CN109451534A

CN109451534A - 一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法和装置

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Publication number: CN109451534A
Application number: CN201811541304.3A
Authority: CN
Inventors: 赵新胜; 王琳
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2019-03-08
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: CN109451534B

Abstract

本发明公开了一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法和装置，所述方法通过在会话管理功能SMF中新增以下四个功能模块实现：判断模块，用于判断网络资源状态类别及变化情况、待传输业务类别和不同类别业务间的特征需求相似度；自学习和计算模块，用于根据增强学习方法自适应地优化QFI参数配置策略，并提供QFI计算结果；交互通信模块，用于与外部网络功能模块进行信息交互，实现QoS参数配置等；决策模块，用于处理交互通信模块接收的信息，确定所需QoS参数等。本发明提供的方法和装置可以实现QoS流粒度的动态控制，在网络环境变化时优化路由转发，缓解或避免拥塞/过载情况，保证数据的高效传输，同时，无需网络拓扑结构信息和过大的控制信令开销。

Description

一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法和装置，属于移动通信系统技术研究领域。

背景技术

在移动通信系统中，提供QoS(Quality of Service，服务质量)保障可以实现网络带宽的有效分配和网络资源的合理利用。网络出现过载或拥塞的情况时，QoS管理能够避免重要业务的传输延迟和数据包丢弃，从而保证网络的整体性能和运行效率。与LTE(LongTerm Evolution，长期演进)网络相比，5G网络不仅将采用网络切片等多种新型的关键技术，其QoS管理方法也发生了很大的变化。在LTE网络中，所有业务的建立都以承载为单位，不同业务对应于不同承载。5G中的网络切片粒度以PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)会话为单位，而QoS流是PDU会话中最精细的QoS区分粒度。也就是说，5G中的QoS控制机制从以承载为主转变为以QoS流为主，这种基于流的控制方法可以实现更为精细的QoS管控。通常，5G系统通过QFI(QoS Flow Identifier，QoS流标识符)识别网络中的QoS流，并在用户平面对PDU会话中具有相同QFI的数据执行相同的路由转发处理。

目前，5G系统中的QFI等QoS参数的配置方法多为静态配置，例如根据标准化映射表取值，或直接将5QI(5G QoS Identifier，5G服务质量标识符)的值配置为QFI值等。这些方法虽然简单且易于操作，但无法很好地适应网络环境和业务的动态变化。当网络环境发生显著变化时，静态配置的QFI等参数不能保证合理的路由转发，因此可能会加剧网络的过载和拥塞等；当业务特征和QoS需求等发生变化，或者新的业务需要进行传输时，这种静态配置方法不能保证为其分配适合的QFI等参数。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，在网络资源状态和业务需求变化的环境中实现对PDU会话中QoS参数的合理配置，保证用户平面中数据包的有效路由转发，本发明提供一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法和装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，所述方法首先为所有已知类别的业务配置初始策略，所述初始策略为预先设置的静态QFI参数配置策略；然后在每个运行周期内重复以下几个步骤：

(1)接收外部网络功能模块发送的信息，并判断所接收信息的类型，若是网络侧或UE发起的业务请求或会话修改请求信息，则执行步骤(2)，否则跳转至步骤(8)；

(2)获取所接收信息中待传输业务的业务特征/需求参数，并请求当前时刻的网络资源参数，所述业务特征/需求参数包括数据包长度、时延抖动和丢包率，所述网络资源状态参数包括可用隧道数、拥塞率和流量；

(3)根据业务特征/需求参数的取值范围对待传输业务进行分类，并判断待传输业务的业务类别是否为新的业务类别，若是，则执行步骤(4)，否则跳转至步骤(5)；

(4)根据待传输业务的业务特征/需求参数与已知业务的相似度，为新类别的待传输业务确定并分配当前时刻的QFI参数配置策略，在满足相似度判决门限的条件下将待传输业务的配置策略设置为最相似的已知业务当前时刻的配置策略，否则设置为初始配置策略；然后跳转至步骤(6)；

(5)根据所接收的当前时刻网络资源参数确定当前的网络资源状态类别，并判断当前的网络资源状态类别是否较前一时刻发生变化，若是，则执行步骤(6)，否则跳转至步骤(7)；

(6)根据当前时刻的QFI参数配置策略，为待传输业务选取在当前网络资源状态类别下进行传输的QFI参数值；

(7)根据选取的QFI参数值对业务传输所需的QoS参数进行配置，并将配置的QoS参数值发送至外部网络功能模块，然后返回步骤(1)；

(8)若收到业务传输后的性能度量参数，包括传输速率，丢包率和拥塞率，则执行步骤(9)，否则，根据预配置的策略规则对接收信息进行处理，然后返回步骤(1)；

(9)根据业务的性能度量参数，基于增强学习方法执行自学习功能，对业务的QFI配置策略进行优化更新，得到下一时刻的配置策略，然后返回步骤(1)。

在优选的实施方案中，所述步骤(3)中，根据如下规则对待传输业务进行分类：

If RQMT_i[j]∈RQMT_n[j]，for j＝1,2,...M

Then Serv_i＝Serv_n；

If Serv_i≠Serv_n，for n＝1,2,...N

Then Serv_i＝Serv_N+1；

其中，Serv_i为待传输业务i的业务类别，Serv_n为第n类业务类别，RQMT_i[j]为待传输业务i的第j个业务特征/需求参数，RQMT_n[j]为第n类业务的第j个业务特征/需求参数的取值范围，M为业务特征/需求参数的总数，N为当前的业务类别总数。

在优选的实施方案中，所述步骤(4)中，根据如下规则为新类别的待传输业务确定QFI参数配置策略：

Policy_i(t)＝Policy_m(t)；

else Policy_i(t)＝Policy_i(0)；

其中，Policy_i(t)为t时刻待传输业务i的QFI参数配置策略，Policy_i(0)为业务i的静态初始配置策略，Policy_m(t)为第m类业务在t时刻的QFI参数配置策略，RQMT_i[j]为待传输业务i的第j个业务特征/需求参数，为第n类业务的第j个业务特征/需求参数的取值范围区间的中点值，R_j为第j个比例系数常量，RQMT_th表示业务相似度的判决门限，M为业务特征/需求参数的总数，N为当前的业务类别总数。

在优选的实施方案中，所述步骤(5)中，根据如下规则确定网络资源状态类别：

If RS[j]∈RS_l[j],for j＝1,2,...S

Then ST(t)＝ST_l

其中，ST(t)表示t时刻的网络资源状态类别，ST_l表示第l种网络资源状态类别，l∈{1,2,...,L}，L为预先划分的网络资源状态类别总数，RS[j]为t时刻的网络资源参数RS(t)的第j个参数，RS_l[j]为第l种网络资源状态类别ST_l所对应的网络资源参数RS_l的第j个参数的取值范围，S为网络资源参数的总数。

在优选的实施方案中，所述步骤(9)中，根据如下规则对业务的QFI参数配置策略进行更新：

(for h＝1,2,....H)

其中：α+β≤1

其中，Policy_k(t)和Policy_k(t+1)分别为业务k在t时刻和t+1时刻的QFI参数配置策略，Q_k(t)为t时刻业务k的Q值表，其中的元素Q_k[h][l]表示t时刻业务k可选的第h个QFI参数值在网络资源状态类别ST_l下对应的Q值；Q_k(t+1)为t+1时刻业务k的Q值表，其中的元素Q_k′[h][l]表示t+1时刻业务k可选的第h个QFI参数值在网络资源状态类别ST_l下对应的Q值，表示业务k可选的第h个QFI参数值在最佳网络资源状态时所对应的Q值，H为QFI参数可能取值的总个数，G为性能度量参数的总数；

PERF_k[j]为业务k在网络资源状态类别为ST(t)的情况下传输完成后的性能度量参数PERF_k(t)的第j个参数，PERF_th[j]为评估业务k传输性能的性能度量门限PERF_th的第j个参数，P_j为第j个比例系数常量，λ为学习强度，α为性能反馈系数，β为折扣因子，表示选取t+1时刻业务k的Q值表中相应网络资源状态类别下对应Q值最大的QFI参数。

在优选的实施方案中，所述运行周期为会话管理功能SMF的信息接收周期的最小值，所述信息为外部网络功能模块主动发送至SMF的信息，不包括SMF主动向外部模块请求的信息。

本发明所述的一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制装置，负责根据动态QFI配置策略为待传输PDU会话计算QFI参数值，并对QFI配置策略进行自学习和优化更新，主要由SMF中的四个功能模块组成，包括：

判断模块，用于执行计算判断功能，包括判断当前网络资源参数所对应的网络资源状态类别及其变化情况，根据业务特征/需求参数的取值范围确定待传输业务所属的业务类别，以及计算不同类别业务间的业务特征/需求参数的相似度，并基于相似度确定新类别的待传输业务的配置策略，在满足相似度判决门限的条件下将待传输业务的配置策略设置为最相似的已知业务当前时刻的配置策略，否者设置为初始配置策略；所述业务特征/需求参数包括数据包长度、时延抖动和丢包率，所述网络资源参数包括可用隧道数、拥塞率和流量；

自学习和计算模块，用于执行自学习功能和计算功能，所述自学习功能为利用基于增强学习的方法，根据业务传输后的性能度量参数和网络资源状态类别的变化情况对不同类别业务的QFI参数配置策略进行自适应地优化更新，所述计算功能为根据QFI配置策略进行计算并提供当前的QFI参数值；所述业务传输的性能度量参数，包括传输速率，丢包率和拥塞率；

交互通信模块，用于执行通信功能，包括与外部功能模块进行信息交互，以及与判断模块和决策模块进行信息交互，包括将接收到的信息发送给判断模块或决策模块，或将SMF配置的QoS参数发送至系统中的其他网络功能模块；

决策模块，用于执行决策处理功能，包括处理自学习和计算模块的QFI参数计算结果，以及交互通信模块所接收的外部信息，包括根据预配置的规则策略确定业务传输所需的QoS参数值。

有益效果：与现有技术相比，本发明公开的一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法和装置，可以在业务传输过程中实现QoS流粒度的动态控制，在网络环境变化时优化会话的路由转发，缓解或避免拥塞/过载情况，从而保证数据的高效传输并提高系统的QoS适应能力。同时，基于增强学习的自适应控制方法无需了解网络的拓扑结构，也减少了控制信令的开销和训练数据的存储。

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的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例和说明示意图，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的动态控制方法的执行流程图；

图2为本发明方法的一种实现装置的结构模块示意图；

图3为本发明提供的控制方法中利用增强学习方法进行策略优化的原理图；

图4为本发明提供的QoS流动态控制方法实施例一的信令交互图；

图5为本发明提供的QoS流动态控制方法实施例二的信令交互图；

图6为本发明提供的QoS流动态控制方法实施例三的信令交互图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的阐述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明所述的一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，将QFI静态配置策略作为初始策略，并且利用基于增强学习的动态配置方法，在每次PDU会话传输后进行学习，并对QFI配置策略进行相应的调整，从而不断优化策略以提高其合理性和有效性，在网络资源状态和业务特征及需求发生变化的动态环境中实现自适应的QoS流控制。该方法的一种实现装置的结构模块如图2所示，装置负责根据动态QFI配置策略为待传输PDU会话计算QFI参数值，并对QFI配置策略进行自学习和优化更新，由SMF(SessionManagement Function，会话管理功能)中的四个功能模块组成，包括：

交互通信模块，用于执行通信功能，包括与外部的AMF(Access and MobilityManagement Function，接入和移动性管理功能)、UPF(User plane Function)、UDM(Unified Data Management，统一数据管理)、PCF(Policy Control Function，策略控制功能)等网络功能模块进行信息交互，以及与判断模块和决策模块进行信息交互，包括将接收到的信息发送给判断模块或决策模块，或将SMF配置的QoS参数发送至系统中的其他网络功能模块；

具体地，SMF中的决策模块为所有已知类别的业务完成初始策略Policy_k(0)的配置，其中，Policy_k(0)表示业务类别为Serv_k的业务k的初始QFI参数配置策略(k＝1,2,...,N,N为当前的业务类别总数)，所述初始策略为运营商设置的静态QFI参数配置策略，如根据标准化映射表进行一一映射；然后，SMF在每个运行周期T内重复以下几个步骤：

步骤一：交互通信模块接收外部网络功能模块发送的信息，并判断所接收信息的类型，若是网络侧或UE发起的业务请求或会话修改请求信息，则执行步骤二，否则跳转至步骤八；

步骤二：交互通信模块将所接收信息中的业务i(i＝1,2,3,...)的业务特征/需求参数RQMT_i发送至判断模块，并请求当前t时刻(t＝1,2,3,...)的网络资源参数RS(t)，其中，RQMT_i中的每一项元素RQMT_i[j]均为业务i的不同特征/需求参数，包括数据包长度，时延抖动，丢包率，及其他必要参数；RS(t)中的每一项元素均为t时刻不同的网络资源状态参数，包括可用隧道数，拥塞率，流量，及其他必要参数；

步骤三：判断模块根据规则[1]对待传输业务i进行分类，并判断待传输业务i的业务类别Serv_i是否为新的业务类别，若是，则执行步骤四，否则跳转至步骤五；

步骤四：决策模块根据规则[2]为待传输业务i的PDU会话执行策略的预配置，为所述业务i确定并分配t时刻的QFI参数配置策略Policy_i(t)，然后跳转至步骤六；

步骤五：判断模块获取交互通信模块所接收的当前(t时刻)网络资源参数RS(t)，然后根据规则[3]判断当前的网络资源状态类别ST(t)，并判断当前的网络资源状态类别是否较前一时刻(t-1时刻)发生了显著变化，如果ST(t)与ST(t-1)相同，则执行步骤六，否则跳转至步骤七；

步骤六：自学习和计算模块接收输入参数Serv_i和ST(t)，并根据Policy_i(t)执行计算功能，为业务i选取在网络资源状态类别为ST(t)时进行传输的QFI参数值，然后将所述QFI参数值的计算结果QFI_i发送至决策模块；

步骤七：决策模块根据接收的QFI_i值和其他预配置规则对业务传输所需的QoS参数进行配置，并通过交互通信模块将相应QoS参数值分别发送至UE、RAN和UPF，然后返回步骤一；

步骤八：若交互通信模块收到业务类别为Serv_k的业务k在t时刻网络资源状态类别ST(t)下进行传输后的性能度量参数PERF_k(t)，则执行步骤九，其中，PERF_k(t)中的每一项元素均为业务k在t时刻进行传输后的不同性能评估参数，包括传输速率，丢包率，拥塞率，及其他必要参数，否则，决策模块根据预配置的策略规则对接收信息进行处理，然后返回步骤一；

步骤九：自学习和计算模块接收输入参数PERF_k(t)，并执行自学习功能，根据规则[4]对业务k的QFI配置策略Policy_k(t)进行优化更新，得到下一时刻的配置策略Policy_k(t+1)，然后返回步骤一。

所述运行周期T为SMF中的交互通信模块接收外部模块所发送的信息的接收周期的最小周期，所述信息不包括SMF主动向外部模块请求的信息(例如，当前的网络环境资源状态类别信息等)。

其中，所述步骤三中，待传输业务i的分类规则[1]为：

只有待传输业务i的每个业务特征/需求参数都符合第n类业务的相应参数范围，待传输业务i的业务类别Serv_i才被判定为Serv_n。若待传输业务i的业务类别Serv_i不属于当前已有的N种业务类别之一，则将其判定为新的业务类别，即第N+1类业务类别Serv_N+1，同时业务类别总数更新为N+1。此时，SMF将新的业务类别Serv_N+1上报，并等待网络侧为所述新的业务类别设置业务特征参数范围及性能度量门限值等。

所述步骤四中，t时刻业务i的QFI参数配置策略Policy_i(t)的预配置规则[2]为：

其中，Policy_i(t)为t时刻待传输业务i的QFI参数配置策略，Policy_i(0)为业务i的静态初始配置策略，Policy_m(t)为第m类业务在t时刻的QFI参数配置策略，RQMT_i[j]为待传输业务i的第j个业务特征/需求参数，为第n类业务的第j个业务特征/需求参数的取值范围区间的中点值，R_j为第j个比例系数常量，其值根据第j个业务特征/需求参数的值而定，用于将每项差值缩放到同一数量级，还可以为不同的差值项设定不同的比重。RQMT_th表示业务相似度的判决门限。M为业务特征/需求参数的总数，N为当前的业务类别总数。

如果在已有的所有N类业务中，第m类业务与待传输业务i的业务特征需求最相似，且二者的业务特征需求差别小于判决门限RQMT_th，则将Policy_i(t)预配置为Policy_m(t)；否则将Policy_i(t)预配置为静态策略Policy_i(0)。

所述步骤五中，网络资源状态类别变化情况的判断规则[3]为：

其中，ST(t)表示t时刻的网络资源状态类别，ST_l表示第l种网络资源状态类别，l∈{1,2,...,L}，L为预先划分的网络资源状态类别总数，RS[j]为t时刻的网络资源参数RS(t)的第j个参数，RS_l[j]为第l种网络资源状态类别ST_l所对应的网络资源参数RS_l的第j个参数的取值范围，S为网络资源参数的总数。所述网络资源状态类别由网络服务提供者预先划分为L种，某时刻的网络资源状态类别可以被归为其中的某一种。

所述步骤九中，业务k的QFI参数配置策略Policy_k(t)的更新规则[4]为：

其中，Policy_k(t)和Policy_k(t+1)分别为业务k在t时刻和t+1时刻的QFI参数配置策略，Q_k(t)为t时刻业务k的Q值表，其中的元素Q_k[h][l]表示t时刻业务k可选的第h个QFI参数值在网络资源状态类别ST_l下对应的Q值；Q_k(t+1)为t+1时刻业务k的Q值表，其中的元素Q_k′[h][l]表示t+1时刻业务k可选的第h个QFI参数值在网络资源状态类别ST_l下对应的Q值。所述Q值用于衡量QFI参数配置策略的选择。表示业务k可选的第h个QFI参数值在最佳网络资源状态时所对应的Q值，H为QFI参数可能取值的总个数，G为性能度量参数的总数；每项Q值在初始化时都被随机赋一个[0,1]区间内的值，并在自学习过程中不断进行优化更新。

PERF_k[j]为业务k在网络资源状态类别为ST(t)的情况下传输完成后的性能度量参数PERF_k(t)的第j个参数，PERF_th[j]为评估业务k传输性能的性能度量门限PERF_th的第j个参数，PERF_th可选取为用户对业务k的传输所期望达到的性能。P_j为第j个比例系数常量，其值根据第j个性能度量参数的的值而定，用于将每项差值缩放至与Q值同样的数量级，还可以为不同的差值项设定不同的比重。λ为学习强度，影响每次自学习优化时的更新步长，可选取为[0,1]区间内的常数，或在[0,1]内进行调整以控制自学习的速度。α为性能反馈系数，用于调整业务k的传输性能对策略更新的反馈影响，β为折扣因子，用于调整最佳网络资源状态时的Q值对策略更新的影响，α和β的值同样可选取为[0,1]区间内的常数，或在[0,1]内进行调整，以控制不同信息对下一时刻策略选择的影响比重，但要满足α+β≤1的约束。表示选取t+1时刻业务k的Q值表中相应网络资源状态类别下对应Q值最大的QFI参数。

业务传输完成后，将交互通信模块所接收的业务k的性能度量参数PERF_k(t)与业务k的性能度量门限PERF_th进行比较，从而对业务传输性能做出评价，并根据传输性能的评价反馈对业务k的Q值表进行更新。除性能反馈外，更新的Q值表Q_k(t+1)还受到前一时刻最佳网络资源状态下的Q值表的影响。然后，按照更新后的Q值表Q_k(t+1)，选取其中最大的Q值所对应的QFI值，对QFI参数配置策略Policy_k(t)进行优化更新。

图3给出了本发明实施例提供的5G系统会话管理中QoS流动态控制方法中业务i的QFI参数配置策略的自学习和更新的原理图，包括：

第一步：自学习和计算模块对QFI参数的Q值空间Q进行初始化，所述Q值空间Q中的元素为对于每个可选的QFI参数值QFI_k所分配的对应于不同网络资源状态的Q值Q_k(t)，初始化Q值空间Q时，对每个Q_k(0)随机赋一个[0,1]区间内的值，或者根据SMF中预配置的静态QFI配置策略中QFI参数的各个值QFI_k的取值概率对Q_k(0)进行赋值；

第二步：自学习和计算模块根据业务i的业务类别Serv_i和当前网络资源状态ST(t)执行QFI参数的配置策略Policy_i(t)，计算业务i在网络资源状态为ST(t)时进行传输的QFI参数值QFI_i；

第三步：自学习和计算模块将业务i的QFI参数的计算结果QFI_i发送至决策模块，QFI_i和其他QoS参数通过交互通信模块发送至对应的外部功能模块，如UPF、RAN和UE等，QoS参数配置完成后，业务i通过指定隧道进行传输，并根据QFI_i在传输过程中执行相应的路由转发处理；

第四步：自学习和计算模块根据交互通信模块接收到的业务k的性能度量参数PERF_k(t)，根据规则[4]对相应的QFI参数配置策略Policy_k(t)进行自适应的优化更新，得到Policy_k(t+1)：

第五步：自学习和计算模块根据第四步中的计算结果，结合当前的网络资源状态ST(t)，对Q值空间Q中的相应Q_k值进行更新，并返回第二步，等待新的业务请求。

下面结合具体应用场景对本发明做进一步说明，本发明中计算所需的部分参数值示例如表1～表3所示，应理解这些参数值示例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，所有的参数种类及参数值均可由运营商或网络服务提供者根据具体的网络及应用场景进行设定或调整。

本发明中的部分业务类别及对应的业务特征/需求参数范围示例如表1所示。如果第j类业务或待传输业务j不具备某项特征，或对某项QoS需求没有要求，则将对应的第n个参数RQMT_j[n]设为0。

表1部分业务类别及对应特征/需求参数

本发明中的部分网络资源状态及对应的网络资源参数范围示例如表2所示。为了实现本发明在不同网络下的通用性，此处用百分比的形式来表示各项参数。例如，空闲隧道百分比指空闲隧道数占总隧道数的百分比；可用流量百分比指可用流量占网络总带宽的百分比；隧道拥塞率指所有发生拥塞的隧道数占总隧道数的百分比。

表2部分网络资源状态及对应网络资源参数

本发明中的部分业务的性能度量门限值示例如表3所示。此处各项门限参数的值选取为用户对业务传输所期望/要求达到的性能，也可选取为网络侧为满足各业务的QoS需求等而设置的最低传输性能要求。

表3部分业务的性能度量门限

实施例1

本实施例提供在UE发起上行业务传输的PDU会话建立过程中实现QoS流的动态控制方法，例如，可穿戴设备传感器上传血压/心率监测数据，具体信令交互步骤如图4所示，包括：

第一步：UE发起业务传输请求，将所述请求依次发送给RAN和AMF，同时上传业务的QoS需求等参数；

第二步：若业务传输请求中未包含完整性保护或完整性保护验证失败，AMF执行相应的NAS身份/安全验证，验证通过后，AMF向SMF发送业务传输请求并传输QoS等参数；

第三步：SMF根据业务传输请求中的QoS需求及其他信息判断待传输业务的类别Serv_i，并根据预配置的规则为PDU会话的传输选择合适的UPF，例如，该上行业务的各项业务特征需求参数为：RQMT[1]＝10s，RQMT[2]＝99.9％，RQMT[3]＝99.99％，RQMT[4]＝0.05Mbps，因此SMF中的判断模块将该业务的业务类别判为Serv₂；

第四步：SMF发送业务传输请求确认信息，所述确认信息依次被发送给AMF、RAN和UE；

第五步：UE收到业务传输请求确认后，发起PDU会话建立请求，将所述请求依次发送至AMF和SMF；

第六步：SMF向UDM请求所述PDU会话的订阅信息，若该PDU会话ID尚未注册，则在UDM中进行登记，UDM存储订阅信息并向SMF发送订阅信息认证；

第七步：SMF向PCF请求管理所述PDU会话的策略规则，用于策略规则的初始化或修改，PCF向SMF提供更新后的策略规则；

第八步：SMF根据接收到的网络资源状态参数RS(t)判断当前的网络资源状态ST(t)及其是否发生显著变化，以决定执行何种QFI配置策略，例如，前一时刻的网络为第三种网络资源状态：ST(t-1)＝ST(3)，而当前时刻的网络资源参数为：RS[1]＝80％，RS[1]＝70％，RS[1]＝0，则SMF中的判断模块判断当前的网络为第一种网络资源状态：ST(t)＝ST(1)，并判断ST(t)≠ST(t-1)，说明网络资源状态发生显著变化，应执行动态配置策略；

第九步：SMF执行QFI参数的动态配置策略Policy_i(t)，根据待传输业务i的业务类别Serv_i和当前的网络资源状态ST(t)确定QFI参数的值；

第十步：SMF根据预配置的规则策略确定其它所需QoS参数的值，包括5QI、数据包过滤集、优先级等；

第十一步：SMF向UPF发送会话请求，并为UPF配置相应的QoS参数值，例如，PDR(Packet Detection Rule，包检测规则)；UPF接收所需QoS参数并进行相应参数值的设置，设置完成后返回会话请求确认信息；

第十二步：SMF通过AMF的透传为分别为RAN和UE配置相应的QoS参数值，例如，为RAN配置5QI和ARP(Allocation and Retention Priority，分配保留优先级)等参数，为UE配置QFI、数据包过滤集、优先级等参数；

第十三步：QoS配置完成后，数据进行传输，UE发送数据到RAN，RAN再将数据传输至UPF和DN((Data Network，数据网络)。传输完成后，SMF根据传输性能评估PERF_k(t)计算更新配置策略。

实施例2

本实施例提供在网络侧发起下行业务传输的PDU会话建立过程中实现QoS流的动态控制方法，例如，智能电网系统对电表的重新配置，具体信令交互步骤如图5所示，包括：

第一步：UPF接收并缓存来自DN的下行传输数据，并向SMF发送数据通知，然后SMF将所述通知转发给AMF，所述通知中包括待传输业务数据的特征和QoS需求等信息参数；

第二步：AMF对UE发起寻呼，以防UE处于空闲模式，UE接收寻呼指示后，根据自身状态决定是否进行数据传输，若UE能够接收下行传输数据，则执行第三步；

第三步：UE根据待接收下行业务的特征和需求发起业务传输请求，并将所述请求依次发送给RAN、AMF和SMF，同时上传待传输业务的QoS需求等参数信息；

第四步：SMF根据业务传输请求中的QoS需求及其他信息判断待传输业务的类别Serv_i，例如，该下行业务的各项业务特征需求参数为：RQMT[1]＝0.02s，RQMT[2]＝99.99％，RQMT[3]＝99.999％，RQMT[4]＝1Mbps，因此SMF中的判断模块将该业务的业务类别判为Serv₁；

第五步：SMF发送业务传输请求确认信息，所述确认信息依次被发送给AMF、RAN和UE；

第六步：UE收到业务传输请求确认后，发起PDU会话建立请求，将所述请求依次发送至AMF和SMF；

第七步：SMF根据接收到的网络资源状态参数RS(t)判断当前的网络资源状态ST(t)及其是否发生显著变化，以决定执行何种QFI配置策略，例如，前一时刻的网络为第一种网络资源状态：ST(t-1)＝ST(1)，而当前时刻的网络资源参数为：RS[1]＝50％，RS[1]＝50％，RS[1]＝10％，则SMF中的判断模块判断当前的网络为第二种网络资源状态：ST(t)＝ST(2)，并判断ST(t)≠ST(t-1)，说明网络资源状态发生显著变化，应执行动态配置策略；

第八步：SMF执行动态配置策略，根据待传输业务i的业务类别Serv_i和当前的网络资源状态ST(t)确定QFI参数的值；

第九步：SMF根据预配置的规则策略确定其它所需QoS参数的值，包括数据包过滤集、5QI、优先级等；

第十步：SMF为UPF配置相应的QoS参数值，例如，PDR，UPF接收所需QoS参数并进行相应参数值的设置，设置完成后返回确认信息；

第十一步：SMF通过AMF的透传为分别为RAN和UE配置相应的QoS参数值，例如，为RAN配置5QI和ARP等参数，为UE配置QFI、数据包过滤集、优先级等参数；

第十二步：QoS配置完成后，数据进行传输，UPF将缓存的数据发送到RAN，RAN再将数据传输至UE。传输完成后，SMF根据传输性能评估PERF_k(t)计算并更新QFI参数配置策略。

实施例3

本实施例提供在UE/RAN/SMF发起的PDU会话修改过程中实现QoS流的动态控制方法，具体信令交互步骤如图6所示，包括：

第一步：PDU会话修改过程发起，所述PDU会话修改过程有三种触发情况，包括：当业务的QoS需求等发生变化时，UE通过发送NAS消息以发起PDU会话修改请求，所述NAS消息经RAN转发至AMF，然后，AMF向SMF发起PDU会话修改请求；当一个QoS流映射的无线接入网资源被释放时，RAN向AMF发送N2消息，通知所述QoS流的释放，然后，AMF向SMF发起PDU会话修改请求；当SMF接收到PCF关于策略修改的通知，或接收到UDM关于订阅数据更新的通知，或者预配置的本地策略触发时，SMF发起PDU会话修改过程；

第二步：SMF根据业务传输请求中的QoS需求及其他信息判断待传输业务的类别Serv_i；

第三步：SMF同意PDU会话修改，并与PCF进行交互，完成相应策略规则的修改与更新；

第四步：：SMF根据接收到的网络资源状态参数RS(t)判断当前的网络资源状态ST(t)及其是否发生显著变化，以决定执行何种QFI配置策略；

第五步：SMF执行动态配置策略，根据待传输业务i的业务类别Serv_i和当前的网络资源状态ST(t)确定QFI参数的值；

第六步：SMF根据预配置的规则策略确定其它所需QoS参数的值，包括5QI、数据包过滤集、优先级等；

第七步：SMF通过AMF的透传为分别为RAN和UE配置更新后的相应QoS参数值，例如，为RAN配置5QI和ARP等参数，为UE配置QFI、数据包过滤集、优先级等参数；

第八步：QoS配置修改完成后，UE回复配置修改确认信息，将所述信息依次发送至RAN、AMF和SMF；

第九步：SMF根据业务特征和预配置策略选择UPF，并为UPF配置更新后的相应QoS参数值，例如，PDR，UPF接收所需QoS参数并进行相应参数值的设置，设置完成后返回配置确认信息；

第十步：QoS配置完成后，数据进行传输，UE发送数据到RAN，RAN再将数据传输至UPF和DN。传输完成后，SMF根据传输性能评估PERF_k(t)计算更新配置策略。

Claims

1.一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，其特征在于，所述方法首先为所有已知类别的业务配置初始策略，所述初始策略为预先设置的静态QFI参数配置策略；然后在每个运行周期内重复以下几个步骤：

2.根据权利要求1所述的用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据如下规则对待传输业务进行分类：

If RQMT_i[j]∈RQMT_n[j]，for j＝1,2,...M

Then Serv_i＝Serv_n；

If Serv_i≠Serv_n，for n＝1,2,...N

Then Serv_i＝Serv_N+1；

3.根据权利要求1所述的用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据如下规则为新类别的待传输业务确定QFI参数配置策略：

Policy_i(t)＝Policy_m(t)；

else Policy_i(t)＝Policy_i(0)；

4.根据权利要求1所述的用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中，根据如下规则确定网络资源状态类别：

If RS[j]∈RS_l[j],for j＝1,2,...S

Then ST(t)＝ST_l

5.根据权利要求1所述的用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，其特征在于，所述步骤(9)中，根据如下规则对业务的QFI参数配置策略进行更新：

其中：α+β≤1

6.根据权利要求1所述的用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制方法，其特征在于，所述运行周期为会话管理功能SMF的信息接收周期的最小值，所述信息为外部网络功能模块主动发送至SMF的信息，不包括SMF主动向外部模块请求的信息。

7.一种用于5G系统会话管理中QoS流的动态控制装置，其特征在于，负责根据动态QFI配置策略为待传输PDU会话计算QFI参数值，并对QFI配置策略进行自学习和优化更新，主要由SMF中的四个功能模块组成，包括：