CN110213778B - 一种网元主备智能配对的方法及装置 - Google Patents

一种网元主备智能配对的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网元主备智能配对的方法及装置，涉及通信技术领域，其方法包括：内容感知功能CAF实体检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待配对的主NF实体；所述CAF实体根据所述主NF实体上报的运行信息，从预置的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体；所述CAF实体根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并将所述主备配对信息发送给所述主NF实体。

Description

一种网元主备智能配对的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种网元主备智能配对的方 法及装置。
背景技术
图1是第五代通信系统(5G)的总体架构示意图，如图1所示， 该5G架构包括：AMF(Access Management Function，接入管理功能)、 SMF(Session Management Function，会话管理功能)，UPF(User Plane Function，用户面功能)，UDM(Unified Data Management，统一数据 管理)，PCF(Policy Control Function，策略控制功能)，其中用户面 的连接为UE(User Equipment，用户设备)到UPF，控制面的连接 为UE到AMF到SMF。
图2是UE发起的请求PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元) 会话建立的流程示意图，在PDU会话建立过程中，AMF选择SMF， 然后向选中的SMF发起会话建立，SMF选择UDM，向选中的UDM 获取用户签约信息，SMF选择PCF，向选中的PCF发起请求获取用 户策略控制信息。SMF选择UPF，向UPF发起会话建立请求，建立 用户面通道。
在5G架构中，还引入了弹性、自愈等虚拟化特性，来提高系统 可靠性，应对话务突发或其它异常状况。具体的做法：各NF(Network Function网络功能实体)会根据集群节点工作状态及KPI(Key Performance Indicator，关键绩效指标)，判定决策执行弹性伸缩(在NF容量license限制之内)，增加处理节点，缓解或解除高话务对系 统的冲击影响。但如果NF整系统瘫痪，仍然会有单点故障的发生。
传统4G核心网通过把多个NF按N+M的方式配置成主备用关 系来增强系统的可靠性，不过这种方式的缺点也很明显：
1.采用冗余热备方式，资源消耗比较严重；
2.静态配置方式，也无法及时适应话务的变化；
3.运维困难，相关NF(包括相邻NF)均需预先配置。
发明内容
根据本发明实施例提供的方案解决的技术问题是传统核心网NF 主备关系需手工配置，造成手工配置困难且耗时。
根据本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的方法，包括：
内容感知功能CAF实体检测到网络功能NF实体的上电信息时， 将所述NF实体作为待配对的主NF实体；
所述CAF实体根据所述主NF实体上报的运行信息，从预置的 NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF 实体；
所述CAF实体根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备 配对信息，并将所述主备配对信息发送给所述主NF实体。
优选地，所述NF实体包括以下任一：接入管理功能实体AMF、 会话管理功能实体SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实 体UDM以及用户面功能实体UDF。
优选地，还包括：所述CAF实体建立所述NF实体信息数据库 的操作步骤，其具体包括：
所述CAF实体接收NF实体上报的运行信息；
所述CAF实体通过对所述运行信息进行分析，获取所述运行信 息的运行标签；
所述CAF实体将所述运行信息和所述运行标签进行绑定处理， 建立包含所述运行信息和所述运行标签的NF实体信息数据库。
优选地，所述CAF实体根据所述主NF实体的运行信息，从预 置的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的 备NF实体包括：
所述CAF实体通过对所述主NF实体的运行信息进行分析，获 取所述主NF实体运行信息的运行标签；
所述CAF实体根据所述运行标签，从所述NF实体信息数据库 中查找所述运行标签中的所有NF实体的运行信息；
所述CAF实体从所述所有NF实体运行信息中查找与所述主NF 实体运行信息最匹配的NF实体，并将所述NF实体作为备NF实体。
优选地，还包括：
所述CAF实体周期性接收所述主NF实体上报的当前运行信息， 并根据所述当前运行信息，更换所述主NF实体的主备配对信息。
优选地，还包括：
所述CAF实体检测到新NF实体的上电信息时，获取所述新NF 实体的运行信息；
所述CAF实体根据所述新NF实体的运行信息，判断已配对的 所述主NF实体是否需要更换当前备NF实体；
若判断已配对的所述主NF实体需要更换当前备NF实体，则所 述CAF实体更新所述主NF实体的主备配对信息。
根据本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的装置，包括：
确定主NF实体模块，用于检测到网络功能NF实体的上电信息 时，将所述NF实体作为待配对的主NF实体；
查找备NF实体模块，用于根据所述主NF实体上报的运行信息， 从预置的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹 配的备NF实体；
建立主备配对信息模块，用于根据所述主NF实体和所述备NF 实体，建立主备配对信息，并将所述主备配对信息发送给所述主NF 实体。
优选地，所述NF实体包括以下任一：接入管理功能实体AMF、 会话管理功能实体SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实 体UDM以及用户面功能实体UDF。
根据本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的设备，所述设 备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存 储有可在所述处理器上运行的网元主备智能配对的程序，所述网元主 备智能配对的程序被所述处理器执行时实现包括：
检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待 配对的主NF实体；
根据所述主NF实体的运行信息，从预置的NF实体信息数据库 中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体；
根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并 将所述主备配对信息发送给所述主NF实体。
根据本发明实施例提供的一种计算机存储介质，存储有网元主备 智能配对的程序，所述网元主备智能配对的程序被处理器执行时实现 包括：
检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待 配对的主NF实体；
根据所述主NF实体的运行信息，从预置的NF实体信息数据库 中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体；
根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并 将所述主备配对信息发送给所述主NF实体。
根据本发明实施例提供的方案，克服了现有技术中NF实体主备 关系手工配置的困难，并可以运行时动态调整，达成最高的系统可靠 性。
附图说明
图1是现有技术提供的未来5G网络新架构；
图2是现有技术提供的UE发起请求PDU会话建立流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的方法流程 图；
图4是本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的装置示意 图；
图5是本发明实施例提供的基于5G消息总线的网络架构；
图6是本发明实施例提供的CAF内部模块结构图；
图7是本发明实施例提供的CAF决策主备信息并返回给NF注 册的方法流程图；
图8是本发明实施例提供的CAF决策后统一向NRF发布NF主 备的方法流程图；
图9是本发明实施例提供的NF运行时，CAF主动切换主备关系 的方法流程图；
图10是本发明实施例提供的CAF决策主备关系的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解， 以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本 发明。
图3是本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的方法流程 图，如图3所示，包括：
步骤S301：内容感知功能CAF实体检测到网络功能NF实体的 上电信息时，将所述NF实体作为待配对的主NF实体；
步骤S302：所述CAF实体根据所述主NF实体上报的运行信息， 从预置的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹 配的备NF实体；
步骤S303：所述CAF实体根据所述主NF实体和所述备NF实 体，建立主备配对信息，并将所述主备配对信息发送给所述主NF实 体。
其中，所述NF实体包括以下任一：接入管理功能实体AMF、 会话管理功能实体SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实 体UDM以及用户面功能实体UDF。
本发明实施例还包括：所述CAF实体建立所述NF实体信息数 据库的操作步骤，其具体包括：所述CAF实体接收NF实体上报的 运行信息；所述CAF实体通过对所述运行信息进行分析，获取所述 运行信息的运行标签；所述CAF实体将所述运行信息和所述运行标 签进行绑定处理，建立包含所述运行信息和所述运行标签的NF实体 信息数据库。所述运行标签是指运行信息的运行业务类别，以便在数 据库中快速找到与主NF实体当前运行信息相匹配的备NF实体。
其中，所述CAF实体根据所述主NF实体的运行信息，从预置 的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备 NF实体包括：所述CAF实体通过对所述主NF实体的运行信息进行 分析，获取所述主NF实体运行信息的运行标签；所述CAF实体根 据所述运行标签，从所述NF实体信息数据库中查找所述运行标签中 的所有NF实体的运行信息；所述CAF实体从所述所有NF实体运行 信息中查找与所述主NF实体运行信息最匹配的NF实体，并将所述 NF实体作为备NF实体。
本发明实施例还包括：所述CAF实体周期性接收所述主NF实 体上报的当前运行信息，并根据所述当前运行信息，更换所述主NF 实体的主备配对信息。
本发明实施例还包括：所述CAF实体检测到新NF实体的上电 信息时，获取所述新NF实体的运行信息；
所述CAF实体根据所述新NF实体的运行信息，判断已配对的 所述主NF实体是否需要更换当前备NF实体；
若判断已配对的所述主NF实体需要更换当前备NF实体，则所 述CAF实体更新所述主NF实体的主备配对信息。
本发明实施例根据主NF实体的当前运行信息，从数据库中查找 与所述主NF实体当前运行信息相匹配的备NF实体，并根据所述主 NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，能够实时动态调整 主备配对关系，达到了系统的可靠性，并克服了手工配置的困难。
图4是本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的装置示意 图，如图4所示，包括：确定主NF实体模块401，用于检测到网络 功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待配对的主NF实 体；查找备NF实体模块402，用于根据所述主NF实体上报的运行 信息，从预置的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信 息相匹配的备NF实体；建立主备配对信息模块403，用于根据所述 主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并将所述主备配 对信息发送给所述主NF实体。
其中，所述NF实体包括以下任一：接入管理功能实体AMF、 会话管理功能实体SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实 体UDM以及用户面功能实体UDF。
本发明实施例还包括：建立NF实体信息数据库模块，其具体包 括：接收单元，用于接收NF实体上报的运行信息；获取单元，用于 通过对所述运行信息进行分析，获取所述运行信息的运行标签；建立 单元，用于将所述运行信息和所述运行标签进行绑定处理，建立包含 所述运行信息和所述运行标签的NF实体信息数据库。
本发明实施例提供的一种网元主备智能配对的设备，所述设备包 括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有 可在所述处理器上运行的网元主备智能配对的程序，所述网元主备智 能配对的程序被所述处理器执行时实现包括：
检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待 配对的主NF实体；
根据所述主NF实体的运行信息，从预置的NF实体信息数据库 中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体；
根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并 将所述主备配对信息发送给所述主NF实体。
本发明实施例提供的一种计算机存储介质，存储有网元主备智能 配对的程序，所述网元主备智能配对的程序被处理器执行时实现包括：
检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待 配对的主NF实体；
根据所述主NF实体的运行信息，从预置的NF实体信息数据库 中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体；
根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并 将所述主备配对信息发送给所述主NF实体。
图5是本发明实施例提供的基于5G消息总线的网络架构，如图 5所示，基于5G消息总线架构，引入一种增强的 CAF(Context-Awareness Function，内容感知功能)功能实体。该架构 场景包括但不限于：AMF注册、SMF注册、PCF注册、UDM注册 等等。
图6是本发明实施例提供的CAF内部模块结构图，如图6所示， CAF订阅各个NF的运行态势信息，并使用AI(Artificial Intelligence， 人工智能)大数据分析方法，决策出最优的主备关系配对，然后发布 给NRF，以降低运维配置难度。
进一步的，CAF还可以根据历史数据分析，比如节假日景区人 流、IOT(Internetof Things，物联网)周期性注册等等，提前预判 系统负荷情况，来调配主备关系。
可选的，NRF可以和CAF物理合一设置，作为一个功能实体提 供服务，以精简NF间消息交互。
本发明实现的前提是运营商CAF已经部署，可以获取到核心网 各NF的运行数据并能做出相应的大数据分析。
图7是本发明实施例提供的CAF决策主备信息，并返回给NF 注册的方法流程图，如图7所示，包括：
步骤501：SMF1上电启动，发布上电信息，携带自己的能力、 IP地址端口等信息。
步骤502：CAF判断，决策出主备用信息。
步骤503：CAF返回主备配对信息给SMF1。
步骤504：SMF1向NRF注册，携带地址端口、容量优先级、 PLMN(Public LandMobile Network，公共陆地移动网络)、服务列表。
步骤505：SMFn上电，同步骤501。
步骤506：CAF根据存储的历史数据，比如人员潮汐流动规律， 判断决策出最优的主备关系，比如SMF1。
步骤507：CAF返回主备配对信息给SMFn。
步骤508：SMFn向NRF注册，同步骤504。
步骤509：CAF向SMF1返回主备更新信息。
步骤510：SMF1向NRF更新注册信息，携带新的备用SMF信 息。
其中，AMF、UDM、PCF的更新流程类似。
图8是本发明实施例提供的CAF决策后统一向NRF发布NF主 备的方法流程图，如图8所示，包括：
步骤601：SMF1上电启动，发布上电信息，携带自己的能力、 IP地址端口等信息。
步骤602：CAF根据保存的信息判断，决策主备用关系。
步骤603：CAF直接向NRF发出SMF注册消息，携带主备用关 系。
步骤604：NRF返回注册应答。
可选的CAF可以跟NRF合设，作为一个物理实体，减少注册及 更新消息的交互量。
图9是本发明实施例提供的NF运行时，CAF主动切换主备关系 的方法流程图，如图9所示，包括：
步骤701：CAF与SMF间进行周期性保活检测，SMF上报CPU、 用户数、负荷等信息。
步骤702：CAF根据策略决策出需变更SMF主备用关系。
步骤703：CAF向NRF发送更新请求，携带新的主备用关系。
步骤704：NRF返回更新响应。
可选的，CAF可以根据SMFn上报的呼叫成功率或负荷情况， 来动态调整主备用关系，以提升整系统的接通率；
可选的，CAF还可以基于历史数据分析出业务异常波动原因， 比如物联网IOT周期性注册、节假日景区人流暴增，然后提前更新 主备用关系，避免发生拥塞的发生。
图10是本发明实施例提供的CAF决策主备关系的流程图，如图 10所示，包括：
步骤801：CAF向各个SMF订阅运行时数据，如：CPU负荷、 在线用户数、话务量、接入成功率等等。
步骤802：CAF数据采集模块收集各SMF上报的数据，并上传 给大数据平台数据清洗模块。
步骤803：大数据平台通过预处理(Pre-processing Engine)引擎 实现数据融合(例如，平均值，变化率)，一般包括两类动作：
第一类：数据名称及格式的统一，即数据粒度转换、话务规则计 算以及统一的命名、数据格式、计量单位等；
第二类：分布式存储中可能不存在的数据，因此需要进行字段的 组合、分割或计算。以运营商获取的用户上网详单为例，需要根据用 户上网内容确定用户使用的业务类型，生成相应字段。并对单个用户 在单个小区的各类型业务流量、次数、时间、成功率等等进行汇总统 计。
步骤804：实时流分布式计算框架通过一组用于预测，分类，聚 类和趋势算法来处理信息流。此外，分析引擎(Analysis Engine)与 存储数据库(Storage Database)进行交互，数据库中保存着历史数据 也可以用来进行预处理，例如对历史数据进行的平均值计算获得最近 60分钟的某指标的平均值。
步骤805：根据大数据分析结果，决策出最优的主备关系，并下 发给数据发布模块。
根据本发明实施例提供的方案，可以减少运维成本，大幅降低系 统配置难度，并提升系统资源综合利用率，也提高了系统的可靠性。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技 术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照 本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种网元主备智能配对的方法，包括：
内容感知功能CAF实体检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待配对的主NF实体；
所述CAF实体根据所述主NF实体上报的运行信息，从预置的包含运行信息和运行标签的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体，其包括：
所述CAF实体通过对所述主NF实体的运行信息进行分析，获取所述主NF实体运行信息的运行标签；
所述CAF实体根据所述运行标签，从所述NF实体信息数据库中查找所述运行标签中的所有NF实体的运行信息；
所述CAF实体从所述所有NF实体运行信息中查找与所述主NF实体运行信息最匹配的NF实体，并将所述NF实体作为备NF实体；
所述CAF实体根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并将所述主备配对信息发送给所述主NF实体；
其中，所述CAF实体建立所述NF实体信息数据库包括：所述CAF实体接收NF实体上报的运行信息；所述CAF实体通过对所述运行信息进行分析，获取所述运行信息的运行标签；所述CAF实体将所述运行信息和所述运行标签进行绑定处理，建立包含所述运行信息和所述运行标签的NF实体信息数据库。
2.根据权利要求1所述的方法，所述NF实体包括以下任一：接入管理功能实体AMF、会话管理功能实体SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实体UDM以及用户面功能实体UDF。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
所述CAF实体周期性接收所述主NF实体上报的当前运行信息，并根据所述当前运行信息，更新所述主NF实体的主备配对信息。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
所述CAF实体检测到新NF实体的上电信息时，获取所述新NF实体的运行信息；
所述CAF实体根据所述新NF实体的运行信息，判断已配对的所述主NF实体是否需要更换当前备NF实体；
若判断已配对的所述主NF实体需要更换当前备NF实体，则所述CAF实体更新所述主NF实体的主备配对信息。
5.一种网元主备智能配对的装置，包括：
确定主NF实体模块，用于检测到网络功能NF实体的上电信息时，将所述NF实体作为待配对的主NF实体；
查找备NF实体模块，用于根据所述主NF实体上报的运行信息，从预置的包含运行信息和运行标签的NF实体信息数据库中查找与所述主NF实体运行信息相匹配的备NF实体，其包括：
CAF实体通过对所述主NF实体的运行信息进行分析，获取所述主NF实体运行信息的运行标签；
CAF实体根据所述运行标签，从所述NF实体信息数据库中查找所述运行标签中的所有NF实体的运行信息；
所述CAF实体从所述所有NF实体运行信息中查找与所述主NF实体运行信息最匹配的NF实体，并将所述NF实体作为备NF实体；
建立主备配对信息模块，用于根据所述主NF实体和所述备NF实体，建立主备配对信息，并将所述主备配对信息发送给所述主NF实体；
其中，所述CAF实体建立所述NF实体信息数据库包括：所述CAF实体接收NF实体上报的运行信息；所述CAF实体通过对所述运行信息进行分析，获取所述运行信息的运行标签；所述CAF实体将所述运行信息和所述运行标签进行绑定处理，建立包含所述运行信息和所述运行标签的NF实体信息数据库。
6.根据权利要求5所述的装置，所述NF实体包括以下任一：接入管理功能实体AMF、会话管理功能实体SMF、策略控制功能实体PCF、统一数据管理实体UDM以及用户面功能实体UDF。
7.一种网元主备智能配对的设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的网元主备智能配对的程序，所述网元主备智能配对的程序被所述处理器执行时实现如权利要求1～4任一项所述的网元主备智能配对的方法中的步骤。
8.一种计算机存储介质，存储有网元主备智能配对的程序，所述网元主备智能配对的程序被处理器执行时实现如权利要求1～4任一项所述的网元主备智能配对的方法中的步骤。
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