核心網中集成多媒體調度臺的設計與實現

馬婷，陳芳

1 引言

傳統的專業集群通訊往往局限于語音通信，已不能完全滿足各行各業對于數據、視頻等大寬帶的需求。由于LTE具有高速率、廣覆蓋、低時延、并發多、高穩定、快速移動等特性，基于LTE的寬帶應急通信將逐漸成為產業發展的共識。

目前LTE應急通信市場大多數方案都是采用公網的LTE基站（Building Base Band Unit、Radio Remote Unit）、小型核心網、第三方多媒體調度臺、天線等設備集成。這種解決方案各個設備自成一體，保守估計至少有5種以上設備，集成難度大。而應急通信系統體積過大，難以在災害發生的第一時間開赴救災現場。因此，如何在保障功能完備的情況下集成通信設備，縮小體積，減輕質量，這是應急通信發展的一個方向。

2 集成通信系統總體架構

傳統的通信系統包括終端、基站、核心網以及調度臺等多種設備，設備多，體積龐大，不利于運輸。為了降低成本，減少設備數量，本文介紹了一種集成通信系統，即將核心網與調度臺集成在同一個Linux服務器上。兩者通過虛擬網卡TUN進行通信，具體系統總體架構如圖1所示：

圖1 集成通信系統總體架構

3 集成方案原理

如圖2所示，通過創建一個虛擬網卡設備TUN作為核心網與多媒體調度臺的通信接口，使得核心網系統和調度臺系統集成在一臺Linux服務器上，即為EPC系統中集成多媒體調度臺設計方案。

3.1 虛擬網卡設備的創建

虛擬網卡設備是一種工作在IP層的TUN虛擬設備。該虛擬設備作為用戶空間和內核空間交換數據的接口，在數據交互時用戶不需要關心MAC地址的處理。

虛擬網卡設備初始化的具體操作：通過open（“/dev/net/tun”，O_RDWR）打開/dev/net/tun字符設備，然后設置網絡設備的屬性為（IFF_TUN|IFF_NO_PI），利用ioctl的TUNSETIFF命令創建或打開一個點對點的虛擬網絡設備，命名為tunX并關聯到打開的字符設備。

虛擬網卡設備IP地址設置的具體操作：通過網絡套接字的方式利用ioctl的SIOCSIFADDR命令和SIOCSIFNETMASK來為虛擬網卡設備tunX設置IP地址。

3.2 核心網與調度臺通信

通過虛擬網卡設備實現數據的發送，即使用write()系統調用向tun設備的字符設備文件寫入數據，將數據從用戶空間傳送到內核空間處理。

通過虛擬網卡設備實現數據的接收，即使用read()系統調用從tun設備的字符設備文件讀取數據，將數據從內核空間傳送到用戶空間供用戶程序使用。

4 集成方案的實現步驟

技術方案的實現包含如下步驟：

圖2 集成方案原理框圖

（1）在EPC應用程序啟動初始化處理中，增加對虛擬字符設備的初始化，同時為虛擬網卡設備tunX設置IP地址。以socket的方式利用ioctl的SIOCADDRT命令為多媒體調度臺設置一條到達終端UE網絡的路由（應設置這樣一條回程路由：目的網段為終端網段的數據包，下一跳應交給tunX處理）。

（2）將EPC應用程序中原來通過物理鏈路將數據包發往多媒體調度臺的接口，修改為通過字符設備來實現數據的發送。即通過Write系統命令將數據寫入字符設備并最終發送到虛擬設備tunX。該數據來自UE，經由eNodeB后通過網口傳遞給EPC程序，由EPC去掉GTPU頭后形成。

（3）將EPC應用程序中原來通過物理鏈路收取來自多媒體調度臺的接口，修改為通過字符設備實現數據的接收。即通過Read系統命令從虛擬設備tunX中接收來自調度臺程序的數據，由EPC程序將數據進行GTPU封裝后經由eNodeB發給UE。

（4）將多媒體調度臺應用程序安裝在EPC應用程序所在的主機上，其與核心網通信的接口設置為tunX。

（5）設置系統自啟動腳本，將調度臺程序的啟動順序置于EPC程序啟動之后，使得調度臺程序的通信接口能夠正確綁定在tunX上。

5 結束語

本文通過將點對點設備TUN作為EPC系統和多媒體調度臺的交互接口，使核心網中集成了多媒體調度臺，實現了調度臺與核心網在同一個Linux服務器上運行。這樣能有效地減小應急通信設備的體積和質量，使設備便于攜帶，降低了應急難度，為應急通信帶來了便利。此系統在公司已有成熟產品，正逐步在應急搶險中發揮重大作用。由于核心網與調度臺在同一服務器上，共享有限的硬件資源，因此對于大量終端的應用場景是存在局限性的。后期可以使用性能更為強大的硬件設備來作為兩者的服務器，從而減少硬件資源帶來的缺陷。

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