流量卸載方法、系統及分組數據網網關的製作方法
2023-05-14 00:05:31
專利名稱：流量卸載方法、系統及分組數據網網關的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，特別地，涉及一種流量卸載方法、系統及分組數據網網關。
背景技術：
日漸豐富的移動網際網路業務帶來了移動分組數據流量爆發式的增長，同時也給行動網路傳輸能力和處理能力帶來了新的挑戰。P2P應用是目前常見網絡應用中的一種，由網絡上的任意一臺計算機同時充當接受服務的客戶端和提供服務的伺服器端的雙重角色。基於P2P的高速下載軟體採用分布式對象的定位、共享機制，使網絡用戶之間實現直接資源共享。因此，它為用戶資源共享提供了前所未有的自由和便利。然而，高速下載軟體也帶來了負面的影響，主要表現為網絡帶寬資源被嚴重佔用， 影響了正常的網絡通信。調研機構的調研數據顯示，當今網際網路中50% -90%的總流量都來自P2P。
發明內容
本發明要解決的一個技術問題是提供一種流量卸載方法、系統及分組數據網網關，能夠有效減輕核心網的負擔，並提升用戶的業務體驗。根據本發明的一方面，提出了一種流量卸載方法，包括分組數據網網關接收用戶終端發送的IP包載荷，檢測其中是否包含待卸載流量標識；在檢測到待卸載流量標識後， 通過移動管理實體向用戶終端發送啟動流量卸載標識；在收到啟動流量卸載標識後，建立用戶終端與本地分組數據網網關的PDN連接，以實現本地分組數據網網關對待卸載流量的卸載。根據本發明的另一方面，還提出了一種分組數據網網關，包括IP包接收單元，用於接收用戶終端發送的IP包載荷；標識檢測單元，與IP包接收單元相連，用於檢測IP包載荷中是否包含待卸載流量標識；標識發送單元，與標識檢測單元相連，用於在檢測到待卸載流量標識後，通過移動管理實體向用戶終端發送啟動流量卸載標識。根據本發明的又一方面，又提出了一種流量卸載系統，包括用戶終端、本地分組數據網網關以及前述分組數據網網關，其中，用戶終端，用於接收分組數據網網關發送的啟動流量卸載標識、以及在收到啟動流量卸載標識後與本地分組數據網網關建立PDN連接；本地分組數據網網關，用於與用戶終端建立PDN連接以實現對待卸載流量的卸載；其中，用戶終端通過無線網絡分別與分組數據網網關和本地分組數據網網關交互。本發明提供的流量卸載方法、系統及分組數據網網關，將部分低價值數據流量通過本地分組數據網網關直接卸載到網際網路上，一方面顯著減少了流經核心網的數據流量、 降低了核心網的處理負荷，另一方面由於大量低價值數據流不再經過核心網，避免了數據的擁塞、提升了用戶的業務體驗。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分。在附圖中圖1是本發明工作原理示意圖。圖2是本發明流量卸載方法的一個實施例的流程示意圖。圖3是本發明流量卸載方法的另一實施例的流程示意圖。圖4是本發明用戶終端附著EPC網絡的流程示意圖。圖5是本發明流量卸載方法的再一實施例的流程示意圖。圖6是本發明分組數據網網關的一個實施例的結構示意圖。圖7是本發明流量卸載系統的一個實施例的結構示意圖。圖8是本發明流量卸載系統的另一實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。本發明的示例性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不構成對本發明的不當限定。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。在下述實施例中，以演進的分組核心網(Evolved Packet Core, EPC)為例進行說明。圖1是本發明工作原理示意圖。如圖1所示，演進基站(evolved Node B, eNB)負責接入網部分，也稱演進UMTS 陸地無線接入網(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN)；移動管理實體(Mobility Management Entity, MME)負責EPC信令處理；服務網關(Serving Gateway, S-Gff)是一個終止於E-UTRAN接口的網關；分組數據網網關(Packet Data Network Gateffay, PGff)是面向分組數據網(Packet Data Network, PDN)終結於 SGi 接口的網關；用戶終端(User Equipment, UE)指適用於LTE/EPC網絡的終端設備；本地分組數據網網關(Local PGW，L-PGW) —般部署在接入網或者靠近接入網的位置。圖1所示的PGW 集成了深度包檢測(De印Packet Inspection, DPI)的功能。實線雙箭頭所示為流經核心網的信令及部分數據流量，虛線雙箭頭所示為選擇性IP流量卸載(Selected IP Traffic Offload, SIPT0)流量，通過 L-PGW 直接疏導到 Internet。圖2是本發明流量卸載方法的一個實施例的流程示意圖。如圖2所示，該實施例可以包括以下步驟S202，PGW接收用戶終端發送的IP包載荷，檢測該IP包載荷中是否包含待卸載流量標識；S204,在檢測到待卸載流量標識後，通過MME向用戶終端發送啟動流量卸載標識；S206，在收到啟動流量卸載標識後，建立用戶終端與本地分組數據網網關的PDN 連接，以實現本地分組數據網網關對待卸載流量的卸載。該實施例將標識有待卸載的流量通過本地分組數據網網關直接卸載到網際網路上，
5一方面顯著減少了流經核心網的數據流量、降低了核心網的處理負荷，另一方面由於大量數據流量不再經過核心網，避免了數據的擁塞、提升了用戶的業務體驗。圖3是本發明流量卸載方法的另一實施例的流程示意圖。如圖3所示，該實施例可以包括以下步驟S302，PGW接收用戶終端發送的IP包載荷，檢測其中是否包含待卸載流量標識；S304,在檢測到待卸載流量標識後，通過MME向用戶終端發送啟動流量卸載標識；S306，判斷用戶終端是否支持多PDN連接；S308，如果用戶終端不支持多PDN連接，則斷開用戶終端與PGW的PDN連接，否則， 保持用戶終端與PGW的PDN連接；S310，在收到啟動流量卸載標識後，建立用戶終端與L-PGW的PDN連接，以實現 L-PGff對待卸載流量的卸載。進一步地，在PGW接收來自用戶終端的IP包載荷之前，用戶終端會先與PGW建立 PDN連接。圖4是本發明用戶終端附著EPC網絡的流程示意圖。如圖4，用戶終端與PGW建立PDN連接的過程包括以下步驟S402，用戶終端UE向eNodeB發送附著請求(Attach Request)消息；S404, eNodeB 向 MME 轉發 Attach Request 消息；S406, MME 向 SGW 發送創建默認承載請求(Create Default Bearer Request)消息；S408, SGff 向帶 DPI 功能的 PGW 轉發 Create Default Bearer Request 消息；S410，PGW 向 SGW 發送創建默認承載響應(Create Default Bearer Response)消息；S412, SGff 向 MME 轉發 Create Default Bearer Response 消息；S414，MME向eNodeB發送初始上下文建立請求/附著接受(Initial Context Setup Request/Attach Accept)消息；S416，eNodeB向UE發送無線資源控制連接重配置(RRC Connection Reconfiguration)消息；S418，UE向eNodeB發送無線資源控制連接重配置完成(RRC Connection Reconfiguration Complete)消息；S420, eNodeB 向 MME 發送初始上下文建立響應(Initial Context Setup Response)消息；S422, UE 向 eNodeB 發送直接傳遞(Direct Transfer)消息；S424, eNodeB 向 MME 發送附著完成(Attach Complete)消息。接下來，以P2P應用為例進行說明，但可卸載的應用流量不限於P2P流量，還可以包括視頻流量、頁面瀏覽流量等其他類型應用的流量。用戶終端在完成附著流程後，發起P2P應用連接等一系列流程。如圖4所示S426，當P-GW上的DPI單元通過流經PGW的信令檢測到P2P流量時，便把帶有啟動流量卸載標識的刪除承載請求(Delete Bearer Request)消息發送到SGW，其中，該消息中攜帶啟動流量卸載標識；
S428, SGff 將 Delete Bearer Request 消息轉發到 MME ；S430, MME通過去附著請求(Detach Request)消息把啟動流量卸載標識帶給UE ；S432，判斷UE是否支持多PDN連接，若不支持多PDN連接，則執行步驟S432 S440 的發起去附著流程，否則，跳過步驟S432 S440，直接執行自S442起的SIPTO附著流程，在去附著流程中，首先UE向MME發送去附著響應(Detach Response)消息；S434，MME向HSS (用戶歸屬寄存器)發送通知請求(Notify Request)消息；S436, HSS 向 MME 發送通知響應(Notify Response)消息；S438,MME 向 SGW 發送刪除承載響應(Delete Bearer Response)消息；S440, SGff 向帶 DPI 功能的 PGff 發送 Delete Bearer Response 消息。SIPTO的附著流程與步驟S402 S4M類似，主要不同是MME會通過用戶終端的位置信息(例如，跟蹤區域標識)為用戶選擇本地網關L-PGW，以建立SIPTO PDN連接。S442，用戶終端 UE 向 eNodeB 發送 Attach Request 消息；S444, eNodeB 向 MME 轉發 Attach Request 消息；S446, MME 向 SGW 發送 Create Default Bearer Req uest 消息；S448, SGff 向 L-PGWRS Create Default Bearer Req uest 消息；S450, L-PGff 向 SGW 發送 Create Default Bearer Response 消息；S452, SGff 向 MME 轉發 Create Default Bearer Response 消息；S454, MME ( eNodeB 迭 Initial Context Setup Req uest/Attach Accept M 息；S456, eNodeB 向 UE 發送 RRC Connection Reconfiguration 消息；S458, UE 向 eNodeB 發送 RRC Connection Reconfiguration Complete 消息；S460, eNodeB 向 MME 發送 hitial Context Setup Response 消息；S462, UE 向 eNodeB 發送 Direct Transfer 消息；S464, eNodeB向MME發送Attach Complete消息，此時，來自用戶終端的P2P流量經SGW被卸載到L-PGW。可選地，待卸載流量標識可以包括但不限於特徵字和應用層網關。其中，特徵字可以包括但不限於設定埠、設定字符串和設定Bit序列。PGW可以利用深度包檢測技術(De印Packet Inspection，DPI)來識別基於特徵字的待卸載流量標識。具體地，由於不同的應用通常依賴於不同的協議，而不同的協議可能會其特殊的指紋，這些指紋可能是特定的埠、特定的字符串或者特定的Bit序列。基於「特徵字」的識別技術通過對業務流中特定數據報文中的「指紋」信息的檢測來確定業務流所承載的應用。根據具體檢測方式的不同，基於「特徵字」的識別技術又可以分為固定位置特徵字匹配、變動位置的特徵字匹配以及狀態特徵字匹配三種技術。通過對「指紋」信息的升級，基於特徵字的識別技術可以很方便地進行功能擴展以實現對新協議的檢測，例如， Bittorrent協議的識別，通過反向工程對其對等協議進行分析，所謂對等協議指的是peer 與peer之間交換信息的協議。對等協議由一個握手開始，後面是循環的消息流，每個消息的前面，都有一個數字來表示消息的長度，在其握手過程中，首先是先發送19，跟著是字符串 「BitTorrent protocol 」，那麼「 19BitTorrent Protocol 」就是 Bittorrent 的「特徵字」。此外，PGW還可以利用DPI技術來識別基於應用層網關的待卸載流量標識。由於某些業務的控制流和業務流是分離的，業務流沒有任何特徵。在這種情況下，需要採用應用層網關識別技術。應用層網關需要先識別出控制流，並根據控制流的協議通過特定的應用層網關對其進行解析，從協議內容中識別出相應的業務流。對於每一個協議，需要有不同的應用層網關對其進行分析，例如，SIP、H323協議都屬於這種類型。SIP/H323通過信令交互過程協商得到其數據通道，一般是RTP格式封裝的語音流，也就是說，純粹檢測RTP流並不能得出這條RTP流是通過那種協議建立的，只有通過檢測SIP/H323的協議交互才能得到其完整的分析。進一步地，PGW還可以利用DPI技術來識別基於行為模式的待卸載流量標識。行為模式識別技術基於對終端已經實施行為的分析判斷出用戶正在進行的動作或者即將實施的動作。行為模式識別技術通常用於無法根據協議判斷的業務的識別，例如，SPAM(垃圾郵件)業務流和普通的Email業務流從Email的內容上看是完全一致的，只有通過對用戶行為的分析才能夠準確地識別出SPAM業務。以上三種識別技術分別用於不同類型協議的識別，無法相互替代。在本發明流量卸載方法的又一實施例中，建立用戶終端與本地分組數據網網關的 PDN連接的步驟可以包括移動管理實體利用用戶終端上報的跟蹤區域標識為用戶終端選擇本地分組數據網網關；建立用戶終端與所選本地分組數據網網關的PDN連接。圖5是本發明流量卸載方法的再一實施例的流程示意圖。如圖5所示，該實施例可以包括以下步驟S502, UE附著EPC網絡，具體流程可以參見圖4中的S402-S424 ；S504, UE開始發送P2P流量；S506, PGW上的DPI單元基於應用層的檢測技術通過深入讀取IP包載荷的內容來對OSI 7層協議中的應用層進行重組，獲取數據包中可以標識P2P業務類型的固定特徵字符串，例如，Bittorrent協議的識別是通過對等協議進行分析的，對等協議由一個握手開始，後面是循環的消息流，每個消息的前面，都有一個數字來表示消息的長度，在其握手過程中，首先發送19，跟著發送字符串「BitTorrent protocol」，那麼「 19BitTorrent Protocol"就是 Bittorrent 的「特徵字」；S508,通過在PGW給UE的信令中增加啟動流量卸載標識來觸發流量本地卸載流程；S510，對UE支持多PDN連接能力進行判斷；S512，根據UE的具體能力確定是否斷開UE與PGW的PDN連接；S514，如果UE支持多PDN連接，則保持UE與PGW的連接，並執行SIPTO附著流程 (具體實現可以參見S442-S464)，以實現P2P流量本地卸載，否則，先斷開UE與PGW的PDN 連接後再與L-PGW建立PDN連接以實現流量本地卸載。圖6是本發明分組數據網網關的一個實施例的結構示意圖。如圖6所示，該實施例的分組數據網網關60可以包括IP包接收單元61，用於接收用戶終端發送的IP包載荷；標識檢測單元62，與IP包接收單元相連，用於檢測IP包載荷中是否包含待卸載流量標識；
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標識發送單元63，與標識檢測單元相連，用於在檢測到待卸載流量標識後，通過移動管理實體向用戶終端發送啟動流量卸載標識。可選地，待卸載流量標識可以包括但不限於特徵字和應用層網關。其中，特徵字可以包括但不限於設定埠、設定字符串和設定Bit序列。圖7是本發明流量卸載系統的一個實施例的結構示意圖。如圖7所示，該實施例的流量卸載系統70可以包括分組數據網網關71，其可以由圖6所示的結構實現；用戶終端72，用於接收分組數據網網關發送的啟動流量卸載標識、以及在收到啟動流量卸載標識後與本地分組數據網網關建立PDN連接；本地分組數據網網關73，用於與用戶終端建立PDN連接以實現對待卸載流量的卸載；其中，用戶終端通過無線網絡分別與分組數據網網關和本地分組數據網網關交互。該實施例將標識有待卸載的流量通過本地分組數據網網關直接卸載到網際網路上， 一方面顯著減少了流經核心網的數據流量、降低了核心網的處理負荷，另一方面由於大量數據流量不再經過核心網，避免了數據的擁塞、提升了用戶的業務體驗。進一步地，用戶終端還可以用於判斷其是否支持多PDN連接，如果不支持多PDN連接，則斷開用戶終端與分組數據網網關的PDN連接，否則，保持用戶終端與分組數據網網關的PDN連接。圖8是本發明流量卸載系統的另一實施例的結構示意圖。如圖8所示，與圖7中的實施例相比，該實施例的流量卸載系統80還可以包括移動管理實體81，通過服務網關82分別與用戶終端、分組數據網網關以及本地分組數據網網關相連，用於接收分組數據網網關發送的啟動流量卸載標識、將其轉發到用戶終端、以及利用用戶終端上報的跟蹤區域標識為用戶終端選擇本地分組數據網網關。雖然已經通過示例對本發明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上示例僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種流量卸載方法，其特徵在於，包括分組數據網網關接收用戶終端發送的IP包載荷，檢測其中是否包含待卸載流量標識；在檢測到所述待卸載流量標識後，通過移動管理實體向用戶終端發送啟動流量卸載標識；在收到所述啟動流量卸載標識後，建立所述用戶終端與本地分組數據網網關的PDN連接，以實現所述本地分組數據網網關對待卸載流量的卸載。
2.根據權利要求1所述的流量卸載方法，其特徵在於，在建立所述用戶終端到本地分組數據網網關的PDN連接之前，所述方法還包括判斷所述用戶終端是否支持多PDN連接；如果所述用戶終端不支持多PDN連接，則斷開所述用戶終端與所述分組數據網網關的 PDN連接，否則，保持所述用戶終端與所述分組數據網網關的PDN連接。
3.根據權利要求1所述的流量卸載方法，其特徵在於，所述待卸載流量標識包括特徵字和應用層網關。
4.根據權利要求3所述的流量卸載方法，其特徵在於，所述特徵字包括設定埠、字符串和Bit序列。
5.根據權利要求1所述的流量卸載方法，其特徵在於，建立所述用戶終端與本地分組數據網網關的PDN連接的步驟包括所述移動管理實體利用所述用戶終端上報的跟蹤區域標識為所述用戶終端選擇本地分組數據網網關；建立所述用戶終端與所選本地分組數據網網關的PDN連接。
6.一種分組數據網網關，其特徵在於，包括IP包接收單元，用於接收用戶終端發送的IP包載荷；標識檢測單元，與所述IP包接收單元相連，用於檢測所述IP包載荷中是否包含待卸載流量標識；標識發送單元，與所述標識檢測單元相連，用於在檢測到所述待卸載流量標識後，通過移動管理實體向用戶終端發送啟動流量卸載標識。
7.根據權利要求6所述的分組數據網網關，其特徵在於，所述待卸載流量標識包括特徵字和應用層網關。
8.根據權利要求6所述的分組數據網網關，其特徵在於，所述特徵字包括設定埠、字符串和Bit序列。
9.一種流量卸載系統，其特徵在於，包括用戶終端、本地分組數據網網關以及權利要求 6-8中任一項所述的分組數據網網關，其中，所述用戶終端，用於接收所述分組數據網網關發送的啟動流量卸載標識、以及在收到所述啟動流量卸載標識後與所述本地分組數據網網關建立PDN連接；所述本地分組數據網網關，用於與所述用戶終端建立PDN連接以實現對待卸載流量的卸載；其中，所述用戶終端通過無線網絡分別與所述分組數據網網關和所述本地分組數據網網關交互。
10.根據權利要求9所述的流量卸載系統，其特徵在於，所述用戶終端還用於判斷其是否支持多PDN連接，如果不支持多PDN連接，則斷開所述用戶終端與所述分組數據網網關的 PDN連接，否則，保持所述用戶終端與所述分組數據網網關的PDN連接。
11.根據權利要求9所述的流量卸載系統，其特徵在於，所述系統還包括 移動管理實體，通過服務網關分別與所述用戶終端、所述分組數據網網關和所述本地分組數據網網關相連，用於接收所述分組數據網網關發送的啟動流量卸載標識、將其轉發到所述用戶終端、以及利用所述用戶終端上報的跟蹤區域標識為所述用戶終端選擇本地分組數據網網關。
全文摘要
本發明公開了一種流量卸載方法、系統及分組數據網網關。其中，該方法包括分組數據網網關接收用戶終端發送的IP包載荷，檢測其中是否包含待卸載流量標識；在檢測到待卸載流量標識後，通過移動管理實體向用戶終端發送啟動流量卸載標識；在收到啟動流量卸載標識後，建立用戶終端與本地分組數據網網關的PDN連接，以實現本地分組數據網網關對待卸載流量的卸載。本發明一方面顯著減少了流經核心網的數據流量、降低了核心網的處理負荷，另一方面由於大量低價值數據流不再經過核心網，避免了數據的擁塞、提升了用戶的業務體驗。
文檔編號H04W88/16GK102209348SQ20111013758
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者劉寧芳, 王慶揚, 陳潔, 龍彪 申請人:中國電信股份有限公司