CN116095666A - 一种用户面功能模块传输数据的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用户面功能模块传输数据的方法，应用于用户面功能模块，用户面功能模块支持服务化接口；方法包括：用户面功能模块收集用户面业务数据；用户面功能模块通过本地能力开放的应用程序接口(Application ProgramInterface，API)向本地能力开放平台发送用户面业务数据；其中，用户面业务数据通过本地能力开放平台转传递至本地应用。本方案中，用户面功能模块直接通过本地能力开放平台向本地应用传输数据，与现有技术相比显著缩短了用户面功能模块到本地应用之间的数据传输路径，提高了数据传输效率。

Description

一种用户面功能模块传输数据的方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种用户面功能模块传输数据的方法。

背景技术

移动通信网络通过NEF(Network Exposure Function，网络开放功能)对内部及外部第三方提供开放的能力，在5G服务化的架构中，NEF是对外开放的锚点，所有对外开放的信息(包括用户信息/业务信息/网络状态/事件)都通过NEF对外交互和转发。

在5G架构里，UPF(userplane function)作为用户面的重要网元，担任着用户面隧道管理、数据转发，数据采集，服务质量(Quality ofService，QoS)监控等重要的任务。并将相关的数据通过N4接口传递给SMF(Session Management Function，会话管理功能)，再由SMF通过服务化的接口向其他网元进行相关的数据转发。N4接口是UPF和其他网元交互信息的唯一通道。

上述架构存在的问题是，UPF收集到的用户面数据必须通过SMF转发给NEF，再通过NEF才能转发给终端设备本地的第三方(例如本地的应用)，造成了路径上的冗余，以及较长的数据传输时延。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种用户面功能模块传输数据的方法，以提高用户面功能模块和本地应用之间的数据传输效率。

本申请提供一种用户面功能模块传输数据的方法，应用于用户面功能模块，所述用户面功能模块支持服务化接口；

所述方法包括：

所述用户面功能模块收集用户面业务数据；

所述用户面功能模块通过本地能力开放的应用程序接口(Application ProgramInterface，API)向本地能力开放平台发送所述用户面业务数据；其中，所述用户面业务数据通过所述本地能力开放平台转传递至本地应用。

可选的，所述方法还包括：

所述用户面功能模块发送服务注册请求给网络存储库功能模块；其中，所述注册请求携带所述用户面功能模块的注册信息；

所述用户面功能模块接收所述网络存储库功能模块反馈的服务注册响应，以完成服务注册；其中，所述服务注册响应在所述网络存储库功能模块存储所述注册信息后反馈。

本实施例相当于图9所示的UPF模块的注册流程。

可选的，所述本地能力开放的应用程序接口，至少包括：QoS监控API，深度检测数据API，计费API和会话管理功能API。

可选的，所述方法还包括：

在任一控制面模块向所述用户面功能模块订阅数据后，按照预设规则向所述控制面模块发送订阅信息；其中，所述预设规则为周期性发送或者所述订阅信息满足预设条件时发送。

本实施例相当于图10的步骤S1003。

可选的，所述控制面模块向所述用户面功能模块订阅数据的过程包括：

所述控制面模块发送能力开放信息订阅请求给所述用户面功能模块；

所述用户面功能模块向所述控制面模块反馈订阅成功响应，以完成订阅。

本实施例相当于图10的步骤S1001和S1002。

本申请提供一种用户面功能模块传输数据的方法，应用于用户面功能模块，用户面功能模块支持服务化接口；方法包括：用户面功能模块收集用户面业务数据；用户面功能模块通过本地能力开放的应用程序接口(Application Program Interface，API)向本地能力开放平台发送用户面业务数据；其中，用户面业务数据通过本地能力开放平台转传递至本地应用。本方案中，用户面功能模块直接通过本地能力开放平台向本地应用传输数据，与现有技术相比显著缩短了用户面功能模块到本地应用之间的数据传输路径，提高了数据传输效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种现有的5G网络架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用户面功能模块的功能示意图；

图3为本申请实施例提供的一种用户面功能模块的服务化接口的协议栈示意图；

图4为本申请实施例提供的一种5G网络中终端设备入网的信令交互流程图；

图5为本申请实施例提供的一种电力虚拟专网的AMF部署方式示意图；

图6为本申请实施例提供的一种会话建立流程的信令交互示意图；

图7为本申请实施例提供的一种SMF部署方案示意图；

图8为本申请实施例提供的一种5G网络架构的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种UPF模块的注册流程示意图；

图10为本申请实施例提供的一种UPF模块支持本地能力开放的业务处理流程图；

图11为本申请实施例提供的另一种5G网络架构的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

以下为本申请可能涉及的部分术语以及对应的英文全称和缩写。

认证服务器功能，Authentication Server Function，AUSF；接入和移动管理功能，Access and Mobility Management Function，AMF；数据网络，Data Network，DN；非结构化数据存储功能，Unstructured Data Storage Function，UDSF；网络存储库功能，Network RepositoryFunction，NRF；特定网络切片认证授权功能，Network SliceSpecific Authentication andAuthorizationFunction，NSSAAF；网络切片选择功能，Network Slice SelectionFunction，NSSF；策略控制功能，Policy ControlFunction，PCF；会话管理功能，SessionManagement Function，SMF；统一数据管理，UnifiedDataManagement，UDM；统一数据存储库，Unified Data Repository，UDR；用户面功能，UserPlane Function，UPF；终端无线能力管理功能，UE radio Capability ManagementFunction，UCMF；应用功能，ApplicationFunction，AF；用户设备，User Equipment，UE；无线接入网，Radio Access Network，RAN；5G设备标识寄存器，5G-Equipment IdentityRegister，5G-EIR；网络数据分析功能，Network Data Analytics Function，NWDAF；安全边缘保护代理，Security Edge Protection Proxy，SEPP；服务通信代理，ServiceCommunicationProxy，SCP；网络切片准许控制功能，Network Slice AdmissionControlFunction，NSACF；网络开放功能，Network Exposure Function，NEF。

请参见图1，为现有的一种5G网络的网元架构示意图。以下各模块的中英文全称参见前文。

5G网络可以包括NSSF模块101，NEF模块102，NRF模块103，PCF模块104，UDM模块105，AF模块106，NSSAAF模块107，AUSF模块108，AMF模块109，SMF模块110，SCP模块111，NSACF模块112。

上述各个模块均通过各自的服务化接口和其他模块连接，每个模块的服务化接口可以用N加上该模块的英文缩写表示，例如NSSF模块的服务化接口可以记为Nnssf，PCF模块的服务化接口可以记为Npcf，以此类推。

除上述模块以外，AMF模块通过无线接入网113和用户设备114连接，SMF模块通过N4接口和UPF模块115连接，UPF模块则通过N6接口连接到数据网络116，数据网络中接入有若干个运行在终端设备本地的本地应用。

如背景技术所述，在图1所示的网络架构中，UPF担任着用户面隧道管理、数据转发，数据采集，QoS监控等任务，为便于说明，将UPF执行上述任务的过程中产生的相关数据统称为用户面业务数据。UPF需要将用户面业务数据需要通过N4接口向SMF模块传输，再通过SMF模块传递给5G网络中其他需求用户面业务数据的网元。

特别的，在图1所示的架构中，当UPF要将用户面业务数据传输给本地应用时，需要通过N4接口将用户面业务数据传给SMF，再由SMF通过服务化接口传给NEF，NEF再讲用户面业务数据传给本地应用，显然这一传输路径经过多个网元迂回传递，存在严重的冗余，而这样的冗余显然会导致从UPF到本地应用的用户面业务数据传输过程存在很长的延时，不利于一些时效性较强的用户面业务数据的传输。

针对上述问题，本申请实施例提供一种支持服务化接口的UPF模块，并针对UPF模块设计了对应的服务化接口，即Nupf接口，通过该服务化接口，UPF一方面可以直接将用户面业务数据传输给部署在终端本地的本地能力开放平台，进而通过本地能力开放平台直接向本地应用传输用户面业务数据，缩短了UPF模块到本地应用之间的数据传输路径，从而大幅缩短数据传输的延时，另一方面可以通过给服务化接口直接和其他的控制面模块进行数据交互，无需通过SMF模块，提高了UPF模块和控制面模块之间的数据交互效率。

其中，控制面模块，包括图1所示的101至112模块。

请参见图2，为UPF模块的功能示意图，可以看到UPF模块主要包括2大类功能，分别是用户面数据路由和转发，以及与控制面模块的交互功能。

其中，用户面数据路由和转发，主要包括数据转发的路径管理和转发功能。与控制面模块的交互功能，主要包括与控制面模块交互前述用户面业务数据，用户面业务数据，具体可以包括会话管理信息、能力开放信息、计费信息等。

本实施例将该部分功能中原本的和SMF模块交互的N4接口，改进为支持用户面模块与控制面模块直接交互的服务化接口Nupf，从而支持控制面模块通过该服务化接口和对应的API直接调用UPF模块产生的用户面业务数据。

请参见图3，为本申请实施例提供的Nupf接口的协议栈示意图，如图3所示，Nupf接口从上到下依次实现了HTTP协议，TCP/IP协议，以及物理层(L1)协议和数据链路层(L2)协议。

在应用上述改进后的UPF模块的5G网络中，终端可以按图4所示的信令交互流程接入5G网络，请参见图4，终端入网的流程可以包括如下的信令交互。

用户设备UE向无线网络发送S1，注册请求(registrationrequest)。其中，S1中未携带请求切片。无线网络收到S1后，根据权重选择一个默认AMF模块，然后将S1转发给默认AMF模块。

默认AMF模块收到S1后，向UDM模块发送S3，获取签约数据请求(Nudm_SDM_Get)，S3中携带有物网切片的信息，UDM收到S3后，协同NRF模块和NSSF模块选择可以服务的目标AMF模块。

选择确定目标AMF模块后，目标AMF模块向默认AMF模块发送S4，N1消息通知(N1MessageNotify)，S4中携带有前述注册请求。

同时，目标AMF模块向用户设备发送S5，注册接受(registration accept)，S5中携带有用户路由选择策略(UE Route SelectionPolicy，URSP)，以及分配给该用户设备的物网切片的标识信息，即AllowedNSSAI。至此，用户设备完成首次接入网络的过程。

当同一个用户设备再次接入网络时，会被无线网络基于5G全球唯一临时标识(5GGlobally Unique Temporary Identifier，5G-GUTI)分配到之前初次接入时确定的目标AMF模块，不会再发生AMF重定向过程。

具体的，当用户设备再次接入网络时，用户设备发送S6，注册请求/服务请求(registration request/service request)，S6中携带有前一次接入时使用的原5G-GUTI，即old 5G-GUTI。无线网络AN收到S6后，根据原5G-GUTI中的AMF模块的标识，即AMF SetID，直接选中该用户设备前一次接入时分配的目标AMF模块，然后直接将S6转发给目标AMF模块。

上述入网过程的好处在于，默认AMF模块的性能负担较低，按运营商toC话务模型初始注册0.6忙时/用户，10％新终端计算，100w用户初次接入的情况下，默认AMF模块平均只需承担16.7次/秒的访问频率，负荷很低。

并且，该接入方式仅在用户设备初次接入有AMF重定向引入的额外时延，后续用户设备再次接入时无重定向时延。

可选的，为了提高AMF模块的处理效率，一些专用5G网络，例如电力虚拟专用网络(简称电力虚拟专网)，可以按照图5所示的方式部署。

图5中的AMF31至AMF3n表示新增的专门用于支持电力虚拟专网接入的的AMF模块，可以看到，这些电力虚拟专网的AMF模块单独组成新的AMF集合(set)，记为电力网AMF集合。在此基础上，对于电力广域场景下部署的运营商共享基站，采用3挂组网的方式将运营商共享基站挂接电力网AMF集合和其他的AMF集合下，对于数据传输速率要求极高的园区场景中的独享基站，则仅挂接电力网AMF集合，确保园区场景中的用户设备通过独享基站第一时间接入电力虚拟专网。

在应用上述改进后的UPF模块的5G网络中，终端案图4所示的方式接入5G网络后，可以按图6所示的信令交互流程建立会话，请参见图6，入网后终端建立会话的流程可以包括如下的信令交互环节。

用户设备向AMF模块发送S1，会话建立请求(PDU SessionEstablishmentRequest)，AMF模块收到后执行S2，选择SMF(SMF selection)，选择好专有SMF模块后，AMF向SMF发送S3，会话上下文请求(Nsmf_PDUSession_Create SMContext Request)，SMF模块收到S3之后，向UDM模块执行S4，注册/订阅检索/订阅更新(Registration/Subscriptionretrieval/Subscription ofupdates)。

然后SMF模块向AMF模块发送S5，会话上下文响应(Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Response)，随后用户设备和数据网络(DN)完成S6，会话认证/授权(PDUSession authentication/authorization)。

SMF模块执行S7a，选择PCF(PCF Selection)，并和选中的PCF执行S7b，会话管理策略建立或改进(Session Management Policy Establishment or Modification)。接着SMF模块再执行S8，选择UPF模块(UPF Selection)，并在选择完成后和PCF执行S9，会话管理策略改进(SessionManagementPolicy Modification)。随后，SMF模块向选中的UPF模块发送S10a，会话建立/修改请求(Session Establishment/Modification Request)，UPF模块向SMF模块发送S10b，会话建立/修改响应(Session Establishment/ModificationResponse)。

SMF模块和AMF模块之间执行S11，通信消息传输(Nsmf_Communication_N1N2MessageTransfer)，然后AMF向RAN发送S12，会话请求(N2 PDU Session Request)，RAN对用户设备UE执行S13，网络资源配置(AN-specific resource setup)，RAN向AMF模块发送S14，会话请求确认(N2 PDU Session RequestAck)，然后UE向UPF发送第一上行数据(FirstUplink Data)。

AMF模块向SMF模块发送S15，会话更新上下文请求(Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext Request)，SMF向UPF发送S16a，会话修改请求(N4 SessionModificationRequest)，UPF向SMF反馈S16b，会话修改响应(N4 SessionModification Response)，并向UE下发第一下行数据(First Downlink Data)。

SMF向AMF发送S17，会话更新上下文响应(Nsmf_PDUSession_UpdateSMContextResponse)，以及S18，会话上下文状态通知(Nsmf_PDUSession_SMContextStatusNotify)，然后SMF通过UPF向UE下发S19，IPv6地址配置(IPv6 Address Configuration)，最后，SMF和UDM执行S20，解除订阅/注册(Unsubscription/Deregistration)。

在图6所示的信令交互过程中，用户设备通过切片和DNN选择专有SMF模块，然后专有SMF模块通过用户设备的位置、切片和DNN选择专有UPF模块，最后专有UPF模块给用户设备发送激活成功消息，并通知无线网络RAN创建用户面隧道，从而完成会话建立。

可选的，基于本实施例提供的网络架构而实现的专用5G网络，例如电力虚拟专网，其SMF模块可以按照图7所示的方案部署。可以看到，该部署方案中电力专用SMF(即电力虚拟专网的SMF模块)和公用5G网络实现物理上的完全隔离，具有独立的硬件资源池，隔离性高，但是这种方案存在网络设备和安全配套设备成本高的问题。

基于本实施例提供的UPF模块的服务化接口，UPF模块还提供了若干个支持本地能力开放的API，每一个API都有对应的若干个控制面模块作为该API的消费者，消费者可以通过对应的API从UPF模块获得所需的用户面业务数据。

具体的，请参见表1，为UPF模块基于服务化接口实现的几个API及其对应的消费者的示例。

表1

序号	本地能力开放的API	消费者
			1	QoS监控API	NEF/NWDAF
2	深度检测数据API	NEF/NWDAF
			3	计费API	CHF
4	会话管理功能API	SMF

其中，NWDAF，全称为Network Data Analytics Function，中文为网络数据分析功能，该模块也属于5G网络的一个控制面模块。

UPF模块支持服务化接口后，还可以通过上述本地能力开放的API，直接向部署在用户设备本地的本地能力开放平台开放相关的能力，比如本地能力开放平台可以通过QoS监控API直接从UPF模块获得QoS监控数据，由此，可以实现本地化的QoS监控数据采集/用户路由的管理等相关能力开放的操作，使得相关的业务管理均在本地完成，无需路由到位置比较高的控制面模块，方便本地管理。

请参见图8，为基于本实施例改进的UPF模块而设计的5G网络架构的示意图。可以看到，改进后的UPF模块可以直接向本地能力开放平台提供用户面业务数据(例如前述QoS监控数据)，并由本地能力开放平台将用户面业务数据转给本地的应用。

图8所示的数据传输路径，相当于：

用户面功能模块收集用户面业务数据；

用户面功能模块通过本地能力开放的应用程序接口(Application ProgramInterface，API)向本地能力开放平台发送用户面业务数据；其中，用户面业务数据通过本地能力开放平台转传递至本地应用。

也就是说，基于改进后的UPF，用户面业务数据从UPF模块到本地应用的传输路径为UPF-本地能力开放平台-本地应用，显然，该传输路径比图1所示的现有5G网络架构中用户面业务数据的传输路径更短，因此本实施例改进后的UPF，能够显著缩短UPF传输用户面业务数据到本地应用的时延，提高用户面业务数据的传输效率。

为了使本实施例改进后的UPF直接向控制面模块提供相关数据，UPF模块需要预先在NRF模块上进行注册，注册成功后才能被其他控制面模块发现和消费。请参见图9，为UPF模块的注册流程的示意图，该注册流程可以包括如下步骤。

S901，用户面功能模块发送服务注册请求。

注册请求中携带有用户面功能模块相关的注册信息，例如可以携带有用户面功能模块包含的本地能力开放的API，以及这些API的调用方法等信息。

S902，网络存储库功能模块存储用户面功能模块的注册信息。

网络存储库功能模块(即NRF模块)收到注册信息后，将注册信息存储在本地。

S903，网络存储库功能模块发送服务注册响应。

用户面功能模块收到服务注册响应，就表示用户面功能模块已经完成注册。

当任意控制面模块需要和用户面功能模块交互时，可以向NRF模块查询本地用户面功能模块的注册信息，并基于注册信息向用户面功能模块订阅所需的数据，订阅成功后，用户面功能模块就可以通过本地能力开放的API将实时采集到的数据报送给订阅了数据的控制面模块。

下面以NEF模块(即网络开放功能模块)为例，说明控制面模块向用户面功能模块订阅数据的流程。

请参见图10，为本申请实施例提供的UPF模块支持本地能力开放的业务处理流程图，该流程可以包括如下步骤。

S1001，网络开放功能模块发送能力开放信息订阅请求。

S1002，用户面功能模块反馈订阅成功响应。

S1003，用户面功能模块按预设规则发送订阅信息。

订阅信息，即用户面功能模块采集到的用户面业务数据中被订阅的部分，例如，用户面业务数据包括QoS监控信息和计费信息，网络开放功能模块订阅了其中的计费信息，则步骤S1003中用户面功能模块发送的订阅信息，就是用户面功能模块收集到的计费信息。

步骤S1003中，预设规则可以是周期性的发送，即用户面功能模块可以每经过一个预设的周期，就向NEF模块发送该周期内的订阅信息。

预设规则还可以是满足特定发送条件时发送，即用户面功能模块实时判断当前收集的订阅信息是否满足特定发送条件，例如当前采集到的订阅信息是否有异常，如果满足特定发送条件，就将从上一次发送订阅信息时刻至今采集到的订阅信息发给NEF模块。

下面结合两个应用场景示例对本实施例改进后的UPF进行说明。

场景一，智能工厂基于本地能力开放实现时延敏感性业务的管理。

在智能工厂中，UPF实时收集业务数据时延信息，实现QoS的监控，并通过上述本地能力开放的API，将收集的业务数据时延信息报送给已订阅相关信息的本地能力开放平台。

本地能力开放平台将订阅的业务数据时延信息开放给本地应用，例如开放给本地业务管理平台，或者确定性业务管理中心。

由此，本地业务管理平台，或者确定性业务管理中心可以根据收到的业务数据时延信息，调整相关的策略或者是确定性管理参数，从而实现对时延敏感业务的支持。

场景二，深度检测数据对NWDAF的直接开放。

请参见图11，为本申请实施例提供的另一种5G网络架构的示意图。

NWDAF可以直接向UPF订阅深度检测数据，由此，UPF通过本地能力开放的API直接将深度检测数据报送给NWDAF，无需通过SMF转发，减轻了SMF模块的压力，并实现更便捷的数据收集。

本实施例的有益效果在于：

本方案中用户面功能模块能通过服务API的方式直接对周边网元提供可调用的能力，可简化本地部署，优化网络结构，加快用户面功能模块的数据向本地应用传输，更有利于边缘业务的部署和推广。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用户面功能模块传输数据的方法，其特征在于，应用于用户面功能模块，所述用户面功能模块支持服务化接口；

所述方法包括：

所述用户面功能模块收集用户面业务数据；

所述用户面功能模块通过本地能力开放的应用程序接口(ApplicationProgramInterface，API)向本地能力开放平台发送所述用户面业务数据；其中，所述用户面业务数据通过所述本地能力开放平台转传递至本地应用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述用户面功能模块发送服务注册请求给网络存储库功能模块；其中，所述注册请求携带所述用户面功能模块的注册信息；

所述用户面功能模块接收所述网络存储库功能模块反馈的服务注册响应，以完成服务注册；其中，所述服务注册响应在所述网络存储库功能模块存储所述注册信息后反馈。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地能力开放的应用程序接口，至少包括：QoS监控API，深度检测数据API，计费API和会话管理功能API。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在任一控制面模块向所述用户面功能模块订阅数据后，按照预设规则向所述控制面模块发送订阅信息；其中，所述预设规则为周期性发送或者所述订阅信息满足预设条件时发送。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制面模块向所述用户面功能模块订阅数据的过程包括：

所述控制面模块发送能力开放信息订阅请求给所述用户面功能模块；

所述用户面功能模块向所述控制面模块反馈订阅成功响应，以完成订阅。

Images