一种实现无线数据网络差异化接入的方法

杨辉宇+谢其良+王步伟

【摘 要】

通过深层次分析无线网络资源控制过程和相关协议，以及吸取传统QoS业务模型和传统动态带宽分配方法（DBA）的优点，发明了一种实现无线数据网络差异化接入的方法，可以实现在无线网络数据业务中结合不同用户等级与业务类型提供差异化服务。该发明专利申请已由国家知识产权局受理（申请号201110324444.7）。

【关键词】

QoS 无线网络 数据业务差异化 用户等级 业务类型

1 引言

在BSC的QoS（Quality of Service，服务质量）控制结构框架上[1]，根据QoS要求不同采用集成服务模型、区分服务模型对服务进行分类。集成服务模型包含确保业务类型、受控业务类型、尽力而为类型；区分服务模型包含最优服务、分等级服务、尽力而为服务。这些方法对于提高QoS很有效，但只能在此方面有所改善。

传统网络中的DBA（Dynamic Bandwidth Allocation，动态带宽分配）方法[2]对带宽资源的有效利用提出了改进，但大都局限于某种特定网络或业务，没有较好的扩展性。如：改进的最大最小公平分配算法，提出一种整网的带宽分配方法，虽然带宽资源的利用率有所提高，但是该方法对网络中的各种业务采用平等对待的机制，没有将业务等级这个因素体现到带宽的分配中，使得高优先级业务可能被尽力而为型业务抢占更多资源；分级带宽分配算法，该算法在进行带宽分配时，对不同业务采用不同的处理方法，体现了不同的服务优先级和业务层次，但是该算法在进行带宽分配时，高优先级业务对低优先级业务的排挤现象非常严重，对业务带宽分配中的公平性考虑不够。

因此，现有技术方案的缺点是：无法在无线网络数据业务中结合不同用户等级与业务类型提供差异化服务，导致在数据业务需求突增的环境下（如晚忙时），无法保证对数据业务效益最优的业务需求。

2 数据业务差异化服务实现流程

2.1 用户等级差异化识别

用户等级作为用户签约属性存储在HLR（Home Location Register，归属位置寄存器）中[3]（需要升级HLR数据库，增加用户等级属性列），当用户激活PDP（Packet Data Protoco1，分组数据协议）或者进行位置更新时，SGSN（Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点）将向HLR发送用户数据请求，HLR向SGSN传送用户数据，用户等级作为其中一个参数在此时传送给SGSN。如图1所示，SGSN将与BSC进行协商，SGSN向BSC发送建立BSS_PFC请求，同时用户等级作为其中一个参数传送给BSC。SGSN和BSC获取用户等级参数后，即可在资源分配策略中引用该参数。

2.2 用户等级差异化服务实现

SGSN在位置更新、用户接入、修改用户数据过程中获取或更新用户数据[4]。其中，HLR向SGSN插入用户数据过程，SGSN获取了所有相关的用户数据，在HLR和SGSN的传输与接收过程进行微小改动，增加用户等级参数，即可实现HLR到SGSN的用户等级传输。

实现HLR到SGSN传输用户等级的关键过程为：插入用户数据MAP原语MAP-INSERT-SUBSCRIBER-DATA。如图2所示，该原语调用InsertSubscriberData操作，对应操作码为7。

如图3所示，在GPRS签约数据中增加GPRS签约等级（GPRSRank），需要在MAP-INSERT-SUBSCRIBER-DATA原语参数GPRSSubscriptionData中增加GPRS_Subscription_Rank。在MAP消息编码方面，利用未使用的编码来标识GPRS_Subscription_Rank。

GPRS_Subscription_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

该语句定义了GPRSRank编码大小为1个八位组，即8bit，编码实例如下：

0000 0000 GPRS用户等级为1

0000 0001 GPRS用户等级为2

0000 0010 GPRS用户等级为3

……

其中，InsertSubscriberDataArg编码为394，GPRSSubscriptionData编码为729，编码405可用于标示GPRS_Subscription_Rank。

用户终端进行网络接入时的PDP激活过程，有一个SGSN与BSC的PDP协商过程，在第4步创建BSS_PFC过程，SGSN向BSS发送相关的参数，为尽量减少对系统的修改，选择在创建BSS_PFC过程增加用户等级参数。

2.3 业务类型差异化识别

业务类型差异化识别包括以下两个方面：

一是基于SAPI和APN接入点的业务类型识别[5]。根据不同的SAPI值和APN接入点名称进行业务类型的粗略划分。如：对于SMS，对应的SAPI为7；对于WAP浏览，对应APN=CMWAP等。

二是基于数据重构的业务类型识别。通过对Gb口的LLC PDU进行重构，根据SNDCP层数据处理逻辑进行LLC PDU的协议及数据解压和分段重组，最终获取原始的IP包，再根据IP包结构获取应用程序的端口号，并依据此端口号进行业务类型的识别。如：80代表浏览网页；21代表FTP服务；23代表Telnet服务；69代表TFTP服务。

将分析过的业务类型数据分析的结构存储到数据库中，供后续步骤中的GGSN查询使用。

2.4 业务类型差异化服务实现

无线资源紧缺时，BSC发送指示BSSGP信令BSSGP_Service_Rank_Request给SGSN，请求获得指定业务的业务等级参数，SGSN通过内部映射机制，通过GTP信令GTP_Service_Rank_Request将该请求发送到GGSN；GGSN查询数据库获得对应的业务等级参数，通过GTP响应信令GTP_Service_Rank_Response回带给SGSN，SGSN分析该信令，并通过内部映射机制获取等级参数，通过BSSGP响应信令BSSGP_Service_Rank_Response将业务等级信息发送给BSC，BSC即可根据获得的业务等级信息，按照差异化分配策略对每个业务进行差异化控制。endprint

其中，对涉及的GTP协议[6]，其信令PDU设计交互信令GTP_Service_Rank_Request选择保留信息。

类型为8，GTP_Service_Rank_Response选择保留消息类型为9；其业务PDU采用TV类型（保留值117—127），自定义等级参数GTP_Service_Rank的信息结构如图4所示：

图4 GTP_Service_Rank结构图

对于业务等级GTP_Service_Rank编码，结构如下：

GTP_Service_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

该语句定义GTP_Service_Rank编码大小为1个八位组，即8bit，编码实例如下：

0000 0000 GPRS业务等级为1

0000 0001 GPRS业务等级为2

0000 0010 GPRS业务等级为3

……

2.5 结合用户等级和业务类型等级进行无线资源的分配

结合用户等级与业务类型优先级的组合确定资源分配优先级，BSC根据优先级的排队原则将无线资源进行分配。在无线资源紧张的情况下，可根据具体的资源分配优先权进行资源分配、释放。例如为保证优先级高的资源申请，可拒绝优先级低的资源申请或释放部分优先级低的申请，从而为不同用户、不同业务提供差异化的服务质量。优先级算法确定举例如表1和表2所示，为算法研究提供参考。

3 结束语

本方法是基于现有信道及通信设备的研究所得，为“将用户等级和数据业务类型等级结合的差异化接入服务”提供理论支持，在保证多业务对QoS不同需求的前提下，尽可能充分、有效地利用无线网络带宽资源。其主要优点如下：

（1）为根据用户等级与业务类型等级进行无线资源分配的算法提供理论支持，并提供差异化的接入服务，使在数据业务突增的环境下保证对数据业务高要求群体的服务质量。

（2）提供一种实现在GSM网络中将用户等级参数由HLR传递到BSC、作为资源分配算法参数的方法，且该方法符合GTP协议、3GPP协议、BSSGP协议。

（3）提供一种实现将业务类型等级参数从GGSN传递到BSC、作为资源分配算法参数的方法，且该方法符合GTP协议、3GPP协议、BSSGP协议。

目前，中国移动以GSM为主的2G网络仍承载着大量用户。在一段时间内，GSM网络仍可不断完善和挖潜，尤其是均衡考虑业务服务需求和业务收入，这对于中国移动效益将有大幅度提高。本项目成果通用性强，能够便捷地推广到全国各个省市地区，预期效益良好。

参考文献：

[1] ITU-T Rec.E.800. Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance including Dependability[S]. 1994.

[2] 孙显军，徐桐发，刘卫东，等. 实时数据组播调度动态带宽分配方案[J]. 计算机工程， 2009（19）.

[3] 张华，陈俊杰. 基于移动通信HLR用户管理系统的负载均衡策略研究[J]. 太原理工大学学报， 2006（S1）.

[4] 肖勇军，谢寅亮. SGSN POOL部署规划及组网演进探讨 [J]. 移动通信， 2011（22）： 6-10.

[5] 任振刚. 基于SAPI引擎的语音交互方法的研究与实现[D]. 沈阳： 沈阳工业大学， 2005.

[6] 陈飞，雒江涛. GPRS网络GTP协议解析方法研究[J]. 通信技术， 2009（2）.

作者简介

杨辉宇：工学硕士毕业于吉林大学，现任中国移动通信集团广东有限公司网络管理中心副总经理，从事网络规划、建设等管理工作近20年。

谢其良：工学硕士毕业于暨南大学通信与信息工程专业，现任职于中国移动通信集团广东有限公司韶关分公司，主要从事无线网络建设等管理工作。

王步伟：现任中国移动通信集团广东有限公司韶关分公司工程建设中心总经理，全面负责移动通信网络的建设工作，从事移动市场、网络建设等管理工作近10年。endprint

其中，对涉及的GTP协议[6]，其信令PDU设计交互信令GTP_Service_Rank_Request选择保留信息。

类型为8，GTP_Service_Rank_Response选择保留消息类型为9；其业务PDU采用TV类型（保留值117—127），自定义等级参数GTP_Service_Rank的信息结构如图4所示：

图4 GTP_Service_Rank结构图

对于业务等级GTP_Service_Rank编码，结构如下：

GTP_Service_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

该语句定义GTP_Service_Rank编码大小为1个八位组，即8bit，编码实例如下：

0000 0000 GPRS业务等级为1

0000 0001 GPRS业务等级为2

0000 0010 GPRS业务等级为3

……

2.5 结合用户等级和业务类型等级进行无线资源的分配

结合用户等级与业务类型优先级的组合确定资源分配优先级，BSC根据优先级的排队原则将无线资源进行分配。在无线资源紧张的情况下，可根据具体的资源分配优先权进行资源分配、释放。例如为保证优先级高的资源申请，可拒绝优先级低的资源申请或释放部分优先级低的申请，从而为不同用户、不同业务提供差异化的服务质量。优先级算法确定举例如表1和表2所示，为算法研究提供参考。

3 结束语

本方法是基于现有信道及通信设备的研究所得，为“将用户等级和数据业务类型等级结合的差异化接入服务”提供理论支持，在保证多业务对QoS不同需求的前提下，尽可能充分、有效地利用无线网络带宽资源。其主要优点如下：

（1）为根据用户等级与业务类型等级进行无线资源分配的算法提供理论支持，并提供差异化的接入服务，使在数据业务突增的环境下保证对数据业务高要求群体的服务质量。

（2）提供一种实现在GSM网络中将用户等级参数由HLR传递到BSC、作为资源分配算法参数的方法，且该方法符合GTP协议、3GPP协议、BSSGP协议。

（3）提供一种实现将业务类型等级参数从GGSN传递到BSC、作为资源分配算法参数的方法，且该方法符合GTP协议、3GPP协议、BSSGP协议。

目前，中国移动以GSM为主的2G网络仍承载着大量用户。在一段时间内，GSM网络仍可不断完善和挖潜，尤其是均衡考虑业务服务需求和业务收入，这对于中国移动效益将有大幅度提高。本项目成果通用性强，能够便捷地推广到全国各个省市地区，预期效益良好。

参考文献：

[1] ITU-T Rec.E.800. Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance including Dependability[S]. 1994.

[2] 孙显军，徐桐发，刘卫东，等. 实时数据组播调度动态带宽分配方案[J]. 计算机工程， 2009（19）.

[3] 张华，陈俊杰. 基于移动通信HLR用户管理系统的负载均衡策略研究[J]. 太原理工大学学报， 2006（S1）.

[4] 肖勇军，谢寅亮. SGSN POOL部署规划及组网演进探讨 [J]. 移动通信， 2011（22）： 6-10.

[5] 任振刚. 基于SAPI引擎的语音交互方法的研究与实现[D]. 沈阳： 沈阳工业大学， 2005.

[6] 陈飞，雒江涛. GPRS网络GTP协议解析方法研究[J]. 通信技术， 2009（2）.

作者简介

杨辉宇：工学硕士毕业于吉林大学，现任中国移动通信集团广东有限公司网络管理中心副总经理，从事网络规划、建设等管理工作近20年。

谢其良：工学硕士毕业于暨南大学通信与信息工程专业，现任职于中国移动通信集团广东有限公司韶关分公司，主要从事无线网络建设等管理工作。

王步伟：现任中国移动通信集团广东有限公司韶关分公司工程建设中心总经理，全面负责移动通信网络的建设工作，从事移动市场、网络建设等管理工作近10年。endprint

其中，对涉及的GTP协议[6]，其信令PDU设计交互信令GTP_Service_Rank_Request选择保留信息。

类型为8，GTP_Service_Rank_Response选择保留消息类型为9；其业务PDU采用TV类型（保留值117—127），自定义等级参数GTP_Service_Rank的信息结构如图4所示：

图4 GTP_Service_Rank结构图

对于业务等级GTP_Service_Rank编码，结构如下：

GTP_Service_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

该语句定义GTP_Service_Rank编码大小为1个八位组，即8bit，编码实例如下：

0000 0000 GPRS业务等级为1

0000 0001 GPRS业务等级为2

0000 0010 GPRS业务等级为3

……

2.5 结合用户等级和业务类型等级进行无线资源的分配

结合用户等级与业务类型优先级的组合确定资源分配优先级，BSC根据优先级的排队原则将无线资源进行分配。在无线资源紧张的情况下，可根据具体的资源分配优先权进行资源分配、释放。例如为保证优先级高的资源申请，可拒绝优先级低的资源申请或释放部分优先级低的申请，从而为不同用户、不同业务提供差异化的服务质量。优先级算法确定举例如表1和表2所示，为算法研究提供参考。

3 结束语

本方法是基于现有信道及通信设备的研究所得，为“将用户等级和数据业务类型等级结合的差异化接入服务”提供理论支持，在保证多业务对QoS不同需求的前提下，尽可能充分、有效地利用无线网络带宽资源。其主要优点如下：

（1）为根据用户等级与业务类型等级进行无线资源分配的算法提供理论支持，并提供差异化的接入服务，使在数据业务突增的环境下保证对数据业务高要求群体的服务质量。

（2）提供一种实现在GSM网络中将用户等级参数由HLR传递到BSC、作为资源分配算法参数的方法，且该方法符合GTP协议、3GPP协议、BSSGP协议。

（3）提供一种实现将业务类型等级参数从GGSN传递到BSC、作为资源分配算法参数的方法，且该方法符合GTP协议、3GPP协议、BSSGP协议。

目前，中国移动以GSM为主的2G网络仍承载着大量用户。在一段时间内，GSM网络仍可不断完善和挖潜，尤其是均衡考虑业务服务需求和业务收入，这对于中国移动效益将有大幅度提高。本项目成果通用性强，能够便捷地推广到全国各个省市地区，预期效益良好。

参考文献：

[1] ITU-T Rec.E.800. Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance including Dependability[S]. 1994.

[2] 孙显军，徐桐发，刘卫东，等. 实时数据组播调度动态带宽分配方案[J]. 计算机工程， 2009（19）.

[3] 张华，陈俊杰. 基于移动通信HLR用户管理系统的负载均衡策略研究[J]. 太原理工大学学报， 2006（S1）.

[4] 肖勇军，谢寅亮. SGSN POOL部署规划及组网演进探讨 [J]. 移动通信， 2011（22）： 6-10.

[5] 任振刚. 基于SAPI引擎的语音交互方法的研究与实现[D]. 沈阳： 沈阳工业大学， 2005.

[6] 陈飞，雒江涛. GPRS网络GTP协议解析方法研究[J]. 通信技术， 2009（2）.

作者简介

杨辉宇：工学硕士毕业于吉林大学，现任中国移动通信集团广东有限公司网络管理中心副总经理，从事网络规划、建设等管理工作近20年。

谢其良：工学硕士毕业于暨南大学通信与信息工程专业，现任职于中国移动通信集团广东有限公司韶关分公司，主要从事无线网络建设等管理工作。

王步伟：现任中国移动通信集团广东有限公司韶关分公司工程建设中心总经理，全面负责移动通信网络的建设工作，从事移动市场、网络建设等管理工作近10年。endprint