CN113852660B - 一种用户面路径切换方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

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CN113852660B CN202110866306.5A CN202110866306A CN113852660B CN 113852660 B CN113852660 B CN 113852660B CN 202110866306 A CN202110866306 A CN 202110866306A CN 113852660 B CN113852660 B CN 113852660B
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Abstract

本发明提供一种用户面路径切换方法、装置、设备及可读存储介质，涉及通信技术领域，该方法包括以下步骤：应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求；网络公开功能网元将所述用户面路径切换请求转发至策略控制功能网元；会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，执行动态用户面功能重选，本发明实现无状态时延敏感应用服务的快速路径切换及快速调用，且在业务终止时能够有效的切换至中心部署的用户面功能节点，降低边缘部署的分布式用户面功能节点的资源占用。

Description

一种用户面路径切换方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用户面路径切换方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
5G网络在无线空口提供包含大带宽、低时延、广连接等特性的差异化网络能力。随着5G网络技术的成熟及大规模部署，要发挥在广域覆盖场景下的低时延、大带宽特性，需要广泛地部署边缘计算算力以降低端到端的业务时延，而5G网络如何与边缘计算深度配合，在用户移动的过程中实现用户面锚点与边缘计算节点的协同切换，是当前移动性边缘计算的应用关键。
车联网、云(Cloud)虚拟现实(Virtual Reality，VR)/增强现实(AugmentedReality，AR)业务正逐步与5G融合，车联网业务需要快速地连接到大规模部署在交通基础设施附近的边缘计算节点分析道路信息，而移动Cloud VR/AR业务则需要频繁切换到就近的服务节点实现实时画面的渲染任务。这些业务需要确定性的网络保障和极低的端到端业务时延，而当前5G网络架构因为用户面锚点部署较为集中，且现有用户面功能(User PlaneFunction，UPF)切换机制依赖于应用与运营商5G核心网的频繁交互，缺乏边缘分布式UPF节点自动快速切换的机制，导致难以在广域快速切换场景下支撑低时延业务，难以做到与泛在边缘计算基础设施协同进行低时延服务提供与保障。
发明内容
本发明提供一种用户面路径切换方法、装置、设备及可读存储介质，用以解决现有技术中无法为低时延移动性边缘计算业务提供有效支撑的缺陷，实现无状态时延敏感应用服务的快速路径切换及快速调用，且在业务终止时能够有效的切换至中心部署的用户面功能节点，降低边缘部署的分布式用户面功能节点的资源占用。
本发明提供一种用户面路径切换方法，包括以下步骤：
应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求；
网络公开功能网元将所述用户面路径切换请求转发至策略控制功能网元；
会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，执行动态用户面功能重选。
根据本发明提供的一种用户面路径切换方法，所述会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，执行动态用户面功能重选，具体包括以下步骤：
会话管理功能网元筛选用户面功能节点，确定并激活第一节点；其中，所述第一节点为待激活的所述用户面功能节点；
获取已激活的所述第一节点对应的时延信息和负载信息；
根据所述时延信息、所述负载信息、权重信息及策略信息获取当前用户设备的第二节点；其中，所述第二节点为最优低时延用户面功能节点；
将所述第二节点作为会话锚点执行动态用户面功能重选。
根据本发明提供的一种用户面路径切换方法，所述会话管理功能网元筛选用户面功能节点，确定并激活第一节点步骤中，所述会话管理功能网元基于用户设备的签约信息及该用户设备附着的无线接入网节点进行节点的筛选；其中，所述签约信息包括网络切片选择辅助信息、数据网络名及数据网络接入标识。
根据本发明提供的一种用户面路径切换方法，所述获取已激活的所述第一节点对应的时延信息和负载信息步骤中，通过激活的所述第一节点与用户设备附着的无线接入网节点间的用户层面的通用分组无线服务隧道协议隧道的往返时延测量，以获取所述时延信息。
根据本发明提供的一种用户面路径切换方法，所述应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求步骤中，所述网络公开功能网元通过数据包流描述管理功能维护所述业务请求，以生成所述路径切换请求。
根据本发明提供的一种用户面路径切换方法，该方法还包括以下步骤：
网络公开功能网元将终止请求发送至策略控制功能网元；
策略控制功能网元将所述终止请求转发至会话管理功能网元；
会话管理功能网元执行用户面功能重选至中心用户面功能，并终止执行动态用户面功能重选。
根据本发明提供的一种用户面路径切换方法，该方法还包括以下步骤：
判断所述用户面路径切换请求以及所述终止请求是否合法，网络公开功能网元将合法的所述终止请求以及合法的所述终止请求转发至策略控制功能网元。
本发明提供一种用户面路径切换装置，包括：
请求获取模块，用于应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求；
请求转发模块，用于网络公开功能网元将所述用户面路径切换请求转发至策略控制功能网元；
路径切换模块，用于会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，触发动态用户面功能重选。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述用户面路径切换方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用户面路径切换方法的步骤。
本发明提供的用户面路径切换方法、装置、设备及可读存储介质，面向广域接入场景下现有第五代移动通信技术核心网(5th Generation Mobile CommunicationTechnology Core Network，5GC)的功能特性无法为低时延移动性边缘计算业务提供有效支撑的现状，且现有5GC 的功能特性存在无法有效感知用户对低时延移动性边缘计算业务的使用、无法快速自动切换用户面路径锚点的问题。通过低时延应用功能(Applicationfunction，AF)向网络公开功能(Network Exposure Fuction，NEF)网元发起请求(或通过UPF的业务识别功能)触发或关闭低时延移动性用户面路径切换，由会话管理功能(SessionManagement Function，SMF)网元根据用户设备(User Equipment， UE)签约信息、UE位置信息、用户层面的通用分组无线服务隧道协议隧道(GPRS TunnellingProtocol for theuser plane，GTP-U)时延信息、UPF节点负载信息及权重信息动态地执行协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)会话的锚点UPF重选切换，保障UE始终将最优的低时延UPF节点作为用户面锚点，以此实现低时延移动性业务的核心网用户面路径切换，本发明的用户面路径切换方法针对性地提出了面向5GC的低时延移动性业务感知方法、用户面路径切换方法及其自动触发和自动关闭方法，可以实现有效的低时延移动性业务感知及其过程中的用户面路径切换，实现无状态时延敏感应用服务的快速路径切换及快速调用，且在业务终止时能够有效的切换至中心部署的 UPF节点，降低边缘部署的分布式UPF节点的资源占用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的用户面路径切换方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的用户面路径切换方法中步骤S300具体的流程示意图
图3是本发明提供的用户面路径切换方法的流程示意图之二；
图4是本发明提供的用户面路径切换方法的流程示意图之三；
图5是本发明提供的用户面路径切换装置的结构示意图之一；
图6是本发明提供的用户面路径切换装置中路径切换模块具体的结构示意图；
图7是本发明提供的用户面路径切换装置的结构示意图之二；
图8是本发明提供的用户面路径切换装置的结构示意图之三；
图9是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的用户面路径切换方法，该方法包括以下步骤：
S100、AF获取UE的业务请求，AF根据业务请求向5GC的NEF 网元发送用户面路径切换请求。也可以通过UPF的业务识别功能触发业务请求。AF可以为低时延的AF。
在本实施例中，业务请求指的是低时延移动性业务请求。
步骤S100中NEF网元通过数据包流描述(Packet Flow Description，PFD)管理功能维护业务请求的业务识别信息，以生成路径切换请求。
S200、NEF网元将用户面路径切换请求转发至策略控制功能 (Policy ControlFunction，PCF)网元。
S300、SMF网元获取转发的用户面路径切换请求，执行动态UPF 重选。
本发明用户面路径切换方法，面向广域接入场景下现有5GC的功能特性无法为低时延移动性边缘计算业务提供有效支撑的现状，且现有5GC的功能特性存在无法有效感知用户对低时延移动性边缘计算业务的使用、无法快速自动切换用户面路径锚点的问题。通过低时延AF向NEF发起请求(或通过UPF的业务识别功能)触发或关闭低时延移动性用户面路径切换，由SMF根据UE签约信息、UE位置信息、GTP-U时延信息、UPF节点负载信息及权重信息动态地执行 PDU会话的锚点UPF重选切换，保障UE始终将最优的低时延UPF 节点作为用户面锚点，以此实现低时延移动性业务的核心网用户面路径切换，本发明的用户面路径切换方法针对性地提出了面向5GC的低时延移动性业务感知方法、用户面路径切换方法及其自动触发和自动关闭方法，可以实现有效的低时延移动性业务感知及其过程中的用户面路径切换，实现无状态时延敏感应用服务的快速路径切换及快速调用，且在业务终止时能够有效的切换至中心部署的UPF节点，降低边缘部署的分布式UPF节点的资源占用。
下面结合图2描述本发明的用户面路径切换方法，步骤S300具体包括以下步骤：
S310、SMF网元筛选UPF节点，确定并激活第一节点。其中，第一节点为待激活的UPF节点。
在步骤S310中，SMF网元基于UE的签约信息及该UE附着的无线接入网(RadioAccessNetwork，RAN)节点进行节点的筛选，具体的，根据上述信息筛选UPF的节点列表，以此确定第一节点。其中，签约信息包括网络切片选择辅助信息(Single Network SliceSelection Assistance Information，S-NSSAI)、数据网络名(Data Network Name，DNN)及数据网络接入标识(DN Access Identifie，DNAI)等信息。
S320、获取已激活的第一节点对应的时延信息和第一节点自身的负载信息。
在本实施例中，通过激活的第一节点与UE附着的RAN节点间的GTP-U的往返时延(Round Trip Time，RTT)测量，以获取时延信息。
S330、根据时延信息、负载信息、权重信息及策略信息获取当前用户设备的第二节点。其中，第二节点为最优低时延UPF节点；
S340、将第二节点作为会话锚点，并通过会话锚点执行动态UPF 重选相应的流程步骤。具体的是，会话锚点为PDU会话的锚点。
下面结合图3描述本发明的用户面路径切换方法，该方法还包括以下步骤：
S400、NEF网元将终止请求发送至PCF网元。
S500、PCF网元将终止请求转发至SMF网元。
S600、SMF网元执行UPF重选至中心UPF，并终止执行动态 UPF重选。
在该方法中，当中心部署的UPF节点识别到业务请求即低时延移动性业务请求时，通知SMF，SMF触发动态UPF重选。边缘部署的分布式UPF节点负责维护低时延移动性业务计时器，当超出预设时间仍然未识别到低时延移动性业务流量时，向SMF网元发送通知， SMF触发UPF重选至中心UPF，并不再执行动态UPF重选。
下面结合图4描述本发明的用户面路径切换方法，该方法还包括以下步骤：
S700、判断用户面路径切换请求以及终止请求是否合法，NEF 网元只会将合法的终止请求以及合法的终止请求转发至PCF网元。
下面对本发明提供的用户面路径切换装置进行描述，下文描述的用户面路径切换装置与上文描述的用户面路径切换方法可相互对应参照。
下面结合图5描述本发明的用户面路径切换装置，该装置包括：
请求获取模块100，用于AF获取UE的业务请求，AF根据业务请求向5GC的NEF网元发送用户面路径切换请求。也可以通过UPF 的业务识别功能触发业务请求。AF可以为低时延的AF。
在本实施例中，业务请求指的是低时延移动性业务请求。
请求获取模块100中NEF网元通过PFD管理功能维护业务请求的业务识别信息，以生成路径切换请求。
请求转发模块200，用于NEF网元将用户面路径切换请求转发至 PCF网元。
路径切换模块300，用于SMF网元获取转发的用户面路径切换请求，执行动态UPF重选。
本发明用户面路径切换装置，面向广域接入场景下现有5GC的功能特性无法为低时延移动性边缘计算业务提供有效支撑的现状，且现有5GC的功能特性存在无法有效感知用户对低时延移动性边缘计算业务的使用、无法快速自动切换用户面路径锚点的问题。通过低时延AF向NEF发起请求(或通过UPF的业务识别功能)触发或关闭低时延移动性用户面路径切换，由SMF根据UE签约信息、UE位置信息、GTP-U时延信息、UPF节点负载信息及权重信息动态地执行 PDU会话的锚点UPF重选切换，保障UE始终将最优的低时延UPF 节点作为用户面锚点，以此实现低时延移动性业务的核心网用户面路径切换，本发明的用户面路径切换方法针对性地提出了面向5GC的低时延移动性业务感知方法、用户面路径切换方法及其自动触发和自动关闭方法，可以实现有效的低时延移动性业务感知及其过程中的用户面路径切换，实现无状态时延敏感应用服务的快速路径切换及快速调用，且在业务终止时能够有效的切换至中心部署的UPF节点，降低边缘部署的分布式UPF节点的资源占用。
下面结合图6描述本发明的用户面路径切换装置，路径切换模块 300具体包括：
筛选单元310，用于SMF网元筛选UPF节点，确定并激活第一节点。其中，第一节点为待激活的UPF节点。
在筛选单元310中，SMF网元基于UE的签约信息及该UE附着的，RAN节点进行节点的筛选，具体的，根据上述信息筛选UPF的节点列表，以此确定第一节点。其中，签约信息包括S-NSSAI、DNN 及DNAI等信息。
获取单元320，用于获取已激活的第一节点对应的时延信息和第一节点自身的负载信息。
在本实施例中，通过激活的第一节点与UE附着的RAN节点间的GTP-U的RTT测量，以获取时延信息。
确定单元330，用于根据时延信息、负载信息、权重信息及策略信息获取当前用户设备的第二节点。其中，第二节点为最优低时延 UPF节点；
执行单元340，用于将第二节点作为会话锚点，并通过会话锚点执行动态UPF重选相应的流程步骤。具体的是，会话锚点为PDU会话的锚点。
下面结合图7描述本发明的用户面路径切换装置，该装置还包括：
终止获取模块400，用于NEF网元将终止请求发送至PCF网元。
终止转发模块500，用于PCF网元将终止请求转发至SMF网元。
重选终止模块600，用于SMF网元执行UPF重选至中心UPF，并终止执行动态UPF重选。
在该装置中，当中心部署的UPF节点识别到业务请求即低时延移动性业务请求时，通知SMF，SMF触发动态UPF重选。边缘部署的分布式UPF节点负责维护低时延移动性业务计时器，当超出预设时间仍然未识别到低时延移动性业务流量时，向SMF网元发送通知， SMF触发UPF重选至中心UPF，并不再执行动态UPF重选。
下面结合图8描述本发明的用户面路径切换装置，该装置还包括：
合法判断模块700，用于判断用户面路径切换请求以及终止请求是否合法，NEF网元只会将合法的终止请求以及合法的终止请求转发至PCF网元。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行用户面路径切换方法，该方法包括以下步骤：
S100、AF获取UE的业务请求，AF根据业务请求向5GC的NEF 网元发送用户面路径切换请求。
S200、NEF网元将用户面路径切换请求转发至PCF网元。
S300、SMF网元获取转发的用户面路径切换请求，执行动态UPF 重选。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的用户面路径切换方法，该方法包括以下步骤：
S100、AF获取UE的业务请求，AF根据业务请求向5GC的NEF 网元发送用户面路径切换请求。
S200、NEF网元将用户面路径切换请求转发至PCF网元。
S300、SMF网元获取转发的用户面路径切换请求，执行动态UPF 重选。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的用户面路径切换方法，该方法包括以下步骤：
S100、AF获取UE的业务请求，AF根据业务请求向5GC的NEF 网元发送用户面路径切换请求。
S200、NEF网元将用户面路径切换请求转发至PCF网元。
S300、SMF网元获取转发的用户面路径切换请求，执行动态UPF 重选。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用户面路径切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求；
网络公开功能网元将所述用户面路径切换请求转发至策略控制功能网元；
会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，执行动态用户面功能重选；
所述会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，执行动态用户面功能重选，具体包括以下步骤：
会话管理功能网元筛选用户面功能节点，确定并激活第一节点；其中，所述第一节点为待激活的所述用户面功能节点；
获取已激活的所述第一节点对应的时延信息和负载信息；
根据所述时延信息、所述负载信息、权重信息及策略信息获取当前用户设备的第二节点；其中，所述第二节点为最优低时延用户面功能节点；
将所述第二节点作为会话锚点执行动态用户面功能重选；
其中，所述会话管理功能网元筛选用户面功能节点，确定并激活第一节点步骤中，所述会话管理功能网元基于用户设备的签约信息及该用户设备附着的无线接入网节点进行节点的筛选；其中，所述签约信息包括网络切片选择辅助信息、数据网络名及数据网络接入标识；
所述获取已激活的所述第一节点对应的时延信息和负载信息步骤中，通过激活的所述第一节点与用户设备附着的无线接入网节点间的用户层面的通用分组无线服务隧道协议隧道的往返时延测量，以获取所述时延信息。
2.根据权利要求1所述的用户面路径切换方法，其特征在于，所述应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求步骤中，所述网络公开功能网元通过数据包流描述管理功能维护所述业务请求，以生成所述路径切换请求。
3.根据权利要求1所述的用户面路径切换方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
网络公开功能网元将终止请求发送至策略控制功能网元；
策略控制功能网元将所述终止请求转发至会话管理功能网元；
会话管理功能网元执行用户面功能重选至中心用户面功能，并终止执行动态用户面功能重选。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用户面路径切换方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
判断用户面路径切换请求以及终止请求是否合法，网络公开功能网元将合法的用户面路径切换请求以及合法的终止请求转发至策略控制功能网元。
5.一种用户面路径切换装置，其特征在于，包括：
请求获取模块(100)，用于应用功能获取用户设备的业务请求，所述应用功能根据所述业务请求向网络公开功能网元发送用户面路径切换请求；
请求转发模块(200)，用于网络公开功能网元将所述用户面路径切换请求转发至策略控制功能网元；
路径切换模块(300)，用于会话管理功能网元获取转发的所述用户面路径切换请求，触发动态用户面功能重选；
所述路径切换模块(300)还用于：
会话管理功能网元筛选用户面功能节点，确定并激活第一节点；其中，所述第一节点为待激活的所述用户面功能节点；
获取已激活的所述第一节点对应的时延信息和负载信息；
根据所述时延信息、所述负载信息、权重信息及策略信息获取当前用户设备的第二节点；其中，所述第二节点为最优低时延用户面功能节点；
将所述第二节点作为会话锚点执行动态用户面功能重选；
其中，所述会话管理功能网元筛选用户面功能节点，确定并激活第一节点步骤中，所述会话管理功能网元基于用户设备的签约信息及该用户设备附着的无线接入网节点进行节点的筛选；其中，所述签约信息包括网络切片选择辅助信息、数据网络名及数据网络接入标识；
所述获取已激活的所述第一节点对应的时延信息和负载信息步骤中，通过激活的所述第一节点与用户设备附着的无线接入网节点间的用户层面的通用分组无线服务隧道协议隧道的往返时延测量，以获取所述时延信息。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述用户面路径切换方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述用户面路径切换方法的步骤。
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