本发明涉及用于改进用户设备UE与对等节点PN之间的用户净荷的IP分片和传输的方法。本发明还涉及适用于同样目的的第一节点和分组核心网。
背景技术：
在分组核心网PCN中，所传送的用户净荷将通过添加和去除GPRS隧道传递协议GTP信头来封装和拆除封装。eNodeB与在服务网关S-GW之间以及S-GW与PDN网关P-GW之间的两个随之而来的GTP隧道需要被建立，以便在用户设备UE与分组数据网络PDN之间成功地传送分组，同时S-GW充当两个隧道之间的中介。
当用户净荷的IP分组足够大时，封装之后的最终IP分组大小可能超过容许值。容许值的一个示例是1500字节的最大传输单元MTU。由于MTU限制，净荷必须在传输路径中在eNodeB、S-GW和P-GW之中分片。层的最小MTU指的是该层能够向上传递的最大协议数据单元的大小。在PCN中，这涉及两个节点之间、例如eNodeB与S-GW之间的传输容量。
当前，eNodeB、S-GW和P-GW再使用标准IP分片机制，即，已分片分组将在IP级重组，然后在用户空间经过处理以供GTP隧道传递。如果遗憾的是大分组、即所谓的“巨型分组”到达，则eNodeB、S-GW和P-GW都将必须执行这个重组和分片。
来看上行链路数据传输(从UE始发的数据)，第一分片开始于(eNodeB与S-GW之间的)第一隧道的入口处。对于下行链路，数据第一隧道则是P-GW与S-GW之间的隧道。用于上行链路的数据可在(S-GW与P-GW之间的)第二隧道的末端再次分片和发出。在eNodeB/S-GW/P-GW中，各网络单元将重组IP分组以获得完整数据，然后建立GTP隧道以将数据发送给下一个网络单元。注意，IP信头和数据都将通过GTP来隧道传递。从分片过程能够推断，在最坏条件下，用于沿涉及eNodeB/S-GW/P-GW的传输路径的分片处理的时间是：
T(eNodeB/P-GW分片)+T(S-GW重组)+T(S-GW分片)+T(P-GW/eNodeB重组)+T(P-GW/eNodeB分片)
显然，能够看到，在GTP隧道传输路径中涉及过多的分片和重组。因此，性能受到严重影响。此外，当网络中存在大量片断时，分片和重组将消耗内核IP资源的许多工作量，并且对网络吞吐量产生危害。
存在对于3GPP中29.061的变更请求CR，包括使用MTU发现来查找沿传输路径的最小MTU的建议。各网络节点能够使用这个MTU来检测和进行IP分片，因为它将避免沿该路径的额外IP分片。移动台/用户设备或者外部IP网络中的服务器可通过路径MTU发现来找出端对端MTU，并且因此在源已经正确分片。
但是，在按照变更请求的建议中，如果分组大小超过MTU，则IP分片仍然发生。同时，如TCP MSS(最大段大小)之类的一些上层协议提供用于分段协商的机制。这能够防止IP分片，但是对于其它上层协议不常见。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种避免沿PS网络中的eNodeB与P-GW之间的传输路径的任何IP分片的方法。
本发明的目的通过用于改进用户设备UE与对等节点PN之间的用户净荷的IP分片和传输的方法来解决。净荷通过至少由所建立第一和第二隧道实现的传输路径来传送，所述隧道连接分组核心网PCN中的第一和第二节点。该方法包括下列步骤：
- 第一节点基于传输路径的上IP层的最小的最大传输单元MTU将至少一个所接收净荷分组分片为片断。
- 第一节点在第一隧道的入口处封装所述片断。
该方法的特征具体在于，它还包括一个步骤，其中，第一节点基于传输路径的下IP层的MTU并且基于已封装片断的至少一个附加隧道信头的大小来确定传输路径的上IP层的MTU。
本发明的目的还通过适合改进用户设备UE与对等节点PN之间的用户净荷的IP分片和传输的第一节点来解决。净荷通过至少由所建立第一和第二隧道实现的传输路径来传送，所述隧道连接分组核心网PCN中的第一和第二节点。第一节点还适合基于传输路径的上IP层的最小的最大传输单元MTU将至少一个所接收净荷分组分片为片断。第一节点还适合在第一隧道的入口处封装所述片断。
本发明的特征具体在于，第一节点还适合基于传输路径中的下IP层的MTU和已封装片断的至少一个附加隧道信头的大小来确定传输路径的上IP层的MTU。
此目的还通过适合改进用户设备UE与对等节点PN之间的用户净荷的IP分片和传输的分组核心网PCN来解决。PCN包括如权利要求13-14中的任一项所述的第一节点。
本发明的主要优点在于，分片处理时间因所执行的更少数量的分片操作而减少。如果所隧道传递的IP分片在第一隧道的入口处、即、在左边隧道边缘节点中由eNodeB或P-GW来执行，则将不执行IP分片。此外，在沿传输路径的转接路由器中也不需要IP分片过程，因为各分组的大小较小。因此，将提高整个网络的性能。
其它优点通过实现以上没有提到的从属权利要求的特征的一个或数个来获得。这将在下面进一步说明。
附图说明
下面将参照附图中示出的实施例来更详细描述本发明，其中：
图1示出通过GTP隧道传递的IP分组。
图2示出用于GTP传输路径期间的分片的已知解决方案。
图3示出使用按照本发明的所隧道传递的IP分片的数据传输。
图4示出用于PS网络中的净荷传输的方法。
具体实施方式
本发明涉及用于改进用户设备UE与对等节点PN之间的用户净荷的IP分片和传输的方法。净荷通过至少由所建立第一和第二隧道实现的传输路径来传送，所述隧道连接分组核心网PCN中的第一和第二节点。本领域的技术人员会知道，下面还公开适合执行以下描述的所述方法的第一节点和PCN。在本发明中将不再对PCN进行更详细描述。
图1示出通过GTP隧道传递的IP分组的示例。PCN包括UE 10、eNodeB 11、在服务网关(S-GW)12和PDN网关(P-GW)13。下面，第一节点将通过eNodeB来例示，以及第二节点通过P-GW来例示。
如图所示，数据分组15通过由延伸于eNodeB与S-GW之间的第一隧道17和延伸于S-GW与P-GW之间的第二隧道18所形成的路径来传送。由此，能够将净荷数据从UE上行路由到PCN外部的对等节点(PN)14。如所示，eNodeB所接收的分组包括IP信头，其中具有与分组和分组数据汇聚协议PDCP有关的信息。
所传送的用户净荷在用户平面中通过添加和去除GPRS隧道传递协议GTP信头来封装和拆除封装。用户数据协议UDP以及用于GTP协议的IP信头也在用户平面中对用户净荷来添加和去除。eNodeB 11与S-GW 12之间以及S-GW与P-GW 13之间的两个GTP隧道17/18需要被建立，以便在用户设备UE与分组数据网络PDN之间成功地传送分组。S-GW充当两个隧道之间的中介。
图2示出用于GTP传输路径期间的分片的已知解决方案的一个示例。封装和拆除封装按照与图1中相同的方式执行。如图所示，eNodeB 11将至少一个所接收净荷(图2中称作“数据”)分组15分片为片断16。分片基于传输路径的最小的最大传输单元MTU来执行。eNodeB还在第一隧道17的入口处封装所述片断。
层的最小MTU指的是该层能够向上传递的最大协议数据单元的大小。在PCN中，这涉及传输路径中两个节点之间、例如eNodeB 11与S-GW 12之间的传输容量。上IP层例如是用户平面。
图2中的节点eNodeB 11、S-GW 12和P-GW 13再使用标准IP分片机制，即，已分片分组将在IP级重组，然后在用户空间经过处理以便GTP隧道传递。如果遗憾的是大分组、即所谓的“巨型分组”到达，则eNodeB、S-GW和P-GW都将必须执行这个重组和分片。
第一分片开始于(eNodeB与S-GW之间的)第一隧道的入口处，并且可在(S-GW与P-GW之间的)第二隧道的末端再次分片和发出。在eNodeB/S-GW/P-GW中，各网络单元将重组IP分组以获得完整数据，然后建立GTP隧道以将数据发送给下一个网络单元。用于分片的这个已知过程导致GTP隧道传输路径中涉及许多分片和重组。这花费许多时间，并且性能受到严重影响。此外，当网络中存在大量片断时，分片和重组将消耗内核IP资源的许多工作量，并且对网络吞吐量产生危害。
本发明意在通过提供避免沿PS网络中的eNodeB与P-GW之间的传输路径的任何IP分片的方法，来避免这个问题。在本发明中，eNodeB 11因此基于传输路径的下IP层的MTU并且基于已封装片断的至少一个附加隧道信头的大小来确定21传输路径的MTU。
图4示出按照本发明的方法。先前参照图2描述了两个步骤19和20。
传输路径的MTU在本发明中作为能够用作分片的基础的“虚拟MTU”来计算。“虚拟”表示上IP层的MTU。这实际上不是MTU，因为MTU定义为下IP层能够向上传递的最大协议数据单元的大小。上层优选地是用户平面，以及下层是内核空间。
具体来说，将MTU计算为下IP层的MTU减去附加隧道信头的大小。这还能够表示为：
“虚拟MTU”的大小=下IP层的MTU－附加信头的大小
附加信头在GTP中是(参见图1和图2)：
隧道传递IP信头+UDP信头+GTP信头+可能的GTP-U扩展长度(和/或可能的其它隧道信头长度)
IPv4和IPv6都可适用。沿传输路径的节点可具有相同MTU。否则，下IP层的MTU存在于沿传输路径的网络节点的最低MTU。为了确定最低MTU，可调用MTU发现过程。
如果将通过GTP-U来隧道传递的、在边缘节点eNodeB 1和P-GW 13所接收IP分组的大小大于“虚拟MTU”，则边缘节点将首先应用IP分片功能，然后将片断封装到GTP-U或者可能的其它隧道中。分组在隧道传递的IP级被分片。
使用按照本发明的方法，分片处理时间能够减少。原因在于，由于其中去除了下IP层的MTU和附加隧道信头的大小的MTU确定，确保了确定整个传输路径的最低MTU。这导致需要执行较少分片操作。分片仅在第一隧道17的入口处执行。因此，在GTP隧道传输期间用于分片处理的总时间将为：
T(eNodeB/P-GW分片)
因此，本发明的直观思路是从两个方面来改进隧道传递、优选是GTP隧道传递中的IP分片：
1. 减少分片和重组的数量。
2. 减少封装和拆除封装的数量。
此外，在沿传输路径的转接路由器中不需要IP分片过程，因为各分组的大小较小。因此，将提高整个网络的性能。
虽然执行较少分片，但是存在对于IP片断的更多GTP隧道传递操作。原因在于，每个IP片断需要GTP隧道传递并且被发出。但是，对于按照现有技术的IP分片，IP栈必须等待到所有片断到达为止，以便进行重组。这导致时间被延迟，并且因此网络吞吐量受到严重影响。
本发明的另一个优点在于，标准IP分片能够与用于确定MTU的新过程相结合。隧道传递IP分片沿用标准IP分片过程，即，各片断包含有效IP信头和IP数据。片断通过IP信头中的分片信息来链接。在分片之后，每个隧道传递的IP片断由S-GW 12独立地封装到GTP隧道中(参见图3)，并且发送到下一个隧道传递边缘。最后，在第二隧道的末端，隧道边缘节点(eNodeB或P-GW)去除GTP信头，并且将所有分片IP数据路由到对等节点14。它们实际上看似属于同一事务的正常分片IP，并且能够由对等节点正确地处理。
在经过了两个隧道之后所递交的片断是正常IP分组，在IP信头中具有链接信息(即，标识、片断偏移、标志)。因此，在目的地节点中，能够使用标准重组方式正确地重组所有片断。这能够由内核IP栈自动地处理。
如图3的示例所示，隧道信头包括GPRS隧道传递协议GTP信头和/或隧道传递IP信头和/或与隧道信头长度有关的信息。分组因此被封装以通过GTP来隧道传递。
附图还示出，第二节点(这个示例中是P-GW)在第二隧道18的末端接收片断。然后，P-GW对所述片断拆除封装，并且将所述片断发送给PN。然后，在PN中重组片断。
本发明并不局限于上述示例，而是可在所附权利要求的范围之内自由变化。例如，图3示出按照本发明的分片的第一示例。如所示，eNodeB 11对净荷进行分片和封装，以便通过隧道17和18发送。
描述了上行链路数据传输(从UE 10到对等节点14)的示例。本领域的技术人员会知道，本发明还涵盖从对等节点到UE的下行链路传输。P-GW 13则能够对净荷进行分片，并且将其封装以按照对eNodeB相反的顺序通过隧道18和17发送。因此，即使下面所述的示例将eNodeB称作执行所述过程(上行链路)的节点，但是本领域的技术人员会知道，在另一个实施例中，P-GW接管eNodeB的角色(下行链路)。
详细描述的开头所提到的第一节点11、13因此可存在于基站或网关GW。同样，也在开头提到的第二节点可存在于基站或网关GW。这意味着，如果eNodeB 11是接收大的“巨型”帧的第一节点，则P-GW 13是第二节点。反过来，P-GW是第一节点，而eNodeB是第二节点。基站存在于eNodeB，以及GW存在于分组数据网络GW(P-GW)。