一种数据传输方法、装置及系统与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据传输方法、装置及系统。

背景技术：

现在长期演进(Long Term Evolution，LTE)中，甚至5G中数据速率越来越高，业务种类越来越多。当前移动网络中业务应用服务器都是位于分组数据网(Packet Data Network，PDN)网络之后，距离用户设备(User Equipment，UE)路程长，业务抖动大，影响UE的业务体验。

现在有一种趋势建议靠近接入网部署业务缓冲器之类的设备，以减弱空口抖动对用户感知的影响。目前成熟的方法是本地IP接入(Local IP Access，LIPA)，即在本地部署一个本地网关，在演进型基站(evolved NodeB，eNB)与本地网关(L-GW)之间建立一条PDN连接，这条PDN连接专门服务于本地业务。

但是，这个技术主要缺点是需要在归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)专门设置一个用于本地的接入点名(Access Point Name，APN)，以示与远端演进的分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)的APN区别，该本地APN对应的PDN连接的建立、修改、删除都是由核心网移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)来控制。并且需要在HSS上用户签约，否则不能建立。如果接入网与核心网不属于一家设备厂家，对接、配置、测试处理都比较复杂。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种数据传输方法、装置及系统，用以当存在UE与 EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器进行处理，从而不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网处理本地业务数据，这样能够避免业务抖动，提高业务效果，优化整个系统架构和性能。

本发明实施例提供的一种数据传输方法，包括：

监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据；

当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器。

通过该方法，监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据；当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器进行处理，从而不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网处理本地业务数据，避免了业务抖动，提高了业务效果，优化了整个系统架构和性能。

较佳地，所述监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，该方法还包括：

接收UE发送的域名系统DNS解析请求报文，对该DNS解析请求报文中携带的域名字段进行解析，从DNS服务器的数据库中查询该域名字段与本地业务服务器IP地址对应关系，获取所述本地业务服务器的IP地址，并向该UE返回该本地业务服务器的IP地址。

较佳地，所述向该UE返回该本地业务服务器的IP地址之后，监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，该方法还包括：

监听所述eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口信令，从监听到的S1接口信令中获取S1接口业务面的IP地址与通用分组无线业务隧道协议用户面GTPU隧道信息，针对分组数据网PDN连接对应的默认承载，通过GTPU隧道信息，建立UE IP地址、本地业务服务器IP地址和GTPU隧道头信息的对应关系。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址是本地业务服务器的IP地址，则根据本地业务服务器IP地址与GTPU隧道头信息对应关系，将该GTPU上行数据包去掉GTPU隧道头后，发送给所述本地业务服务器。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址不是所述本地业务服务器的IP地址，则将该GTPU上行数据包透明转发到所述EPC。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的下行数据包的IP数据包的源地址是所述本地业务服务器的IP地址，目标地址是UE IP地址，则根据UE IP地址与GTPU隧道头信息的对应关系，对该下行数据包增加UE IP地址对应的GTPU隧道头后，发送给该UE所对应的eNB。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的GTPU下行数据包的目的地址不是所述本地业务服务器的IP地址，而是UE IP地址，则将该GTPU上行数据包透明转发到该UE所对应的eNB。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体 包括：

对来自所述EPC的GTPU和/或流控制传输协议SCTP下行数据包，透明转发到eNB。

本发明实施例提供的一种数据传输装置，包括：

第一单元，用于监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据；

第二单元，用于当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器。

较佳地，所述第一单元在监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，还用于：

接收UE发送的域名系统DNS解析请求报文，对该DNS解析请求报文中携带的域名字段进行解析，从DNS服务器的数据库中查询该域名字段与本地业务服务器IP地址对应关系，获取所述本地业务服务器的IP地址，并向该UE返回该本地业务服务器的IP地址。

较佳地，所述第一单元在向该UE返回该本地业务服务器的IP地址之后，监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，还用于：

监听所述eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口信令，从监听到的S1接口信令中获取S1接口业务面的IP地址与通用分组无线业务隧道协议用户面GTPU隧道信息，针对分组数据网PDN连接对应的默认承载，通过GTPU隧道信息，建立UE IP地址、本地业务服务器IP地址和GTPU隧道头信息的对应关系。

较佳地，所述第二单元具体用于：

若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址是本地业务服务器的IP地址，则根据本地业务服务器IP地址与GTPU隧道头信息对应关系，将该GTPU上行数据包去掉GTPU隧道头后，发送给所述本地业务服务器。

较佳地，所述第二单元具体用于：若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址不是所述本地业务服务器的IP地址，则将该GTPU上行数据包透明转发到所述EPC。

较佳地，所述第二单元具体用于：

若存在UE与EPC之间的下行数据包的IP数据包的源地址是所述本地业务服务器的IP地址，目标地址是UE IP地址，则根据UE IP地址与GTPU隧道头信息的对应关系，对该下行数据包增加UE IP地址对应的GTPU隧道头后，发送给该UE所对应的eNB。

所述第二单元具体用于：

若存在UE与EPC之间的GTPU下行数据包的目的地址不是所述本地业务服务器的IP地址，而是UE IP地址，则将该GTPU上行数据包透明转发到该UE所对应的eNB。

较佳地，所述第二单元具体用于：

对来自所述EPC的GTPU和/或流控制传输协议SCTP下行数据包，透明转发到eNB。

本发明实施例提供的一种通信系统，包括接入网设备和核心网设备，在所述接入网设备和所述核心网设备之间，还包括本发明实施例提供的所述的数据传输装置，以及与该装置连接的本地业务服务器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种通信系统架构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种分流服务器内部模块处理流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种数据传输方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种数据传输装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种数据传输方法、装置及系统，用以当存在UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器进行处理，从而不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网处理本地业务数据，避免业务抖动，提高业务效果，优化整个系统架构和性能。

参见图1，本发明实施例提供的一种通信系统包括：接入网设备和核心网设备，以及在所述接入网设备和所述核心网设备之间设置的数据传输装置，即TOF分流服务器，也就是说，本发明实施例提出在eNB与演进的分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)的S1接口上部署一台分流服务器，即TOF分流服务器，UE与EPC之间已有的PDN连接不仅承载远端业务，还承载本地业务，通过该TOF分流服务器实现将本地业务分流到设置在接入网侧的本地业务服务器。因此，这样不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网处理。对原有网络架构与配置没有影响。

业务卸载功能实体(Traffic Offload Function,TOF)分流服务器实现本地分流功能，串接在eNB与EPC之间的S1接口上。该分流服务器具体执行的操作如下：

步骤一：通过操作维护(OM)为TOF分流服务器配置本地业务模板信息，包括源IP地址、目标IP地址，以及源侧端口号、目标侧端口号、协议标识等信息。

步骤二：UE安装并打开应用(Application，APP)，会发起域名系统(Domain Name System，DNS)解析过程，即发送DNS解析请求报文给eNB，请求获取本地业务服务器的IP地址；eNB将该DNS解析请求报文转发给TOF分流服务器，TOF分流服务器接收该DNS解析请求报文。

步骤三：TOF分流服务器支持DNS域名劫持功能，即劫持用户的DNS解析请求报文，对该DNS解析请求报文中的域名字段进行解析，从DNS服务器的数据库中查询该域名字段与本地业务服务器IP地址对应关系，获取所述本 地业务服务器的IP地址，并向UE返回该本地业务服务器IP地址。其中，具体如何对该DNS解析请求报文中的DNS进行解析属于现有技术，在此不再赘述。

步骤四：TOF分流服务器监听S1接口的信令和业务面数据，从S1接口信令中获取S1接口业务面的IP地址(该IP地址包括eNB的地址和服务网关SGW地址，需要说明的是，S1接口隧道是由隧道两端的IP地址和隧道标识组成的)与通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)隧道协议用户面(GPRS Tunneling Protocol User Plane，GTPU)隧道信息，针对分组数据网(Packet Data Network，PDN)连接对应的默认承载，通过GTPU隧道信息自动学习建立UE IP地址、本地业务服务器IP地址和GTPU隧道头信息的对应关系。

步骤五：若GTPU上行数据包(从UE到网络方向)的目的地址是本地业务服务器的地址，则TOF分流服务器对这些GTPU上行数据包，不再发送给EPC，而是则根据本地业务服务器IP地址与GTPU隧道头信息的对应关系，去掉GTPU隧道头后，发送给本地业务服务器。

TOF分流服务器对GTPU上行数据包的目的地址非本地业务服务器的数据包，透明转发到EPC；

下行数据包(从本地业务服务器到UE方向)的IP数据包的源地址是本地业务服务器，目标地址是UE IP地址，则TOF分流服务器对这些IP数据包，则根据UE IP地址与GTPU隧道头信息的对应关系增加UE IP地址对应的GTPU隧道头后，发送给UE所在的eNB；这样做的目的是不影响eNB原有GTPU隧道的实现。

TOF分流服务器对来自核心网的GTPU、流控制协议(Stream Control Transmission Protocol，SCTP)下行数据包，透明转发到eNB。

参见图2，该分流服务器包括控制模块、业务流模板配置库、操作维护(OM)模块、S1AP解析模块、GTPU解析模块、其他指定IP地址解析分流模块、分 发模块，各模块具体执行的操作如下：

步骤一.当TOF分流服务器底层接收到IP数据包时，如果数据包是SCTP封装的数据包，IP头中包含有所配置目标地址是eNB IP地址或MME IP地址，则解析其IP包内容部分，即S1AP协议数据包。例如从S1AP消息：初始UE信息(Initial UE Message)消息中获取到S-TMSI标识、TAI标识。从S1AP消息：初始上下文建立请求(Initial Context Setup Request)消息中的传输层地址(Transport Layer Address)字段和GTP-TEID字段获取SGW IP地址和上行方向的GTPU隧道ID。从S1AP消息中Transport Layer Address字段和GTP-TEID字段获取eNB IP地址和下行方向的GTPU隧道ID。如果数据包为DNS消息，并且DNS消息中字段部分的域名字符串为所配置的本地域名字符串字段，则截留该数据包，转发给本地DNS服务器，由DNS服务器解析后，查询DNS服务器数据库后获取本地业务服务器IP地址，返回DNS响应消息给UE。

其中，Initial UE Message消息如下表一所示：

这个信息是由eNB发送的，用于通过S1接口传输初始层3信息给MME(This message is sent by the eNB to transfer the initial layer 3message to the MME over the S1interface.)

传输方向(Direction):eNB→MME

表一

其中，所述Initial Context Setup Request消息如下表二所示：

这个信息是由MME发送的，用于请求建立UE上下文(This message is sent by the MME to request the setup of a UE context.)

Direction:MME→eNB

表二

其中，所述的Initial Context Setup Response消息如下表三所示：

这个信息是由eNB发送的，用于确定已建立UE上下文(This message is sent by the eNB to confirm the setup of a UE context.)

Direction:eNB→MME

表三

步骤二.S1AP模块获取到用户的临时标识S-TMSI、TAI信息、属于下行方向GTPU隧道的eNB IP地址和GTPU隧道标识、及上行方向GTPU隧道的SGW IP地址和GTPU隧道标识后，上报给控制模块。由控制模块将其信息指派给GTPU解析模块，GTPU解析模块根据此信息对所接收到的GTPU数据包 进行解析。从GTPU隧道所传输的IP数据包中解析IP头中的源IP地址和目标IP地址，即内层IP包。上下行方向根据GTPU隧道头外层的源IP地址和目标IP地址判断上下行方向，外层IP头目标地址为SGW IP地址则为上行方向数据包，外层IP头的目标IP地址为eNB IP地址，则为下行数据包。对上行方向的数据包，根据目标地址为本地业务服务器IP地址、GTPU隧道头对应关系，如果IP包的目标地址是本地业务服务器IP地址，则去掉GTPU隧道头，将IP包转发给本地业务服务器。如果上行方向的数据包的目标地址不是本地业务服务器，则不修改GTPU隧道头，将其转发给目标SGW。对于下行方向的数据包，根据本地业务服务器IP地址、UE IP地址、GTPU隧道标识三者对应关系，如果目标地址为UE IP地址、源地址为本地业务服务器IP地址，给该IP包添加GTPU隧道头，将其封装后转发给eNB。如果目标地址是UE IP地址、源IP地址不是本地业务服务器IP地址，则不做修改，将其转发给目标eNB。

步骤三.对来自所配置的网管IP地址的数据包，分发模块将其转发给OM模块。这些数据包包含的内容有本地业务服务器的IP地址、DNS域名字符串信息，特定辅助服务的IP地址，例如辅助的定位服务器IP地址。

步骤四.分发模块对于S1AP消息仅仅是镜像处理，即对分发模块具有识别S1AP消息的能力，S1AP模块只解析消息，不需要处理完消息后再发出。

步骤五.为了防止内存溢出问题，S1AP解析模块还需要解析出S1AP消息：UE上下文释放请求(UE Context Release Request)消息、路径转换请求或响应(Path Switch Request/Response)消息，接收到这些消息后，上报给控制模块，控制模块能够根据这些信息对GTPU模块原有的对应关系进行删除，以保证软件的健壮性。

由此可见，在分流服务器侧，参见图3，本发明实施例提供的一种数据传输方法包括：

S101、监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据；

S102、当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC 之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器。

通过该方法，监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据；当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，从而不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网处理本地业务数据，避免了业务抖动，提高了业务效果，优化了整个系统架构和性能。

较佳地，所述监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，该方法还包括：

接收UE发送的域名系统DNS解析请求报文，对该DNS解析请求报文中携带的域名字段进行解析，从DNS服务器的数据库中查询该域名字段与本地业务服务器IP地址对应关系，获取所述本地业务服务器的IP地址，并向该UE返回该本地业务服务器的IP地址。

较佳地，所述向该UE返回该本地业务服务器的IP地址之后，监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，该方法还包括：

监听所述eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口信令，从监听到的S1接口信令中获取S1接口业务面的IP地址与通用分组无线业务隧道协议用户面GTPU隧道信息，针对分组数据网PDN连接对应的默认承载，通过GTPU隧道信息，建立UE IP地址、本地业务服务器IP地址和GTPU隧道头信息的对应关系。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址是本地业务服务器的IP地址，则根据本地业务服务器IP地址与GTPU隧道头信息对应关系，将该GTPU上行数据包去掉GTPU隧道头后，发送给所述本地业务服务器。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE 与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址不是所述本地业务服务器的IP地址，则将该GTPU上行数据包透明转发到所述EPC。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

若存在UE与EPC之间的下行数据包的IP数据包的源地址是所述本地业务服务器的IP地址，目标地址是UE IP地址，则根据UE IP地址与GTPU隧道头信息的对应关系，对该下行数据包增加UE IP地址对应的GTPU隧道头后，发送给该UE所对应的eNB。

较佳地，所述当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，具体包括：

对来自所述EPC的GTPU和/或流控制传输协议SCTP下行数据包，透明转发到eNB。

相应地，在分流服务器侧，参见图4，本发明实施例提供的一种数据传输装置包括：

第一单元11，用于监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据；

第二单元12，用于当存在用户设备UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器。

较佳地，所述第一单元在监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，还用于：

接收UE发送的域名系统DNS解析请求报文，对该DNS解析请求报文中携带的域名字段进行解析，从DNS服务器的数据库中查询该域名字段与本地 业务服务器IP地址对应关系，获取所述本地业务服务器的IP地址，并向该UE返回该本地业务服务器的IP地址。

较佳地，所述第一单元在向该UE返回该本地业务服务器的IP地址之后，监听演进型基站eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口数据之前，还用于：

监听所述eNB与演进分组核心网EPC之间的S1接口信令，从监听到的S1接口信令中获取S1接口业务面的IP地址与通用分组无线业务隧道协议用户面GTPU隧道信息，针对分组数据网PDN连接对应的默认承载，通过GTPU隧道信息，建立UE IP地址、本地业务服务器IP地址和GTPU隧道头信息的对应关系。

较佳地，所述第二单元具体用于：

若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址是本地业务服务器的IP地址，则根据本地业务服务器IP地址与GTPU隧道头信息对应关系，将该GTPU上行数据包去掉GTPU隧道头后，发送给所述本地业务服务器。

较佳地，所述第二单元具体用于：若存在UE与EPC之间的GTPU上行数据包的目的地址不是所述本地业务服务器的IP地址，则将该GTPU上行数据包透明转发到所述EPC。

较佳地，所述第二单元具体用于：

若存在UE与EPC之间的下行数据包的IP数据包的源地址是所述本地业务服务器的IP地址，目标地址是UE IP地址，则根据UE IP地址与GTPU隧道头信息的对应关系，对该下行数据包增加UE IP地址对应的GTPU隧道头后，发送给该UE所对应的eNB。

较佳地，所述第二单元具体用于：

对来自所述EPC的GTPU和/或流控制协议SCTP下行数据包，透明转发到eNB。

上述第一单元和第二单元，可以理解为对图2中所述的其他指定IP地址 解析分流模块的具体细化。

以上各单元均可以由处理器等实体装置实现，该数据传输装置可以是所述的分流服务器，该数据传输装置内部的模块或单元的划分方式，不局限于本发明实施例提供的划分方式，可以有多种划分方式，本发明实施例不作具体限制。

综上所述，本发明实施例提供的技术方案，简单、实用，对原有的网络架构影响小，能够提高用户的业务体验，不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网感知，解决小站密集部署场景下本地部署APP业务服务器时从接入网分流本地业务的问题。当存在UE与EPC之间的本地业务数据时，将UE与EPC之间的本地业务数据分流到设置在接入网侧的本地业务服务器，从而不需要在HSS配置专门的APN，也不需要核心网处理本地业务数据，避免业务抖动，提高业务效果，优化整个系统架构和性能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。