分组过滤器方案设计探索

0引言

TD－LTE（时分－长期演进）是一个无线移动通信系统演进计划，其系统设计目标是3G的主流演进方向。LTE／SAE（长期演进／系统架构演进）系统开始采用由网络控制承载QoS（服务质量）的原则，即网络为UE（用户设备）指定QoS和分配资源，UE只能接受或拒绝，并将具有相同QoS的用户业务数据进行聚合传输，来进一步提升系统资源的使用效率。在LTE／SAE系统中，这些具有相同QoS的业务数据会被聚合映射到同一个EPS（演进型分组系统）承载上进行传输［1］。本文对EPS承载、TFT（传输流模板）以及PF（分组过滤器）技术做了介绍，并分析了目前PF的存储方案，针对其存储方案的不足，提出了一种新的PF存储和匹配方案。

1基于QoS保证的EPS承载

在EPS系统中，QoS的控制基本粒度是承载，即同一承载上的所有业务数据流将获得同样的QoS保障，不同承载类型提供不同的QoS保障［2－7］。一个EPS承载是UE与PDNGW（分组数据网关）之间的一条逻辑电路，EPS系统中有默认承载和专用承载，默认承载在建立时不分配TFT，专用承载在UE关联了一个上行TFT，在PDNGW关联了一个下行TFT，TFT中包含业务数据包过滤器PF。TFT中的每个PF对应一个EPS承载，通过与承载对应的PF，将PDN下的SDF（业务数据流）进行分类并分发到不同的EPS承载上传输。EPS承载中的TFT含有EPS承载关联的全部PF，每个PF在对应的承载中都有唯一的过滤器标识，SDF映射到TFT中的PF，在对应承载上传送［3］。在同一个PDN连接上，不同QoS要求IP分组数据包通过TFT来区分在哪一承载上传输，具体由TFT中的PF实现［5］。一个TFT由一个或多个下行PF或是0个及多个上行PF组成。每个PF可由对应承载中唯一的PFID标识，同时PF中含有在同一PDN连接上同一方向（上行或下行）唯一的优先级索引EPI（EPS承载索引）。优先级取值范围为0（优先级最高）～255（优先级最低）。通过EPI可将所有PF与EPS承载相互映射，每个EPS承载有对应的承载信息，每个TFT最多含有16个PF。一个PDN连接上存在多个PF，要基于优先级与IP数据包匹配。如果PF中的成元素与IP数据包相应信息字段匹配，该IP数包就可以在对应的承载上传输。

2新的PF存储和匹配方案的实现

2．1现有PF存储和匹配技术

IP数据包需与TFT中的PF匹配才能在对的承载上传送［4］。从网络端发过来的TFT先存在终端，当有IP数据包要发送时，就将从IP数据中提取出来的信息字段与保存在终端的PF匹PF匹配时按照优先级从高到低的顺序依次与IP据包匹配。同时，保存在本地的PF也会发生变会有PF添加、修改和删除等操作。因此PF的存方式对PF的操作和匹配有重要的影响［6］。目前PF的存储方案主要是开辟256块连续内存空间，将PF按照优先级存储在其中。如果IP数据包要传送，就按照PF优先级逐个进行匹此方案存在的问题是如果进行PF的添加、删除改等操作，整个PF存储空间可能都要进行调整作会比较复杂。而且PF和TFT以及EPS承载间没有明确的对应关系，不便于操作。

2．2新的PF存储和匹配技术

2．2．1PF的存储有别于现有的方案，新方案不再开辟完整的256块结构体数组内存空间，而是将每一承载对应的PF存储在各自的承载信息中。存储时无需按照优先级，而是根据承载ID号和PF标识ID号将PF存储在各承载信息的TFT中已经开辟好的16个PF存储空间中。每个专用承载都有一个对应的TFT。每一TFT都存在一个或多个（最多16个）PF，每个PF在对应的TFT中被唯一标识。在承载信息中为TFT开辟拥有16个PF的存储空间。当网络端有TFT传送过来时，就将PF按照唯一的PF标识存储在已经开辟好的承载信息中，如图1所示。2．2．2PF优先级信息表当有IP数据包要发送时，首先要进行TFT匹配，即进行PF筛选，将数据包放在相应的承载上进行传送。在同一个PDN连接上，每个PF有一个网络端分配的唯一的PF优先级。IP数据包匹配时，从优先级高的PF依次进行匹配，匹配成功就把IP数据包放在对应的承载上进行传送。因为在建立TFT时，PF是存储在各个承载信息中的，并没有按照优先级进行存储，所以从每个承载信息中读出PF按照优先级进行匹配是比较困难的。为解决这一问题，本文提出一种基于PF优先级的PF信息表解决方案。PF信息表由256块连续的内存空间组成，每一块空间具有相同的元素，对应一个固定的优先级。PF信息表中每块空间的元素为PF状态标识flag、PF优先级PF＿EPI、PF承载标识PF＿BEARER＿ID和PF标识PF＿ID。如图2所示。PF信息表按照PF优先级从高到低依次排列。PF的flag用于标识对应这一优先级的PF在承载中是否存在。PF＿BEARER＿ID和PF＿ID用于标识这一PF优先级对应的承载和PF。PF信息表中各项可能不连续，如果对应PF信息表中PF优先级的PF存在，就将该项的flag置1，否则置0。TFT的创建、修改和删除等操作都按各自的承载信息进行，结果要反应在PF信息表中。PF优先级由PDN－GW进行分配，每个PF的优先级都不相同，在PF信息表中PF优先级唯一标识了每个PF。根据PF＿BEARER＿ID和PF＿ID就可以在对应的承载中找到确定的PF，从而读取其中的详细信息。图3所示为PF信息表与承载、TFT的对应关系。2．2．3TFT各操作和PF信息表的创建与更新在网络端发起专用承载激活和EPS承载修改过程中有TFT的创建和修改操作，创建TFT需要将TFT中的PF按照PF＿ID保存在承载信息中；TFT修改操作包括PF删除、添加和替换。替换过程可以分解为单一PF的删除操作和添加操作的组合。下面结合TFT的创建和修改过程了解PF的保存和PF信息表的更新。TFT创建过程如下：（1）UE收到网络端发送来的专用承载激活请求消息后，将其中TFT保存在自己的承载信息中，将PF放在固定的存储空间中。（2）发送PF信息给PF信息表，包括PF＿EPI、PF＿BEARER＿ID和PF＿ID。（3）在PF信息表中，将对应PF优先级的存储空间中的flag置1，并将PF＿BEARER＿ID和PF＿ID写入。TFT的PF替换过程如下：（1）终端UE收到网络端发送来的承载修改请求消息。（2）终端根据网络端发送来的PF＿ID标识，将承载信息中之前保存的相同PF＿ID的PF信息删除，并发送PF删除信息给PF信息表，此消息中含有要删除的PF优先级。（3）在PF信息表中，将对应PF优先级的flag置0，并将新的PF保存在承载信息对应的位置上。（4）发送PF信息给PF信息表，包括PF＿EPI、PF＿BEARER＿ID和PF＿ID。（5）在PF信息表中，将对应PF优先级的存储空间中的flag置1，并将PF＿BEARER＿ID和PF＿ID写入。2．2．4IP数据包的匹配过程当用户端的应用程序有IP数据包要发送时，先要与UE保存的PF匹配。IP数据包的匹配过程如图4所示。由图可以看到，本文提出的IP数据包的匹配方法非常直观，便于操作。2．3新方案的改进点现有存储方案的缺点是操作复杂，主要体现在时间消耗上。用Matlab软件对现有存储方案和新的存储方案进行仿真，可得到重新添加一个PF所需的平均时间，如图5所示。结合图5和TFT的创建和修改以及IP数据包的匹配过程，可以看到新方案的优点如下：（1）将PF按照不同承载进行存储，使得PF与承载和TFT的对应关系更加清晰。EPS系统中的各项操作都是基于承载进行的，PF存储在承载信息中，TFT的创建和修改操作更加简单明了，只需在各自的TFT中进行修改即可，其他承载的PF不需要进行变动。（2）基于PF优先级的PF信息表通过承载标识和PF标识，将PF优先级EPI快速定位到PF信息的位置，进行IP数据包匹配。通过承载ID和PFID标识PF，操作更加方便。这一方案可以满足后续PF匹配的优化。

3结束语

本文给出了一种PF的储存和匹配方法，使得PF的存储更加方便、直观，同时也使得IP数据包的匹配简单有效。本文只是初步实现了基于PF优先级的IP数据包匹配，如何提高IP数据包的匹配效率还需进一步深入的研究。

作者：张德民 聂文霞 闫文明 单位：重庆邮电大学 重庆市移动通信技术重点实验室