一种点对点通信方法及其相关装置与流程

本发明涉及一种用于无线通信系统中的通信装置的方法，尤其涉及一种通过X2传输接口来实现点对点通信的方法。

背景技术：

在无线通信应用越来越普及的环境下，如4G LTE的大规模商用，给用户带来了很好的上网体验。但是核心网络的负载也越来越大，现有的本地网际协议接入(Local Internet Protocol Access，LIPA)技术以及选择网际协议流量卸载(Selected IP Traffic Offload，SIPTO)技术在特定的应用场景下可以用来卸载部分核心网络的负载，这种需求也是越来越显得重要。

另一方面，点对点通信技术(peer to peer，P2P)作为一种用户端之间交换信息的通信方式，也被广泛的应用于智慧型手机及平板电脑。但是，在现有的点对点通信技术规范下，用户端之间的数据传输仍需通过核心网络的协助。换句话说，现有的点对点通信技术并无法实现4G LTE提出的本地网际协议接入技术及选择网际协议流量卸载技术所带来卸载核心网络负载的好处。因此，现有的点对点通信技术存在有数据传输时延、核心网络负载过重及数据传输计费较高等缺失。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种点对点通信方法及其相关装置，用来卸载核心网络负载，以解决上述问题。

本发明揭露一种点对点通信方法，用于一无线通信系统的一第一基地台，该第一基地台与该无线通信系统中的一第二基地台之间具有一X2传输接口，该方法包含有：通过一附加程序及一无线承载建立程序，取得用来指示一第一用户端的一网际网路协定地址的一第一参数、该第一基地台的一网际网路协定地址的一第二参数，以及对应该第一用户端与该第一基地台之间的一无线承载的一隧道端点标识的一第三参数；以及通过该X2传输接口，传送一第一路由信息至该第二基地台，其中该第一路由信息包含该第一参数、该第二参数及该第三参数。

本发明另揭露一种点对点通信方法，用于一无线通信系统的一第一基地台，该第一基地台与该无线通信系统中的一第二基地台之间具有一X2传输接口，该方法包含有：通过一附加程序及一无线承载建立程序，取得用来指示一第一用户端的一网际网路协定地址的一第一参数、该第一基地台的一网际网路协定地址的一第二参数，以及对应该第一用户端与该第一基地台之间的一无线承载的一隧道端点标识的一第三参数；从该第一用户端接收一数据传输请求信息，其中该数据传输请求信息包含一数据封包及一目标用户端的一目标网际网路协定地址；通过该X2传输接口，传送包含该目标网际网路协定地址的一查询信息至该第二基地台；从该第二基地台接收回应该查询信息的一路由信息，其中该路由信息包含用来指示一第二用户端的一网际网路协定地址的该第一参数、该第二基地台的一网际网路协定地址的该第二参数，以及对应该第二用户端与该第二基地台之间的一无线承载的一隧道端点标识的该第三参数；以及储存该路由信息。

本发明另揭露一种点对点通信方法，用于一无线通信系统的一第一基地台，该第一基地台与该无线通信系统中的一第二基地台之间具有一X2传输接口，该方法包含有：通过一附加程序及一无线承载建立程序，取得用来指示一用户端的一网际网路协定地址的一第一参数、该第一基地台的一网际网路协定地址的一第二参数，以及对应该用户端与该第一基地台之间的一无线承

载的一隧道端点标识的一第三参数；通过该X2传输接口，从该第二基地台接收一查询信息，其中该查询信息包含一目标用户端的一目标网际网路协定地址；判断该目标网际网路协定地址是否与取得的该第一参数相同；以及当该目标网际网路协定地址与取得的该第一参数相同时，通过该X2传输接口，传送回应该查询信息的一路由信息至该第二基地台，其中该路由信息包含该第一参数、第二参数及该第三参数。

本发明另揭露一种用于一无线通信系统中的一第一基地台，用来进行点对点通信功能，该第一基地台包含有：一第一通信界面单元，用来与该无线通信系统中的一第二基地台建立一X2传输接口；一第二通信界面单元，用来与该无线通信系统中的一服务闸道建立一S1传输接口；一地址解析单元，用来从该无线通信系统中的一来源用户端接收一数据传输请求信息，其中该数据传输请求信息包含一数据封包及一目标用户端的一目标网际网路协定地址；以及一路径选择模块，连接该地址解析单元，用来储存指示该无线通信系统中的一用户端的一网际网路协定地址的一第一参数、该第二基地台的一网际网路协定地址的一第二参数，以及对应该第二基地台与该用户端之间的一无线承载的一隧道端点标识的一第三参数，以及用来根据该目标网际网路协定地址及该储存单元中的该第一参数，选择通过该第一通信界面单元或该第二通信界面单元来传送该数据封包至该目标用户端。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明实施例一无线通信系统的示意图；

图2为本发明实施例一通信装置的示意图；

图3～图4为本发明实施例一流程的示意图；

图5为本发明实施例一用户数据封包格式的示意图；

图6为本发明实施例一基地台装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

UE1、UE2 用户端

eNodeB n～eNodeB n+2 基地台

X2、Uu、S1 传输接口

20 通信装置

200 处理装置

210 储存单元

220 通信界面单元

214 程式码

30、40 流程

310～320、410～450 步骤

S-GW 服务闸道

UDP-Header 用户数据报协议标头

GTP-Header 通用封包无线服务技术隧道协

议标头

TEID 隧道协议标头参数

IP DATA 数据封包

FLAGS 旗标参数

MSG TYPE 信息类型参数

LEN 信息长度参数

Sequence Number 序号参数

N-PDU Number 网络协议数据单元参数

Extern Header Type 外部标头类型参数

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图1为本发明实施例一无线通信系统的示意图。无线通信系统可为一长期演进系统(Long Term Evolution，LTE)或其他移动通信系统，其包含用户端UE1、UE2及基地台eNodeB n～eNodeB n+2，其中用户端UE1、UE2与基地台eNodeB n、eNodeB n+1之间分别通过Uu传输接口进行通信。在此实施例中，用户端UE1、UE2是在同一个局部网络中，局部网络是指基地台之间已经建立X2传输接口的基地台集合。值得注意的是，图1仅是用来说明无线通信系统的架构，实际上，用户端及基地台的数量并不限于此。此外，用户端可为移动电话、平板电脑等装置。

为了卸载核心网络的负载，并改善数据传输时延及高传输费率等缺失，本发明提出了一种通过基地台之间X2传输接口的点对点通信机制，因此用户端之间的数据可直接经由基地台进行传输，而不需经由核心网络(如服务闸道(Serving Gateway,S-GW))，以实现降低核心网络负载的目的。举例来说，如图1所示，当用户端UE1欲与用户端UE2进行通信时，用户端UE1的数据会从基地台eNodeB n经由X2传输接口传送至基地台eNodeB n+1，接着基地台eNodeB n+1将数据传送至用户端UE2。进一步来说，本发明是在建立有X2传输接口的局部网络(如图1所示的基地台eNodeB n～eNodeB n+2)，建立关于用户端的路由信息，藉此当来源用户端欲传输数据至目标用户端时，来源基地台会判断关于目标用户端的信息是否在路由信息中，当目标用户端的信息在路由信息中时，来源基地台会通过X2传输接口将数据传送至目标用户端所属的目标基地台。相反的，当目标用户端的信息不在路由信息中时，来源基地台会依照传统的数据传输方式，即通过S1传输接口将数据传输至核心网络中的服务闸道，再由服务闸道传输数据至目标基地台。

图1为本发明实施例一通信装置20的示意图。通信装置20可为图1所示的基地台，其包含一处理装置200、一储存单元210及一通信界面单元220。处理装置200可为一微处理器或一特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)。储存单元210可为任一数据储存装置，用来储存一程式码214，并通过处理装置200读取及执行程式码214。举例来说，储存单元210可为用户识别模块(subscriber identity module，SIM)、快闪记忆体(flash memory)、随机存取记忆体(无线存取网络dom-access memory，RAM)等，而不限于此。通信界面单元220可为一收发器，其根据处理装置200的处理结果，与网络节点交换讯号。

请参考图3，图3为本发明实施例一流程30的流程图。流程30可用于图1所示的局部网络中的任一基地台，用来建立关于用户端的路由信息。流程30可被编译成程式码214，储存于储存单元210中，其包含以下步骤：

步骤310：通过附加程序及无线承载建立程序，取得用户端的网际网路协定地址、基地台的网际网路协定地址，以及对应用户端与基地台之间的无线承载的隧道端点标识。

步骤320：通过X2传输接口，传送路由信息至局部网络中的其他基地台，其中路由信息包含步骤310中取得的用户端的网际网路协定地址、基地台的网际网路协定地址，以及对应用户端与基地台之间的无线承载的隧道端点标识。

根据流程30，在进行附加程序(attach procedure)及建立无线承载(如初始无线承载(default bearer))之后，基地台会将取得的用户端的网际网路协定地址(简称为IP地址)，用户端所在基地台的IP地址，以及用户端与所在基地台之间的无线承载的隧道端点标识(Tunnel endpoint identifier，TEID)置入路由信息中，接着，基地台会在选定的一个、多个或所有的X2传输接口上传送此路由信息。因此，局部网络中接收到路由信息的基地台会储存此路由信息，以建立局部网络中一个、多个或所有用户端的路由信息。

简单来说，路由信息包含三个参数，用来指示用户端IP地址的第一参数，用来指示基地台的IP地址的第二参数，以及用来指示用户端与所在基地台之间的无线承载的隧道端点标识的第三参数。值得注意的是，当用户端执行去附加程序(detach procedure)时，基地台会删除对应此用户端的路由信息。

在局部网络中的路由信息建立完成后，当来源基地台中的来源用户端有数据欲传送至目标用户端时，来源用户端会传送数据传输请求信息至来源基地台，其中数据传输请求信息包含有数据封包及目标用户端的IP位置。来源基地台判断数据传输请求信息中的目标用户端的IP位置是否在储存的路由信息中。若目标用户端的IP位置在储存的路由信息中时，来源基地台会查询路由信息中对应此目标用户端的目标基地台的IP位置，以及目标用户端与目标基地台之间无线承载的隧道端点标识。换句话说，来源基地台判断目标用户端的IP位置是否与路由信息中的第一参数相同，若目标用户端的IP位置与路由信息中的第一参数相同时，来源基地台会取得路由信息中对应第一参数的第二参数及第三参数。接着，来源基地台会在数据封包中置入第三参数所指示的隧道端点标识，并通过X2传输接口，将此数据封包传送至第二参数所指示的目标基地台的IP位置。因此，接收到此数据封包的目标基地台，会根据数据封包中的隧道端点标识，选择对应的目标用户端，并通过Uu传输接口将数据封包传送至目标用户端。然而，若目标用户端的IP位置不在储存的路由信息中时，来源基地台会将数据封包传送至核心网络中的服务闸道，再由服务闸道根据传输数据至目标基地台，目标基地台再将数据封包传送至目标用户端。

请参考图4，图4为本发明实施例一流程40的流程图。流程40可用于图1所示的局部网络中的任一基地台，用来建立关于用户端的路由信息。流程40可被编译成程式码214，储存于储存单元210中，其包含以下步骤：

步骤410：通过附加程序及无线承载建立程序，取得用来指示用户端的网际网路协定地址、基地台的网际网路协定地址，以及对应用户端与基地台之间的无线承载的隧道端点标识。

步骤420：从来源用户端接收数据传输请求信息，其中数据传输请求信息包含数据封包及目标用户端的IP地址。

步骤430：通过X2传输接口，传送包含目标用户端的IP地址的查询信息至局部网络中的其他基地台。

步骤440：从局部网络中的目标基地台接收回应查询信息的路由信息，其中路由信息包含目标用户端的IP地址、目标基地台的IP地址，以及对应目标用户端与目标基地台之间的无线承载的隧道端点标识。

步骤450：储存路由信息。

根据流程40，当基地台取得用户端的IP地址、基地台的IP地址，以及无线承载的隧道端点标识之后，基地台不会直接发送路由信息，而是等到用户端有数据传输请求时，先解析出数据传输请求信息中的目标用户端的IP地址。接着，在所有X2传输接口上，向所有局部网络中的基地台发起关于目标用户端IP地址的查询信息。另一方面，接受到目标用户端IP地址的查询信息的基地台，会匹配自己储存的路由信息(即判断目标用户端的IP地址是否与路由信息中的第一参数相同)，若目标用户端的IP地址与路由信息中的第一参数相同时，把包含目标用户端的IP地址、目标基地台的IP地址及目标用户端与目标基地台之间无线承载的隧道端点标识的路由信息，通过X2传输接口告诉查询的基地台。查询基地台在接收到路由信息后，会储存此路由信息，以完成路由信息的建立程序。反之，若接收到查询信息的基地台判断目标用户端的IP地址与路由信息中的第一参数不同时，则忽略此查询信息。

换句话说，当路由信息建立完成之后，来源基地台取得目标用户端的IP地址、目标基地台的IP地址及目标用户端与目标基地台之间无线承载的隧道端点标识。接着，来源基地台会产生用户数据封包，并根据路由信息中的目

标基地台的IP地址，通过X2传输接口，将用户数据封包传送至目标基地台。值得注意的是，来源基地台会在此用户数据封包中置入目标用户端与目标基地台之间无线承载的隧道端点标识，因此，接收到用户数据封包的目标基地台，会根据用户数据封包中的隧道端点标识，选择对应的目标用户端，并通过Uu传输接口将数据封包传送至目标用户端。

图5为本发明实施例一用户数据封包格式的示意图。用户数据封包包含用户数据报协议标头(User Datagram Protocol Header)UDP-Header、一通用封包无线服务技术隧道协议标头(General Packet Radio Service Tunneling Protocol Header，GTP Header)GTP-Header及数据封包IP DATA，其中通用封包无线服务技术隧道协议标头GTP-Header中的隧道协议标头参数TEID被来源基地台设置为路由信息中的目标用户端与目标基地台之间无线承载的隧道端点标识(即路由信息中的第三参数)。因此，目标基地台在接收到用户数据封包之后，能根据隧道协议标头参数TEID，选择要发送给哪个用户端，并且从隧道协议标头参数TEID所对应的无线承载上把数据封包IP DATA发送到目标用户端。通用封包无线服务技术隧道协议标头GTP-Header除了包含隧道协议标头参数TEID，另包含有旗标参数FLAGS、信息类型参数MSG TYPE、信息长度参数LEN、序号参数Sequence Number、网络协议数据单元参数N-PDU Number、外部标头类型参数Extern Header Type。值得注意的是，用户数据封包格式应为本领域者所熟知，在此不赘述各参数的功用。本发明实施例的重点在于当来源基地台产生用户数据封包时，将路由信息中的隧道协议标头置入隧道协议标头参数TEID，以使目标基地台能根据隧道协议标头参数TEID，将数据封包传送到正确的目标用户端。

图6为本发明实施例一来源基地台执行数据传输的示意图。首先，来源基地台装置包含：至少二通信界面，X2传输接口及S1传输接口，其分别用来与局部网络中的另一个基地台(如目标基地台)及服务闸道S-GW进行数据传输、一地址解析单元，用来从来源用户端接收数据传输请求信息(如通过第1图所示的Uu传输接口)，并解析出数据封包及目标用户端的IP地址；一路径选择模块，用来储存路由信息，其中路由信息的建立方式可参见上述流程30～40，在此不再赘述，以及一封包产生模块，用来产生包含数据封包的用户数据封包。来源基地台进行数据传输的详细流程如下。来源基地台从来源用户端接收到数据传输请求信息之后，地址解析单元(可为LTE中的PDCP层)解析出数据封包，并且解析数据传输请求中的目标用户端的IP地址，并传递给路径选择模块。路径选择模块，根据输入的IP地址，在储存的路由信息中匹配(即上述的基地台判断目标用户端的IP地址是否与路由信息中的第一参数相同)，如果匹配不成功，则按照传统的数据传输方式，通过S1传输接口，将数据封包传送到核心网络的服务闸道S-GW。如果匹配成功，则取得路由信息中对应第一参数的第二及第三参数，并且和数据封包一起传送到封包产生模块。封包产生模块会将数据封包添加用户数据报协议标头UDP-Header及通用封包无线服务技术隧道协议标头GTP-Header、将隧道协议标头参数TEID设置为路由信息中的第三参数，以及根据路由信息中的第二参数所指示的目标基地台的IP地址，通过X2传输接口将用户数据封包传送至目标基地台。

综上所述，本发明提供通过基地台之间X2传输接口上的通信方式，实现点对点通信方法。更明确地来说，根据本发明的路由信息建立机制，局部网络中的基台能取得数据封包欲传送到的基地台IP位置及对应用户端的无线承载的隧道协议标头，进而达到数据封包在基地台之间传输，减少了核心网络的负载的功效。因此，本发明的点对点通信方法能有效降低核心网络的负载及传输费率，也可以减少通信时延，同时通信数据仅在局部网络中传输，也提高了数据的安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。