CN1129280C - 服务通用分组无线业务支持节点中数据包的转发方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种服务通用分组无线业务支持节点中数据包的转发方法，在SGSN中的GTP处理模块与核心路由模块之间增加一个数据包转发模块，该模块根据接收的数据包的TEID的值与GTP处理模块的TEID值的对应关系，可将所述数据包转发到相应的GTP处理模块上，使得整个SGSN内部的多个GTP处理模块可以通过一个对外的IP地址进行数据包的传送，进而达到在不影响SGSN中的分组数据包处理效率的基础上有效利用IP地址的目的。
Description
技术领域
本发明涉及GPRS(无线通用业务分组)系统中的SGSN(服务GPRS支持节点)中分组数据包的处理方法。
背景技术
GPRS作为一种新的GSM(全球移动通信系统)数据业务，可以给移动用户提供无线分组数据接入服务，为此需要在传统的GSM系统中引入新的网络接口和通信协议，目前在GPRS系统中引入GSN(GPRS支持节点)节点。在GPRS系统中，主要增加了两种核心节点设备，一种是SGSN(服务GSN)，一种是GGSN(网关GSN)。其中SGSN负责将分组发送到服务区内的MS(移动台)，PDU(协议数据单元)在源GSN被封装，在目的GSN拆包；GGSN负责将PDU通过隧道传送到为MS服务的当前SGSN；在两个GSN之间，GTP(GPRS隧道协议)通过对PDU添加路由信息把PDU送入GPRS骨干网内的隧道。在GPRS系统的传输层和网络层使用UDP(用户数据报协议)/IP(互联网协议)协议，因此在SGSN、GGSN的设计过程中，需要处理上述协议。在GPRS系统的SGSN中，GTP协议要完成路径管理、隧道管理、位置管理和移动管理等功能，它用于在用户面通过隧道传送分组包，包括IP包和PPP包，在控制面传送移动管理、会话管理等控制信息。由于GTP协议运行在UDP协议之上，单是处理IP协议，所耗资源就比较大，采用软件处理分组包每块单板的处理能力只有每秒十几万包，如果加上UDP和GTP协议层处理，经实际测试处理能力不超过每秒3万包，对于需要每秒处理几十万乃至上百万包的GPRS核心网设备，一个GTP协议处理模块显然无法满足性能需求，因此需要多块GTP协议处理模块。如果采用通常处理方法，每块GTP协议处理模块分配一个IP地址，以便在IP层与外界通信，结果是每个GSN会占用多个IP地址。由于目前IPv4的地址长度只有4个字节，IP地址已经非常紧张，为了实现不同PLMN之间的漫游，运营商通常在PLMN(公用陆地移动通信网)中为节点设备分配公共的IP地址空间。如果一个GSN就占用多个IP地址，对地址资源是一个浪费。
发明内容
为有效利用IP地址，本发明的目的在于，提供一种GPRS系统SGSN中的数据包的转发方法，使得在不影响GPRS系统SGSN中的分组数据包处理效率的基础上有效利用IP地址。
为达到上述目的，本发明提供了一种服务通用分组无线业务支持节点中数据包的转发方法，该方法包括：
接收传送到本SGSN节点的数据包；
判断所述数据包的目的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
上面所述将数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块。首先判断所述数据包的GTP版本，如果所述GTP版本为版本1，根据所述数据包的TEID(隧道端点标识)转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，如果所述GTP版本为版本0，根据所述数据包的Flow Label ID(流标识)转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
上面所述根据数据包的TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是当所述数据包的TEID≠0，且在本SGSN中存在相应TEID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；当所述数据包的TEID＝0，或者在本SGSN中不存在相应TEID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点特定的GTP处理模块。
上面所述根据数据包的Flow Label ID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是当所述数据包的Flow Label ID≠0，且在本SGSN中存在相应Flow Label ID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；当所述数据包的Flow LabelID＝0，或者在本SGSN中不存在相应Flow Label ID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点特定的GTP处理模块。
本发明还提供一种服务通用分组无线业务支持节点中数据包的转发装置，该装置位于SGSN中的GTP处理模块与核心路由模块之间，它包括：
接收模块，用于接收传送到本SGSN节点的数据包；
数据包判断转发模块，用于判断所述数据包的目的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN：如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
上述数据包判断转发模块包括：
第一判断转发模块，用于判断所述数据包的目的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到第二判断转发模块；
第二判断转发模块，用于判断所述数据包的GTP版本，如果为版本1，将所述数据包转发到第三判断转发模块；如果为版本0，将所述数据包转发到第四判断转发模块；
第三判断转发模块，用于根据所述数据包的TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；
第四判断转发模块，用于根据所述数据包的Flow Label ID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
由于本发明在SGSN中的GTP处理模块与核心路由模块之间设置了数据包转发模块，因此可以由该转发模块把所有进入本SGSN的GTP包按照GTP标识转发到相应的GTP处理模块上，在定义转发规则时，对于GTP版本1，为每个GTP处理模块分配一段TEID空间，对于GTP版本0，为每个GTP处理模块分配一段Flow Label ID，这样，当转发模块收到传送到本SGSN节点的数据包时，根据所述数据包的TEID或Flow Label ID的值的范围与GTP处理模块的TEID或FlowLabel ID值的范围的对应关系，即可将所述数据包转发到相应的GTP处理模块上。采用上述工作方式，数据包转发模块在SGSN内部的工作仅仅是根据数据包的TEID或Flow Label ID对数据包进行转发，这样，数据包的转发可以采用网络处理器进行，以使数据包转发模块取得接近线速的转发速度，而且使得整个SGSN内部的多个GTP处理模块在不超过所述数据包转发模块的转发能力时，可以通过一个对外的IP地址进行数据包的传送，进而达到在不影响GPRS系统SGSN中的分组数据包处理效率的基础上有效利用IP地址的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述；
图1是本发明所述方法的实施例流程图；
图2是本发明所述转发装置的实施例框图；
图3是GPRS系统逻辑结构图；
图4是SGSN原理结构图。
具体实施方式
GPRS是一种新的GSM数据业务，它可以给移动用户提供无线分组接入服务，它主要是在移动用户和远端的数据网络之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP业务和其它业务。GPRS系统逻辑结构参考图3。如图3所示，GSN是GPRS系统的重要网络节点，它可以连接各种类型的数据网络，且具有移动路由管理功能。GSN有两种类型，一种为SGSN，一种为GGSN，在由移动台发起数据传送时，SGSN对传送来的分组数据进行封装并选择路由，将封装好的数据包送到相应的主机。来自相应主机的分组数据包，在检查其目的地址之后，通过PDN(分组数据网)路由到GGSN，GGSN在检查与目的地址有关的路由信息，确定出SGSN的地址和隧道信息，然后将分组封装后转发到SGSN，由SGSN发送到移动台。SGSN作为GPRS系统的核心节点，能够完成移动性管理、会话管理、数据转发等功能，在无线侧SGSN与BSS(基站系统)或者UTRAN(UMTS陆地无线接入网)相连，在网络侧与GGSN相连，为移动用户提供分组数据业务。
由于SGSN需要处理的分组数据包的数量巨大，因此在其内部有多个GTP协议处理模块进行数据包的处理，如果按照通常的方法，每个GTP协议处理模块都要具有一个IP地址，对IP地址资源带来了浪费。为了解决这个问题，本发明提供了一种能够节省IP地址的、在SGSN中数据包的转发方法，同时还提供了在SGSN中数据包的转发实现机制。
按照本发明所述的方法，在SGSN中，多个GTP协议处理模块共用一个IP地址进行分组数据包的传送。为实现该方法，首先要创建IP地址属性表，用于判断接收到的数据包的IP地址，以转发所述数据包到相应的GTP协议处理模块。根据本发明，所述IP地址属性表应包括以下字段：
IP地址，IP地址类型，输出VPI值，输出VCI值。其中，
IP地址：IP协议头中的地址标识，用户标识网络中的节点地址。
IP地址类型：用以描述所述IP地址是本SGSN RNC地址、上一个SGSN地址或者GGSN地址。
VPI/VCI输出值：ATM(异步传模式)网络中的链路标识。一组VPI/VCI标识一个虚链接。
GTP模块状态：指明当前的GTP处理模块是否处于正常工作状态。
TEID/Flow Label ID的最大值、最小值：用于指明该段标识属于本GTP处理模块。
上述IP地址表以HASH表组织，这样查询速度快，不但提高IP地址HASH表的直接命中率，查询的效率比较高，而且在增加和修改IP地址表优化表的组织时，增加和修改的频率的不高，所以最好采用这种HASH表的方式。实际中，HASH表可以用数组实现。
上述IP地址表还可以包括一个状态字段，用以指示所述IP地址表中的设备或模块是否有效，这样更能方便所述IP地址表的使用和维护。
该方法还创建所述GTP处理模块的TEID表，用于判断所述数据包的TEID的范围，以有效转发接收到的分组数据包。所述TEID表包括以下字段：
GTP处理模块TEID的最小值，GTP处理模块TEID的最大值，输出VPI值，输出VCI值，GTP模块状态。
该TEID表可以用数组组织，在制定分组数据包的转发规则时，可以将每个GTP协议模块的TEID范围设置为等长，假设该长度记为TEID-INT，这样查找时用分组数据包的TEID除以TEID INT可以直接得到数组下标，找到VPI/VCI，一次命中。
考虑到实现GTP版本1的SGSN和GGSN能够处理GTP版本0的数据，因此还要创建所述GTP处理模块的Flow Label ID表，用于判断所述数据包的Flow Label ID，以转发所述GTP版本0的数据包。所述FlowLabel ID表包括以下字段：
GTP处理模块Flow Label ID的最小值，GTP处理模块Flow LabelID的最大值，输出VPI值，输出VCI值，GTP模块状态。
同样，所述Flow Label ID表可以采用TEID表的组织方式，将每个GTP协议模块的Flow Label ID范围设置为等长，以快速找到出相应的VPI/VCI。
图1是本发明所述方法的实施例流程图。按照图1，在SGSN内部实现本发明所述方法的步骤1，接收传送到本SGSN节点的数据包。由于所述数据包的目的地址不同，例如可能不属于本节点，或者可能是从本节点的GTP协议处理模块接收到的需要转发到本节点的路由模块的数据包，因此，在步骤2，判断所述数据包的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，则在步骤3，判断所述数据包的GTP版本，如果为版本1，根据所述数据包的TEID(隧道端点标识)转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，如果为版本0，在步骤4，根据所述数据包的Flow LabelID(流标识)转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
上述根据数据包的TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是当所述数据包的TEID≠0，且在本SGSN中存在相应TEID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；当所述数据包的TEID＝0，或者在本SGSN中不存在相应TEID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点特定的GTP处理模块。
同样，上述根据数据包的Flow Label ID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是当所述数据包的Flow Label ID≠0，且在本SGSN中存在相应Flow Label ID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；当所述数据包的FlowLabel ID＝0，或者在本SGSN中不存在相应Flow Label ID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点特定的GTP处理模块。
在转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块过程中定位所述GTP处理模块时，即可用接收到的分组数据包的TEID或FlowLabel ID的值除以上述GTP协议处理模块的TEID或Flow Label ID的范围长度直接找到相应的GTP处理模块，当然实际中也可以采用比较的方法，即用分组数据包的TEID或Flow Label ID范围与GTP处理模块的TEID或Flow Label ID相比较，进而定位所述GTP处理模块。
本发明提供的数据包的转发装置位于SGSN中的GTP处理模块与核心路由模块之间，参考图4。本发明所述转发模块的实施例参考图2；图2所示的数据包的转发模块包括：
接收模块1，用于接收传送到本SGSN节点的数据包；
数据包判断转发模块2，用于判断所述数据包的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
所述数据包判断转发模块具体包括：
第一判断转发模块21，用于判断所述数据包的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到第二判断转发模块；
第二判断转发模块22，用于判断所述数据包的GTP版本，如果为版本1，将所述数据包转发到第三断转发模块；如果为版本0，将所述数据包转发到第四断转发模块；
第三断转发模块23用于根据所述数据包的TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；
第四断转发模块24用于根据所述数据包的Flow Label ID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
由于上述转发过程中只涉及到对特定的字段进行读取和判断，不涉及对数据包的折分和组装功能(该功能放在GTP处理模块上实现)，可能通过网络处理器实现数据包的转发，从而达到线速处理的速度。
根据上述装置，对于本SGSN节点接收到的任意分组数据包，经所述模块相应的第一至第四判断转发模块即可将所述数据包转发到该数据包的目的地址。假设本SGSN的IP地址为10.110.1.1，内部有3个GTP处理模块，每个GTP处理模块的TEID范围如下表所示：
| TEID最小值 | TEID最大值 | 输出VPI值 | 输出VCI值 | GTP模块状态 |
| 15 | 25 | 15 | 25 | 可用 |
| 26 | 35 | 35 | 45 | 可用 |
| 36 | 45 | 26 | 44 | 可用 |
IP地址表的内容如下所示：
| IP地址 | IP地址类型 | 输出VPI值 | 输出VCI值 | 状态 |
| 10.110.1.1 | SGSN | 33 | 55 | |
| 10.100.2.1 | GGSN | 43 | 66 | |
| 10.111.1.1 | RNC | 53 | 77 |
当接收到的分组数据包携带的IP地址为10.110.1.1，IP的负载协议为UDP协议，GTP版本为版本1，TEID值为15-25，该数据包经第一判断转发模块21判断后，由于所述数据包的目的IP地址为本SGSN的IP地址，所以将所述数据包转发到所述第二判断转发模块22，该模块继续对所述数据包的GTP版本进行判断，由于所述GTP版本为版本1，进而将所述数据包转发到第四判断转发模块23，该模块继续对所述数据包的TEID值进行判断，由于所述TEID值的范围为15-25，进而根据上述TEID的值将数据包转发到与该TEID值相对应的GTP处理模块。
由上述可见，采用本发明进行SGSN内部的数据包转发，能够达到有效利用IP地址的目的。
Claims (10)
1、一种服务通用分组无线业务支持节点中数据包的转发方法，该方法包括：
接收传送到本SGSN节点的数据包；
判断所述数据包的目的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的无线网络控制器RNC/GPRS支持节点GSN；如果是本节点GPRS隧道协议GTP使用的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
2、根据权利要求1所述的数据包的转发方法，其特征在于：所述将数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是对所述数据包的GTP版本号进行判断，如果为版本1，根据所述数据包的隧道端点标识TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，如果为版本0，根据所述数据包的流标识Flow LabelID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
3、根据权利要求2所述的数据包的转发方法，其特征在于：所述根据数据包的TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是当所述数据包的TEID≠0，且在本SGSN中存在相应TEID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；当所述数据包的TEID＝0，或者在本SGSN中不存在相应TEID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点特定的GTP处理模块。
4、根据权利要求2所述的数据包的转发方法，其特征在于：所述根据数据包的Flow Label ID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块，是当所述数据包的Flow LabelID≠0，且在本SGSN中存在相应Flow Label ID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；当所述数据包的Flow Label ID＝0，或者在本SGSN中不存在相应Flow Label ID的GTP处理模块时，转发所述数据包到本SGSN节点特定的GTP处理模块。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的数据包的转发方法，其特征在于：该方法还创建IP地址属性表，用于判断所述数据包的目的IP地址，以转发所述数据包；所述IP地址属性表包括以下字段：
IP地址，IP地址类型，输出虚通路识别符VPI值，输出虚信道识别符VCI值。
6、根据权利要求3所述的数据包的转发方法，其特征在于：该方法还创建所述GTP处理模块的TEID表，用于判断所述数据包的TEID，以转发所述数据包；所述TEID表包括以下字段：
GTP处理模块TEID的最小值，GTP处理模块TEID的最大值，输出VPI值，输出VCI值，GTP模块状态。
7、根据权利要求4所述的数据包的转发方法，其特征在于：该方法还创建所述GTP处理模块的Flow Label ID表，用于判断所述数据包的Flow Label ID，以转发所述数据包；所述Flow Label ID表包括以下字段：
GTP处理模块Flow Label ID的最小值，GTP处理模块Flow LabelID的最大值，输出VPI值，输出VCI值，GTP模块状态。
8、一种服务通用分组无线业务支持节点中数据包的转发装置，该装置位于SGSN中的GTP处理模块与核心路由模块之间，其特征在于：该装置包括：
接收模块，用于接收传送到本SGSN节点的数据包；
数据包判断转发模块，用于判断所述数据包的目的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
9、根据权利要求8所述的数据包转发装置，其特征在于：所述数据包判断转发模块包括：
第一判断转发模块，用于判断所述数据包的IP地址，如果是本节点使用的路由协议信息地址或非本节点的IP地址，将所述数据包转发到本SGSN的路由模块，以进一步对所述数据包进行处理，或者转发到相应的RNC/GSN；如果是本节点GTP隧道使用的IP地址，将所述数据包转发到第二判断转发模块；
第二判断转发模块，用于判断所述数据包的GTP版本，如果为版本1，将所述数据包转发到第三判断转发模块；如果为版本0，将所述数据包转发到第四判断转发模块；
第三判断转发模块，用于根据所述数据包的TEID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块；
第四判断转发模块，用于根据所述数据包的Flow Label ID转发所述数据包到本SGSN节点相应的GTP处理模块。
10、根据权利要求9所述的数据包转发装置，其特征在于：使用网络处理器实现所述数据包的转发。
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