CN101562601A - WCDMA***中HomeNodeB穿越NAT的方法 - Google Patents
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Abstract
一种WCDMA HomeNodeB穿越NAT方法,包括步骤:NodeB侧的NBAP协议模块与STUN客户端交换消息,获取NodeB穿越NAT后的传输层地址信息;RNC侧的STUN服务器和所述STUN客户端交换消息,以检测NodeB穿越NAT后的传输层地址信息;通过向NodeB侧的NBAP协议模块发送到RNC侧消息的信息元素中填充所述穿越NAT后传输层地址信息来产生响应,并向RNC发送所产生的响应,由此建立与RNC之间的无线链路。
Description
技术领域
本发明涉及宽带码分多址***,具体地,涉及一种宽带码分多址(以下简称为WCDMA)***中通过在HomeNodeB和RNC(无线网络控制器)中集成STUN(Simple Traversal of UDP over NATs,NAT的UDP简单穿越)客户端和服务器来实现穿越NAT(Network AddressTranslation)的方法。
背景技术
HomeNodeB又被称为FemtoCell,即家庭商用基站,是3G领域的前沿技术和热门话题。HomeNodeB可以与运营商的原有网络设备无缝连接,从而充分利用用户已有的宽带接入资源,为最终用户提供了移动和固网融合业务。通过HomeNodeB,大量的移动业务被HomeNodeB所吸收,可以大大降低运营商宏蜂窝的数量,为运营商节约大量的设备投资费用和维护费用,是最为经济的室内信号覆盖技术。
针对室内家庭通信需求兼顾固网接入和移动接入两方面的需求,HomeNodeB通过放置在用户家中来实现以家庭为单位的室内覆盖。通过xDSL Modem接入ISP网络,并通过基于IP承载的标准Iub接口接入到WCDMA网络。
当家庭用户主机数目超过一台时,需要通过NAT路由器建立家庭私有网络环境。多台主机通过NAPT方案进行地址映射,从而共享公网IP地址,实现Internet访问。
WCDMA HomeNodeB主要实现基于IP承载的Iub接口。如图1所示,控制平面实现NBAP/SCTP/IP/Data Link/PHY,用户平面实现FP/UDP/IP/Data Link/PHY。本发明主要涉及Iub接口用户平面。
Iub接口用户平面DCH(专用信道)、FACH(前向接入信道)、RACH(后向接入信道)、PCH(寻呼信道)将分别承载于DCH FP(帧协议),FACH FP、RACH FP、PCH FP。(参见3GPP TS 25.434,TS 25.435,TS 25.426)。
HomeNodeB和RNC之间将通过UDP数据报的方式进行通信,互相发送和接收FP报文。
UDP数据报的端口号协商由Iub接口控制平面的协议NBAP完成。
通过将HomeNodeB设置在用户家中来实现以家庭为单位的室内覆盖。通过xDSL Modem接入ISP网络,并通过基于IP承载的标准Iub接口,接入到WCDMA网络。在此过程中,不可避免需要解决NAT穿越的问题(NAT穿越涉及TCP/IP网络中的一个常见问题,即在处于使用了NAT设备的私有TCP/IP网络中的主机之间建立连接的问题)。
NAPT(Network Address Port Translation,一种常见NAT类型)能够有效地解决地址短缺的问题。但是也存在三个缺点:
1.当应用层协议包含IP层地址信息时,如NAP路由器无法解析并转换应用层协议报文中的IP层地址信息,则应用层协议将无法穿越NAT网络;
2.NAPT方案要求私网一侧必须首先发起连接,NAT路由器记录建立连接过程中交互的报文并形成地址映射表。因此,公网一侧首先发起连接的应用层协议也无法有效穿越NAT网络;
3.NAPT方案必须将唯一的公网IP地址共享给多个私网IP地址,通过TCP、UDP等上层协议的端口号进行映射。因此端口号资源(0-65535)是有限的。长期没有使用的端口号将被NAT路由器老化而回收。某些运行期间可能长时间没有流量的上层应用也可能因此无法穿越NAT网络;
而在现有HomeNodeB实现方案中,也存在以上三个缺陷。
在现有技术中,HomeNodeB和RNC之间将通过UDP数据报的方式进行通信,互相发送和接收FP报文。由FP数据帧承载用户数据等信息。
UDP数据报的端口号协商由Iub接口控制平面的协议NBAP(NodeBApplication Part)完成。
如图2所示,在WCDMA呼叫建立和释放流程中,当NodeB NBAP和RNC的NBAP协议通过RADIO LINK SETUP REQUEST、RADIOLINK SETUP RESPONSE消息交换“Binding ID”和“Transport LayerAddress”IE时,RNC解析“Binding ID”和“Transport Layer Address”IE,从中获取NodeB IP地址和UDP端口号,并且据此发送下行同步消息。
由于HomeNodeB处于私网内侧,而NAPT方案对于HomeNodeB是完全透明的。因此,HomeNodeB将在RADIO LINK SETUPREQUEST消息内的“Binding ID”和“Transport Layer Address”IE中填充HomeNodeB所获取的私有IP地址和源端口号,然后RNC使用该私有IP地址和源端口号来构造承载下行同步消息报文的IP头部和UDP头部。
由于承载下行同步消息的IP报文目的地址为私有IP地址,因此该IP报文无法穿越公网,RNC发送的下行同步消息同样无法到达HomeNodeB,从而导致呼叫建立过程失败。
同样的问题,还出现在Common Transport Channel Setup、CommonTransport Channel Reconfiguration、Radio Link Setup、Radio LinkReconfiguration等过程中。本文主要以Radio Link Setup为例进行描述。
为了解决NBAP协商的NAT穿越问题,为FP协议协商到真正的公网IP地址和UDP端口号,我们引入STUN协议(RFC3489),并据此增强NBAP协议处理流程。
STUN协议是一种客户端服务器模型的通信协议。STUN客户端位于NAT网络内部,STUN服务器则处于公网。STUN客户端在需要得知自身私有IP地址对应的公网IP地址和端口号时,会先以相同的来源IP地址、端口号发送报文给STUN服务器。STUN服务器接受该报文后,将NAT转换后的源IP地址和源端口号封包,返回STUN客户端。
发明内容
本发明提出了一种在宽带码分多址(以下简称为WCDMA)***中通过在HomeNodeB和RNC中集成STUN客户端和STUN服务器来实现穿越NAT的方法。本发明可以应用于所有实现WCDMA Iub接口的NodeB设备,而不仅仅限于HomeNodeB。
为了实现上述目的,本发明提供了一种WCDMA HomeNodeB穿越NAT方法,包括步骤:
NodeB侧的NBAP协议模块与STUN客户端交换消息,获取NodeB穿越NAT后传输层地址信息;
RNC侧的STUN服务器和所述STUN客户端交换消息,以检测NodeB穿越NAT后传输层地址信息;
通过向NodeB侧的NBAP协议模块发送到RNC侧消息的信息元素中填充所述穿越NAT后传输层地址信息来产生响应,并向RNC发送所产生的响应,由此建立与RNC之间的无线链路。
附图说明
图1示出了WCDMA HomeNodeB协议栈;
图2示出了现有技术中呼叫建立由于无法穿越NAT导致失败的信令流图;
图3示出了根据本发明的呼叫建立过程的信令流图。
具体实施方式
根据本发明,如图3所示,根据本发明的通信***400包括UE 410、HomeNodeB 420和RNC 430。其中,HomeNodeB 420可以包括NodeB服务RNS 421、NodeB STUN客户端422,RNC 430可以包括STUN服务器431以及服务RNC 432。根据本发明,在NodeB服务RNS 421中,还包括NBAP(NodeB Application Part)协议模块4211和DCH-FP模块4212。同时,在RNC侧的服务RNC 432中,包括RRC(无线资源控制器)4323以及对应的NBAP协议模块4321、DCH-FP模块4322。在NodeB STUN客户端422和RNC侧的STUN服务器431中,分别包括STUN模块4221(STUN协议客户端)和STUN模块4311(STUN协议服务器端)。
下面将参考图3来详细描述根据本发明的NAT穿越方法的流程。
如图3所示,首先,用户设备410向RNC 432中的RRC 4323发送RRC连接请求。RRC分配RNTI(Radio Network Temporary Identifier),并选择L1、L2参数。然后RNC侧的NBAP协议模块4321向NBAP协议模块4211发送“Radio Link Setup Request”消息。
当NodeB服务RNS 421中的NBAP协议模块4211接收到“RadioLink Setup Request”消息时,并不立刻应答,而是启动超时定时器(图中未示出)。同时,NBAP协议模块4211向STUN客户端422中的STUN4221发送“NAT detect Request”消息。该“NAT detect Request”消息可以包含HomeNodeB的IP地址和UDP源端口号。接收到该消息的STUN 4221据此向服务RNC 432中的NBAP 4321发送“BindingRequest”消息。
如果超时定时器超时,则NBAP协议模块4211将HomeNodeB的IP地址和UDP源端口号填入“Binding ID”和“Transport Layer Address”IE,并向NBAP 4321发送“Radio Link Setup Response”消息。
如果NBAP协议模块4211接收到来自STUN 4221的“NAT detectResponse”消息,则NBAP协议模块4211将“NAT detect Response”消息中的IP地址和UDP源端口号填入“Binding ID”和“Transport LayerAddress”IE,并向NBAP 4321发送“Radio Link Setup Response”消息。
NBAP协议模块4211周期性地向STUN 4221发送“NAT detectRequest”消息,并等待来自STUN 4221的“NAT detect Response”消息。该消息将刷新NAT路由器表项,防止相关表项老化。
下面将结合附图来描述根据本发明的优选实施例。在下面的描述中,已知的功能或者结构将不再详细说明。
首先,在网络中部署NodeB节点420。在网络中部署NodeB STUN客户端节点422,该节点可以是一台单独的设备,也可以集成在NodeB节点内部420。同时,在网络中部署RNC节点432,并在网络中部署RNC STUN服务器节点431,该节点可以是一台单独的设备,也可以集成在RNC节点430内部。
在步骤305,NodeB中的NBAP协议模块4211和STUN客户端422的STUN模块4221之间通过交互NAT Detect Request和NAT DetectResponse消息进行消息通信。NAT Detect Request消息中包含NodeB节点待发送FP报文的源IP地址和UDP源端口号信息。NAT DetectResponse消息包含NodeB节点待发送FP报文穿越NAT后被转换后的源IP地址和UDP源端口号信息。
在步骤306,在RAB(Radio Access Bearer)建立流程中,RNC NBAP协议模块4321向NodeB NBAP协议模块4211发送“Radio Link SetupRequest”消息,消息中的“Binding ID”和“Transport Layer Address”IE被填写了RNC的传输层地址信息。
在步骤308,STUN客户端422和NBAP协议模块4211交互NATDetect Request和NAT Detect Response消息,进行消息通信。同时STUN客户端422中的STUN模块4221和STUN服务器431中的STUN协议模块4321交互STUN协议相关信息。
在步骤309,STUN客户端中的STUN4221和STUN服务器中的STUN4311交互STUN协议相关信息。
在步骤310,在RAB建立流程中,RNC中的NBAP协议模块4321向NodeB中的NBAP协议模块4211消息发送“Radio Link SetupResponse”消息,该消息中的“Binding ID”和“Transport Layer Address”IE,被填写了NodeB经过STUN解析后的传输层地址信息。RNCDCH-FP模块4322可以通过这个传输层地址与NodeB DCH-FP模块4212正常通信。
在步骤311,RNC DCH-FP模块4322向NodeB DCH-FP模块4212发送下行同步FP报文;下行同步FP报文穿越NAT到达NodeB;
在步骤312,NodeB DCH-FP模块4212向RNC DCH-FP模块4322发送上行同步FP报文。
由此,NodeB能够开始传输,并进行RRC连接设置,直到RRC连接设置完成。
接下来,NodeB NBAP协议模块4211可以通过周期性地和STUN客户端422交换消息,来重复上述流程。
本发明通过在宽带码分多址(以下简称为WCDMA)***的HomeNodeB中集成STUN客户端,在RNC中集成STUN服务器,并增加响应内部交互流程,解决了HomeNodeB如何穿越NAT的问题。本发明可以应用于所有实现WCDMA Iub接口的NodeB设备,而不仅仅限于HomeNodeB。
尽管本发明按照所述实施例进行了描述,需要指出的是,这些实施例都是用来解释,而不是用来对本发明进行限定。本领域的普通技术人员能够很容易对这些实施例进行更改、增加、删除任何步骤而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (18)
1.一种宽带码分多址WCDMA***中NodeB穿越网络地址翻译NAT的方法,包括:
NodeB侧的NBAP协议模块与STUN客户端交换消息,获取NodeB穿越NAT后的传输层地址信息;
RNC侧的STUN服务器和所述STUN客户端交换消息,以检测NodeB穿越NAT后的传输层地址信息;
通过向NodeB侧的NBAP协议模块发送到RNC侧消息的信息元素中填充所述穿越NAT后的传输层地址信息来产生响应,并向RNC发送所产生的响应,由此建立与RNC之间的无线链路。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述NodeB侧的NBAP协议模块周期性地与所述STUN客户端交换消息。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述信息元素是“Binding ID”和“Transport Layer Address”。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述NodeB侧的NBAP协议模块与STUN客户端交换消息的步骤包括:NBAP协议模块将***IP地址和传输层地址发送给STUN客户端,STUN客户端将接收到的信息封装入“Binding Request”消息,发送到RNC侧的STUN服务器,并等待应答。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,当STUN客户端接收到来自RNC侧的STUN服务器的“Binding Response”消息后,将穿越NAT后的IP地址和传输层地址信息通知NodeB侧的NBAP。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当NBAP协议模块向RNC侧发送所产生的响应之前,启动超时定时器,并与STUN客户端交换消息。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,如果在超时定时器超时之前,NBAP协议模块接收到来自STUN客户端的响应,则按照响应消息中的IP地址和传输层地址信息来填充信息元素,否则,填充***IP地址和传输层地址。
8.根据权利要求2所述的方法,其中,NBAP协议模块周期性地与所述STUN客户端交换消息,从而刷新NAT路由器表项并检测穿越NAT后的IP地址和传输层地址是否存在变化。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,当检测到穿越NAT后的IP地址和传输层地址发生变化时,RNC侧的NBAP协议模块释放相关链接,并重新发起链接,以恢复正常通信。
10.一种通信***,包括:用户设备UE、NodeB和无线网络控制器RNC,其中,所述NodeB包括NBAP协议模块和STUN客户端,所述RNC包括STUN服务器,当用户设备发起与RNC的连接请求时,所述***被配置成:
NBAP协议模块与STUN客户端交换消息,获取NodeB穿越NAT后传输层地址信息;
STUN服务器和所述STUN客户端交换消息,以检测NodeB穿越NAT后传输层地址信息;
通过向所述NBAP协议模块发送到RNC侧消息的信息元素中填充所述穿越NAT后传输层地址信息来产生响应,并向RNC发送所产生的响应,由此建立与RNC之间的无线链路。
11.根据权利要求10所述的***,其中,所述NBAP协议模块周期性地与所述STUN客户端交换消息。
12.根据权利要求10所述的***,其中,所述信息元素是“BindingID”和“Transport Layer Address”。
13.根据权利要求10所述的***,其中,所述NBAP协议模块将***IP地址和传输层地址发送给STUN客户端,STUN客户端将接收到的信息封装入“Binding Request”消息,发送到RNC侧的STUN服务器,并等待应答。
14.根据权利要求13所述的***,其中,当STUN客户端接收到来自RNC侧的STUN服务器的“Binding Response”消息后,将穿越NAT后的IP地址和传输层地址信息通知NodeB侧的NBAP。
15.根据权利要求10所述的***,其特征在于,所述NodeB还包括定时器,当NBAP协议模块向RNC侧发送所产生的响应之前,启动所述定时器,并与STUN客户端交换消息。
16.根据权利要求15所述的***,其特征在于,如果在定时器超时之前,NBAP协议模块接收到来自STUN客户端的响应,则按照响应消息中的IP地址和传输层地址信息来填充信息元素,否则,填充***IP地址和传输层地址。
17.根据权利要求11所述的***,其中,NBAP协议模块周期性地与所述STUN客户端交换消息,从而刷新NAT路由器表项并检测穿越NAT后的IP地址和传输层地址是否存在变化。
18.根据权利要求17所述的***,其中,当检测到穿越NAT后的IP地址和传输层地址发生变化时,所述NBAP协议模块释放相关连接,并重新发起连接,以恢复正常通信。
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