阅读说明：本技术 一种基于mec的数据分流方法及装置 (Data distribution method and device based on MEC ) 是由 段江海 丁国栋 张海波 郭俊利 习建德 于 2018-05-30 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种基于MEC的数据分流方法及装置。该方法中,MEC设备监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息,所述S1AP消息承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NAS PDU；所述MEC设备判断所述NAS PDU中是否包含NAS消息容器；若包含,则获得所述NAS消息容器中包含的数据报文,并将所述数据报文发送给本地IoT业务服务器,否则,将所述S1AP消息发送给核心网设备。采用本申请,可针对NB-IoT系统实现基于MEC的数据分流。(the application discloses a data distribution method and device based on MEC. In the method, an MEC device monitors an S1AP message interacted between a base station and a core network device, wherein the S1AP message carries NAS PDU interacted between an NB-IoT terminal and the core network device; the MEC equipment judges whether the NAS PDU contains an NAS message container or not; if so, obtaining the data message contained in the NAS message container, and sending the data message to a local IoT service server, otherwise, sending the S1AP message to core network equipment. By adopting the method and the device, the MEC-based data distribution can be realized for the NB-IoT system.)

一种基于MEC的数据分流方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于移动边缘计算(mobile edgecompute，MEC)的数据分流方法及装置。

背景技术

基于移动通信网的物联网(Internet of things，IoT)系统主要由IoT终端、移动通信网络、IoT业务平台(也称IoT业务系统或IoT业务服务器)三部分构成，其中，移动通信网络主要包括基站和核心网两部分。IoT业务平台部署在核心网的上层，用于对IoT终端进行管理与控制，并提供物联网应用服务。系统架构如图1所示。

随着移动边缘计算技术的提出，云端的计算(如IoT业务处理)、网络、存储能力向边缘延伸和扩展，数据处理与应用分析分散到网络边缘设备上。边缘计算物联网(EC-IoT)系统应运而生。

在EC-IoT系统中，IoT业务平台在靠近移动边缘侧本地部署，如图2所示。相比图1，在基站与核心网设备之间增加了移动边缘计算(mobile edge compute，MEC)设备，MEC设备与基站、IoT业务平台部署在同一网络层次(靠近移动边缘)，核心网部署在更高的网络层次(如核心机房)。MEC设备支持本地业务分流功能(traffic offload function,TOF)。IoT终端发送的IoT业务数据经基站到MEC设备，再由MEC设备分流到IoT业务平台。

目前，基于图2所示的EC-IoT系统，本地业务分流过程包括：MEC设备监听基站与核心网之间的控制面(control plane,CP)信令和业务面(user plane,UP)数据报文，通过监听控制面信令获得终端IP地址和终端GPRS用户面隧道协议(GPRS tunnelling protocoluser plane,，GTP-U)隧道信息之间的对应关系，通过监听业务面数据报文，一方面将收到的上行用户面数据报文发往本地IoT业务平台，另一方面，根据终端IP地址将收到的下行数据报文放入为该终端分配的GTP-U隧道中转发给该终端的服务基站。

为满足低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接需求，窄带物联网(narrow bandinternet of things，NB-IoT)系统应运而生。NB-IoT系统针对小数据传输进行优化，在用户面不再建立GTP-U隧道来传输数据报文，而是将数据报文封装到非接入层(non-accessstratum，NAS)协议数据单元(protocol data unit，PDU)中，通过控制面的S1应用协议(S1application protocol，S1-AP)消息承载NAS PDU。因此，按照现有技术，MEC设备无法实现针对NB-IoT系统实现本地业务分流功能，进而无法构建边缘计算物联网系统。

发明内容

本申请实施例提供一种基于MEC的数据分流方法及装置，用以针对NB-IoT系统实现基于MEC的数据分流。

第一方面，提供一种基于MEC的数据分流方法，该方法包括：MEC设备监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息，所述S1AP消息承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NAS PDU；所述MEC设备判断所述NAS PDU中是否包含NAS消息容器；若包含，则获得所述NAS消息容器中包含的数据报文，并将所述数据报文发送给本地IoT业务服务器，否则，将所述S1AP消息发送给核心网设备。

根据上述方案，针对NB-IoT系统中IoT业务数据承载于NAS PDU，并通过S1AP消息发送的特点，MEC设备监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息，并判断监听到的S1AP消息所承载的NAS PDU中是否包含NAS消息容器，若包含，则表明该消息中包含需要由本地IoT业务服务器处理的数据报文，因此将所述数据报文发送给本地IoT业务服务器，否则将所述S1AP消息发送给核心网设备，从而针对NB-IoT系统实现了基于MEC的数据分流。

可选地，若所述MEC设备判断所述NAS PDU中包含NAS消息容器，则所述方法还包括：所述MEC设备建立所述NB-IoT终端的标识以及所述NAS消息容器中的地址信息之间的对应关系。

根据上述方案，若MEC设备判断NAS PDU中包含NAS消息容器，则表明该消息中包含需要由本地IoT业务服务器处理的数据报文，因此建立所述NB-IoT终端的标识以及所述NAS消息容器中的地址信息之间的对应关系，以用于IoT业务数据报文的路由。

可选地，所述NAS消息容器中的地址信息，包括：源IP地址和目的IP地址，所述源IP地址为所述NB-IoT终端的IP地址，所述目的IP地址为本地IoT业务IP地址。

可选地，还包括：所述MEC设备接收所述本地IoT业务服务器发送给所述NB-IoT终端的数据报文，所述数据报文中包括所述NB-IoT终端的IP地址；所述MEC设备根据所述数据报文中包含的NB-IoT终端的IP地址，查询NB-IoT终端标识以及地址信息之间的对应关系信息，得到所述NB-IoT终端的标识；所述MEC设备根据所述NB-IoT终端的IP地址以及所述本地IoT业务服务器的IP地址，将所述数据报文封装为NAS消息容器，将该NAS消息容器封装于NAS PDU，并根据所述NB-IoT终端的标识，将该NAS PDU封装为S1AP消息，并将该S1AP消息发送给所述NB-IoT终端的服务基站。

根据上述方案，MEC设备在接收到本地IoT业务服务器发送给NB-IoT终端的数据报文后，可根据之前建立的NB-IoT终端标识以及地址信息之间的对应关系信息，对该数据报文进行封装和路由，以便将其发送到该NB-IoT终端，从而实现下行业务数据的分发。

第二方面，提供一种移动边缘计算MEC设备，包括：监听模块，用于监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息，所述S1AP消息承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NAS PDU；判断模块，用于判断所述NAS PDU中是否包含NAS消息容器；分流模块，用于在所述判断模块判断为是时，获得所述NAS消息容器中包含的数据报文，并将所述数据报文发送给本地IoT业务服务器，否则，将所述S1AP消息发送给核心网设备。

可选地，还包括：对应关系建立模块，用于在所述判断模块判断所述NAS PDU中包含NAS消息容器的情况下，建立所述NB-IoT终端的标识以及所述NAS消息容器中的地址信息之间的对应关系。

可选地，所述NAS消息容器中的地址信息，包括：源IP地址和目的IP地址，所述源IP地址为所述NB-IoT终端的IP地址，所述目的IP地址为本地IoT业务IP地址。

可选地，还包括转发模块，用于：接收所述本地IoT业务服务器发送给所述NB-IoT终端的数据报文，所述数据报文中包括所述NB-IoT终端的IP地址；根据所述数据报文中包含的NB-IoT终端的IP地址，查询NB-IoT终端标识以及地址信息之间的对应关系信息，得到所述NB-IoT终端的标识；根据所述NB-IoT终端的IP地址以及所述本地IoT业务服务器的IP地址，将所述数据报文封装为NAS消息容器，将该NAS消息容器封装于NAS PDU，并根据所述NB-IoT终端的标识，将该NAS PDU封装为S1AP消息，并将该S1AP消息发送给所述NB-IoT终端的服务基站。

第三方面，提供一种通信装置，包括：处理器、存储器，所述处理器、存储器通过总线连接；所述处理器，用于读取存储器中的程序，执行上述第一方面中任一项所述的方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行如上述第一方面中任一项所述的方法。

附图说明

图1为现有技术中基于移动通信网络的物联网系统架构示意图；

图2为现有技术中基于移动通信网络的边缘计算物联网系统架构示意图；

图3为本申请实施例提供的基于MEC的数据分流方法的流程示意图之一；

图4为本申请实施例中NB-IoT系统数据传输结构示意图；

图5为本申请实施例提供的基于MEC的数据分流方法的流程示意图之二；

图6为本申请实施例提供的MEC设备的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的通信装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种基于MEC的数据分流方法及装置。下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

本申请实施例提供的数据分流方法可适用于如图2所示的边缘计算物联网系统架构。该架构中的核心网设备可以是蜂窝物联网服务网关节点(cellular IoT servinggateway node，C-SGN)或移动性管理实体(mobility management entity，MME)设备等，本申请实施例对此不作限制。

参见图3，为本申请实施例提供的基于MEC的数据分流方法的流程示意图，如图所示，该流程可包括：

S301：MEC设备监听基站与核心网设备之间的S1应用协议(S1 applicationprotocol，S1AP)消息，所述S1AP消息中承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NASPDU。

NB-Iot终端接入移动通信网络后，可与核心网侧进行通信。基站与核心网设备之间的通信遵循S1AP协议，即基站与核心网设备之间交互的消息为S1AP消息。该S1AP消息中承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NAS PDU。

本申请实施例中，MEC设备具有消息监听功能，可以监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息。本流程中，以MEC设备监听到基站发送到核心网设备的S1AP消息为例描述，该S1AP消息中承载有NB-IoT终端发送的NAS PDU。

图4示例性地示出了一种NB-IoT系统数据传输结构。如图4所示，S1AP消息中包括NAS PDU，NAS PDU中包括NAS PDU头和NAS消息容器。NAS消息容器中包括IP头部分(源IP地址、目的IP地址)以及净荷部分。

S1AP消息中还携带有IoT终端标识。IoT终端标识可以包含在图4中的S1AP部分。其中，IoT终端标识可以是S1AP ID等，本申请实施例对此不做限制。

其中，NAS消息容器是可选组成部分。NAS PDU中是否包含NAS消息容器，可由NASPDU类型决定。

举例来说，根据承载的控制面服务请求消息内容，NAS PDU可包括如表1所示的类型。

表1：控制面服务请求消息内容(CONTROL PLANE SERVICE REQUEST messagecontent)

“NAS message container(NAS消息容器)”作为可选的信息单元，当Message Type为表1中的“Control plane service request message identity”时，该信息单元可选出现。当IEI(Information Element Identity，信息单元标识)取值为67时，“NAS messagecontainer”出现。

再举例来说，根据承载的上行NAS传输消息内容，NAS PDU可包括如表2所示的类型。

表2：上行NAS传输消息内容(UPLINK NAS TRANSPORT message content)

“NAS message container(NAS消息容器)”作为可选的信息单元，当Message Type为表2中的“Uplink NAS transport message identity(上行NAS传输消息标识)”时，该信息单元为必选。

具体实施时，作为一个例子，如果NB-IoT终端有业务数据需要发送给IoT业务平台，则该终端将该IoT业务数据报文作为净荷，封装上源IP地址和目的IP地址并进行编码，形成NAS消息容器，将该NAS消息容器承载于NASPDU发送给其服务基站，该基站再将NAS PDU承载于S1AP消息向核心网设备发送。

S302：MEC设备判断NAS PDU中是否包含NAS消息容器；若包含，则转入S303，否则转入S304。

本申请实施例中，MEC设备部署有S1AP协议栈和NAS协议栈，可以针对监听到的S1AP消息进行解析，并可以对S1AP消息中承载的NAS PDU进行解析。

该步骤中，MEC设备针对监听到的S1AP消息进行解析，得到该S1AP消息中携带的IoT终端标识以及该S1AP消息中承载的NAS PDU，并进一步解析该NAS PDU。通过解析NASPDU，如果判断该NAS PDU中包含NAS消息容器，则表明该NAS PDU中包含有需要本地IoT业务平台进行处理的数据报文，因而转入S303，通过S303将该数据报文发送给本地IoT业务平台进行处理；如果判断该NAS PDU中不包含NAS消息容器，则表明该NAS PDU中不包含需要本地IoT业务平台进行处理的数据报文，该S1AP消息需要由核心网设备进行处理，因而通过S304，将该S1AP消息发送给核心网设备以进行进一步处理。

S303：MEC设备将NAS消息容器中承载的数据报文发送给本地IoT业务平台。

该步骤中，MEC设备可从NAS PDU中提取IoT终端发送的数据报文(该数据报文作为NAS容器消息的净荷存在于NAS PDU中)，并将该数据报文发送给本地IoT业务平台。

进一步地，MEC设备还可以建立该NB-IoT终端的标识以及该NAS消息容器中的地址信息之间的对应关系。可选地，如果已建立有相同的对应关系，则该步骤可以省略。该对应关系可表现为IoT终端的上下文。

具体地，MEC设备可解析NAS消息容器中的IP地址信息，得到源IP地址(IoT终端的IP地址)以及目的IP地址(IoT业务IP地址)，MEC设备还可以解析得到S1AP消息中包含的IoT终端标识等信息，根据这些信息，MEC设备可以建立该IoT终端的上下文。该IoT终端上下文可用于路由IoT业务数据报文。

可选地，NAS消息容器中的地址信息包括源IP地址和目的IP地址，其中，所述源IP地址为该IoT终端的IP地址，所述目的IP地址为本地IoT业务IP地址(也即本地业务平台IP地址)。相应地，MEC设备可从NAS消息容器中解析得到该IoT终端的IP地址和本地IoT业务IP地址，并根据该IoT终端的IP地址和本地IoT业务IP地址，以及解析得到的该IoT终端的标识，建立该IoT终端的上下文。

S303中，MEC设备可根据NAS消息容器中的目的IP地址(即本地IoT业务IP地址)，将NAS消息容器中作为净荷的数据报文发送给本地IoT业务平台。作为一个例子，MEC设备可在建立IoT终端的上下文后，根据该IoT终端上下文，将NAS消息容器中作为净荷的数据报文，发送给本地IoT业务平台。

S304：MEC设备将该S1AP消息发送给核心网设备。

MEC设备通过上述方式将IoT终端发送的IoT业务数据报文分流到本地IoT业务平台后，本地IoT业务平台可根据该报文进行处理，并可进一步向该IoT终端返回数据报文，该数据报文可通过MEC设备发送给该IoT终端。该流程可如图5所示，具体可包括：

S501：MEC设备接收本地IoT业务平台发送给IoT终端的数据报文。其中，该数据报文中携带该IoT终端的IP地址。

S502：MEC设备根据该数据报文中携带的IoT终端的IP地址，查询NB-IoT终端标识以及地址信息之间的对应关系信息，得到该NB-IoT终端的标识。

该步骤中，如S303所述，MEC设备可为IoT终端创建上下文，该上下文中包括IoT终端的标识、该IoT终端的IP地址以及本地IoT业务IP地址。因此MEC设备可根据数据报文中携带的IoT终端的IP地址查询该终端上下文，以得到与该IoT终端的IP地址对应的IoT终端的标识。

S503：MEC设备根据该NB-IoT终端的IP地址以及本地IoT业务IP地址，将该数据报文封装为NAS消息容器，将该NAS消息容器封装于NAS PDU，并根据终端的标识，将该NAS PDU封装为S1AP消息并发送给该IoT终端的服务基站。

该步骤中，MEC设备可将该数据报文作为NAS消息容器的净荷、将本地IoT业务IP地址以及该NB-IoT终端的IP地址作为地址信息，生成NAS消息容器。其中，源地址为本地IoT业务IP地址，目的地址为该IoT终端的IP地址。MEC设备将该NAS消息容器以及NAS PDU头封装为NAS PDU。该NAS PDU的结构可如图3所示。进一步地，MEC设备根据该IoT终端的标识，将该NAS PDU封装为S1AP消息，并发送给该IoT终端的服务基站。

在一些实施例中，出于安全性的考虑，IoT终端与核心网之间的NAS协议会启动加密算法和/或完整性保护算法。

本申请实施例中，由于MEC设备需要解析NAS协议以及需要在NAS PDU中添加数据报文或提取数据报文，因此，IoT终端与核心网之间的NAS交互过程采用空计算，即加密算法采用EEA0(EPS Encryption Algorithm 0，EPS加密算法0)，完整性保护算法采用EIA0(EPSIntegrity Algorithm 0，EPS完整性保护算法0)。

其中，安全性在接入层(access stratum，AS)实现。

如果IoT终端与核心网之间的NAS协议启动了加密算法EEA0，则在S302中，MEC设备在监听到S1AP消息后，不进行解密处理。在S503中，MEC设备不对S1AP消息进行加密。

如果IoT终端与核心网之间的NAS协议启动了完整性保护算法EIA0，则在S302中，MEC设备在监听到S1AP消息后，不进行完整性保护验证。在S503中，MEC设备不对S1AP消息进行完整性保护。

通过以上描述可以看出，本申请实施例针对目前EC-IoT系统中无法实现MEC本地分流的问题，通过MEC设备监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息，并根据该S1AP消息中的NAS PDU是否包含NAS消息容器，来判断该S1AP消息中是否承载有需要本地IoT业务平台处理的数据报文，进而实现了本地分流。

在EC-IoT系统中实现IoT业务本地分流，可以实现更好的实时计算能力，能够满足诸如工业物联网、车联网等高时延的业务应用需求。相较传统IoT系统，采用本申请实施例可以提高安全性、降低系统拥塞和降低成本等。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种MEC设备，该设备可实现前述实施例描述的数据分流过程。

参见图6，为本申请实施例提供的MEC设备的结构示意图。该MEC设备可包括：监听模块601、判断模块602、分流模块603。

监听模块601用于监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息，所述S1AP消息承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NAS PDU。判断模块602用于判断所述NAS PDU中是否包含NAS消息容器。分流模块603用于在判断模块602判断为是时，获得所述NAS消息容器中包含的数据报文，并将所述数据报文发送给本地IoT业务服务器；否则，将所述S1AP消息发送给核心网设备。

可选地，上述MEC设备还可包括对应关系建立模块604。对应关系建立模块604用于在判断模块602判断所述NAS PDU中包含NAS消息容器的情况下，建立所述NB-IoT终端的标识以及所述NAS消息容器中的地址信息之间的对应关系。

可选地，所述NAS消息容器中的地址信息，包括：源IP地址和目的IP地址，所述源IP地址为所述NB-IoT终端的IP地址，所述目的IP地址为本地IoT业务IP地址。

可选地，上述MEC设备还可包括转发模块605。转发模块605用于：接收所述本地IoT业务服务器发送给所述NB-IoT终端的数据报文，所述数据报文中包括所述NB-IoT终端的IP地址；根据所述数据报文中包含的NB-IoT终端的IP地址，查询NB-IoT终端标识以及地址信息之间的对应关系信息，得到所述NB-IoT终端的标识；根据所述NB-IoT终端的IP地址以及所述本地IoT业务服务器的IP地址，将所述数据报文封装为NAS消息容器，将该NAS消息容器封装于NAS PDU，并根据所述IoT终端的标识，将该NAS PDU封装为S1AP消息，并将该S1AP消息发送给所述NB-IoT终端的服务基站。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种通信装置，该通信装置可实现前述实施例描述的数据分流功能。

参见图7，为本申请实施例提供的通信装置的结构示意图，如图所示，该通信装置可包括：处理器701、存储器702、收发机703以及总线接口。

处理器701负责管理总线架构和通常的处理，存储器702可以存储处理器701在执行操作时所使用的数据。收发机703用于在处理器701的控制下接收和发送数据。

总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器701代表的一个或多个处理器和存储器702代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如***设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。处理器701负责管理总线架构和通常的处理，存储器702可以存储处理器701在执行操作时所使用的数据。

本发明实施例揭示的流程，可以应用于处理器701中，或者由处理器701实现。在实现过程中，信号处理流程的各步骤可以通过处理器701中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。处理器701可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器702，处理器701读取存储器702中的信息，结合其硬件完成信号处理流程的步骤。

具体地，处理器701，用于读取存储器702中的程序并执行：监听基站与核心网设备之间交互的S1AP消息，所述S1AP消息承载有NB-IoT终端与核心网设备之间交互的NAS PDU；所述MEC设备判断所述NAS PDU中是否包含NAS消息容器；若包含，则获得所述NAS消息容器中包含的数据报文，并将所述数据报文发送给本地IoT业务服务器；否则，将所述S1AP消息发送给核心网设备。具体实现过程可参见前述实施例，在此不再重复。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行前述实施例所执行的流程。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。