专利名称：一种基于ip地址池的ggsn容量过载应急保障方法
技术领域：
本发明涉及第二代、第三代移动通信网络系统的分组域，具体地， 涉及一种GGSN容量过载应急保障的方法。
背景技术：
GPRS ( General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是基 于包交换的第二代移动通信网络系统，相关标准是由ETSI (European Telecommunication Standards Institute,欧洲通信标准化委员会)制定。 图1所示为GPRS的网络架构。到了第三代移动通信系统，GPRS演 进为UMTS PS ( Universal Mobile Telecommunication System Packet Switch,通用移动通信系统分组交换)域。图2所示为第三代移动通 信系统UMTS PS域的网络架构。以上两个网络架构中，包含有如下 网元
BTS (Base Transceiver Station)为基站，负责无线信号的发送和 接收，为终端提供无线网络连接；
BSC (Base Station Controller)为基站控制器，起无线控制功能， 主要用于管理无线资源以及控制基站(BTS)， BTS和BSC总称为BSS (Base Station System,基站系统)，用户终端MS与基站系统BSS之 间通过Um口连接，终端通过BSS接入GPRS核心网；
NodeB类似于第二代移动通信系统中的BTS，为终端提供空中
接口；
RNC (Radio Network Controller)为无线网络控制器，主要用于 管理无线资源以及管理NodeB， NodeB与RNC总称为RNS (Radio Network System ，无线网络系统)，终端通过RNS接入UMTS系统的 分组域核心网；
SGSN ( Serving GPRS Support Node )为服务GPRS支持节点，用于保存用户的路由区位置信息，负责安全和接入控制；SGSN通过 Gb 口与第二代移动通信系统的BSS连接，通过Iu 口与第三代移动通 信系统的RNS连接；
GGSN ( Gateway GPRS Support Node )为网关GPRS支持节点， 用于负责分配终端的IP地址和到外部网络的网关功能，通过Gn 口与 SGSN相连。GGSN分配给用户终端的动态IP地址，可以是通过数据 配置分配给该APN ( Assess Point Name接入点名称)的内部IP地址 池中的地址，也可以是AAA服务器或DHCP服务器的地址；
HLR ( Home Location Register)为归属位置寄存器，用于保存用 户的签约数据和当前用户所登记的SGSN地址，通过Gr 口与SGSN 相连；
PDN ( Packet Data Network)为分组数据网络，用于为用户提供基 于分组的业务网，通过Gi 口与GGSN相连。
GPRS用户通过GGSN访问外部分组数据网络，每一个用户在使 用时需要激活PDP (Packet Data Protocol,分组数据协i义)上下文， PDP上下文指GPRS用户在移动终端和GPRS支持节点中存贮的与SM (session management,会话管理)有关的信息，也分为登记信息和位 置信息两类。图3-l描述了目前规范中PDP上下文的激活成功过程， 该过程包括
步骤301，移动终端10向SGSN20发起激活PDP上下文请求； 步骤302， SGSN20进行了用户合法性检查后，通过对APN( Assess Point Name接入点名称)进行DNS查询，然后获得GGSN30的IP地 址。SGSN20分配GTP隧道信息，然后向GGSN30发起创建PDP上 下文请求，请求的才艮文包含SGSN20的IP地址和所分配的GTP隧道 寸吕15
步骤303， GGSN30收到创建PDP上下文请求消息之后，保存 SGSN20的IP地址信息和GTP隧道信息，创建PDP上下文。
步骤304,当GGSN30配置为使用外部服务器(AAA服务器或 DHCP服务器)为终端IP地址，则GGSN30向服务器40( AAA或DHCP ) 发送终端IP地址请求消息；
5步骤305，当服务器40收到GGSN30发送过来的IP地址请求消 息，服务器从所配置的IP地址池里为终端分配的一个空闲的IP地址； 步骤306,服务器40向GGSN30发送终端IP地址请求响应，包 含服务器为终端所分配的IP地址及相关的配置信息(如网络掩码、缺 省网关、DNS配置等)；
步骤307,当GGSN30配置为使用内部IP地址池分配终端IP地 址，则GGSN30从内部对应的APN的IP地址池里为终端分配一个空 闲的IP;也址；
步骤308， GGSN30分配GGSN端的隧道信息，并在创建PDP 上下文响应中包含GGSN30或外部服务器40分配给终端的IP地址一 起回复给SGSN30;
步骤309,当SGSN20收到GGSN30返回的创建PDP上下文响应 消息，向手机终端返回带有GGSN分配给终端IP地址的激活PDP上 下文相应消息。
当GGSN内部IP地址池没有空闲的IP时，或l吏用外部服务器进 行IP分配而AAA服务器或DHCP服务器没有空闲IP时，GGSN返回 一个创建PDP上下文拒绝的消息，具体的流程如图3-2所示。
步骤301-304，与PDP上下文激活(成功)过禾呈一致这里不再重
复；
步骤305'，外部服务器(AAA服务器或DHCP服务器)，没有 空闲的IP地址，分配终端IP地址失败；
步骤306'，外部"l务器向GGSN返回IP地址请求不成功的响应； 步骤307，，当GGSN配置为4吏用内部IP地址池分配终端IP地址 时，内部IP地址池没有空闲的IP,分配IP地址失败；
步骤308， ， GGSN向SGSN返回创建PDP上下文拒绝消息，通 知SGSN创建PDP上下文失败；
步骤309', SGSN根据GGSN返回的拒绝消息，删除对应的GTP 隧道信息，并向用户终端返回一个激活PDP上下文拒绝消息。
然而，随着人民生活水平的提高，越来越多人习惯于使用GPRS 手机上网，随着用户数量的不断持续上升，运营商GPRS网络容量逐渐出现了紧张。目前缺乏一种当网络出现容量过栽高负荷的情况下，
保证终端服务质量、使得GPRS的业务质量处于可接受的范围内的、 通用的、可广泛推广的技术。
由于在网络运行容量过载高负荷情况下缺乏有效的GGSN应急 保障技术，因此，在现有技术中，对于突发的用户接入请求增大，往 往无能为力，只能任由设备的资源耗尽，用户服务质量变得十分低下， 甚至设备当机重启的情况下，用户的服务质量才得以緩和。此外，目 前部分的设备厂家提供了最大PDP激活数的限制选项，由于各个厂家 的实现原理不一，配置不一致，难以在全网广泛推广，对于运营商来 说，全网有多个不同厂家的，需要采用全网适用的技术对全网的GGSN 容量进行应急保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在网络运行容量过载高负荷的情况 下，GGSN容量的应急保障方法。即，在GGSN处通过限制GGSN内 部IP地址池或在AAA/DHC 等外部服务器限制IP地址池的容量大 小，实施主动接入限制，在预计拥塞将要发生的时候，主动限制接入 的数量，从而确保被接入的用户可以得到好的服务。
本发明通过观测i殳备的各项指标如(PDP上下文激活成功率、 PDP上下文激活时延、WAP下载速率、FTP下载速率、彩信端到端发 送成功率、设备的CPU占用率和内存占用率等)，测算出GGSN设备 的极限容量；根据GGSN设备的极限容量，估算出GGSN设备的安全 运行的基线，将设备的安全运行基线作为IP地址池的总量；对全网设 备各个GGSN对应的IP地址池进行配置，若GGSN采用的是内部IP 地址池，则修改内部IP地址池的总量为设备的安全运行基线；若GGSN 釆用的是外部服务器(AAA服务器或DHCP服务器)分配IP地址， 则寸务改外部服务器的IP地址池的大小为对应的GGSN安全运行的基 线。通过限制设备分配给终端的IP地址池的容量，能够保证在可造成 设备容量过载的高负荷情况下，主动限制GGSN的接入终端数量在设 备安全运行的基线之内，保证终端的服务质量，使得GPRS用户的业务质量在可接受范围之内。本发明基于GPRS/UMTS PS域的PDP上 下文激活流程规范，在所有的GPRS/UMTS PS域中均可以广泛部署， 不受设备厂家的实现所限制，可以广泛在全网部署。
根据本发明的方法，在潜在网络容量过载高负荷的情况下，通过 调整IP地址池的容量大小，主动限制GGSN接入容量，防止在容量过 载的情况下，保障设备在高负荷情况下仍能正常工作，保证被接入用 户的服务质量。并且，使用IP地址池为终端分配IP地址是GGSN的 必备功能之一，各个设备厂家的GGSN均可以通过调整IP地址池的大 小来限制GGSN的并发接入终端容量，具有普遍广泛性，可以在不同 厂家的设备上实施。根据本发明的方法适用于多种网络配置场景，当 GGSN使用外部服务器，如AAA服务器、DHCP服务器为终端分配IP 地址时，也可以采用本发明所提出的方案，通过修改外部服务器的IP 地址池的容量大小，达到限制GGSN的并发接入终端容量。此外，还 可以根据现网的实际负荷，通过不断统计、实施、评估在网设备的实 际极限容量，调整配置的IP地址池的容量，达到调整GGSN的限制容 量上限目的，从而使得网络负载、设备运行、用户服务质量三者达到 最佳平衡。
图1示出了第二代移动通信系统GPRS网络架构； 图2示出了第三代移动通信系统UMTS PS域架构； 图3-1示出了 PDP上下文激活(成功)过程； 图3-2示出了 PDP上下文激活(失败)过程；以及 图4示出了根据本发明示例性实施方式的GGSN的IP地址池调 整步骤。
具体实施例方式
在上述的PDP上下文激活过程，我们可以知道当终端用户要与 外部分组数据网通信时，必须进行PDP上下文激活，而激活的时候需 要从GGSN (当配置为使用GGSN内部IP地址池分配IP地址时)分配一个终端IP地址，或者GGSN向AAA/DHCP服务器(当配置为使 用外部服务器器分配IP地址池时)申请一个终端IP地址，才能与外 部的分组数据网络通信，因此一个激活的PDP上下文对应一个已分配 的IP地址。因此GGSN内部的IP地址池容量，或AAA服务器/DHCP 服务器的IP地址池容量大小限制了同一时间已激活PDP上下文的用 户数量。
参见图4，示出了4艮据本发明示例性实施方式的GGSN的IP地 址池调整步骤。
步骤401,通过记录和观察GPRS网络的各项业务和设备性能指 标(如PDP上下文激活成功率、PDP上下文激活时延、WAP下载速 率、FTP下载速率、彩信端到端发送成功率、设备的CPU占用率和内 存占用率等)，对GGSN安全运行容量进行测算，记作C，认为C为 该GGSN所能达到的最大容量才及限；
步骤402,设置安全阈值B作为GGSN设备安全运行的基线，即， 设备在该范围内，可以长时间稳定运行，服务质量满足运营标准的要 求，优选地，认为GGSN所能达到的最大容量极限的80%作为安全阈 值，此时记为B=0.8C;
步骤403，基于具体的GGSN的配置，假如GGSN配置为使用 内部IP地址池来分配终端IP,则转向步骤404;假如GGSN配置为使 用AAA/DHCP服务器等外部服务器来分配终端IP地址，则转向步骤 405;
步骤404，将目标GGSN的内部IP地址池的容量设置为B，通 过限制终端IP地址的容量，限制最大激活PDP上下文用户数，保证 设备在可能容量过载的高负荷情况下并发激活的PDP上下文用户数在 安全运行基线范围之内，从而保证用户的服务质量，使得GPRS业务 的质量保证在可接受的范围之内；
步骤405，通过修改AAA/DHCP服务器等外部服务器配置，将 分配给手机终端的IP地址池的容量限制为B，来限制外部服务器分配 的终端IP地址的数量，保证设备在可能容量过栽的高负荷情况下限制 最大激活PDP上下文的用户数不超过设备安全运行的基线B,从而保证用户的服务质量，使得GPRS的业务质量在可接受的范围之内；
步骤406，配置操作完成后，立即进行全业务拨测，确保数据的 《务改正确。
以上描述了本发明的示例性实施方式.。应该认识到，上述实施方式 仅为示例性而非限制性的。通过阅读本说明书，本领域:技术人员可对上 述实施方式做出各种修改和变化，而并不脱离本发明的精神和范围。本 发明的保护范围仅由权利要求书限定。
本专利的关键点和欲保护点在于
找到设备容量与IP地址对应的关系。发明通过限制GGSN的IP 地址池，可以减少同时在线的PDP上下文激活用户数；
本专利申请包含了对GGSN容量管理的方法，通过一 系列的统计、 实施、评估等循环，在设备运行、负载、客户投诉之间达到平衡； 本专利提出了 GGSN稳定运行阔值是设备容量极限的80%;
通过调整IP地址池限制PDP上下文激活用户数，在设备可能容 量过载高负荷的情况下，主动限制同时接入GGSN的用户数，保证业 务量不会超过设备的安全运行基线，防止引起在容量过载的高负荷情 况下，设备的不稳定导致网络不可用的雪崩效应。
权利要求
1. 一种基于IP地址池的GGSN容量过载应急保障方法，包括对GGSN设备的安全运行容量进行测算，所述安全运行容量为所述GGSN设备所能达到的最大容量极限；基于所述安全运行容量，设置安全阈值作为所述GGSN设备的安全运行的基线；将IP地址池的容量限制为所述安全阈值内，以保证所述GGSN设备中并发激活PDP上下文用户数在所述安全运行的基线范围内；以及上述配置操作完成后，进行全业务拨测，以确保数据的修改正确。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述安全阈值为所述安全 运4亍容量的80%。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述安全运行容量是基于 GPRS网络的各项业务和设备性能指标测算得到的。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述指标包括PDP上下文激 活成功率、PDP上下文激活时延、WAP下载速率、FTP下载速率、彩 信端到端发送成功率、设备的CPU占用率和内存占用率。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括，在设置所述安全阈 值之后，确定所述GGSN设备的配置，其中，将IP地址池的容量限制 为所述安全阈值内的所述步骤基于所述GGSN设备的配置进行。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，如果所述GGSN设备被配 置为使用内部IP地址池来分配终端IP，将IP地址池的容量限制为所 述安全阈值内的所述步骤则包括将所述GGSN设备内部的IP地址池 的容量限制为所述安全阔值内。
7.如权利要求5所述的方法，其中，如果所述GGSN设备被配置 为使用AAA/DHCP服务器等外部服务器来分配终端IP地址，将IP地 址池的容量限制为所述安全阈值内的所述步骤则包括通过修改所述 AAA/DHCP服务器等外部服务器的配置，将分配给终端的IP地址池 的容量限制为所述安全阈值内。
全文摘要
本发明提供了一种在网络运行容量过载高负荷的情况下，GGSN容量的应急保障方法。该方法包括对GGSN设备的安全运行容量进行测算，所述安全运行容量为所述GGSN设备所能达到的最大容量极限；基于所述安全运行容量，设置安全阈值作为所述GGSN设备的安全运行的基线；将IP地址池的容量限制为所述安全阈值内，以保证所述GGSN设备中并发激活PDP上下文用户数在所述安全运行的基线范围内；以及上述配置操作完成后，进行全业务拨测，以确保数据的修改正确。根据本发明的方法，在潜在网络容量过载高负荷的情况下，通过调整IP地址池的容量大小，主动限制GGSN接入容量，防止在容量过载的情况下，保障设备在高负荷情况下仍能正常工作，保证被接入用户的服务质量。
文档编号H04W4/12GK101426182SQ200810219288
公开日2009年5月6日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者钧 刘, 轶 孔, 严 庄, 徐宇辉, 天 李, 扬 江, 王吉勇, 由 罗, 波 舒, 蔡家鹏, 武 赵, 邬学农, 陈伟栋, 陈冉冉, 陈秀云, 黄夏菱 申请人:中国移动通信集团广东有限公司