CN112839391B - 一种4g通信方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种4G通信方法、装置及系统，涉及无线数据通信领域，在VPDN网络架构中，4G路由器上存在多个4G接口时，只需要与一台LNS设备间建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了路由器的维护成本。该方法包括：在4G路由器上创建一个逻辑接口，将所述4G路由器上的至少两个4G接口与所述逻辑接口建立关联；按照预设优选规则从所述至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置所述逻辑接口的IP地址为所述优选4G接口的IP地址；以所述逻辑接口的IP地址为源地址与L2TP网络服务器LNS设备建立IPsec隧道。

Description

一种4G通信方法、装置及系统

技术领域

本发明属于无线数据通信领域,尤其涉及一种4G通信方法、装置及系统。

背景技术

虚拟专用拨号网(Virtual Private Dial-up Network，简称VPDN)是指以拨号接入方式上网，通过对网络数据的封包和加密在公网上传输私有数据，达到私有网络的安全级别，从而利用公共交换电话网络(Public Switched Telephone Network，简称PSTN)的架构来构筑私有网络。VPDN用户可以经过公共网络，通过虚拟的安全通道和用户内部的用户网络进行连接。

4G路由器为了保障业务稳定性通常配有多个4G接口，每个4G接口配置不同的用户名、密码、接入点名称(Access Point Name,简称APN)，然后通过4G网络拨入L2TP访问集中器(L2TP Access Concentrator,简称LAC)(即运营商设备)，LAC设备根据用户名、密码以及APN来选择与L2TP网络服务器(L2TP Network Server,简称LNS)建立第二层隧道协议(Layer Two Tunneling Protocol，简称L2TP)隧道，4G接口通过L2TP隧道获取固定的IP地址，然后使用4G接口的IP地址和LNS设备建立IPsec隧道来保护业务数据流量。如图1所示，4G路由器包括两个4G接口4G1和4G2，4G1接口和4G2接口向LAC设备发起拨入请求成功后，4G1接口与LNS设备建立IPsec隧道1,4G2接口和LNS设备建立IPsec隧道2。在该组网场景中，存在以下两种安全通信配置方案：

第一种配置方案：

4G路由器上有多少个4G接口就需要预先配置多少条IPsec隧道，即4G路由的IPsec隧道数等于4G接口的个数。如果4G接口配置有多个APN，且不同APN又配置在不同的LNS设备上，此时4G路由器的IPsec隧道数等于4G接口的个数乘以LNS设备的台数，因此，此种配置方案会存在需要配置的IPsec隧道数较多，配置维护困难，过多占用4G路由器的系统资源等问题。

第二种配置方案：

在4G路由器上创建一个本地环回Loopback地址，在LNS设备通过动态或者静态路由学习到该Loopback地址，并使用该Loopback地址和LNS设备建立IPsec隧道，该配置方案虽然减少了IPsec隧道数，但是Loopback地址的路由在传输过程中需要经过运营商，部分运营商会认为该Loopback地址非法而将其丢弃，导致不能正常建立IPsec隧道，同时，由于有多个4G接口，且每个4G接口的IP地址不同，导致LNS设备需要预创建多条路由到Loopback地址，浪费LNS设备的系统资源。

从上述两种配置方案可知，现有的安全通信配置方案中，存在需要配置过多的IPsec隧道，导致过多占用4G路由器的系统资源的问题，或者存在不能成功建立IPsec隧道，且浪费LNS设备的系统资源的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种4G通信方法、装置及系统，用于解决现有的安全通信配置方案中，存在需要配置过多的IPsec隧道，导致过多占用4G路由器的系统资源的问题，或者存在不能成功建立IPsec隧道，且浪费LNS设备的系统资源的问题。

基于上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种4G通信方法，所述方法包括：在4G路由器上创建一个逻辑接口，将所述4G路由器上的至少两个4G接口与所述逻辑接口建立关联；

按照预设优选规则从所述至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置所述逻辑接口的IP地址为所述优选4G接口的IP地址；

以所述逻辑接口的IP地址为源地址与L2TP网络服务器LNS设备建立IPsec隧道。

第二方面，本发明实施例提供了一种4G通信装置，所述装置包括：

创建模块，用于创建一个逻辑接口，将4G路由器上的至少两个4G接口与所述逻辑接口建立关联；

配置模块，用于按照预设优选规则从所述至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置所述逻辑接口的IP地址为所述优选4G接口的IP地址；

处理模块，用于以所述逻辑接口的IP地址为源地址与L2TP网络服务器LNS设备建立IPsec隧道。

第三方面，本发明实施例提供了一种4G通信系统，所述系统至少包括如第二方面所述的装置以及L2TP网络服务器LNS设备。

第四方面，本发明实施例提供了一种4G路由器，包括：存储器、处理器和至少两个4G接口，所述存储器和所述处理器连接；

所述存储器用于存储程序；

所述处理器调用存储于所述存储器中的程序，以执行如上述第一方面所述的方法。

本发明实施例提供的一种4G通信方法、装置及系统，在VPDN网络架构中，4G路由器上存在多个4G接口时，只需要与一台LNS设备间建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。无需每个4G接口均与LNS设备建立IPsec隧道。且无需担心路由信息被运营商丢弃的问题，降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了4G路由器的维护成本，增加了4G路由器的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为VPDN网络的一种典型的组网示意图；

图2为本发明实施例提供的一种4G通信方法的流程图；

图3为VPDN网络中存在多APN的组网示意图；

图4为本发明实施例提供的一种4G通信装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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系统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，随着系统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。

下面结合具体实施例对上述方法进行详细描述。

本发明实施例提供了一种4G通信方法、装置及系统，通过在4G路由器上创建一个逻辑接口，将4G路由器上的多个4G接口与该逻辑接口建立关联关系，并设置该逻辑接口的IP地址为根据预设优选规则选取的优选4G接口的IP地址，以该逻辑接口的IP地址为源地址与LNS设备建立IPsec隧道，有效的减少了4G路由器与LNS设备间创建的IPsec隧道数，降低了4G路由器的系统资源消耗，保障了4G通信安全。

本发明实施例提供了一种4G通信方法，如图2所示，该方法包括：

步骤201、在4G路由器上创建一个逻辑接口，将该4G路由器上的至少两个4G接口与该逻辑接口建立关联。

在本发明实施例中，4G路由器上包括至少两个4G接口，4G路由器上的任一4G接口向LAC设备发起拨号请求，该拨号请求中携带用户名、密码以及APN等信息，LAC设备根据APN选择与哪个LNS设备建立L2TP隧道，L2TP隧道建立成功后，LAC设备向LNS设备发送用户名和密码，LNS设备根据接收到的用户名和密码与4G接口完成PPP认证协商，认证成功之后通过PPP会话给4G接口分配一个固定的IP地址。当存在多个4G接口时，每个4G接口都可以通过对应的L2TP隧道获取到一个固定IP地址。4G接口获取到IP地址后，以获取到的IP地址为源地址，LNS设备的IP地址为目的IP地址，发起IPsec协商，以与LNS设备建立IPsec隧道。

步骤202、按照预设优选规则从至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置逻辑接口的IP地址为优选4G接口的IP地址。

在本步骤中，按照预设优选规则从至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，具体包括：

从至少两个4G接口中按照信号强度选取一个信号最强的4G接口为优选4G接口。

其中，从至少两个4G接口中按照信号强度选取一个信号最强的4G接口为优选4G接口，包括：

设置信号采样周期；

在采样周期内采集至少两个4G接口中4G接口的信号值，计算出信号平均值和方差，将计算出的信号平均值最大和方差最小的4G接口为优选4G接口。

将至少两个4G接口中除优选4G接口外的其他4G接口切换为关闭down状态。

在本发明实施例中，在设置逻辑接口的IP地址为优选4G接口的IP地址之前，该方法还包括：

4G路由器获取LNS设备为每一个4G接口分配的IP地址。具体的，4G路由器上的每个4G接口向对应的LAC设备发起拨号请求，该拨号请求中携带用户名、密码以及APN等信息，对应的LAC设备根据APN选择与哪个LNS设备建立L2TP隧道，L2TP隧道建立成功后，LAC设备向LNS设备发送用户名和密码，LNS设备根据接收到的用户名和密码与4G接口完成PPP认证协商，认证成功之后通过PPP会话给4G接口分配一个固定的IP地址。

步骤203、以逻辑接口的IP地址为源地址与LNS设备建立IPsec隧道。

在本发明实施例中，以逻辑接口的IP地址为源IP地址，LNS设备的IP地址为目的地址，发起IPsec协商，以与LNS设备建立IPsec隧道。以实现4G安全通信。

具体的，结合图1所示的组网场景，4G路由器上包括两个4G接口4G1和4G2，4G1与LNS设备建立IPsec隧道1，4G2与LNS设备建立IPsec隧道2.以实现保护业务数据流。而利用本发明实施例提供的一种4G通信方法，仅需要创建的逻辑接口与LNS设备建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。可能只存在两个4G接口时，本发明的技术方案的技术效果不明显，但是随着现有网络技术的发展，当4G路由器上存在较多的4G接口时，可以很明显的减小预配置的IPsec隧道数，降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了4G路由器的维护成本，增加了4G路由器的实用性。

作为本发明实施例的一种优选实现方式，当VPDN网络中存在多APN时，这里以存在两个APN为例进行说明，如图3所示，用户搭建了两家运营商(LAC1和LAC2)的VPDN网络，且每个运营商网络中都有两条线路，每个运营商都有主备VPDN，一条主线路，一条备份线路，图3中，LNS_1上创建2个主VPDN网络，即两个运营商的主线路。LNS_2上创建两个备VPDN网络，即两个运营商的备份线路。接入侧的4G路由器在两个4G接口上有两个配置组，每个配置组可以配置不同APN，每个APN名称由运营商指定，4G拨号后携带APN交给运营商，运营商根据APN名称，判断为VPDN线路，需要交给运营商的LAC设备，LAC设备根据APN名称和指定的LNS设备建立L2TP隧道，同时每个配置组中可以配置两个账户：主账户和备份账户。

本发明实施例提供的一种4G通信方法，包括：配置4G路由器上的4G接口4G1和4G2，包含主APN名称、主用户名、密码，备份APN、备用户名、密码。4G路由器上创建一个逻辑接口，将4G1和4G2与该逻辑接口建立关联关系，开启信号选举功能，从4G1和4G2中选举一个信号最强的4G接口为优选4G接口(如4G1接口)，将另外一个信号较差的4G接口(如4G2接口)切换为down状态，设置逻辑接口的IP地址为优选接口4G1的IP地址。具体的，逻辑接口开启信号选举功能，设置信号采样周期，采样周期会在信号选举功能开启后一直进行信号采样，在采样周期内主要采样信号的每秒信号值，在采样结束后计算出在周期时间内的信号平均值和方差，将信号平均值最大和方差最小的4G接口为优选4G接口(如4G1接口)，则将4G1接口的IP地址作为逻辑接口的IP地址，同时将信号较差的4G2接口切换为down状态。以逻辑接口的IP地址为源地址，以LNS设备的IP地址为目的地址，发起IPsec协商，与LNS设备建立IPsec隧道。

在本发明实施例中，将至少两个4G接口与创建的逻辑接口建立关联关系，并通过创建的逻辑接口与LNS设备建立IPsec隧道，因此，当存在多个4G接口时，建立的IPsec隧道数等于LNS设备的数量。如图1中只有一台LNS设备，仅需创建的逻辑接口与LNS设备建立一条IPsec隧道。如图3中有两台LNS设备，仅需创建的逻辑接口与两台LNS设备分别建立一条IPsec隧道。就能有效保证用户访问业务的安全性。

优选的，在如图3所示的组网场景中，4G接口拨入LAC设备，LAC设备根据4G接口发送的用户名、密码以及APN来选择跟哪个LNS设备建立L2TP隧道，然后通过L2TP隧道获取到一个固定IP地址。在此组网中由于4G路由器配置了信号切换和主备APN，当发生信号切换或者APN切换的情况，其实现具体包括：

在图3中，LNS_1设备上配置有4G1接口的主APN，4G2接口的主APN。LNS_2设备上配置有4G1接口的备APN，4G2接口的备APN。

若4G路由器上的两个4G接口没有发生信号切换，即4G1接口的信号强度一直比4G2接口的信号强，则4G1接口的信号为优选4G接口，4G2接口切换为down状态，此时逻辑接口的IP地址为4G1接口的IP地址。如果没有发生APN主备切换，则逻辑接口与LNS_1设备建立IPsec隧道。

若4G路由器上的两个4G接口发生信号切换，即4G1接口的信号强度变得比4G2接口的信号弱，则需要从4G1接口切换到4G2接口，此时逻辑接口的IP地址变成4G2接口的IP地址，原来的4G1接口从开启up状态变成down状态，之前逻辑接口与LNS_1设备建立的IPsec隧道会被清除掉，同时如果没有发生APN主备切换，由于4G2接口的主APN配置在LNS_1设备上，因此，逻辑接口需要重新与LNS_1设备建立IPsec隧道。

若4G路由器上的两个4G接口没有发生信号切换，即4G1接口的信号强度一直比4G2接口的信号强，则4G1接口的信号为优选4G接口，4G2接口切换为关闭down状态，此时逻辑接口的IP地址为4G1接口的IP地址。逻辑接口与LNS_1设备建立IPsec隧道，如果此时发生APN主备切换，此时逻辑接口与LNS_1设备建立的IPsec隧道被清掉，由于4G1接口的备APN配置在LNS_2设备上，因此，逻辑接口需要与LNS_2设备重新建立IPsec隧道。

若4G路由器上的两个4G接口发生信号切换，即4G1接口的信号强度变得比4G2接口的信号弱，则需要从4G1接口切换到4G2接口，此时逻辑接口的IP地址变成4G2接口的IP地址，原来的4G1接口从开启up状态变成关闭down状态，之前逻辑接口与LNS_1设备建立的IPsec隧道会被清除掉，如果此时有发生APN主备切换，由于4G2接口的备APN配置在LNS_2设备上，因此逻辑接口需要与LNS_2设备重新建立IPsec隧道。

可选的，上述组网示意图，仅仅只是举例，具体应用场景中，用户可以根据实际组网需求进行组网配置，例如可以搭建一家或多家运营商的线路，而针对每个运营商的线路，是否设置备份线路也完全由用户决定，此处不做具体限定。

本发明实施例提供的一种4G通信方法，在VPDN网络架构中，4G路由器上存在多个4G接口时，只需要与一台LNS设备间建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。无需每个4G接口均与LNS设备建立IPsec隧道。且无需担心路由信息被运营商丢弃的问题，降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了4G路由器的维护成本，增加了4G路由器的实用性。

本发明实施例还提供了一种4G通信装置，如图4所示，该装置40包括：

创建模块401，用于创建一个逻辑接口，将4G路由器上的至少两个4G接口与逻辑接口建立关联；

配置模块402，用于按照预设优选规则从至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置逻辑接口的IP地址为优选4G接口的IP地址；

处理模块403，用于以逻辑接口的IP地址为源地址与L2TP网络服务器LNS设备建立IPsec隧道。

配置模块402，具体用于从至少两个4G接口中按照信号强度选取一个信号最强的4G接口为优选4G接口；

将至少两个4G接口中除优选4G接口外的其他4G接口切换为关闭down状态。

配置模块402，具体用于还设置信号采样周期；

在采样周期内采集至少两个4G接口中4G接口的信号值，计算出信号平均值和方差，将计算出的信号平均值最大和方差最小的4G接口为优选4G接口。

装置40还包括获取模块404，用于获取LNS设备为每一个4G接口分配的IP地址。

本发明实施例提供的一种4G通信装置，在VPDN网络架构中，4G路由器上存在多个4G接口时，只需要与一台LNS设备间建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。无需每个4G接口均与LNS设备建立IPsec隧道。且无需担心路由信息被运营商丢弃的问题，降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了4G路由器的维护成本，增加了4G路由器的实用性。

本发明实施例还提供了一种4G通信系统，该系统至少包括如上述实施例所述的一种4G通信装置以及L2TP网络服务器LNS设备。

在本发明实施例中，该4G通信装置可以是指包含在4G路由器中的功能模块，也可以就是4G路由器，具体的，4G路由器上的4G接口向LAC设备发起拨号请求，该拨号请求中携带用户名、密码以及APN等信息，LAC设备根据APN选择与哪个LNS设备建立L2TP隧道，LNS设备为该4G接口分配一个固定的IP地址，通过PPP会话将该IP地址发送给4G接口。当存在多个4G接口时，每个4G接口都可以通过对应的L2TP隧道获取到一个固定IP地址。4G接口获取到IP地址后，以获取到的IP地址为源地址，LNS设备的IP地址为目的IP地址，发起IPsec协商，以与LNS设备建立IPsec隧道。

本发明实施例提供的一种4G通信系统，在VPDN网络架构中，4G路由器上存在多个4G接口时，只需要与一台LNS设备间建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。无需每个4G接口均与LNS设备建立IPsec隧道。且无需担心路由信息被运营商丢弃的问题，降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了4G路由器的维护成本，增加了4G路由器的实用性。

本发明实施例还提供了一种4G路由器，包括：存储器、处理器和至少两个4G接口，所述存储器和所述处理器连接；所述存储器用于存储程序；所述处理器调用存储于所述存储器中的程序，以执行如上述实施例所述的一种4G通信方法。

本发明实施例提供的一种4G路由器，在VPDN网络架构中，4G路由器上存在多个4G接口时，只需要与一台LNS设备间建立一条IPsec隧道，就能有效保证用户访问业务的安全性。无需每个4G接口均与LNS设备建立IPsec隧道。且无需担心路由信息被运营商丢弃的问题，降低了4G路由器的系统资源消耗，减少了4G路由器的维护成本，增加了4G路由器的实用性。

本发明实施例提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一实施例提供的一种4G通信方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的一种4G通信方法的多个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，计算机可读存储介质，如随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、快闪存储器(Flash Memory)，硬盘(Hard Disk Drive，HDD)、固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)、光盘等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种4G通信方法，其特征在于，所述方法包括：

在4G路由器上创建一个逻辑接口，将所述4G路由器上的至少两个4G接口与所述逻辑接口建立关联；

按照预设优选规则从所述至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置所述逻辑接口的IP地址为所述优选4G接口的IP地址；

以所述逻辑接口的IP地址为源地址与L2TP网络服务器LNS设备建立IPsec隧道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设优选规则从所述至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，具体包括：

从所述至少两个4G接口中按照信号强度选取一个信号最强的4G接口为优选4G接口；

将所述至少两个4G接口中除所述优选4G接口外的其他4G接口切换为关闭down状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从至少两个4G接口中按照信号强度选取一个信号最强的4G接口为优选4G接口，包括：

设置信号采样周期；

在采样周期内采集所述至少两个4G接口中4G接口的信号值，计算出信号平均值和方差，将计算出的信号平均值最大和方差最小的4G接口为优选4G接口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在设置所述逻辑接口的IP地址为所述优选4G接口的IP地址之前，所述方法还包括：

所述4G路由器获取所述LNS设备为每一个4G接口分配的IP地址。

5.一种4G通信装置，其特征在于，所述装置包括：

创建模块，用于创建一个逻辑接口，将4G路由器上的至少两个4G接口与所述逻辑接口建立关联；

配置模块，用于按照预设优选规则从所述至少两个4G接口中选取一个优选4G接口，设置所述逻辑接口的IP地址为所述优选4G接口的IP地址；

处理模块，用于以所述逻辑接口的IP地址为源地址与L2TP网络服务器LNS设备建立IPsec隧道。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述配置模块，具体用于从所述至少两个4G接口中按照信号强度选取一个信号最强的4G接口为优选4G接口；

将所述至少两个4G接口中除所述优选4G接口外的其他4G接口切换为关闭down状态。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述配置模块，具体用于还设置信号采样周期；

在采样周期内采集所述至少两个4G接口中4G接口的信号值，计算出信号平均值和方差，将计算出的信号平均值最大和方差最小的4G接口为优选4G接口。

8.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括获取模块，用于获取所述LNS设备为每一个4G接口分配的IP地址。

9.一种4G通信系统，其特征在于，所述系统至少包括如权利要求5-8任一项所述的装置以及L2TP网络服务器LNS设备。

10.一种4G路由器，其特征在于，包括：存储器、处理器和至少两个4G接口，所述存储器和所述处理器连接；

所述存储器用于存储程序；

所述处理器调用存储于所述存储器中的程序，以执行如权利要求1-4任一项所述的方法。