专利名称：Lte系统中的网关设备及其数据分流方法
技术领域：
本发明涉及长期演进(LTE)技术领域，更具体地，涉及一种在LTE系统中的网关设备及其数据分流方法。
背景技术：
作为下一代移动通信标准的长期演进(LTE)技术的移动设备将采用带宽密集的传输方式。由于移动视频/语音和三网融合服务的高需求，对带宽的需求总是不够的。根据调查,一个智能手机的流量使用需求比现在的GSM手机高出25-30倍。由于通信量需求的增加，移动网络和网关设备都将面临数据拥塞，客户很难得到满意的服务质量(Q0S)。在现有的LTE组网模式中，演进通用地面无线接入网(E-UTRAN)与移动性管理实 体/服务网关(MME/S-GW)建立用户面数据隧道，MME/S-GW再与分组数据网关(P-GW)建立第二条数据隧道；用户面数据先经过MME/S-GW，再经过P-GW，最后到达互联网(Internet)，如图I所示。图2示出了现有LTE组网模式下的用户层面的协议栈。在现有技术方案中，用户数据通过两条GPRS隧道协议用户面(GTP-U)隧道，第一条隧道为演进节点(eNodeB)到S-GW的隧道，第二条隧道为S-GW到P-GW的隧道，GPRS隧道协议(GTP)隧道在P-GW上终结后，由P-GW将上层应用数据通过IP消息发送到互联网。GTP-U数据报文包括两个部分=GTP-U隧道报文头和GTP传输数据单元，GTP传输数据单元中包含的是IP数据报文，即实际的用户数据信息。GTP-U数据报文的上层数据封装了 IP/TCP消息。图3示出的是现有技术的LTE组网模式下的数据的传输流程。如图3所示，用户设备(UE)通过eNodeB与MME/S-GW交换控制面信令报文以及用户面数据报文，然后，由MME/Sff通过P-GW将用户面数据报文发送到互联网。在以上的组网方式中，由于所有的用户数据都需要经过S-GW和P-GW，所以当数据业务量较大时，会给S-GW以及P-GW带来很大的压力，极容易造成用户体验较差，业务不流畅，还可能导致核心网设备瘫痪造成业务中断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长期演进(LTE)系统中的网关设备及其数据分流方法，从而使用户面数据无需经过移动性管理实体/服务网关(MME/S-GW)而直接从根据本发明的网关设备转发到目标网络(例如，互联网)。为此，本发明的一方面提供了一种LTE系统中的网关设备，该网关设备位于演进节点(eNodeB)和移动性管理实体/服务网关(MME/S-GW)之间，包括接收单元，从eNodeB接收以目标网络为目的的用户面数据报文，并从目标网络直接接收返回的用户数据消息；数据处理单元，处理从eNodeB接收的用户面数据报文和从目标网络直接返回的用户数据消息；发送单元，不经过MME/S-GW通过虚拟GTP转载(GO)接口将用户面数据报文直接转发到目标网络，并将处理后的返回的用户数据消息发送到eNodeB。根据本发明的一方面，数据处理单元去除接收的用户面数据报文的GTP-U隧道报文头，用新IP地址替换用户面数据报文的原有IP地址，经过网络地址转换之后由发送单元将用户面数据报文发送到目标网络。根据本发明的一方面，数据处理单元将从目标网络接收的返回的用户数据消息的IP地址替换为所述原有IP地址，并为返回的用户数据消息重新封装GTP-U头，发送单元将重新封装后的用户数据消息发送回到eNodeB。根据本发明的一方面，数据处理单元由Linux内核模块构成。
根据本发明的一方面，数据处理单元配置有虚拟接口地址池，数据处理单元从虚拟接口地址池中分配所述新IP地址替换所述原有IP地址。根据本发明的另一方面，还提供了一种用于LTE系统的网关设备的数据分流方法，包括(a)从演进节点eNodeB接收以目标网络为目的地的用户面数据报文；(b)对用户面数据报文进行处理，并通过虚拟GTP转载GO接口将处理后的用户面数据报文直接转发到目标网络；(C)接收从目标网络直接返回的用户数据消息；(d)处理返回的用户数据消息，并将处理后的用户数据消息发送回到eNodeB。根据本发明的另一方面，在所述数据分流方法的步骤(b)中，网关设备元去除接收的用户面数据报文的GTP-U隧道报文头，用新IP地址替换用户面数据报文的原有IP地址，经过网络地址转换之后将用户面数据报文发送到目标网络。根据本发明的另一方面，在所述数据分流方法的步骤(d)中，网关设备将从目标网络接收的返回的用户数据消息的IP地址替换为所述原有IP地址，并为返回的用户数据消息重新封装GTP-U头，然后将重新封装后的用户数据消息发送回到eNodeB。根据本发明的另一方面，网关设备配置有虚拟接口地址池，在步骤(b)中，网关设备从虚拟接口地址池中分配所述新IP地址替换所述原有IP地址。
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图I是示出现有技术中的长期演进(LTE)系统的组网结构的示图；图2示出了现有LTE组网模式下的用户层面的协议栈；图3示出的是现有技术的LTE系统组网模式下的数据的传输流程；图4是根据本发明实施例的LTE系统的组网模式的结构的示图；图5是根据本发明实施例的LTE系统组网模式下的用户层面的协议栈的示图；图6是根据本发明实施例的用于分流数据的转载网关设备200的结构框图；图7是根据本发明实施例的LTE系统组网模式下的数据的传输示意图；图8是根据本发明实施例的网关设备的数据分流方法的流程图。
具体实施例方式以下，参照图4-图8来详细说明本发明的实施例。图4示出的是根据本发明实施例的LTE系统的组网模式的结构的示图。如图4所示，组网结构包括用户设备(UE)110、演进节点(eNodeB) 120、转载网关(Offload GW) 130、移动性管理实体/服务网关(MME/S-GW)140、分组数据网络网关(PDNGW) 150和互联网(Internet) 160。在该组网结构中，与现有技术的组网结构不同在于，在eNodeB 120和MME/S-GW 140之间还存在根据本发明的转载网关130。在图4中，箭头AA表示的是控制面数据以及目的地址为MME/S-GW 140或TON Gff 150等其它核心网设备的数据的转发方向，其仍然与现有技术中的转发方式相同。箭头BB表示的是根据本发明的用户面数据报文的转发方向。如图4所示，来自UE 110的用户面数据报文经由eNodeB 120到达转载网关130之后，经过转载网关130的处理之后被直接转发到互联网160，而没有经过MME/S-GW 140和TON Gff 150。同样地，从互联网160返回的用户面数据报文也是直接转发到转载网关130，并由转载网关130处理之后发送到eNodeB 120和UE 110。图5示出了根据实施例的LTE系统组网模式下的用户层面的协议栈的示图。如图5所示，GTP-U隧道在经过转载网关Offoad-GW后，在Offload-GW上被终结，Offload-GW将从eNodeB收到的数据报文中的GTP-U隧道报文头去掉，将隧道里层的IP数据报文的源IP地址替换为由Offload-GW分配的IP地址，并将处理过的IP数据报文从GTP转载(GO)接口直接发送到互联网。互联网返回的IP数据消息到达Offload-GW后，Offload-GW将接收的IP数据消息的目的IP地址替换回原有的IP地址，并重新封装GTP-U隧道报文头后发送 回eNodeB。这样，纯用户面数据不再经过S-GW和P-GW。图6是根据本发明实施例的用于分流数据的转载网关设备200的结构框图。如图6所示，根据本发明的转载网关设备200包括接收单元210、数据处理单元220和发送单元230。接收单元210从eNodeB接收以目标网络(例如，互联网)为目的的用户面数据报文。当接收单元210接收到用户面数据报文时，数据处理单元220对用户面数据报文进行处理。具体地，数据处理单元220维护了一个GTP转载(GO)虚拟地址池，每当接收到来自UE 110的用户面数据报文时，数据处理单元220去除接收的用户面数据报文的GTP-U隧道报文头，用GO虚拟地址池中的一个新的IP地址替换用户面数据报文中的原有IP地址，然后对用户面数据报文进行网络地址转换(NAT)处理。这样，经过数据处理单元220处理后的用户面数据报文可被发送单元230经由GO接口直接发送到互联网160。同时，数据处理单元220可保持新分配的IP地址与原有IP地址的映射列表。同样地，当接收单元210从互联网接收到作为对用户面数据报文的响应的返回的用户数据消息时，数据处理单元220处理用户数据消息。具体地，数据处理单元220将用户数据消息的目的IP地址替换回原有IP地址，并重新封装GTP-U隧道报文头。处理后的用户数据消息通过发送单元230被发送回eNodeB 120。数据处理单元220可根据其保持的映射列表来执行IP地址的替换。本发明的数据处理单元220可由Iinux内核模块构成，以保证IP地址的分配和替换的效率。图7是示出根据本发明实施例的LTE系统组网模式下的数据的传输示意图。如图7所示，UE 110和MME/-SW 140经由eNodeB 120和转载网关130进行控制面信令报文的交互，这与现有技术中的控制面信令交互相同。与图3所示的现有技术的LTE系统组网模式下的数据的传输流程不同的是，在带有GTP-U隧道报文头的用户面数据报文到达转载网关130之后，转载网关130去掉GTP-U隧道报文头并替换原有IP地址后，将去掉GTP-U隧道报文头的IP用户数据消息转发到互联网160。互联网160将去掉GTP-U隧道报文头的IP用户数据消息返回到转载网关130，并由转载网关130添加GTP-U隧道报文头之后，将带有GTP-U隧道报文头的用户面数据报文发送到eNodeB 120。图8是示出根据本发明实施例的网关设备的数据分流方法的流程图。首先，在步骤810，转载网关130从eNodeB 120接收以目标网络为目的的用户面数据报文。接下来，在步骤820，转载网关130对用户面数据报文进行处理。具体地，去除接收的用户面数据报文的GTP-U隧道报文头，用新的IP地址替换用户面数据报文中的原有IP地址，然后对用户面数据报文进行网络地址转换(NAT)处理。在步骤830，转载网关130通过虚拟GO接口将处理后的用户面数据报文直接发送到目标网络。作为响应，在步骤840，转载网关130接收到从目标网络直接返回的用户数据消息。在步骤850，转载网关130处理返回的用户数据消息。具体地，转载网关130将用户数据消息的目的IP地址替换回原有IP地址，并重新封装GTP-U隧道报文头。最后，在步骤860，转载网关130将在步骤850处理后的用户数据消息发送回至Ij eNodeB 120。通过本发明，可利用转载网关将用户面数据直接转载到目的网络而不用经过MME/S-Gff以及P-GW，从而大大减轻了 LTE网络核心设备的负担。另外，通过使用GO虚拟接口和配置虚拟接口地址池，可以为UE的数据隧道提供充足的可分配和可替换的私有地址，避免了用户对数据业务的同时最大访问量的瓶颈。使用Iinux内核模块完成IP地址的分配和替换，可以保证效率。替换IP地址后再使用NAT规则通过上行接口将用户数据转发到目标网络(如Internet)，使得用户到目标网络路由可达。
虽然已经参照本发明的若干示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。
权利要求
1.一种LTE系统中的网关设备，位于演进节点eNodeB和移动性管理实体/服务网关MME/S-GW之间，所述网格设备包括 接收单元，从eNodeB接收以目标网络为目的的用户面数据报文，并从目标网络直接接收返回的用户数据消息； 数据处理单元，处理从eNodeB接收的用户面数据报文和从目标网络直接返回的用户数据消息； 发送单元，不经过MME/S-GW通过虚拟GTP转载GO接口将用户面数据报文直接转发到目标网络，并将处理后的返回的用户数据消息发送到eNodeB。
2.如权利要求I所述的网关设备，其中，数据处理单元去除接收的用户面数据报文的GPRS隧道协议用户面GTP-U隧道报文头，用新IP地址替换用户面数据报文的原有IP地址， 经过网络地址转换之后由发送单元将用户面数据报文发送到目标网络。
3.如权利要求2所述的网关设备，其中，数据处理单元将从目标网络接收的返回的用户数据消息的IP地址替换为所述原有IP地址，并为返回的用户数据消息重新封装GTP-U头，发送单元将重新封装后的用户数据消息发送回到eNodeB。
4.如权利要求1-3中任意一个所述的网关设备，其中，数据处理单元由Linux内核模块构成。
5.如权利要求2或3所述的网关设备，其中，数据处理单元配置有虚拟接口地址池，数据处理单元从虚拟接口地址池中分配所述新IP地址替换所述原有IP地址。
6.一种用于LTE系统的网关设备的数据分流方法，包括 (a)从演进节点eNodeB接收以目标网络为目的地的用户面数据报文； (b)对用户面数据报文进行处理，并通过虚拟GTP转载GO接口将处理后的用户面数据报文直接转发到目标网络； (c)接收从目标网络直接返回的用户数据消息； (d)处理返回的用户数据消息，并将处理后的用户数据消息发送回到eNodeB。
7.如权利要求6所述的数据分流方法，其中，在步骤(b)中，网关设备元去除接收的用户面数据报文的GPRS隧道协议用户面GTP-U隧道报文头，用新IP地址替换用户面数据报文的原有IP地址，经过网络地址转换之后将用户面数据报文发送到目标网络。
8.如权利要求7所述的数据分流方法，其中，在步骤(d)中，网关设备将从目标网络接收的返回的用户数据消息的IP地址替换为所述原有IP地址，并为返回的用户数据消息重新封装GTP-U头，然后将重新封装后的用户数据消息发送回到eNodeB。
9.如权利要求7或8所述的数据分流方法，其中，网关设备配置有虚拟接口地址池，在步骤(b)中，网关设备从虚拟接口地址池中分配所述新IP地址替换所述原有IP地址。
全文摘要
提供了一种LTE系统中的网关设备及其数据分流方法。所述网关设备位于演进节点(eNodeB)和移动性管理实体/服务网关(MME/S-GW)之间，包括接收单元，从eNodeB接收以目标网络为目的的用户面数据报文，并从目标网络直接接收返回的用户数据消息；数据处理单元，处理从eNodeB接收的用户面数据报文和从目标网络直接返回的用户数据消息；发送单元，不经过MME/S-GW通过虚拟GTP转载(GO)接口将用户面数据报文直接转发到目标网络，并将处理后的返回的用户数据消息发送到eNodeB。
文档编号H04W88/16GK102740283SQ20121020905
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者张书, 范成龙 申请人:北京傲天动联技术有限公司