CN111263367B - 基于云端核心网epc的用户面传输***和方法 - Google Patents

基于云端核心网epc的用户面传输***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于云端核心网EPC的用户面传输***和方法，***包括：终端UE、LTE基站、因特网\私有网络和云化核心网EPC；方法包括核心网设备虚拟化，架设于云端，实现控制面和用户面分离；终端UE发送用户面数据经由无线链路到达LTE基站，LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络；LTE基站将因特网\私有网络发送的用户面数据发送给终端UE；终端UE发送控制面数据经由无线链路到达LTE基站，LTE基站将控制面数据经由因特网\私有网络发送到核心网EPC；LTE基站将云端的核心网EPC发送的控制面数据发送给终端UE。本发明通过基站控制用户面数据的流向，实现了基于云端核心网的控制面和用户面分离，丰富了LTE网络的架构方法和应用场景。

Description

基于云端核心网EPC的用户面传输***和方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体地说是一种基于云端核心网EPC的用户面传输的***和方法。
背景技术
传统网络布局中，核心网是专用设备，存在物理实体，核心网与基站之间是一对多的关系，核心网与基站之间需要专用网络连接，例如在骨干光纤网络中设置专用传输通道VLAN(虚拟局域网)或者通过网线直接连接。
根据3GPP规定，LTE***组网必须按照固定的模式进行，所有数据(控制面数据和用户面数据)必须通过指定的路径进行传输，即：上行数据从终端UE经过空中接口到达基站eNodeB，然后经过专用网络连接到达核心网EPC，其中用户面数据，再从EPC发往因特网；下行数据从因特网到达核心网EPC，这部分为用户面数据，汇同控制面数据，通过专用网络连接到达基站eNodeB，然后通过空中接口到达终端UE。网络架构单一，导致面对不同的网络需求时会产生大量的资源浪费。
当前业界核心网在向5G中定义的基于服务的架构进化，最终实现控制面和用户面彻底分离。目前4G LTE的核心网仍然是实体模式，业界正在推进核心网云化进程，并且已经取得一定的成绩，但是限于核心网功能的定义，无法实现控制面和用户面的分离。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于云端核心网EPC的用户面传输的***和方法，目标是实现控制面和用户面分离。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于云端核心网EPC的用户面传输***，包括：
核心网虚拟化设备，架设于云端，为终端分配IPEPC_UE，在X2切换中将终端UE的用户面地址IPEPC_UE从源基站传递到目标基站，支持由基站控制的用户面传输；
终端UE，发送用户面数据和控制面数据经由无线链路到达LTE基站；接收LTE基站回传的用户面数据和控制面数据；
LTE基站，接收终端UE发送的用户面数据和控制面数据，进行路径选择，将控制面数据经由因特网\私有网络连接发送到云端核心网EPC，将用户面数据发送到因特网\私有网络；并从因特网\私有网络接收控制面数据和用户面数据，发送给终端UE；
因特网\私有网络，发送用户面数据到LTE基站，并接收LTE基站发送的用户面数据；
云端核心网EPC，为设置在云端的虚拟化设备，经由因特网\私有网络连接并发送控制面数据到LTE基站，并接收LTE基站发送的控制面数据。
所述LTE基站识别专用信令中的无限承载E-RAB，并解析其中的NAS-PDU信令，获取核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，记录C-RNTI、IPEPC_UE以及C-RNTI与IPEPC_UE之间的对应关系。
在所述基站中设置IP地址池，从IP地址池中选取LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，并在基站内部建立C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系。
LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络包括：
LTE基站解析终端UE发送的用户面数据中IP数据报中的源IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系将源IP地址修改为LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，目标IP地址不变，则该用户面数据直接从基站网卡发送到因特网\私有网络。
LTE基站接收因特网\私有网络发送的用户面数据包括：
LTE基站解析因特网\私有网络发送的用户面数据中IP数据报中的目标IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系，将目标IP地址修改为核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，源IP地址不变，则该因特网\私有网络发送的用户面数据被LTE基站接收处理后可以通过空中接口发往终端UE。
所述核心网EPC为实体设备或设置在云端的虚拟化设备，通过因特网\私有网络与LTE基站进行控制面数据的收发。
所述基于核心网EPC为终端分配IPEPC_UE，在X2切换中基站通过协议软件借用消息HandoverRequest消息IE中的TraceActivation->TraceCollectionEntityIPAddress来传送核心网为终端分配的IP地址IPEPC_UE，将终端UE的用户面地址IPEPC_UE从源基站传递到目标基站。
一种基于云端核心网EPC的用户面传输方法，
终端UE发送用户面数据经由无线链路到达LTE基站，LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络；LTE基站将因特网\私有网络发送的用户面数据发送给终端UE；
终端UE发送控制面数据经由无线链路到达LTE基站，LTE基站将控制面数据经由因特网\私有网络发送到核心网EPC；LTE基站将云端的核心网EPC发送的控制面数据发送给终端UE。
所述LTE基站识别专用信令中的无限承载E-RAB，并解析其中的NAS-PDU，获取核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，记录C-RNTI、IPEPC_UE以及C-RNTI与IPEPC_UE之间的对应关系；在所述基站中设置IP地址池，从IP地址池中选取LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，并在基站内部建立C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系。
所述LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络包括：
LTE基站解析终端UE发送的用户面数据中IP数据报获得源IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系将源IP地址修改为LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，目标IP地址不变，则该用户面数据直接从基站网卡发送到因特网\私有网络。
所述LTE基站接收因特网\私有网络发送的用户面数据包括：
LTE基站解析因特网\私有网络发送的用户面数据中IP数据报中的目标IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系，将目标IP地址修改为核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，源IP地址不变，则该因特网\私有网络发送的用户面数据被LTE基站接收处理后可以通过空中接口发往终端UE。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.核心网虚拟化设置于云端，可以跨地理区域提供服务。
2.本发明通过基站控制用户面数据的流向，降低了骨干网络的传输压力。
3.拓展了LTE网络的网络拓扑能力。
4.增加了基站侧对于用户数据的监控能力支持基础，提供了相应的手段。
5.增加了基站侧对于用户数据的计费能力支持基础，提供了相应的手段。
附图说明
图1是本发明的***结构图；
图2是本发明的方法流程图；
图3是本发明遵循的3GPP协议sevice request过程信令流程图；
图4是本发明遵循的3GPP协议X2切换过程信令流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明技术上通过基站控制用户面数据的流向，降低了骨干网络的传输压力，丰富了LTE网络的应用场景，同时基站通过控制用户面数据流向对外提供了有效的用户数据使用监控分析手段以及网络安全监控手段。
如图1所示为本发明的***结构图。
***包括：
核心网EPC仅提供控制面功能，布置于云端；
终端UE，发送用户面数据和控制面数据经由无线链路到达LTE基站；接收LTE基站回传的用户面数据；
LTE基站，接收终端UE发送的用户面数据和控制面数据，进行路径选择，将控制面数据发送到核心网EPC，将用户面数据发送到因特网\私有网络；并接收因特网\私有网络发送的用户面数据后发送给终端UE；
因特网\私有网络，发送用户面数据到LTE基站，并接收LTE基站发送的用户面数据；
核心网EPC，发送控制面数据到LTE基站，并接收LTE基站发送的控制面数据。
关于因特网的范围很广，当我们用手机访问网页，用手机淘宝、京东购物，用手机优酷、爱奇艺看在线电影，用手机打游戏时，用户面数据都在同因特网进行交互。
关于私有网络，只是说这是个对外封闭的网络，比如酒店安保监控***，终端采集图像数据后，发送数据到视频监控室的监控屏幕，经过的是内部私有网络。也可以是更大范围内的私有网络，比如交通监控网络，由摄像头采集道路车辆信息，发往指挥中心服务器进行分析。
如图2所示为本发明的方法流程图。
1、在基站定义如下数据结构，用于存储C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE及三者之间的对应关系：
Figure BDA0001889320500000061
2、在控制面的流程关键步骤：
2.1.1终端发起service request过程中，如图3，基站收到核心网发来的InitialContextSetupRequest消息(见消息8)中包含IE信息E-RABToBeSetupListCtxtSUReq->E-RABToBeSetupItemCtxtSUReqIEs->E-RABToBeSetupItemCtxtSUReq->NAS-PDU，从NAS-PDU中获取核心网为终端分配的IP地址IPEPC_UE。
2.1.2将IPEPC_UE赋值给数组arryUeIpUse[]对应的成员ipFromEpc；
2.1.3将C-RNTI(因为基站在控制面信令交互过程中，已经为对应的终端分配了C-RNTI，可以默认基站知道C-RNTI的值)赋值给数组arryUeIpUse[]对应的成员c-rnti；
2.1.4基站从IP地址池中选取一个未使用的IP地址IPeNB_UE，将其赋值给数组arryUeIpUse[]对应的成员ipInEnb；
2.1.5将数组arryUeIpUse[]对应的成员isUsed设置为“已使用”。
2.2在新框架内实现X2切换，借用IE实现新的功能：
2.2.1源侧基站发起切换，如图4，填写消息HandoverRequest(见消息5)中包含的IE信息，TraceActivation->TraceCollectionEntityIPAddress中写入数组arryUeIpUse[]对应的成员ipFromEpc；
2.2.2目标侧基站收到HandoverRequest消息后，从IE中获取TraceActivation->TraceCollectionEntityIPAddress，当资源准入通过后写入数组arryUeIpUse[]成员ipFromEpc，同时记录新分配的C-RNTI；
2.2.3目标侧基站从IP地址池中选取一个未使用的IP地址IPeNB_UE，将其赋值给数组arryUeIpUse[]对应的成员ipInEnb；
2.2.4目标侧将数组arryUeIpUse[]对应的成员isUsed设置为“已使用”。
3、在用户面的流程关键步骤：
3.1、从终端发出的用户面数据，经过口中接口到达基站，基站处理后发送到因特网\私有网络，对应的流程步骤，见图2左侧：
3.1.1终端UE发送用户面数据到空中接口；
3.1.2基站从空中接口接收到用户面数据报dataUp，进行解析，主要是解析数据报的协议头，获取其源IP地址IPEPC_UE；
3.1.3查询数组arryUeIpUse[]，如果成员isUsed标记为“已使用”，将对应的成员ipFromEpc与3.1.2中获取的IPEPC_UE相比较，选中对应的用户C-RNTI和ipInEnb(即IPeNB_UE)；
3.1.4替换dataUp中的源IP地址为3.1.3中获得的IPeNB_UE，获得新的数据报dataUpNew；
3.1.5基站将dataUpNew发往因特网\私有网络。
3.2、从因特网\私有网络来的用户面数据，到达基站，基站处理后发送到空中接口，UE从空中接口接收到用户面数据，对应的流程步骤，见图2右侧：
3.2.1基站收到从因特网\私有网络来的用户面数据dataDown；
3.2.2基站解析dataDown，获取其协议头中的目标IP地址IPdown；
3.2.3判断IPdown是否在IPeNB_UE地址池范围内，如果不在范围内，则丢弃该数据，若果在范围内，则继续向后执行；
3.2.4查询数组arryUeIpUse[]，如果成员isUsed标记为“已使用”，将对应的成员ipInEnb与3.2.2中获取的IPdown相比较，选中对应的用户C-RNTI和ipFromEpc(即IPEPC_UE)；
3.2.5替换dataDown中的目的IP地址为3.2.4中获得的IPEPC_UE，获得新的数据报dataDownNew；
3.2.6基站将dataDownNew发往空中接口。
3.2.7终端从空中接口获得用户面数据。

Claims (4)

1.一种基于云端核心网EPC的用户面传输***，其特征在于，包括：
核心网虚拟化设备，架设于云端，为终端分配IPEPC_UE，在X2切换中将终端UE的用户面地址IPEPC_UE从源基站传递到目标基站，支持由基站控制的用户面传输；
终端UE，发送用户面数据和控制面数据经由无线链路到达LTE基站；接收LTE基站回传的用户面数据和控制面数据；
LTE基站，接收终端UE发送的用户面数据和控制面数据，进行路径选择，将控制面数据经由因特网\私有网络连接发送到云端核心网EPC，将用户面数据发送到因特网\私有网络；并从因特网\私有网络接收控制面数据和用户面数据，发送给终端UE；
所述LTE基站识别专用信令中的无限承载E-RAB，并解析其中的NAS-PDU信令，获取核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，记录C-RNTI、IPEPC_UE以及C-RNTI与IPEPC_UE之间的对应关系；
所述基站中设置IP地址池，从IP地址池中选取LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，并在基站内部建立C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系；LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络包括：
LTE基站解析终端UE发送的用户面数据中IP数据报中的源IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系将源IP地址修改为LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，目标IP地址不变，则该用户面数据直接从基站网卡发送到因特网\私有网络；
LTE基站接收因特网\私有网络发送的用户面数据包括：
LTE基站解析因特网\私有网络发送的用户面数据中IP数据报中的目标IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系，将目标IP地址修改为核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，源IP地址不变，则该因特网\私有网络发送的用户面数据被LTE基站接收处理后可以通过空中接口发往终端UE；
因特网\私有网络，发送用户面数据到LTE基站，并接收LTE基站发送的用户面数据；
云端核心网EPC，为设置在云端的虚拟化设备，经由因特网\私有网络连接并发送控制面数据到LTE基站，并接收LTE基站发送的控制面数据。
2.根据权利要求1所述的基于云端核心网EPC的用户面传输***，其特征在于：所述核心网EPC为实体设备或设置在云端的虚拟化设备，通过因特网\私有网络与LTE基站进行控制面数据的收发。
3.根据权利要求1所述的基于云端核心网EPC的用户面传输***，其特征在于，核心网EPC为终端分配IPEPC_UE，在X2切换中基站通过协议软件借用消息HandoverRequest消息IE中的TraceActivation->TraceCollectionEntityIPAddress来传送核心网为终端分配的IP地址IPEPC_UE，将终端UE的用户面地址IPEPC_UE从源基站传递到目标基站。
4.一种基于权利要求1～3任一项所述***的基于云端核心网EPC的用户面传输方法，其特征在于，
终端UE发送用户面数据经由无线链路到达LTE基站，LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络；LTE基站将因特网\私有网络发送的用户面数据发送给终端UE；
终端UE发送控制面数据经由无线链路到达LTE基站，LTE基站将控制面数据经由因特网\私有网络发送到核心网EPC；LTE基站将云端的核心网EPC发送的控制面数据发送给终端UE；
所述LTE基站识别专用信令中的无限承载E-RAB，并解析其中的NAS-PDU，获取核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，记录C-RNTI、IPEPC_UE以及C-RNTI与IPEPC_UE之间的对应关系；在所述基站中设置IP地址池，从IP地址池中选取LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，并在基站内部建立C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系；
所述LTE基站将用户面数据发送到因特网\私有网络包括：
LTE基站解析终端UE发送的用户面数据中IP数据报获得源IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系将源IP地址修改为LTE基站为终端UE分配的IP地址IPeNB_UE，目标IP地址不变，则该用户面数据直接从基站网卡发送到因特网\私有网络；
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LTE基站解析因特网\私有网络发送的用户面数据中IP数据报中的目标IP地址，并根据C-RNTI、IPEPC_UE、IPeNB_UE之间的对应关系，将目标IP地址修改为核心网EPC为终端UE分配的IP地址IPEPC_UE，源IP地址不变，则该因特网\私有网络发送的用户面数据被LTE基站接收处理后可以通过空中接口发往终端UE。
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Applicant after: Shenyang Zhonghong Internet of things Technology Co.,Ltd.

Address before: At 110179 Shenyang Road, Liaoning Province Hunnan New District No. 6

Applicant before: AOWEI FEIYUE COMMUNICATION CO.,LTD.

Address after: At 110179 Shenyang Road, Liaoning Province Hunnan New District No. 6

Applicant after: Zhonghong Huilian Technology Co.,Ltd.

Address before: At 110179 Shenyang Road, Liaoning Province Hunnan New District No. 6

Applicant before: Shenyang Zhonghong Internet of things Technology Co.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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