一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，该系统采用中心主机HUB接入核心网GGSN发来手机上网3G/4G信令，分发给后端业务集群主机处理业务。HUB至少有一个，可以配置多个。所有HUB按相同规则连接后端业务主机。在HUB主机内，HUB主机资源有限，轻量化处理输入信令，减少深度解析信令，按信令中TE ID做哈希值划分，以将相同用户分发到相同的线程及其绑定的CPU核处理，以减少线程、内存切换开销。同样按哈希值映射到后端信令分发网卡，而HUB的分发网卡与后端集群后端业务主机接受网卡点对点一一连接。这样每台业务主机处理TE ID做哈希值划分的用户集合，相同用户的信令会被分发到同一业务主机。HUB主机和业务主机之间，用改造后的内部总线通讯。

A Signaling Cluster Processing and Optimizing System for 3G and 4G Mobile Networking

The invention discloses a trunking processing optimization system for 3G and 4G mobile Internet signaling. The system uses central host HUB to access core network GGSN to send 3G/4G signaling for mobile Internet access and distribute it to back-end business cluster host for processing business. HUB has at least one and can be configured with more than one. All HUBs connect back-end business hosts according to the same rules. In the HUB host, the resource of the HUB host is limited, the input signaling is processed lightly, the deep parsing signaling is reduced, and the hash value is divided according to the TE ID in the signaling to distribute the same user to the same thread and its bound CPU core processing, so as to reduce the overhead of thread and memory switching. The distribution network card of HUB is also mapped to the back-end signaling distribution network card according to the hash value, while the distribution network card of HUB and the back-end cluster service host accept the network card point-to-point connection. In this way, each business host processes the set of users whose TE ID is hashed, and the signaling of the same user is distributed to the same business host. HUB mainframe and business mainframe communicate with the modified internal bus.

【技术实现步骤摘要】
一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统
本专利技术涉及数据通信
，尤其涉及一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统。
技术介绍
在3G、4G的网络构架中，手机用户通过3G/4G无线数据通道上网过程中，所有用户的上线、离线、所在基站切换的信令都需要经过GGSN网络。在移动运营商的GGSN网元，用光分多路装置复制分出多路信令数据给第三方应用，应用方可以实现多种增值功能，例如：基于这些信令数据，开发网络质量检测、用户上网行为分析等应用功能。这些光信号中包含了千万级用户的上线、离线、位置更新3G\4G命令信令(GTPC)、上网数据信令(GTPU)。具体从协议来讲，是3G\4G创建会话、更新会话、删除会话、传送上网数据等承载信令，由于信令、的数量是巨量的，特别是用户上网数据信令更是海量，单机无法处理，需要多台主机集群构架才能处理。针对上述问题目前的解决方案中，最常用的有两种方案：方案一是将多路命令信令(GTPC)、上网数据信令(GTPU)等3G/4G信令接入到一个集中处理的高性能中央主机(HUB)，然后由这台主机将分发到后端的集群各主机。所有信令由一台中心HUB主机接入，为了能分析每个用户的位置、上网相关的信令，而命令信令和上网信令都是上下文相关的，如果简单的将命令信令(GTPC)、上网数据信令(GTPC)分发到集群主机。方案二是将多路命令信令(GTPC)、上网数据信令(GTPU)等3G/4G信令接入到集群各业务主机，再配置一台中心主机(HUB)。各业务主机收到3G/4G命令信令后，转发给HUB主机，HUB主机广播给集群内各主机，每个主机处理所有用户信令的副本，建立用户上下文，并处理接受导的信令数据。但是现有方案一中，所有信令由一台中心HUB主机接入，可以全量地将信令广播给集群内各主机，每台主机上处理所有用户的命令信令数据。这对CPU、内存资源消耗很大，很多台机器在做同样的重复工作。HUB也可以按一定的路由原则分发给集群各主机。HUB主机要对所有信令深度解码，要维护所有用户上下文，对每条注入信令均要做维护上下文、路由分发工作，集群各分机均要求对分发到信令做3G/4G协议编解码工作。方案二中，所有集群分机收到用户的命令信令要先发送给HUB，再由HUB给各主机。每台集群主机上处理所有用户的命令信令数据，维护所有用户上下文。这对CPU、内存资源消耗很大，很多台机器需要解析处理所有用户的命令信令，在做同样的重复工作。各集群分机通知HUB、以及HUB广播消息量通信量巨大，特别是内存属于重复冗余投资。用户数据被接入到不同主机，即便同一用户的上网数据信令可能分发给不同业务主机，处理的结果必须汇聚方能使用，增加数据管理难度和性能开销。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，接收用户手机端通过核心网发出的3G、4G信令的输入端；接收所述输入端传送的3G、4G信令的HUB主机，其中3G、4G信令包括命令信令和上网数据信令，其中所述HUB主机将上网数据信令不做理解只提取上网数据GTPU的TEID字段后直接传送出去，所述HUB主机将命令信令转为自定义PDU格式再发送；所述HUB主机将接收到的3G、4G信令中TEID字段进行哈希值划分：用户划分时将相同用户分发到相同的线程或同一个CPU核处理，将相同哈希值的业务信令发送至固定的CPU核和线程处理，按信令中TEID哈希值映射将信令提交给指定网卡进行分发；接收所述HUB主机传送的命令信号的集群处理主机，所述集群处理主机的业务主机接受网卡与HUB主机的分发网卡点对点一一连接。所述HUB主机与其内部的业务主机采用内部设置的总线数据通讯，所述HUB主机将3G/4G标准GTPC转化为PDU模式的数据后再分发，其中3G/4G命令信令用内部PDU协议数据单元承载，3G/4G数据信令采用3G/4G协议信令承载。所述HUB主机对接收到的3G、4G信令，在TCP/IP更低层的MAC网络层次重新定义协议格式，其中对于3G/4G上网数据信令在Ethernet层,设定标准协议共14字节，其中目的地址字段头两个字节自定义为0xFE0xFE，HUB主机在向集群处理主机发送上网数据信令时改写Ethernet层,目的地址的头两个字节用0xFE0xFE填充；其中对于3G/4G命令信令在Ethernet层,设定标准协议共14字节，其中协议类型第13、14字段自定义为0xFF0xFF。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，本系统接入省级运营商所有用户3G、4G用户上线、位置更新、离线的命令信令，以及上网信令，采用集中式主机HUB接入所有信令，按信令中TEID或者号码号段划分用户原则，分发给集群后端若干业务主机。本系统提升HUB主机核心网接入处理性能；提升HUB主机分发信令性能、提高HUB主机上下文处理效率、提高集群业务主机处理用户信令的性能和效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：如图1所示的一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，包括输入端、述HUB主机和集群处理主机。由于HUB主机资源有限，必须轻量化处理输入信令，尽可能减少深度解析信令，将相同用户的信令分发到同一的线程和核处理，减少线程、内存切换开销。同理，集群内各主机业务处理量很大，也要求轻量化处理输入信令，部分必须在HUB深度解析的信令，直接转化为内部PDU数据分发给集群主机，这样集群主机可以减少解析信令这个环节，降低系统负荷。HUB主机将同一用户的相关信令分配到同一线程处理，而这个线程需要绑定到一个CPU核，以提高性能。命令信令(GTPC)、上网数据信令(GTPU)接入到中央主机(HUB)时，必须全部解析这些信令以建立用户上下文，而解析这些信令需要耗费大量CPU资源。如果在分发信令时直接透传转发，集群主机上将再解析一次分发到的信令，同样要耗费大量资源，增加系统的投资。从性能考虑，CPU和的缓存是物理地址相关的，当核心网输入多路3G\4G用户上网信令时，命令信令、数据信令不一定从同一路，即同一网卡输入，需要用特定的CPU核绑定输入网络处理。同样对于分发到集群主机的网卡，也需要对网卡指定专门的CPU核进行处理。提高系统吞吐量。HUB主机将命令信令(GTPC)、上网数据信令(GTPU)分发给集群主机。由于业务需要，HUB主机必须解析命令信令(GTPC),如果透传转发GTPC给集群主机，集群内各主机必须重新解析命令信令(GTPC)，解析信令需要较多CPU开销，这对系统资源来讲是一种浪费。我们设计，HUB将3G/4G标准GTPC转化为PDU(ProtocolDataUnit，协议数据单元)模式的数据后分发，读取效率非常高。各集群主机直接读取PDU结构，获取用户上线、离线、位置变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，其特征在于包括：接收用户手机端通过核心网发出的3G、4G信令的输入端；接收所述输入端传送的3G、4G信令的HUB主机，其中3G、4G信令包括命令信令和上网数据信令，其中所述HUB主机将上网数据信令不做理解只提取上网数据GTPU的TE ID字段后直接传送出去，所述HUB主机将命令信令转为自定义PDU格式再发送；所述HUB主机将接收到的3G、4G信令中TE ID字段进行哈希值划分：用户划分时将相同用户分发到相同的线程或同一个CPU核处理，将相同哈希值的业务信令发送至固定的CPU核和线程处理，按信令中TE ID哈希值映射将信令提交给指定网卡进行分发；接收所述HUB主机传送的命令信号的集群处理主机，所述集群处理主机的业务主机接受网卡与HUB主机的分发网卡点对点一一连接。

【技术特征摘要】
1.一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，其特征在于包括：接收用户手机端通过核心网发出的3G、4G信令的输入端；接收所述输入端传送的3G、4G信令的HUB主机，其中3G、4G信令包括命令信令和上网数据信令，其中所述HUB主机将上网数据信令不做理解只提取上网数据GTPU的TEID字段后直接传送出去，所述HUB主机将命令信令转为自定义PDU格式再发送；所述HUB主机将接收到的3G、4G信令中TEID字段进行哈希值划分：用户划分时将相同用户分发到相同的线程或同一个CPU核处理，将相同哈希值的业务信令发送至固定的CPU核和线程处理，按信令中TEID哈希值映射将信令提交给指定网卡进行分发；接收所述HUB主机传送的命令信号的集群处理主机，所述集群处理主机的业务主机接受网卡与HUB主机的分发网卡点对点一一连接。2.根据权利要求1所述的一种3G、4G手机上网信令集群处理优化系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：查峰，
申请(专利权)人：南京安讯科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32