CN112753250B - 管理用户设备到网络切片的分配的方法和电信网络 - Google Patents

Abstract

一种管理用户设备(UE)到电信网络的网络切片的分配的方法，所述电信网络具有多个网络切片，其中，所述UE被分配给用于处理来自所述UE的网络通信的第一网络切片，所述方法包括以下步骤：监测第一网络切片处理网络通信的适合性；识别适合处理网络通信的第二网络切片；以及响应于识别出第一网络切片缺乏处理网络通信的适合性，在使该UE向第一网络切片注册之前使该UE向第二网络切片注册。

Description

管理用户设备到网络切片的分配的方法和电信网络

技术领域

本发明涉及用于管理用户设备(UE)到网络切片的分配的方法和电信网络。

背景技术

网络切片是一种使网络虚拟化以便在单个物理网络内创建多个逻辑网络的方法。通常采取这种做法来提供差异化的服务模型，所述模型可能包括网络内变化的性能和/或稳定性特性，并且在运行期间网络切片彼此隔离的事实对此提供了支持。结果，一个切片上的高业务量或大量用户无法不利地影响其它网络切片。

例如，网络切片可以被配置为提供专门的功能，所述功能包括：专为紧急服务提供服务(这至少需要可靠性)；增强型移动宽带(eMBB)；以及大规模机器类型通信(MMTC)。

网络将调整网络切片以适应网络状况并优化个体网络切片的利用率。为了确保在消耗网络切片的资源时资源的持续可用性，发生缩放(scaling)。如果网络切片达到阈值利用率，则可以触发附加切片资源的创建，以应对高网络负载；这通常是通过“放大(scalingup)”或“外扩(scaling out)”网络切片来实现的。

将新处理资源分配给网络切片(通过缩放)可能需要几分钟，通常大约需要2分钟到10分钟。但是，在这种缩放期间，网络切片特别容易受到附加负载的影响。结果，可能会阻止新用户访问网络或者用户可能经历网络拥塞。

本发明的目的是至少减轻一些上述问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种对用户设备(UE)到电信网络的网络切片的分配进行管理的方法，该电信网络具有多个网络切片，其中，该UE(可选地，初始地)被分配给用于处理来自该UE的网络通信的第一网络切片，该方法包括以下步骤：监测第一网络切片处理网络通信的适合性；识别适合处理网络通信的第二网络切片；以及响应于识别出第一网络切片缺乏处理网络通信的适合性，在使该UE向第一网络切片注册之前使该UE向第二网络切片注册。可选地，电信网络具有多个UE。以这种方式，UE可以改为向第二网络切片注册。

可选地，在将UE分配给第一网络切片和/或第二网络切片的同时执行所述监测。

可选地，UE仅向第二网络切片注册。可选地，UE向第二网络切片注册，以便仅利用第二网络切片的组成功能(constituent function)(例如，接入和移动性管理功能和用户面功能)，从而不利用第一网络切片的组成功能。

如本文中所使用的，在UE向第一网络切片注册的背景下，“注册之前”优选地表示第一网络切片执行与UE相关联的任何处理之前的时间。另选，“注册之前”可能表示第一网络切片进行如下操作之前的时间：生成发往UE的任何通信；处理网络通信的部分而非全部；或执行来自UE的有效载荷数据的任何处理。

如本文所使用的，关于UE到第一网络切片的分配的术语“分配”优选地表示：将第一网络切片识别或选择为UE要注册到的合适网络切片，但是其中UE尚未注册到第一网络切片。

可选地，该网络通信为：一个数据分组；一个数据分组的一部分；多个数据分组；和/或数据会话。网络通信可以是附接(attach)请求，或可以跟随在附接请求之后。

有利地，上述方法可以改善网络处理资源的管理，以防止网络切片的过载，并防止(尚未向网络切片注册的)新的UE由此经历网络拥塞。

优选地，该方法还包括防止UE首先向第一网络切片注册的步骤。更优选地，响应于确定第一网络切片缺乏适合性而防止UE向第一网络切片注册。

优选地，如果第一(和/或第二)网络切片具有或将具有足够的过量可用处理资源来处理网络通信，则第一(和/或第二)网络切片适合处理网络通信。因此，该方法还可以包括以下步骤：确定在第一网络切片和/或第二网络切片上可用的处理资源。

优选地，如果第一(和/或第二)网络切片具有或将具有低于阈值的并发用户的数量，则第一(和/或第二)网络切片适合处理网络通信。因此，该方法还可以包括以下步骤：确定第一网络切片和/或第二网络切片上的并发用户的数量。

优选地，如果第一(和/或第二)网络切片具有超过或将超过(或高于)阈值的网络性能，则第一(和/或第二)网络切片适合处理网络通信。因此，该方法还可以包括以下步骤：确定第一网络切片和/或第二网络切片的网络性能。网络性能可以通过测量以下内容来确定：时延、抖动、带宽、分组错误率和/或往返时间(RTT)。网络性能阈值可能取决于网络通信的类型。

优选地，如果识别出没有与第一(和/或第二)网络切片相关联的任何正在进行的和/或将来的重新配置，则第一(和/或第二)网络切片适合处理网络通信。因此，该方法还可以包括以下步骤：识别第一网络切片和/或第二网络切片的正在进行的和/或(计划的)将来的重新配置。可选地，重新配置是：第一网络切片的重新开始；缩放(放大、缩小和/或外扩)；关闭；和/或开启。

可选地，将第一(和/或第二)网络切片识别为不适合处理网络通信会触发第一网络切片进行重新配置。

优选地，响应于将第一网络切片识别为不合适而执行识别第二网络切片。

优选地，如果由第一网络切片处理了网络通信，则该网络通信将导致或确实导致第一网络切片变得不适合处理网络通信。可选地，UE向第一网络切片的注册将导致第一网络切片变得不适合处理网络通信。在这种情况下，网络通信可能导致第一网络切片的重新配置。

优选地，该方法还包括以下步骤：在UE已经注册到第二网络切片之后，继续监测第一网络切片处理网络通信的适合性；以及响应于识别出第一网络切片适合处理网络通信而从第二网络切片中注销UE，并且随后使该UE向第一网络切片注册。

优选地，当第一网络切片适合处理网络通信时，第二网络切片具有与第一网络切片基本相同的配置和/或网络性能。因此，可以将第二网络切片配置用于与第一网络切片相同的用途，其中，该用途可以是专用功能(诸如，eMBB、紧急服务通信、超可靠(UltraReliable)、低时延通信(URLLC)等)。可选地，第二网络切片是具有与第一网络切片最接近的匹配配置和/或网络性能的网络切片。可选地，根据可用的过量处理资源量以及与第一网络切片的配置的相似性来识别第二网络切片。

优选地，当第一网络切片适合处理网络通信时，第二网络切片被配置为以不差于第一网络切片的方式处理网络通信。更优选的是，这是在与处理网络通信相关的网络效率(成本或其它资源)；网络性能；服务质量；和/或体验质量也不差的情况。

可选地，当第一网络切片适合处理所述网络通信时，第一网络切片是电信网络最优选的用于处理网络通信的网络切片。可选地，当第一网络切片适合处理所述网络通信时，第一网络切片是相对于第二网络切片被电信网络优选用于处理网络通信的网络切片。网络对网络切片的偏好可能取决于：网络效率(成本或其它资源)；网络性能指标；服务质量；和/或体验质量。

优选地，识别第二网络切片还包括以下步骤：测量第二网络切片的网络性能；以及评估网络性能是否超过阈值。另选地，可以预先选择第二网络切片。

电信网络的单个给定网络切片可以是(同时或顺序地)在该方法的第一次迭代中的第一网络切片和在该方法的第二次迭代中的第二网络切片。

电信网络可以是移动蜂窝网络和/或固定线路网络(fixed-line network)。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于管理用户设备(UE)到网络切片的分配的电信网络，该电信网络包括：(例如，由处理器提供的)第一网络切片和第二网络切片，并且UE被分配给用于处理来自UE的网络通信的第一网络切片；处理器，所述处理器监测第一网络切片处理网络通信的适合性，并识别(或者一旦UE注册，将)适合处理网络通信的第二网络切片；以及控制器，所述控制器响应于识别出第一网络切片缺乏处理网络通信的适合性而在使UE向第一网络切片注册之前使UE向第二网络切片注册。可选地，处理器和控制器被布置在电信网络的核心中。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括指令，当所述指令由与电信网络相关联的处理器执行时使所述电信网络执行前述方法。

本发明扩展到本文描述和/或示出的任何新颖方面或特征。本发明扩展到基本上如本文所述和/或如参考附图所示的方法和/或装置。本发明还提供了用于执行本文描述的任何方法和/或用于体现本文描述的任何装置特征的计算机程序和计算机程序产品，以及其上存储有用于执行本文描述的任何方法和/或用于体现本文所述的任何装置特征的程序的计算机可读介质。

本发明还提供了体现了用于执行本文描述的任何方法和/或用于体现本文描述的任何装置特征的计算机程序的信号、发送这种信号的方法以及具有支持用于执行本文描述的任何方法和/或体现本文描述的任何装置特征的计算机程序的操作***的计算机产品。

如本文所述的任何装置特征也可以被提供为方法特征，反之亦然。如本文中所使用的，装置加功能特征可以另选地根据它们的对应结构(诸如，适当编程的处理器和相关联的存储器)来表达。

本发明的一方面的任何特征可以以任何适当的组合应用于本发明的其它方面。特别是，方法方面可以应用于装置方面，反之亦然。此外，一个方面中的任何、一些和/或所有特征可以以任何适当的组合应用于任何其它方面中的任何、一些和/或所有特征。还应当理解，可以独立地实现和/或提供和/或使用在本发明的任何方面中描述和定义的各种特征的特定组合。

在本说明书中，除非另有说明，否则措辞“或”可以在排他性或包容性意义上进行解释。

此外，以硬件实现的特征一般可以以软件实现，反之亦然。因此，本文中对软件和硬件特征的任何引用都应被相应解释。

本发明扩展到一种如本文所述和/或基本上如参考附图所示的管理用户设备(UE)到网络切片的分配的方法和电信网络。现在参考附图仅以示例的方式描述本发明，其中：

图1示出了示例性电信网络的示意图；

图2显示了网络的一部分；以及

图3、图4和图5概述了用于管理网络内的网络切片的过程。

具体实施方式

图1是示例性电信网络100的示意图。

网络100被示为包括用户设备(UE)110(例如，以移动蜂窝设备、膝上型计算机或平板计算机的形式)的移动蜂窝网络，该UE被配置为通过接入如由RAN接入点120(例如，以宏小区、微小区、微微小区或毫微微小区站点的形式)所提供的无线电接入网络(RAN)115来利用电信网络100。转而，RAN接入点120连接到核心网络125。

网络100根据例如5G技术进行运行。因此，在该示例中，核心网络125包括以下功能组件：

·网络切片选择功能(NSSF)130；

·认证服务器功能(AUSF)135；

·统一数据管理(UDM)140；

·接入和移动性管理功能(AMF)145；

·会话管理功能(SMF)150；

·策略控制功能(PCF)155；

·应用功能(AF)160；

·用户面功能(UPF)165；以及

·数据网络(DN)175。

借助于核心网络125的前述功能组件，网络100提供并管理多个网络切片。特别是，NSSF 130被配置为识别并选择用于UE 110的合适的网络切片，然后传送该选择以便帮助确保UE被注册到所选择的网络切片。

更详细地，图2例示了核心网络125的负责UE到网络切片的分配的组件。为此，NSSF130被配置成为UE 110识别并选择合适的网络切片，使得UE随后注册到所选择的网络切片。

在网络核心125中，提供了网络切片管理器(NSM)210-1，该网络切片管理器(NSM)210-1针对网络切片220与用户面功能(UPF)165通信。NSM对网络切片220进行配置，以便管理网络切片的处理资源，并因此满足利用网络的服务的需求。

作为NSM 210-1的一部分，提供了保障功能(AsFn)210-2，该保障功能210-2确定网络切片220的性能；即，个体网络切片是否正在运行并且是否正在充分地执行。例如，AsFn测量：处理单元消耗；并发用户数量；和/或性能指标(包括例如时延、带宽、抖动、错误率和/或往返时间)。

在网络的正常运行过程中，UE被指派给主网络切片220-1并注册到该主网络切片220-1。当根据要求执行时，主网络切片220-1是用于处理来自给定UE的网络通信的最优选的网络切片，并且主要取决于以下方面来选择该主网络切片220-1：规定的选择；UE的类型；来自UE的网络通信的类型；时间；和/或核心网络125的移动网络运营商与UE之间的服务协议。

NSM 210-1从由AsFn 210-2填充的数据库230接收和/或获取关于主网络切片220-1的运行和性能的数据。如果主网络切片220-1不适合处理来自UE的网络通信，则将UE指派给另选(伙伴)网络切片220-2。

图3更详细地概述了用于将UE分配给网络切片的过程300。在第一步骤310，网络100从UE 110接收到网络通信。网络通信是例如用于附接到网络的附接请求。一旦网络已接收到网络通信(或部分网络通信)，则NSSF 130识别UE要被分配到的主网络切片。

在给定时刻，所识别的主网络切片220-1可能不适合处理来自UE的网络通信。这可能是由于多种原因，所述原因包括：现有的处理能力缺口(breach)；过量可用处理资源不足以处理网络通信；网络切片中的停机时间；为了增加网络切片的处理资源而进行的主网络切片的缩放(外扩、放大和/或缩小)；在主网络切片尚未完全运行的情况下该主网络切片的创建或重新启动；主网络切片的移除；和/或主网络切片的其它重新配置。因此，确定320主网络切片是否(或在可接受的时间段内(例如，到UE注册的时间)是否将)适合处理来自UE110的网络通信；这是由AsFn确定的。

如果确定主网络切片220-1未充分运行或执行330(例如，因为该主网络切片220-1正在缩放，如由NSM触发的)，则将此传送到NSSF(例如，从AsFn或通过让NSSF访问数据库230)，并且NSSF 130防止UE 110向主网络切片220-1注册。实际上，NSM因此防止主网络切片220-1不得不处理网络通信，并且伙伴网络切片借出其处理资源来辅助主网络切片。结果，主网络切片受到保护(例如，如果该主网络切片是过载和/或缩放的)，并且防止或帮助减少了网络拥塞(如UE110和/或已经向主网络切片220-1注册的现有UE所经历的)。

在这种可能情况330下，NSSF 130识别用于UE的伙伴网络切片220-2。一旦识别了伙伴网络切片220-2，并且AsFn 210-2已经确认了该伙伴网络切片220-2处理来自UE 110的网络通信的适合性(当前或预期的)，然后就指示UE向伙伴网络切片220-2进行注册，并且随后这样做340。

在确定主网络切片适合于(或将适合于)处理网络通信的情况下，则允许UE向主网络切片进行注册350。

在步骤340中UE已经向伙伴网络切片220-2注册之后，过程300然后重复以重新评估主网络切片是否现在(或现在将)适合于处理(正在进行的)网络通信。如果主网络切片现在适合于处理网络通信，则UE向主网络切片进行注册350，否则，UE保持步骤340中注册到的伙伴网络切片220-2。

应当理解，伙伴网络切片可随过程300的每个循环而改变，因为先前识别的伙伴网络切片可能不再适合处理后续的网络通信。因此，在过程300的不同迭代中，主网络切片可以变成伙伴网络切片，反之亦然。

图4是例示UE与网络100的组件之间的信令以便执行如图3所示以及参考图3所描述的过程300的图。

在第一信令过程410中，UE 110经由RAN 120向网络100发送网络通信。AMF 145接收并处理网络通信，以便建立与UE的连接；例如，如第3代合作伙伴计划(3GGP)技术规范23.502，版本15.2.0，第4.3.2.2节中概述的那样执行此操作，其内容通过引用合并于此。

一旦UE已经附接到网络100，并且已经建立了协议数据单元(PDU)会话，则NSSF识别主网络切片。在(由AsFn 210-2)证实主网络切片不适合处理来自UE的网络通信的情况下，NSSF识别伙伴网络切片并触发AMF指示UE改为附接到伙伴网络切片420。在这些情况下，防止UE向主网络切片注册。

AMF指示UE附接到伙伴网络切片430，并且一旦UE这样做了，UE便向伙伴网络切片注册440以与伙伴网络切片建立协议数据单元(PDU)会话(再次，根据3GGP技术规范23.502，版本15.2.0，第4.3.2.2节)。

在向伙伴网络切片注册了UE之后，AsFn 210-2继续监测主网络切片的适合性。一旦AsFn识别出主网络切片适合处理网络通信，NSSF就会触发AMF以指示UE与伙伴网络切片分离，然后附接到主网络切片450。AMF因此进行460，并且UE附接到主网络切片460，从而建立PDU会话(再次，根据3GGP技术规范23.502，版本15.2.0，第4.3.2.2节)。

图5更详细地示出了过程500，当主网络切片由于正在缩放而不合适时，通过该过程500将UE分配给伙伴网络切片。

在第一步骤中，(响应性地或预期地)识别主网络切片的切片缩放(放大、缩小和/或外扩)510。然后，网络100查询UE是否已经连接到主网络切片515。如果UE已经连接到主网络切片，则允许UE保留在主网络切片上，以便帮助减少对缩放的主网络切片的扰乱520。如果UE尚未连接到主网络切片，并且该UE是新的UE，则网络进一步查询UE是否处于活动且响应状态525。如果UE尚未连接到主网络切片，则对于网络效率来说，UE被忽略530，并且重复查询525以识别UE随后是否变为活动状态(例如，通过使用UPF资源)。

如果UE处于活动且响应状态，则NSSF为UE识别合适的伙伴网络切片535，并且AMF指示UE附接到所识别的伙伴网络切片540，从而使UE向伙伴网络切片注册545。

步骤510至545全部在主网络切片已被触发缩放和/或当前正在缩放的同时发生。一旦主网络切片已经缩放550，网络就查询主网络切片是否适合处理UE(如由AsFn执行的)560。如果主网络切片不适合处理UE，则UE保持附接到伙伴网络切片(直到UE断开连接或注销为止)565。如果主网络切片适合处理UE，则通知NSSF主网络切片的可用性，并因此触发AMF将UE注册到主网络切片570。

当识别伙伴网络切片时，NSSF会识别最适合替代主网络切片的网络切片；即，具有相同或基本相似的配置和性能的网络切片，所述配置和性能与以下方面有关：时延；抖动；带宽；处理资源的可用性；服务质量；服务水平协议；网络切片的类型/专业化(例如，超可靠的低时延通信、移动宽带和增强型以及大型机器类型通信)；以及在给定网络切片上可用的服务(例如，WiFi^RTM语音呼叫)。

为了维持最低服务标准，利用了控制伙伴网络切片选择的规则，所述规则包括伙伴网络切片不比主网络切片表现差的约束(例如，当它被视为按(例如，AsFn)要求运行时)。

替代方案和修改

在图1中示出并参考图1描述的网络100是移动蜂窝网络。然而，应当理解，前述内容可以被实现为利用网络切片的任何网络的一部分，并且更一般地作为利用虚拟化来使包括固定线路、局域网和广域网的网络资源分离的任何网络的一部分。在这样的示例中，如上所述的管理网络资源的过程由类似于网络100的功能组件的这种网络的功能组件来执行。

在一个替代方案中，当第一网络切片不再合适时，与网络切片220相关联的UPF165向NSM 210-1和/或AsFn 210-2发出警报。

在一个示例中，为特定的主网络切片识别伙伴网络切片(并且因此将该伙伴网络切片应用于将向给定的主网络切片注册的所有UE)。在另一示例中，为特定UE(即，在“每UE”基础上)识别伙伴网络切片。

应当理解，将UE从伙伴网络切片恢复到主网络切片是可选的，并且在某些情况下，将UE保留在伙伴网络切片上可能是优选的，尤其是为了减少使UE重新注册的处理开销。

说明书中以及(在适当时)权利要求和附图中公开的各个特征可以独立地或以任何适当的组合来提供。

出现在权利要求中的附图标记仅是说明性的，并且对权利要求的范围没有限制作用。

Claims (20)

1.一种管理用户设备UE到电信网络的网络切片的分配的方法，所述电信网络具有多个网络切片，其中，所述UE被分配给用于处理来自所述UE的网络通信的第一网络切片，所述方法包括以下步骤：

监测所述第一网络切片处理所述网络通信的适合性，其中，如果识别出没有所述第一网络切片的任何正在进行的和/或将来的重新配置，则所述第一网络切片适合处理所述网络通信；

识别适合处理所述网络通信的第二网络切片；以及

响应于识别出所述第一网络切片缺乏处理所述网络通信的适合性，在使所述UE向所述第一网络切片注册之前使所述UE向所述第二网络切片注册。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：防止所述UE首先向所述第一网络切片注册。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所述第一网络切片具有或将具有足够的过量可用处理资源来处理所述网络通信，则所述第一网络切片适合处理所述网络通信。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述UE向所述第二网络切片注册，以便仅利用所述第二网络切片的功能。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述第一网络切片具有或将具有低于阈值的并发用户的数量，则所述第一网络切片适合处理所述网络通信。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述第一网络切片的网络性能超过或将超过阈值，则所述第一网络切片适合处理所述网络通信。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述重新配置是：所述第一网络切片的重新开始；缩放；关闭；和/或开启。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，识别出所述第一网络切片缺乏处理所述网络通信的适合性触发所述第一网络切片重新配置。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：响应于识别出所述第一网络切片缺乏处理所述网络通信的适合性而识别所述第二网络切片。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，如果由所述第一网络切片处理所述网络通信，则所述网络通信将导致或者确实导致所述第一网络切片变得不适合处理所述网络通信。

11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

在所述UE已经注册到所述第二网络切片之后，继续监测所述第一网络切片处理所述网络通信的适合性；以及

响应于识别出所述第一网络切片适合处理所述网络通信，从所述第二网络切片中注销所述UE，并且随后使所述UE向所述第一网络切片注册。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述第一网络切片适合处理所述网络通信时，所述第二网络切片具有与所述第一网络切片基本相同的配置。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述第一网络切片适合处理所述网络通信时，所述第二网络切片的网络性能不差于所述第一网络切片的网络性能。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述第一网络切片适合处理所述网络通信时，所述第一网络切片是相对于所述第二网络切片而言被所述电信网络优选用于处理所述网络通信的网络切片。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，识别所述第二网络切片还包括以下步骤：测量所述第二网络切片的网络性能；以及评估所述网络性能是否超过阈值。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电信网络是移动蜂窝网络。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电信网络是固定线路网络。

18.一种管理用户设备UE到网络切片的分配的电信网络，所述电信网络包括：

第一网络切片和第二网络切片，所述UE被分配给用于处理来自所述UE的网络通信的所述第一网络切片；

处理器，所述处理器监测所述第一网络切片处理所述网络通信的适合性，并识别适合处理所述网络通信的第二网络切片，其中，如果识别出没有所述第一网络切片的任何正在进行的和/或将来的重新配置，则所述第一网络切片适合处理所述网络通信；以及

控制器，所述控制器响应于识别出所述第一网络切片缺乏处理所述网络通信的适合性，在使所述UE向所述第一网络切片注册之前使所述UE向所述第二网络切片注册。

19.根据权利要求18所述的电信网络，其中，所述处理器和所述控制器被布置在所述电信网络的核心中。

20.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，当所述指令由与电信网络相关联的处理器执行时，使所述电信网络执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。