采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备的制作方法
采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备，端口控制协议（PCP）客户端获取用户设备的内部地址和端口，将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议（PCP）服务器，所述PCP服务器向网络地址转换（NAT）设备发送携带所述用户设备的内部地址和端口的保活请求。本发明采用端口控制协议（PCP）可以减少用户设备与网络在空口上的通信，进而降低用户设备消耗在NAT保活过程中的电池损耗。
【专利说明】采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种应用于第三代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Pro ject,简称为3GPP)网络的采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备。
【背景技术】
[0002]为了保持在通信领域的竞争力，3GPP标准工作组研究提出来3G、4G的3GPP网络，并且提出全IP的概念。全IP网络是从系统概念的层面上对以往3GPP系统进行改进和优化，包括与IP技术融合、支持各种接入系统以及在此基础上向用户提供高质量有保障的综合业务，确保在未来10年甚至更长的时间内具有竞争力。[0003]全IP网络首先需要一套具备足够容量的地址机制。由于需要支持多接入系统，全IP网络对于地址容量的要求会远远高于以往任何的3GPP系统，不同接入系统的各种终端、设备、用户和签约信息等都需要通过地址来标识，并且这种对IP地址容量的要求会随着终端种类和数量的增加、设备的扩充、用户的普及等情况而急剧增加。
[0004]网络地址转换(Network Address Translation,简称为NAT)属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。不仅解决了 IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。
[0005]NAT用来解决内部私有IP地址和外部公共IP地址之间的映射。当数据包离开内部网络时，NAT设备将内部私有IP源地址转换成全球唯一地址以便用于公共网络，例如因特网。当数据包从公共网络进入内部网络时，NAT路由器将全球唯一的公网IP地址转换成内部私有IP地址。当内部网络的共享节点发送出站通信时，NAT转发该通信并且在地址映射和/或端口映射数据库或表中创建共享节点的反向映射条目。该反向条目被用于回到内部网络的响应重定向到正确共享节点。
[0006]通常NAT设备采用具有用于映射状态的可配置超时时间段的超时定时器。如果特定条目在超过超时时间段内未被入站或出站的通信使用，则NAT定时器期满并且该条目被清除。一旦该条目被清除，则NAT之后的共享节点不能再通过该连接达到，并且必须发起新连接(例如由该共享节点)。防止NAT定时器超时(或期满)的一种常见机制被称为“保活”或“心跳”处理。在保活机制下，以比NAT超时时间段短的时间间隔在连接上生成无用通信以复位定时器，并由此保持该连接有效。
[0007]3GPP的核心网中，包含了归属用户服务器(Home Subscriber Server,简称为HSS)、移动性管理实体(Mobility Management Entity,简称为MME)、策略计费规则功能(Policy and Charging Rule Function,简称为 PCRF)、服务网关(Serving Gateway,简称为S-GW)和分组数据网关(PDN Gateway，简称为P-GW)。
[0008]图1是以用户设备通过3GPP EPC网络连接到公网为例阐述现有技术。图1是用户设备通过演进的核心网(Evolved Packet Core,简称为EPC)接入到公网的结构示意图。[0009]如图1所示，基站负责与UE建立空口连接，在信令面与MME/服务GPRS支持节点(SGSN)连接传输控制信令；在媒体面与P-GW/网关GPRS支持节点(GGSN)连接，传输媒体信息。例如基站包括RNC (Radio Network Controller,无线网络控制器)、Node B (节点B)或eNB (E-UTRAN NodeB，演进的通用陆地无线接入网络的节点B)。
[0010]MME/SGSN是核心网的控制网元，负责移动性管理、非接入层信令的处理和用户移动性管理上下文的管理等控制面相关功能。
[0011]P-GW是EPS与分组数据网络(Packet Data Network,简称为F1DN)的边界网关,负责I3DN的接入及其在EPS与PDN之间转发数据等功能。S-GW在图中未画出，该网元是演进分组核心网(Evolved Packet Core,简称EPC)网络中与无线接入网相连的接入网关设备，在基站和P-GW之间转发数据，并对数据进行缓存。
[0012]GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
[0013]GGSN和P-GW都是公共数据网网关在3G/4G网络中的具体网元，公共数据网网关在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能的设施。
[0014]图中未画出PCRF，该网元是策略和计费规则功能实体，其通过接收接口 Rx和运营商业务网络相连，负责提供计费控制、在线信用控制、门限控制、以及服务质量(Quality ofService，简称为 QoS)。
[0015]如图1所示，用户设备UE用户设备通过无线通信连接到基站，发起业务，建立到MME/SGSN的信令面的路径，并建立从UE—〉基站一〉P-GW/GGSN的媒体路径。在本例中P-GW/GGSN为UE分配了内部私有IP地址，UE发送数据包到远端的时候，数据包经过NAT，NAT设备将UE的私有IP地址/端口转换成全球唯一的公网IP地址/端口，当远端发送到UE的数据包到达NAT路由器时，NAT将公网IP地址/端口转换成UE的私有IP地址/端口，所以发往UE的数据包可以到达UE。在此过程中NAT维护私有IP地址/端口和公网IP地址/端口的映射条目，并设定该条目的超时时间段。在UE的业务有效期间，UE需要向NAT发送保活消息，以防止NAT在超时后将私有IP地址/端口和公网IP地址/端口的映射条目删除。
[0016]然而，现有技术存在如下问题:在NAT保活过程中频繁的保活通信消耗用户设备的电池寿命；导致大量无线通信，增加空口负担。
【发明内容】
[0017]本发明要解决的技术问题是提供采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备，解决现有技术的NAT保活流程中空口负担重以及电力损耗多的问题。
[0018]为了解决上述技术问题，本发明提供了采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法，所述方法包括:端口控制协议(PCP)客户端获取用户设备的内部地址和端口，将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议(PCP)服务器，所述PCP服务器向网络地址转换(NAT)设备发送携带所述用户设备的内部地址和端口的保活请求。
[0019]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0020]所述PCP客户端是公共数据网网关；[0021]所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带自身的内部地址和端口将所述控制信令发送至公共数据网网关。
[0022]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0023]所述PCP客户端是公共数据网网关；
[0024]所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:用户设备将其内部地址和端口发送至基站，基站在媒体通道上将所述用户设备的内部地址和端口发送至公共数据网网关。
[0025]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0026]所述PCP客户端是公共数据网网关；
[0027]所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:核心网的控制网元判断所述用户设备需进行NAT保活后向所述公共数据网网关发送所述用户设备的标识，所述公共数据网网关根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。 [0028]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0029]所述PCP客户端是公共数据网网关；
[0030]所述PCP客户端获取用户设备的内部地址和端口将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至所述PCP服务器的方法是:所述公共数据网网关从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口，根据所述信息判断所述用户设备需进行NAT保活时向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
[0031]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0032]所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括:
[0033]所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
[0034]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0035]所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括:
[0036]所述公共数据网网关在向所述用户设备发送的地址通知消息中添加PCP服务器地址；
[0037]所述用户设备获知所述PCP服务器的地址，向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
[0038]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0039]所述PCP客户端是应用服务器；所述方法包括:
[0040]应用服务器判断所述用户设备需进行NAT保活时，向策略计费规则功能(PCRF)发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述PCRF将所述PCP请求发送至所述PCP服务器。
[0041]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0042]所述应用服务器获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在注册到所述应用服务器所在的网络时将其内部地址和端口上报给所述应用服务器，或者所述应用服务器经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。[0043]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0044]所述PCP客户端是策略计费规则功能(PCRF);所述方法还包括:
[0045]所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口，判断所述用户设备需进行NAT保活时，向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
[0046]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0047]所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述应用服务器将所述用户设备的内部地址和端口通知至所述PCRF，或者所述PCRF根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
[0048]为了解决上述技术问题，本发明提供了采用端口控制协议完成网络地址转换保活的网元设备，所述网元设备包括第一模块和第二模块；
[0049]所述第一模块，用于获取用户设备的内部地址和端口 ；
[0050]所述第二模块，用于向端口控制协议(PCP)服务器发送携带用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
[0051]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0052]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0053]所述第一模块，用于从接收的所述控制信令中获知其协议配置选项(PCO)中携带的所述用户设备的内部地址和端口。
[0054]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0055]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0056]所述第一模块，用于通过媒体通道从基站接收所述用户设备发送的所述用户设备的内部地址和端口。
[0057]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0058]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0059]所述第一模块，用于从核心网的控制网元接收所述用户设备的标识，根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。
[0060]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0061]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0062]所述第一模块，用于从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口。
[0063]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0064]所述网元设备为作为PCP客户端的应用服务器；
[0065]所述第一模块，用于在所述用户设备注册到所述应用服务器所在的网络时从所述用户设备获知所述用户设备的内部地址和端口，或者经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。
[0066]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0067]所述网元设备为作为PCP客户端的策略计费规则功能(PCRF)；
[0068]所述第一模块，用于从应用服务器接收携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，或者根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
[0069]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种用户设备，所述用户设备包括信令发送模块；
[0070]所述信令发送模块，用于在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带所述用户设备的内部地址和端口并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
[0071]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种用户设备，所述用户设备作为PCP客户端包括信令发送模块；
[0072]所述信令发送模块，用于构建携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
[0073]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种用户设备，所述用户设备作为PCP客户端包括PCP服务器地址获取模块和信令发送模块；
[0074]所述PCP服务器地址获取模块，用于获知PCP服务器的地址；
[0075]所述信令发送模块，用于向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
[0076]进一步地，上述用户设备还可以具有以下特点:
[0077]所述PCP服务器地址获取模块，用于从公共数据网网关接收到的消息的PCO中获知PCP服务器的地址，或者，从所述公共数据网网关接收地址通知消息，根据此地址通知消息的消息体中携带的地址获知所述PCP服务器的地址。
[0078]本方案采用端口控制协议(PCP)可以减少用户设备与网络在空口上的通信，进而降低用户设备消耗在NAT保活过程中的电池损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0079]【专利附图】
【附图说明】用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0080]图1为现有技术中UE经过3GPP网络与外部网络进行通信时经过NAT的网络架构和保活方法的示意图；
[0081]图2为本发明中采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法示意图；
[0082]图3为实施例一中公共数据网网关作为PCP客户端与PCP服务端共同完成NAT保活的示意图；
[0083]图4为实施例一的实现方式一中公共数据网网关在UE的指示下与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0084]图5为实施例一的实现方式二中公共数据网网关在UE的指示下与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0085]图6为实施例一的实现方式三中公共数据网网关在网络的指示下与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0086]图7为实施例一的实现 方式四中公共数据网网关基于本地的包检测从而与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0087]图8为实施例二中UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图；
[0088]图9为实施例二的实现方式一中UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；[0089]图10为实施例二的实现方式二中UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0090]图11为实施例三中AF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图；
[0091]图12为实施例三中AF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0092]图13为实施例四中PCRF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图；
[0093]图14为实施例四中PCRF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图。
【具体实施方式】
[0094]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0095]如图2所示，采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法包括:PCP客户端获取UE的内部地址和端口，将携带所述UE的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议(PCP)服务器，PCP服务器向NAT设备发送携带所述UE的内部地址和端口的保活请求。
[0096]可作为PCP客户端的网元设备包括第一模块和第二模块；
[0097]第一模块用于获取UE的内部地址和端口；
[0098]第二模块用于向PCP服务器发送携带UE的内部地址和端口的PCP请求。
[0099]下面通过不同的实施例进行详细说明。
[0100]实施例一
[0101]实施例一中公共数据网网关作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活。本实施例以P-GW/GGSN作为公共数据网网关的具体网元，以MME/SGSN作为控制网元的具体网元。如图3所示，P-Gff或者GGSN判断需要代替UE进行NAT保活，P-Gff或者GGSN向PCPServer发送PCP请求，携带需要保活的UE的私网IP地址和端口。PCP服务器代替UE周期性向NAT发送保活消息。包括四种实现方式。
[0102]实现方式一
[0103]实现方式一中UE经由核心网的MME/SGSN将UE的内部地址和端口发送至P-GW/GGSN, P-GW/GGSN从信令路径收到UE发来的消息，其中带需要向NAT保活的标识。UE通过信令路径将UE的内部IP和端口发送到基站，基站将UE的内部IP和端口发送到MME/SGSN，然后 MME/SGSN 发送到 P-GW/GGSN。
[0104]如图4所示，当UE发现其发送的数据包经过NAT并需要进行NAT保活时，为了节省空口资源及节约UE的电池损耗，UE发起请求，让P-GW/GGSN执行保活操作。具体例如，UE向MME/SGSN发送消息，其中在消息的PCO中携带UE的内部IP地址和端口 ；MME/SGSN将PCO透传给P-GW/GGSN。P-GW/GGSN与PCP Server共同完成NAT保活。业务结束后UE通过MME/SGSN通知P-GW/GGSN，然后P-GW/GGSN取消PCP Server到NAT的保活过程。具体包括步骤400至422:[0105]步骤400:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0106]步骤401:UE向MME/SGSN发送请求消息，在消息的协议配置选项(ProtocolConfiguration Options,简称PC0)中携带其自身的内部IP地址和端口号。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,该情况表示UE—直在线。
[0107]具体实施时，请求消息比如是Create Session Request,也可以是Create BearerResponse,也可以是 Bearer Resource Command,也可以是 Update Bearer Response。也可以是:Create PDP Context Request message,或者Update PDP Context Request,或者Create MBMS Context Request message
[0108]步骤402:MME/SGSN 将请求消息发给 P-GW/GGSN。
[0109]需要说明的是，如果是MME发到P-GW，那么请求先发给S_GW，然后S-GW转发到P-GW，此为现有技术。为了描述简单，图中没有画出S-GW，下面的实施例也是一样。
[0110]步骤403 =P-Gff/GGSN收到请求消息后，向PCP Server发送PCP请求。具体的，P-GW/GGSN解析PCO带的UE的内部IP地址和端口，将UE的内部IP地址和端口放在在PCP请求消息中，比如放在PCP MAP消息或者PCPPEER消息中。PCP请求中携带一个timer，记做timer2。timer2的值可以设置为PCO携带的timerl值,也可以根据本地策略设置一个小于或者大 于PCO携带的timerl的值。
[0111]步骤404:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求，携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer3。
[0112]步骤405 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer3c。通常情况下timer3c小于timer2c的值。
[0113]步骤406:PCP Server向P-GW/GGSN发送PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer2c。
[0114]步骤407 =P-Gff/GGSN向MME/SGSN发送响应消息。响应消息中带P-GW/GGSN为UE做NAT保活的有效时长,记做timerlc。
[0115]步骤408:MME/SGSN将响应消息发送到UE。
[0116]可选的，步骤407~步骤408可以在步骤406之前执行。此时timerlc可以为limitless或unlimited,也可以不带timerlc,均表不P-Gff/GGSN可以一直为UE做NAT保活。
[0117]步骤409:P-GW/GGSN在timer2c的时间周期内向PCP Server发送PCP请求。具体的，P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP PEER消息，携带一个timer,可以设为timer2c的值。
[0118]步骤410:PCP Server在imer2c的时间周期内收到PCP请求,返回响应消息,新的超时时长可以是timer2c的值。
[0119]步骤411:PCP Server在超时时长timer2c内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于timer3c的时长。[0120]步骤412:NAT在超时时长timer3c时收到PCP Server的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer3c。
[0121]在具体实施时，步骤40扩步骤410是以一定的周期重复执行的，执行周期小于协商的时间timerfc。步骤4lf步骤412也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间 timer3c。
[0122]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，UE到NAT的保活由P-GW/GGSN和PCP Server来完成。
[0123]步骤413:UE到业务提供商的业务结束，UE向基站发送消息，在PCO中带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0124]发送的消息比如是Delete MBMS Context Request,或者是 Delete PDP ContextRequest ;比如是 Delete Session Request,或者是 Delete Bearer Request。
[0125]步骤414:同步骤402。
[0126]步骤415:P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP请求。携带的时间间隔timer设为零。
[0127]步骤416:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，返回响应消息，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0128]步骤417~步骤418 =P-Gff/GGSN向MME/SGSN发送响应消息，MME/SGSN将响应消息转发给UE。
[0129]实现方式二
[0130]实现方式二中UE在与P-GW/GGSN之间的媒体通道上将UE的内部地址和端口发送至P-GW/GGSN，P-GW/GGSN从媒体路径收到UE发来的消息，其中带需要向NAT保活的标识。具体的，UE通过媒体路径将UE的内部IP和端口发送到基站，基站将UE的内部IP和端口发送到 P-GW/GGSN，不经过 MME/SGSN。
[0131]如图5所示，当UE发现其发送的数据包经过NAT并需要进行NAT保活时，让P-GW/GGSN执行保活操作。具体地，UE向P-GW/GGSN发送消息，其中在消息中携带UE的内部IP地址和端口。P-GW/GGSN与PCP Server共同完成NAT保活。业务结束后UE通知P-GW/GGSN，P-GW/GGSN取消PCP Server到NAT的保活过程。
[0132]UE获取P-GW/GGSN地址的方法，比如是P-GW/GGSN在发送到UE的GTP-U的消息的头部中添加并携带，比如是在消息头部的扩张部分添加其自身的地址。或者比如是P-GW/GGSN作为源地址向UE发送一个通知消息，携带其自身的地址，P-GW/GGSN地址可以放在GTP-U的消息的头部中，也可以放在源地址中，并在消息中标识这是一个来自P-GW/GGSN的消息。
[0133]具体包括步骤500至514:
[0134]步骤500:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0135]步骤501:UE向P-GW/GGSN发送消息，携带UE的内部IP和端口。目的地是P-GW/GGSN。可选的，可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0136]消息的发送方式比如是在GTP-U通道上发送到P-GW/GGSN。
[0137]步骤502~步骤505:同实施例一中的步骤403~步骤406。
[0138]步骤506 =P-Gff/GGSN向UE返回响应消息。
[0139]步骤507~步骤510:同实施例一中的步骤409~步骤412。
[0140]步骤511:UE到业务提供商的业务结束，UE向P-GW/GGSN发送消息，带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0141]步骤512~步骤513:同实施例一中的步骤415~步骤416。
[0142]步骤514 =P-Gff/GGSN向UE返回响应消息。
[0143]实现方式三 [0144]MME/SGSN判断UE需进行NAT保活后向P-GW/GGSN发送UE的标识，P-GW/GGSN根据UE的标识获知UE的内部地址和端口。具体的，MME/SGSN通过本地配置或者UE的注册信息判断UE可以在业务期间一直保持在线状态，通知P-GW/GGSN执行在业务期间为UE进行保活操作。MME/SGSN向P-GW/GGSN发送消息，其中在消息中携带UE的标识。P-GW/GGSN判断UE处于业务进行状态，P-GW/GGSN与PCP Server共同完成NAT保活。
[0145]其中UE的标识比如是UE的移动用户国际综合业务数字网(ISDN)号码(MobileInternational Integrated Service Digital Network,简称 MSISDN,),公共用户标识(Pubic User Identity,简称 PUI),私有用户标识(Private User Identity,简称 PVI),别称(nickname)等。
[0146]如图6所示，本方法具体包括步骤600至614:
[0147]步骤600:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元，比如是MME/SGSNo MME/SGSN 为 UE 选择 P-GW/GGSN，P-GW/GGSN 为 UE 分配了内部 IP 地址。UE 通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0148]步骤601:MME/SGSN向P-GW/GGSN发送请求消息，携带UE的标识。可以携带期望的timer,记做timerNet。期望的timerNet指MME/SGSN预测的业务有效的时间，或者称为UE允许在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,该情况表示UE —
直在线。
[0149]步骤602:P-Gff/GGSN 向 MME/SGSN 返回响应消息。
[0150]步骤603 =P-Gff/GGSN根据来自MME/SGSN的请求消息中UE的标识可以获知UE的内部IP地址。
[0151]P-GW/GGSN获知UE正在使用业务，需要进行NAT保活。P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP请求，携带UE的内部IP和端口。比如P-GW/GGSN通过包检测获知该UE的内部IP和端口。
[0152]步骤604~步骤606:同步骤605~步骤607。
[0153]步骤607~步骤610:同步骤611~步骤614。
[0154]步骤611:MME/SGSN判断UE的业务已经结束，或者UE的3GPP网络注册超时，即在规定的时间内没有收到TAU或者RAU。在上述情况下MME/SGSN向P-GW/GGSN发送取消保活的请求消息，携带UE的标识。timerNet设置为零。
[0155]步骤612:P-Gff/GGSN 向 MME/SGSN 返回响应消息。[0156]步骤613:P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP请求。携带UE的内部IP和端口，时间间隔timer设为零。
[0157]步骤614:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0158]实现方式四
[0159]P-GW/GGSN从UE的上行数据中检测到UE的信息，此信息中包括UE的内部地址和端口，根据此信息判断UE需进行NAT保活时向PCP服务器发送PCP请求，P-GW/GGSN与PCP服务器通信，共同完成NAT保活。
[0160]如图7所示，本方法具体包括步骤701至713:
[0161]步骤700:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元，比如是MME/SGSNo MME/SGSN 为 UE 选择 P-GW/GGSN，P-GW/GGSN 为 UE 分配了内部 IP 地址。UE 通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0162]步骤701:P-Gff/GGSN对UE的上行和下行数据进行包检测。从上行数据中检测到源IP地址、端口(即UE的内部IP地址和端口)和目标IP地址、端口，以及协议类型，即五元组。
[0163]步骤702:P-Gff/GGSN根据检测到的五元组信息判断需要为UE进行NAT保活操作。
[0164]步骤703 =P-Gff/GGSN向PCP Server发送PCP请求。具体的，P-GW/GGSN将五元组中的UE的内部IP地址和端口，放在在PCP请求消息中的内部IP和端口中。具体消息比如是PCP MAP消息或者PCP PEER消息。PCP请求中携带期望的超时时间，记做timer2。
[0165]步骤704:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求，携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer3。
[0166]步骤705 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer3c。通常情况下timer3c小于timer2c的值。
[0167]步骤706:PCP Server向P-GW/GGSN发送PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer2c。
[0168]步骤707~步骤710:同步骤411~步骤414。
[0169]步骤711:P_GW/GGSN在设定的时间内没有收到该UE的上行或下行的业务数据包。
[0170]步骤712 =P-Gff/GGSN向PCP Server发送PCP请求消息，携带UE的内部IP和端口，时间间隔timer设为零。
[0171]步骤713:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0172]实施例二
[0173]图8是UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图，如图所示，UE自身作为PCP客户端，发 送PCP请求到PCP服务器。有两种方法可以将UE的PCP请求路由到PCP服务器:实现方式一中UE在控制信令消息的PCO中携带PCP请求消息并将控制信令消息发送至P-GW/GGSN，P-GW/GGSN将其中的PCP请求消息发送到PCP服务器；实现方式二中，UE获知P-GW/GGSN的地址，将PCP请求发送到P-GW/GGSN，然后P-GW/GGSN查询并选择一个PCP服务器，将UE发来的PCP请求路由到该PCP服务器。[0174]实现方式一
[0175]UE在控制信令消息的PCO中携带PCP请求消息，向P-GW/GGSN发送携带UE的内部地址和端口的控制信令消息，P-GW/GGSN解析出其中的PCP请求发送到PCP服务器。
[0176]本方法具体包括步骤900至922:
[0177]步骤900:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0178]步骤901:UE向MME/SGSN发送消息，在消息的PCO中携带PCP请求消息，比如将PCP MAP消息或者PCP PEER消息放在消息的PCO中。PCP请求消息中携带UE的内部IP地址和端口，可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0179]具体实施时，发送的消息比如是Create Session Request,也可以是CreateBearer Response,也可以是 Bearer Resource Command,也可以是 Update BearerResponse。也可以是:Create PDP Context Request message,或者 Update PDP ContextRequest,或者 Create MBMS Context Request message。在上述消息的 PCO 中带 PCP 请求消息。
[0180]步骤902:MME/SGSN 将消息转发给 P-GW/GGSN。
[0181]步骤903 =P-Gff/GGSN解析消息中PC0，然后将其中携带PCP请求消息发送到PCPServer。
[0182]步骤904:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer2。
[0183]步骤905 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0184]步骤906:PCP Server向P-GW/GGSN发送PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0185]步骤907:P-GW/GGSN向MME/SGSN转发响应消息。响应消息中带PCP Server为UE做NAT保活的有效时长，记做timerlc。具体比如将PCP响应消息放在PCO中发送给UE。
[0186]步骤908:MME/SGSN将消息发送到UE。UE解析PCO带的PCP响应消息。
[0187]步骤909:UE在timerlc的时间周期内向MME/SGSN发送消息，在消息的PCO中携带PCP请求消息，比如将PCP PEER消息放在消息的PCO中。PCP请求消息中带UE的内部IP地址和端口，携带预期的超时时长timer,可以设为timerlc的值。
[0188]步骤910:MME/SGSN 将消息转发给 P-GW/GGSN。
[0189]步骤911 =P-Gff/GGSN解析消息中PC0，然后将其中携带PCP请求消息发送到PCP
Server。
[0190]步骤912~步骤914:同步骤906~步骤908。
[0191]步骤915:PCP Server在超时时长timer2c内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于timerlc的时长。[0192]步骤916:NAT在超时时长timer2c时收到PCP Server的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer3c。
[0193]在具体实施时，步骤90扩步骤914是以一定的周期重复执行的，执行周期小于等于协商的时间timerlc。步骤915~步骤916也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0194]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，实现UE到NAT的保活。
[0195]步骤917:UE的业务结束，UE向MME/SGSN发送消息，在消息的PCO中携带PCP请求消息，比如将PCP MAP消息或者PCP PEER消息放在消息的PCO中。PCP请求消息中带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0196]步骤918:MME/SGSN 将消息转发给 P-GW/GGSN。。[0197]步骤919:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。向P-GW/GGSN返回响应消息。
[0198]步骤920-步骤922:同步骤906~步骤908。
[0199]实现方式二
[0200]UE获知PCP服务器的地址，向PCP服务器发送携带UE的内部地址和端口的PCP请求。在本实施例中P-GW/GGSN为UE选择PCP服务器并且将PCP服务器的地址发送给UE。。
[0201]如图10所示，本方法包括步骤1000至1022:
[0202]步骤1000:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN 为 UE 选择 P-GW/GGSN，P-GW/GGSN 为 UE 分配了内部 IP 地址。
[0203]P-GW/GGSN将其PCP服务器的地址通知给UE，UE将PCP请求消息发送给该PCP服务器
[0204]P-GW/GGSN将PCP Server的地址通知给UE的方法是P-GW/GGSN在发送到UE的承载控制消息中添加PCP Server的地址。可以在消息的PCO中添加PCP Server的地址,也可以在消息体中以XML格式携带PCP服务器的地址。具体实施时，在承载控制消息的PCO中带PCP Server地址的请求消息比如是Create Session Response,也可以是Create BearerRequest,也可以是Modify Beaer Response,也可以是 Update Beaer Request。也可以是:Create PDP Context Response,或者 Update PDP Context Response,或者 Create MBMSContext Response。
[0205]步骤1001:UE向MME/SGSN发送承载控制消息，建立UE与P-GW/GGSN的承载通道。
[0206]步骤1002:MME/SGSN将承载控制消息发送至P-GW/GGSN。
[0207]步骤1003 =P-Gff/GGSN向UE返回响应消息，在响应消息的PCO中带PCP Server地址。
[0208]步骤1004:MME/SGSN将响应消息转发给UE。
[0209]步骤1005:UE向P-GW/GGSN送PCP请求消息，在消息中携带UE的内部IP地址和端口，目的地址是PCP服务器。比如发送PCP MAP消息或者PCP PEER消息中。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况
表示UE —直在线。[0210]步骤1006:P-GW/GGSN 将 PCP 请求消息转发到 PCP Server。
[0211]步骤1007:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer2。
[0212]步骤1008 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长,记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0213]步骤1009:PCP Server返回PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0214]步骤1010:P-Gff/GGSN向UE转发PCP响应消息。响应消息中带PCPServer为UE做NAT保活的有效时长,记做timerlc。
[0215]步骤1011:UE在timerlc的时间周期内向PCP服务器发送PCP请求。比如发送PCP PEER消息,携带预期的超时时长timer,可以设为timerlc的值。
[0216]步骤1012 =P-Gff/GGSN将PCP请求消息转发PCP服务器。
[0217]步骤1013~步骤1014:同步骤1009~步骤1010。
[0218]步骤1015:PCP Server在超时时长timer2c内，以一定的周期向NAT发送保活消息。
[0219]步骤1016:NAT在超时时长timer2c时收到PCP Server的保活消息,返回响应消息,显示保活成功。
[0220]在具体实施时，步骤1011~步骤1014是以一定的周期重复执行的，执行周期小于等于协商的时间timerlc。步骤1015~步骤1016也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0221]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新。
[0222]步骤1017:UE的业务结束，UEP-GW/GGSN送PCP请求消息，在消息中携带UE的内部IP地址和端口，目的地址是PCP服务器。超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0223]步骤1018 =PCP服务器收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0224]步骤1019~步骤1020 =PCP服务器返回响应消息。
[0225]实施例三
[0226]如图11所示，应用服务器(AF)作为PCP客户端判断UE需进行NAT保活时，向策略计费规则功能(PCRF)发送携带所述UE的内部地址和端口的PCP请求，PCRF将PCP请求发送至PCP服务器。PCRF收到PCP请求后执行PCP Proxy的功能，将PCP请求转发到PCP服务器，PCP服务器代替UE向NAT发送保活消息。
[0227]需要说明的是AF获取UE的内部IP和端口，可以是在UE注册到AF所在的网络的时候由UE上报，也可以是AF经过PCRF从P-GW/GGSN查询获得。
[0228]如图12所示，本方法包括步骤1200至1216:
[0229]步骤1200:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0230]步骤1201:AF向PCRF发送PCP请求，携带UE的IP和端口。比如发送PCP MAP消息或者PCP PEER消息中。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0231]步骤1202 =PCRF将PCP请求转发给PCP Server。PCRF将PCP请求路由到PCPServer的过程可以参考IETF中有关PCP的协议，在此不赘述。
[0232]步骤1203:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer2。
[0233]步骤1204 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长,记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0234]步骤1205:PCP Server向PCRF发送PCP响应消息。带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0235]步骤1206 =PCRF将PCP响应消息转发给AF。
[0236]步骤1207:AF在timerIc的时间周期内向PCRF发送PCP请求。具体的，AF向PCRF发送PCP PEER消息,携带一个timer,可以设为timerlc的值。
[0237]步骤1208 =PCRF 将 PCP 请求路由到 PCP Server0
[0238]步骤1209:PCP Server在imerlc的时间周期内收到PCP请求,返回响应消息,新的超时时长可以是timerlc的值。
[0239]步骤1210 =PCRF将响应消息转发给AF。
[0240]步骤1211:PCP Server在与AF的超时时长timerlc内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于与NAT的保活时长timer2c。
[0241]步骤1212 =NAT在超时时长timer2c时收到PCP Serer的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer2c。
[0242]在具体实施时，步骤1207~步骤1210是以一定的周期重复执行的，执行周期小于协商的时间timerlc。步骤1211~步骤1212也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0243]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，UE到NAT的保活由AF、PCRF和PCP Server来完成。
[0244]步骤1213:UE的业务结束，AF向PCRF发送消息，带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活过程。
[0245]步骤1214 =PCRF 将 PCP 请求路由到 PCP Server。
[0246]步骤1215:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，返回PCP响应消息。并且PCP Server不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0247]步骤1216 =PCRF将PCP响应转发给AF。
[0248]实施例四
[0249]如图13所示，PCRF作为PCP客户端获取UE的内部IP和端口，判断UE需进行NAT保活时，将携带UE内部IP和端 口的PCP请求发送到PCP服务器，PCP服务器代替UE向NAT发送保活消息。
[0250]需要说明的是PCRF获取UE的内部IP和端口，可以是在UE发起业务的时候由AF通知PCRF，也可以是PCRF根据UE的标识从P-GW/GGSN查询获知。比如，PCRF根据AF发来的UE的标识向P-GW/GGSN查询该UE的内部IP和端口。所述UE的标识比如是UE的移动用户国际综合业务数字网(ISDN)号码(Mobile International Integrated Service DigitalNetwork,简称MSISDN,),公共用户标识(Public User Identity,简称PUI),私有用户标识(Private User Identity,简称 PVI),别称(nickname)等。
[0251]PCRF选择PCP服务器的方法，可以参考IETF中有关PCP Server选择的RFC文档，此处不赘述。
[0252]如图14所示，本方法包括步骤1400至1410:
[0253]步骤1400:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0254]步骤1401 =PCRF向PCP Server携带UE的IP和端口。比如发送PCP MAP消息或者PCP PEER消息中。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的值设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0255]步骤1402:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长 ，记做timer2。
[0256]步骤1403 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长,记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0257]步骤1404:PCP Server向PCRF发送PCP响应消息。带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0258]步骤1405:PCRF在timerlc的时间周期内向PCP Server发送PCP请求。具体的，PCRF向PCP Server发送PCP PEER消息，携带一个timer,可以设为timerlc的值。
[0259]步骤1406:PCP Server在imerlc的时间周期内收到PCP请求，返回响应消息，新的超时时长可以是timerlc的值。
[0260]步骤1407:PCP Server在与PCRF的超时时长timerlc内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于与NAT的保活时长timer2c。
[0261]步骤1408:NAT在超时时长timer2c时收到PCP Server的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer2c。
[0262]在具体实施时，步骤1405~步骤1406是以一定的周期重复执行的，执行周期小于协商的时间timerlc。步骤1407~步骤1408也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0263]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，UE到NAT的保活由PCRF和PCP Server来完成。
[0264]步骤1409:UE的业务结束，PCRF向PCP Server发送消息，带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活过程。[0265]步骤1410:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，返回PCP响应消息。并且PCP Server不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0266]对本方案中的网元设备描述如下:
[0267]作为PCP客户端的网元设备为公共数据网网关时，网元设备的第一模块，用于通过核心网的控制网元接收UE发送的UE的内部地址和端口，或者通过媒体通道从基站接收UE发送的UE的内部地址和端口。具体的第一模块可以接收控制信令并从控制信令的协议配置选项(PCO)中获知UE的内部地址和端口，还可以通过媒体通道从基站接收所述用户设备发送的所述用户设备的内部地址和端口。公共数据网网关不作PCP客户端时(例如UE作为PCP客户端)可以转发PCP请求消息，第一模块用于接收控制信令并从此控制信令的协议配置选项(PCO)中获知其携带的PCP请求消息，PCP请求消息中携带UE的内部地址和端口。
[0268]或者，作为PCP客户端的网元设备为公共数据网网关时，网元设备的第一模块用于从核心网的控制网元接收UE的标识，根据UE的标识获知UE的内部地址和端口。
[0269]或者，作为PCP客户端的网元设备为公共数据网网关时，网元设备的第一模块用于从UE的上行数据中检测到UE的信息，此信息中包括UE的内部地址和端口。
[0270]作为PCP客户端的网元设备是应用服务器时，网元设备的第一模块用于在UE注册到应用服务器所在的网络时从UE获知UE的内部地址和端口，或者经由PCRF查询公共数据网网关而获知UE的内部地址和端口。
[0271]作为PCP客户端的网元设备是PCRF时，网元设备的第一模块用于从应用服务器接收携带UE的内部地址和端口的PCP请求，或者根据UE的标识从公共数据网网关查询获知UE的内部地址和端口。
[0272]作为PCP客户端的网元设备是UE时，UE的信令发送模块用于构建携带UE的内部地址和端口的PCP请求，在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将此控制信令发送到公共数据网网关。
[0273]或者，作为PCP客户端的网元设备是UE时，UE的网关地址获取模块用于获知PCP服务器的地址，UE的信令发送模块用于向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求。其中，所述PCP服务器地址获取模块，用于从公共数据网网关接收到的消息的PCO中获知PCP服务器的地址，或者，从所述公共数据网网关接收地址通知消息，根据此地址通知消息的消息体中携带的地址获知所述PCP服务器的地址。
[0274]UE不作为PCP客户端时，UE的信令发送模块用于在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带UE的内部地址和端口并将控制信令发送到公共数据网网关。
[0275]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
[0276]本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
【权利要求】
1.采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法，其特征在于，所述方法包括: 端口控制协议(PCP)客户端获取用户设备的内部地址和端口，将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议(PCP)服务器，所述PCP服务器向网络地址转换(NAT)设备发送携带所述用户设备的内部地址和端口的保活请求。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共数据网网关； 所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带自身的内部地址和端口将所述控制信令发送至公共数据网网关。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共数据网网关； 所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:用户设备将其内部地址和端口发送至基站，基站在媒体通道上将所述用户设备的内部地址和端口发送至公共数据网网关。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共 数据网网关； 所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:核心网的控制网元判断所述用户设备需进行NAT保活后向所述公共数据网网关发送所述用户设备的标识，所述公共数据网网关根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共数据网网关； 所述PCP客户端获取用户设备的内部地址和端口将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至所述PCP服务器的方法是:所述公共数据网网关从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口，根据所述信息判断所述用户设备需进行NAT保活时向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括: 所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括: 所述公共数据网网关在向所述用户设备发送的地址通知消息中添加PCP服务器地址；所述用户设备获知所述PCP服务器的地址，向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是应用服务器；所述方法包括: 应用服务器判断所述用户设备需进行NAT保活时，向策略计费规则功能(PCRF)发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述PCRF将所述PCP请求发送至所述PCP服务器。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于， 所述应用服务器获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在注册到所述应用服务器所在的网络时将其内部地址和端口上报给所述应用服务器，或者所述应用服务器经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是策略计费规则功能(PCRF);所述方法还包括: 所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口，判断所述用户设备需进行NAT保活时，向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于， 所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述应用服务器将所述用户设备的内部地址和端口通知至所述PCRF，或者所述PCRF根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
12.采用端口控制协议完成网络地址转换保活的网元设备，其特征在于， 所述网元设备包括第一模块和第二模块； 所述第一模块，用于获取用户设备的内部地址和端口 ； 所述第二模块，用于向端口控制协议(PCP)服务器发送携带用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
13.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于从接收的所述控制信令中获知其协议配置选项(PCO)中携带的所述用户设备的内部地址和端口。
14.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于通过媒体通道从基站接收所述用户设备发送的所述用户设备的内部地址和端口。
15.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于从核心网的控制网元接收所述用户设备的标识，根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。
16.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口。
17.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的应用服务器； 所述第一模块，用于在所述用户设备注册到所述应用服务器所在的网络时从所述用户设备获知所述用户设备的内部地址和端口，或者经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。
18.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的策略计费规则功能(PCRF)； 所述第一模块，用于从应用 服务器接收携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，或者根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
19.一种用户设备，其特征在于， 所述用户设备包括信令发送模块； 所述信令发送模块，用于在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带所述用户设备的内部地址和端口并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
20.一种用户设备，其特征在于， 所述用户设备作为PCP客户端包括信令发送模块； 所述信令发送模块，用于构建携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
21.一种用户设备，其特征在于， 所述用户设备作为PCP客户端包括PCP服务器地址获取模块和信令发送模块； 所述PCP服务器地址获取模块，用于获知PCP服务器的地址； 所述信令发送模块，用于向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
22.如权利要求21所述的用户设备，其特征在于， 所述PCP服务器地址获取模块，用于从公共数据网网关接收到的消息的PCO中获知PCP服务器的地址，或者，从所述公共数据网网关接收地址通知消息，根据此地址通知消息的消息体中携带的地址获知所述PCP服务器的地址。
【文档编号】H04W52/02GK103906037SQ201210572628
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2012年12月25日
【发明者】徐绍华, 李志军, 谢宝国 申请人:中兴通讯股份有限公司
【专利摘要】本发明公开了采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备，端口控制协议（PCP）客户端获取用户设备的内部地址和端口，将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议（PCP）服务器，所述PCP服务器向网络地址转换（NAT）设备发送携带所述用户设备的内部地址和端口的保活请求。本发明采用端口控制协议（PCP）可以减少用户设备与网络在空口上的通信，进而降低用户设备消耗在NAT保活过程中的电池损耗。
【专利说明】采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种应用于第三代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Pro ject,简称为3GPP)网络的采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备。
【背景技术】
[0002]为了保持在通信领域的竞争力，3GPP标准工作组研究提出来3G、4G的3GPP网络，并且提出全IP的概念。全IP网络是从系统概念的层面上对以往3GPP系统进行改进和优化，包括与IP技术融合、支持各种接入系统以及在此基础上向用户提供高质量有保障的综合业务，确保在未来10年甚至更长的时间内具有竞争力。[0003]全IP网络首先需要一套具备足够容量的地址机制。由于需要支持多接入系统，全IP网络对于地址容量的要求会远远高于以往任何的3GPP系统，不同接入系统的各种终端、设备、用户和签约信息等都需要通过地址来标识，并且这种对IP地址容量的要求会随着终端种类和数量的增加、设备的扩充、用户的普及等情况而急剧增加。
[0004]网络地址转换(Network Address Translation,简称为NAT)属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。不仅解决了 IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。
[0005]NAT用来解决内部私有IP地址和外部公共IP地址之间的映射。当数据包离开内部网络时，NAT设备将内部私有IP源地址转换成全球唯一地址以便用于公共网络，例如因特网。当数据包从公共网络进入内部网络时，NAT路由器将全球唯一的公网IP地址转换成内部私有IP地址。当内部网络的共享节点发送出站通信时，NAT转发该通信并且在地址映射和/或端口映射数据库或表中创建共享节点的反向映射条目。该反向条目被用于回到内部网络的响应重定向到正确共享节点。
[0006]通常NAT设备采用具有用于映射状态的可配置超时时间段的超时定时器。如果特定条目在超过超时时间段内未被入站或出站的通信使用，则NAT定时器期满并且该条目被清除。一旦该条目被清除，则NAT之后的共享节点不能再通过该连接达到，并且必须发起新连接(例如由该共享节点)。防止NAT定时器超时(或期满)的一种常见机制被称为“保活”或“心跳”处理。在保活机制下，以比NAT超时时间段短的时间间隔在连接上生成无用通信以复位定时器，并由此保持该连接有效。
[0007]3GPP的核心网中，包含了归属用户服务器(Home Subscriber Server,简称为HSS)、移动性管理实体(Mobility Management Entity,简称为MME)、策略计费规则功能(Policy and Charging Rule Function,简称为 PCRF)、服务网关(Serving Gateway,简称为S-GW)和分组数据网关(PDN Gateway，简称为P-GW)。
[0008]图1是以用户设备通过3GPP EPC网络连接到公网为例阐述现有技术。图1是用户设备通过演进的核心网(Evolved Packet Core,简称为EPC)接入到公网的结构示意图。[0009]如图1所示，基站负责与UE建立空口连接，在信令面与MME/服务GPRS支持节点(SGSN)连接传输控制信令；在媒体面与P-GW/网关GPRS支持节点(GGSN)连接，传输媒体信息。例如基站包括RNC (Radio Network Controller,无线网络控制器)、Node B (节点B)或eNB (E-UTRAN NodeB，演进的通用陆地无线接入网络的节点B)。
[0010]MME/SGSN是核心网的控制网元，负责移动性管理、非接入层信令的处理和用户移动性管理上下文的管理等控制面相关功能。
[0011]P-GW是EPS与分组数据网络(Packet Data Network,简称为F1DN)的边界网关,负责I3DN的接入及其在EPS与PDN之间转发数据等功能。S-GW在图中未画出，该网元是演进分组核心网(Evolved Packet Core,简称EPC)网络中与无线接入网相连的接入网关设备，在基站和P-GW之间转发数据，并对数据进行缓存。
[0012]GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
[0013]GGSN和P-GW都是公共数据网网关在3G/4G网络中的具体网元，公共数据网网关在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能的设施。
[0014]图中未画出PCRF，该网元是策略和计费规则功能实体，其通过接收接口 Rx和运营商业务网络相连，负责提供计费控制、在线信用控制、门限控制、以及服务质量(Quality ofService，简称为 QoS)。
[0015]如图1所示，用户设备UE用户设备通过无线通信连接到基站，发起业务，建立到MME/SGSN的信令面的路径，并建立从UE—〉基站一〉P-GW/GGSN的媒体路径。在本例中P-GW/GGSN为UE分配了内部私有IP地址，UE发送数据包到远端的时候，数据包经过NAT，NAT设备将UE的私有IP地址/端口转换成全球唯一的公网IP地址/端口，当远端发送到UE的数据包到达NAT路由器时，NAT将公网IP地址/端口转换成UE的私有IP地址/端口，所以发往UE的数据包可以到达UE。在此过程中NAT维护私有IP地址/端口和公网IP地址/端口的映射条目，并设定该条目的超时时间段。在UE的业务有效期间，UE需要向NAT发送保活消息，以防止NAT在超时后将私有IP地址/端口和公网IP地址/端口的映射条目删除。
[0016]然而，现有技术存在如下问题:在NAT保活过程中频繁的保活通信消耗用户设备的电池寿命；导致大量无线通信，增加空口负担。
【发明内容】
[0017]本发明要解决的技术问题是提供采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法及设备，解决现有技术的NAT保活流程中空口负担重以及电力损耗多的问题。
[0018]为了解决上述技术问题，本发明提供了采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法，所述方法包括:端口控制协议(PCP)客户端获取用户设备的内部地址和端口，将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议(PCP)服务器，所述PCP服务器向网络地址转换(NAT)设备发送携带所述用户设备的内部地址和端口的保活请求。
[0019]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0020]所述PCP客户端是公共数据网网关；[0021]所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带自身的内部地址和端口将所述控制信令发送至公共数据网网关。
[0022]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0023]所述PCP客户端是公共数据网网关；
[0024]所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:用户设备将其内部地址和端口发送至基站，基站在媒体通道上将所述用户设备的内部地址和端口发送至公共数据网网关。
[0025]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0026]所述PCP客户端是公共数据网网关；
[0027]所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:核心网的控制网元判断所述用户设备需进行NAT保活后向所述公共数据网网关发送所述用户设备的标识，所述公共数据网网关根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。 [0028]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0029]所述PCP客户端是公共数据网网关；
[0030]所述PCP客户端获取用户设备的内部地址和端口将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至所述PCP服务器的方法是:所述公共数据网网关从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口，根据所述信息判断所述用户设备需进行NAT保活时向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
[0031]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0032]所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括:
[0033]所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
[0034]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0035]所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括:
[0036]所述公共数据网网关在向所述用户设备发送的地址通知消息中添加PCP服务器地址；
[0037]所述用户设备获知所述PCP服务器的地址，向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
[0038]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0039]所述PCP客户端是应用服务器；所述方法包括:
[0040]应用服务器判断所述用户设备需进行NAT保活时，向策略计费规则功能(PCRF)发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述PCRF将所述PCP请求发送至所述PCP服务器。
[0041]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0042]所述应用服务器获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在注册到所述应用服务器所在的网络时将其内部地址和端口上报给所述应用服务器，或者所述应用服务器经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。[0043]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0044]所述PCP客户端是策略计费规则功能(PCRF);所述方法还包括:
[0045]所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口，判断所述用户设备需进行NAT保活时，向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
[0046]进一步地，上述方法还可以具有以下特点:
[0047]所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述应用服务器将所述用户设备的内部地址和端口通知至所述PCRF，或者所述PCRF根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
[0048]为了解决上述技术问题，本发明提供了采用端口控制协议完成网络地址转换保活的网元设备，所述网元设备包括第一模块和第二模块；
[0049]所述第一模块，用于获取用户设备的内部地址和端口 ；
[0050]所述第二模块，用于向端口控制协议(PCP)服务器发送携带用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
[0051]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0052]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0053]所述第一模块，用于从接收的所述控制信令中获知其协议配置选项(PCO)中携带的所述用户设备的内部地址和端口。
[0054]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0055]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0056]所述第一模块，用于通过媒体通道从基站接收所述用户设备发送的所述用户设备的内部地址和端口。
[0057]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0058]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0059]所述第一模块，用于从核心网的控制网元接收所述用户设备的标识，根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。
[0060]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0061]所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关；
[0062]所述第一模块，用于从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口。
[0063]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0064]所述网元设备为作为PCP客户端的应用服务器；
[0065]所述第一模块，用于在所述用户设备注册到所述应用服务器所在的网络时从所述用户设备获知所述用户设备的内部地址和端口，或者经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。
[0066]进一步地，上述网元设备还可以具有以下特点:
[0067]所述网元设备为作为PCP客户端的策略计费规则功能(PCRF)；
[0068]所述第一模块，用于从应用服务器接收携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，或者根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
[0069]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种用户设备，所述用户设备包括信令发送模块；
[0070]所述信令发送模块，用于在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带所述用户设备的内部地址和端口并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
[0071]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种用户设备，所述用户设备作为PCP客户端包括信令发送模块；
[0072]所述信令发送模块，用于构建携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
[0073]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种用户设备，所述用户设备作为PCP客户端包括PCP服务器地址获取模块和信令发送模块；
[0074]所述PCP服务器地址获取模块，用于获知PCP服务器的地址；
[0075]所述信令发送模块，用于向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
[0076]进一步地，上述用户设备还可以具有以下特点:
[0077]所述PCP服务器地址获取模块，用于从公共数据网网关接收到的消息的PCO中获知PCP服务器的地址，或者，从所述公共数据网网关接收地址通知消息，根据此地址通知消息的消息体中携带的地址获知所述PCP服务器的地址。
[0078]本方案采用端口控制协议(PCP)可以减少用户设备与网络在空口上的通信，进而降低用户设备消耗在NAT保活过程中的电池损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0079]【专利附图】
【附图说明】用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0080]图1为现有技术中UE经过3GPP网络与外部网络进行通信时经过NAT的网络架构和保活方法的示意图；
[0081]图2为本发明中采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法示意图；
[0082]图3为实施例一中公共数据网网关作为PCP客户端与PCP服务端共同完成NAT保活的示意图；
[0083]图4为实施例一的实现方式一中公共数据网网关在UE的指示下与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0084]图5为实施例一的实现方式二中公共数据网网关在UE的指示下与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0085]图6为实施例一的实现方式三中公共数据网网关在网络的指示下与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0086]图7为实施例一的实现 方式四中公共数据网网关基于本地的包检测从而与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0087]图8为实施例二中UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图；
[0088]图9为实施例二的实现方式一中UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；[0089]图10为实施例二的实现方式二中UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0090]图11为实施例三中AF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图；
[0091]图12为实施例三中AF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图；
[0092]图13为实施例四中PCRF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图；
[0093]图14为实施例四中PCRF作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的流程图。
【具体实施方式】
[0094]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0095]如图2所示，采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法包括:PCP客户端获取UE的内部地址和端口，将携带所述UE的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议(PCP)服务器，PCP服务器向NAT设备发送携带所述UE的内部地址和端口的保活请求。
[0096]可作为PCP客户端的网元设备包括第一模块和第二模块；
[0097]第一模块用于获取UE的内部地址和端口；
[0098]第二模块用于向PCP服务器发送携带UE的内部地址和端口的PCP请求。
[0099]下面通过不同的实施例进行详细说明。
[0100]实施例一
[0101]实施例一中公共数据网网关作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活。本实施例以P-GW/GGSN作为公共数据网网关的具体网元，以MME/SGSN作为控制网元的具体网元。如图3所示，P-Gff或者GGSN判断需要代替UE进行NAT保活，P-Gff或者GGSN向PCPServer发送PCP请求，携带需要保活的UE的私网IP地址和端口。PCP服务器代替UE周期性向NAT发送保活消息。包括四种实现方式。
[0102]实现方式一
[0103]实现方式一中UE经由核心网的MME/SGSN将UE的内部地址和端口发送至P-GW/GGSN, P-GW/GGSN从信令路径收到UE发来的消息，其中带需要向NAT保活的标识。UE通过信令路径将UE的内部IP和端口发送到基站，基站将UE的内部IP和端口发送到MME/SGSN，然后 MME/SGSN 发送到 P-GW/GGSN。
[0104]如图4所示，当UE发现其发送的数据包经过NAT并需要进行NAT保活时，为了节省空口资源及节约UE的电池损耗，UE发起请求，让P-GW/GGSN执行保活操作。具体例如，UE向MME/SGSN发送消息，其中在消息的PCO中携带UE的内部IP地址和端口 ；MME/SGSN将PCO透传给P-GW/GGSN。P-GW/GGSN与PCP Server共同完成NAT保活。业务结束后UE通过MME/SGSN通知P-GW/GGSN，然后P-GW/GGSN取消PCP Server到NAT的保活过程。具体包括步骤400至422:[0105]步骤400:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0106]步骤401:UE向MME/SGSN发送请求消息，在消息的协议配置选项(ProtocolConfiguration Options,简称PC0)中携带其自身的内部IP地址和端口号。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,该情况表示UE—直在线。
[0107]具体实施时，请求消息比如是Create Session Request,也可以是Create BearerResponse,也可以是 Bearer Resource Command,也可以是 Update Bearer Response。也可以是:Create PDP Context Request message,或者Update PDP Context Request,或者Create MBMS Context Request message
[0108]步骤402:MME/SGSN 将请求消息发给 P-GW/GGSN。
[0109]需要说明的是，如果是MME发到P-GW，那么请求先发给S_GW，然后S-GW转发到P-GW，此为现有技术。为了描述简单，图中没有画出S-GW，下面的实施例也是一样。
[0110]步骤403 =P-Gff/GGSN收到请求消息后，向PCP Server发送PCP请求。具体的，P-GW/GGSN解析PCO带的UE的内部IP地址和端口，将UE的内部IP地址和端口放在在PCP请求消息中，比如放在PCP MAP消息或者PCPPEER消息中。PCP请求中携带一个timer，记做timer2。timer2的值可以设置为PCO携带的timerl值,也可以根据本地策略设置一个小于或者大 于PCO携带的timerl的值。
[0111]步骤404:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求，携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer3。
[0112]步骤405 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer3c。通常情况下timer3c小于timer2c的值。
[0113]步骤406:PCP Server向P-GW/GGSN发送PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer2c。
[0114]步骤407 =P-Gff/GGSN向MME/SGSN发送响应消息。响应消息中带P-GW/GGSN为UE做NAT保活的有效时长,记做timerlc。
[0115]步骤408:MME/SGSN将响应消息发送到UE。
[0116]可选的，步骤407~步骤408可以在步骤406之前执行。此时timerlc可以为limitless或unlimited,也可以不带timerlc,均表不P-Gff/GGSN可以一直为UE做NAT保活。
[0117]步骤409:P-GW/GGSN在timer2c的时间周期内向PCP Server发送PCP请求。具体的，P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP PEER消息，携带一个timer,可以设为timer2c的值。
[0118]步骤410:PCP Server在imer2c的时间周期内收到PCP请求,返回响应消息,新的超时时长可以是timer2c的值。
[0119]步骤411:PCP Server在超时时长timer2c内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于timer3c的时长。[0120]步骤412:NAT在超时时长timer3c时收到PCP Server的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer3c。
[0121]在具体实施时，步骤40扩步骤410是以一定的周期重复执行的，执行周期小于协商的时间timerfc。步骤4lf步骤412也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间 timer3c。
[0122]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，UE到NAT的保活由P-GW/GGSN和PCP Server来完成。
[0123]步骤413:UE到业务提供商的业务结束，UE向基站发送消息，在PCO中带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0124]发送的消息比如是Delete MBMS Context Request,或者是 Delete PDP ContextRequest ;比如是 Delete Session Request,或者是 Delete Bearer Request。
[0125]步骤414:同步骤402。
[0126]步骤415:P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP请求。携带的时间间隔timer设为零。
[0127]步骤416:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，返回响应消息，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0128]步骤417~步骤418 =P-Gff/GGSN向MME/SGSN发送响应消息，MME/SGSN将响应消息转发给UE。
[0129]实现方式二
[0130]实现方式二中UE在与P-GW/GGSN之间的媒体通道上将UE的内部地址和端口发送至P-GW/GGSN，P-GW/GGSN从媒体路径收到UE发来的消息，其中带需要向NAT保活的标识。具体的，UE通过媒体路径将UE的内部IP和端口发送到基站，基站将UE的内部IP和端口发送到 P-GW/GGSN，不经过 MME/SGSN。
[0131]如图5所示，当UE发现其发送的数据包经过NAT并需要进行NAT保活时，让P-GW/GGSN执行保活操作。具体地，UE向P-GW/GGSN发送消息，其中在消息中携带UE的内部IP地址和端口。P-GW/GGSN与PCP Server共同完成NAT保活。业务结束后UE通知P-GW/GGSN，P-GW/GGSN取消PCP Server到NAT的保活过程。
[0132]UE获取P-GW/GGSN地址的方法，比如是P-GW/GGSN在发送到UE的GTP-U的消息的头部中添加并携带，比如是在消息头部的扩张部分添加其自身的地址。或者比如是P-GW/GGSN作为源地址向UE发送一个通知消息，携带其自身的地址，P-GW/GGSN地址可以放在GTP-U的消息的头部中，也可以放在源地址中，并在消息中标识这是一个来自P-GW/GGSN的消息。
[0133]具体包括步骤500至514:
[0134]步骤500:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0135]步骤501:UE向P-GW/GGSN发送消息，携带UE的内部IP和端口。目的地是P-GW/GGSN。可选的，可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0136]消息的发送方式比如是在GTP-U通道上发送到P-GW/GGSN。
[0137]步骤502~步骤505:同实施例一中的步骤403~步骤406。
[0138]步骤506 =P-Gff/GGSN向UE返回响应消息。
[0139]步骤507~步骤510:同实施例一中的步骤409~步骤412。
[0140]步骤511:UE到业务提供商的业务结束，UE向P-GW/GGSN发送消息，带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0141]步骤512~步骤513:同实施例一中的步骤415~步骤416。
[0142]步骤514 =P-Gff/GGSN向UE返回响应消息。
[0143]实现方式三 [0144]MME/SGSN判断UE需进行NAT保活后向P-GW/GGSN发送UE的标识，P-GW/GGSN根据UE的标识获知UE的内部地址和端口。具体的，MME/SGSN通过本地配置或者UE的注册信息判断UE可以在业务期间一直保持在线状态，通知P-GW/GGSN执行在业务期间为UE进行保活操作。MME/SGSN向P-GW/GGSN发送消息，其中在消息中携带UE的标识。P-GW/GGSN判断UE处于业务进行状态，P-GW/GGSN与PCP Server共同完成NAT保活。
[0145]其中UE的标识比如是UE的移动用户国际综合业务数字网(ISDN)号码(MobileInternational Integrated Service Digital Network,简称 MSISDN,),公共用户标识(Pubic User Identity,简称 PUI),私有用户标识(Private User Identity,简称 PVI),别称(nickname)等。
[0146]如图6所示，本方法具体包括步骤600至614:
[0147]步骤600:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元，比如是MME/SGSNo MME/SGSN 为 UE 选择 P-GW/GGSN，P-GW/GGSN 为 UE 分配了内部 IP 地址。UE 通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0148]步骤601:MME/SGSN向P-GW/GGSN发送请求消息，携带UE的标识。可以携带期望的timer,记做timerNet。期望的timerNet指MME/SGSN预测的业务有效的时间，或者称为UE允许在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,该情况表示UE —
直在线。
[0149]步骤602:P-Gff/GGSN 向 MME/SGSN 返回响应消息。
[0150]步骤603 =P-Gff/GGSN根据来自MME/SGSN的请求消息中UE的标识可以获知UE的内部IP地址。
[0151]P-GW/GGSN获知UE正在使用业务，需要进行NAT保活。P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP请求，携带UE的内部IP和端口。比如P-GW/GGSN通过包检测获知该UE的内部IP和端口。
[0152]步骤604~步骤606:同步骤605~步骤607。
[0153]步骤607~步骤610:同步骤611~步骤614。
[0154]步骤611:MME/SGSN判断UE的业务已经结束，或者UE的3GPP网络注册超时，即在规定的时间内没有收到TAU或者RAU。在上述情况下MME/SGSN向P-GW/GGSN发送取消保活的请求消息，携带UE的标识。timerNet设置为零。
[0155]步骤612:P-Gff/GGSN 向 MME/SGSN 返回响应消息。[0156]步骤613:P-GW/GGSN向PCP Server发送PCP请求。携带UE的内部IP和端口，时间间隔timer设为零。
[0157]步骤614:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0158]实现方式四
[0159]P-GW/GGSN从UE的上行数据中检测到UE的信息，此信息中包括UE的内部地址和端口，根据此信息判断UE需进行NAT保活时向PCP服务器发送PCP请求，P-GW/GGSN与PCP服务器通信，共同完成NAT保活。
[0160]如图7所示，本方法具体包括步骤701至713:
[0161]步骤700:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元，比如是MME/SGSNo MME/SGSN 为 UE 选择 P-GW/GGSN，P-GW/GGSN 为 UE 分配了内部 IP 地址。UE 通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0162]步骤701:P-Gff/GGSN对UE的上行和下行数据进行包检测。从上行数据中检测到源IP地址、端口(即UE的内部IP地址和端口)和目标IP地址、端口，以及协议类型，即五元组。
[0163]步骤702:P-Gff/GGSN根据检测到的五元组信息判断需要为UE进行NAT保活操作。
[0164]步骤703 =P-Gff/GGSN向PCP Server发送PCP请求。具体的，P-GW/GGSN将五元组中的UE的内部IP地址和端口，放在在PCP请求消息中的内部IP和端口中。具体消息比如是PCP MAP消息或者PCP PEER消息。PCP请求中携带期望的超时时间，记做timer2。
[0165]步骤704:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求，携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer3。
[0166]步骤705 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer3c。通常情况下timer3c小于timer2c的值。
[0167]步骤706:PCP Server向P-GW/GGSN发送PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer2c。
[0168]步骤707~步骤710:同步骤411~步骤414。
[0169]步骤711:P_GW/GGSN在设定的时间内没有收到该UE的上行或下行的业务数据包。
[0170]步骤712 =P-Gff/GGSN向PCP Server发送PCP请求消息，携带UE的内部IP和端口，时间间隔timer设为零。
[0171]步骤713:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0172]实施例二
[0173]图8是UE作为PCP客户端与PCP服务器共同完成NAT保活的示意图，如图所示，UE自身作为PCP客户端，发 送PCP请求到PCP服务器。有两种方法可以将UE的PCP请求路由到PCP服务器:实现方式一中UE在控制信令消息的PCO中携带PCP请求消息并将控制信令消息发送至P-GW/GGSN，P-GW/GGSN将其中的PCP请求消息发送到PCP服务器；实现方式二中，UE获知P-GW/GGSN的地址，将PCP请求发送到P-GW/GGSN，然后P-GW/GGSN查询并选择一个PCP服务器，将UE发来的PCP请求路由到该PCP服务器。[0174]实现方式一
[0175]UE在控制信令消息的PCO中携带PCP请求消息，向P-GW/GGSN发送携带UE的内部地址和端口的控制信令消息，P-GW/GGSN解析出其中的PCP请求发送到PCP服务器。
[0176]本方法具体包括步骤900至922:
[0177]步骤900:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0178]步骤901:UE向MME/SGSN发送消息，在消息的PCO中携带PCP请求消息，比如将PCP MAP消息或者PCP PEER消息放在消息的PCO中。PCP请求消息中携带UE的内部IP地址和端口，可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0179]具体实施时，发送的消息比如是Create Session Request,也可以是CreateBearer Response,也可以是 Bearer Resource Command,也可以是 Update BearerResponse。也可以是:Create PDP Context Request message,或者 Update PDP ContextRequest,或者 Create MBMS Context Request message。在上述消息的 PCO 中带 PCP 请求消息。
[0180]步骤902:MME/SGSN 将消息转发给 P-GW/GGSN。
[0181]步骤903 =P-Gff/GGSN解析消息中PC0，然后将其中携带PCP请求消息发送到PCPServer。
[0182]步骤904:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer2。
[0183]步骤905 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0184]步骤906:PCP Server向P-GW/GGSN发送PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0185]步骤907:P-GW/GGSN向MME/SGSN转发响应消息。响应消息中带PCP Server为UE做NAT保活的有效时长，记做timerlc。具体比如将PCP响应消息放在PCO中发送给UE。
[0186]步骤908:MME/SGSN将消息发送到UE。UE解析PCO带的PCP响应消息。
[0187]步骤909:UE在timerlc的时间周期内向MME/SGSN发送消息，在消息的PCO中携带PCP请求消息，比如将PCP PEER消息放在消息的PCO中。PCP请求消息中带UE的内部IP地址和端口，携带预期的超时时长timer,可以设为timerlc的值。
[0188]步骤910:MME/SGSN 将消息转发给 P-GW/GGSN。
[0189]步骤911 =P-Gff/GGSN解析消息中PC0，然后将其中携带PCP请求消息发送到PCP
Server。
[0190]步骤912~步骤914:同步骤906~步骤908。
[0191]步骤915:PCP Server在超时时长timer2c内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于timerlc的时长。[0192]步骤916:NAT在超时时长timer2c时收到PCP Server的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer3c。
[0193]在具体实施时，步骤90扩步骤914是以一定的周期重复执行的，执行周期小于等于协商的时间timerlc。步骤915~步骤916也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0194]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，实现UE到NAT的保活。
[0195]步骤917:UE的业务结束，UE向MME/SGSN发送消息，在消息的PCO中携带PCP请求消息，比如将PCP MAP消息或者PCP PEER消息放在消息的PCO中。PCP请求消息中带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0196]步骤918:MME/SGSN 将消息转发给 P-GW/GGSN。。[0197]步骤919:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。向P-GW/GGSN返回响应消息。
[0198]步骤920-步骤922:同步骤906~步骤908。
[0199]实现方式二
[0200]UE获知PCP服务器的地址，向PCP服务器发送携带UE的内部地址和端口的PCP请求。在本实施例中P-GW/GGSN为UE选择PCP服务器并且将PCP服务器的地址发送给UE。。
[0201]如图10所示，本方法包括步骤1000至1022:
[0202]步骤1000:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网的控制网元MME/SGSN。MME/SGSN 为 UE 选择 P-GW/GGSN，P-GW/GGSN 为 UE 分配了内部 IP 地址。
[0203]P-GW/GGSN将其PCP服务器的地址通知给UE，UE将PCP请求消息发送给该PCP服务器
[0204]P-GW/GGSN将PCP Server的地址通知给UE的方法是P-GW/GGSN在发送到UE的承载控制消息中添加PCP Server的地址。可以在消息的PCO中添加PCP Server的地址,也可以在消息体中以XML格式携带PCP服务器的地址。具体实施时，在承载控制消息的PCO中带PCP Server地址的请求消息比如是Create Session Response,也可以是Create BearerRequest,也可以是Modify Beaer Response,也可以是 Update Beaer Request。也可以是:Create PDP Context Response,或者 Update PDP Context Response,或者 Create MBMSContext Response。
[0205]步骤1001:UE向MME/SGSN发送承载控制消息，建立UE与P-GW/GGSN的承载通道。
[0206]步骤1002:MME/SGSN将承载控制消息发送至P-GW/GGSN。
[0207]步骤1003 =P-Gff/GGSN向UE返回响应消息，在响应消息的PCO中带PCP Server地址。
[0208]步骤1004:MME/SGSN将响应消息转发给UE。
[0209]步骤1005:UE向P-GW/GGSN送PCP请求消息，在消息中携带UE的内部IP地址和端口，目的地址是PCP服务器。比如发送PCP MAP消息或者PCP PEER消息中。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况
表示UE —直在线。[0210]步骤1006:P-GW/GGSN 将 PCP 请求消息转发到 PCP Server。
[0211]步骤1007:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer2。
[0212]步骤1008 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长,记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0213]步骤1009:PCP Server返回PCP响应消息，带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0214]步骤1010:P-Gff/GGSN向UE转发PCP响应消息。响应消息中带PCPServer为UE做NAT保活的有效时长,记做timerlc。
[0215]步骤1011:UE在timerlc的时间周期内向PCP服务器发送PCP请求。比如发送PCP PEER消息,携带预期的超时时长timer,可以设为timerlc的值。
[0216]步骤1012 =P-Gff/GGSN将PCP请求消息转发PCP服务器。
[0217]步骤1013~步骤1014:同步骤1009~步骤1010。
[0218]步骤1015:PCP Server在超时时长timer2c内，以一定的周期向NAT发送保活消息。
[0219]步骤1016:NAT在超时时长timer2c时收到PCP Server的保活消息,返回响应消息,显示保活成功。
[0220]在具体实施时，步骤1011~步骤1014是以一定的周期重复执行的，执行周期小于等于协商的时间timerlc。步骤1015~步骤1016也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0221]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新。
[0222]步骤1017:UE的业务结束，UEP-GW/GGSN送PCP请求消息，在消息中携带UE的内部IP地址和端口，目的地址是PCP服务器。超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活。
[0223]步骤1018 =PCP服务器收到时间间隔为零的PCP请求后，不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0224]步骤1019~步骤1020 =PCP服务器返回响应消息。
[0225]实施例三
[0226]如图11所示，应用服务器(AF)作为PCP客户端判断UE需进行NAT保活时，向策略计费规则功能(PCRF)发送携带所述UE的内部地址和端口的PCP请求，PCRF将PCP请求发送至PCP服务器。PCRF收到PCP请求后执行PCP Proxy的功能，将PCP请求转发到PCP服务器，PCP服务器代替UE向NAT发送保活消息。
[0227]需要说明的是AF获取UE的内部IP和端口，可以是在UE注册到AF所在的网络的时候由UE上报，也可以是AF经过PCRF从P-GW/GGSN查询获得。
[0228]如图12所示，本方法包括步骤1200至1216:
[0229]步骤1200:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0230]步骤1201:AF向PCRF发送PCP请求，携带UE的IP和端口。比如发送PCP MAP消息或者PCP PEER消息中。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0231]步骤1202 =PCRF将PCP请求转发给PCP Server。PCRF将PCP请求路由到PCPServer的过程可以参考IETF中有关PCP的协议，在此不赘述。
[0232]步骤1203:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长，记做timer2。
[0233]步骤1204 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长,记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0234]步骤1205:PCP Server向PCRF发送PCP响应消息。带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0235]步骤1206 =PCRF将PCP响应消息转发给AF。
[0236]步骤1207:AF在timerIc的时间周期内向PCRF发送PCP请求。具体的，AF向PCRF发送PCP PEER消息,携带一个timer,可以设为timerlc的值。
[0237]步骤1208 =PCRF 将 PCP 请求路由到 PCP Server0
[0238]步骤1209:PCP Server在imerlc的时间周期内收到PCP请求,返回响应消息,新的超时时长可以是timerlc的值。
[0239]步骤1210 =PCRF将响应消息转发给AF。
[0240]步骤1211:PCP Server在与AF的超时时长timerlc内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于与NAT的保活时长timer2c。
[0241]步骤1212 =NAT在超时时长timer2c时收到PCP Serer的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer2c。
[0242]在具体实施时，步骤1207~步骤1210是以一定的周期重复执行的，执行周期小于协商的时间timerlc。步骤1211~步骤1212也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0243]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，UE到NAT的保活由AF、PCRF和PCP Server来完成。
[0244]步骤1213:UE的业务结束，AF向PCRF发送消息，带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活过程。
[0245]步骤1214 =PCRF 将 PCP 请求路由到 PCP Server。
[0246]步骤1215:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，返回PCP响应消息。并且PCP Server不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0247]步骤1216 =PCRF将PCP响应转发给AF。
[0248]实施例四
[0249]如图13所示，PCRF作为PCP客户端获取UE的内部IP和端口，判断UE需进行NAT保活时，将携带UE内部IP和端 口的PCP请求发送到PCP服务器，PCP服务器代替UE向NAT发送保活消息。
[0250]需要说明的是PCRF获取UE的内部IP和端口，可以是在UE发起业务的时候由AF通知PCRF，也可以是PCRF根据UE的标识从P-GW/GGSN查询获知。比如，PCRF根据AF发来的UE的标识向P-GW/GGSN查询该UE的内部IP和端口。所述UE的标识比如是UE的移动用户国际综合业务数字网(ISDN)号码(Mobile International Integrated Service DigitalNetwork,简称MSISDN,),公共用户标识(Public User Identity,简称PUI),私有用户标识(Private User Identity,简称 PVI),别称(nickname)等。
[0251]PCRF选择PCP服务器的方法，可以参考IETF中有关PCP Server选择的RFC文档，此处不赘述。
[0252]如图14所示，本方法包括步骤1400至1410:
[0253]步骤1400:UE附着到3GPP网络，连接到为其服务的核心网控制网元MME/SGSN。MME/SGSN为UE选择P-GW/GGSN，P-GW/GGSN为UE分配了内部IP地址。UE通过3GPP网络发起业务，数据包经过NAT发送到远端。
[0254]步骤1401 =PCRF向PCP Server携带UE的IP和端口。比如发送PCP MAP消息或者PCP PEER消息中。可选的可以带期望的timer,记做timerl。期望的timerl指UE预测的业务有效的时间，或者称为UE在线的时间。可以将timerl的值设置为limitless或unlimited,也可以不带timer,该情况表示UE —直在线。
[0255]步骤1402:PCP Server向NAT发送keep-alive保活请求,携带UE的内部IP和端口。携带期望的保活时长 ，记做timer2。
[0256]步骤1403 =NAT向PCP Server返回响应消息，携带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长,记做timer2c。通常情况下timer2c小于timerl的值。
[0257]步骤1404:PCP Server向PCRF发送PCP响应消息。带UE的内部IP和端口和UE的外部IP地址和端口，还有保活的有效时长，记做timerlc。
[0258]步骤1405:PCRF在timerlc的时间周期内向PCP Server发送PCP请求。具体的，PCRF向PCP Server发送PCP PEER消息，携带一个timer,可以设为timerlc的值。
[0259]步骤1406:PCP Server在imerlc的时间周期内收到PCP请求，返回响应消息，新的超时时长可以是timerlc的值。
[0260]步骤1407:PCP Server在与PCRF的超时时长timerlc内，以一定的周期向NAT发送保活消息。该一定的周期小于与NAT的保活时长timer2c。
[0261]步骤1408:NAT在超时时长timer2c时收到PCP Server的保活消息，返回响应消息，显示保活成功。新的超时时长可以是timer2c。
[0262]在具体实施时，步骤1405~步骤1406是以一定的周期重复执行的，执行周期小于协商的时间timerlc。步骤1407~步骤1408也是另外一个周期重复执行的，该周期小于协商的时间timer2c。
[0263]通过上述过程UE的内部IP和端口和外部IP和端口的映射关系在NAT上不断更新，UE到NAT的保活由PCRF和PCP Server来完成。
[0264]步骤1409:UE的业务结束，PCRF向PCP Server发送消息，带UE的内部IP和端口，超时时间timerl设置为零，表示取消到NAT的保活过程。[0265]步骤1410:PCP Server收到时间间隔为零的PCP请求后，返回PCP响应消息。并且PCP Server不再为该UE发送到NAT的保活消息。
[0266]对本方案中的网元设备描述如下:
[0267]作为PCP客户端的网元设备为公共数据网网关时，网元设备的第一模块，用于通过核心网的控制网元接收UE发送的UE的内部地址和端口，或者通过媒体通道从基站接收UE发送的UE的内部地址和端口。具体的第一模块可以接收控制信令并从控制信令的协议配置选项(PCO)中获知UE的内部地址和端口，还可以通过媒体通道从基站接收所述用户设备发送的所述用户设备的内部地址和端口。公共数据网网关不作PCP客户端时(例如UE作为PCP客户端)可以转发PCP请求消息，第一模块用于接收控制信令并从此控制信令的协议配置选项(PCO)中获知其携带的PCP请求消息，PCP请求消息中携带UE的内部地址和端口。
[0268]或者，作为PCP客户端的网元设备为公共数据网网关时，网元设备的第一模块用于从核心网的控制网元接收UE的标识，根据UE的标识获知UE的内部地址和端口。
[0269]或者，作为PCP客户端的网元设备为公共数据网网关时，网元设备的第一模块用于从UE的上行数据中检测到UE的信息，此信息中包括UE的内部地址和端口。
[0270]作为PCP客户端的网元设备是应用服务器时，网元设备的第一模块用于在UE注册到应用服务器所在的网络时从UE获知UE的内部地址和端口，或者经由PCRF查询公共数据网网关而获知UE的内部地址和端口。
[0271]作为PCP客户端的网元设备是PCRF时，网元设备的第一模块用于从应用服务器接收携带UE的内部地址和端口的PCP请求，或者根据UE的标识从公共数据网网关查询获知UE的内部地址和端口。
[0272]作为PCP客户端的网元设备是UE时，UE的信令发送模块用于构建携带UE的内部地址和端口的PCP请求，在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将此控制信令发送到公共数据网网关。
[0273]或者，作为PCP客户端的网元设备是UE时，UE的网关地址获取模块用于获知PCP服务器的地址，UE的信令发送模块用于向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求。其中，所述PCP服务器地址获取模块，用于从公共数据网网关接收到的消息的PCO中获知PCP服务器的地址，或者，从所述公共数据网网关接收地址通知消息，根据此地址通知消息的消息体中携带的地址获知所述PCP服务器的地址。
[0274]UE不作为PCP客户端时，UE的信令发送模块用于在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带UE的内部地址和端口并将控制信令发送到公共数据网网关。
[0275]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
[0276]本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
【权利要求】
1.采用端口控制协议完成网络地址转换保活的方法，其特征在于，所述方法包括: 端口控制协议(PCP)客户端获取用户设备的内部地址和端口，将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至端口控制协议(PCP)服务器，所述PCP服务器向网络地址转换(NAT)设备发送携带所述用户设备的内部地址和端口的保活请求。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共数据网网关； 所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带自身的内部地址和端口将所述控制信令发送至公共数据网网关。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共数据网网关； 所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:用户设备将其内部地址和端口发送至基站，基站在媒体通道上将所述用户设备的内部地址和端口发送至公共数据网网关。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共 数据网网关； 所述PCP客户端获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:核心网的控制网元判断所述用户设备需进行NAT保活后向所述公共数据网网关发送所述用户设备的标识，所述公共数据网网关根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是公共数据网网关； 所述PCP客户端获取用户设备的内部地址和端口将携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求发送至所述PCP服务器的方法是:所述公共数据网网关从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口，根据所述信息判断所述用户设备需进行NAT保活时向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括: 所述用户设备在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是所述用户设备；所述方法包括: 所述公共数据网网关在向所述用户设备发送的地址通知消息中添加PCP服务器地址；所述用户设备获知所述PCP服务器的地址，向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述公共数据网网关向PCP服务器发送所述PCP请求。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是应用服务器；所述方法包括: 应用服务器判断所述用户设备需进行NAT保活时，向策略计费规则功能(PCRF)发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，所述PCRF将所述PCP请求发送至所述PCP服务器。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于， 所述应用服务器获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述用户设备在注册到所述应用服务器所在的网络时将其内部地址和端口上报给所述应用服务器，或者所述应用服务器经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述PCP客户端是策略计费规则功能(PCRF);所述方法还包括: 所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口，判断所述用户设备需进行NAT保活时，向所述PCP服务器发送所述PCP请求。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于， 所述PCRF获取所述用户设备的内部地址和端口的方法是:所述应用服务器将所述用户设备的内部地址和端口通知至所述PCRF，或者所述PCRF根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
12.采用端口控制协议完成网络地址转换保活的网元设备，其特征在于， 所述网元设备包括第一模块和第二模块； 所述第一模块，用于获取用户设备的内部地址和端口 ； 所述第二模块，用于向端口控制协议(PCP)服务器发送携带用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
13.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于从接收的所述控制信令中获知其协议配置选项(PCO)中携带的所述用户设备的内部地址和端口。
14.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于通过媒体通道从基站接收所述用户设备发送的所述用户设备的内部地址和端口。
15.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于从核心网的控制网元接收所述用户设备的标识，根据所述用户设备的标识获知所述用户设备的内部地址和端口。
16.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的公共数据网网关； 所述第一模块，用于从所述用户设备的上行数据中检测到所述用户设备的信息，所述信息中包括所述用户设备的内部地址和端口。
17.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的应用服务器； 所述第一模块，用于在所述用户设备注册到所述应用服务器所在的网络时从所述用户设备获知所述用户设备的内部地址和端口，或者经由所述PCRF查询公共数据网网关而获知用户设备的内部地址和端口。
18.如权利要求12所述的网元设备，其特征在于， 所述网元设备为作为PCP客户端的策略计费规则功能(PCRF)； 所述第一模块，用于从应用 服务器接收携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，或者根据用户设备的标识查询公共数据网网关获知用户设备的内部地址和端口。
19.一种用户设备，其特征在于， 所述用户设备包括信令发送模块； 所述信令发送模块，用于在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带所述用户设备的内部地址和端口并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
20.一种用户设备，其特征在于， 所述用户设备作为PCP客户端包括信令发送模块； 所述信令发送模块，用于构建携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求，在控制信令的协议配置选项(PCO)中携带PCP请求并将所述控制信令发送到公共数据网网关。
21.一种用户设备，其特征在于， 所述用户设备作为PCP客户端包括PCP服务器地址获取模块和信令发送模块； 所述PCP服务器地址获取模块，用于获知PCP服务器的地址； 所述信令发送模块，用于向所述PCP服务器发送携带所述用户设备的内部地址和端口的PCP请求。
22.如权利要求21所述的用户设备，其特征在于， 所述PCP服务器地址获取模块，用于从公共数据网网关接收到的消息的PCO中获知PCP服务器的地址，或者，从所述公共数据网网关接收地址通知消息，根据此地址通知消息的消息体中携带的地址获知所述PCP服务器的地址。
【文档编号】H04W52/02GK103906037SQ201210572628
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2012年12月25日
【发明者】徐绍华, 李志军, 谢宝国 申请人:中兴通讯股份有限公司
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