CN111200812A - 一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法 - Google Patents

一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，采用了NFs本地缓存NRF发现结果的参考因素和使用缓存映射表映射对端NF的位置和状态信息的方式，避免了NFs重复查询NRF，提高了NFs互相发现的效率，以及提供了一种根据网络部署需要，动态修改NFs上配置文件的方式，让网络管理员使用最少代价更改某一NF缓存的参考因素。

Description

一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法。
背景技术
在5G核心网(简称：5GC)基于服务架构SBA中，网元功能细分，演变出更多的网络功能实体NFs，NFs之间如果需要互相通信，首先需要经过互相发现和选择过程。在3GPP协议TS23501-g30的R15和R16版本中定义，NFs互相发现的方法有本地获得和向NRF发现两种(简称：本地获得和NRF发现)。在两种发现方式中，本地获得通常采用静态配置文件写入对端NF地址信息方式。如果采用NRF发现方式，通过NRF发现需要根据不同NF类型采用不同参考因素Factors(如DNN、S-NSSAI等)，这会导致每次发现的参考因素相同时，多次重复访问同一个NF，导致网络资源浪费和网络效率下降。表1列出了部分在TS23501-g30协议中发现某些NF对应的可选Factors(具体Factors使用由运营商策略和网络部署方式决定)。
AMF SMF AUSF UPF
S-NSSAI DNN PLMN DNN
AMF Region ID S-NSSAI Routing Indicator S-NSSAI
AMF Set ID NSI-ID Group ID SSC mode
PLMN Access Type SUPI PDU Session Type
表1
在目前提交的各种5GC网络有关NFs互相发现内容的相关专利方案中，例如中国专利申请公开号为CN109803242A的“通过NRF进行NF发现的方法、设备及可读存储介质”，中国专利申请公开号为CN109417492A的“一种网络功能NF管理方法及NF管理设备”，中国专利申请公开号为CN109391592A的“网络功能服务的发现方法及设备”，均无加速NFs互相发现的内容。
NFs互相发现方式，3GPP协议给出了两种方式(本地获得和NRF发现)和 NFs互相选择的Factors，实际采用哪些Factors取决于网络需要。其中本地获得采用静态配置文件的方式，这种方式网络灵活度差，一旦其他NFs位置信息更改，都要更改配置文件，也获取不到漫游NFs的位置信息。而NRF发现的方式会造成重复访问(如AMF多次发现同一个SMF)导致网络资源浪费和网络效率下降，虽然NFs可以缓存NRF查询结果以待下次发现，但是目前为止，暂无一种公开的缓存方法和算法。即使NFs本地缓存了NRF发现结果，但是没有对应的Factors与发现结果对应，和网络管理员不可配置NFs中缓存的 Factors类型，一旦网络部署更改，却不能动态调整Factors，网络模式将僵化，无法优化发现策略和NFs处理效率。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术问题，本发明的目的是主要为了解决NFs互相发现时，重复访问NRF造成网络通信效率下降问题，加速NFs互相发现流程。同时本发明提高了NFs互相发现的灵活度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，包括以下步骤：
步骤S1、当NF需要和对端NF通信时，所述NF对触发该通信过程的消息解码出数据或者从NF存储数据中，获得对端NF的类型和参考因素；
步骤S2、所述NF从自身缓存中获得由网络管理员配置的策略配置文件生成的对端NF的类型和初始化阶段生成的键值模板；
步骤S3、判断对端NF的类型是否存在于步骤S2的自身缓存中，如果存在，把缓存映射表中对应的键值模板和参考因素组合生成缓存映射表的键值，转至步骤S4；否则转至步骤S5；
步骤S4、判断键值在缓存映射表中是否有映射值，如果有，则直接取得映射值与对端NF进行通信，否则转至步骤S5；
步骤S5、所述NF向NRF发出对端NF发现请求，NRF根据NF的请求，返回对端NF的位置和状态信息，使用NRF返回结果直接和对端NF进行通信。
进一步的，所述的步骤S5中还包括根据NRF返回的结果更新缓存映射表的步骤。
进一步的，所述的更新缓存映射表的步骤为：当NF收到NRF返回的对端 NF位置和状态的信息时，首先对信息进行解码，然后根据解码后的参考因素和缓存中的键值模板生成键值，并将生成的键值更新到缓存映射表中。
进一步的，初始化阶段生成键值模板的步骤包括：
步骤S201、从策略配置文件中读入网络管理员配置的每条缓存策略，在每条缓存策略中包含每个NF的类型和对应的参考因素；
步骤S202、在缓存中生成一个策略表；
步骤S203、根据策略表中的NFs类型和对应参考因素，在缓存中生成键值模板。
进一步的，所述的生成缓存映射表的键值包括：
在生成键值模板过程中，把参考因素通过编程语言接口对占位符进行替代，生成了缓存映射表中唯一键值。
进一步的，所述的映射值为对端NF的IP地址或者全限定域名。
本发明的有益效果在于：
1.使用NFs本地缓存哈希地址映射表的方式，提高NFs互相发现的效率，避免重复访问NRF，造成网络速率下降。
2.使用NFs互相发现参考因素和对端NFs地址信息构建哈希地址映射表，有效管理参考因素和对端NFs地址信息的对应关系。
3.使用生成键值模板和哈希映射表等算法，保证本地缓存程序的处理效率和轻量化。其中根据参考因素生成的唯一键值存储在哈希地址映射表中，有效管理了存储的内容，不至于存储大量参考因素。
4.提供配置文件，让网络管理员选择本地缓存NF类型和参考因素，能让网络管理员优化NFs相互发现效率。
附图说明
图1为本发明的加速5G核心网中NFs互相发现的流程图；
图2为本发明的生成缓存映射表键值Kp(m)的流程图；
图3为缓存地址哈希映射表示意图；
图4为更新缓存地址哈希映射表的流程图；
图5多UE和多SMF场景网络拓扑图；
图6为实施例一的多UE和多SMF场景通信流程图；
图7为实施例一的多UE多SMF更新缓存地址哈希映射表的流程图。
具体实施例
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
本发明采用了NFs本地缓存NRF(网络资源管理功能实体)发现结果的 Factors和使用哈希地址映射表(也称缓存映射表)H(addr)Table映射对端NFs 地址信息的方式，避免了NFs重复查询NRF，提高了NFs互相发现的效率，以及提供了一种根据网络部署需要，动态修改NFs上配置文件的方式，让网络管理员使用最少代价更改某一NF缓存的Factors。
本发明的一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1、当NF需要和对端NF通信时，所述NF对触发该通信过程的消息解码出数据或者从NF存储数据中，获得对端NF的类型和参考因素Factors。
步骤S2、所述NF从自身缓存中获得由网络管理员配置的策略配置文件生成的对端NF的类型和初始化阶段生成的键值模板Ktmpl(m)；
结合图2详细说明初始化阶段键值模板Ktmpl(m)的生成方法，具体为：
步骤S201、从策略配置文件PNFDoc中读入网络管理员配置的每条缓存策略 PNF(m)，在每条缓存策略中包含每个NF的类型和对应参考因素Factors；
步骤S202、在缓存中生成一个策略表PNFTable；
步骤S203、根据策略表PNFTable中的NFs类型和对应参考因素Factors，在缓存中生成键值模板Ktmpl(m)。
在此过程的字符识别和处理效率虽然不高，由于一般配置的策略数量少(NFs类型不多)，以及该生成键值模板Ktmpl(m)的过程只在初始化时发生，在后续不再重复该过程。
步骤S3、判断对端NF的类型是否存在于步骤S2的自身缓存中，如果存在，把自身缓存中对应的键值模板Ktmpl(m)和参考因素Factors组合成缓存映射表的键值Kp(m)，转至步骤S4；否则转至步骤S5。
在生成Ktmpl(m)过程中，把参考因素Factors通过编程语言接口对占位符进行替代，生成了缓存映射表H(addr)Table中唯一键值Kp(m)。
在Ktmpl(m)中“％s”代表字符串占位符，在生成Ktmpl(m)过程，会把Factors 通过编程语言接口对占位符进行替代，生成了缓存映射表H(addr)Table中唯一键值Kp(m)。如果某个Factors值为空，则赋空值“null”。在策略配置文件 PNFDoc中，缓存策略PNF(m)规定了放进缓存的NF类型和生成键值模板Ktmpl(m)的格式，可以根据网络管理员的优化策略，动态更改PNFDoc。采用此算法的目的是处理过程简单，使用语言自带接口效率高，以及让网络管理员能根据网络需求优化缓存加速策略。
步骤S4、判断键值Kp(m)在缓存映射表H(addr)Table中是否有映射值，如果键值Kp(m)在缓存映射表H(addr)Table中有映射值，则直接取得映射值和对端NF 进行通信，否则转至步骤S5。
所述的映射值为对端NF的IP地址或者全限定域名(FQDN)。获得Kp(m) 后，进入H(addr)Table找到对端NFs的IP地址或者全限定域名。图3为缓存映射表H(addr)Table，在缓存映射表中一个Kp(m)唯一对应一个NF的IP地址或者全限定域名(FQDN)，如果Kp(m)在H(addr)Table中有映射值，即可直接使用映射值和对端NF通信，跳过了NRF发现过程。如果Kp(m)不存在映射值，则向NRF 发出发现对端NF的请求。
步骤S5、所述NF向NRF发出对端NF发现请求，NRF根据NF的请求，返回对端NF的位置和状态信息，使用NRF返回结果直接和对端NF进行通信。
优选的，在步骤S5之后，还包括根据NRF返回的结果更新缓存映射表的步骤，如图4所示，具体为：
当NF收到NRF返回的对端NF位置和状态的信息时，首先对信息进行解码，然后根据解码后的参考因素Factors和缓存中的键值模板Ktmpl(m)生成键值 Kp(m)，并更新缓存映射表H(addr)Table。
下面使用一个多UE和多SMF场景为例展示本发明的方法的应用场景。
图5为当前例子的网络拓扑图，其中一些不在实例中用到的NFs已在图中省略。
图6为当前实例的网络通信流程图，在图6中显示的是两个UE(UE1和UE2)分别向AMF发出PDU Session建立请求。UE1开始向AMF发出建立PDU Session请求时，AMF根据网络管理员配置策略，在H(addr)Table中未发现 Factors对应的SMF位置信息，此时AMF会向NRF提出发现请求，NRF会把发现的SMF_1位置信息返回给AMF，AMF此时会把获得的SMF_1和对应Factors 生成的Kp(m)和SMF_1位置信息记录进H(addr)Table，并向SMF_1请求建立PDUSession。
当UE2发出PDU Session建立请求时，UE2中携带的Factors和UE1通信时生成的Kp(m)相同，此时AMF会在H(addr)Table中获得SMF_1位置信息，并向 SMF_1发出PDU Session建立请求。
在图6中，UE2根据缓存中H(addr)Table存在对端NF地址信息，所以不用再次向NRF发出发现SMF_1的请求消息，加速了NFs互相发现速度，提高了网络通信的效率。
创建PDU Session的其他流程不是本发明的方法要保护的重点，在此不再赘述，如果需要了解，可查阅TS23502协议流程。
图7为AMF向NRF订阅SMF_1状态，当NRF收到SMF_1状态更新，或者 NRF识别到SMF不再发送心跳消息(心跳是通信领域一个专业术语，比如就像一个医生他识别到病人有心跳就知道病人是活的，通信也一样，一台电脑识别到另外一台电脑定时发送心跳消息过来，它就知道另一台电脑没有坏或者没有关机，可用进行通信)，则会通知AMF更新H(addr)Table。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、当NF需要和对端NF通信时，所述NF对触发该通信过程的消息解码出数据或者从NF存储数据中，获得对端NF的类型和参考因素；
步骤S2、所述NF从自身缓存中获得由网络管理员配置的策略配置文件生成的对端NF的类型和初始化阶段生成的键值模板；
步骤S3、判断对端NF的类型是否存在于步骤S2的自身缓存中，如果存在，把缓存映射表中对应的键值模板和参考因素组合生成缓存映射表的键值，转至步骤S4；否则转至步骤S5；
步骤S4、判断键值在缓存映射表中是否有映射值，如果有，则直接取得映射值与对端NF进行通信，否则转至步骤S5；
步骤S5、所述NF向NRF发出对端NF发现请求，NRF根据NF的请求，返回对端NF的位置和状态信息，使用NRF返回结果直接和对端NF进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，其特征在于：所述的步骤S5中还包括根据NRF返回的结果更新缓存映射表的步骤。
3.根据权利要求2所述的一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，其特征在于：所述的更新缓存映射表的步骤为：当NF收到NRF返回的对端NF位置和状态的信息时，首先对信息进行解码，然后根据解码后的参考因素和缓存中的键值模板生成键值，并将生成的键值更新到缓存映射表中。
4.根据权利要求1或2所述的一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，其特征在于：初始化阶段生成键值模板的步骤包括：
步骤S201、从策略配置文件中读入网络管理员配置的每条缓存策略，在每条缓存策略中包含每个NF的类型和对应的参考因素；
步骤S202、在缓存中生成一个策略表；
步骤S203、根据策略表中的NFs类型和对应参考因素，在缓存中生成键值模板。
5.根据权利要求1或2所述的一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，其特征在于：所述的生成缓存映射表的键值包括：
在生成键值模板过程中，把参考因素通过编程语言接口对占位符进行替代，生成了缓存映射表中唯一键值。
6.根据权利要求1所述的一种加速5G核心网中NFs互相发现的方法，其特征在于：所述的映射值为对端NF的IP地址或者全限定域名。
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