CN111371628B - 一种在lte网络下用户面和控制面信息关联方法 - Google Patents
一种在lte网络下用户面和控制面信息关联方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种在LTE网络下用户面和控制面信息关联方法，该方法解决了深度挖掘用户数据深入分析网络问题，实现了协助处理VIP投诉，支撑前端运维，很好地提升了用户满意度。本发明能够实现用户面不同用户数据的区分，为用户数据的深度挖掘做好准备。本发明关联效率高，关联算法简单，能够节省关联设备的投入，并且能够节省资源。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域中的数据关联技术领域，特别涉及一种在LTE网络中用户面和控制面数据关联的方法。
背景技术
目前LTE网络涉及很多网元，涉及到很多接口，例如图1所示，图1中的虚线为控制面接口，传输控制信令。实线为用户面接口，传输用户数据。
MME(移动管理实体)的主要功能包括：支持NAS信令及其安全、跟踪区域(TrackingArea)列表的管理、P-GW和S-GW的选择、跨MME切换时MME的选择、在向2G/3G接入系统切换过程中SGSN的选择、用户的鉴权、漫游控制以及承载管理、3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理，以及UE在ECM-IDLE状态下可达性管理等。
S-GW(服务网关)是终止于E-UTRAN接口的网关，该设备的主要功能包括：eNodeB间切换时的本地锚定点、3GPP不同接入系统间切换时的移动性锚点、执行合法侦听功能、数据包的路由和前转、上下行传输层的分组标记、ECM-IDLE状态下分组缓存及寻呼触发、计费等。
P-GW(公共数据网网关)是面向PDN终结于SGi接口的网关，该设备的主要功能包括：基于用户的包过滤功能、合法侦听功能、UE的IP地址分配功能、上下行传输层的分组标记、计费、门控、QoS控制、承载控制等。
ENB(LTE基站)负责无线资源管理等功能，主要包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上行和下行动态资源分配调度等。
S11接口：MME与SGW之间的接口，承载一些控制面信令传递。
S1-U接口：ENB与SGW之间的接口，承载用户的数据，譬如：用户发送/接收的邮件、视频、图片等信息。
S1-MME接口：ENB与MME之间的接口，承载控制面信令传递。
UE驻留到LTE网络后，会分配到一个IPv4地址，但分配到的IP地址不一定是唯一。UE IP是PGW分配的，也即UE IP地址可以在PGW之间复用，如果跨PGW就重新分配UE IP，而且目前PGW与SGW是合设。某运营商在同一省内可能存在几十甚至上百个PGW/SGW，也即同一时刻可能存在不同UE分配相同IP，仅以UE IP来唯一标识一个UE不准确，UE IP+SGW IP来一起标识一个UE才准确。
根据需要，运营商将在各接口采集数据，并进行关联，以便对用户数据进行深度挖掘分析。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种在LTE网络下用户面和控制面信息关联方法，该方法通过将S1U口采集到用户面数据区分出是哪个用户的，分析每个用户的数据流，最终实现每个用户的上网感知评估。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种在LTE网络下用户面和控制面信息关联方法，该方法解决了深度挖掘用户数据深入分析网络问题，实现了协助处理VIP投诉，支撑前端运维，很好地提升了用户满意度。
方法流程：
步骤1：采集S11口控制面与S1U口用户面数据。
步骤2：提取S11口参数入库，包括：时间、IMSI、MSISDN、S1U SGW GTP-U TEID、S1UENB GTP-U TEID、S11 MME GTP-C TEID、S11 SGW GTP-C TEID、UE IP、eNB IP、SGW IP、MMEIP、TAI、ECGI、EBI、QCI、mME-UE-S1AP-ID、eNB-UE-S1AP-ID。
步骤3：提取S1U口参数入库，包括：时间、S1U SGW GTP-U TEID、S1U ENB GTP-UTEID、UE IP、eNB IP与SGW IP。
步骤4：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使S1U口参数(UE IP、ENB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID)与S11口参数(IMSI)关联起来。使用参数组1(参数组1是指时间、UE IP、ENB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID)进行关联，关联失败进入步骤5。
步骤5：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使用参数组2(参数组2是指时间、UE IP、ENB IP与SGW IP)进行关联，关联失败进入步骤6。
步骤6：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使用参数组3(参数组3是指时间、UE IP与SGW IP)进行关联，关联失败丢弃。
步骤7：保存关联结果，存储到数据库。
有益效果：
1、本发明能实现用户面不同用户数据的区分，并且能很好地为用户数据的深度挖掘做好准备。
2、本发明关联效率高，关联算法简单，能节省关联设备的投入，并且能节省资源。
3、本发明很好地实现了协助处理VIP投诉，支撑前端运维，提升了用户满意度。
附图说明：
图1为EPC网络拓扑结构示意图。
图2为附着/TAU场景S11与S1U关联示意图。
图3为本发明的S11口与S1U口入库参数关联示意图。
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
如图3所示，本发明在采集S11口与S1U口数据时，可以采集到部分相同的数据，包括：时间、S1U SGW GTP-U TEID、S1U ENB GTP-U TEID、UE IP、ENB IP与SGW IP等，S1U SGWGTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID可以在同一个SGW中唯一标识一个用户设备。如果UE IP变化，网络会重新产生新的S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID，确保可以唯一标识一个用户设备。S11口与S1U口以上7个参数全部一致(时间可能存在秒级误差)，即可建立S11口与S1U口所有数据之间的关联，特别是实现IMSI与UE IP的关联。同时由于UE IP地址是复用的，仅通过UE IP去关联是不准确的。
如图4所示，本发明主要通过如下步骤实现关联并把结果入库，包括：
步骤1：采集S11口控制面与S1U口用户面数据。
步骤2：提取S11口参数入库，包括：时间、IMSI、MSISDN、S1U SGW GTP-U TEID、S1UENB GTP-U TEID、S11 MME GTP-C TEID、S11 SGW GTP-C TEID、UE IP、eNB IP、SGW IP、MMEIP、TAI、ECGI、EBI、QCI、mME-UE-S1AP-ID、eNB-UE-S1AP-ID。
步骤3：提取S1U口参数入库，包括：时间、S1U SGW GTP-U TEID、S1U ENB GTP-UTEID、UE IP、eNB IP与SGW IP。
步骤4：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使S1U口参数(UE IP、ENB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID)与S11口参数(IMSI)关联起来。使用参数组1(参数组1是指时间、UEIP、ENB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID)进行关联，关联失败进入步骤5。
步骤5：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使用参数组2(参数组2是指时间、UE IP、ENB IP与SGW IP)进行关联，关联失败进入步骤6。
步骤6：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使用参数组3(参数组3是指时间、UE IP与SGW IP)进行关联，关联失败丢弃。
步骤7：保存关联结果，存储到数据库。
UE在LTE网络下一旦开机入网，会被分配一个IPv4和一个IPv6的地址，或者仅分配一个IPv4地址。IPv4在上网时使用，IPv6在VoLTE通话时使用。本关联方法仅用到IPv4，UEIP和SGW IP在两种场景可能变化：附着与TAU。最终是找到一种方法，实现UE IP与IMSI的关联，即可实现准确区分出每个用户的数据流。
本发明控制面信息分析包括：
S1-U接口抓取的是用户面数据，S1-MME和S11接口抓取的是控制面数据。用户面与控制面的信息关联，主要是指S1-U口与S11口的数据关联。
影响到关联的UE行为主要包括附着、TAU等，如用户一直处于开机，而且处于静止状态，很容易关联。
UE在LTE网络的附着流程如下图2所示，图中的标星号信令是关联关键，通过这几条关键信令可完成用户面和控制面关联。
Greate Session Request包含关键信息：
Tunnel Endpoint Identifier：0x00000000(0)
RAT Type：EUTRAN(6)
TEID/GRE Key：0x91b4f860(2444556384)
APN(Access Point Name)：cmiotcom.gx.mnc004.mcc460.gprs
IMSI：460044449603049
EPS Bearer ID(EBI)：5
Label(QCI)：9
F-TEID IPv4：117.142.73.192
Tracking Area Identity(TAI)
E-UTRAN Cell Global Identifier(ECGI)
PDN Address Allocation(PAA)：IPv4 0.0.0.0
Aggregate Maximum Bit Rate(AMBR)：
MSISDN：8618602100004
S11 MME GTP-C TEID：0x28b0000b
MME IP：
SGW/PWG IP：
Greate Session Response包含关键信息：
Tunnel Endpoint Identifier：0x91b4f860(2444556384)
TEID/GRE Key：0x04aa8d21(78286113)
F-TEID IPv4：117.142.255.98
PDN Address Allocation(PAA)：IPv4 10.0.1.240
EPS Bearer ID(EBI)：5
TEID/GRE Key：0x04a88d21(78155041)
F-TEID IPv4：117.142.255.98
Label(QCI)：9
Charging id：3187285209
SGW/PGW IP：
MME IP：
Initial Context Setup Request Attach Accept包含关键信息：
mME-UE-S1AP-ID：0xd8f13d3(227480531)
eNB-UE-S1AP-ID：0x5cee9(380649)
e-RAB-ID：0x5(5)
qCI：0x6(6)
gTP-TEID：0xD7F0F0E6
Initial Context Setup Response包含关键信息：
mME-UE-S1AP-ID：0xd8f13d3(227480531)
eNB-UE-S1AP-ID：0x5cee9(380649)
e-RAB-ID：0x5(5)
gTP-TEID：0x000072ED
Modify Bearer Request(S11)包含关键信息：
Tunnel Endpoint Identifier：0x04aa8d21(78286113)
Tracking Area Identity(TAI)
E-UTRAN Cell Global Identifier(ECGI)
MME IP：
SGW/PGW IP：
Modify Bearer Response(S11)包含关键信息：
Tunnel Endpoint Identifier：0x91b4f860(2444556384)
MSISDN：861440244962566
SGW/PGW IP：
MME IP：
MME和SGW之间的S11口控制面由S11 MME GTP-C TEID与S11 SGW GTP-C TEID一对TEID唯一标识一个UE，ENB和SGW之间的S1U口用户面由S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENBGTP-U TEID一对TEID唯一标识一个UE。通过上面的流程图可知，某个UE的S11 MME GTP-CTEID、S11 SGW GTP-C TEID与S1U SGW GTP-U TEID、S1U ENB GTP-U TEID是一一对应的。
TAU与附着流程类似，比附着更简单，可以使用同样的方式进行关联。UE IP变化后，使用同样方法再关联一次即可。
UE进行附着时，S11口主要入库信息包括：
1)时间；
2)IMSI；
3)MSISDN；
4)S11 MME GTP-C TEID；
5)S11 SGW GTP-C TEID；
6)S1U SGW GTP-U TEID；
7)S1U ENB GTP-U TEID；
8)UE IP；
9)eNB IP；
10)SGW IP；
11)MME IP；
12)TAI；
13)ECGI；
14)EBI；
15)QCI；
16)mME-UE-S1AP-ID；
17)eNB-UE-S1AP-ID；
用户面信息分析包括：
S1U口是ENB与SGW之间的接口，能入库的信息较少。用户数据被层层封装，在ENB与SGW之间传输，封装顺序：Ethernet→VLAN→IP(ENB与SGW)→UDP→GTP-U→IP(UE与内容服务器)→TCP。
S1U口主要入库信息包括：
1)时间；
2)S1U SGW GTP-U TEID；
3)S1U ENB GTP-U TEID；
4)UE IP；
5)eNB IP；
6)SGW IP；
关联方法包括：
GTP(GPRS Tunnel Protocol)，GPRS隧道传输协议。GTP是一组基于IP的高层协议，位于TCP/IP、UDP/IP协议之上。GTP-U用来传输S1口和X2口用户面数据，既可以基于IPv4/UDP，也可以基于IPv6/UDP。隧道端点之间的数据通过IP地址和UDP端口号进行路由。
TEID(Tunnel endpoint ID)，隧道端点标识符，由接收端生成，供发送端使用，通过s1/x2口信令交换，长度是随机生成4字节。一个GTP隧道上的网元是通过一个TEID、IP地址和UDP端口号标识唯一用户。TEID由本端分配，却是给对端使用的。以Initial Setup中的S1U上行为例，SGW分配本端的SGW S1U TEID，并通过MME转告eNB(通过Create SessionResponse和Initial Context Setup Request携带)，eNB在发送上行数据时将SGW S1UTEID封装到GTP-U包头，SGW接收后即可通过SGW S1U TEID确定这是哪个承载的上行数据。S1U下行同理。
因而，SGW分配的SGW S1U TEID是给eNB发送上行数据使用的，eNB分配的eNB S1UTEID是给SGW发送下行数据使用的。SGW和eNB各自分配的S1U TEID通过MME相互转告，同时转告的还有用于S1U的IP地址。SGW和eNB获得对端的S1U IP和TEID(合称为S1U承载隧道信息)后，就具备向对端发送下行或上行数据的条件。S5承载同理。
在eNodeB侧的空口，每个DRB存在上行和下行两个方向，而一个TEID是单向的，所以需要一对TEID来唯一对应一个DRB(QCI8/9)。也即通过IP地址、一对TEID在某一时刻可以唯一标识一个用户。发生切换时会生成一对新的TEID，可以保持关联的准确性。
通过以上方法可以把用户面和控制面的数据进行关联，S1-U口的数据可以通过用户面一对TEID和控制面一对TEID关联到IMSI、ECGI等。
MME和SGW之间的S11口控制面由S11 MME GTP-C TEID与S11 SGW GTP-C TEID唯一标识一个UE，ENB和SGW之间的S1U口用户面由S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID唯一标识一个UE。如果能够找到以上4个TEID之间的联系，即可把控制面和用户面的信息关联起来。而且Greate Session Request消息中包含IMSI信息，即可把用户面的数据流关联到具体的IMSI。
根据S11口和S1U入库参数，即可实现关联，如图3所示，某时刻可以准确区分出每个用户的数据流，并在准确关联到某个基站，但是无法准确关联到具体小区。
由于UE处于移动状态，会发生切换，ENB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-U TEID与S1UENB GTP-U TEID等参数都可能会变化。依次使用不同的一组参数关联，关联难度依次降低。根据关联难度由高到低进行关联，关联数序：参数组1(时间、UE IP、ENB IP、SGW IP、S1USGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID)→参数组2(时间、UE IP、ENB IP与SGW IP)→参数组3(参数组3是指时间、UE IP与SGW IP)。同时由于各网元设备的时间可能无法准确同步，所以时间采用滑窗机制，窗口大小建议设置为120s，越小越好。
本发明通过验证，关联准确率达97％，可以把用户面数据准确关联到某一个用户。
需要说明的是，本发明所提供的上述实施例仅具有示意性，不具有限定本发明的具体实施的范围的作用。本发明的保护范围应包括那些对于本领域的普通技术人员来说显而易见的变换或替代方案。
Claims (3)
1.一种在LTE网络下用户面和控制面信息关联方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：采集S11口控制面与S1U口用户面数据；
步骤2：提取S11口参数入库，包括：时间、IMSI、MSISDN、S1U SGW GTP-U TEID、S1U ENBGTP-U TEID、S11 MME GTP-C TEID、S11 SGW GTP-C TEID、UE IP、eNB IP、SGW IP、MME IP、TAI、ECGI、EBI、QCI、mME-UE-S1AP-ID、eNB-UE-S1AP-ID；
步骤3：提取S1U口参数入库，包括：时间、S1U SGW GTP-U TEID、S1U ENB GTP-U TEID、UE IP、eNB IP与SGW IP；
步骤4：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使S1U口参数与S11口参数关联起来，S1U口参数包括UE IP、eNB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID，S11口参数包括IMSI，使用参数组1进行关联，参数组1包括时间、UE IP、eNB IP、SGW IP、S1U SGW GTP-UTEID与S1U ENB GTP-U TEID，关联失败进入步骤5；
步骤5：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使用参数组2进行关联，参数组2包括时间、UEIP、eNB IP与SGW IP，关联失败进入步骤6；
步骤6：根据上述步骤2与步骤3入库参数，使用参数组3进行关联，参数组3包括时间、UEIP与SGW IP，关联失败丢弃；
步骤7：保存关联结果，存储到数据库。
2.根据权利要求1所述的一种在LTE网络下用户面和控制面信息关联方法，其特征在于，所述方法在采集S11口与S1U口数据时，采集到部分相同的数据，包括：时间、S1U SGWGTP-U TEID、S1U ENB GTP-U TEID、UE IP、e NB IP与SGW IP，S1U SGW GTP-U TEID与S1UENB GTP-U TEID在同一个SGW中唯一标识一个用户设备，如果UE IP变化，网络会重新产生新的S1U SGW GTP-U TEID与S1U ENB GTP-U TEID，确保唯一标识一个用户设备。
3.根据权利要求1所述的一种在LTE网络下用户面和控制面信息关联方法，其特征在于，所述控制面信息分析包括：S1-U接口抓取的是用户面数据，S1-MME和S11接口抓取的是控制面数据，用户面与控制面的信息关联，是指S1-U口与S11口的数据关联。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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