CN102811204A - 分组核心演进中基于深度包检测的承载控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EPC中基于DPI的承载控制***，该***包括：DPI模块，用于通过DPI对业务内容进行识别，获取该业务用于服务质量QoS决策的信息，并发送给PCRF；PCRF，根据预先制定的控制策略和DPI模块报告用于QoS决策的信息进行QoS决策，并将确定的QoS规则发送给PGW；PGW，在与UE进行数据交互时，将所有与UE的交互数据都发送给DPI模块进行识别；根据PCRF发送的QoS规则，发起对业务的承载控制过程。本发明还公开了一种EPC中基于DPI的承载控制方法，该***和方法在实现对不同PS业务进行承载控制的同时，能够对不同的PS业务进行拦截和访问控制，且实现成本更低。

Description

分组核心演进中基于深度包检测的承载控制***及方法

技术领域

本发明涉及长期演进(LTE)技术领域，特别涉及一种分组核心演进(EPC)中基于深度包检测(DPI)的承载控制***及方法。

背景技术

长期演进(LTE)是目前正快速发展的一种先进的移动网络技术。而作为LTE分组域的网络演进架构，分组核心演进(EPC)统一了分组域和电路域，是连接移动网络和外部网络的核心网络，其具体架构如图1所示，包括移动性管理实体(MME)103，服务网关(SGW)104，策略和计费功能实体(PCRF)105，以及分组数据网络网关(PGW，或称PDN GW)106。移动终端(UE)101可以通过基站(eNodeB)102、MM/SGW，PGW连接到外部网络，从而访问外部网络中由内容服务商ISP等提供的数据内容，并通过PCRF实现计费。另外EPC中还可以包括用户归属服务器HSS，与MME相连(图中未示出)用于辅助MME的管理。EPC架构旨在帮助运营商通过采用无线LTE技术来提供先进的移动宽带服务，以更好的满足用户现在以及未来对宽带的需求。

在EPC中，服务质量(QoS)的实现是以分组***演进(EPS)承载为单位，一个EPS承载是UE和PGW间的一或多个业务数据流(Service Data Flow，SDF)的逻辑聚合，同一个EPS承载的业务数据流，将受到同样的分组转发处理。

具体地，PCRF QoS等级索引(QCI)来区分不同的SDF，并根据QCI信息对不同SDF进行EPS承载资源的控制，以实现QoS能力。其中，现有3GPP协议中，QCI定义了9个级别的不同业务，用于进行QoS优先级控制，但是，现有QCI中对于分组域(PS)业务没有细分，不能区分基于UDP或TCP的PS业务中如网页浏览、即时通讯、邮件、P2P、FTP等不同的具体业务类型。因此，这些不同的PS业务在现有QoS机制下，将会共享EPS承载，平分空口承载资源，而无法做到对不同PS业务的承载控制。

然而，不同的PS业务对于网络的实时性需求、运营商利润及用户感受不同，对于不同PS业务进行差别控制的要求便应运而生。

对此，现有的方法提出了在接入网侧，即eNodeB上扩展业务识别模块，通过深度包检测(DPI)技术对PS业务数据进行识别，将识别出的业务信息通过QoS映射，控制无线资源管理(RRM)模块根据优先级进行无线资源配置，从而实现在空口基于业务优先级的承载调度。

但是，该方法需要升级eNodeB，而无线通信网络中eNodeB是比较多的，这使该方法的成本很高，而且该方法虽然能实现对不同PS业务进行承载控制，为不同的PS业务分配不同的空口资源，但无法实现对不同PS业务的拦截和访问控制。

发明内容

本发明实施例提供一种EPC中基于DPI的承载控制***，在实现对不同PS业务进行承载控制的同时，能够对不同的PS业务进行拦截和访问控制，且实现成本更低。

本发明实施例提供一种EPC中基于DPI的承载控制方法，在实现对不同PS业务进行承载控制的同时，能够对不同的PS业务进行拦截和访问控制，且实现成本更低。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种分组核心演进EPC中基于深度包检测DPI的承载控制***，该***包括：

DPI模块，与分组数据网络网关PGW和策略和计费功能实体PCRF分别相连，用于在用户终端UE与PGW之间的业务建立之后，通过DPI对业务内容进行识别，获取该业务用于服务质量QoS决策的信息，并发送给PCRF；

PCRF，根据预先制定的控制策略和DPI模块报告用于QoS决策的信息进行QoS决策，并将确定的QoS规则发送给PGW；

PGW，在与UE进行数据交互时，将所有与UE的交互数据都发送给DPI模块进行识别；根据PCRF发送的QoS规则，发起对业务的承载控制过程。

较佳地，所述DPI模块与PCRF之间采用Rx接口连接。

较佳地，所述DPI模块通过AA请求AA-Request消息将所述用于QoS决策的信息发送给PCRF。

较佳地，所述DPI模块通过AA-Request消息中扩展的AVP属性，携带所述用于QoS决策的信息。

较佳地，所述DPI模块在所述扩展的AVP属性中的应用类型属性Application-Type中携带所述用于QoS决策的信息中的业务类型信息；

在所述扩展的AVP属性中的业务流量属性Application-Traffic中携带所述用于QoS决策的信息中的业务流信息包含的流量参数；

在所述扩展的AVP属性中的转发速率属性Application-Bit-Rate中携带所述用于QoS决策的信息中的业务流信息包含的转发速率参数。

较佳地，所述DPI模块集成于PGW中。

一种分组核心演进EPC中基于深度包检测DPI的承载控制方法，该方法包括：

通过DPI对业务内容进行识别，获取该业务用于QoS决策的信息，并将该信息发送给PCRF；

PCRF根据所述用于QoS决策的信息确定业务的QoS规则，并发送给PGW；

PGW根据所述QoS规则对业务发起承载控制过程。

较佳地，所述用于QoS决策的信息包括：业务类型信息和业务流信息。

较佳地，所述用于QoS决策的信息携带于AA请求AA-Request消息中。

较佳地，所述AA请求AA-Request消息通过扩展的AVP属性携带所述用于QoS决策的信息。

较佳地，所述扩展的AVP属性包括：

应用类型属性Application-Type、业务流量属性Application-Traffic和转发速率属性Application-Bit-Rate。

较佳地，所述应用类型属性Application-Type中携带所述业务类型信息；

所述业务流量属性Application-Traffic中携带所述业务流信息中的流量参数；

所述转发速率属性Application-Bit-Rate中携带所述业务流信息中的转发速率参数。

由上述的技术方案可见，本发明的这种EPC中基于DPI的承载控制***和方法，在核心网侧的PGW上扩展DPI模块，通过该DPI模块识别业务类型，由DPI模块将识别的业务信息通过扩展的Rx接口发送给PCRF，PCRF根据不同的PS业务类型设置不同的QoS策略，并将QoS策略通知PGW；PGW根据收到的QoS策略控制不同PS业务的EPS承载，从而使不同的PS业务建立在不同的EPS承载上，而在无线层会根据承载不同的QoS参数，对承载进行不同优先级的处理，从而实现高优先级的PS业务在无线接口得到更好的QoS保证，而且通过PGW可以很方便地实现对不同PS业务的拦截和访问控制，且EPC中PGW的数量远远小于eNB的数量，相对升级eNB的成本更低。

附图说明

图1为现有EPC网络结构示意图；

图2为本发明实施例在EPC中基于DPI的承载控制的***结构图；

图3为本发明实施例基于DPI的EPS承载控制方法流程图；

图4为本发明实施例具体EPS承载调整方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明主要是在核心网侧的PGW上扩展DPI模块，通过该DPI模块识别业务类型，由DPI模块将识别的业务信息通过扩展的Rx接口发送给PCRF，PCRF根据不同的PS业务类型设置不同的QoS策略，并将QoS策略通知PGW；PGW根据收到的QoS策略控制不同PS业务的EPS承载，从而使不同的PS业务建立在不同的EPS承载上，而在无线层会根据承载不同的QoS参数，对承载进行不同优先级的处理，从而实现高优先级的PS业务在无线接口得到更好的QoS保证，而且通过PGW可以很方便地实现对不同PS业务的拦截和访问控制，且EPC中PGW的数量远远小于eNB的数量，相对升级eNB的成本更低。

图2为本发明实现EPC中基于DPI的承载控制的***结构图，如图2所示，相比图1的现有***，本发明增加了DPI201(图中PGW203与DPI201表示为两个独立的逻辑实体，这两个逻辑实体可以在同一个物理实体即PGW203上实现，也可以独立实现)，分别与PGW203和PCRF202相连；

DPI模块201、PCRF202和PGW203构成3GPP协议规定的QoS控制模型，即由DPI201实现应用功能(AF)、PCRF202实现策略计费规则功能，PGW203实现策略计费执行功能(PCEF)。

其中，DPI201是本发明的核心，用于在UE与PGW之间的业务建立之后，通过DPI技术(此为现有成熟技术，这里不再详述)对业务内容进行识别，获取该业务的类型信息和流信息等用于QoS决策的信息，并报告给PCRF202；其中，流信息包括IP五元组信息列表、流量参数、转发速率等，类型信息包含该业务的具体应用类型如HTTP、QQ等。

PCRF202是QoS控制模型中的策略决策模块，根据预先制定的控制策略和DPI201报告的类型信息和流信息等用于QoS决策的信息，进行QoS决策，确定该业务的具体QoS规则如ARP等QoS参数，并将确定的QoS规则发送给PGW203执行。

PGW203是QoS控制模型中的策略执行模块，业务建立之后，在进行数据交互时，PGW203将所有与用户的交互数据都发送给DPI201进行业务深度识别，对于外网的用户数据，PGW203通过SGi接口向外网发数据，数据直接发送给DPI201；对于内网数据，PGW203需要将数据去掉通用数据传输平台控制(GTP-C)头后发送给DPI201进行业务深度识别；另外根据PCRF202发送的QoS规则，发起对业务的QoS控制过程，包括新建、修改业务的EPS承载，对EPS承载应用QoS策略等。

其中，DPI201与PCRF202之间采用Rx接口连接，Rx接口在3GPP协议29.214中定义，Rx应用属于互联网工程任务组(IETF)定义的Diameter(直径，radius的升级协议)应用的一种，用于实现3GPP协议23.203定义的AF与PCRF之间的信息交互。

现有Rx接口协议中规定了AF功能实体可以通过AA请求(AA-Request)消息向PCRF实体报告QoS决策所需信息，且在AA-Request消息中通过AVP属性描述业务的类型信息，其取值如下：

-AUDIO(0)

-VIDEO(1)

-DATA(2)

-APPLICATION(3)

-CONTROL(4)

-TEXT(5)

-MESSAGE(6)

-OTHER(0xFFFFFFFF)

由于PS业务均为DATA(2)类型，所以现有Rx接口规范也无法支持将不同PS业务的类型信息等报告给PCRF实体，需要扩展Rx接口，例如扩展AVP(属性值对Attribute-Value Pair)属性，新定义AVP属性如下：

应用类型属性Application-Type，类型为Enumerated，值可取HTTP、QQ、P2P等，根据需要区分的不同PS业务而定；用于携带业务类型信息。

业务流量属性Application-Traffic，类型为Unsigned32；用于携带业务流信息中的流量参数。

转发速率属性Application-Bit-Rate，类型为Unsigned32；用于携带业务流信息中的转发速率参数。

扩展后的AA-Request消息结构如下：

通过扩展AVP属性，DPI201即可将检测出的业务的“应用类型(HTTP、QQ、P2P等)”、“业务流量(可设定范围0-100000000)”、“报文转发速率(可设定范围0-10000000)”等用于QoS决策的信息，并通过Rx接口的AA-Request消息发送给PCRF202。

本发明还提供了一种基于DPI的EPS承载控制方法，包括如下步骤：

步骤301，通过DPI对业务内容进行识别，获取该业务的类型信息和流信息等用于QoS决策的信息，并将该信息发送给PCRF；

步骤302，PCRF根据所述用于QoS决策的信息确定业务的QoS规则，并发送给PGW；

步骤303，PGW根据所述QoS规则对业务进行承载控制。

下面以一个具体的例子说明步骤303中具体的EPS承载控制方法：

应用场景：在业务建立期间，UE和核心网将两个不同类型的业务(SDF1和SDF2)映射到同一EPS承载上；业务建立完成之后，根据预设的控制策略，这两种业务需要应用不同的QoS规则，而应用不同QoS规则，要求业务流不能建立在同一个EPS承载上，需要使用独立的EPS承载才能进行QoS控制。因此，需要PGW发起承载调整过程，将SDF2调整到新建承载上，与SDF1分开。

上述具体的承载调整过程如图4所示，包括如下步骤：

步骤401、DPI向PCRF发送AA-Request消息，其中携带业务的类型信息和流信息等用于QoS决策的信息；

步骤402，PCRF根据业务的类型信息和流信息等用于QoS决策的信息确定业务的QoS规则，如确定业务的ARP以及业务的THP等参数，并向PGW发送IP-CAN Session Modification消息。

步骤403，PGW收到IP-CAN Session Modification消息之后，发起承载更新过程，向MME/SGW发送承载更新请求(Update Bear Request)消息，请求修改EPS承载的相关信息，将SDF2相关的TFT信息从原EPS承载上下文中删除。

步骤404，MME/SGW收到Update Bear Request消息之后，发起NAS层EPS承载上下文修改过程，向eNB发送E-RAB修改请求E-RAB ModificationRequest消息，其中携带NAS层EPS承载上下文修改请求(NAS：Modify EPSContext Request)消息。

因为修改了EPS承载上相应的业务流信息，会导致承载QoS信息的修改，比如MBR等信息，因此，需要进行RRC连接重配置过程，重新配置空口资源。

步骤405，eNB向UE发送RRC连接重配置RRC Connection Reconfiguration消息，其中携带NAS层EPS承载上下文修改请求(NAS：Modify EPS ContextRequest)消息。

步骤406，UE向eNB返回RRC连接重配置完成RRC ConnectionReconfiguration Complete消息。

步骤407，eNB向MME/SGW返回E-RAB修改响应E-RAB ModificationResponse消息。

步骤408，UE向eNB返回上行信息转换UL Information Transfer消息，其中携带NAS层EPS承载上下文接受(NAS：Modify EPS ContextAccept)消息。

步骤409，eNB向MME/SGW返回上行NAS转换UplinkNAS Transport消息，其中携带NAS层EPS承载上下文接受(NAS：Modify EPS ContextAccept)消息。

步骤410，MME/SGW向PGW返回承载更新响应Update Bear Response消息，完成SDF1的承载更新。

步骤411，承载更新过程完成之后，PGW发起承载建立过程，向MME/SGW发送承载建立请求Create Bear Request消息，为SDF2业务流建立新的EPS承载。

步骤412，MME/SGW向eNB发送E-RAB建立请求E-RAB Setup Request消息，其中携带NAS层激活指定EPS承载上下文请求(NAS：Activate DedicatedBear Context Request)消息。

步骤413，eNB向UE发送RRC连接重配置RRC Connection Reconfiguration消息，其中携带NAS层激活指定EPS承载上下文请求(NAS：Activate DedicatedBear Context Request)消息。

步骤414，UE向eNB返回RRC连接重配置完成RRC ConnectionReconfiguration Complete消息。

步骤415，eNB向MME/SGW返回E-RAB建立响应E-RAB Setup Response消息。

步骤416，UE向eNB返回上行信息转换UL Information Transfer消息，其中携带NAS层激活指定EPS承载上下文接受(NAS：Activate Dedicated BearContextAccept)消息。

步骤417，eNB向MME/SGW返回上行NAS转换Uplink NAS Transport消息，其中携带NAS层激活指定EPS承载上下文接受(NAS：Activate DedicatedBear ContextAccept)消息，完成SDF2的承载建立。

步骤418，MME/SGW向PGW返回承载建立响应Create Bear Response消息，完成对SDF2业务流建立新的EPS承载。

步骤419，PGW向PCRF发送IP-CAN Session Modification消息，完成对QoS。

步骤420，PCRF向DPI返回AA-Answer消息，完成整个EPS承载修改过程。

上述承载修改过程需要将SDF2业务流从原承载中删除，之后建立新的承载用于承载SDF2，则SDF2会有短时间的间断，但是，承载的修改过程时间量级为100毫秒以内，对于大多数TCP业务和UDP业务，此间断时间影响较小，可以忽略不计，所增加的业务延迟不会对用户感知造成影响。

另外，也可以通过将高优先级的业务保持在承载上，将低优先级的业务转移到新承载的方式，保证用于感知敏感的业务服务质量。

由上述的实施例可见，本发明的这种EPC中基于DPI的承载控制***和方法，在核心网侧的PGW上扩展DPI模块，通过该DPI模块识别业务类型，由DPI模块将识别的业务信息通过扩展的Rx接口发送给PCRF，PCRF根据不同的PS业务类型设置不同的QoS策略，并将QoS策略通知PGW；PGW根据收到的QoS策略控制不同PS业务的EPS承载，从而使不同的PS业务建立在不同的EPS承载上，而在无线层会根据承载不同的QoS参数，对承载进行不同优先级的处理，从而实现高优先级的PS业务在无线接口得到更好的QoS保证，而且通过PGW可以很方便地实现对不同PS业务的拦截和访问控制，且EPC中PGW的数量远远小于eNB的数量，相对升级eNB的成本更低。

Claims (12)

1.一种分组核心演进EPC中基于深度包检测DPI的承载控制***，其特征在于，该***包括：

DPI模块，与分组数据网络网关PGW和策略和计费功能实体PCRF分别相连，用于在用户终端UE与PGW之间的业务建立之后，通过DPI对业务内容进行识别，获取该业务用于服务质量QoS决策的信息，并发送给PCRF；

PCRF，根据预先制定的控制策略和DPI模块报告用于QoS决策的信息进行QoS决策，并将确定的QoS规则发送给PGW；

PGW，在与UE进行数据交互时，将所有与UE的交互数据都发送给DPI模块进行识别；根据PCRF发送的QoS规则，发起对业务的承载控制过程。

2.如权利要求1所述的EPC中基于DPI的承载控制***，其特征在于，所述DPI模块与PCRF之间采用Rx接口连接。

3.如权利要求2所述的EPC中基于DPI的承载控制***，其特征在于，所述DPI模块通过AA请求AA-Request消息将所述用于QoS决策的信息发送给PCRF。

4.如权利要求3所述的EPC中基于DPI的承载控制***，其特征在于，所述DPI模块通过AA-Request消息中扩展的属性值对AVP属性，携带所述用于QoS决策的信息。

5.如权利要求1所述的EPC中基于DPI的承载控制***，其特征在于，

所述DPI模块在所述扩展的AVP属性中的应用类型属性Application-Type中携带所述用于QoS决策的信息中的业务类型信息；

在所述扩展的AVP属性中的业务流量属性Application-Traffic中携带所述用于QoS决策的信息中的业务流信息包含的流量参数；

在所述扩展的AVP属性中的转发速率属性Application-Bit-Rate中携带所述用于QoS决策的信息中的业务流信息包含的转发速率参数。

6.如权利要求1所述的EPC中基于DPI的承载控制***，其特征在于，所述DPI模块集成于PGW中。

7.一种分组核心演进EPC中基于深度包检测DPI的承载控制方法，其特征在于，该方法包括：

通过DPI对业务内容进行识别，获取该业务用于QoS决策的信息，并将该信息发送给策略和计费功能实体PCRF；

PCRF根据所述用于QoS决策的信息确定业务的QoS规则，并发送给分组数据网络网关PGW；

PGW根据所述QoS规则对业务发起承载控制过程。

8.如权利要求7所述的EPC中基于DPI的承载控制方法，其特征在于，所述用于QoS决策的信息包括：业务类型信息和业务流信息。

9.如权利要求8所述的EPC中基于DPI的承载控制方法，其特征在于，所述用于QoS决策的信息携带于AA请求AA-Request消息中。

10.如权利要求9所述的EPC中基于DPI的承载控制方法，其特征在于，所述AA请求AA-Request消息通过扩展的属性值对AVP属性携带所述用于QoS决策的信息。

11.如权利要求10所述的EPC中基于DPI的承载控制方法，其特征在于，所述扩展的AVP属性包括：

应用类型属性Application-Type、业务流量属性Application-Traffic和转发速率属性Application-Bit-Rate。

12.如权利要求11所述的EPC中基于DPI的承载控制方法，其特征在于，

所述应用类型属性Application-Type中携带所述业务类型信息；

所述业务流量属性Application-Traffic中携带所述业务流信息中的流量参数；

所述转发速率属性Application-Bit-Rate中携带所述业务流信息中的转发速率参数。

Images