CN101388825A - 一种传输gprs隧道协议数据包的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传输GPRS隧道协议GTP数据包的方法，该方法包括：在GTP隧道发送端点将多个G－PDU包复用在一起，通过传输路径协议将所述复用在一起的G－PDU包封装后发送给GTP隧道接收端点。采用本发明的技术方案不仅可以提高传输效率，节省传输带宽；同时，还可以减少传输网络中转发数据包的数目，降低传输网络的负荷。同时，本发明还公开了一种GTP隧道端点设备。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种传输通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)隧道协议数据包的方法和设备。
背景技术
由网关GPRS支持节点(Gateway GPRS Support Node，GGSN)和服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)组成的通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunication System，UMTS)/GPRS骨干网，采用GPRS隧道协议(GPRS Tunnelling Protocol，GTP)传送用户分组数据；传送有关隧道建立、维护、释放的隧道管理信息；传送有关回应请求、回应响应、版本不支持的路径管理信息。GGSN和SGSN可统称为GPRS支持节点(GPRS Support Node，GSN)。利用GTP隧道可以封装多种数据，这样就可实现GPRS骨干网与多种外部数据网互通。GTP隧道允许传输多种协议包，如IP包或X.25包。
图1是现有技术中普通数据业务和VoIP语音业务通过GTP-U封装后在以太网(Ethernet)上传输时，对终端用户数据进行封装的示意图。
如图1所示，GTP-U可以用于封装GTP隧道中使用不同协议的终端用户数据。每个用户数据采用GTP-U头封装后，通过传输路径协议在分组交换网中传送。
假设终端用户数据采用UDP/IP封装，网络支持虚拟局域网(VirtualLocal Area network，VLAN)，且没有IP分片；则传输开销包括GTP-U头、UDP头、IP头和以太网传输开销，共58字节。
对于普通数据业务，其平均报文长度为268字节，加上用户封装协议开销(IPv4，UDP)后，终端用户数据包长度为296字节；此时传输效率等于296/(296+58)＝83.62％。
本发明的发明人发现，对常用的基于G.729A的VoIP业务，业务速率为8kbps，10ms分组时间，报文长度为10字节。如图2所示，采用RTP/UDP/IP封装后，终端用户数据包长度为50字节，此时传输效率等于50/(50+58)＝46.30％。也就是说，对于终端用户数据包长度较小的数据包来说，传输效率会大大降低。而随着VoIP业务在高速分组接入(High Speed PacketAccess，HSPA)中的引入，GTP-U传输的终端用户数据中，小数据包将会越来越多。因此，如何提高小数据包的传输效率，成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例公开了一种传输GTP数据包的方法，该方法包括：
封装遂道协议数据单元T-PDU，得到GTP协议数据单元G-PDU包；
将多个G-PDU包复用在一起；
通过传输路径协议将所述复用在一起的G-PDU包进行封装；
发送所述经传输路径协议封装得到的数据报文。
同时，本发明实施例还公开了一种GTP隧道端点设备，该设备包括：
封装单元，用于封装T-PDU，得到G-PDU包；
复用单元，用于将所述封装单元封装得到的多个G-PDU包复用在一起，并通过传输路径协议将所述复用在一起的G-PDU包进行封装，得到待发送的数据报文；
发送单元，用于发送所述复用单元封装得到的所述数据报文。
较现有技术相比，本发明实施例所提供的技术方案通过将多个G-PDU包复用在一起传输，可以提高传输效率，节省传输带宽；同时，还可以减少传输网络中转发数据包的数目，降低传输网络的负荷。
附图说明
图1为现有技术中普通数据业务和VoIP语音业务通过GTP-U协议封装后在以太网(Ethernet)上传输的封装示意图；
图2为现有技术中通过GTP-U协议封装数据的示意图；
图3为本发明实施例对G-PDU包进行复用的示意图；
图4为本发明实施例一种传输GTP协议数据包的方法流程图；
图5为本发明实施例一种GTP隧道端点设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细阐述。
现有技术中，GTP协议可以包括GTP控制面(GTP Control plane，GTP-C)协议和GTP用户面(GTP User plane，GTP-U)协议，以及与计费相关的GTP′协议。其中，GTP-C用于创建、修改和删除隧道；GTP-U用于承载用户数据包。
如表1所示，GTP头格式可适用于GTP-C和GTP-U，长度可变，最小长度为8字节。其中，有3个标识用于指示是否存在可选部分：E标志、S标志和PN标志。E标志用于指示是否存在扩展头域，S标志用于指示是否存在序列号，PN标志用于指示是否存在N-PDU(Network Protocol Data Unit，网络协议数据单元)号。版本域用于标识GTP协议的版本。PT标志用于区别协议，PT＝1为GTP协议，PT＝0为GTP′协议。
表1
GTP-U隧道用于承载一对给定的GTP-U隧道端点之间封装的隧道协议数据单元(Tunneling Protocol Data Unit，T-PDU)和信令消息。GTP头中的隧道端点标识(Tunnel Endpoint Identifier，TEID)域用于指示一个特定的T-PDU属于哪个隧道。TEID域中的TEID值可以通过协商得到，例如可以在GTP-C创建分组数据协议(Packet Data Protocol，PDP)上下文期间或者在控制面的无线接入承载(Radio Access Bearer，RAB)指派过程期间协商TEID值。
图2为现有技术中通过GTP-U协议封装终端用户数据的示意图。
如图2所示，GTP协议数据单元(GTP Protocol Data Unit，G-PDU)包括GTP-U头和T-PDU；其中，T-PDU为终端用户数据。G-PDU采用传输路径协议封装后在UMTS/GPRS骨干网等通信网络上传送。根据3GPP规范，用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)/IP协议为GTP版本1传送GTP消息的协议。
图3为本发明实施例对G-PDU包进行复用的示意图。
如图3所示，终端用户数据可采用IP协议或其他协议封装，GTP-U隧道发送端点将经IP协议或其他协议封装的终端用户数据作为T-PDU，并为每个T-PDU添加GTP-U头，GTP-U头和T-PDU组合在一起作为G-PDU。然后将多个G-PDU包复用在一起作为UDP的净荷，采用UDP协议封装，再通过IP/Ethernet封装后在分组交换网中传输。本领域的技术人员可以理解，采用IP/Ethernet封装后在分组交换网中传输仅仅是一个示例，并非用于限定本发明。
在GTP-U隧道的接收端点，可以根据UDP净荷中第一个G-PDU包的GTP-U头中的长度域读取出第一个T-PDU，并可以根据第一个GTP-U头中的TEID标识识别出第一个T-PDU所对应的用户；
然后根据第一个T-PDU的长度确定第二个G-PDU包的起始位置，根据第二个G-PDU包的GTP-U头中的长度域读取出第二个T-PDU，并可以根据该G-PDU包的GTP-U头中的TEID标识识别出第二个T-PDU所对应的用户；
重复以上操作，直到识别出复用在一起的G-PDU包所对应各个的T-PDU以及各个T-PDU所对应的用户。
本发明的实施例中，将多个G-PDU包复用为UDP报文的净荷，共享传输层开销，不仅可以提高网络的传输效率，节省传输带宽；同时，还可以减少传输网络中转发数据包的数目，降低传输网络的负荷。
图4为本发明实施例一种传输GTP协议数据包的方法流程图。
如图4所示，本实施例中，GTP-U隧道两端的端点设备可以采用协商的方式，以确定是否支持GTP复用以及协商相关的复用参数。以下详细描述该实施例的流程：
步骤401：发送端点向接收端点发送GTP-U复用协商请求消息。
本步骤中，该GTP-U复用协商请求消息中包括复用协商参数。可选地，所述复用协商参数可以包括复用时延值、是否支持简化的GTP-U头部格式等。
步骤402：接收端点向发送端点返回GTP-U复用协商响应消息。
本步骤中，在收到该GTP-U复用协商请求消息后，如果接收端点支持G-PDU包复用，则根据该GTP-U复用协商请求消息中的复用协商参数将接收端点所支持的复用参数通过GTP-U复用协商响应消息发送到GTP-U遂道发送端点。
如果接收端点不支持发送端点的发送来的复用协商参数，可以在返回的GTP-U复用协商响应消息中携带接收端点所支持的复用参数。发送端点可以根据该响应消息中的复用参数确定两端点之间所采用的复用参数。
如果接收端点不支持G-PDU数据包复用，则接收端点向发送端点返回包含不支持GTP-U复用信息的响应消息，并结束本流程。
步骤403：发送端点将多个G-PDU包复用在一起，通过传输路径协议进行封装后发送给接收端点。
本发明实施例中，可以根据具体的传输网络，比如在IP网络中传输，则可以通过传输路径协议UDP/IP将复用在一起的G-PDU包进行封装后发送给接收端点。
本发明实施例中，可以在对G-PDU包复用时设置复用条件，将满足复用条件的G-PDU包复用在一起。例如，复用条件可以为：复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的目的IP地址。
进一步地，在采用传输路径协议为UDP/IP的传输网络中，为避免发生传输链路上的IP分片，可以配置经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于GTP传输路径支持的最大传输单元(Maximum TransmissionUnit，MTU)。
进一步地，经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于数据链路层支持的最大帧长度。
进一步地，为了避免在网络中引入过多的时延，还可以对G-PDU包复用过程的时延进行设置。比如，可以设置G-PDU包复用的时延不超过1ms或2ms；这样可以有效地降低复用过程带来的抖动。具体实现时，可以在进行G-PDU包复用时，设置一个定时器，如果该定时器超时，则将当前已复用的G-PDU包进行封装并发送。
进一步地，复用一个数据报文中的G-PDU包可以是具有相同的QoS。比如，相同的DiffServ(Differentiated Services，区别业务)、同一优先级队列等。
进一步地，复用可以仅针对较短的G-PDU包。比如，可以预先设置被复用的G-PDU包不超过一定长度。
本领域技术人员可以理解，经复用、封装后生成的数据报文的最大长度还可以根据以上所说的复用条件或者网络的实际状况灵活进行配置。
步骤404：接收端点接收发送端点发送的数据报文，解复用该数据报文中复用在一起的G-PDU包，得到T-PDU。
本步骤中，可以采用如下方式进行解复用：
根据复用在一起的G-PDU包中第一个G-PDU包的GTP-U头中的长度域读取第一个T-PDU，并根据第一个G-PDU包的GTP-U头中的TEID确定该T-PDU所对应的用户。
然后，根据第一个T-PDU的长度确定第二个G-PDU包的起始位置，再根据第二个G-PDU包的GTP-U头中的长度域读取第二个T-PDU；并根据第二个G-PDU包的GTP-U头中的TEID确定第二个T-PDU所对应的用户。
重复执行以上操作，直到读取完接收到的数据报文中所有的T-PDU包。
在此之后，如果接收端点需要向发送端点发送GTP-U复用的UDP报文，则可以根据已经协商好的复用参数进行复用。
本领域的技术人员可以理解，GTP协议可以应用于以下接口：
1、同一公共陆地移动通信网(Public Land Mobile Network，PLMN)内部GSN节点间的Gn接口和不同PLMN之间GSN节点间的Gp接口，还有GSN和计费网关之间的Ga接口。
2、UMTS网络中SGSN与UMTS陆地无线接入网(UMTS TerrestrialRadio Access Network，UTRAN)的无线网络控制器(Radio NetworkController，RNC)之间的Iu-PS接口。
3、在演进HSPA架构中，增强型基站(Node B+)与GGSN之间的Gn-U接口。
4、长期演进(Long Term Evolution，LTE)架构中的演进型基站(eNodeB)的S1/X2接口。
因此，本发明实施例中的发送端点和接收端点可以分别是：
1、GSN和GSN；
2、GSN和RNC；
3、GSN和NodeB+；
4、系统架构演进网关(System Architecture Evolution GateWay，SAEGW)和eNodeB；
5、eNodeB和eNodeB。
本领域的技术人员可以理解，只要发送端点与接收端点之间的数据包可以使用GTP协议进行传输，就可以适用本发明实施例的方案。因此，以上描述仅仅是对发送端点和接收端点的举例，并非用于限定本发明。
实际应用中，可以在GTP-U隧道两端控制面增加GTP-U复用请求消息和GTP-U响应消息，用于协商隧道端点设备是否支持GTP-U复用功能以及协商确定相关复用参数。比如，对于Gn接口和Gp接口，通过在GTP-C控制面增加消息协商GTP-U复用功能，对于HSPA+及LTE的相关接口也与此相似。本领域技术人员可以理解，该GTP-U复用协商请求消息可以在网络中任何一个可使用的路径上发送。
以上实施例中，GTP-U隧道两端的端点采用协商的方式确定是否支持GTP复用以及协商相关的复用参数，这样可以快速、有效地进行数据包的复用。本领域技术人员可以理解，还可以直接将GTP复用参数配置在GTP-U隧道两端的端点设备或者通过其他网元对GTP-U隧道两端的端点进行配置，而无需进行协商。
图5为本发明实施例的一种GTP隧道端点设备的结构示意图。
如图5所示，本发明实施例的一种GTP隧道端点设备包括：
封装单元，用于封装T-PDU，得到G-PDU包；
复用单元，用于将封装单元封装得到的多个G-PDU包复用在一起，并通过传输路径协议将所述复用在一起的G-PDU包进行封装，得到待发送的数据报文；
发送单元，用于发送经所述复用单元封装得到的所述数据报文。
进一步地，该GTP隧道端点设备还包括：
复用条件设置单元，用于设置所述复用单元对G-PDU包进行复用时的复用条件。
其中，该复用条件可以设置为：
复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的目标IP地址。
进一步地，在采用传输路径协议为UDP/IP的传输网络中，为避免发生传输链路上的IP分片，还可以设置以下复用条件：
经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于GTP传输路径支持的最大传输单元值；
进一步地，还可以设置复用条件为：经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于数据链路层支持的最大帧长度；
进一步地，还可以设置复用条件为：
复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的QoS。
进一步地，该GTP隧道端点设备还可以包括：
协商单元，用于与GTP隧道接收端点端设备协商所支持的复用参数。
其中，所述复用协商参数可以包括复用时延值、是否支持简化的GTP-U头部格式等。
进一步地，该GTP隧道端点设备还可以包括：
时延控制单元，用于控制复用单元对G-PDU包进行复用的时间。
本领域的技术人员可以理解，该GTP隧道端点设备不仅可以作为发送端点发送数据报文，还可以作为接收端点接收数据报文。因此，如图5所示，本发明实施例中，该GTP隧道端点设备除了以上用于发送数据报文的发送侧之外，还可以包括接收数据报文的接收侧。该GTP隧道端点设备的接收侧包括：
接收单元，用于接收复用了多个G-PDU包的数据报文；
解复用单元，用于将接收单元接收的数据报文中的复用在一起G-PDU包进行解复用，得到T-PDU包。
进一步地，该GTP隧道端点设备的接收侧还可以包括：
归属确定单元，用于根据G-PDU包的GTP-U头中的隧道端点标识TEID确定该解复用单元解复用得到的各个T-PDU包所对应的用户。
本领域技术人员可以理解，本发明实施例中，发送侧的协商单元也可以用于该GTP隧道端点设备在接收数据报文时进行复用参数的协商。
本发明实施例所采用的技术方案对在GTP隧道中传输的G-PDU包进行复用，不仅可以提升传输效率，节省传输带宽；同时，也可以减少传输网络中转发数据包的数目，降低传输网络的负荷。
对G-PDU包复用带来的增益或者有益效果与复用包数目、终端用户数据包长度等因素相关。
假设物理层为以太网接口，支持VLAN，IPv4，则对一个长度等于50字节的T-PDU包，未复用时的传输层平均开销等于58字节，传输效率为46.3％(50/(50+58)×100％)；2个包复用情况下传输层平均开销等于33字节，传输效率为60.24％(50/(50+33)×100％)；10个包复用情况下传输层平均开销等于13字节，传输效率79.37％(50/(50+13)×100％)。
进一步地，设T-PDU＝50字节，分组产生时间10ms，2个包复用和10个包复用时的带宽增益(物理层带宽)如表2所示：
| Ethernet接口[IPv4] | Ethernet接口[IPv6] | |
| 参考带宽 | 102.4kbps | 118.4kbps |
| 带宽[2个包复用] | 74.4kbps | 82.4kbps |
| 带宽降低 | 27％ | 30％ |
| 带宽[10个包复用] | 52kbps | 53.6kbps |
| 带宽降低 | 49％ | 55％ |
表2
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1、一种传输GPRS隧道协议GTP数据包的方法，其特征在于，
封装遂道协议数据单元T-PDU，得到GTP协议数据单元G-PDU包；
将多个G-PDU包复用在一起；
通过传输路径协议将所述复用在一起的G-PDU包进行封装；
发送所述经传输路径协议封装得到的数据报文。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括设置对G-PDU包进行复用的条件，所述复用条件为：
复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的目标IP地址。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复用条件还包括：
经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于GTP传输路径支持的最大传输单元值；
经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于传输网络中数据链路层支持的最大帧长度。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复用条件还包括：
复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的服务质量QoS。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将多个G-PDU包复用在一起；通过传输路径协议将所述复用在一起的G-PDU包进行封装包括：
复用G-PDU包时启动一定时器；
如果所述定时器超时，则通过传输路径协议将已经复用的G-PDU包进行封装。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收端点接收所述经传输路径协议封装得到的数据报文；
解复用所述接收的数据报文中复用在一起的G-PDU包，得到T-PDU。
7、根据权利要求6项所述的方法，其特征在于，
解复用所述接收的数据报文中复用在一起的G-PDU包，得到T-PDU包括：
根据所述复用在一起的G-PDU包中第一个G-PDU包的GTP-U头中的长度域读取第一个T-PDU；
根据所述第一个T-PDU的长度确定下一个G-PDU包的起始位置，并根据所述下一个G-PDU包的GTP-U头中的长度域读取下一个T-PDU；
重复以上步骤，直到读取完所述数据报文中所有的T-PDU。
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据各个GTP-U头中的隧道端点标识TEID确定所述各个T-PDU所对应的用户。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封装T-PDU，得到G-PDU包为：
采用GTP用户面GTP-U协议封装所述T-PDU，得到所述G-PDU包。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输路径协议为UDP/IP协议。
11、根据权利要求1至10任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
发送GTP-U复用协商请求消息至GTP隧道接收端点，所述复用协商请求消息中包含复用协商参数；
GTP隧道接收端点返回GTP-U复用协商响应消息，所述GTP-U复用协商响应消息中包含协商确定的复用参数。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述复用协商参数包括是否支持简化GTP-U头部和/或复用时延参数。
13、一种GTP隧道端点设备，其特征在于，包括：
封装单元，用于封装T-PDU，得到G-PDU包；
复用单元，用于将所述封装单元封装得到的多个G-PDU包复用在一起，并通过传输路径协议将所述复用在一起的G-PDU包进行封装，得到待发送的数据报文；
发送单元，用于发送所述复用单元封装得到的所述数据报文。
14、根据权利要求13所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述GTP隧道端点设备进一步包括：
复用条件设置单元，用于设置所述复用单元对G-PDU包进行复用时的复用条件，所述复用条件包括：
复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的目标IP地址。
15、根据权利要求13所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述复用条件还包括：
经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于GTP传输路径支持的最大传输单元值；
经传输路径协议封装得到的数据报文的最大长度不大于传输网络中数据链路层支持的最大帧长度。
16、根据权利要求13所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述复用条件还包括：
复用在一个数据报文中的G-PDU包具有相同的服务质量QoS。
17、根据权利要求13所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述GTP隧道端点设备进一步包括：
协商单元，用于与GTP隧道接收端点端设备协商对G-PDU包复用时的复用参数。
18、根据权利要求13所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述GTP隧道端点设备进一步包括：
时延控制单元，用于控制复用单元对G-PDU包进行复用的时间。
19、根据权利要求13-18任意一项所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述GTP隧道端点设备进一步包括：
接收单元，用于接收复用了多个G-PDU包的数据报文；
解复用单元，用于解复用所述接收单元接收的数据报文中复用在一起的G-PDU包，得到T-PDU包。
20、根据权利要求19所述的GTP隧道端点设备，其特征在于，所述GTP隧道端点设备进一步包括：
归属确定单元，用于根据G-PDU包的GTP-U头中的隧道端点标识TEID确定所述解复用单元解复用得到的各个T-PDU包所对应的用户。
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