CN1705296A - 一种保证业务服务质量的数据包传输方法 - Google Patents
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Abstract
一种保证业务服务质量的数据包传输方法，该方法分别将业务服务器的功能设置在应用功能实体AF上和将资源管理器的功能设置在策略决定功能实体PDF上，PDF管理从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源，该方法还包括：A.AF接收到本次业务会话消息后，向PDF发送本次业务流数据包的QoS承载资源请求；B.收到该承载资源请求的PDF根据其管理域内的承载资源信息，进行承载选路，并作出包括承载路径及其QoS资源的QoS策略下发给主叫方所属的GGSN；C.该GGSN执行该QoS策略，对本次业务流数据包进行传输。
Description
技术领域
本发明涉及在通用移动通信系统(UMTS)中传输数据包的技术，特别涉及一种保证业务服务质量(QoS)的数据包传输方法。
背景技术
UMTS是采用宽带码分多址(WCDMA)系统空中接口技术的第三代移动通信系统(3G)，UMTS系统通常被称为WCDMA系统。UMTS系统采用与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络(Radio AccessNetwork，RAN)和核心网络(Core Network，CN)。其中，RAN实现无线接入功能，CN实现UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域(Circuit SwitchedDomain，CS)和分组交换域(Packet Switched Domain，PS)。对于WCDMA的R5及R5以后的版本，CN还可以包括IP多媒体子系统(IMS，IP MultimediaSubsystem)域。
UMTS核心网络中的PS和IMS域，采用互联网协议(IP)作为其承载协议。因为PS和IMS域采用IP技术，而IP技术却存在没有业务服务质量(QoS)保证的缺点，从而导致PS和IMS域也存在无QoS保证的缺点。
但是UMTS提供的诸多业务，比如语音、可变速率数据和活动视频会话等业务，特别是多媒体业务，对QoS提出了严格的要求。为了解决UMTS的PS和IMS域无QoS的问题，实现端到端的QoS保证，UMTS的端到端QoS框架已被提出(3GPP TS23.207)。
图1是在现有技术中UMTS内部QoS框架的示意图。如图1所示，在UMTS内部，无线核心网(CN)侧的QoS框架包括应用功能实体(AF)、策略决定功能实体(PDF)和网关GPRS支持节点(GGSN)，其中，
AF提供需要控制IP承载需求的应用程序功能，并通过Gq接口与PDF交互动态QoS相关业务消息；PDF是逻辑策略决定单元，基于AF的资源请求和会话信息进行策略决定，并通过Go接口把策略决定结果下发到GGSN；GGSN提供数据包在UMTS内部的CN与外部数据网之间的路由和封装功能，并且安装PDF下发的策略，根据策略进行数据包的转发。
图2是端到端QoS划分区段示意图。如图2所示，端到端的QoS可划分为3个区段，在UMTS内部，从用户设备(UE)到服务GPRS支持节点(SGSN)的QoS和从SGSN到GGSN的QoS，以及从UMTS内部的GGSN到UMTS外部IP骨干网的QoS。
目前，保证UMTS内部SGSN与GGSN之间的QoS措施，包括综合业务(IntServ)模型和区分业务(DiffServ)模型。
综合业务(IntServ)模型使用资源预留(RSVP)协议，RSVP协议是一种预留资源的信令协议。图3是在现有技术中使用综合业务模型保证SGSN到GGSN的QoS的流程图。如图3所示，在主叫方所处UMTS侧，综合业务模型保证从SGSN到GGSN的QoS的过程为：
步骤301、在主叫方所处UMTS侧，主叫方的用户设备(UE)发出业务会话请求后，在收发业务流数据包之前向SGSN发送路径(PATH)消息，SGSN将PATH消息转发到SGSN和GGSN之间的IP骨干网中的边缘路由器上。
步骤302、SGSN和GGSN之间的IP骨干网中，包括边缘路由器的各级路由器逐级向下发送PATH消息，直至GGSN。
步骤303、从GGSN逐级向上至SGSN，分别向其上游发送RESV消息，该RESV消息请求上游路由器预留出QoS参数指定的带宽资源，并且，各级路由器在接收到RESV消息时，分别判断其当前是否存在可用的承载资源，如果存在，则执行步骤305，否则，执行步骤304。
步骤304、不存在承载资源的路由器不向其上游路由器发送RESV消息，各级上游路由器及SGSN在设定时间内未接收到RESV消息，则认为资源预留不成功，跳出本流程。
步骤305、各级路由器至SGSN均接收到RESV消息时，为本次业务预留带宽，并且保存相关的状态信息。
步骤306、SGSN通过IP骨干网中的各级路由器将业务流数据包转发至GGSN。
在区分业务(DiffServ)模型中，客户预先与网络供应商签订服务级别合同(SLA)。SLA明确了该客户的业务级别和在每个业务级别中所允许的通信量，即业务流数据包所需的传输带宽。
在主叫方所处UMTS侧，区分业务模型保证从SGSN到GGSN的QoS的过程为：当接收到SGSN发来的业务流数据包时，区分业务模型中的边缘路由器根据该用户的级别为业务流数据包进行优先级分类，并将其传输给网络中的下一个中间路由器；各级路由器在接收到业务流数据包时，直接根据该业务流数据包的优先级对其进行转发，直至GGSN。
在现有技术中，UMTS外部的IP骨干网也使用综合业务模型或区分业务模型保证传输业务流数据包的QoS，因此，从主叫方所处UMTS中的GGSN至UMTS外部IP骨干网保证QoS过程的原理与上述在主叫方所处UMTS中使用综合业务模型或区分业务模型保证从SGSN到GGSN的QoS过程的原理相同。
而在被叫方所处UMTS侧，GGSN与SGSN之间的IP骨干网使用综合业务模型或区分业务模型，保证从GGSN到SGSN的QoS的过程与上述在主叫方所处UMTS侧使用综合业务模型或区分业务模型保证从SGSN到GGSN的QoS的具体过程的原理相同。
主叫方所处UMTS、UMTS外部IP骨干网和被叫方所处UMTS在使用综合业务模型保证QoS时，综合业务模型中的各级路由器定时更新其保存的状态信息。
可见，现有技术存在以下缺点：
1、当进行跨UMTS域范围的无线通信时，对于区分业务模型，UMTS本身的QoS保证与IP骨干网中(包括UMTS内部SGSN和GGSN之间，以及GGSN和外部IP网络之间)的QoS保证是两个独立的过程，UMTS域内与域外分别根据其接收到的业务流进行QoS保证，所以即使业务流在UMTS内部得到QoS保证，而当其到达IP骨干网时，很可能由于IP骨干网无充足的承载资源，使得业务流被拒绝或丢失，从而无法确保从主叫方所处UMTS中的SGSN和GGSN，到被叫方所处UMTS中的GGSN至SGSN的QoS，即无法确保SGSN与GGSN之间以及GGSN与外部骨干网，如IP骨干网之间的QoS。
2、主叫方所处UMTS内部从SGSN到GGSN、UMTS外部的IP骨干网以及被叫方所处UMTS内部从GGSN到SGSN，采用综合业务模型保证QoS时，需要对综合业务模型中的各个设备定时刷新其保存的PATH及RSVP状态信息，而大量定时刷新PATH及RSVP状态信息对网络设备的处理器、缓冲器(Buffer)和内存消耗很大，并影响UMTS网络的稳定性，不具备可扩展性，从而严重制约了综合业务模型的实际应用。
3、主叫方所处UMTS内部从SGSN到GGSN、UMTS外部的IP骨干网以及被叫方所处UMTS内部从GGSN到SGSN，采用区分业务模型保证QoS时，因为各级路由器无法根据网络拓扑和资源状况判断是否能够为业务提供质量保证，只是直接根据业务流数据包的优先级进行转发，从而无法在会话建立时提供QoS保证。
图4是现有技术中IP骨干网采用独立资源控制的QoS框架示意图。如图4所示，为了解决IP骨干网采用综合业务模型或区分业务模型保证QoS的缺点，目前，提出了一种在UMTS外部的IP骨干网采用独立资源控制的QoS模型，该QoS模型按照功能可以划分为三层，分别为：业务控制层、承载控制层和承载层。其中，业务控制层，由IP骨干网络中的处理分组数据申请的各类业务服务器组成，向承载控制层申请业务流的承载路径；承载控制层，由若干个资源管理器(RM)组成，负责管理承载层的网络资源，包括带宽、处理器和缓冲器(Buffer)等，对于每条有QoS要求的业务流的数据业务申请进行资源允许控制、资源分配和选路，满足业务流的QoS要求；承载层分为基础承载网络层和逻辑承载网络层，基础承载网络层是由边缘路由器和核心路由器所组成的IP骨干网络物理实体，承载各类IP业务包。逻辑承载网络层是利用标签交换路径(LSP)技术在基础承载网络层上预先规划和配置的各个逻辑承载网络，每个逻辑承载网络承载特定业务类型或特定QoS等级的IP业务包。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种保证Qos的数据包传输方法，该方法能确保跨IP骨干网的UMTS实现有Qos保证的数据包传输。
根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种保证业务服务质量的数据包传输方法，该方法采用通用移动通信系统UMTS的业务服务质量QoS框架并适于跨网际协议IP骨干网的UMTS，分别将业务服务器的功能设置在应用功能实体AF上和将资源管理器的功能设置在策略决定功能实体PDF上，PDF管理从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源，该方法还包括：
A、AF接收到本次业务会话消息后，向PDF发送本次业务流数据包的QoS承载资源请求；
B、收到该承载资源请求的PDF根据其管理域内的承载资源信息，进行承载选路，并作出包括承载路径及其QoS资源的QoS策略下发给主叫方所属的GGSN；
C、该GGSN执行该QoS策略，对本次业务流数据包进行传输。
在步骤C之后，该方法还包括：
D、AF接收到终止本次业务会话的消息后，向PDF发送释放本次业务流数据包的QoS承载资源请求；
E、PDF释放本次业务流数据包所占的承载资源，向GGSN发送停止本次业务流数据包的传输命令；
F、GGSN停止传输本次业务流数据包。
该方法进一步包括承载资源状态信息变化上报过程：
当GGSN检测出承载资源状态发生变化时，GGSN向PDF上报承载资源变化状态信息，由PDF根据该承载资源变化状态信息重新作出QoS策略下发给GGSN后，执行步骤C。
将边缘路由器的功能设置在网关GPRS支持节点GGSN上，步骤C所述的对本次业务流数据包进行传输为：
GGSN根据其接收到QoS策略中的承载路径信息逐层将本次业务会话的业务流数据包打上从主叫方所属的GGSN经过IP骨干网到被叫方所属的GGSN方向路径的多级标签栈，然后根据标签所示的路径将该业务流数据包进行传输，直到该业务流数据包传输到被叫方所属的GGSN上。
步骤B所述下发给主叫方所属的GGSN的QoS策略是通过Go接口下发的，Go接口应用的协议遵循通用开放策略业务COPS协议及其扩展。
步骤B所述的管理域内的承载资源信息为静态配置的，或者为GGSN通过Go接口上报的，Go接口应用的协议遵循COPS协议及其扩展。
所述的在GGSN设置的边缘路由器的功能为：接收QoS策略的功能和采用MPLS的多级标签栈技术的功能。
所述的PDF管理从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源为：
将从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源由同一个PDF管理，该承载资源包括从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN中各个网络节点的设备资源及网络节点之间的拓扑结构和带宽资源。
所述的被叫方所属的GGSN可以为多个被叫方所属的不同GGSN，在一次业务会话中被叫方所属的GGSN被主叫方所属的PDF管理。
从上述方案可以看出，本发明将现有UMTS QoS框架中的AF、PDF和GGSN的功能增强：AF具有IP骨干网中的业务服务器的功能，PDF具有IP骨干网中的资源管理器的功能和GGSN具有IP骨干网中的边缘路由器的功能，使该现有的UMTS QoS框架可以采用独立资源控制的IP骨干网QoS方法，管理从主叫方GGSN经IP骨干网到被叫方GGSN的有QoS保证的承载资源和进行承载路径选择，不需要分别保证UMTS内部和UMTS外部IP骨干网的QoS数据包的传输。因此，本发明提供的方法可以确保跨IP骨干网的UMTS实现有QoS保证的数据包传输。
附图说明
图1是在现有技术中UMTS内部QoS框架的示意图。
图2是端到端QoS划分区段示意图。
图3是在现有技术中使用综合业务模型保证SGSN到GGSN的QoS的流程图。
图4是现有技术中IP骨干网采用独立资源控制的QoS框架示意图。
图5为本发明跨IP骨干网的QoS框架示意图。
图6为本发明跨IP骨干网的UMTS实现有Qos保证的数据包传输的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。
图5为本发明跨IP骨干网的QoS框架示意图。如图5所示，UMTS内部包括AF、PDF、SGSN和GGSN，其中，AF具有IP骨干网中的业务服务器的功能，即具有申请业务流的承载路径的功能；PDF具有IP骨干网中的资源管理器的功能，即具有负责管理网络资源，包括带宽、处理器和Buffer等，对于每条有QoS要求的业务流数据包申请进行资源允许控制、资源分配和选路，满足业务流数据包的QoS要求的功能；GGSN具有IP骨干网中的边缘路由器的功能。IP骨干网包括边缘路由器和核心路由器。
本发明中IP骨干网的各个路由器，包括边缘路由器和核心路由器都支持多协议标签交换技术(MPLS)。
为了便于管理和网络的稳定性，一般可将PS和IMS划分为多个管理域，管理域的划分与路由域相同或不同。本发明中由主叫方所属的PDF管理的管理域的范围跨过了IP骨干网，并包括主叫方所属的GGSN和被叫方所属的GGSN。该管理域上的所有承载资源都由PDF来管理，所有的承载资源包括主叫方所属的GGSN、IP骨干网中的各个路由器和被叫方所属的GGSN等网络节点的设备及节点之间的拓扑结构和带宽资源等。管理域内的承载资源可以为静态配置的，或者可以为GGSN通过Go接口上报的，Go接口应用的协议遵循并不局限于遵循通用开放策略业务(COPS)协议及相关的扩展。
由于PDF完成管理域中的所有承载选路功能，即PDF记录和维护各个节点的拓扑结构及资源数据，所以本发明提供的PDF能够根据本次业务流数据包的QoS要求选择在管理域中业务流数据包将要通过的节点路径，并且此路径上的Qos是能够得到严格保证的。
本发明中的主叫方所属的GGSN可以采用现有的MPLS的多级标签栈技术，把对应于业务流的数据包打上对应路径的多级标签栈，并按照PDF所指定的承载路径传输该数据包。
在GGSN和PDF之间的接口Go，除传递原Go接口的所有信息之外，还需要传递承载路径信息和与其相关联的QoS资源，PDF将承载路径信息和与其相关联的QoS资源通过Go下发给GGSN。Go接口应用的协议遵循并不局限于遵循COPS协议及相关的扩展。
以下具体说明跨IP骨干网的UMTS实现有Qos保证的数据包传输的过程。如图6所示，图6为本发明跨IP骨干网的UMTS实现有Qos保证的数据包传输的流程图，其具体步骤为：
步骤600、AF接收到业务会话信令消息，即呼叫消息，如SIP等，向PDF发送申请本次业务流数据包的承载路径请求；
步骤601、收到该请求的PDF根据其管理域内的资源信息，进行承载选路，作出QoS策略决定，该策略中包括本次业务流数据包的承载路径信息和与承载路径信息相关联的QoS资源；
步骤602、PDF将该QoS策略下发给主叫方所属的GGSN；
步骤603、GGSN接收该QoS策略，根据该QoS策略中的信息对本次业务流数据包进行转发；
步骤604、当AF要终止本此业务会话时，AF向PDF发送拆除本次业务流数据包的承载路径请求；
步骤605、PDF收到该请求后，释放所占管理域内的资源，并发送停止本次业务流数据包处理的命令给GGSN；
步骤606、GGSN收到该命令后，停止对本次业务流数据包的转发。
本发明所述的被叫方所属的GGSN可以为多个被叫方所属的不同GGSN，但是在一次会话呼叫中，分配的承载路径只能经过一个被叫方所属的GGSN。
PDF和GGSN之间进行信息交互，当在转发业务流时，承载资源状态因承载层的设备，如路由器故障而发生变化时，GGSN可以向PDF上报承载资源变化状态信息，由PDF根据该承载资源变化状态信息重新作出QoS策略决定，下发给GGSN执行。
在本发明中，GGSN收到要转发的业务流数据包时，根据其接收到的承载路径信息逐层将本次业务会话的业务流数据包打上从主叫方所属的GGSN经过IP骨干网到被叫方所属的GGSN方向路径的多级标签栈，然后根据标签所示的路径将该业务流数据包进行转发，直到该业务流数据包传输到被叫方所属的GGSN上。
本发明通过结合现有UMTS QoS框架和独立资源控制的IP骨干网QoS方法，很好地继承了独立资源控制地IP骨干网QoS方法的成果，从而获得了跨IP骨干网的UMTS实现有Qos保证的数据包传输过程。
本发明没有改变现有的UMTS QoS框架，通过在AF、PDF和GGSN上进行某些功能的增强实现QoS保证，对现有的UMTS QoS框架冲击最小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种保证业务服务质量的数据包传输方法，该方法采用通用移动通信系统UMTS的业务服务质量QoS框架并适于跨网际协议IP骨干网的UMTS，其特征在于，分别将业务服务器的功能设置在应用功能实体AF上和将资源管理器的功能设置在策略决定功能实体PDF上，PDF管理从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源，该方法还包括：
A、AF接收到本次业务会话消息后，向PDF发送本次业务流数据包的QoS承载资源请求；
B、收到该承载资源请求的PDF根据其管理域内的承载资源信息，进行承载选路，并作出包括承载路径及其QoS资源的QoS策略下发给主叫方所属的GGSN；
C、该GGSN执行该QoS策略，对本次业务流数据包进行传输。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C之后，该方法还包括：
D、AF接收到终止本次业务会话的消息后，向PDF发送释放本次业务流数据包的QoS承载资源请求；
E、PDF释放本次业务流数据包所占的承载资源，向GGSN发送停止本次业务流数据包的传输命令；
F、GGSN停止传输本次业务流数据包。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括承载资源状态信息变化上报过程：
当GGSN检测出承载资源状态发生变化时，GGSN向PDF上报承载资源变化状态信息，由PDF根据该承载资源变化状态信息重新作出QoS策略下发给GGSN后，执行步骤C。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，将边缘路由器的功能设置在网关GPRS支持节点GGSN上，步骤C所述的对本次业务流数据包进行传输为：
GGSN根据其接收到QoS策略中的承载路径信息逐层将本次业务会话的业务流数据包打上从主叫方所属的GGSN经过IP骨干网到被叫方所属的GGSN方向路径的多级标签栈，然后根据标签所示的路径将该业务流数据包进行传输，直到该业务流数据包传输到被叫方所属的GGSN上。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述下发给主叫方所属的GGSN的QoS策略是通过Go接口下发的，Go接口应用的协议遵循通用开放策略业务COPS协议及其扩展。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述的管理域内的承载资源信息为静态配置的，或者为GGSN通过Go接口上报的，Go接口应用的协议遵循COPS协议及其扩展。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在GGSN设置的边缘路由器的功能为：接收QoS策略的功能和采用多协议标签交换MPLS的多级标签栈技术的功能。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的PDF管理从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源为：
将从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN的承载资源由同一个PDF管理，该承载资源包括从主叫方所属的GGSN经IP骨干网到被叫方所属的GGSN中各个网络节点的设备资源及网络节点之间的拓扑结构和带宽资源。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的被叫方所属的GGSN可以为多个被叫方所属的不同GGSN，在一次业务会话中被叫方所属的GGSN被主叫方所属的PDF管理。
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