CN110944360B - 一种基于数据通道n4-u的传输方法和装置 - Google Patents

一种基于数据通道n4-u的传输方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数据通道N4‑U的传输方法，所述N4‑U的一端为会话管理功能SMF实体，另一端为用户平面功能UPF实体，该方法包括：所述UPF实体获取用于指示数据报文类型的包检测规则PDR和所述PDR对应的转发行为规则FAR；所述UPF实体根据所述PDR识别数据报文的类型；所述数据报文为第一类数据报文时，所述UPF实体根据所述PDR对应的FAR将所述数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；所述数据报文为第二类数据报文时，所述UPF实体根据所述PDR对应的FAR将所述数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。

Description

一种基于数据通道N4-U的传输方法和装置
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种基于数据通道N4-U的传输方法和装置。
背景技术
如图1所示的5G核心网架构中，SMF实体作为会话管理功能实体，提供用户的会话管理功能和在UPF实体创建数据通道的功能(通过N4接口)；UPF实体作为用户面功能实体，负责根据转发规则转发来自UE的上行流量和去往DN的下行流量。
目前已有的5G核心网产品，SMF实体和UPF实体的通信在逻辑层面分为N4-C和N4-U，其中N4-C采用路径计算单元协议(PFCP，Path Computation Element Protocol)协议，主要负责N4会话的管理，N4-U采用GTP-U v1协议(GPRS Tunnel Protocol User Plane，GPRS通道协议-用户面)，负责转发SMF实体和UPF实体之间的各类数据报文，涉及缓存报文，EndMarker报文，认证报文，动态主机配置协议(DHCP，Dynamic Host ConfigurationProtocol)报文等，报文转发量大。而已有的产品针对N4-U通信采用传统的设备级连接或者采用专用物理接口连接，这种部署(组网)方式没有考虑到N4-U数据通道传输报文特点和突发通信量等情况，没有对N4-U提供传输的可靠性保证。
发明内容
本发明提供一种基于数据通道N4-U的传输方法和装置，能够对N4-U提供传输的可靠性保证。
本发明一方面提供一种基于数据通道N4-U的传输方法，所述N4-U的一端为会话管理功能SMF实体，另一端为用户平面功能UPF实体，该方法包括：
所述UPF实体获取用于指示数据报文类型的包检测规则PDR和所述PDR对应的转发行为规则FAR；
所述UPF实体根据所述PDR识别数据报文的类型；
所述数据报文为第一类数据报文时，所述UPF实体根据所述PDR对应的FAR将所述数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；
所述数据报文为第二类数据报文时，所述UPF实体根据所述PDR对应的FAR将所述数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
其中，所述UPF实体获取用于指示数据报文类型的包检测规则PDR和所述PDR对应的转发行为规则FAR，包括：
所述UPF实体接收所述SMF实体同步的所述第一隧道关联的第一PDR和第一FAR，以及所述第二隧道关联的第二PDR和第二FAR；
所述第一PDR指示第一类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第一FAR指示将第一类数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；
所述第二PDR指示第二类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第二FAR指示将第二类数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
其中，所述UPF实体根据所述PDR识别数据报文的类型，包括：
所述UPF实体查找与所述数据报文的IP协议号和/或目的IP地址匹配的PDR，所述匹配的PDR指示的类型为所述数据报文的类型。
其中，所述匹配的为第一PDR时，所述数据报文为第一类数据报文，所述UPF实体根据所述第一PDR对应的第一FAR对所述数据报文进行转发；
所述匹配的为第二PDR时，所述数据报文为第二类数据报文，所述UPF实体根据所述第二PDR对应的第二FAR对所述数据报文进行转发。
其中，所述第一隧道故障时，所述UPF实体接收所述SMF实体同步的第一备份隧道关联的第一备份PDR和第一备份FAR；
所述第二隧道故障时，所述UPF实体接收所述SMF实体同步的第二备份隧道关联的第二备份PDR和第二备份FAR。
其中，所述第一PDR与所述第一备份PDR内容相同，所述第一备份PDR的优先级高于所述第一PDR；
所述第二PDR与所述第二备份PDR内容相同，所述第二备份PDR的优先级高于所述第二PDR；
所述第一备份FAR的优先级高于所述第一FAR，所述第一备份FAR指示将第一类数据报文通过第一备份隧道发送给所述SMF实体；
所述第二备份FAR的优先级高于所述第二FAR，所述第二备份FAR指示将第二类数据报文通过第二备份隧道发送给所述SMF实体。
本发明另一方面提供一种基于数据通道N4-U的传输装置，所述N4-U的一端为会话管理功能SMF实体，另一端为用户面功能UPF实体，该装置部署在所述UPF实体，包括：
通道配置模块，用于获取用于指示数据报文类型的PDR和所述PDR对应的FAR；
包检测模块，用于根据所述PDR识别数据报文的类型；
转发模块，在所述包检测模块识别出所述数据报文为第一类数据报文时，用于根据所述PDR将所述数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；在所述包检测模块识别出所述数据报文为第二类数据报文时，还用于根据所述PDR将所述数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
其中，所述通道配置模块，还用于接收所述SMF实体同步的所述第一隧道关联的第一PDR和第一FAR，以及所述第二隧道关联的第二PDR和第二FAR；
所述第一PDR指示第一类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第一FAR指示将第一类数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；
所述第二PDR指示第二类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第二FAR指示将第二类数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
其中，所述包检测模块，还用于查找与所述数据报文的IP协议号和/或目的IP地址匹配的包检测规则PDR，所述匹配的PDR指示的类型为所述数据报文的类型。
其中，所述匹配的为第一PDR时，所述数据报文为第一类数据报文，所述转发模块，用于根据所述第一PDR对应的第一FAR对所述数据报文进行转发；
所述匹配的为第二PDR时，所述数据报文为第二类数据报文，所述转发模块，用于根据所述第二PDR对应的第二FAR对所述数据报文进行转发。
基于上述的方案，可以实现依据数据报文的特点，分类进行传输，保证了N4-U传输的可靠性。
附图说明
图1所示为5G核心网架构示意图；
图2所示为本公开实施例提供的基于数据通道N4-U的传输方法流程示意图；
图3所示为本公开实施例提供的基于数据通道N4-U的传输装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
在5G核心网架构中，N4-U采用GTP-U v1协议，负责转发SMF实体和UPF实体之间的各类数据报文，为了能够实现N4-U的可靠性传输，如图2所示，本公开实施例提供了一种基于数据通道N4-U的传输方法，包括：
步骤201，UPF实体获取用于指示数据报文类型的包检测规则(PDR)和PDR对应的转发行为规则(FAR)。
UPF实体作为用户面功能实体，负责根据转发规则(PDR，FAR等)转发来自UE的上行流量和去往数据网络(DN)的下行流量。而PDR，FAR由SMF实体同步给UPF实体。
在本公开实例中，为了提供N4-U的可靠性传输，可以将SMF实体和UPF实体之间的多种数据报文进行分类，为每个分类的数据报文分配传输隧道，为此，在组网上可以在SMF实体和UPF实体之间部署多条隧道，较佳地，可以针对每一类数据报文部署一条相应的隧道。
另外，需要分别针对每个类型的数据报文提供转发规则，至少包括PDR和FAR，即，可以将转发规则和隧道进行绑定，如此可以实现UPF实体识别出不同类型的数据报文，并通过对应的隧道转发。而这些信息会由SMF实体同步到UPF实体。则，UPF实体可以从SMF实体获取到如下的信息：第一隧道关联的第一PDR和第一FAR，第二隧道关联的第二PDR和第二FAR。
因为两种分类的数据报文的传输和两种以上分类的数据报文的传输原理相同，所以，本公开中以两种分类的数据报文的传输过程进行说明，相应地，两种分类的数据报文包括第一类数据报文和第二类数据报文，分别对应第一隧道和第二隧道。
其中，上述第一PDR指示第一类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；第一FAR指示将第一类数据报文通过第一隧道发送给SMF实体；第二PDR指示第二类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；第二FAR指示将第二类数据报文通过第二隧道发送给SMF实体。
步骤202，UPF实体根据PDR识别数据报文的类型。
UPF实体接收到数据报文之后，可以根据配置好的转发规则对数据报文进行转发。
首先需要根据PDR识别出报文的数据类型：UPF实体查找与数据报文的IP协议号和/或目的IP地址匹配的PDR，匹配的PDR指示的类型为数据报文的类型。
在UPF实体上可能存储有多个PDR，涉及多个场景，而根据上述的描述，本发明仅关心两个PDR，即第一PDR和第二PDR。实际上，是先规划处数据报文的分类，再针对每种类型的数据报文配置对应的PDR，因此，表征第一类数据报文的信息记录在第一PDR中，表征第二类数据报文的信息记录在第二PDR中，而PDR中可以不包含具体的表示数据报文类型的信息。
事实上，在本步骤中，如果UPF实体接收到的数据报文的信息与PDR中记录的数据报文的信息匹配，则就已经确定了数据报文的类型。即，如果数据报文与第一PDR匹配，则该数据报文就是第一类数据报文，如果数据报文与第二PDR匹配，则该数据报文就是第二类数据报文。
需要指出的，只要数据报文匹配到PDR就可以进行后续的转发。
步骤203，数据报文为第一类数据报文时，UPF实体根据PDR对应的FAR将数据报文通过第一隧道发送给SMF实体；
步骤204，数据报文为第二类数据报文时，UPF实体根据PDR对应的FAR将数据报文通过第二隧道发送给SMF实体。
需要指出的是，步骤103和步骤104没有执行的先后顺序。
在UPF实体上，存在多组转发规则，即每一组转发规则中都包含PDR和FAR。因此，只要匹配到了某个PDR，就可以根据该PDR关联的FAR(即同组的FAR)对数据报文进行转发。
数据报文匹配到第一PDR时，根据第一PDR对应的第一FAR对数据报文进行转发，即通过第一隧道进行转发；
数据报文匹配到第二PDR时，根据第二PDR对应的第二FAR对数据报文进行转发，即通过第二隧道进行转发。
基于上述的方案，可以实现依据数据报文的特点，分类进行传输，保证了N4-U传输的可靠性。
为了进一步提高传输的可靠性，还可以为每种类型数据报文的传输提供备份：在组网上，可以针对第一隧道部署第一备份隧道，针对第二隧道部署第二备份隧道。相应地，分别针对两条备份隧道提供转发规则。而备份隧道的转发规则会在主隧道故障时，由SMF实体同步给UPF实体：
当第一隧道故障时，UPF实体接收SMF实体同步的第一备份隧道关联的第一备份PDR和第一备份FAR；
当第二隧道故障时，UPF实体接收SMF实体同步的第二备份隧道关联的第二备份PDR和第二备份FAR。
为了使UPF实体将工作隧道由第一隧道切换到第一备份隧道，需要使第一备份PDR的优先级高于第一PDR，使第一备份FAR的优先级高于第一FAR；同理，第二备份PDR的优先级高于第二PDR，第二备份FAR的优先级高于第二FAR。
其中，第一PDR与第一备份PDR内容相同(因为第一隧道和第一备份隧道均用于传输第一类数据报文)，第二PDR与第二备份PDR内容相同(因为第二隧道和第二备份隧道均用于传输第二类数据报文)。第一备份FAR指示将第一类数据报文通过第一备份隧道发送给SMF实体；第二备份FAR指示将第二类数据报文通过第二备份隧道发送给SMF实体。
下面，通过具体的实施例对上述的方案进行说明。
1、对SMF实体和UPF实体之间转发的数据报文进行分类。
首先介绍一下部分需要通过N4-U传输数据报文的场景。
在5G核心网应用场景中，存在UE和SMF实体通过用户面进行通信的场景，例如UE向SMF实体请求DHCP服务(用以获取IP地址或者MAC地址)，或在IPv6-MultiHoming场景中，SMF实体向UE通告RA消息(Router Advertisement)告知UE进行IPv6地址切换)。
在5G核心网应用场景中，存在SMF实体和基站(5G RAN)通过用户面进行通信的场景，例如在切换场景中，当UE完成切换后，SMF实体需要通过发送EndMarker报文告知原基站进行数据面通道切换。
在5G核心网应用场景中，存在SMF实体和DN中部署的服务器(例如AAA服务器)通过用户面进行通信的场景，例如，SMF实体根据部署需要对UE会话进行合法性认证，需要与部署在DN侧的AAA服务器交互认证信息(例如，AAA报文)。
在5G核心网应用场景中，存在SMF实体和UPF实体通过用户面进行通信的场景，例如，SMF实体根据配置需要缓存用户会话级别的数据报文，待数据面会话状态为激活状态再将缓存的报文发送至用户面UPF实体进行转发。
例如，可将SMF实体与DN交互的数据报文(例如AAA报文)，以及SMF实体发送的EndMarker报文划分为第一类(考虑到这两个场景的特点是所有会话采用公共GTP-U v1通道进行通信)；将剩余场景中的数据安报文划为第二类(考虑到这些场景的特点是每个会话维护自身的GTP-U v1通道)。
2、针对每个类型的数据报文分配传输隧道。
为第一类数据报文分配第一隧道(记为隧道1-1)，为第二类数据报文分配第二隧道(记为隧道2-1)。同时，考虑到第二类数据报文具有数据传送量大、存在突发通信的特点，隧道2-1可以被分配更高的带宽。
同时，为了提高传输的可靠性，还可以针对隧道1-1部署备份隧道(隧道1-2)，针对隧道2-1部署备份隧道(隧道2-2)。
3、为隧道1-1和隧道1-2分别提供转发规则，如下：
隧道1-1关联的上行转发规则(上行报文去往SMF实体)，包括：
上行PDR1-1：AAA报文对应的IP协议号；
上行FAR1-1：报文通过隧道1-1上送至SMF实体。
隧道1-1关联的下行转发规则(下行报文来自SMF实体)，包括：
下行PDR1-1：EndMarker报文或者AAA报文对应的IP协议号
下行FAR1-1：如果是EndMarker报文，通过N3接口发送到基站；如果是AAA报文，通过N6接口发送到AAA服务器。(需要指出的是，N4-U是指SMF实体和UPF实体之间的通道，因此，该下行转发规则指导转发的数据报文已经不属于本发明方案讨论的范畴)。
隧道2-1关联的上行转发规则(上行报文去往SMF实体)，包括：
上行PDR2-1：DHCP报文、RA报文等对应的IP协议号或者目的IP地址；
上行FAR2-1：报文通过隧道2-1上送至SMF实体。
隧道2-1关联的下行转发规则(下行报文来自SMF实体)，包括：
下行PDR2-1：匹配DHCP报文，RA报文等对应的IP协议号或者目的IP地址；
下行FAR2-1：与该下行PDR匹配的报文中，如果是SMF实体的缓存报文，则直接解封转发；如果是非缓存报文则通过N3接口发送至UE。
对于备份隧道1-2：
上行PDR1-2与上行PDR1-1相同；
上行FAR1-2:报文通过隧道1-2上送至SMF实体。
对于备份隧道2-2：
上行PDR2-2与上行PDR2-1相同；
上行FAR2-2:报文通过隧道2-2上送至SMF实体。
由于下行转发规则不属于本发明的讨论范围，这里不再赘述。
4、当SMF实体检测到某个N4-U主隧道存在故障，可立即将备份隧道的转发规则以高优先级同步至UPF实体，实现N4-U流量切换到备份隧道。
另外，由于SMF实体和UPF实体的实际组网没有变化，所以主隧道(隧道1-1、隧道2-1)的转发规则不会主动释放，仅仅是优先级降低。
为了实现上述的方案，本公开实施例还提供了一种基于数据通道N4-U的传输装置，该装置可部署在UPF实体，如图3所示包括：
通道配置模块31，用于获取用于指示数据报文类型的PDR和PDR对应的FAR；
包检测模块32，用于根据PDR识别数据报文的类型；
转发模块33，在包检测模块32识别出数据报文为第一类数据报文时，用于根据PDR将数据报文通过第一隧道发送给SMF实体；在包检测模块32识别出数据报文为第二类数据报文时，还用于根据PDR将数据报文通过第二隧道发送给SMF实体。
通道配置模块31，还用于接收SMF实体同步的第一隧道关联的第一PDR和第一FAR，以及第二隧道关联的第二PDR和第二FAR；
第一PDR指示第一类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；第一FAR指示将第一类数据报文通过第一隧道发送给SMF实体；
第二PDR指示第二类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；第二FAR指示将第二类数据报文通过第二隧道发送给SMF实体。
包检测模块32，还用于查找与数据报文的IP协议号和/或目的IP地址匹配的包检测规则PDR，匹配的PDR指示的类型为数据报文的类型。
匹配的为第一PDR时，数据报文为第一类数据报文，转发模块33，用于根据第一PDR对应的第一FAR对数据报文进行转发；
匹配的为第二PDR时，数据报文为第二类数据报文，转发模块33，用于根据第二PDR对应的第二FAR对数据报文进行转发。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于数据通道N4-U的传输方法，其特征在于，所述N4-U的一端为会话管理功能SMF实体，另一端为用户平面功能UPF实体，该方法包括：
所述UPF实体获取用于指示数据报文类型的包检测规则PDR和所述PDR对应的转发行为规则FAR；
所述UPF实体根据所述PDR识别数据报文的类型；
所述数据报文为第一类数据报文时，所述UPF实体根据所述PDR对应的FAR将所述数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；
所述数据报文为第二类数据报文时，所述UPF实体根据所述PDR对应的FAR将所述数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
2.根据权利要求1所述的基于数据通道N4-U的传输方法，其特征在于，所述UPF实体获取用于指示数据报文类型的包检测规则PDR和所述PDR对应的转发行为规则FAR，包括：
所述UPF实体接收所述SMF实体同步的所述第一隧道关联的第一PDR和第一FAR，以及所述第二隧道关联的第二PDR和第二FAR；
所述第一PDR指示第一类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第一FAR指示将第一类数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；
所述第二PDR指示第二类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第二FAR指示将第二类数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
3.根据权利要求2所述的基于数据通道N4-U的传输方法，其特征在于，所述UPF实体根据所述PDR识别数据报文的类型，包括：
所述UPF实体查找与所述数据报文的IP协议号和/或目的IP地址匹配的PDR，所述匹配的PDR指示的类型为所述数据报文的类型。
4.根据权利要求3所述的基于数据通道N4-U的传输方法，其特征在于，
所述匹配的为第一PDR时，所述数据报文为第一类数据报文，所述UPF实体根据所述第一PDR对应的第一FAR对所述数据报文进行转发；
所述匹配的为第二PDR时，所述数据报文为第二类数据报文，所述UPF实体根据所述第二PDR对应的第二FAR对所述数据报文进行转发。
5.根据权利要求2所述的基于数据通道N4-U的传输方法，其特征在于，
所述第一隧道故障时，所述UPF实体接收所述SMF实体同步的第一备份隧道关联的第一备份PDR和第一备份FAR；
所述第二隧道故障时，所述UPF实体接收所述SMF实体同步的第二备份隧道关联的第二备份PDR和第二备份FAR。
6.根据权利要求5所述的基于数据通道N4-U的传输方法，其特征在于，
所述第一PDR与所述第一备份PDR内容相同，所述第一备份PDR的优先级高于所述第一PDR；
所述第二PDR与所述第二备份PDR内容相同，所述第二备份PDR的优先级高于所述第二PDR；
所述第一备份FAR的优先级高于所述第一FAR，所述第一备份FAR指示将第一类数据报文通过第一备份隧道发送给所述SMF实体；
所述第二备份FAR的优先级高于所述第二FAR，所述第二备份FAR指示将第二类数据报文通过第二备份隧道发送给所述SMF实体。
7.一种基于数据通道N4-U的传输装置，其特征在于，所述N4-U的一端为会话管理功能SMF实体，另一端为用户面功能UPF实体，该装置部署在所述UPF实体，包括：
通道配置模块，用于获取用于指示数据报文类型的PDR和所述PDR对应的FAR；
包检测模块，用于根据所述PDR识别数据报文的类型；
转发模块，在所述包检测模块识别出所述数据报文为第一类数据报文时，用于根据所述PDR将所述数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；在所述包检测模块识别出所述数据报文为第二类数据报文时，还用于根据所述PDR将所述数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
8.根据权利要求7所述的基于数据通道N4-U的传输装置，其特征在于，
所述通道配置模块，还用于接收所述SMF实体同步的所述第一隧道关联的第一PDR和第一FAR，以及所述第二隧道关联的第二PDR和第二FAR；
所述第一PDR指示第一类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第一FAR指示将第一类数据报文通过第一隧道发送给所述SMF实体；
所述第二PDR指示第二类数据报文对应的IP协议号和/或目的IP地址；所述第二FAR指示将第二类数据报文通过第二隧道发送给所述SMF实体。
9.根据权利要求8所述的基于数据通道N4-U的传输装置，其特征在于，
所述包检测模块，还用于查找与所述数据报文的IP协议号和/或目的IP地址匹配的包检测规则PDR，所述匹配的PDR指示的类型为所述数据报文的类型。
10.根据权利要求9所述的基于数据通道N4-U的传输装置，其特征在于，
所述匹配的为第一PDR时，所述数据报文为第一类数据报文，所述转发模块，用于根据所述第一PDR对应的第一FAR对所述数据报文进行转发；
所述匹配的为第二PDR时，所述数据报文为第二类数据报文，所述转发模块，用于根据所述第二PDR对应的第二FAR对所述数据报文进行转发。
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