CN108616978B - 一种网络功能实体进行无状态处理的方法及装置 - Google Patents

一种网络功能实体进行无状态处理的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络功能实体进行无状态处理的方法及装置，所述方法包括：第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；所述第一网络功能实体接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。

Description

一种网络功能实体进行无状态处理的方法及装置
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种网络功能实体进行无状态处理的方法及装置。
背景技术
移动通信目前已经发展到4G阶段。4G的网络架构和前几代相比，主要特点是基于全IP传输。图1是一种4G网络架构，4G网络架构中各网元的功能如下：
终端(UE，User Equipment)，主要通过无线空口接入4G网络并获得服务，终端通过空口和基站交互信息，通过非接入层信令(NAS，Non-Access Stratum)和核心网的移动性管理实体(MME，Mobility Management Entity)交互信息。
基站(RAN，Radio Access Network)，负责终端接入网络的空口资源调度和以及空口的连接管理。
移动管理实体：核心网控制面实体，主要负责对用户的鉴权、授权以及签约检查，以保证用户是合法用户；用户移动性管理，包括位置注册和临时标识分配；维护空闲(IDLE)和连接(CONNECT)状态以及状态迁移；在CONNECT状态下的切换；分组数据网(PDN，PacketData network)连接以及承载的维护，包括创建、修改和删除等会话管理的功能；用户IDLE状态下触发寻呼等功能。
服务网关(SGW，Serving GW)：核心网用户面功能实体，主要负责漫游情况下和PDNGW的交互；用户IDLE状态下收到下行数据包进行缓存并通知MME寻呼用户；跨基站的用户面锚点以及跨2G/3G/4G移动性的用户面锚点等功能。
分组数据网关(PDN GW，Packet Data network GW)：核心网用户面功能实体，是终端接入PDN网络的接入点，负责分配用户IP地址，网络触发的承载建立、修改和删除，还具有服务质量(QoS，Quality of Service)控制计费等功能，是用户在3GPP系统内以及和非3GPP系统之间切换的锚点，从而保证IP地址不变，保证业务连续性。
因为4G主要为人和人服务，到了5G时代，随着对物和物之间通讯的支持，对移动网络的需求更加多样，移动网络将更加复杂。功能组件化和网络功能(NF，Network Function)无状态处理，可以简化5G网络，灵活的满足移动网络的多样需求。网络功能无状态处理，要求业务处理与数据分离，并使用分布式架构，同一组件多实例。
图2是一种5G网络架构，5G网络架构中各网元的功能如下：
公共用户数据库(CUDB，Centralized User Database)：至少存储了用户动态数据，如移动行管理上下文、会话上下文、用户状态等。
控制面功能(CP，Control Plane)：包括移动性管理功能(MM)和会话管理功能(SM)等，主要负责对用户的鉴权、授权以及签约检查，以保证用户是合法用户；用户移动性管理，包括位置注册和临时标识分配；维护IDLE和CONNECT状态以及状态迁移；在CONNECT状态下的切换；协议数据单元(PDU，Protocol Data Unit)会话的维护，包括创建、修改和删除等会话管理的功能；用户IDLE状态下触发寻呼等功能。
用户面功能(UP，User Plane)：核心网用户面功能实体，负责分配用户IP地址，具有QoS控制计费等功能。
功能组件化后，通过蓝图等方式编排组件，组成网络功能。网络功能中的组件，可以采用分布式架构，同一组件多实例。处理用户相关信令的组件实现无状态处理时，处理用户的信令的组件多实例，业务处理与数据完全分离，收到用户相关的信令，网络功能选择一个组件实例进行处理，组件实例处理用户信令消息后，把用户数据释放。
图3是处理用户的信令的无状态处理示意图，其中CP中可能是由多个网络功能组成，每个网络功能可以由多个组件组成，每个组件都可以是多实例。
步骤301，UE发送用户相关信令给CP，CP中的转发模块选择实例1(CP1)处理该消息。
步骤302，CP1向CUDB发送读取用户数据请求消息，请求该用户所有数据。
步骤303，CUDB向CP1返回读取用户数据响应消息，携带用户的数据和状态信息。
步骤304，CP1完成对用户信令的处理等。
步骤305，CP1向CUDB发送写入用户数据请求消息，写入该用户数据。
步骤306，CUDB向CP1返回写入用户数据响应消息。
步骤307，CP1删除本地用户上下文信息。
在一个用户流程中，一个NF会存在向其他NF多次交互，如果每一次交互，都需要向CUDB读取和写入用户数据，则一方面增加了网络负荷，另一方面也增加了流程完成的时延。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种网络功能实体进行无状态处理的方法及装置。
本发明实施例提供的网络功能实体进行无状态处理的方法，包括：
第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；
当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；
所述第一网络功能实体接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。
本发明实施例中，所述当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息，包括：
当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，如果所述请求消息具有相关联的响应消息，则在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
本发明实施例中，所述第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息，包括：
所述第一网络功能实体接收到请求消息时，为所述请求消息选择处理实例；
所述第一网络功能利用所述处理实例向公共用户数据库CUDB实体发送读取用户数据请求消息，并接收所述CUDB实体发送的读取用户数据响应消息，所述读取用户数据响应消息携带用户数据和状态信息。
本发明实施例中，所述第一网络功能实体至少包括：移动性管理功能实体、会话管理功能实体。
本发明实施例中，所述处理实例为所述移动性管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例、或者为所述会话管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。
本发明实施例中，所述第二网络功能实体至少包括：终端、基站、用户面实体。
本发明另一实施例提供的网络功能实体进行无状态处理的装置，包括：
选择单元，用于为用户处理流程选择处理实例；
获取单元，用于通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；
封装单元，用于当利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；
提取单元，用于接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；
转发单元，用于根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。
本发明实施例中，所述封装单元，具体用于：利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，如果所述请求消息具有相关联的响应消息，则在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
本发明实施例中，所述选择单元，具体用于：接收到请求消息时，为所述请求消息选择处理实例；
所述获取单元，具体用于：利用所述处理实例向CUDB实体发送读取用户数据请求消息，并接收所述CUDB实体发送的读取用户数据响应消息，所述读取用户数据响应消息携带用户数据和状态信息。
本发明实施例中，所述第一网络功能实体至少包括：移动性管理功能实体、会话管理功能实体。
本发明实施例中，所述处理实例为所述移动性管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例、或者为所述会话管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。
本发明实施例中，所述第二网络功能实体至少包括：终端、基站、用户面实体。
本发明实施例的技术方案中，第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；所述第一网络功能实体接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。采用本发明实施例的技术方案，可以降低网络负荷，缩短流程完成的时延，提高用户业务体验。
附图说明
附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1是EPC网络架构图；
图2是一种业务处理与数据分离的5G网络架构图；
图3是基于业务处理与数据分离的5G网络架构的PDU会话建立流程图；
图4是本发明实施例的附着过程的流程图；
图5是本发明实施例的业务请求过程的流程图；
图6是本发明实施例的PDU会话建立过程的流程图；
图7为本发明实施例的网络功能实体进行无状态处理的方法的流程示意图；
图8为本发明实施例的网络功能实体进行无状态处理的装置的结构组成示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。
无状态处理的网络功能，在一次流程中，可能向CUDB多次读取和写入用户的数据和状态信息，增加了网络负荷和流程处理时延。
基于此，本发明实施例提出了一种网络功能实体进行无状态处理的方法，无状态处理的网络功能，对每一个用户流程，处理用户信令的组件实例只锚定在一个处理实例，处理实例在流程结束前，会一直保留流程需要的用户数据和状态信息，处理实例在给周边NF发送请求消息时，如果请求消息会有对应的响应消息，则处理实例会在请求消息中携带处理实例的临时路由信息，收到请求消息中携带的处理实例的临时路由信息的网络功能，后续在返回响应消息时，携带请求消息中携带的处理实例的临时路由信息，转发模块根据处理实例的临时路由信息转发到请求消息发送的处理实例，从而使得一次流程只需要向CUDB读取和写入一次数据，降低了网络负荷，缩短了流程完成的时延。
图7为本发明实施例的网络功能实体进行无状态处理方法的流程示意图一，如图7所示，所述方法包括：
步骤701：第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息。
具体地，所述第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息，包括：
所述第一网络功能实体接收到请求消息时，为所述请求消息选择处理实例；
所述第一网络功能利用所述处理实例向公共用户数据库CUDB实体发送读取用户数据请求消息，并接收所述CUDB实体发送的读取用户数据响应消息，所述读取用户数据响应消息携带用户数据和状态信息。
本发明实施例中，所述第一网络功能实体至少包括：移动性管理功能实体、会话管理功能实体。此外，还可以包括其他可以处理用户信令的网络功能实体。
相应地，所述处理实例为所述移动性管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例、或者为所述会话管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。此外，还可以包括其他可以处理用户信令的网络功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。
步骤702：当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
具体地，当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，如果所述请求消息具有相关联的响应消息，则在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
步骤703：所述第一网络功能实体接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。
本发明实施例中，所述第二网络功能实体至少包括：终端、基站、用户面实体。此外，还可以包括其他接收了请求消息中的处理实例的临时路由信息的网络功能实体。
下面结合具体应用场景对本发明实施例的方案做进一步详细描述。
实施例一：如图4所示是附着过程的一个实施例。
步骤401，UE发起附着请求消息给CP，携带IMSI，CP中的转发模块选择实例1(CP1)处理该消息。
步骤402，CP1向CUDB发送读取用户数据请求消息，请求该用户所有数据。
步骤403，CUDB向CP1返回读取用户数据响应消息，携带用户的数据和状态信息。
步骤404，CP1创建MM上下文等。
步骤405，CP1对用户完成安全功能等。
步骤406，CP1向UE发生附着接受消息，消息中携带用户临时标识、处理实例的临时路由信息等信息。
步骤407，UE返回附着完成消息给CP，消息中携带请求消息中的处理实例的临时路由信息，CP中的转发模块根据处理实例的临时路由信息选择CP1处理该消息。
步骤408，CP1向CUDB发送写入用户数据请求消息，写入该用户数据。
步骤409，CUDB向CP1返回写入用户数据响应消息。
步骤410，CP1删除本地用户上下文信息。
实施例二：如图5所示是业务请求过程的一个实施例。
步骤501，UE发送业务请求消息给CP，CP中的转发模块选择实例1(CP1)处理该消息。
步骤502，CP1向CUDB发送读取用户数据请求消息，请求该用户所有数据。
步骤503，CUDB向CP1返回读取用户数据响应消息，携带用户的数据和状态信息。
步骤504，CP1向RAN发送无线隧道建立请求消息，消息中携带处理实例的临时路由信息。
步骤505，RAN返回无线隧道建立响应消息给CP，消息中携带请求消息中的处理实例的临时路由信息，CP中的转发模块根据处理实例的临时路由信息选择CP1处理该消息。
步骤506，CP1更新会话上下文中RAN信息。
步骤507，CP1向UP发送更新用户面请求消息，消息中携带处理实例的临时路由信息。
步骤508，UP返回建立用户面响应消息给CP，消息中携带请求消息中的处理实例的临时路由信息，CP中的转发模块根据处理实例的临时路由信息选择CP1处理该消息。
步骤509，CP1更新用户连接状态信息。
步骤510，CP1向CUDB发送写入用户数据请求消息，写入该用户数据。
步骤511，CUDB向CP1返回写入用户数据响应消息。
步骤512，CP1删除本地用户上下文信息。
实施例三：如图6所示是PDU会话建立过程的一个实施例。
步骤601，UE发起会话建立请求消息给CP，CP中的转发模块选择实例1(CP1)处理该消息。
步骤602，CP1向CUDB发送读取用户数据请求消息，请求该用户所有数据。
步骤603，CUDB向CP1返回读取用户数据响应消息，携带用户的数据和状态信息。
步骤604，CP1创建会话上下文，选择UP等。
步骤605，CP1向UP发送建立用户面请求消息，消息中携带处理实例的临时路由信息。
步骤606，UP返回建立用户面响应消息给CP，消息中携带请求消息中的处理实例的临时路由信息，CP中的转发模块根据处理实例的临时路由信息选择CP1处理该消息。
步骤607，CP1更新会话上下文中UP信息。
步骤608，CP1向RAN发送无线隧道建立请求消息，消息中携带处理实例的临时路由信息。
步骤609，RAN返回无线隧道建立响应消息给CP，消息中携带请求消息中的处理实例的临时路由信息，CP中的转发模块根据处理实例的临时路由信息选择CP1处理该消息。
步骤610，CP1更新会话上下文中RAN信息。
步骤611，CP1向UP发送更新用户面请求消息，消息中携带处理实例的临时路由信息。
步骤612，UP返回更新用户面响应消息给CP，消息中携带请求消息中的处理实例的临时路由信息，CP中的转发模块根据处理实例的临时路由信息选择CP1处理该消息。
步骤613，CP1向UE返回PDU会话建立响应消息。
步骤614，CP1向CUDB发送写入用户数据请求消息，写入该用户数据。
步骤615，CUDB向CP1返回写入用户数据响应消息。
步骤616，CP1删除本地用户上下文信息。
图8为本发明实施例的网络功能实体进行无状态处理的装置的结构组成示意图，如图8所示，所述装置包括：
选择单元81，用于为用户处理流程选择处理实例；
获取单元82，用于通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；
封装单元83，用于当利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；
提取单元84，用于接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；
转发单元85，用于根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。
本发明实施例中，所述封装单元83，具体用于：利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，如果所述请求消息具有相关联的响应消息，则在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
本发明实施例中，所述选择单元81，具体用于：接收到请求消息时，为所述请求消息选择处理实例；
所述获取单元82，具体用于：利用所述处理实例向CUDB实体发送读取用户数据请求消息，并接收所述CUDB实体发送的读取用户数据响应消息，所述读取用户数据响应消息携带用户数据和状态信息。
本发明实施例中，所述第一网络功能实体至少包括：移动性管理功能实体、会话管理功能实体。
本发明实施例中，所述处理实例为所述移动性管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例、或者为所述会话管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。
本发明实施例中，所述第二网络功能实体至少包括：终端、基站、用户面实体。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种网络功能实体进行无状态处理的方法，其特征在于，所述方法包括：
第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；
当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；
所述第一网络功能实体接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。
2.根据权利要求1所述的网络功能实体进行无状态处理的方法，其特征在于，所述当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息，包括：
当所述第一网络功能实体利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，如果所述请求消息具有相关联的响应消息，则在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
3.根据权利要求1所述的网络功能实体进行无状态处理的方法，其特征在于，所述第一网络功能实体为用户处理流程选择处理实例，通过所述处理实例获取用户数据和状态信息，包括：
所述第一网络功能实体接收到请求消息时，为所述请求消息选择处理实例；
所述第一网络功能利用所述处理实例向公共用户数据库CUDB实体发送读取用户数据请求消息，并接收所述CUDB实体发送的读取用户数据响应消息，所述读取用户数据响应消息携带用户数据和状态信息。
4.根据权利要求1所述的网络功能实体进行无状态处理的方法，其特征在于，所述第一网络功能实体至少包括：移动性管理功能实体、会话管理功能实体。
5.根据权利要求4所述的网络功能实体进行无状态处理的方法，其特征在于，所述处理实例为所述移动性管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例、或者为所述会话管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。
6.根据权利要求1至5任一项所述的网络功能实体进行无状态处理的方法，其特征在于，所述第二网络功能实体至少包括：终端、基站、用户面实体。
7.一种网络功能实体进行无状态处理的装置，其特征在于，所述装置包括：
选择单元，用于为用户处理流程选择处理实例；
获取单元，用于通过所述处理实例获取用户数据和状态信息；
封装单元，用于当利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息；
提取单元，用于接收到所述第二网络功能实体发送的响应消息时，从所述响应消息中提取所述处理实例的路由信息；
转发单元，用于根据所述处理实例的路由信息，将所述响应消息转发给所述处理实例。
8.根据权利要求7所述的网络功能实体进行无状态处理的装置，其特征在于，所述封装单元，具体用于：利用所述处理实例向第二网络功能实体发送请求消息时，如果所述请求消息具有相关联的响应消息，则在所述请求消息中携带所述处理实例的路由信息。
9.根据权利要求7所述的网络功能实体进行无状态处理的装置，其特征在于，
所述选择单元，具体用于：接收到请求消息时，为所述请求消息选择处理实例；
所述获取单元，具体用于：利用所述处理实例向CUDB实体发送读取用户数据请求消息，并接收所述CUDB实体发送的读取用户数据响应消息，所述读取用户数据响应消息携带用户数据和状态信息。
10.根据权利要求7所述的网络功能实体进行无状态处理的装置，其特征在于，所述网络功能实体至少包括：移动性管理功能实体、会话管理功能实体。
11.根据权利要求10所述的网络功能实体进行无状态处理的装置，其特征在于，所述处理实例为所述移动性管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例、或者为所述会话管理功能实体中的任一个处理用户信令的组件的实例。
12.根据权利要求7至11任一项所述的网络功能实体进行无状态处理的装置，其特征在于，所述第二网络功能实体至少包括：终端、基站、用户面实体。
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