用于5G核心网的路径优化方法、实体和系统、存储介质

技术领域

本公开涉及数据通信领域，特别涉及一种用于5G核心网的路径优化方法、实体和系统、存储介质。

背景技术

5G核心网中存在多个UPF(User Plane Function，用户面功能实体)，每个PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)会话可能存在多个UPF转发的路径，而如何选择UPF转发路径则是一个重要问题，路径选择方法的好坏影响到整体系统的性能。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种用于5G核心网的路径优化方法、实体和系统、存储介质，可以在移动核心网中，利用链路状态信息优化数据转发路径。

根据本公开的一个方面，提供一种用于5G核心网的路径优化方法，包括：

用户面功能实体获取链路状态信息；

用户面功能实体将链路状态信息发送给会话管理功能实体；

会话管理功能实体根据链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径；

会话管理功能实体将最优转发路径下发给用户面功能实体执行。

在本公开的一些实施例中，所述用于5G核心网的路径优化方法还包括：

会话管理功能实体向用户面功能实体下发链路采集指令；

在接收到链路采集指令的情况下，用户面功能实体获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述会话管理功能实体向用户面功能实体下发链路采集指令包括：

会话管理功能实体在PFCP(Packet Forwarding Control Protocol，报文转发控制协议)报文中增加链路状态位，使能链路状态位；

会话管理功能实体将PFCP报文作为链路采集指令下发给用户面功能实体。

在本公开的一些实施例中，所述在接收到链路采集指令的情况下，用户面功能实体获取链路状态信息包括：

用户面功能实体在接收到PFCP报文后，解析链路状态位是否置位；

在链路状态位置位的情况下，用户面功能实体获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述用户面功能实体获取链路状态信息包括：

用户面功能实体利用链路状态路由协议生成的链路状态数据库，采集链路状态信息；

用户面功能实体将链路状态信息编码为报文转发控制协议PFCP报文中的新增规则。

在本公开的一些实施例中，所述用户面功能实体将链路状态信息发送给会话管理功能实体包括：

用户面功能实体将包含有链路状态信息的PFCP报文发送给会话管理功能实体。

在本公开的一些实施例中，所述会话管理功能实体根据链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径包括：

会话管理功能实体接收包含有链路状态信息的PFCP报文；

会话管理功能实体对包含有链路状态信息的PFCP报文进行解码，获取链路状态信息；

会话管理功能实体确定用户面功能实体的最短转发路径。

在本公开的一些实施例中，所述会话管理功能实体将最优转发路径下发给用户面功能实体执行包括：

会话管理功能实体将最优转发路径以数据包检测规则和转发行为规则的形式下发给用户面功能实体；

用户面功能实体执行所述数据包检测规则和转发行为规则。

根据本公开的另一方面，提供一种用户面功能实体，包括：

链路状态收集器，用于获取链路状态信息；

链路状态编码器，用于将链路状态信息发送给会话管理功能实体，指示会话管理功能实体根据链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径；

路径执行模块，用于接收会话管理功能实体下发的最优转发路径，并执行所述最优转发路径。

在本公开的一些实施例中，链路状态收集器，用于在接收到会话管理功能实体下发的链路采集指令的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，链路状态收集器，用于在接收到会话管理功能实体下发的报文转发控制协议PFCP报文的链路采集指令后，解析链路状态位是否置位，其中，会话管理功能实体在PFCP报文中增加链路状态位，使能链路状态位；在链路状态位置位的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述用户面功能实体还包括由链路状态路由协议生成的链路状态数据库，其中：

链路状态收集器，用于利用链路状态数据库采集链路状态信息；

链路状态编码器，用于将链路状态信息编码为报文转发控制协议PFCP报文中的新增规则；并包含有链路状态信息的PFCP报文发送给会话管理功能实体。

在本公开的一些实施例中，路径执行模块，用于接收会话管理功能实体以数据包检测规则和转发行为规则的形式下发的最优转发路径，并执行所述数据包检测规则和转发行为规则。

根据本公开的另一方面，提供一种会话管理功能实体，包括：

最优路径确定模块，用于根据用户面功能实体获取并上报的链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径；将最优转发路径下发给用户面功能实体执行。

在本公开的一些实施例中，所述会话管理功能实体还包括：

链路采集指令使能器，用于向用户面功能实体下发链路采集指令，并指示用户面功能实体在接收到链路采集指令的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，链路采集指令使能器，用于在报文转发控制协议PFCP报文中增加链路状态位，使能链路状态位；将PFCP报文作为链路采集指令下发给用户面功能实体，并指示用户面功能实体在接收到PFCP报文后，解析链路状态位是否置位，在链路状态位置位的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述会话管理功能实体还包括：

链路状态解码器，用于接收用户面功能实体上报的包含有链路状态信息的报文转发控制协议PFCP报文，其中，用户面功能实体将链路状态信息编码为报文转发控制协议PFCP报文中的新增规则；对包含有链路状态信息的PFCP报文进行解码，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述会话管理功能实体还包括：

最优路径下发模块，用于将最优转发路径以数据包检测规则和转发行为规则的形式下发给用户面功能实体，并指示用户面功能实体执行所述数据包检测规则和转发行为规则。

根据本公开的另一方面，提供一种用于5G核心网的路径优化系统，包括如上述任一实施例所述的用户面功能实体、和如上述任一实施例所述的会话管理功能实体。

根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的用于5G核心网的路径优化方法。

本公开可以在移动核心网中，利用链路状态信息优化数据转发路径。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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为本公开用于5G核心网的路径优化方法一些实施例的示意图。

图2为本公开一些实施例中TLV格式编码的示意图。

图3为本公开用于5G核心网的路径优化方法另一些实施例的示意图。

图4为本公开一些实施例中PFCP报文中LSB位的示意图。

图5为本公开用于5G核心网的路径优化系统一些实施例的示意图。

图6为本公开用于5G核心网的路径优化系统另一些实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本公开用于5G核心网的路径优化方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开用于5G核心网的路径优化系统执行。本公开用于5G核心网的路径优化系统包括用户面功能实体和会话管理功能实体。图1实施例的方法可以包括步骤11-步骤14，其中：

步骤11，用户面功能实体获取链路状态信息；

在本公开的一些实施例中，步骤11可以包括步骤111-步骤112，其中：

步骤111，用户面功能实体利用链路状态路由协议生成的链路状态数据库，采集链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述链路状态路由协议可以为IGP(Interior GatewayProtocol，内部网关协议)。

在本公开的一些实施例中，所述IGP协议可以包括OSPF(Open Shortest PathFirst，开放最短路径优先)协议和ISIS(Intermediate System-to-Intermediate System，中间系统到中间系统)协议。

步骤112，用户面功能实体将链路状态信息编码为PFCP报文中的新增规则。

在本公开的一些实施例中，步骤112中，在PFCP报文中的新增规则为新增的PFCPLSR(Link State Rule，链路状态规则)。

在本公开的一些实施例中，PFCP协议是5G核心网中SMF与UPF间的控制协议。

在本公开的一些实施例中，步骤112还可以包括增加新的IE(InformationElement，信息元素)Type类型。

在本公开的一些实施例中，步骤112还可以包括：以TLV(Type类型，Lenght长度，Value值)格式编码的形式，增加链路状态描述信息。图2为本公开一些实施例中TLV格式编码的示意图。

在本公开的一些实施例中，所述链路状态描述信息可以包括结点描述符、链路描述符、前缀描述符等链路状态描述信息。

步骤12，用户面功能实体将链路状态信息发送给会话管理功能实体。

在本公开的一些实施例中，步骤12可以包括：用户面功能实体将包含有链路状态信息的PFCP报文发送给会话管理功能实体。

步骤13，SMF(Session Management Function，会话管理功能实体)根据链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径。

在本公开的一些实施例中，步骤13可以包括步骤131-步骤133，其中：

步骤131，会话管理功能实体接收包含有链路状态信息的PFCP报文。

步骤132，会话管理功能实体对包含有链路状态信息的PFCP报文进行解码，获取链路状态信息。

步骤133，会话管理功能实体确定用户面功能实体的最短转发路径。

在本公开的一些实施例中，步骤133可以包括：会话管理功能实体可以采用最短路径树的方式确定用户面功能实体的最短转发路径。

步骤14，会话管理功能实体将最优转发路径下发给用户面功能实体执行。

在本公开的一些实施例中，步骤14可以包括步骤141-步骤142，其中：

步骤141，会话管理功能实体将最优转发路径以PDR(Packet Detection Rule，数据包检测规则)和FAR(Forwarding Action Rule，转发行为规则)的形式下发给用户面功能实体。

步骤142，用户面功能实体执行所述数据包检测规则和转发行为规则。

基于本公开上述实施例提供的用于5G核心网的路径优化方法，可以利用链路状态路由协议(如OSPF和ISIS)生成的链路状态数据库，UPF采集链路状态并编码为PFCP协议中的新增规则，将包含有链路状态信息的PFCP报文发送给SMF，使得SMF获得UPF网络的链路状态。SMF可解码PFCP报文得到链路状态信息，从而计算出UPF的最优路径，再以PDR和FAR规则下发给UPF执行。

本公开上述实施例在5G核心网中存在多个UPF，每个PDU会话可能存在多个UPF转发的路径的情况下，可以选择最短UPF转发路径，从而大大提高了整体系统的性能。

图3为本公开用于5G核心网的路径优化方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开用于5G核心网的路径优化系统执行。本公开用于5G核心网的路径优化系统包括用户面功能实体和会话管理功能实体。图3实施例的方法可以包括步骤31-步骤39，其中：

步骤31，会话管理功能实体向用户面功能实体下发链路采集指令。

在本公开的一些实施例中，步骤31可以包括步骤311-步骤312，其中：

步骤311，会话管理功能实体在报文转发控制协议PFCP报文中增加链路状态位，使能链路状态位。

在本公开的一些实施例中，步骤311可以包括在原PFCP协议基础上新增PFCP LSB位(Link State Bit，链路状态位)作为下发的PFCP报文链路状态采集指令。

在本公开的一些实施例中，步骤311可以包括：在Reporting Triggers(报告触发器)的IE中增加LSB位。

图4为本公开一些实施例中PFCP报文中LSB位的示意图。如图4所示，当LSB＝1时，表明SMF使能UPF对链路状态采集功能；当LSB＝0时，表明SMF去使能UPF对链路状态采集功能。

步骤312，会话管理功能实体将PFCP报文作为链路采集指令下发给用户面功能实体。

步骤32，用户面功能实体接收链路采集指令。

步骤33，在接收到链路采集指令的情况下，用户面功能实体利用链路状态路由协议生成的链路状态数据库，采集链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，步骤33可以包括步骤331-步骤332，其中：

步骤331，用户面功能实体在接收到PFCP报文后，解析链路状态位是否置位(即，LSB是否为1)。

步骤332，在链路状态位置位(即，LSB为1)的情况下，用户面功能实体利用链路状态路由协议生成的链路状态数据库，采集链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，所述链路状态路由协议可以为IGP协议。

在本公开的一些实施例中，所述IGP协议可以包括OSPF协议和ISIS协议。

步骤34，UPF对链路状态进行编码。

在本公开的一些实施例中，步骤34可以包括：用户面功能实体将链路状态信息编码为PFCP报文中的新增规则。

在本公开的一些实施例中，在PFCP报文中的新增规则为新增的PFCP LSR规则。

在本公开的一些实施例中，步骤34还可以包括增加新的IE Type类型。

在本公开的一些实施例中，步骤34还可以包括：以如图2所示的TLV格式编码的形式，增加链路状态描述信息。

在本公开的一些实施例中，所述链路状态描述信息可以包括结点描述符、链路描述符、前缀描述符等链路状态描述信息。

步骤35，用户面功能实体将链路状态信息发送给会话管理功能实体。

在本公开的一些实施例中，步骤35可以包括：UPF将步骤34的编码结果加入到PFCP回复报文。

步骤36，SMF接收PFCP报文。

步骤37，SMF解码PFCP报文得到链路状态信息。

步骤38，SMF计算最短路径，并下发PDR和FAR规则给UPF。

步骤39，UPF执行PDR和FAR规则。

在本公开图3实施例中，左侧步骤(步骤31、步骤36-步骤39)可以由会话管理功能实体SMF执行；右侧步骤(步骤32-步骤35、步骤39)可以由用户面功能实体UPF执行。

本公开上述实施例可以通过UPF中运行的IGP协议(如OSPF协议和ISIS协议)，获得域内链路状态信息并编码为PFCP协议字段发送给SMF，SMF解码报文后根据采集到的链路状态信息确定UPF的最优转发路径。

本公开上述实施例提出了在移动核心网中，可以利用链路状态信息优化数据转发路径。

本公开上述实施例提出了可以采用PFCP协议传递链路状态信息。

本公开上述实施例提出了可以对PFCP协议增加LSB链路状态位。

本公开上述实施例提出了可以对PFCP协议增加LSR链路状态规则。

本公开上述实施例提出了可以PFCP协议的LSR链路状态规则编码方式。

图5为本公开用于5G核心网的路径优化系统一些实施例的示意图。本公开用于5G核心网的路径优化系统可以包括会话管理功能实体52和至少一个用户面功能实体51，其中：

用户面功能实体51，用于获取链路状态信息；将链路状态信息发送给会话管理功能实体。

在本公开的一些实施例中，用户面功能实体51可以用于执行SMF下达的动作指令(转发、丢弃、缓冲等)

在本公开的一些实施例中，用户面功能实体51可以用于利用链路状态路由协议生成的链路状态数据库，采集链路状态信息；用户面功能实体将链路状态信息编码为PFCP报文中的新增规则；将包含有链路状态信息的PFCP报文发送给会话管理功能实体。

会话管理功能实体52，用于根据链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径；将最优转发路径下发给用户面功能实体51执行。

在本公开的一些实施例中，如图5所示，会话管理功能实体52可以用于根据SPF(Shortest Path First，最短路径优先算法)，从用户面功能实体51的链路状态数据库获取链路状态信息；可以采用最短路径树的方式确定用户面功能实体的最短转发路径；将最优转发路径以PDR规则和FAR规则的形式下发给用户面功能实体。

在本公开的一些实施例中，会话管理功能实体52可以用于执行控制管理功能。

在本公开的一些实施例中，如图5所示，会话管理功能实体52可以与3个用户面功能实体51(UPF-1、UPF-1和UPF-1)进行交互。

基于本公开上述实施例提供的用于5G核心网的路径优化系统，可以利用链路状态路由协议(如OSPF和ISIS)生成的链路状态数据库，UPF采集链路状态并编码为PFCP协议中的新增规则，将包含有链路状态信息的PFCP报文发送给SMF，使得SMF获得UPF网络的链路状态。SMF可解码PFCP报文得到链路状态信息，从而计算出UPF的最优路径，再以PDR和FAR规则下发给UPF执行。

本公开上述实施例在5G核心网中存在多个UPF，每个PDU会话可能存在多个UPF转发的路径的情况下，可以选择最短UPF转发路径，从而大大提高了整体系统的性能。

图6为本公开用于5G核心网的路径优化系统另一些实施例的示意图。图6还给出了会话管理功能实体和用户面功能实体的具体结构和功能的示意图。下面结合图6对会话管理功能实体SMF和用户面功能实体UPF的具体结构和功能进行说明。

在本公开的一些实施例中，PFCP协议是5G核心网中SMF与UPF间的控制协议。

如图6所示，本公开用户面功能实体51可以包括链路状态收集器511、链路状态编码器512和路径执行模块513，其中：

链路状态收集器511，用于获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，链路状态收集器511还可以用于在接收到会话管理功能实体下发的链路采集指令的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，链路状态收集器511还可以用于在接收到会话管理功能实体下发的报文转发控制协议PFCP报文的链路采集指令后，解析链路状态位是否置位，其中，会话管理功能实体在PFCP报文中增加链路状态位，使能链路状态位；在链路状态位置位的情况下，获取链路状态信息。

链路状态编码器512，用于将链路状态信息发送给会话管理功能实体，指示会话管理功能实体根据链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径。

路径执行模块513，用于接收会话管理功能实体下发的最优转发路径，并执行所述最优转发路径。

在本公开的一些实施例中，路径执行模块513可以用于接收会话管理功能实体以数据包检测规则和转发行为规则的形式下发的最优转发路径，并执行所述数据包检测规则和转发行为规则。

在本公开的一些实施例中，如图5所示，所述用户面功能实体还可以包括由链路状态路由协议生成的链路状态数据库514，其中：

链路状态收集器511，用于利用链路状态数据库514采集链路状态信息。

链路状态编码器512，用于将链路状态信息编码为报文转发控制协议PFCP报文中的新增规则；并包含有链路状态信息的PFCP报文发送给会话管理功能实体。

基于本公开上述实施例提供的用户面功能实体，可以通过UPF中运行的IGP协议(如OSPF协议和ISIS协议)，获得域内链路状态信息并编码为PFCP协议字段发送给SMF，SMF解码报文后根据采集到的链路状态信息确定UPF的最优转发路径。

本公开上述实施例提出了在移动核心网中，可以利用链路状态信息优化数据转发路径。

本公开上述实施例提出了可以采用PFCP协议传递链路状态信息。

本公开上述实施例提出了可以对PFCP协议增加LSB链路状态位。

本公开上述实施例提出了可以对PFCP协议增加LSR链路状态规则。

本公开上述实施例提出了可以PFCP协议的LSR链路状态规则编码方式。

如图6所示，本公开会话管理功能实体52可以包括最优路径确定模块521，其中：

最优路径确定模块521，用于根据用户面功能实体获取并上报的链路状态信息确定用户面功能实体的最优转发路径；将最优转发路径下发给用户面功能实体执行。

在本公开的一些实施例中，如图6所示，所述会话管理功能实体还可以包括链路采集指令使能器522，其中：

链路采集指令使能器522，用于向用户面功能实体51下发链路采集指令，并指示用户面功能实体在接收到链路采集指令的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，链路采集指令使能器522可以用于在报文转发控制协议PFCP报文中增加链路状态位，使能链路状态位；将PFCP报文作为链路采集指令下发给用户面功能实体，并指示用户面功能实体51在接收到PFCP报文后，解析链路状态位是否置位，在链路状态位置位的情况下，获取链路状态信息。

在本公开的一些实施例中，如图6所示，所述会话管理功能实体还可以包括链路状态解码器523，其中：

链路状态解码器523，用于接收用户面功能实体上报的包含有链路状态信息的报文转发控制协议PFCP报文，其中，用户面功能实体将链路状态信息编码为报文转发控制协议PFCP报文中的新增规则；对包含有链路状态信息的PFCP报文进行解码，获取链路状态信息；之后将所述链路状态信息发送给最优路径确定模块521。

在本公开的一些实施例中，如图6所示，所述会话管理功能实体还可以包括最优路径下发模块524，其中：

最优路径下发模块524，用于将最优转发路径以数据包检测规则和转发行为规则的形式下发给用户面功能实体，并指示用户面功能实体51执行所述数据包检测规则和转发行为规则。

基于本公开上述实施例提供的会话管理功能实体，通过UPF利用链路状态路由协议(如OSPF和ISIS)生成的链路状态数据库，UPF采集链路状态并编码为PFCP协议中的新增规则，接收UPF发送的包含有链路状态信息的PFCP报文，之后本公开上述实施例可以获得UPF网络的链路状态，SMF可解码PFCP报文得到链路状态信息，从而计算出UPF的最优路径，再以PDR和FAR规则下发给UPF执行。

本公开上述实施例在5G核心网中存在多个UPF，每个PDU会话可能存在多个UPF转发的路径的情况下，可以选择最短UPF转发路径，从而大大提高了整体系统的性能。

根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例(例如图1或图3实施例)所述的用于5G核心网的路径优化方法。

基于本公开上述实施例提供的计算机可读存储介质，可以利用链路状态路由协议(如OSPF和ISIS)生成的链路状态数据库，UPF采集链路状态并编码为PFCP协议中的新增规则，将包含有链路状态信息的PFCP报文发送给SMF，使得SMF获得UPF网络的链路状态。SMF可解码PFCP报文得到链路状态信息，从而计算出UPF的最优路径，再以PDR和FAR规则下发给UPF执行。

本公开上述实施例在5G核心网中存在多个UPF，每个PDU会话可能存在多个UPF转发的路径的情况下，可以选择最短UPF转发路径，从而大大提高了整体系统的性能。

在上面所描述的用户面功能实体和会话管理功能实体可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。