CN105578491B - 一种4g用户信息与应用数据关联的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种4G用户信息与应用数据关联的方法，该方法应用于4G移动互联网中，该方法包括以下步骤：实时采集S1‑MME接口、S11接口、S1‑U接口的信令数据及应用数据；通过配置过滤条件，将所述信令数据和应用数据进行过滤；对所述S1‑U接口的应用数据进行解析，还原成有序的GTP‑U的应用数据流；对所述S11接口、S1‑MME接口的信令数据分别进行解码，提取字段信息组，生成CDR记录，并将所述CDR记录进行关联；将所述应用数据流与所述完整的CDR记录进行关联。本发明还提供了对应的装置。本发明具有用户信息提取准确、关联效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及4G(LTE)移动互联网通信技术技术领域，更具体地说，涉及一种4G用户信息与应用数据关联的方法及装置。
背景技术
在2G/3G移动互联网中，用户信息与应用数据的关联，通常是通过采集Gn接口的GTP-C(GPRS Tunnelling Protocol for the control plane，控制面的GTP隧道协议)与GTP-U(GPRS Tunnelling Protocol for User Plane，用户面的GTP隧道协议)协议数据，并对这些数据进行关键字段信息的提取，利用这两种协议数据中共同的Key键(TEID)进行关联来实现的，但由于用户信息只存在于GTP-C协议中的Create PDP context消息中，而Updata PDP context和Delete PDP context消息中并不携带用户信息，需进一步将这三种消息关联起来，回填完整用户信息后再与GTP-U的应用数据进行有效地关联，但信令在传输过程中稍纵即逝，这种单一接口的回填用户信息的方式，存在回填缺失的现象，这样导致部分应用数据不能有效地关联到用户信息，从而造成对用户的行为进行的溯源、用户的定位、精准营销等应用操作的失误。
当前的4G(LTE)移动互联网具有先进性、组网结构扁平化的特点，与2G/3G移动互联网核心网架构上存在很大的差异，显然应用于2G/3G移动互联网络中用户信息与应用数据之间的关联技术，并不能有效地应用于4G移动互联网网络中。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述2G/3G移动互联网络中用户信息与应用数据之间的关联技术不能有效地应用于4G移动互联网网络中，提供一种4G用户信息与应用数据关联的方法及装置。
本发明解决上述问题的技术方案是一种4G用户信息与应用数据关联的方法，该方法应用于4G移动互联网中，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、实时采集S1-MME接口、S11接口、S1-U接口的信令数据及应用数据；
S2、通过配置过滤条件，将所述信令数据及应用数据进行过滤，则所述信令数据及应用数据分流成GTP-U的应用数据、GTP-C的协议数据及S1-AP协议数据；
S3、对所述GTP-U的应用数据的IP包进行解析，还原成有序的GTP-U的应用数据流；
S4、对所述GTP-C的协议数据进行逐层解码，并提取第一字段信息组，生成S11接口的CDR记录；
S5、对所述S1-AP协议数据进行逐层解码，提取第二字段信息组，生成S1-MME接口的CDR记录；
S6、通过第一Key键和第二Key键将所述S11接口的CDR记录和所述S1-MME接口的CDR记录进行关联，并对用户信息没有提取到的CDR记录进行关联回填，形成一条用户信息的完整的CDR记录；
S7、通过第三Key键和第四Key键将所述GTP-U的应用数据流与所述完整的CDR记录进行关联。
在上述方法中，所述步骤S1可以通过电TAP方式采集所述信令数据及应用数据，也可以通过TAP分光的方式采集所述信令数据及应用数据。
在上述方法中，所述第一Key键为IMSI，第二Key键为开始时间，所述第三Key键为TEID，所述第四Key键为开始时间。
本发明还提供了一种4G用户信息与应用数据关联的装置，包括演进的无线接入基站、移动管理实体及服务网关，且所述服务网关通过S11接口、S1-U接口分别连接所述移动管理实体、所述演进的无线接入基站，所述演进的无线接入基站与所述移动管理实体通过S1-MME接口连接，其特征在于，该装置还包括汇聚分流设备、前端处理探针机群、关联回填服务器、采集设备，其中，采集设备位于S1-MME接口、S1-U接口、S11接口上，用于采集S1-MME接口、S1-U接口、S11接口的信令数据及应用数据；所述汇聚分流设备用于配置过滤条件，并根据该过滤条件，将分流所述信令数据及应用数据；所述前端处理探针机群与所述汇聚分流设备连接，包括前端处理S1-AP信令探针服务器和前端应用探针服务器，所述前端处理S1-AP信令探针服务器用于对GTP-C的协议数据进行逐层解码，并提取第一字段信息组，生成S11接口的CDR记录；所述前端应用探针服务器对S1-AP协议数据进行逐层解码，提取第二字段信息组，生成S1-MME接口的CDR记录；所述关联回填服务器与所述前端处理探针机群连接，用于对所述CDR记录进行关联，回填CDR记录中的用户信息，形成完整的用户信息，并将所述完整的用户信息与有序的应用数据流进行关联。
在上述的装置中，所述采集设备可以是电口TAP设备，也可以是光口TAP设备。
在上述的装置中，所述关联回填服务器通过第一KEY键和第二KEY键对所述CDR记录进行关联，并通过第三Key键和第四Key键对所述完整的用户信息与有序的应用数据流进行关联，其中，所述第一Key键为IMSI，第二Key键为开始时间，所述第三Key键为TEID，所述第四Key键为开始时间。
本发明的有益效果有：通过多接口、多协议中提取的用户信息与应用数据的关联技术，本发明具有用户信息提取准确、关联效率高的特点，适用于4G(LTE)移动互联网安全、LTE网络运维、4G用户定位、电信增值应用等方面。
附图说明
图1是本发明实施例的一种4G用户信息与应用数据关联的装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的一种4G用户信息与应用数据关联的方法流程图。
图3是图2的步骤S4中S11协议栈对GTP-C的协议数据的解码流程图。
图4是图3中GTP-C v2解码的流程图。
图5是图2的步骤S5中S1-MME接口的协议栈对S1-AP的协议数据的解码流程图。
图6是图5中的S1-AP解码的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明实施例的一种4G用户信息与应用数据关联的装置的结构示意图。该装置包括4G终端设备1、演进的无线接入基站2、移动管理实体3、服务网关4、分组数据网关5、IP服务网络6、汇聚分流设备7、归属用户服务器8、前端处理探针机群9、关联回填服务器10及采集设备14(图中未示出)。
其中，采集设备14位于S1-MME(Mobility Management Entity，移动管理实体)接口11、S1-U接口12、S11接口13上，可以是电口TAP(Test Access Point，分路器)设备，也可以是光口TAP设备。
4G终端设备1可以是4G手机、内嵌4G网卡的电脑、PDA(Personal DigitalAssistant，掌上电脑)等。
演进的无线接入基站2通过Ethernet网络通过S1-MME接口11、S1-U接口12分别与移动管理设备3、服务网关4进行连接。
移动管理实体3还通过S6a接口与归属用户服务器8进行连接，以及通过S11接口13与服务网关4进行连接。
服务网关4通过S11接口13、S1-U接口12分别连接移动管理实体3、演进的无线接入基站2，并且通过内部接口S5/S8连接分组数据网关5(图中未示出)。
分组数据网关5通过SGi接口与IP服务网络6进行连接。
汇聚分流设备7用于接收从S1-MME接口11、S11接口12、S1-U接口13采集过来的数据信息，并根据过滤条件，对该数据信息进行过滤，将数据信息形成不同的数据分流，将数据信息分发给前端处理探针机群9进行处理，其中过滤条件包括UDP(User DatagramProtocol，用户数据报协议)端口及IP地址的分流策略。
归属用户服务器8用于提供用户签约信息、用户位置等信息的查询、修改、取消等操作。
前端处理探针机群9，包括前端应用探针服务器和前端处理S1-AP(S1ApplicationProtocol)信令探针服务器(图中未示出)；分别与汇聚分流设备7、关联回填服务器10连接，用于接收汇聚分流设备7分发的信令数据及应用数据，提供信令及应用数据解析插件程序分别对GTP-C、GTP-U、S1-AP协议数据进行解码、提取字段信息，生成CDR记录及有序的应用数据流，并转发至关联回填服务器10。
关联回填服务器10用于接收前端处理探针机群9转发过来的CDR记录及有序的应用数据流，并对CDR记录进行关联，回填CDR记录中的用户信息，形成完整的用户信息，并将所述完整的用户信息与有序的应用数据流进行关联。
如图2所示，为本发明实施例的一种4G用户信息与应用数据关联的方法流程图，包括以下步骤：
S21：采集设备实时采集S1-MME、S1-U、S11接口的信令数据及应用数据；
在此步骤中，采集设备位于S1-MME、S1-U、S11接口上，根据接口物理链路的类型，可以通过电TAP方式进行采集，也可以通过TAP分光的方式进行采集。
S22：汇聚分流设备接收所述信令数据和应用数据，并通过配置过滤条件，将所述信令数据和应用数据进行过滤，所述信令数据和应用数据分流成S 1-U接口的GTP-U的应用数据、S11接口的GTP-C的协议数据及S1-MME接口的S1-AP协议数据；
在此步骤中，过滤条件为判断UDP Port，其中，UDP Port＝2123表示为S11接口的GTP-C的协议数据；UDP Port＝2152表示为S1-U接口的GTP-U的应用数据；UDP Port为其他端口表示为S1-MME接口的S1-AP协议数据。可以理解，当按照所述过滤条件进行过滤之后，形成了三个数据流，即完成数据分流，此数据分流的目的是为了确保后续步骤中的探针服务器处理不超过800Mbit/s～2Gbit/s的数据据流量，保证数据处理的准确性。
S23：前端应用控针服务器接收所述GTP-U的应用数据，并对该GTP-U的应用数据的IP包进行解析，还原成有序的GTP-U的应用数据流；
在此步骤中，在解析前该GTP-U的应用数据的IP包为无序的，且还原成有序的GTP-U的应用数据流之后，不需要进一步做应用数据行为的识别。
S24：前端处理S1-AP信令探针服务器接收所述GTP-C的协议数据，对所述GTP-C的协议数据进行逐层解码，并提取第一字段信息组，生成S 11接口的CDR记录；
在此步骤中，从不同的场景中提取字段信息，例如附着、去附着、服务请求、S1释放、跟踪区位置更新、切换、专用承载激活、专用承载去激活、承载修改、承载释放、PDN(Packet Data Network，分组数据网)连接建立等场景，另外，所述第一字段信息组包括IMSI(International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户识别码)、MSISDN(Mobile Subscriber International ISDN/PSTN Number，移动用户国际综合业务数字网的号码)、IMEI(International Mobile Equipment Identity，移动设备国际身份码)、用户位置、User-IP、开始时间。
S25：前端处理S1-AP信令探针服务器接收所述S1-AP协议数据，对所述S 1-AP协议数据进行逐层解码，提取第二字段信息组，生成S 1-MME接口的CDR记录；
在此步骤中，从不同的场景中提取字段信息，例如附着、去附着、服务请求、S1释放、跟踪区位置更新、切换、专用承载激活、专用承载去激活、承载修改、承载释放、PDN连接建立等场景，所述第二字段信息组包括用户信息、IMEI、MSISDN、用户位置、eNodeB的TEID(Tunnelling Endpoint Indentification，隧道端点标识符)、S-GW(Serving Gateway，服务网关)的TEID、USER-IP、开始时间，其中，MSISDN中包含S1-MME接口没有的字段信息，前期可填空，后期可回填上。
S26：关联回填服务器接收所述S11接口的CDR(Call Detail Record，呼叫详细记录)记录和所述S1-MME接口的CDR记录，通过第一Key键和第二Key键将所述S 11接口的CDR记录和所述S1-MME接口的CDR记录进行关联，并对用户信息没有提取到的CDR记录进行关联回填，形成一条完整的CDR记录；
在此步骤中，所述第一Key键为IMSI，第二Key键为开始时间，可以理解，所述完整的CDR记录包含完整的用户信息
S27：关联回填服务器接收所述GTP-U的应用数据，并通过第三Key键和第四Key键，将所述GTP-U的应用数据流与所述完整的CDR记录进行关联。
在此步骤中，所述第三Key键为TEID，所述第四Key键为开始时间。到此步骤，实现了4G用户信息与应用数据的有效关联。
如图3所示，为图2的步骤S4中S11协议栈对GTP-C的协议数据的解码流程图。参考图3，解码的顺序为：调用Ethernet II的协议解码；取出Ethernet II的净荷，调用IP解码；取出IP数据包的净荷，调用UDP解码；取出UDP的净荷，调用GTP-C v2解码。
如图4所示，为图3中GTP-C v2解码的流程图。包括以下步骤：
获取待解码消息的PDU长度和头指针；判断该消息是否有效；若有效则设置协议层次为GTP-C v2，并获取内存池；提取关键字段信息，并进行S 11接口消息之间的合成；填写解码结果及合成信息(生成CDR记录)；若消息无效及解码合成信息结束。
如图5所示，为图2的步骤S5中S1-MME接口的协议栈对S1-AP的协议数据的解码流程图。包括步骤有：根据协议栈的结构对数据包进行逐层解析，且解析的顺序依次为Ethernet协议、IP协议、SCTP协议和S1-AP协议的解码；判断该S1-AP消息中是否含有NASPDU单元，若有则调用NAS(Network Access Server，网络接入服务器)协议的解码。
如图6所示，为图5中的S1-AP解码的流程图。包括以下步骤：
获取待解码消息的PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)长度和头指针；判定信息是否有效；若消息有效则设置协议层次为S1-AP，并获取内存池；提取字段信息；调用S1接口合成模块进行合成(生成CDR记录)；根据S1-AP消息中判断是否含有NAS PDU，若不包含NAS PDU，解码结束；若有NASPDU，解码设置协议层次为NAS；根据第一个字节获取协议鉴别器和安全头类型判断是否为加密消息，其中，安全头为2或4时表示是加密消息；若为非加密消息首先通过消息号和偏移量获取对应的明文，再进行解码，填写NAS消息的类型，解码结束；若为加密消息则调用解密模块获取明文，再进行NAS字段信息的提取，字段信息提取完成后，调用S1接口的合成模块进行合成。
本发明通过多接口、多协议中提取的用户信息与应用数据的关联技术，具有用户信息提取准确、关联效率高的特点，适用于4G(LTE)移动互联网安全、LTE网络运维、4G用户定位、电信增值应用等方面。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种4G用户信息与应用数据关联的方法，该方法应用于4G移动互联网中，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、实时采集S1-MME接口、S11接口、S1-U接口的信令数据及应用数据；
S2、通过配置过滤条件，将所述信令数据及应用数据进行过滤，则所述信令数据及应用数据分流成GTP-U的应用数据、GTP-C的协议数据及S1-AP协议数据；过滤条件为判断UDPPort，其中，UDP Port＝2123表示为S11接口的GTP-C的协议数据；UDP Port＝2152表示为S1-U接口的GTP-U的应用数据；UDP Port为其他端口表示为S1-MME接口的S1-AP协议数据；
S3、对所述GTP-U的应用数据的IP包进行解析，还原成有序的GTP-U的应用数据流；
S4、对所述GTP-C的协议数据进行逐层解码，并提取第一字段信息组，生成S11接口的CDR记录；所述第一字段信息组包括IMSI、MSISDN、IMEI、用户位置、User-IP、开始时间；
S5、对所述S1-AP协议数据进行逐层解码，提取第二字段信息组，生成S1-MME接口的CDR记录；所述第二字段信息组包括用户信息、IMEI、MSISDN、用户位置、eNodeB的TEID、S-GW的TEID、USER-IP、开始时间；
S6、通过第一Key键和第二Key键将所述S11接口的CDR记录和所述S1-MME接口的CDR记录进行关联，并对用户信息没有提取到的CDR记录进行关联回填，形成一条用户信息的完整的CDR记录；
S7、通过第三Key键和第四Key键将所述GTP-U的应用数据流与所述完整的CDR记录进行关联；
所述第一Key键为IMSI，第二Key键为开始时间，所述第三Key键为TEID，所述第四Key键为开始时间。
2.根据权利要求1中所述的一种4G用户信息与应用数据关联的方法，其特征在于，所述步骤S1通过电TAP方式或TAP分光方式采集所述信令数据及应用数据。
3.一种4G用户信息与应用数据关联的装置，包括演进的无线接入基站、移动管理实体及服务网关，且所述服务网关通过S11接口、S1-U接口分别连接所述移动管理实体、所述演进的无线接入基站，所述演进的无线接入基站与所述移动管理实体通过S1-MME接口连接，其特征在于，该装置还包括汇聚分流设备、前端处理探针机群、关联回填服务器、采集设备，其中，采集设备位于S1-MME接口、S1-U接口、S11接口上，用于采集S1-MME接口、S1-U接口、S11接口的信令数据及应用数据；所述汇聚分流设备用于配置过滤条件，并根据该过滤条件，将分流所述信令数据及应用数据；所述前端处理探针机群与所述汇聚分流设备连接，包括前端处理S1-AP信令探针服务器和前端应用探针服务器，所述前端处理S1-AP信令探针服务器用于对GTP-C的协议数据进行逐层解码，并提取第一字段信息组，生成S11接口的CDR记录；所述前端应用探针服务器对S1-AP协议数据进行逐层解码，提取第二字段信息，生成S1-MME接口的CDR记录；所述关联回填服务器与所述前端处理探针机群连接，用于对所述CDR记录进行关联，回填CDR记录中的用户信息，形成完整的用户信息，并将所述完整的用户信息与有序的应用数据流进行关联；过滤条件为判断UDP Port，其中，UDP Port＝2123表示为S11接口的GTP-C的协议数据；UDP Port＝2152表示为S1-U接口的GTP-U的应用数据；UDPPort为其他端口表示为S1-MME接口的S1-AP协议数据；所述第一字段信息组包括IMSI、MSISDN、IMEI、用户位置、User-IP、开始时间；所述第二字段信息组包括用户信息、IMEI、MSISDN、用户位置、eNodeB的TEID、S-GW的TEID、USER-IP、开始时间；
所述关联回填服务器通过第一KEY键和第二KEY键对所述CDR记录进行关联，并通过第三Key键和第四Key键对所述完整的用户信息与有序的应用数据流进行关联，其中，所述第一Key键为IMSI，第二Key键为开始时间，所述第三Key键为TEID，所述第四Key键为开始时间。
4.根据权利要求3中所述的一种4G用户信息与应用数据关联的装置，其特征在于，所述采集设备为电口TAP设备或光口TAP设备。
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