或者也可通过将LBI参数封装入数据块中的用户数据。网元选择器根据每个SCTP数据块中携带的索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备(或称为服务器)。因此，对于SCTP协议中不同用户终端的SCTP数据块，可以根据LBI参数被路由到不同的服务器，实现负载均衡，同时在其后的交互过程中实现相应的会话保持。

在一个可能的设计中，网元选择器可以通过如下方式任一，根据每个SCTP数据块中携带的索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备：

若多个用户终端中的第一用户终端发送的第一SCTP数据块中携带的索引信息具有第一值(例如，无效值)，则网元选择器根据多个提供服务的设备的网络负载情况，为第一用户终端选择多个提供服务的设备中的第一设备作为提供服务的设备；

若多个用户终端中的第一用户终端的第二SCTP数据块中携带的索引信息具有第二值，且具有第二值的索引信息用于标识多个提供服务的设备中的第二设备，则网元选择器根据所述第二值为第一用户终端选择第二设备作为所述提供服务的设备。

在一种可能的设计中，索引信息是由网元选择器为所述第一用户终端分配的。或者，索引信息也可由上述第二设备为所述第一用户终端分配的。

在一种可能的设计中，在网元选择器接收SCTP报文之前，方法还包括：网元选择器获取第一用户终端对应的且具有第二值得索引信息，并向主机客户端点发送携带索引信息的SCTP报文。主机客户端点收到携带索引信息的SCTP报文后，记录所述用户终端对应的索引信息。

另一方面，本发明实施例提供了一种装置，该装置具有实现上述方法实际中网元选择器行为的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。

在一个可能的设计中，网元选择器的结构中包括处理器和接收器/发送器，所述处理器被配置为支持网元选择器执行上述方法中相应的功能。所述接收器/发送器用于支持网元选择器与主机客户端点之间的通信，以及网元选择器与服务器之间的通信，向其发送上述方法中所涉及的信息或者指令。所述网元选择器还可以包括存储器，所述存储器用于与处理器耦合，其保存网元选择器必要的程序指令和数据。

又一方面，本发明实施例提供了一种通信系统，该系统包括上述方面所述的网元选择器和多个提供服务的设备。

又一方面，本发明实施例提供了一种主机客户端点(例如，由基站来实现)。该主机客户端点可接收网元选择器发送的携带上述索引信息的SCTP报文，并记录第一用户终端对应的索引信息。可选的，再向网元选择器发送下一个SCTP报文时，可在该SCTP报文中携带记录的索引信息。

又一方面，本发明实施例提供了一种服务器。该服务器位于由多个服务器组成的服务器集群中。该服务器可以是核心网络中的网络实体，例如移动性管理实体MME。该网络实体用于，从而支持和上述网元选择器配合实现上述方法设计中的方案。例如，当该服务器收到网元选择器发来的应用层请求消息后，服务器可为上述第一用户终端分配用于标识该服务器的索引信息，并通过响应消息传递该索引信息至网元选择器，使得网元选择器获取用于标识上述服务器的索引信息，从而实现后续的负载均衡控制和会话保持。

再一方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述网元选择器所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面所设计的程序。

再一方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述主机客户端点所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面所设计的程序。

再一方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述服务器所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面所设计的程序。

再一方面，本发明实施例提供了一种SCTP数据块的数据结构，其中，SCTP数据块中包括LBI字段，该LBI字段包括LBI参数。或者，在SCTP数据块中的用户数据中封装入LBI参数。因此，网元选择器根可据LBI参数来为用户终端选择对应的服务器，以实现负载均衡和会话保持。

相较于现有技术，本发明提供的方案可以将不同用户终端的应用层消息路由到不同的服务器，实现负载均衡，同时在其后的交互过程中实现相应的会话保持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面附图中反映的仅仅是本发明一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得本发明的其他实施方式。所有这些实施例或实施方式都在本发明的保护范围之内。

图1为现有技术中采用负载均衡技术的通信系统的示意图；

图2A和图2B分别为现有技术中SCTP报文的格式及SCTP报文中数据块的格式；

图3为本发明的基于SCTP提供服务的网络架构示意图；

图4A为根据本发明实施例的SCTP报文中数据块的格式的示意图；

图4B为根据本发明实施例的通信方法的流程示意图；

图5为根据本发明实施例的一种基于SCTP的通信方法的流程示意图；

图6为根据本发明实施例的又一种基于SCTP的通信方法的流程示意图；

图7为根据本发明实施例的另一种基于SCTP的通信方法的流程示意图；

图8为实现本发明的一种可能的系统网络示意图；

图9为将本发明应用至LTE系统网络下的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种网元选择器的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种主机客户端点(如，基站)的结构示意图；及

图12为本发明实施例提供的一种服务器(如，移动性管理实体)的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例描述的网络架构以及业务场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着网络架构的演变和新业务场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本发明描述的技术可以适用于长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)系统，或其他采用各种无线接入技术的无线通信系统，例如采用码分多址，频分多址，时分多址，正交频分多址，单载波频分多址等接入技术的系统。此外，还可以适用于使用LTE系统后续的演进系统，如第五代5G系统等。为清楚起见，这里仅以LTE系统为例进行说明。在LTE系统中，演进的UMTS陆面无线接入(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network简称E-UTRAN)作为无线接入网，演进分组核心网(Evolved Packet Core，简称EPC)作为核心网。

本申请中所涉及到的用户终端(User terminal)可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备，用户终端也可称为用户设备(User Equipment，简称UE)、移动台(Mobile station，简称MS)、终端(terminal)或终端设备(Terminal Equipment)等。为方便描述，本申请中，上面提到的设备统称为用户终端。

本申请中所涉及到的基站(base station，简称BS)是一种部署在无线接入网中用以为用户终端提供无线通信功能的装置。所述基站可以包括各种形式的宏基站，微基站，中继站，接入点等等。在采用不同的无线接入技术的系统中，具备基站功能的设备的名称可能会有所不同，例如在长期演进(long term evolution，LTE)网络中，称为演进的节点B(evolved NodeB，简称：eNB或者eNodeB)；在第三代3G网络中，称为节点B(Node B)等等。为方便描述，本申请中，上述为用户终端提供无线通信功能的装置统称为基站。

图3所示为基于SCTP的为多用户终端提供服务的网络架构示意图。该网络架构采用集群(Cluster)技术，将多台服务器(例如服务器A、服务器B和服务器C)组建成一个服务器集群，每台服务器都提供相同或相似的网络服务，通过利用多个服务器的并发计算来获得高处理能力和响应能力。

在图3中，多个用户终端通过同一主机客户端点302(也可称为host)接入网络并访问服务器。例如，当多个用户终端是通过代理或者通过网络地址转换(Network AddressTranslation，简称NAT)的方式来访问服务器时，会通过同一主机客户端点302来实现服务器的访问。服务器集群前端设置独立的网元选择器304(也可称为负载均衡器，或前端节点Front-end Node)。网元选择器304将各个用户终端的用户数据在服务器集群中分发，为用户终端提供服务(如，网络应用服务)，以实现服务器集群工作负载的平均分配。

例如，当图3的网络架构应用至LTE网络时，主机客户端点302可由基站实现，服务器可由移动性管理实体(mobility management entity，简称MME)实现。

其中，主机客户端点302与网元选择器304之间采用SCTP作为传输层承载协议。SCTP端点是指SCTP报文的逻辑发送者和接收者，即，图3场景中的主机客户端点302和网元选择器304为SCTP端点。

SCTP的数据传输基本单位是块(Chunk)。每个SCTP报文包括一个SCTP公共头部(Common Header)和至少一个块。块有两种基本类型：控制块(Control Chunk)和数据块(Data chunk)。控制块用于SCTP的关联控制，包括关联的建立、关闭以及传输路径的维护等。数据块用于传送应用层的用户数据(user data)。例如，应用层的用户数据包括各种应用层消息。

应用层消息被封装在数据块中。如果应用层消息的长度大于传输路径的最大传输单元(Maximum Transmission Unit，简称MTU)，应用层消息将被拆分，通过多个数据块来传输。网元选择器304接收到数据块后，先将拆分的多个数据块组装，再进行后续处理。上述情况下每个SCTP报文封装一个数据块。如果应用层消息长度小于MTU，在同一个SCTP报文里可捆绑多个数据块。例如，当多个用户终端通过代理或者NAT的方式来访问服务器时，在同一个SCTP报文里可捆绑来自多个用户终端的多个数据块。

此外，为完成一次应用服务，主机客户端点302与服务器间经常需要执行多次交互过程。一方面，这些交互与用户终端的身份密切相关；另一方面，服务器在进行这些交互过程的某个步骤时，往往需要了解上一次交互过程的处理结果，或者上几步的交互过程结果。因此，一个用户终端的用户数据，需要被转发至同一台服务器完成，而不能被网元选择器转发至不同的服务器上进行处理。这种机制被称为会话保持。

本申请适用于上述一个SCTP报文中捆绑来自多个用户终端的多个数据块的场景。例如，一个SCTP报文中包含第一用户终端的数据块chunk 1以及第二用户终端的数据块chunk 2。然而，本发明并不限于此，一个SCTP报文可根据数据块的长度包括其他数目个用户终端的多个数据块，本发明在此不作限定。

在图3的例子中，主机客户端点302与网元选择器304之间采用SCTP作为传输层承载协议。然而，网元选择器304和各个服务器之间的传输协议在本申请中并不限定。例如，主机客户端点302与网元选择器304之间传输的SCTP报文包含第一用户终端的数据块chunk 1以及第二用户终端的数据块chunk 2。根据本发明实施例的数据块chunk 1或chunk2具有如图4A所示的格式。

其中，数据块的Type为0。U、B、E为传输处理标记。传输序列号(TransmissionSequence Number，简称TSN)用以实现数据的确认传输。流标识(Stream ldentifier)和流序列号(Stream Sequence Number，简称SNN)分别用来标识SCTP技术中流和流之间的报文顺序关系。净负荷协议标识符(Payload Protocol ldentifier，简称PPI)用于表示一个应用(或上层协议)特定的协议标识符。以上均为现有技术，此处不再赘述。

如图4A所示，采用本发明的通信方法，通过扩展SCTP报文协议，在数据块报文格式中加入了索引信息。例如，索引信息为负载均衡索引(Load Balancing Index，LBI)参数。

结合图4B所示的流程示意图，网元选择器304通过步骤S402接收到包含多个用户终端的多个SCTP数据块的SCTP报文后，由于每个SCTP数据块携带索引信息，在步骤S404中，网元选择器304可根据每个SCTP数据块中携带的索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备。

例如，当网元选择器304接收到用户终端的首次应用层请求消息时，各个用户终端对应的LBI参数为无效值，网元选择器304基于服务器集群中各服务器的网络负载情况为各用户终端选择服务器，并转发应用层请求消息。之后，由网元选择器304或被选择的服务器为该对应的用户终端分配LBI参数，并将分配的LBI参数通过数据块返回给主机客户端点302。在后面的交互过程中，主机客户端点302发送该用户终端的下一个数据块时，该数据块中携带与用户终端对应的LBI参数。因此，网元选择器304可根据LBI参数，为该用户终端选择其交互会话所对应的服务器。

因此，针对现有技术无法实现SCTP协议中多用户消息的负载均衡及会话保持问题，本发明给出了相应的解决方案，使得SCTP协议中不同用户终端的应用层消息，可以根据LBI参数被路由到不同的服务器，实现负载均衡，同时在其后的交互过程中实现相应的会话保持。

下面将结合图5至图7，对本发明的实施例提供的方案进行说明。

图5至图7中的方法步骤由图3中的执行主机客户端点302、网元选择器304和服务器集群中的各服务器协作完成。在图5的例子中，服务器集群中包含服务器A和服务器B。然而，本发明并不限于此，服务器集群还可包括其他数目的服务器。

如图5所示，基于SCTP为用户终端通信方法包括：

步骤S501，主机客户端点Host和网元选择器之间建立SCTP关联(association)。

其中，关联用以标识两个SCTP端点(即：主机客户端点302和网元选择器304)之间的逻辑联系。例如，可通过SCTP规定的4步握手机制建立关联。如何通过SCTP规定的4步握手机制建立关联为现有技术，此处不再赘述。

步骤S502，主机客户端点302通过建立的SCTP关联向网元选择器304发送SCTP报文。其中，SCTP报文包含多个用户终端的多个SCTP数据块。所述多个数据块是主机客户端点302从多个用户终端接收到的。每个用户终端可能向主机客户端点302发送一个数据块，也可能发送多个数据块。由于数据块长度较小，主机客户端点302将多个用户终端的多个数据块捆绑在SCTP报文中，并将SCTP报文发送至网元选择器304。例如，步骤S502中发送的SCTP报文中包含第一用户终端的数据块chunk 1及第二用户终端的数据块chunk 2。

其中，每个数据块中封装有用户数据(user data)。用户数据包括应用层消息。例如，由于步骤502是首次交互，用户数据为应用层请求消息。

步骤502中主机客户端点302发送的SCTP报文具有如图4A的格式。然而，由于用户终端上下文里还没有被分配LBI参数，每个用户终端的数据块中均携带无效的LBI参数。例如，当LBI参数为0时，即表示无效。

步骤S503，网元选择器304解析SCTP报文中各用户终端的数据块，确定数据块中的LBI参数为第一值(例如，第一值即为无效值)，则网元选择器304根据服务器集群中多个服务器的网络负载情况，为各个用户终端选择提供服务的服务器。例如，均衡负载器304为第一用户终端选择负载较轻的服务器A，为第二用户终端选择服务器B。

步骤S504，均衡负载器304向各服务器发送用户终端的应用层请求消息。例如，均衡负载器304向服务器A发送来自第一用户终端的应用层请求消息，向服务器B发送来自第二用户终端的应用层请求消息。

需要指出的是，均衡负载器304和服务器之间的传输方式在此不作限定。均衡负载器304和服务器之间的应用层请求消息可以也基于SCTP发送，或者基于其他方式来发送。例如，均衡负载器304和服务器之间的应用层请求消息可基于扩展传输协议来发送。如果均衡负载器304和服务器之间的应用层请求消息基于SCTP发送，假设SCTP报文中还包括第三用户终端的数据块，且网元选择器根据负载情况为第三用户终端也选择了服务器A。若第一用户终端的应用层请求消息和第三用户终端的应用层请求消息较小，网元选择器304向服务器A发送的SCTP报文可同时包括第一用户终端的应用层请求消息和第三用户终端的应用层请求消息。或者，第一用户终端的应用层请求消息和第三用户终端的应用层请求消息也可以单独发送。

步骤S505，服务器A处理第一用户终端的应用层请求消息，生成用户上下文。此外，服务器A还为第一用户终端分配用于标识服务器A的LBI参数。例如，服务器A为第一用户终端分配LBI参数等于0x1。其中，LBI参数等于0x1用于指示第一用户终端的数据块已被服务器A处理。

类似地，服务器B处理第二用户终端的应用层请求消息，生成用户上下文。此外，服务器B还为第二用户终端分配用于标识服务器B的LBI参数。例如，服务器B为第二用户终端分配LBI参数等于0x2。其中，LBI参数等于0x2用于指示第二用户终端的数据块已被服务器B处理。

其中，用于服务器分配LBI参数的规则可在服务器和网元选择器中预先配置。也就是说，服务器可根据预先配置的规则，为各用户终端分配对应的LBI参数。

步骤S506，各服务器返回应用层响应消息至网元选择器304。相应地，网元选择器304接收到各服务器返回的应用层响应消息。其中，应用层响应消息携带各用户终端对应的LBI参数。

例如，服务器A向网元选择器304返回的应用层响应消息中携带的LBI参数等于0x1；服务器B向网元选择器304返回的应用层响应消息中携带的LBI参数等于0x2。

与步骤S504类似的，步骤S506中服务器向网元选择器304传输的应用层响应消息所采用的传输协议在此不作限定，此处不再赘述。

步骤S508，网元选择器304通过SCTP关联将携带上述LBI参数的SCTP报文发送至主机客户端点302，以使主机客户端点302记录每个用户终端对应的LBI参数。

其中，步骤S508采用SCTP作为传输协议。可选的，网元选择器304可直接将LBI参数封装入数据块中的用户数据(user data)。或者，网元选择器也可采用如图4A所示的格式，在数据块中加入LBI字段，通过LBI字段来向主机客户端点302传递LBI参数。

例如，通过步骤S506，网元选择器接收到多个响应消息。网元选择器304可根据每个响应消息的长度决定是否将发送给多个用户终端的多个响应消息通过一个SCTP报文来发送。

若通过一个SCTP报文来发送多个用户终端的多个响应消息，步骤S508中的SCTP报文包括多个数据块，每个数据块用来传输一个响应消息，且该SCTP报文具有图4A的格式。由于服务器已分配LBI参数，SCTP报文中各数据块均携带对应的具有第二值的LBI参数。例如，SCTP报文中第一用户终端的数据块(即，待发送给第一用户终端的应用层响应消息)中所携带的LBI参数等于0x1；SCTP报文中第二用户终端的数据块(即，待发送给第二用户终端的应用层响应消息)中所携带的LBI参数等于0x2。

若无法通过一个SCTP报文来发送多个用户终端的多个响应消息，网元选择器304可通过多个SCTP报文，将待发送至多个用户终端的多个响应消息发送至主机客户端点302，或者将响应消息拆分成在多个SCTP报文中进行发送，本申请对此并不限定。

步骤S509，主机客户端点302解析接收到的应用层响应消息，记录每个用户终端对应的LBI参数。例如，在图5的例子中，主机客户端点302记录第一用户终端对应的LBI参数为0x1，并记录第二用户终端对应的LBI参数为0x2。

由于主机客户端点302与服务器间需要执行多次交互过程才能完成一次应用服务，步骤S510，主机客户端点302向网元选择器304发送下一个SCTP报文。其中，SCTP报文包括多个用户终端的多个数据块。此时，SCTP报文也具有如图4A的格式，且各数据块中携带与该用户终端对应的LBI参数。例如，第一用户终端发送的数据块携带的LBI参数为0x1，第二用户终端发送的数据块携带的LBI参数为0x2。

步骤S511，网元选择器304根据各个数据块中的LBI参数，为用户终端选择对应的服务器并转发用户数据。例如，由于第一用户终端发送的数据块携带的LBI参数等于0x1，第二用户终端发送的数据块携带的LBI参数为0x2，网元选择器查找预先配置的LBI参数与各服务器之间的对应关系，获知需要将第一用户终端发送的数据块发送至服务器A，将第二用户终端发送的数据块发送至服务器B。

以上描述中，主机客户端点302和网元选择器304之间的步骤S502、S508和S510采用SCTP作为传输协议，本申请对网元选择器304和各个服务器之间的传输协议并不限定。因此，主机客户端点302和网元选择器304之间的步骤S502和S510所传输的数据块格式如图4A所示。可选的，步骤S508所传输的数据块格式也可如图4A所示。

通过本发明的方案，网元选择器304在接收到用户终端的首次交互请求时，各个用户终端对应的LBI参数为无效值，网元选择器304基于服务器集群中各服务器的负载情况为各用户终端选择服务器并转发应用层请求消息。之后，由被选择的服务器为该对应的用户终端分配LBI参数，并将分配的LBI参数返回给主机客户端点302。在后面的交互过程中，主机客户端点302发送该用户终端的数据块时，携带其对应的LBI参数，网元选择器304即可根据SCTP数据块中的LBI参数，为该用户终端选择其交互会话所对应的服务器，从而实现了面向SCTP报文中的多用户特性的负载均衡，此外，还实现了会话保持的功能。

图6所示为根据本发明另一实施例的通信方法的信令交互图。图6提供的实施例中步骤S601至S604及步骤S608至S611的部分分别与图5提供的实施例中步骤S501至S504及步骤S508至S511的部分相同，在此不再赘述。其图5的不同之处在于，在本实施例中，各服务器无需分配LBI参数，仅需处理应用层的用户数据，LBI参数由网元选择器304进行分配。

具体来说，步骤S605，服务器接收到应用层请求消息后，处理应用层请求消息，生成用户上下文，并通过步骤S606返回应用层响应消息给网元选择器304。

步骤S607，网元选择器304根据返回应用层响应消息的服务器，为各用户终端分配LBI参数。

此外，网元选择器304将待发送至各用户终端的应用层响应消息及该用户终端对应的LBI参数，加入SCTP报文中的各数据块，通过后续步骤S608发送给主机客户端点302。

在图6的例子中，网元选择器304在接收到用户终端的首次交互请求时，各个用户终端对应的LBI参数为无效值，网元选择器304基于服务器集群中各服务器的负载情况为各用户终端选择服务器并转发应用层请求消息。之后，由网元选择器304为该对应的用户终端分配LBI参数，并将分配的LBI参数返回给主机客户端点302。在后面的交互过程中，主机客户端点302发送该用户终端的数据块时，携带其对应的LBI参数，网元选择器304即可根据SCTP数据块中的LBI参数，为该用户终端选择交互会话所对应的服务器，从而实现了面向SCTP报文中的多用户特性的负载均衡，此外，还实现了会话保持的功能。

图7所示为根据本发明又一实施例的通信方法的信令交互图。图7提供的实施例中步骤S701至S702及步骤S708至S711的部分分别与图5提供的实施例中步骤S501至S502及步骤S508至S511的部分相同，在此不再赘述。在本实施例中，LBI参数也是由网元选择器304分配。与图6的实施例的不同的是，网元选择器304在接收到用户终端的首次交互请求时，就为其分配LBI参数，并将LBI参数与应用层请求消息一起发送至对应的服务器。

具体来说，步骤S703，网元选择器304解析SCTP报文中各用户终端的数据块，确定数据块中的LBI参数为无效值，则网元选择器304根据服务器集群中多个服务器的负载情况，为各个用户终端选择提供服务的服务器。此外，网元选择器304还根据为用户终端选择的服务器，分配各数据块中的LBI参数。

步骤S704，网元选择器304将应用层请求消息发送至各服务器。

应用层请求消息携带各用户终端的用户数据以及与该用户终端对应的LBI参数。需要指出的是，均衡负载器304和服务器之间的传输方式在此不作限定。均衡负载器304和服务器之间的应用层请求消息可以也基于SCTP发送，或者基于其他方式来发送。例如，均衡负载器304和服务器之间的应用层请求消息可基于扩展传输协议来发送。

步骤S705，服务器接收到应用层请求消息后，处理应用层请求消息，以生成用户上下文，并通过步骤S706返回应用层响应消息至网元选择器304。

步骤S707，网元选择器304将应用层响应消息及对应LBI参数封装入SCTP报文中的数据块，以使得网元选择器在步骤S708中通过SCTP关联将数据块发送至主机客户端点302。

在图7的例子中，网元选择器304在接收到用户终端的首次交互请求时，各个用户终端对应的LBI参数为无效值，网元选择器304基于服务器集群中各服务器的负载情况为各用户终端选择服务器，为其分配LBI参数，并将LBI参数加入携带应用层响应消息的SCTP报文，返回至主机客户端点302。在后面的交互过程中，主机客户端点302发送该用户终端的数据块时，携带其对应的LBI参数，网元选择器304即可根据SCTP数据块中的LBI参数，为该用户终端选择交互会话所对应的服务器，从而实现了面向SCTP报文中的多用户特性的负载均衡，此外，还实现了会话保持的功能。

此外，本发明并不限于单个网元选择器的场景。在其他实施例中，服务器集群的前端可能设置多个网元选择器。可选的，步骤S704中，网元选择器304将应用层请求消息和分配的对应LBI参数一起发送至各服务器。例如，LBI参数携带网元选择器304的标识。步骤S705中，各服务器还可记录接收到的LBI参数。例如，服务器A记录LBI参数等于0x1；服务器B记录LBI参数等于0x2。服务器可根据LBI参数来识别网元选择器。因此，后续如果迁移用户上下文时，可以优先迁移相同网元选择器的用户上下文，以提高网元选择器的分发效率。

在图5至图7的实施例中，可选的，在数据块中加入LBI参数的负载均衡机制可仅针对某些特定的应用层协议，例如：无线网络架构中的S1应用协议(S1 ApplicationProtocol，S1-AP协议)，此时主机客户端点302可以利用SCTP报文中数据块内的PPI来判定是否在数据块中加入LBI参数。

当本发明应用于第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)提出的LTE系统时，如图8所示。其中，eNodeB作为主机客户端点302，MME作为为用户终端提供服务的设备，即为服务器。eNodeB与MME之间S1-MME采用了SCTP作为传输层承载协议。由多个MME组成的服务器集群前端设置有网元选择器(如，网元选择器304)。

图5至图7的实施例皆可应用至图8中的LTE系统。以下以将图5的实施例应用至LTE系统为例进行描述，如图9所示。例如，在该LTE系统中，多个用户终端通过代理或NAT到一个eNodeB，然后eNodeB通过SCTP报文发送所述多个用户终端的应用层消息。在图9的例子中，服务器集群包括多个MME。为便于描述，图9中仅示出了MME1，其他MME与MME1执行相类似的操作。

步骤S900，eNodeB和网元选择器之间建立SCTP关联。

步骤S900可参考S501的描述。此外，由于该SCTP关联是通过S1接口之间的连接来实现的，SCTP关联也可称为S1连接。

步骤S901，各用户终端(如，第一用户终端)向eNodeB发送附着请求(attachrequest)消息。

步骤S902，eNodeB通过建立的SCTP关联向网元选择器发送SCTP报文。其中，SCTP报文捆绑有多个用户终端的多个数据块。每个数据块包含一个用户终端的附着请求消息。

步骤S903，网元选择器解析SCTP报文中各用户终端的数据块，确定数据块中的LBI参数为无效值，则网元选择器根据服务器集群中多个服务器的负载情况，为各个用户终端选择MME。例如，网元选择器为第一用户终端选择MME1。

步骤S904，网元选择器向MME1发送附着请求消息。例如，网元选择器和MME1之间采用GPRS(通用分组无线系统)隧道协议(GPRS tunneling protocol，简称GTP)作为承载来发送附着请求消息。

步骤S905，MME1处理附着请求消息，生成用户上下文。此外，MME1还为第一用户终端分配LBI参数。例如，LBI参数等于0x1。

步骤S906，MME1向网元选择器反馈附着接受(attach accept)消息。其中，附着接受消息中的(GUMMEI)参数作为LBI参数；或者，附着接受消息的承载消息S1-AP消息中的MMES1-AP UE ID作为LBI参数。

步骤S908，网元选择器通过SCTP关联将携带附着接受消息的SCTP报文发送至eNodeB。

步骤S909，eNodeB接收并解析SCTP报文后，记录每个用户终端对应的LBI参数，并将附着接收消息转发至对应的用户终端(如，第一用户终端)。

步骤S910，UE向eNodeB发送附着完成(attach complete)消息。eNodeB将附着完成消息封装入SCTP报文，查询该用户终端对应的LBI参数，将对应的LBI参数加入附着完成消息所在数据块中，发送至网元选择器。例如，eNodeB查询得到第一用户终端对应的LBI参数等于0x1，将LBI参数等于0x1加入附着完成消息所在数据块中，并将该数据块发至网元选择器。

步骤S911，网元选择器接收到SCTP报文后，根据SCTP报文中数据块内的LBI参数为用户终端选择MME，并转发附着完成消息。例如，网元选择器根据LBI参数等于0x1及通过步骤S907得到的对应关系，确定为第一用户终端选择MME1，并将该附着完成消息发送至MME1。

根据图9实施例中的方法，对于用户终端的附着流程，需要与MME之间执行多次交互。网元选择器在接收到用户终端的附着请求消息时，由于用户终端对应的LBI参数为无效值，网元选择器基于负载情况为各用户终端选择MME并转发附着请求消息。之后，由被选择的MME为该对应的用户终端分配LBI参数，并将分配的LBI参数通过附着接受消息返回给eNodeB。在后面的交互过程中，eNodeB向网元选择器转发用户终端的附着完成消息，由于附着完成消息中携带对应的LBI参数，网元选择器可根据LBI参数为该用户终端选择之前的MME进行处理。因此，实现了面向SCTP报文中的多用户特性的负载均衡，此外，还实现了会话保持的功能。

当图8的LTE系统应用图6或图7的实施例时，LBI参数由网元选择器分配，具体可参照图6或图7的描述，此处不再赘述。

上述主要从各个网元之间交互的角度对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，各个网元，例如主机客户端点302(如，基站)、网元选择器304以及服务器(如，MME)等为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本发明能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

图10示出了上述实施例中涉及到的一种装置(如，网元选择器304)的设计方框图。所述装置包括：控制器/处理器1002用于对装置的动作进行控制管理，执行各种功能来支持对服务器集群的均衡处理等。例如，控制器/处理器1002用于该装置执行图4B中的过程S404，图5中的过程S503，S507，S511，图6中的过程S603，S607，S611，图7中的过程S703，S707，S711，以及图9中的过程S903，S907和S911，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。存储器1001用于存储用于所述装置的程序代码和数据。接收器/发送器1003用于支持与网络中各实体的通信。例如，接收器/发送器1003用于支持图5-7及图9中与主机客户端点或各服务器之间的通信。

图11示出了上述实施例中所涉及的主机客户端点(如，基站302)的一种可能的结构示意图。

基站包括发射器/接收器1101，控制器/处理器1102，存储器1103以及通信单元1104。所述发射器/接收器1101用于支持基站与上述实施例中的所述网元选择器之间收发信息，可参照图5至图7或图9的描述。所述控制器/处理器1102执行对装置的动作进行控制管理，执行各种功能来支持对服务器集群的均衡处理等。例如，控制器/处理器1102用于该装置执行图5中的过程S509，图6中的过程S609，图7中的过程S709，及图9中的过程S909，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。

此外，所述控制器/处理器1102还用于控制管理与用户终端通信的功能。在上行链路，来自所述用户终端的上行链路信号经由天线接收，由接收器1101进行调解，并进一步由控制器/处理器1102进行处理来恢复用户终端所发送到业务数据和信令信息。在下行链路上，业务数据和信令消息由控制器/处理器1102进行处理，并由发射器1101进行调解来产生下行链路信号，并经由天线发射给用户终端。存储器1103用于存储基站的程序代码和数据。发射器/接收器1101还可用于支持基站与其他网络实体进行通信。例如，用于支持基站与图8中示出的其他通信网络实体间进行通信，例如位于核心网EPC中的HSS，SGW或PGW等。

可以理解的是，图11仅仅示出了基站的简化设计。在实际应用中，基站可以包含任意数量的发射器，接收器，处理器，控制器，存储器，通信单元等，而所有可以实现本发明的基站都在本发明的保护范围之内。

图12示出了上述实施例中涉及到的一种服务器(如核心网络中的核心网络装置)的设计方框图。所述核心网络可以是EPC网络，所述核心网络装置可以指MME，SGW，PGW或其任意组合。

所述核心网络装置包括：控制器/处理器1202用于对核心网络装置的动作进行控制管理，执行各种功能来支持与网元选择器之间的通信服务。例如，控制器/处理器1202用于支持核心网络装置执行图5中的过程S505，图6中的过程S605，图7中的过程S705，及图9中的过程S905，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。存储器1201用于存储用于所述核心网络装置的程序代码和数据。接收器/发送器1203用于支持与网元选择器之间的通信，还可支持与图8中示出的其他通信网络实体间进行通信。

用于执行本发明上述网元选择器、基站或核心网络装置功能的控制器/处理器可以是中央处理器(CPU)，通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。

结合本发明公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于流控制传输协议SCTP的通信方法，其特征在于，包括：

网元选择器接收SCTP报文，所述SCTP报文包含多个用户终端的多个SCTP数据块，其中，每个SCTP数据块携带索引信息；

所述网元选择器根据每个SCTP数据块中携带的所述索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备；

所述网元选择器根据每个SCTP数据块中携带的所述索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备，包括：

若所述多个用户终端中的第一用户终端发送的第一SCTP数据块中携带的索引信息具有第一值，所述网元选择器根据多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述多个提供服务的设备中的第一设备作为所述提供服务的设备；

若所述多个用户终端中的第一用户终端的第二SCTP数据块中携带的索引信息具有第二值，所述具有第二值的索引信息用于标识多个提供服务的设备中的第二设备，则所述网元选择器根据所述第二值为所述第一用户终端选择所述第二设备作为所述提供服务的设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述网元选择器接收SCTP报文之前，所述方法还包括：

所述网元选择器获取所述第一用户终端对应的所述索引信息，所述索引信息具有所述第二值；

所述网元选择器向主机客户端点发送携带所述索引信息的SCTP报文，以使所述主机客户端点记录所述第一用户终端对应的所述索引信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网元选择器获取所述第一用户终端对应的所述索引信息，包括：

所述网元选择器接收所述第一用户终端发送的第三SCTP数据块，所述第三SCTP数据块中携带所述第一用户终端的用户数据和具有第一值的索引信息；

所述网元选择器根据所述多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述第二设备；

所述网元选择器为所述第一用户终端分配具有所述第二值的索引信息，所述具有第二值的索引信息用于标识所述第二设备。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述网元选择器为所述第一用户终端分配具有所述第二值的索引信息之后，所述方法还包括：

所述网元选择器向所述第二设备发送请求消息，所述请求消息携带所述第一用户终端的用户数据和所述第一用户终端对应的具有第二值的索引信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网元选择器获取所述第一用户终端对应的所述索引信息，包括：

所述网元选择器接收所述第一用户终端发送的第三SCTP数据块，所述第三SCTP数据块中携带所述第一用户终端的数据和具有第一值的索引信息；

所述网元选择器根据所述多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述第二设备；

所述网元选择器向所述第二设备发送请求消息，以使所述第二设备在接收到所述请求消息后为所述第一用户终端分配具有所述第二值的索引信息；

所述网元选择器接收所述第二设备发送的响应消息，所述响应消息用于指示所述索引信息具有所述第二值，所述具有第二值的索引信息用于标识所述第二设备。

6.一种装置，其特征在于，包括：

接收器，用于接收流控制传输协议SCTP报文，所述SCTP报文包含多个用户终端的多个SCTP数据块，其中，每个SCTP数据块携带索引信息；和

至少一个处理器，用于根据每个SCTP数据块中携带的所述索引信息，分别为每个用户终端选择提供服务的设备；

若所述多个用户终端中的第一用户终端发送的第一SCTP数据块中携带的索引信息具有第一值，所述至少一个处理器用于根据多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述多个提供服务的设备中的第一设备作为所述提供服务的设备；

若所述多个用户终端中的第一用户终端的第二SCTP数据块中携带的索引信息具有第二值，所述具有第二值的索引信息用于标识多个提供服务的设备中的第二设备，则所述至少一个处理器用于根据所述第二值为所述第一用户终端选择所述第二设备作为所述提供服务的设备。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述接收器接收SCTP报文之前，所述至少一个处理器还用于获取所述第一用户终端对应的所述索引信息，所述索引信息具有所述第二值；

所述装置还包括发送器，用于向主机客户端点发送携带所述索引信息的SCTP报文，以使所述主机客户端点记录所述第一用户终端对应的所述索引信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收器还用于接收所述第一用户终端发送的第三SCTP数据块，所述第三SCTP数据块中携带所述第一用户终端的用户数据和具有第一值的索引信息；

所述至少一个处理器用于根据所述多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述第二设备，为所述第一用户终端分配具有所述第二值的索引信息，所述具有第二值的索引信息用于标识所述第二设备。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在所述至少一个处理器为所述第一用户终端分配具有所述第二值的索引信息之后，所述发送器还用于向所述第二设备发送请求消息，所述请求消息携带所述第一用户终端的用户数据和所述第一用户终端对应的具有第二值的索引信息。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收器还用于接收所述第一用户终端发送的第三SCTP数据块，所述第三SCTP数据块中携带所述第一用户终端的数据和具有第一值的索引信息；

所述至少一个处理器用于根据所述多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述第二设备；

所述发送器用于向所述第二设备发送请求消息，以使所述第二设备在接收到所述请求消息后为所述第一用户终端分配具有所述第二值的索引信息；

所述接收器用于接收所述第二设备发送的响应消息，所述响应消息用于指示所述索引信息具有所述第二值，所述具有第二值的索引信息用于标识所述第二设备。

11.一种基于流控制传输协议SCTP的通信系统，其特征在于,包括：

多个提供服务的设备；以及

与所述多个提供服务的设备分别相连的网元选择器，用于接收SCTP报文，所述SCTP报文包含多个用户终端的多个SCTP数据块，其中，每个SCTP数据块携带索引信息；

所述网元选择器还用于根据每个SCTP数据块中携带的所述索引信息，分别为每个用户终端从所述多个提供服务的设备中选择提供服务的设备；

若所述多个用户终端中的第一用户终端发送的第一SCTP数据块中携带的索引信息具有第一值，所述网元选择器用于根据所述多个提供服务的设备的网络负载情况，为所述第一用户终端选择所述多个提供服务的设备中的第一设备作为所述提供服务的设备；

若所述多个用户终端中的第一用户终端的第二SCTP数据块中携带的索引信息具有第二值，所述具有第二值的索引信息用于标识多个提供服务的设备中的第二设备，则所述网元选择器用于根据所述第二值为所述第一用户终端选择所述第二设备作为所述提供服务的设备。

12.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于，所述第一设备还用于为所述第一用户终端分配具有第二值的索引信息。

13.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于，所述网元选择器还用于为所述第一用户终端分配具有第二值的索引信息。

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