CN110662165A - 一种基于节点编号选择用户面功能upf的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，在UPF的NodeID中插入位置信息的代号，将用户终端UE的位置信息与UPF的NodeID中的位置信息进行匹配，从一个或多个UPF中指定匹配度最高的UPF连接终端，指定接入的UPF地理位置距离UE最近，避免了传统方法中接入较远UPF而产生延时较多的问题。本发明中使用十六进制的数字代号代表位置信息，方便SMF对位置信息的匹配，没有占用过多的空间，技术实现简单。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法。
背景技术
目前，第五代移动通信技术(5th-generation，简称5G)正处于蓬勃发展的时期，5G无线通信核心网络包括以下功能：用户面功能(User Plane Function，简称UPF)，是协议数据单元(Protocol Data Unit，简称PDU)的数据网络互连的会话点，具有分组路由、转发以及对分组数据的策略执行的功能。接入和移动性管理功能(Access and MobilityManagement Function，简称AMF)，提供注册管理、连接管理、可达性管理和流动性管理功能，在用户终端UE注册时收集用户信息和验证用户身份。会话管理功能(SessionManagement Function，简称SMF)，提供会话管理功能、策略控制功能、UPF的选择和控制功能，可以从AMF上下载所需要的用户信息。
用户终端UE需要通过无线接入网(RAN)接入5G核心网的用户面功能UPF，这样才能访问数据网络(Data Network)。数据连接中最重要的就是UPF的选择和接入5G核心网。用户终端UE接入5G核心网后选择UPF的方式有很多，最常用的方法是当前核心网的网元SMF获取它管理的一个或多个UPF的当前负载信息，从一个或多个UPF中指定一个UPF接入5G核心网，与UE之间建立通信路径。此外，接入网或无线接入网(下文用(R)AN表示)通过N2消息和N11消息与SMF通信，N2消息携带(R)AN的ID、地理位置等等信息并传递给SMF。
网元SMF控制着UPF的选择和接入。SMF管理着一个或多个UPF，每个UPF都有自己对应的节点编号NodeID。SMF获取一个或多个UPF的负载信息，指定一个负载较低的UPF接入，UE可以通过IP地址访问与UPF连接。这种方式可能会使用户终端UE连接到地理位置距离较远的UPF，提高了数据传输时延。
在目前的5G核心网架构中，控制平面功能(Control Plane Function，简称CPF)(包含SMF网元)管理着一个或多个UPF。CPF并没有根据地理位置来标识所有的UPF，而是简单地以数字进行标识。因此，CPF根据负载均衡策略从所述一个或多个UPF中指定接入的UPF的地理位置可能会距离UE比较远，用户的数据传输时延较高，不满足部分用户对低时延的要求。
发明内容
在5G核心网架构中，用户面功能(UPF)和用户终端(UE)地理位置的距离决定了UE数据传输的时延。因此，二者的地理位置距离越近，数据传输所产生的时延就越小，用户的体验会越好。
有鉴于此，本发明提供一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，包括以下步骤：
步骤S0、在用户面功能UPF的节点编号中插入其位置信息，在部署接入网时配置其位置信息到cellid；
步骤S1、AMF发送接入网的位置信息及用户终端UE的基本信息给会话管理功能SMF；
步骤S2、会话管理功能SMF选择与用户终端UE地理位置最近的用户面功能UPF，并建立所述地理位置最近的用户面功能UPF与用户终端UE的通信路径。
作为上述步骤S2的一种实施方式，具体包括以下步骤：
步骤S201、会话管理功能SMF根据接入网的位置信息，与用户面功能UPF的位置信息进行匹配，找到与接入网地理位置最近的用户面功能UPF；
步骤S202、建立用户终端UE与所述地理位置最近的用户面功能UPF的通信路径。
优选的，接入网的位置信息即为用户终端UE的位置信息。
作为上述步骤S1的一种实施方式，具体包括以下步骤：
步骤S101、用户终端UE向接入网发送会话建立请求；
步骤S102、接入网转发用户终端UE的会话建立请求给接入和移动性管理功能AMF；
步骤S103、接入和移动性管理功能AMF将用户终端的会话建立请求和接入网的位置信息给发送会话管理功能SMF。
优选的，所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息是以十六进制的数字代号进行定义、存储和传递的。
优选的，对所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息的匹配步骤如下：
步骤S301、会话管理功能SMF将接入网位置信息的前两位数字代号与至少一个用户面功能UPF的位置信息的前两位数字代号进行比较，选出与接入网位置信息的前两位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第一次匹配结果；
步骤S302、将接入网位置信息的第三位数字代号与第一次匹配结果中的用户面功能UPF进行比较，选出与接入网位置信息的第三位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第二次匹配结果；
步骤S303、依次对接入网位置信息的数字代号逐位比较，直到完成接入网位置信息的最后一位数字代号，选出与接入网位置信息的最后一位数字代号相同的一个用户面功能UPF。
优选的，所述的匹配步骤还包括对匹配结果分析的方法：
如果最后一位数字代号的匹配结果为0，则在倒数第二位数字代号的匹配结果中随机选择一个用户面功能UPF；如果倒数第二位数字代号的匹配结果为0，则在倒数第三位数字代号的匹配结果中随机选择一个用户面功能UPF，以此类推；
如果最后一位数字代号的匹配结果为1，则选择该用户面功能UPF；
如果最后一位数字代号的匹配结果为大于1，则随机选择其中一个用户面功能UPF。
优选的，对所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息的匹配步骤如下：
步骤S401、会话管理功能SMF将接入网位置信息的前两位数字代号与至少一个用户面功能UPF的位置信息的前两位数字代号进行比较，选出与接入网位置信息的前两位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第一次匹配结果；
步骤S402、将接入网位置信息的第三位数字代号与第一次匹配结果中的用户面功能UPF进行比较，选出与接入网位置信息的第三位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第二次匹配结果；
步骤S403、依次对接入网位置信息的数字代号逐位比较，直到匹配结果为0，则停止匹配，并返回上一位数字代号的匹配结果，从中选择一个用户面功能UPF。
优选的，所述的数字代号的位数根据实际需要设定。
本发明的有益效果在于：
能有效地避免UE接入地理位置距离较远的UPF，选择匹配度最高的UPF(即地理位置距离UE最近)接入核心网，与用户终端建立通信路径，降低UE到数据网络(Data Network)的数据传输时延，满足了用户对低时延的要求，从而提高用户体验。
本发明使用位置信息控制UPF的选择，采用在UPF的NodeID插入位置信息的方法，其中的位置数字代号也十分简短，不会产生多余的空间消耗，也方便SMF对UPF和UE的位置信息进行处理，有效地为用户选择地理位置上距离最近的UPF。
附图说明
图1为现有技术的SMF管理的多个UPF的架构示意图；
图2为本发明的UPF的选择接入原理的示意图；
图3为本发明的SMF匹配和选择UPF流程示意图；
图4为本发明的SMF管理的多个UPF的架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。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。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
为了方便描述，本发明的实施例部分的技术术语用了缩写表示，各缩写的解释如下：
网元：网络中的元素
UE：用户终端
UPF：User Plane Function用户面功能
CPF：Control Plane Function控制面功能
(R)AN：Radio Access Network接入网
AMF：Access and Mobility Management Function接入和移动性管理功能
SMF：Session Management Function会话管理功能
NodeID：节点编号
实施例一
本发明的思想是选择距离UE地理位置最近的UPF，具体为：在UPF唯一的节点编号NodeID中插入位置信息，SMF根据UE的位置信息去匹配SMF管理的一个或多个UPF，选择匹配度最高的UPF接入终端，UE就可以接入地理位置距离最近的UPF。
具体实施方法如下：
步骤S0、在用户面功能UPF的节点编号中插入其位置信息，在接入网部署时在cellid中配置其位置信息；
在UPF的唯一标识NodeID中插入UPF的地理位置信息，以数字代号的形式存储。在部署(R)AN时，将其地理位置信息配置到cellid中，以数字代号形式传递的。数字代号是十六进制的数字的组合。
步骤S1、接入网发送其位置信息及用户终端UE的基本信息给会话管理功能SMF；
用户终端发送的会话建立请求通过接入网(R)AN进入核心网，(R)AN转发UE的会话建立请求给AMF。转发的消息中包含用户的信息和(R)AN的cellid(即位置信息)等等。
本发明中，采用(R)AN的地理位置信息代表UE的地理位置信息。因为在5G核心网的部署中，(R)AN由许多基站(gNB)组成。UE通过基站接入核心网，5G基站相比于4G基站，它的覆盖范围小，其位置信息可以近似于UE的位置信息，不需要让UE在会话建立时发送位置信息。在UE发起会话建立请求时，基站可以将自己的位置信息发送给AMF，SMF也能很方便的从AMF上获取基站的位置信息。
步骤S2、会话管理功能SMF选择与用户终端UE地理位置最近的用户面功能UPF，并建立所述地理位置最近的用户面功能UPF与用户终端UE的通信路径。
在SMF管理的一个或多个UPF的NodeID中插入位置数字代号，将UE的位置信息(即(R)AN的位置信息)与UPF NodeID中的位置信息进行匹配，从所述一个或多个UPF中指定匹配度最高的UPF连接终端，指定接入的UPF地理位置距离UE最近，避免了传统方法中接入较远UPF的问题；使用数字代号代表位置信息，方便SMF对位置信息的匹配，没有占用过多的空间，技术实现简单。对于部分需求较低时延的用户或者工厂，本发明可以为他们接入地理位置最近的UPF，产生的数据传输时延相较与其它UPF则是更低。
在(R)AN的cellid中配置其位置信息，可以精确标识每个基站的地理位置，方便将(R)AN的位置信息传递到SMF，也方便SMF获取cellid中的位置信息匹配它管理的一个或多个UPF。
实施例二
更进一步的，实施例一中的步骤S1的具体实施方式如下：
步骤S101、用户终端UE向接入网发送会话建立请求；
步骤S102、接入网转发用户终端UE的会话建立请求给接入和移动性管理功能AMF；
步骤S103、接入和移动性管理功能AMF将用户终端的会话建立请求和接入网的位置信息发送给会话管理功能SMF。
实施例一中的步骤S2的具体实施方式如下：
步骤S201、会话管理功能SMF根据用户面功能UPF的位置信息，与接入网的位置信息进行匹配，找到与接入网地理位置最近的用户面功能UPF；
步骤S202、建立用户终端UE与所述地理位置最近的用户面功能UPF的通信路径。
在本发明中，与UE地理位置最近的UPF则认为是匹配度最高的UPF。
以下是位置信息的数字代号的定义和举例说明，本定义和举例不代表最终确定的方案：
| 省 | 市 | 区 | 镇/乡 | 村 | 屯 | ... | |
| 广东省广州市黄埔区 | 01 | 1 | 2 | ... | ... | ... | ... |
| 北京市朝阳区 | 00 | 2 | 3 | ... | ... | ... | ... |
| ××省××市××区××镇××村××屯 | 03 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... |
| ××省××市××区××镇××村××屯 | 0b | 2 | 3 | a | 5 | c | ... |
UE发起PDU会话建立请求到AMF，AMF将请求发给SMF，请求中携带了用户信息和(R)AN的位置信息。SMF采用最长匹配算法匹配它管理的一个或多个UPF，为新的PDU会话分配UPF。
实施例三
更进一步的，对所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息的匹配步骤如下：
步骤S301、会话管理功能SMF将接入网位置信息的前两位数字代号与至少一个用户面功能UPF的位置信息的前两位数字代号进行比较，选出与接入网位置信息的前两位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第一次匹配结果；
步骤S302、将接入网位置信息的第三位数字代号与第一次匹配结果中的用户面功能UPF进行比较，选出与接入网位置信息的第三位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第二次匹配结果；
步骤S303、依次对接入网位置信息的数字代号逐位比较，直到完成接入网位置信息的最后一位数字代号，选出与接入网位置信息的最后一位数字代号相同的一个用户面功能UPF。
以下为最长匹配算法示例，假设UE的位置信息代号为031234567，数字代号的位数可以根据实际需要进行设定，本实施例中设定为9位，也可以设定为任意位数，只要能满足实际需求即可。具体的匹配流程为：
1.在SMF管理的一个或多个UPF中匹配位置信息代号的第一、第二位为03的一个或多个UPF；
2.在步骤1匹配的结果中匹配位置信息代号的第三位为1的一个或多个UPF
3.在步骤2匹配的结果中匹配位置信息代号的第四位为2的一个或多个UPF
4.在步骤3匹配的结果中匹配位置信息代号的第五位为3的一个或多个UPF
5.在步骤4匹配的结果中匹配位置信息代号的第六位为4的一个或多个UPF
6.在步骤5匹配的结果中匹配位置信息代号的第七位为5的一个或多个UPF
7.在步骤6匹配的结果中匹配位置信息代号的第八位为6的一个或多个UPF
8.在步骤7匹配的结果中匹配位置信息代号的第九位为7的一个或多个UPF。
匹配完成后，还包括对匹配结果进行分析的步骤，比如：
当匹配不到结果时，则在上一步的匹配结果中指定一个UPF作为新PDU会话的锚点；当在第八步匹配到一个或多个UPF时，随机指定一个UPF作为新PDU会话的锚点。
在步骤8匹配时匹配到0个符合条件的UPF，则在第7步匹配的结果中随机选择一个UPF接入终端。
在步骤8匹配时匹配到1个符合条件的UPF，选择该UPF接入终端。
在步骤8匹配时匹配到多个符合条件的UPF(大于1个)，在第6步匹配的结果中随机选择一个UPF接入终端。
如图4所示，当(R)AN的位置信息代号为001234678时，则选择UPF2接入终端；当(R)AN的位置信息代号为001234567时，则选择UPF1接入终端；当(R)AN的位置信息代号为001234891时，则选择UPF4接入终端。
本发明的方法中，采用十六进制的数字代号代表地理位置信息。以代号代表位置信息，占用的空间小，方便基站发送给AMF，也方便SMF从AMF中获取和在UPF池中匹配UPF。
本发明的方法中，NodeID为UPF唯一标识，在其中插入代表UPF位置的数字代号，方便SMF根据位置信息对UPF进行管理，也方便SMF根据UE位置数字代号对UPF进行匹配。
实施例四
作为与本发明实施例三并行的一种实施方式，对所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息的匹配也可以案子下述方式完成：
步骤S401、会话管理功能SMF将接入网位置信息的前两位数字代号与至少一个用户面功能UPF的位置信息的前两位数字代号进行比较，选出与接入网位置信息的前两位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第一次匹配结果；
步骤S402、将接入网位置信息的第三位数字代号与第一次匹配结果中的用户面功能UPF进行比较，选出与接入网位置信息的第三位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第二次匹配结果；
步骤S403、依次对接入网位置信息的数字代号逐位比较，直到匹配结果为0，则停止匹配，并返回上一位数字代号的匹配结果，从中选择一个用户面功能UPF。
本发明的方法中，采用最长匹配算法在SMF管理的UPF池中匹配地理位置最近的UPF。在5G核心网的部署中，一般情况下一个镇/乡至少部署有一个UPF，因此在实施例三的匹配流程中，第1、2、3和4步匹配都能获得结果。假如匹配停止，参照实施例三的对匹配结果进行分析的步骤进行选择UPF，选择的UPF就是距离UE地理位置最近的UPF。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S0、在用户面功能UPF的节点编号中插入其位置信息，在接入网部署时在cellid中配置其位置信息；
步骤S1、AMF发送接入网的位置信息及用户终端UE的基本信息给会话管理功能SMF；
步骤S2、会话管理功能SMF选择与用户终端UE地理位置最近的用户面功能UPF，并建立所述地理位置最近的用户面功能UPF与用户终端UE的通信路径；
所述的步骤S2包括：
步骤S201、会话管理功能SMF根据接入网的位置信息，与用户面功能UPF的位置信息进行匹配，找到与接入网地理位置最近的用户面功能UPF；
步骤S202、建立用户终端UE与所述地理位置最近的用户面功能UPF的通信路径。
2.根据权利要求1所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：接入网的位置信息即为用户终端UE的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：
所述的步骤S1包括：
步骤S101、用户终端UE向接入网发送会话建立请求；
步骤S102、接入网转发用户终端UE的会话建立请求给接入和移动性管理功能AMF；
步骤S103、接入和移动性管理功能AMF将用户终端的会话建立请求和接入网的位置信息发送给会话管理功能SMF。
4.根据权利要求1所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息是以十六进制的数字代号进行定义、存储和传递的。
5.根据权利要求4所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：对所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息的匹配步骤如下：
步骤S301、会话管理功能SMF将接入网位置信息的前两位数字代号与至少一个用户面功能UPF的位置信息的前两位数字代号进行比较，选出与接入网位置信息的前两位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第一次匹配结果；
步骤S302、将接入网位置信息的第三位数字代号与第一次匹配结果中的用户面功能UPF进行比较，选出与接入网位置信息的第三位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第二次匹配结果；
步骤S303、依次对接入网位置信息的数字代号逐位比较，直到完成接入网位置信息的最后一位数字代号，选出与接入网位置信息的最后一位数字代号相同的一个用户面功能UPF。
6.根据权利要求5所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：所述的匹配步骤还包括对匹配结果分析的方法：
如果最后一位数字代号的匹配结果为0，则在倒数第二位数字代号的匹配结果中随机选择一个用户面功能UPF；如果倒数第二位数字代号的匹配结果为0，则在倒数第三位数字代号的匹配结果中随机选择一个用户面功能UPF，以此类推；
如果最后一位数字代号的匹配结果为1，则选择该用户面功能UPF；
如果最后一位数字代号的匹配结果为大于1，则随机选择其中一个用户面功能UPF。
7.根据权利要求4所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：对所述的用户面功能UPF的位置信息和所述的接入网的位置信息的匹配步骤如下：
步骤S401、会话管理功能SMF将接入网位置信息的前两位数字代号与至少一个用户面功能UPF的位置信息的前两位数字代号进行比较，选出与接入网位置信息的前两位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第一次匹配的结果；
步骤S402、将接入网位置信息的第三位数字代号与第一次匹配结果中的用户面功能UPF进行比较，选出与接入网位置信息的第二三位数字代号相同的用户面功能UPF，得到第二次匹配的结果；
步骤S403、依次对接入网位置信息的数字代号逐位比较，直到匹配结果为0，则停止匹配，并返回上一位数字代号的匹配结果，从中选择一个用户面功能UPF。
8.根据权利要求4所述的一种基于节点编号选择用户面功能UPF的方法，其特征在于：所述的数字代号的位数根据实际需要设定。
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Denomination of invention: A method of selecting user interface function UPF based on node number Effective date of registration: 20210629 Granted publication date: 20201215 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Guangzhou Tianhe branch Pledgor: Guangzhou Aipu Road Network Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021440000224 |