CN114641038A - 一种基于5g基站的局域网业务分流系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于5G基站的局域网业务分流系统和方法，将5G基站分为gNB服务站和gNB锚点站，gNB锚点站不仅仅与5G核心网通信，还与局域网的本地服务器通信，统一负责本地上下行业务数据的收发，使本地上下行业务数据不需要经过5G核心网，只需要gNB锚点站进行NAT端口转换后再转发给gNB服务站，降低了回传网络的传输压力，也不需要复杂的计算来确定边缘位置，由于直接部署在5G基站上，也省掉了绕过核心网的开销，可以快速广泛投入应用。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种基于5G基站的局域网业务分流系统和方法。
背景技术
5G时代，移动通信从最初的人与人之间的通信开始转向人与物，物与物之间的通信。AR/VR、物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被大量引入，导致对带宽、时延、安全性等方面的需求越来越严格，传统云的集中部署方式已经无法满足业务需求。
在这种情况下，3GPP引入了MEC（Multi-Access Edge Computing，多接入边缘计算）架构。MEC是在核心网内部署的一个节点，运行在移动网络边缘。对于企业园区，企业员工在园区内的办公数据可以通过MEC直接与本地应用或服务器进行交互，而个人数据流量传给中心网络进行处理。这样可避免所有流量都迂回到中心网络进行处理，减轻网络回传的传输压力和建网成本，即保证了在园区内访问本地网络的高带宽和低时延，也满足了本地数据的完全性要求。
5G基站（gNB）采用了分布式布局，分为CU（Centralized Unit，集中单元）和DU（Distributed Unit，分布单元）两个节点。SDAP层和PDCP层设置在CU上，RLC层、MAC层和PHY层设置在DU上。从上到下依次是：SDAP（Service Data Adaptation Protocol，业务数据适配协议）层、PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议）层、RLC（RadioLink Control，无线链路控制）层，MAC（Medium Access Control，媒体介入控制)层、以及PHY层（物理层）。5G网络中，为了实现本地业务分流功能，需要将UPF（User PlaneFunction 用户面功能）下沉到网络边缘MEC上，本地数据无需上传至核心网，而是通过MEC转发到本地网络。但是这种方法需要精确的边缘计算，而且下沉UPF是一个很复杂的功能，目前还不能广泛投入应用。
因此，有必要提出一种基于5G基站的局域网业务分流系统和方法，可将上行个人数据和上行企业数据有效分流，减轻回传网络的传输压力，同时，不需要经过核心网，也不需要复杂的计算来确定边缘位置，由于直接部署在5G基站上，也省掉了绕过核心网的开销，可以快速广泛投入应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于5G基站的局域网业务分流系统和方法，其可通过5G基站将企业员工在园区内的本地办公业务数据和个人业务数据进行分流，使本地办公业务数据不需要经过5G核心网，减轻了传输压力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于5G基站的局域网业务分流系统，所述5G基站包括相互通信连接的gNB服务站和gNB锚点站，所述gNB锚点站还与局域网的本地服务器通信连接；
在进行上行业务时，所述gNB服务站和gNB锚点站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则所述gNB服务站和gNB锚点站向5G核心网服务器发送所述上行个人业务数据；
如是上行本地业务数据，则，所述gNB服务站在所述上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向所述gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据；所述内部字段包含本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例；
所述gNB锚点站根据所述用户终端发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例，以及数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
以及，所述gNB锚点站根据所述gNB服务站发送的封装后的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将所述内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
在进行下行业务时，所述gNB服务站和gNB锚点站接收5G核心网发送的下行个人业务数据，再发送给用户终端；
所述gNB锚点站还接收所述本地服务器发送的下行本地业务数据，根据所述下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据所述gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向用户终端发送所述下行本地业务数据；否则在所述下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和包含所述gNBID，UEID和SDAP实例的内部字段，再封装协议头，向对应所述gNBID的gNB服务站发送封装后的下行本地业务数据；
所述gNB服务站接收所述封装后的下行本地业务数据后，再发送给用户终端。
更进一步的，所述gNB服务站和gNB锚点站均包括与所述用户终端通信连接的分布单元DU，和连接所述分布单元DU的基中单元CU，和连接所述基中单元CU的GTPU模块和分流模块，以及连接所述GTPU模块和分流模块的传输模块；
所述分布单元DU用于接收用户终端发送的上行业务数据并分配SDAP实例，以及接收基中单元CU发送的下行个人业务数据和下行本地业务数据，再转发给用户终端；
所述基中单元CU包括PDCP模块、SDAP模块和上行分类器；所述PDCP模块用于对所述上行业务数据进行PDCP层处理后发送给所述SDAP模块，对所述下行个人业务数据和下行本地业务数据进行PDCP层处理后发送给所述分布单元DU；所述SDAP模块用于对所述上行业务数据进行SDAP层处理后发送给所述上行分类器，对所述下行个人业务数据和下行本地业务数据进行SDAP层处理后发送给所述PDCP模块；所述上行分类器用于根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则发送到所述GTPU模块，如是上行本地业务数据，则发送到所述分流模块；
所述GTPU模块用于将所述上行个人业务数据进行GTPU层处理后发送到所述传输模块；以及将所述下行个人业务数据进行GTPU层处理后发送到所述SDAP模块；
所述gNB服务站的分流模块用于在进行上行业务时，在所述上行分类器发送的上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向所述gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据；所述内部字段包含本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站的分布单元DU分配的SDAP实例；以及，在进行下行业务时，接收所述gNB锚点站发送的封装后的下行本地业务数据后，根据数据包携带的SDAP实例，投递到本基站的SDAP模块；
所述gNB锚点站的分流模块用于在进行上行业务时，根据所述上行分类器发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站的分布单元DU分配的SDAP实例，以及所述上行本地业务数据中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述传输模块发送封装后的上行本地业务数据；根据所述gNB服务站发送的所述上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将所述内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及所述源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，发送到所述传输模块；以及，在进行下行业务时，根据所述下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据所述gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向所述SDAP模块发送所述下行本地业务数据，否则在所述下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和包含所述gNBID，UEID和SDAP实例的内部字段，再封装协议头，发送到所述传输模块；
所述gNB服务站的传输模块用于与所述gNB锚点站和所述5G核心网服务器进行数据通信；在进行上行业务时，将所述GTPU模块发送的上行个人业务数据发送给所述5G核心网服务器，将所述分流模块发送的上行本地业务数据发送给所述gNB锚点站；以及在进行下行业务时，将所述5G核心网服务器发送的下行个人业务数据发送给所述GTPU模块，将所述gNB锚点站发送的下行本地业务数据发送给所述分流模块；
所述gNB锚点站的传输模块用于与所述gNB服务站、所述5G核心网服务器和所述本地服务器进行数据通信；在进行上行业务时，将所述GTPU模块发送的上行个人业务数据发送给所述5G核心网服务器，将所述分流模块发送的上行本地业务数据发送给所述5G核心网服务器；将所述gNB服务站发送的上行本地业务数据发送给所述分流模块；在进行下行业务时，将所述5G核心网服务器发送的下行个人业务数据发送给所述GTPU模块，将所述本地服务器发送的下行个人业务数据发送给所述分流模块，将所述分流模块发送的下行本地业务数据发送给所述gNB服务站。
更进一步的，所述gNB锚点站的分流模块查找NAT表之前，先根据所述上行本地业务数据中携带的所述UDP端口固定号，来判断所述上行本地业务数据是否为所述gNB服务站发送的。
更进一步的，所述分流规则为基于所述上行业务数据的源IP五元组的分流判断规则，基于所述上行业务数据的NSSI切片ID的分流判断规则，基于所述上行业务数据的PLMN信息的分流判断规则三者中的一种或多种。
更进一步的，所述gNB锚点站根据所述上行本地业务数据中携带的源IP五元组查找NAT表中与所述源IP五元组的五个元素全部对应的NAT端口号，如有其中一个元素在所述NAT表中查找不到，则新增一NAT端口号。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种基于5G基站的局域网业务分流方法，在进行上行业务时，包括以下步骤：
步骤S1a.所述gNB服务站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则执行步骤S2a；如是上行本地业务数据，则执行步骤S3a；
步骤S1b.所述gNB锚点站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则执行步骤S2b；如是上行本地业务数据，则执行步骤S3b；
步骤S2a.所述gNB服务站向所述5G核心网服务器发送所述上行个人业务数据；
步骤S2b.所述gNB锚点站向所述5G核心网服务器发送所述上行个人业务数据；
步骤S3a.所述gNB服务站在所述上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向所述gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据，再进入步骤S4；所述内部字段包含本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例；
步骤S3b.所述gNB锚点站根据所述用户终端发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例，以及所述数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
步骤S4.所述gNB锚点站根据所述gNB服务站发送的封装后的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将所述内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及所述数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
在进行下行业务时，包括以下步骤：
步骤S5a.所述gNB服务站接收所述5G核心网服务器发送的下行个人业务数据，发送给用户终端；
步骤S5b.所述gNB锚点站接收所述5G核心网服务器发送的下行个人业务数据，发送给用户终端；
步骤S5c.所述gNB锚点站接收所述本地服务器发送的下行本地业务数据，执行步骤S6；
步骤S6.所述gNB锚点站根据所述下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据所述gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向用户终端发送所述下行本地业务数据；否则在所述下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和所述内部字段，再封装协议头，再执行步骤S7.
步骤S7.所述gNB锚点站向对应所述gNBID的gNB服务站发送封装后的下行本地业务数据；
步骤S8.所述gNB服务站接收所述封装后的下行本地业务数据后，再发送给用户终端；
所述步骤S1a和步骤S1b，步骤S2a和步骤S2b，步骤S3a和步骤S3b，步骤S5a、步骤S5b和步骤S5c的执行不分先后顺序。
更进一步的，所述步骤S4中，所述gNB锚点站查找NAT表之前，先根据所述上行本地业务数据中携带的所述UDP端口固定号，来判断所述上行本地业务数据是否为所述gNB服务站发送的。
更进一步的，所述分流规则为基于所述上行业务数据的源IP五元组的分流判断规则，基于所述上行业务数据的NSSI切片ID的分流判断规则，基于所述上行业务数据的PLMN信息的分流判断规则三者中的一种或多种。
更进一步的，在所述步骤S3b和S4中，所述gNB锚点站根据所述上行本地业务数据中携带的源IP五元组查找NAT表中与所述源IP五元组的五个元素全部对应的NAT端口号，如有其中一个元素在所述NAT表中查找不到，则新增一NAT端口号。
更进一步的，在所述步骤S3a和S3b之前，所述5G基站先根据预设参数判断自身为gNB服务站还是gNB锚点站，如为gNB服务站则执行步骤S3a，如为gNB锚点站则执行步骤S3b。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明将5G基站分为gNB服务站和gNB锚点站，gNB锚点站不仅仅与5G核心网通信，还与局域网的本地服务器通信，统一负责本地上下行业务数据的收发，使本地上下行业务数据不需要经过5G核心网，只需要gNB锚点站进行NAT端口转换后再转发给gNB服务站，降低了回传网络的传输压力，也不需要复杂的计算来确定边缘位置，由于直接部署在5G基站上，省掉了绕过核心网的开销，可以快速广泛投入应用。
附图说明
图1是本发明实施例的基于5G基站的局域网业务分流系统架构图；
图2是本发明实施例的gNB服务站和gNB锚点站结构图；
图3a是本发明实施例的用户终端UE发送的上行本地业务数据包格式图；
图3b是本发明实施例的gNB服务站发送给gNB锚点站的上行本地业务数据包格式图；
图3c是本发明实施例的gNB锚点站发送给本地服务器的上行本地业务数据包格式图；
图4a是本发明实施例的本地服务器发送到gNB锚点站的下行本地业务数据包格式图；
图4b是本发明实施例的gNB锚点站发送到gNB服务站的下行本地业务数包格式图。
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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
参考图1和图2，本发明实施例的基于5G基站的局域网业务分流系统包括相互通信连接的gNB服务站和gNB锚点站，其中gNB锚点站还与局域网的本地服务器通信连接。
在本实施例中，在进行上行业务时，包括以下步骤：
步骤S1a.gNB服务站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则执行步骤S2a；如是上行本地业务数据，则执行步骤S3a。
步骤S1b.gNB锚点站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则执行步骤S2b；如是上行本地业务数据，则执行步骤S3b。
在本实施例中，分流规则为基于上行业务数据的源IP五元组的分流判断规则，基于上行业务数据的NSSI（network slice subnet instance，网络切片子网实例）切片ID的分流判断规则，基于上行业务数据的PLMN （Public Land Mobile Network，公共陆地移动网）信息的分流判断规则三者中的一种或多种。IP五元组包含源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号和传输层协议五个元素。
具体的，在搭建本地局域网时，可预先将个人业务数据和本地业务数据的源IP五元组、NSSI切片ID和PLMN 设置成不同的范围，如业务数据包的源IP五元组、NSSI切片ID和PLMN在预设的个人业务数据的范围内，则gNB服务站和gNB锚点站可判断该数据包为个人业务数据；如业务数据包的源IP五元组、NSSI切片ID和PLMN在预设的本地业务数据的范围内，则gNB服务站和gNB锚点站可判断该数据包为本地业务数据。具体的数值范围可根据实际情况进行设置。
步骤S2a.gNB服务站向5G核心网服务器发送上行个人业务数据。
步骤S2b.gNB锚点站向5G核心网服务器发送上行个人业务数据。
步骤S3a.gNB服务站在上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据，再进入步骤S4；内部字段包含本基站的gNBID，本基站给用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例。UDP端口固定号为一个固定的UDP端口号，可设为50000，或其他数值。
具体的，在本实施例中，协议头为以太头，也可根据传输模块的不同类型使用其他协议头，都不影响本发明的实施。gNB服务站仅在用户终端UE发送的上行本地业务数据包前增加字段，其余部分不做改动。gNB锚点站的IP地址预设在gNB服务站中，gNB服务站可根据预设的gNB锚点站的IP地址向gNB锚点站发送上行本地业务数据。
如图3a所示，用户终端UE发送的上行本地业务数据包中包括源IP及源端口号，UDP或TCP头，及data数据。
如图3b所示，gNB服务站封装后的上行本地业务数据数据包中包括以太头，本站IP，UDP端口固定号，内部字段，源IP及源端口号，UDP或TCP头以及data数据。其中，内部字段包括gNBID，UEID和SDAP实例。在本实施例中，内部字段仅使用在gNB服务站与gNB锚点站之间的通信过程中。
步骤S3b.gNB锚点站根据用户终端UE发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT（Network Address Translation，网络地址转换）表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例，以及数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和NAT端口号，再封装协议头，向本地服务器发送封装后的上行本地业务数据。
在本实施例中，在步骤S3a和S3b之前，5G基站先根据预设参数判断自身为gNB服务站还是gNB锚点站，如为gNB服务站则执行步骤S3a，如为gNB锚点站则执行步骤S3b。5G基站在收到上行业务数据之初建立数据承载时，就给该数据包分配SDAP实例，并保存该数据包的源IP五元组和SDAP实例的对应关系。
如图3c所示，gNB锚点站封装的上行本地业务数据包中包括以太头，本站IP及NAT端口号，UDP或TCP头，及data数据。
步骤S4.gNB锚点站根据gNB服务站发送的封装后的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和NAT端口号，再封装协议头，向本地服务器发送封装后的上行本地业务数据。
具体的，在步骤S4中，gNB锚点站查找NAT表之前，先根据上行本地业务数据中携带的UDP端口固定号，来判断上行本地业务数据是否为gNB服务站发送的。
然后，gNB锚点站再根据gNB服务站或用户终端发送的上行本地业务数据中携带的源IP五元组查找NAT表中与源IP五元组的五个元素全部对应的NAT端口号，如有其中一个元素在NAT表中查找不到，则认为无对应的NAT端口号，需新增一NAT端口号。NAT端口号可从50001或其他编号开始逐一增加，每增加一个NAT端口号，就在NAT表中新增一条记录。
在本实施例中，在进行下行业务时，包括以下步骤：
步骤S5a.gNB服务站接收5G核心网服务器发送的下行个人业务数据，发送给用户终端。
步骤S5b.gNB锚点站接收5G核心网服务器发送的下行个人业务数据，发送给用户终端。
具体的，gNB服务站和gNB锚点站接收到5G核心网服务器发送的下行个人业务数据后，经过GTPU模块、SDAP模块和PDCP模块按协议标准处理后，发送到分布单元DU处理，再发送到用户终端UE。无需经过分流模块和上行分类器处理。
步骤S5c.gNB锚点站接收本地服务器发送的下行本地业务数据，执行步骤S6；
步骤S6.gNB锚点站根据下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向用户终端发送下行本地业务数据；否则在下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和包含gNBID，UEID和SDAP实例的内部字段，再封装协议头，再执行步骤S7。
具体的，如图4a所示，本地服务器发送到gNB锚点站的下行本地业务数据包中包括以太头，目的IP及目的端口号，UDP或TCP头，及data数据。其中，目的IP及目的端口号，为gNB锚点站发送给本地服务器的上行本地业务数据包中携带的本站IP及NAT端口号，两者是对应关系，即一个上行本地业务数据包中携带的本站IP及NAT端口号，对应一个下行本地业务数据包中携带的目的IP及目的端口号。因此，gNB锚点站通过该目的端口号查找NAT表即可获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号。
如图4b所示，gNB锚点站发送给gNB服务站的下行本地业务数据包中包括以太头，本站IP，UDP端口固定号，内部字段，源IP及源端口号，UDP或TCP头，及data数据。其中，UDP端口固定号为一个固定的UDP端口号，可设为50000，或其他数值，但需与gNB服务器发送给gNB锚点站的上行本地业务数据包中的UDP端口固定号保持一致。另外，此处内部字段为gNB服务器发送给gNB锚点站的上行本地业务数据包中携带的内部字段，gNB锚点站已提前保存在NAT表中。
步骤S7.gNB锚点站向对应gNBID的gNB服务站发送封装后的下行本地业务数据。
步骤S8.gNB服务站接收封装后的下行本地业务数据后，再发送给用户终端。
gNB服务站和gNB锚点站将下行本地业务数据经过分流模块处理后，发送到SDAP模块，经SDAP模块和PDCP模块按协议标准处理后，再发送到分布单元DU按协议标准处理，再发送到用户终端UE。
在本实施例中，步骤S1a和步骤S1b，步骤S2a和步骤S2b，步骤S3a和步骤S3b，步骤S5a、步骤S5b和步骤S5c的执行不分先后顺序。
另外，再如图2所示，本发明实施例的gNB锚点站和gNB服务站均包括与用户终端通信连接的分布单元DU，和连接分布单元DU的基中单元CU，和连接基中单元CU的GTPU（GPRSTunnelling Protocol for the user plane，GPRS用户面隧道协议）模块和分流模块，以及连接GTPU模块和分流模块的传输模块。
分布单元DU用于接收用户终端发送的上行业务数据并分配SDAP实例，以及接收基中单元CU发送的下行个人业务数据和下行本地业务数据，再转发给用户终端。
基中单元CU包括PDCP模块、SDAP模块和上行分类器；PDCP模块用于对上行业务数据进行PDCP层处理后发送给SDAP模块，对下行个人业务数据和下行本地业务数据进行PDCP层处理后发送给分布单元DU；SDAP模块用于对上行业务数据进行SDAP层处理后发送给上行分类器，对下行个人业务数据和下行本地业务数据进行SDAP层处理后发送给PDCP模块；上行分类器用于根据预设的分流规则判断上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则发送到GTPU模块，如是上行本地业务数据，则发送到分流模块。
GTPU模块用于将上行个人业务数据进行GTPU层处理后发送到传输模块；以及将下行个人业务数据进行GTPU层处理后发送到SDAP模块。
在本实施例中，gNB锚点站和gNB服务站的分布单元DU、SDAP模块、PDCP模块，GTPU模块和传输模块均按照相应的协议标准处理上下行业务数据。
gNB服务站的分流模块用于在进行上行业务时，在上行分类器发送的上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据；内部字段包含本基站的gNBID，本基站给用户终端分配的UEID和本基站的分布单元DU分配的SDAP实例；以及，在进行下行业务时，接收gNB锚点站发送的封装后的下行本地业务数据后，根据数据包携带的SDAP实例，投递到本基站的SDAP模块。
gNB锚点站的分流模块用于在进行上行业务时，根据上行分类器发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给用户终端分配的UEID和本基站的分布单元DU分配的SDAP实例，以及上行本地业务数据中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换源IP和源端口号为本基站IP和NAT端口号，再封装协议头，向传输模块发送封装后的上行本地业务数据；根据gNB服务站发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和NAT端口号，再封装协议头，发送到传输模块；以及，在进行下行业务时，根据下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向SDAP模块发送下行本地业务数据，否则在下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和包含gNBID，UEID和SDAP实例的内部字段，再封装协议头，发送到传输模块。
在本实施例中，gNB锚点站的分流模块查找NAT表之前，先根据上行本地业务数据中携带的UDP端口固定号，来判断上行本地业务数据是否为gNB服务站发送的。
gNB服务站的传输模块用于与gNB锚点站和5G核心网服务器进行数据通信；在进行上行业务时，将GTPU模块发送的上行个人业务数据发送给5G核心网服务器，将分流模块发送的上行本地业务数据发送给gNB锚点站；以及在进行下行业务时，将5G核心网服务器发送的下行个人业务数据发送给GTPU模块，将gNB锚点站发送的下行本地业务数据发送给分流模块。
gNB锚点站的传输模块用于与gNB服务站、5G核心网服务器和本地服务器进行数据通信；在进行上行业务时，将GTPU模块发送的上行个人业务数据发送给5G核心网服务器，将分流模块发送的上行本地业务数据发送给5G核心网服务器；将gNB服务站发送的上行本地业务数据发送给分流模块；在进行下行业务时，将5G核心网服务器发送的下行个人业务数据发送给GTPU模块，将本地服务器发送的下行个人业务数据发送给分流模块，将分流模块发送的下行本地业务数据发送给gNB服务站。
综上所述，本发明将5G基站分为gNB服务站和gNB锚点站，gNB锚点站不仅仅与5G核心网通信，还与局域网的本地服务器通信，统一负责本地上下行业务数据的收发，使本地上下行业务数据不需要经过5G核心网，只需要gNB锚点站进行NAT端口转换后再转发给gNB服务站，降低了回传网络的传输压力，也不需要复杂的计算来确定边缘位置，由于直接部署在5G基站上，也省掉了绕过核心网的开销，可以快速广泛投入应用。
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于5G基站的局域网业务分流系统，其特征在于，所述5G基站包括相互通信连接的gNB服务站和gNB锚点站，所述gNB锚点站还与局域网的本地服务器通信连接；
在进行上行业务时，所述gNB服务站和gNB锚点站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则所述gNB服务站和gNB锚点站向5G核心网服务器发送所述上行个人业务数据；
如是上行本地业务数据，则，所述gNB服务站在所述上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向所述gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据；所述内部字段包含本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例；
所述gNB锚点站根据所述用户终端发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例，以及数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
以及，所述gNB锚点站根据所述gNB服务站发送的封装后的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将所述内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
在进行下行业务时，所述gNB服务站和gNB锚点站接收5G核心网发送的下行个人业务数据，再发送给用户终端；
所述gNB锚点站还接收所述本地服务器发送的下行本地业务数据，根据所述下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据所述gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向用户终端发送所述下行本地业务数据；否则在所述下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和包含所述gNBID，UEID和SDAP实例的内部字段，再封装协议头，向对应所述gNBID的gNB服务站发送封装后的下行本地业务数据；
所述gNB服务站接收所述封装后的下行本地业务数据后，再发送给用户终端。
2.如权利要求1所述的基于5G基站的局域网业务分流系统，其特征在于，所述gNB服务站和gNB锚点站均包括与所述用户终端通信连接的分布单元DU，和连接所述分布单元DU的基中单元CU，和连接所述基中单元CU的GTPU模块和分流模块，以及连接所述GTPU模块和分流模块的传输模块；
所述分布单元DU用于接收用户终端发送的上行业务数据并分配SDAP实例，以及接收基中单元CU发送的下行个人业务数据和下行本地业务数据，再转发给用户终端；
所述基中单元CU包括PDCP模块、SDAP模块和上行分类器；所述PDCP模块用于对所述上行业务数据进行PDCP层处理后发送给所述SDAP模块，对所述下行个人业务数据和下行本地业务数据进行PDCP层处理后发送给所述分布单元DU；所述SDAP模块用于对所述上行业务数据进行SDAP层处理后发送给所述上行分类器，对所述下行个人业务数据和下行本地业务数据进行SDAP层处理后发送给所述PDCP模块；所述上行分类器用于根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则发送到所述GTPU模块，如是上行本地业务数据，则发送到所述分流模块；
所述GTPU模块用于将所述上行个人业务数据进行GTPU层处理后发送到所述传输模块；以及将所述下行个人业务数据进行GTPU层处理后发送到所述SDAP模块；
所述gNB服务站的分流模块用于在进行上行业务时，在所述上行分类器发送的上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向所述gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据；所述内部字段包含本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站的分布单元DU分配的SDAP实例；以及，在进行下行业务时，接收所述gNB锚点站发送的封装后的下行本地业务数据后，根据数据包携带的SDAP实例，投递到本基站的SDAP模块；
所述gNB锚点站的分流模块用于在进行上行业务时，根据所述上行分类器发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站的分布单元DU分配的SDAP实例，以及所述上行本地业务数据中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述传输模块发送封装后的上行本地业务数据；根据所述gNB服务站发送的所述上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将所述内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及所述源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，发送到所述传输模块；以及，在进行下行业务时，根据所述下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据所述gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向所述SDAP模块发送所述下行本地业务数据，否则在所述下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和包含所述gNBID，UEID和SDAP实例的内部字段，再封装协议头，发送到所述传输模块；
所述gNB服务站的传输模块用于与所述gNB锚点站和所述5G核心网服务器进行数据通信；在进行上行业务时，将所述GTPU模块发送的上行个人业务数据发送给所述5G核心网服务器，将所述分流模块发送的上行本地业务数据发送给所述gNB锚点站；以及在进行下行业务时，将所述5G核心网服务器发送的下行个人业务数据发送给所述GTPU模块，将所述gNB锚点站发送的下行本地业务数据发送给所述分流模块；
所述gNB锚点站的传输模块用于与所述gNB服务站、所述5G核心网服务器和所述本地服务器进行数据通信；在进行上行业务时，将所述GTPU模块发送的上行个人业务数据发送给所述5G核心网服务器，将所述分流模块发送的上行本地业务数据发送给所述5G核心网服务器；将所述gNB服务站发送的上行本地业务数据发送给所述分流模块；在进行下行业务时，将所述5G核心网服务器发送的下行个人业务数据发送给所述GTPU模块，将所述本地服务器发送的下行个人业务数据发送给所述分流模块，将所述分流模块发送的下行本地业务数据发送给所述gNB服务站。
3.如权利要求2所述的基于5G基站的局域网业务分流系统，其特征在于，所述gNB锚点站的分流模块查找NAT表之前，先根据所述上行本地业务数据中携带的所述UDP端口固定号，来判断所述上行本地业务数据是否为所述gNB服务站发送的。
4.如权利要求1所述的基于5G基站的局域网业务分流系统，其特征在于，所述分流规则为基于所述上行业务数据的源IP五元组的分流判断规则，基于所述上行业务数据的NSSI切片ID的分流判断规则，基于所述上行业务数据的PLMN信息的分流判断规则三者中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的基于5G基站的局域网业务分流系统，其特征在于，所述gNB锚点站根据所述上行本地业务数据中携带的源IP五元组查找NAT表中与所述源IP五元组的五个元素全部对应的NAT端口号，如有其中一个元素在所述NAT表中查找不到，则新增一NAT端口号。
6.一种基于5G基站的局域网业务分流方法，其特征在于，在进行上行业务时，包括以下步骤：
步骤S1a.gNB服务站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则执行步骤S2a；如是上行本地业务数据，则执行步骤S3a；
步骤S1b.gNB锚点站接收用户终端发送的上行业务数据，根据预设的分流规则判断所述上行业务数据是上行个人业务数据还是上行本地业务数据，如是上行个人业务数据，则执行步骤S2b；如是上行本地业务数据，则执行步骤S3b；
步骤S2a.所述gNB服务站向5G核心网服务器发送所述上行个人业务数据；
步骤S2b.所述gNB锚点站向5G核心网服务器发送所述上行个人业务数据；
步骤S3a.所述gNB服务站在所述上行本地业务数据的报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和内部字段，再封装协议头，向所述gNB锚点站发送封装后的上行本地业务数据，再进入步骤S4；所述内部字段包含本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例；
步骤S3b.所述gNB锚点站根据所述用户终端发送的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将本基站的gNBID，本基站给所述用户终端分配的UEID和本基站给该数据包分配的SDAP实例，以及所述数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
步骤S4.所述gNB锚点站根据所述gNB服务站发送的封装后的上行本地业务数据中携带的源IP查找NAT表，获取对应的NAT端口号，如无对应的NAT端口号，则新增一NAT端口号，再将所述内部字段中的gNBID，UEID和SDAP实例，以及所述数据包中携带的源IP和源端口号添加到NAT表中，并去掉数据包中的内部字段，且替换数据包中的源IP和源端口号为本基站IP和所述NAT端口号，再封装协议头，向所述本地服务器发送封装后的上行本地业务数据；
在进行下行业务时，包括以下步骤：
步骤S5a.gNB服务站接收5G核心网服务器发送的下行个人业务数据，发送给用户终端；
步骤S5b.gNB锚点站接收5G核心网服务器发送的下行个人业务数据，发送给用户终端；
步骤S5c.gNB锚点站接收本地服务器发送的下行本地业务数据，执行步骤S6；
步骤S6.所述gNB锚点站根据所述下行本地业务数据中携带的目的端口号，查找NAT表，获得对应的gNBID，UEID和SDAP实例，以及源IP及源端口号，并将数据包中的目的IP及目的端口号替换为源IP及源端口号；并根据所述gNBID判断是否为本基站ID，如是，则向用户终端发送所述下行本地业务数据；否则在所述下行本地业务数据报头前面增加本基站IP、UDP端口固定号和所述内部字段，再封装协议头，再执行步骤S7.
步骤S7.所述gNB锚点站向对应所述gNBID的gNB服务站发送封装后的下行本地业务数据；
步骤S8.所述gNB服务站接收所述封装后的下行本地业务数据后，再发送给用户终端；
所述步骤S1a和步骤S1b，步骤S2a和步骤S2b，步骤S3a和步骤S3b，步骤S5a、步骤S5b和步骤S5c的执行不分先后顺序。
7.如权利要求6所述的基于5G基站的局域网业务分流方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述gNB锚点站查找NAT表之前，先根据所述上行本地业务数据中携带的所述UDP端口固定号，来判断所述上行本地业务数据是否为所述gNB服务站发送的。
8.如权利要求6所述的基于5G基站的局域网业务分流方法，其特征在于，所述分流规则为基于所述上行业务数据的源IP五元组的分流判断规则，基于所述上行业务数据的NSSI切片ID的分流判断规则，基于所述上行业务数据的PLMN信息的分流判断规则三者中的一种或多种。
9.如权利要求6所述的基于5G基站的局域网业务分流方法，其特征在于，在所述步骤S3b和S4中，所述gNB锚点站根据所述上行本地业务数据中携带的源IP五元组查找NAT表中与所述源IP五元组的五个元素全部对应的NAT端口号，如有其中一个元素在所述NAT表中查找不到，则新增一NAT端口号。
10.如权利要求6所述的基于5G基站的局域网业务分流方法，其特征在于，在所述步骤S3a和S3b之前，所述5G基站先根据预设参数判断自身为gNB服务站还是gNB锚点站，如为gNB服务站则执行步骤S3a，如为gNB锚点站则执行步骤S3b。
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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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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A LAN service diversion system and method based on 5G base stations Granted publication date: 20220830 Pledgee: Shanghai Pudong Development Bank Co.,Ltd. Shenzhen Branch Pledgor: Shenzhen Guoren Wireless Communication Co.,Ltd. Registration number: Y2024980014391 |