一種基于sdn的核心網(wǎng)系統(tǒng)及其使用方法【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)及其使用方法，屬于移動(dòng)分組域核心網(wǎng)領(lǐng)域；基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)包括：基站、協(xié)議處理模塊、核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面、核心網(wǎng)控制平面以及核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面。使用方法為：UE向基站發(fā)送請(qǐng)求，基站發(fā)送給業(yè)務(wù)平面，業(yè)務(wù)平面為UE建立承載及會(huì)話。協(xié)議處理模塊接收到基站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，并處理。業(yè)務(wù)平面中的SGW?C和PGW?C將業(yè)務(wù)請(qǐng)求通過(guò)北向接口送至控制器進(jìn)行處理，并以流表的方式下發(fā)至轉(zhuǎn)發(fā)平面。轉(zhuǎn)發(fā)平面設(shè)備SGW?D和PGW?D根據(jù)流表規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理至Internet，完成從UE到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。優(yōu)點(diǎn)為：實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與控制分離，提高了系統(tǒng)的可操作性和擴(kuò)展性，便于業(yè)務(wù)的部署?！緦?zhuān)利說(shuō)明】一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于移動(dòng)分組域核心網(wǎng)領(lǐng)域，涉及核心網(wǎng)EPC的未來(lái)演進(jìn)方向與通信機(jī)制，并涉及SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的數(shù)據(jù)與控制分離思想，具體是一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)及其使用方法。【
背景技術(shù)：
】[0002]隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，移動(dòng)分組域核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐步擴(kuò)大。一方面，從業(yè)務(wù)發(fā)展上看，用戶有從數(shù)量增長(zhǎng)向質(zhì)量增長(zhǎng)的發(fā)展需求；另一方面，從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上看，核心網(wǎng)也有向EPC架構(gòu)演進(jìn)的要求。高質(zhì)量用戶要求有豐富的業(yè)務(wù)種類(lèi)，只有這樣才能粘附用戶，才能增加業(yè)務(wù)收入;豐富的業(yè)務(wù)也需要更加先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。通信界中的EPC是下一個(gè)里程碑式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，EPC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)嘗試使用策略控制的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)策略與執(zhí)行部分分離，從而達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)性能，靈活業(yè)務(wù)發(fā)展的目的。[0003]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)業(yè)界從更高效的網(wǎng)絡(luò)需求出發(fā)提出了SDN的概念，其主要宗旨是將控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，從全網(wǎng)的角度來(lái)分析未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，理清網(wǎng)絡(luò)控制的范圍，定義合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0004]本發(fā)明針對(duì)核心網(wǎng)未來(lái)的業(yè)務(wù)處理能力以及EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)要求，提出了一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)及其使用方法。[0005]所述基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)包括:基站、協(xié)議處理模塊、核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面、核心網(wǎng)控制平面、核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面以及公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON。[0006]基站接收用戶發(fā)送的附著和承載建立請(qǐng)求信息，與核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面進(jìn)行信息交互，完成對(duì)用戶的無(wú)線資源管理相關(guān)的功能;并接收用戶對(duì)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行下發(fā)，通過(guò)S卜U接口和協(xié)議處理模塊進(jìn)行信息交互，完成用戶UE訪問(wèn)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN的數(shù)據(jù)處理。[0007]核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面主要負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)元的功能，通過(guò)各個(gè)業(yè)務(wù)模塊之間的協(xié)作完成核心網(wǎng)附著、承載建立、會(huì)話建立以及計(jì)費(fèi)功能;包括:MME模塊，HSS模塊;SGW-C模塊;PGff-C模塊和PRCF模塊;各模塊之間進(jìn)行信息交互。[0008]MME模塊接收用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息，為SGW-C模塊和PGW-C模塊分別指定核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面中對(duì)應(yīng)的SGW-D模塊和PGW-D模塊，并將附著和承載建立成功的消息返給基站;[0009]HSS模塊接收用戶請(qǐng)求消息的頭部信息，負(fù)責(zé)對(duì)用戶信息進(jìn)行注冊(cè)、認(rèn)證及鑒權(quán)。[0010]SGW-C模塊與SGW-D模塊同屬于SGW模塊;PGW-C模塊與PGW-D模塊同屬于PGW模塊；每個(gè)SGW-C模塊通過(guò)MME模塊固定連接一個(gè)SGW-D模塊;每個(gè)PGW-C模塊通過(guò)MME模塊固定連接一個(gè)PGW-D模塊。[0011]PRCF模塊為用戶的上網(wǎng)計(jì)費(fèi)模塊，當(dāng)HSS模塊為用戶認(rèn)證成功后，HSS模塊請(qǐng)求PRCF模塊該用戶的上網(wǎng)計(jì)費(fèi)策略，并記錄。[0012]核心網(wǎng)控制平面具有南向接口，北向接口和控制器；負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能以及南北向接口的管理，實(shí)現(xiàn)上層業(yè)務(wù)流到下層流表規(guī)則的轉(zhuǎn)換與識(shí)別。[0013]北向接口包括若干API接口函數(shù)，核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面的HSS模塊;SGW模塊;PGW模塊和PRCF模塊分別各連接一個(gè)API接口函數(shù);南向接口通過(guò)OpenFlow協(xié)議連接轉(zhuǎn)發(fā)平面。[0014]核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)處理操作，具有較高的數(shù)據(jù)處理能力，保證了數(shù)據(jù)的快速流通;包括若干SGW-D模塊和PGW-D模塊;所有的SGW-D模塊互相連通，并通過(guò)控制器進(jìn)行SGW-D模塊之間的信息轉(zhuǎn)發(fā);所有的PGW-D模塊互相連通，并通過(guò)控制器進(jìn)行PGW-D模塊之間的信息轉(zhuǎn)發(fā);每個(gè)SGW-D模塊分別與所有的PGW-D模塊相連接，每個(gè)PGW-D模塊均與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN相連；[0015]協(xié)議處理模塊包括ethO網(wǎng)口和ethl網(wǎng)口，負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議的處理，通過(guò)Sl-U接口接收GTP數(shù)據(jù)包并進(jìn)行拆解，完成GTP數(shù)據(jù)包與IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。[0016]一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)使用方法，具體步驟如下:[0017]步驟一、針對(duì)某個(gè)用戶，向基站發(fā)送附著和承載建立請(qǐng)求信號(hào)，基站天線接收到該信號(hào)，向業(yè)務(wù)平面發(fā)送該用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息。[0018]請(qǐng)求信息包括:用戶的IP地址，MAC值，MME模塊分配的SGW-D模塊標(biāo)識(shí)符和PGW-D模塊標(biāo)識(shí)符。[0019]步驟二、業(yè)務(wù)平面各個(gè)應(yīng)用模塊接收到請(qǐng)求信息后，根據(jù)請(qǐng)求信息的內(nèi)容為用戶建立承載及會(huì)話。[0020]具體步驟如下:[0021]首先、HSS模塊接收用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息;根據(jù)自身數(shù)據(jù)庫(kù)查找是否有與用戶匹配的信息;如果有，HSS模塊對(duì)用戶的附著和承載進(jìn)行認(rèn)證，并通知MME模塊;否則，用戶為新用戶，HSS模塊通過(guò)API函數(shù)接口進(jìn)入核心網(wǎng)控制平面，控制器控_1SS模塊將新用戶信息添加到自身數(shù)據(jù)庫(kù)中，等待新用戶的請(qǐng)求。最后，MME模塊根據(jù)用戶認(rèn)證信息，為SGW-C模塊和PGW-C模塊分別各指定一個(gè)SGW-D模塊和一個(gè)PGW-D模塊，并將附著和承載建立成功的消息返給基站。[0022]步驟三、承載建立后，用戶向基站發(fā)送對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包，基站通過(guò)Sl-U接口轉(zhuǎn)發(fā)至協(xié)議處理模塊，進(jìn)而由協(xié)議處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)包協(xié)議處理操作。[0023]協(xié)議處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)包協(xié)議處理操作包括:GTP數(shù)據(jù)包拆解處理和IP數(shù)據(jù)包封裝處理；[0024]GTP數(shù)據(jù)包拆解處理具體為:[0025]基站接收用戶對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包并打包成GTP數(shù)據(jù)包，通過(guò)Sl-U接口發(fā)送給協(xié)議處理模塊的ethO網(wǎng)口；利用iptables工具進(jìn)行拆解操作，得到IPPacket數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethl網(wǎng)口，而后進(jìn)入MME模塊指定的SGW-D模塊；[0026]IP數(shù)據(jù)包封裝處理具體為:[0027]當(dāng)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON的IPPacket數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)PGW-D模塊發(fā)送給SGW-D模塊時(shí)，協(xié)議處理模塊的ethl網(wǎng)口接受來(lái)自SGW-D模塊IPPacket數(shù)據(jù)包，利用iptables工具進(jìn)行封裝操作，得到GTP數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethO網(wǎng)口，通過(guò)Sl-U接口最終進(jìn)入基站。[0028]步驟四、業(yè)務(wù)平面的SGW-C模塊和PGW-C模塊將請(qǐng)求信息發(fā)送至控制器，控制器對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行預(yù)處理，并以流表的方式經(jīng)南向接口下發(fā)對(duì)應(yīng)寫(xiě)至SGW-D模塊和PGW-D模塊。[0029]步驟五、協(xié)議處理模塊將IPPacket數(shù)據(jù)包發(fā)送給核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面的SGW-D模塊，SGW-D模塊傳輸給MME模塊指定的PGW-D模塊；[0030]步驟六、SGW-D模塊和PGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則分別對(duì)IPPacket數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配，并轉(zhuǎn)發(fā)至公用數(shù)據(jù)網(wǎng)roN，完成從用戶到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。[0031]SGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則對(duì)IPPacket數(shù)據(jù)包匹配處理，若匹配成功，轉(zhuǎn)發(fā)至指定的PGW-D模塊;若匹配失敗，則向上請(qǐng)求控制器，由控制器下發(fā)新的流表給SGW-D模塊或分配空閑的SGW-D模塊接收來(lái)自協(xié)議處理模塊的數(shù)據(jù)包；[0032]PGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則對(duì)來(lái)自SGW-D模塊的數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配處理，若匹配成功，則將其轉(zhuǎn)發(fā)至公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN;若匹配失敗，則向上請(qǐng)求控制器，由控制器下發(fā)新的流表給PGW-D或分配空閑的PGW-D模塊接收來(lái)自SGW-D模塊的數(shù)據(jù)包，完成從UE到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。[0033]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:[0034]1)、一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)，采用基于SDN的核心網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與控制分離，提高了系統(tǒng)的可操作性和擴(kuò)展性，便于業(yè)務(wù)的部署；[0035]2)、一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)具有兼容性，保證了與現(xiàn)網(wǎng)基站的融合，能夠更加快速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的更新；[0036]3)、一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)使用方法，采用SDN的思想將EPC網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元進(jìn)行數(shù)據(jù)與控制的分離，使網(wǎng)絡(luò)具有高效的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)，通過(guò)北向接口將核心網(wǎng)功能部署在業(yè)務(wù)層，可提升網(wǎng)絡(luò)的可編程能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活部署。【附圖說(shuō)明】[0037]圖1為本發(fā)明一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；[0038]圖2為本發(fā)明中協(xié)議處理模塊對(duì)GTPvl數(shù)據(jù)包的拆解及封裝處理示意圖；[0039]圖3為本發(fā)明中基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)中用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)處理的示意圖；[0040]圖4是本發(fā)明一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)使用方法的流程圖；[0041]101-基站；102-協(xié)議處理模塊；103-核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面；104-核心網(wǎng)控制平面；105-核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面。【具體實(shí)施方式】[0042]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。[0043]本發(fā)明一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)，運(yùn)用SDN中數(shù)據(jù)與控制分離的思想，采用集中式的控制平面和分布式的轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行構(gòu)建，控制平面利用控制一轉(zhuǎn)發(fā)通信接口對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)平面設(shè)備進(jìn)行集中控制，并提供靈活的可編程能力。通過(guò)GTP數(shù)據(jù)包封裝/解封裝，利用SDN技術(shù)SGW和PGW網(wǎng)元的數(shù)據(jù)與控制的分離，實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)EPC的集中式控制與分布式轉(zhuǎn)發(fā)，將xGW-C控制部分部署在業(yè)務(wù)平面，xGW-D數(shù)據(jù)部分部署在轉(zhuǎn)發(fā)平面，兩者通過(guò)控制平面進(jìn)行信息交互；[0044]如圖1所示，基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)包括:基站101、協(xié)議處理模塊102、核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面103、核心網(wǎng)控制平面104、核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面105以及公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN。[0045]基站101接收用戶UE發(fā)送的附著和承載建立請(qǐng)求數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)發(fā)至核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面103的MME模塊，完成對(duì)用戶UE的無(wú)線資源管理相關(guān)的功能，并通過(guò)Sl-U接口與協(xié)議處理模塊102進(jìn)行信息交互，完成UE訪問(wèn)Internet的數(shù)據(jù)處理。[0046]核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面103主要負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)元的功能，通過(guò)各個(gè)業(yè)務(wù)模塊之間的協(xié)作完成核心網(wǎng)附著、承載建立、會(huì)話建立以及計(jì)費(fèi)功能；同時(shí)也可以根據(jù)API接口擴(kuò)展自定義模塊。由現(xiàn)有的核心網(wǎng)EPC網(wǎng)元組成，且保持現(xiàn)有的網(wǎng)元間接口和協(xié)議;包括:MME模塊，HSS模塊;SGW-C模塊;PGW-C模塊和PRCF模塊;各模塊之間進(jìn)行信息交互。[0047]移動(dòng)管理實(shí)體MME(MobilityManagementEntity)是核心網(wǎng)接入控制的主要節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)UE初始化附著流程、切換過(guò)程以及為UE建立和維護(hù)相應(yīng)的EPS承載;MME模塊接收用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息，為SGW-C模塊和PGW-C模塊分別指定核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面中對(duì)應(yīng)的SGW-D模塊和PGW-D模塊，并將附著和承載建立成功的消息返給基站；[0048]除此之外，MME通過(guò)與HSS模塊(HomeSubscriberServer，歸屬簽約用戶服務(wù)器)的信令交互，完成對(duì)用戶的鑒權(quán)過(guò)程等等。[0049]HSS模塊接收用戶請(qǐng)求消息的頭部信息，負(fù)責(zé)對(duì)用戶信息進(jìn)行注冊(cè)、認(rèn)證及鑒權(quán)。[0050]具體為:當(dāng)用戶發(fā)送的附著和承載建立請(qǐng)求信息時(shí)，HSS模塊根據(jù)請(qǐng)求信息中的用戶頭部信息首先查找自身數(shù)據(jù)庫(kù)是否有與用戶匹配的信息;如果有，HSS模塊對(duì)用戶的附著和承載進(jìn)行認(rèn)證，并通知MME模塊;否則，用戶為新用戶，HSS模塊注冊(cè)新用戶信息并添加到自身數(shù)據(jù)庫(kù)中。[0051]SGW-C模塊(ServingGateWay，服務(wù)網(wǎng)關(guān))是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)EPC中的重要網(wǎng)元，主要在EPS承載建立過(guò)程中需要對(duì)用戶和業(yè)務(wù)進(jìn)行識(shí)別并提供相應(yīng)的QoS保障；APN參數(shù)設(shè)置、TON連接類(lèi)型的設(shè)置以及模式選擇等相關(guān)參數(shù)儲(chǔ)存和記錄。[0052]SGW-C模塊與SGW-D模塊同屬于SGW模塊;PGW-C模塊與PGW-D模塊同屬于PGW模塊；每個(gè)SGW-C模塊通過(guò)MME模塊固定連接一個(gè)SGW-D模塊;每個(gè)PGW-C模塊通過(guò)MME模塊固定連接一個(gè)PGW-D模塊。[0053]PGW-C負(fù)責(zé)為用戶提供了外部的PDN連接，因此PGW-C可以作為邊界網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為終端設(shè)備的數(shù)據(jù)報(bào)文提供路由轉(zhuǎn)發(fā)。如果終端設(shè)備同時(shí)連接多個(gè)PDN網(wǎng)絡(luò)，則有可能PGW-C模塊會(huì)通過(guò)下發(fā)流表讓數(shù)據(jù)分組在PGW-D中連接到多個(gè)不同的外部網(wǎng)絡(luò)，此外PGW-C模塊還要為進(jìn)行PDN連接的終端設(shè)備分配IPWGW-C還有一個(gè)非常關(guān)鍵的角色就是它將作為用戶在PDN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)的錨點(diǎn)網(wǎng)關(guān)，這表明當(dāng)UE建立了PDN連接之后，只要?dú)w屬于該P(yáng)DN連接的EPS承載不釋放，那么為UE提供服務(wù)的實(shí)體PGW節(jié)點(diǎn)是始終不變的，即數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)鏈路不變。[0054]PRCF模塊為用戶的上網(wǎng)計(jì)費(fèi)模塊，是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流和IP承載資源的策略與計(jì)費(fèi)控制策略決策的主要執(zhí)行單元，它為PCEF(策略與計(jì)費(fèi)執(zhí)行功能單元)選擇及提供可用的策略和計(jì)費(fèi)控制決策。當(dāng)HSS模塊為用戶認(rèn)證成功后，HSS模塊請(qǐng)求PRCF模塊該用戶的上網(wǎng)計(jì)費(fèi)策略，并記錄。[0055]核心網(wǎng)控制平面104具有南向接口，北向接口和核心控制器;主要負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能以及南北向接口的管理，實(shí)現(xiàn)上層業(yè)務(wù)流到下層流表規(guī)則的轉(zhuǎn)換與識(shí)別。[0056]核心控制器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心單元，負(fù)責(zé)部分核心網(wǎng)功能和轉(zhuǎn)發(fā)平面的操作；是一個(gè)邏輯上集中的控制器，可采用通用設(shè)備進(jìn)行構(gòu)建。核心控制器主要負(fù)責(zé)兩個(gè)任務(wù)，一是將上層應(yīng)用請(qǐng)求轉(zhuǎn)換到控制器，二是為上層應(yīng)用層提供底層網(wǎng)絡(luò)的抽象模型。[0057]北向接口包括若干API接口函數(shù)，核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面的HSS模塊;SGW模塊;PGW模塊和PRCF模塊分別各連接一個(gè)API接口函數(shù)；以API的形式開(kāi)發(fā)出強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)能力，具有很強(qiáng)的可編程能力；[0058]南向接口通過(guò)OpenFlow協(xié)議連接轉(zhuǎn)發(fā)平面，向轉(zhuǎn)發(fā)平面下發(fā)流表。[0059]核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面105由SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備組成，根據(jù)流表規(guī)則負(fù)責(zé)協(xié)議處理模塊的IPPacket數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)處理，具有較高的數(shù)據(jù)處理能力，保證了數(shù)據(jù)的快速流通。包括若干SGW-D模塊和PGW-D模塊;所有的SGW-D模塊互相連通，并通過(guò)控制器進(jìn)行SGW-D模塊之間的信息轉(zhuǎn)發(fā);所有的PGW-D模塊互相連通，并通過(guò)控制器進(jìn)行PGW-D模塊之間的信息轉(zhuǎn)發(fā);每個(gè)SGW-D模塊分別與所有的PGW-D模塊相連接，每個(gè)PGW-D模塊均與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON相連；[0060]協(xié)議處理模塊EGW模塊102包括ethO網(wǎng)口和ethl網(wǎng)口，負(fù)責(zé)用戶GTPvl數(shù)據(jù)包的拆解及封裝處理，通過(guò)Sl-U接口接收GTPVl數(shù)據(jù)包并進(jìn)行拆解，完成GTPVl數(shù)據(jù)包與IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換，為IP數(shù)據(jù)包進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)平面做準(zhǔn)備；[0061]主要基于以下三點(diǎn)原因:I)基于流表的SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備采用OpenFlow協(xié)議，具有較高的數(shù)據(jù)處理能力，但不支持GTPvl數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)處理，僅支持IP數(shù)據(jù)包;2)考慮到與現(xiàn)網(wǎng)的兼容性，本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)并未對(duì)接入網(wǎng)作改動(dòng)，依然沿用了SI接口；3)EPC網(wǎng)絡(luò)沿用2G/3G分組域網(wǎng)中的GTP協(xié)議來(lái)承載用戶靜荷，通過(guò)GTP隧道標(biāo)識(shí)TEID與EPS承載建立一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。[0062]如圖2所示，GTP數(shù)據(jù)包拆解處理具體為:[0063]基站101接收用戶對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包并打包成GTP數(shù)據(jù)包，通過(guò)Sl-U接口發(fā)送給協(xié)議處理模塊102的ethO網(wǎng)口；利用丨口七&13168工具進(jìn)行拆解操作，得到IPPacket數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethl網(wǎng)口，而后進(jìn)入MME模塊指定的SGW-D模塊;SGW-D模塊傳輸給MME模塊指定的PGW-D模塊，最終進(jìn)入公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON。[0064]IP數(shù)據(jù)包封裝處理具體為:[0065]當(dāng)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON的IPPacket數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)PGW-D模塊發(fā)送給SGW-D模塊時(shí)，協(xié)議處理模塊的ethl網(wǎng)口接受來(lái)自SGW-D模塊IPPacket數(shù)據(jù)包，利用iptables工具進(jìn)行封裝操作，得到GTP數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethO網(wǎng)口，通過(guò)Sl-U接口最終進(jìn)入基站。[0066]一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)使用方法，如圖3所示，以基站接收到某個(gè)UE發(fā)來(lái)對(duì)Internet的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求為例進(jìn)行說(shuō)明，過(guò)程包括:UE向基站發(fā)送請(qǐng)求，基站通過(guò)天線接受到該信號(hào)；向業(yè)務(wù)平面發(fā)送該用戶的請(qǐng)求信息;業(yè)務(wù)平面各個(gè)應(yīng)用模塊接收到控制信息后，根據(jù)控制信息的內(nèi)容為UE建立承載及會(huì)話。協(xié)議處理模塊接收到基站發(fā)來(lái)的UE對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)包協(xié)議處理操作。業(yè)務(wù)平面中的SGW-C和PGW-C將業(yè)務(wù)請(qǐng)求通過(guò)北向接口發(fā)送至控制器，控制器對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行處理，并以流表的方式經(jīng)南向接口下發(fā)至轉(zhuǎn)發(fā)平面。轉(zhuǎn)發(fā)平面設(shè)備SGW-D和PGW-D根據(jù)流表規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理至Internet，完成從UE到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。[0067]如圖4所示，具體步驟如下:[0068]步驟一、針對(duì)某個(gè)用戶，向基站發(fā)送附著和承載建立請(qǐng)求信號(hào)，基站天線接收到該信號(hào)，向業(yè)務(wù)平面發(fā)送該用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息。[0069]請(qǐng)求信息包括:用戶的IP地址，MAC值，MME模塊分配的SGW-D模塊標(biāo)識(shí)符和PGW-D模塊標(biāo)識(shí)符等。[0070]基站采用商用基站，符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)接收到的信號(hào)向業(yè)務(wù)平面發(fā)送附著、承載建立等控制消息。[0071]步驟二、業(yè)務(wù)平面各個(gè)應(yīng)用模塊接收到請(qǐng)求信息后，根據(jù)請(qǐng)求信息的內(nèi)容為用戶建立承載及會(huì)話。[0072]具體步驟如下:[0073]步驟201、HSS模塊接收用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息；根據(jù)自身數(shù)據(jù)庫(kù)查找是否有與用戶匹配的信息;如果有，進(jìn)入步驟202;否則，進(jìn)入步驟203;[0074]步驟202、HSS模塊對(duì)用戶的附著和承載進(jìn)行認(rèn)證，并通知MME模塊，進(jìn)入步驟204;[0075]步驟203、用戶為新用戶，HSS模塊通過(guò)API函數(shù)接口進(jìn)入核心網(wǎng)控制平面，控制器控制HSS模塊將新用戶信息添加到自身數(shù)據(jù)庫(kù)中，等待新用戶的請(qǐng)求。[0076]步驟204、MME模塊根據(jù)用戶認(rèn)證信息，為SGW-C模塊和PGW-C模塊分別各指定一個(gè)SGW-D模塊和一個(gè)PGW-D模塊，并將附著和承載建立成功的消息返給基站。[0077]步驟三、承載建立后，用戶向基站發(fā)送對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包，基站通過(guò)Sl-U接口轉(zhuǎn)發(fā)至協(xié)議處理模塊，進(jìn)而由協(xié)議處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)包協(xié)議處理操作。[0078]具體步驟為:GTP數(shù)據(jù)包拆解處理:基站將Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包打包成GTP數(shù)據(jù)包，發(fā)送給協(xié)議處理模塊的ethO網(wǎng)口，利用iptables工具進(jìn)行拆解操作，得到IPPacket數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING,FORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethl網(wǎng)口，最終進(jìn)入SGW-D模塊。[0079]IP數(shù)據(jù)包封裝處理:當(dāng)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN的IPPacket數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)PGW-D模塊發(fā)送給SGW-D模塊時(shí)，協(xié)議處理模塊的ethl網(wǎng)口接受來(lái)自SGW-D模塊IPPacket數(shù)據(jù)包，利用iptables工具進(jìn)行封裝操作，得到GTP數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethO網(wǎng)口，通過(guò)Sl-U接口最終進(jìn)入基站。[0080]步驟四、業(yè)務(wù)平面的SGW-C模塊和PGW-C模塊將請(qǐng)求信息發(fā)送至控制器，控制器對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行處理，并以流表的方式經(jīng)南向接口下發(fā)至SGW-D模塊和PGW-D模塊。[0081]核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面的SGW-C模塊收到請(qǐng)求信息后，通過(guò)API函數(shù)接口發(fā)送控制器;控制器對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行預(yù)處理，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)化成符合OpenFlow協(xié)議的流表，并下發(fā)到核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面，將流表的規(guī)則分別對(duì)應(yīng)寫(xiě)在SGW-D模塊和PGW-D模塊；[0082]步驟五、協(xié)議處理模塊將IPPacket數(shù)據(jù)包發(fā)送給核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面的SGW-D模塊，進(jìn)而轉(zhuǎn)發(fā)給PGW-D模塊；[0083]步驟六、SGW-D模塊和PGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則分別對(duì)IPPacket數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配，并轉(zhuǎn)發(fā)至公用數(shù)據(jù)網(wǎng)roN，完成從UE到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。[0084]SGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則對(duì)IPPacket數(shù)據(jù)包匹配處理，若匹配成功，轉(zhuǎn)發(fā)至指定的PGW-D模塊;若匹配失敗，則向上請(qǐng)求控制器，由控制器下發(fā)新的流表給SGW-D模塊或分配空閑的SGW-D模塊接收來(lái)自協(xié)議處理模塊的數(shù)據(jù)包；[0085]PGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則對(duì)來(lái)自SGW-D模塊的數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配處理，若匹配成功，則將其轉(zhuǎn)發(fā)至公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN;若匹配失敗，則向上請(qǐng)求控制器，由控制器下發(fā)新的流表給PGW-D或分配空閑的PGW-D模塊接收來(lái)自SGW-D模塊的數(shù)據(jù)包，完成從UE到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。[0086]本發(fā)明采用策略控制的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)將業(yè)務(wù)網(wǎng)策略與執(zhí)行部分分離，SDN數(shù)據(jù)與控制分離，結(jié)合SDN網(wǎng)絡(luò)控制與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)分離思想，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)核心網(wǎng)的網(wǎng)元功能的模塊化部署，通過(guò)業(yè)務(wù)平面的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的自定義設(shè)計(jì)，滿足了不同的業(yè)務(wù)需求;與此同時(shí)，控制平面中控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的集中控制，使核心網(wǎng)功能大大增強(qiáng)，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)的高速轉(zhuǎn)發(fā)處理操作，具有可編程性、業(yè)務(wù)拓展性以及高效性等優(yōu)勢(shì)，從全網(wǎng)的角度分析未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，理清網(wǎng)絡(luò)控制范圍，合理定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使核心網(wǎng)控制層與數(shù)據(jù)層分離，達(dá)到了提升網(wǎng)絡(luò)性能，靈活業(yè)務(wù)部署的目的，對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向及研究，完善與推進(jìn)具有重要意義。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括:基站、協(xié)議處理模塊、核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面、核心網(wǎng)控制平面、核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面以及公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON;基站接收用戶發(fā)送的附著和承載建立請(qǐng)求信息，與核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面進(jìn)行信息交互，完成對(duì)用戶的無(wú)線資源管理相關(guān)的功能;并接收用戶對(duì)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行下發(fā)，通過(guò)Sl-U接口和協(xié)議處理模塊進(jìn)行信息交互，完成用戶UE訪問(wèn)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON的數(shù)據(jù)處理；核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面主要負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)元的功能，通過(guò)各個(gè)業(yè)務(wù)模塊之間的協(xié)作完成核心網(wǎng)附著、承載建立、會(huì)話建立以及計(jì)費(fèi)功能;包括:MME模塊，HSS模塊;SGW-C模塊;PGW-C模塊和PRCF模塊;各模塊之間進(jìn)行信息交互；核心網(wǎng)控制平面具有南向接口，北向接口和控制器；負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能以及南北向接口的管理，實(shí)現(xiàn)上層業(yè)務(wù)流到下層流表規(guī)則的轉(zhuǎn)換與識(shí)別；北向接口包括若干API接口函數(shù)，核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面的HSS模塊;SGW模塊;PGW模塊和PRCF模塊分別各連接一個(gè)API接口函數(shù);南向接口通過(guò)OpenFlow協(xié)議連接轉(zhuǎn)發(fā)平面；核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)處理操作，具有較高的數(shù)據(jù)處理能力，保證了數(shù)據(jù)的快速流通;包括若干SGW-D模塊和PGW-D模塊;所有的SGW-D模塊互相連通，并通過(guò)控制器進(jìn)行SGW-D模塊之間的信息轉(zhuǎn)發(fā);所有的PGW-D模塊互相連通，并通過(guò)控制器進(jìn)行PGW-D模塊之間的信息轉(zhuǎn)發(fā);每個(gè)SGW-D模塊分別與所有的PGW-D模塊相連接，每個(gè)PGW-D模塊均與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)I3DN相連；協(xié)議處理模塊包括ethO網(wǎng)口和ethl網(wǎng)口，負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議的處理，通過(guò)Sl-U接口接收GTP數(shù)據(jù)包并進(jìn)行拆解，完成GTP數(shù)據(jù)包與IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的核心網(wǎng)業(yè)務(wù)平面中，MME模塊接收用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息，為SGW-C模塊和PGW-C模塊分別指定核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面中對(duì)應(yīng)的SGW-D模塊和PGW-D模塊，并將附著和承載建立成功的消息返給基站；HSS模塊接收用戶請(qǐng)求消息的頭部信息，負(fù)責(zé)對(duì)用戶信息進(jìn)行注冊(cè)、認(rèn)證及鑒權(quán)；SGW-C模塊與SGW-D模塊同屬于SGW模塊;PGW-C模塊與PGW-D模塊同屬于PGW模塊;每個(gè)SGW-C模塊通過(guò)MME模塊固定連接一個(gè)SGW-D模塊;每個(gè)PGW-C模塊通過(guò)MME模塊固定連接一個(gè)PGW-D模塊；PRCF模塊為用戶的上網(wǎng)計(jì)費(fèi)模塊，當(dāng)HSS模塊為用戶認(rèn)證成功后，HSS模塊請(qǐng)求PRCF模塊該用戶的上網(wǎng)計(jì)費(fèi)策略，并記錄。3.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，具體步驟如下:步驟一、針對(duì)某個(gè)用戶，向基站發(fā)送附著和承載建立請(qǐng)求信號(hào)，基站天線接收到該信號(hào)，向業(yè)務(wù)平面發(fā)送該用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息；請(qǐng)求信息包括:用戶的IP地址，MAC值，MME模塊分配的SGW-D模塊標(biāo)識(shí)符和PGW-D模塊標(biāo)識(shí)符；步驟二、業(yè)務(wù)平面各個(gè)應(yīng)用模塊接收到請(qǐng)求信息后，根據(jù)請(qǐng)求信息的內(nèi)容為用戶建立承載及會(huì)話；步驟三、承載建立后，用戶向基站發(fā)送對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包，基站通過(guò)Sl-U接口轉(zhuǎn)發(fā)至協(xié)議處理模塊，進(jìn)而由協(xié)議處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)包協(xié)議處理操作；步驟四、業(yè)務(wù)平面的SGW-C模塊和PGW-C模塊將請(qǐng)求信息發(fā)送至控制器，控制器對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行預(yù)處理，并以流表的方式經(jīng)南向接口下發(fā)對(duì)應(yīng)寫(xiě)至SGW-D模塊和PGW-D模塊；步驟五、協(xié)議處理模塊將IPPacket數(shù)據(jù)包發(fā)送給核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)平面的SGW-D模塊，SGW-D模塊傳輸給MME模塊指定的PGW-D模塊；步驟六、SGW-D模塊和PGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則分別對(duì)IPPacket數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配，并轉(zhuǎn)發(fā)至公用數(shù)據(jù)網(wǎng)TON，完成從用戶到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。4.如權(quán)利要求1所述的基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述的步驟二具體為:步驟201、HSS模塊接收用戶的附著和承載建立請(qǐng)求信息；根據(jù)自身數(shù)據(jù)庫(kù)查找是否有與用戶匹配的信息;如果有，進(jìn)入步驟202;否則，進(jìn)入步驟203;步驟202、HSS模塊對(duì)用戶的附著和承載進(jìn)行認(rèn)證，并通知MME模塊，進(jìn)入步驟204;步驟203、用戶為新用戶，HSS模塊通過(guò)API函數(shù)接口進(jìn)入核心網(wǎng)控制平面，控制器控制HSS模塊將新用戶信息添加到自身數(shù)據(jù)庫(kù)中，等待新用戶的請(qǐng)求；步驟204、MME模塊根據(jù)用戶認(rèn)證信息，為SGW-C模塊和PGW-C模塊分別各指定一個(gè)SGW-D模塊和一個(gè)PGW-D模塊，并將附著和承載建立成功的消息返給基站。5.如權(quán)利要求1所述的基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，步驟三中所述的協(xié)議處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)包協(xié)議處理操作具體為:包括:GTP數(shù)據(jù)包拆解處理和IP數(shù)據(jù)包封裝處理；GTP數(shù)據(jù)包拆解處理具體為:基站接收用戶對(duì)Internet訪問(wèn)的數(shù)據(jù)包并打包成GTP數(shù)據(jù)包，通過(guò)Sl-U接口發(fā)送給協(xié)議處理模塊的ethO網(wǎng)口；利用iptables工具進(jìn)行拆解操作，得到IPPacket數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethl網(wǎng)口，而后進(jìn)入MME模塊指定的SGW-D模塊；IP數(shù)據(jù)包封裝處理具體為:當(dāng)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)I3DN的IPPacket數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)PGW-D模塊發(fā)送給SGW-D模塊時(shí)，協(xié)議處理模塊的ethl網(wǎng)口接受來(lái)自SGW-D模塊IPPacket數(shù)據(jù)包，利用iptables工具進(jìn)行封裝操作，得至IjGTP數(shù)據(jù)包，并經(jīng)3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)和路由指令:PREROUTTING，F(xiàn)ORWARD和P0ST0UTTING，到達(dá)ethO網(wǎng)口，通過(guò)S1-U接口最終進(jìn)入基站。6.如權(quán)利要求1所述的基于SDN的核心網(wǎng)系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述的步驟六具體為:首先，SGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則對(duì)IPPacket數(shù)據(jù)包匹配處理，若匹配成功，轉(zhuǎn)發(fā)至指定的PGW-D模塊;若匹配失敗，則向上請(qǐng)求控制器，由控制器下發(fā)新的流表給SGW-D模塊或分配空閑的SGW-D模塊接收來(lái)自協(xié)議處理模塊的數(shù)據(jù)包；然后，PGW-D模塊根據(jù)流表規(guī)則對(duì)來(lái)自SGW-D模塊的數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配處理，若匹配成功，則將其轉(zhuǎn)發(fā)至公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN;若匹配失敗，則向上請(qǐng)求控制器，由控制器下發(fā)新的流表給PGW-D或分配空閑的PGW-D模塊接收來(lái)自SGW-D模塊的數(shù)據(jù)包，完成從UE到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求?！疚臋n編號(hào)】H04W28/02GK105933246SQ201610485888【公開(kāi)日】2016年9月7日【申請(qǐng)日】2016年6月28日【發(fā)明人】于邦超,馬璐,王魯晗,路兆銘,溫向明,劉唯毓【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)