CN111314944B - 一种基于顶级nrf的管理5g核心网中nrf的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，包括以下步骤：NRF向顶级NRF注册，注册成功后，顶级NRF注册只保留该NFR的地址数据；第一NF使用顶级NRF发现目标NF所注册的次级NRF地址，然后向次级NRF发现目标NF。本发明采用的顶级NRF中只存储5GC每个子网中NRF的位置数据，并不把整个5GC中的NF数据都保存进中心数据库，减少了顶级NRF的存储数据量，也降低了网络部署的成本，每个NF可以通过顶级NRF动态选择合适的NRF注册，提高了5GC部署的灵活性。

Description

一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法。

背景技术

在5G核心网(简称5GC)中，所有网络功能实体(简称NF)在初始加入5GC时，会向网络资源管理功能实体(简称NRF)注册，并在注册时上报地址位置数据，让其他NF能够通过NRF上的数据发现和使用该NF的服务。因此，NRF在5GC一旦发生故障，将影响5GC的正常运行。5GC中NRF在实际部署使用中，在不同的公用陆地移动网络PLMN和切片子网下，可能存在多个NRF，因此一种高效的NF跨NRF发现的方法也是必不可少的。

在基于服务架构SBA和切片的5GC中，新增了很多NF，每个NF可能属于不同切片，因此网络管理变得复杂。在复杂的网络中，根据每个NF通信的需要，一个NF会通过NRF发现合适的NF进行通信或者从发现的NF集合中选择一个合适的NF进行通信。因此NRF在维护5GC正常运行上是十分重要的，一旦故障甚至会造成5GC的瘫痪。以及在与NRF有关的3GPP协议的TS29510-g20、TS23501-g30和TS23502-g30中，NF之间跨NRF发现只提出了中间重定向和中间转发两种跨NRF发现的方法，但是这两种发明中，发现效率低，甚至会造成发现消息在5GC上不断循环，降低网络运行的效率。根据协议，NF选择NRF，目前使用的是静态配置NRF地址的方法，这会降低网络部署灵活性，每次移动NF和NRF都需要更改静态配置的NRF地址。

图1为TS 29510-g20协议的中间重定向的NRF发现原理图，其中NF向NRF-1发送发现请求，如果在NRF-1中没有发现对应请求的NF，就会向NRF-2转发NF发现请求，如果NRF-2中也找不到对应的请求NF，会返回消息给NRF-1，让其转发请求消息到NRF-3中发现，如果一直发现不到对应的NF，NRF-1会不断地转发发现请求，这种方法中，如果在最极端情况下，会把5GC中的每个NRF遍历一遍，效率低下，甚至最后并没找到对应的NF，造成网络资源浪费。

图2为TS 29510-g20协议的中间转发的NRF发现原理图，其中NF向NRF-1发送发现请求，如果在NRF-1中没有发现对应请求的NF，就会向NRF-2转发NF发现请求，如果NRF-2中也找不到对应的请求NF，会把NF发现请求转发给NRF-3，如果NRF-3中也不存在对应请求的NF，会把NF发现请求转发给NRF-4，不断迭代转发发现请求，这种方法和中间重定向的NRF发现一样，效率低，甚至发现请求消息会在某个地方形成转发回环，比如NRF-3又把消息转发给NRF-1。

在目前公开的专利方案中，还有一种使用中心数据库的NF发现方法可以实现跨NRF发现，如中国专利申请公开号为CN109673037A，发明名称为“一种网络功能发现方法及设备”中所述，该专利使用的是中心数据库存储NF数据的方法，图3为其原理图。在该方法中，把所有5GC中的NF数据都存放在了中心数据库中，这种方法虽然发现效率高，但是对于中心数据库的容量和查找效率要求也高，同时会带来昂贵的中心数据库部署成本。

发明内容

有鉴于此，本发明中提出的基于顶级NRF(简称Top-NRF)的管理5G核心网中NRF的方法，有效解决了NRF故障和跨NRF发现的效率问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF方法，包括以下步骤：

步骤S1、NRF向顶级NRF注册，注册成功后，顶级NRF注册只保留该NFR的地址数据；

步骤S2、第一NF使用顶级NRF发现目标NF所注册的次级NRF地址，然后向次级NRF发现目标NF。

进一步的，所述的NRF向顶级NRF注册的步骤包括：

步骤S101、在网络激活时，NRF向顶级NRF发送注册消息；

步骤S102、当顶级NRF接收到NRF的注册信息时，判断NF类型是否为NRF类型，如果是，则在NRF发现逻辑表中记录该NRF地址数据，然后返回注册成功消息，否则返回注册失败消息。

进一步的，所述的注册消息中携带该NRF对应的NF实例标识、该NRF对应的NF类型、该NRF自身IP地址、该NRF所在或者所管理的子网所属的公用陆地移动网络标识。

进一步的，所述的注册消息中还包括该NRF所在的或者所管理的切片子网对应的切片集合。

进一步的，第一NF使用顶级NRF发现目标NF的步骤包括：

步骤S201、第一NF向其所述的第一NRF发送发现目标NF的请求消息；

步骤S202、第一NRF如果在本地存储中找到目标NF的地址数据，则返回给第一NF；如果找不到目标NF的地址数据，则向顶级NRF发出发现目标NF所属的第二NRF的请求消息，在请求消息中携带目标NF的公用陆地移动网络标识和切片子网对应的切片集合；

步骤S203、顶级NRF收到请求消息后，在本地的NRF发现逻辑表中查找符合条件的第二NRF，如果找不到，则转至步骤S204；如果找到，则转至步骤S205；

步骤S204、顶级NRF返回不存在第二NRF消息给第一NRF，第一NRF则会返回不存在目标NF的消息给第一NF，结束整个发现流程；

步骤S205、顶级NRF返回第二NRF地址给第一NRF，第一NRF根据第二NRF的地址直接向第二NRF发出发现目标NF的请求消息；

步骤S206、当第二NRF找到目标NF时，会把目标NF的地址通过第一NRF发送给第一NF；

步骤S207、第一NF根据获得的目标NF的地址，开始请求目标NF服务。

进一步的，还包括使用顶级NRF恢复故障的方法，具体包括：

步骤S301、当第一NF通过和其所属的NRF的心跳消息识别到其所属的第一NRF故障时，该NF向顶级NRF发送一个请求其他NRF的请求消息；

步骤S302、当顶级NRF收到第一NF的请求消息时，通过与第一NRF的心跳消息识别到第一NRF故障，把NRF发现逻辑表中的第一NRF的记录删除，同时会在NRF发现逻辑表中查找是否存在符合条件的其他NRF，如果没有，则返回不存在对应NRF消息给第一NF；如果找到符合条件的其他NRF，则将所述的其他NRF的地址返回给第一NF；

步骤S303、第一NF向符合条件的其他NRF请求注册。

进一步的，顶级NRF在NRF发现逻辑表中查找是否存在符合条件的其他NRF的方法为：顶级NRF收到第一NF发出的发现NRF请求消息后，会获得请求消息中的公用陆地移动网络标识和切片子网对应的切片集合，并根据所述的公用陆地移动网络标识和切片子网对应的切片集合在NRF发现逻辑表中查找，如果发现符合条件的其他NRF，会把所有符合条件的NRF地址组合成一个列表，并将该列表返回给第一NF；如果没有发现符合条件的其他NRF，会返回空列表。

进一步的，当顶级NRF返回的符合条件的NRF为一个以上时，第一NF选择其中一个进行注册。

本发明的有益效果在于：

本发明通过一个Top-NRF来存储每个5GC子网中NRF的位置数据方法，在NF互相跨NRF发现时，相对比中间重定向NRF发现和中间转发NRF发现方法效率高。本方法对比于中心数据库的NRF发现方法，对Top-NRF的容量和性能要求低，部署成本低，并且该方法能够在某个NRF故障时候，把该NRF下的NF重新导向到另外一个NRF，保证5GC的正常运行，提高5GC故障恢复能力。本方法采用的Top-NRF中只存储5GC每个子网中NRF的位置数据，并不把整个5GC中的NF数据都保存进中心数据库，减少了顶级NRF的存储数据量，也降低了网络部署的成本，每个NF可以通过顶级NRF动态选择合适的NRF注册，提高了5GC部署的灵活性。

附图说明

图1为现有技术的TS 29510-g20协议的中间重定向的NRF发现原理图；

图2为现有技术的TS 29510-g20协议的中间转发的NRF发现原理图；

图3为中国专利申请公开号为CN109673037A的原理图；

图4为本发明的NRF向Top-NRF注册流程网络拓扑图；

图5-1为本发明的NRF向Top-NRF注册的通信流程图；

图5-2为本发明的NRF向Top-NRF注册流程图；

图6为本发明的使用Top-NRF跨NRF发现过程网络拓扑图；

图7为本发明的使用Top-NRF跨NRF发现过程通信流程图；

图8为本发明的使用Top-NRF恢复NRF故障流程拓扑图；

图9为本发明的使用Top-NRF恢复NRF故障流程通信流程图；

图10为本发明的NF使用Top-NRF动态选择NRF流程拓扑图；

图11为本发明的NF使用Top-NRF动态选择NRF通信流程图；

图12为本发明的Top-NRF发现NRF流程图；

图13为本发明的Top-NRF查找NRF算法流程图。

具体实施例

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。

实施例一

本发明的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF方法，包括以下步骤：

步骤S1、NRF向Top-NRF注册。

如图4、图5-1、图5-2所示，举例说明(该示例中子网的个数及NRF的个数为举例，实际个数并不局限于此)：在网络拓扑图中，存在着三个5GC子网，其中存在着四个NRF，分别归属一个或多个子网，分别存储着其归属子网中NF的地址数据，其中有一个Top-NRF负责管理子网中的每个NRF地址数据，在网络刚激活时，每个子网中的NRF会向Top-NRF进行注册，提交各自的地址数据。

注册的流程包括：

步骤S101、在网络激活时，5GC子网中的NRF向Top-NRF发送注册消息进行注册，在消息中携带了各个NRF对应的NF实例标识(简称NF-ID)，NF类型(简称NF-Type)，自身IP地址，NRF所在或者所管理的子网所属的公用陆地移动网络标识(简称PLMN ID)，以及如果存在的话，也会提交NRF所在的或者所管理的切片子网对应的切片集合(简称NSSAI)。

步骤S102、当Top-NRF接收到NRF的注册信息时，判断NF-Type是否为NRF类型，如果是，则在NRF发现逻辑表(简称Table(NRF))中记录该NRF位置数据，然后返回注册成功消息，否则返回注册失败消息。

NF-Type内容是一个字符串，如“NRF”，如果NF-Type是“AMF”，说明Top-NRF接收到的是AMF的请求

表1为Table(NRF)的举例说明：

NF-ID	IP	PLMN ID	NSSAI
				NRF-1	XX.XX.XX.XX	MNC：X，MCC：X	{SST：X}
NRF-2	XX.XX.XX.XX	MNC：X，MCC：X	{SST：X，SD：X}
				NRF-3	XX.XX.XX.XX	MNC：X，MCC：X	{SST：X，SD：X}，{SST：X}

表1

该注册流程显示了Top-NRF主要是根据PLMN ID和NSSAI划分的子网管理各个子网中NRF地址数据，并不存储各个子网下的NF地址数据，Top-NRF功能简单，不需要高容量和高性能的中心数据库，成本低。

步骤S2、第一NF使用顶级NRF发现目标NF所注册的次级NRF地址，然后向次级NRF发现目标NF。

图6为使用Top-NRF跨NRF发现网络拓扑图，举例说明：假如在图中NRF-1所在的子网中有一个NF-1需要发现NRF-4所在子网的NF-4，并和NF-4进行通信。具体的发现过程如下：

步骤S201、NF-1向NRF-1发送发现目标NF(即NF-4)的请求消息；

步骤S202、NRF-1如果在本地存储中找到目标NF的地址数据，则返回给NF-1；如果找不到目标NF的地址数据，则向Top-NRF发出发现目标NF所属NRF的请求消息，在消息中会携带目标NF的PLMN ID和NSSAI(如果存在)。

步骤S203、Top-NRF收到请求消息后，在本地的Table(NRF)中查找符合条件的NRF，如果找不到，则转至步骤S204；如果找到符合条件的NRF，则转至步骤S205；

步骤S204、Top-NRF返回不存在符合条件的NRF消息给NRF-1，NRF-1也会返回不存在目标NF的消息给NF-1，结束整个发现流程；

步骤S205、Top-NRF返回NRF-4的地址给NRF-1，NRF-1根据NRF-4的地址直接向NRF-4发出发现目标NF的请求消息。

步骤S206、当NRF-4找到符合发现请求条件的NF-4时，会把NF-4的地址通过NRF-1发送给NF-1。

步骤S207、NF-1根据获得的NF-4地址，开始请求NF-4服务。

使用Top-NRF跨NRF发现，能通过一定次数的通信流程发现对端的NF，避免NRF中间转发和中间重定向发现方法中逐个NRF寻找所造成的效率低下问题，并能有效防止请求消息回环问题。

实施例二

在实施例一的基础上，还包括使用Top-NRF恢复NRF故障的方法。

图8为使用Top-NRF恢复NRF故障流程的拓扑图，在图中，NF-4所在子网的NRF-4发生故障。NF-4通过和NRF-4的心跳消息识别到NRF-4故障，会向Top-NRF发现一个新的NRF请求消息。当Top-NRF通过与NRF-4的心跳消息识别到NRF-4故障，会把Table(NRF)中的NRF-4记录删除，并处理NF-4发现新NRF的请求。图10使用Top-NRF恢复NRF故障流程通信流程图，具体的恢复故障的步骤包括：

步骤S301、NF-4通过和NRF-4的心跳消息识别到NRF-4故障，向Top-NRF发送一个请求NRF的请求消息。

步骤S302、当Top-NRF收到NF-4请求NRF的消息时，通过与NRF-4的心跳消息识别到NRF-4故障，把Table(NRF)中的NRF-4记录删除，同时会在Table(NRF)中查找是否存在符合条件的其他NRF，如果没有，则返回不存在对应NRF消息给NF-4；如果在Table(NRF)中找到对应的NRF-3，则返回NRF-3的地址给NF-4。

Top-NRF在Table(NRF)中查找是否存在符合条件的NRF的方法为：Top-NRF收到某一NF发出发现合适NRF请求消息后，会获得请求消息中的PLMN ID和NSSAI(如果存在)，并根据该信息在Table(NRF)中查找。如果在Table(NRF)中发现符合条件的NRF，会把所有符合条件的NRF地址组合成一个列表，并返回给NF对应的发现结果，如果没有发现对应的NRF，会返回空列表。

图13为Top-NRF查找NRF算法流程图，首先Top-NRF会根据获得的PLMN ID和NSSAI(如果存在)，首先查找Table(NRF)中的是否存在对应PLMN ID下的NRF，如果不存在，则返回查询结果，找不到任何符合条件的NRF；如果存在，则把所有符合条件的NRF寻找出来，然后匹配NSSAI。因为NSSAI是切片集合，其中包含每个切片标识S-NSSAI，所以根据匹配成功S-NSSAI数量找到最符合的NRF，如果存在多个NRF完全符合情况，则获得的查询结果为一个NRF列表，然后把该查询结果返回给NF。如果在请求消息中，没有携带NSSAI，可以把拥有最大S-NSSAI数量的NRF作为查询结果。

步骤S303、NF-4向NRF-3注册，恢复了NF-4因为NRF-4故障，而不能被其他NF发现的故障。

当顶级NRF返回的符合条件的NRF为一个以上时，NF-4在列表中选择一个NRF发出注册请求消息，如NF-4能在NRF-3和NRF-4两个符合条件的NRF中选择一个注册。

使用Top-NRF恢复NRF故障流程，增加了5GC的自愈能力，避免因为某个NRF故障影响到5GC正常运行。

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 (7)

1.一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、NRF向顶级NRF注册，注册成功后，顶级NRF注册只保留该NFR的地址数据；

步骤S2、第一NF使用顶级NRF发现目标NF所注册的次级NRF地址，然后向次级NRF发现目标NF；

所述的步骤S2包括：

步骤S201、第一NF向其所属的第一NRF发送发现目标NF的请求消息；

步骤S202、第一NRF如果在本地存储中找到目标NF的地址数据，则返回给第一NF；如果找不到目标NF的地址数据，则向顶级NRF发出发现目标NF所属的第二NRF的请求消息，在请求消息中携带目标NF的公用陆地移动网络标识和切片子网对应的切片集合；

步骤S203、顶级NRF收到请求消息后，在本地的NRF发现逻辑表中查找符合条件的第二NRF，如果找不到，则转至步骤S204；如果找到，则转至步骤S205；

步骤S204、顶级NRF返回不存在第二NRF消息给第一NRF，第一NRF则会返回不存在目标NF的消息给第一NF，结束整个发现流程；

步骤S205、顶级NRF返回第二NRF地址给第一NRF，第一NRF根据第二NRF的地址直接向第二NRF发出发现目标NF的请求消息；

步骤S206、当第二NRF找到目标NF时，会把目标NF的地址通过第一NRF发送给第一NF；

步骤S207、第一NF根据获得的目标NF的地址，开始请求目标NF服务。

2.根据权利要求1所述的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的 方法，其特征在于：所述的NRF向顶级NRF注册的步骤包括：

步骤S101、在网络激活时，NRF向顶级NRF发送注册消息；

步骤S102、当顶级NRF接收到NRF的注册信息时，判断NF类型是否为NRF类型，如果是，则在NRF发现逻辑表中记录该NRF地址数据，然后返回注册成功消息，否则返回注册失败消息。

3.根据权利要求2所述的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，其特征在于：所述的注册消息中携带该NRF对应的NF实例标识、该NRF对应的NF类型、该NRF自身IP地址、该NRF所在或者所管理的子网所属的公用陆地移动网络标识。

4.根据权利要求3所述的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，其特征在于：所述的注册消息中还包括该NRF所在的或者所管理的切片子网对应的切片集合。

5.根据权利要求1所述的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，其特征在于：还包括使用顶级NRF恢复故障的方法，具体包括：

步骤S301、当第一NF通过和其所属的NRF的心跳消息识别到其所属的第一NRF故障时，该NF向顶级NRF发送一个请求其他NRF的请求消息；

步骤S302、当顶级NRF收到第一NF的请求消息时，通过与第一NRF的心跳消息识别到第一NRF故障，把NRF发现逻辑表中的第一NRF的记录删除，同时会在NRF发现逻辑表中查找是否存在符合条件的其他NRF，如果没有，则返回不存在对应NRF消息给第一NF；如果找到符合条件的其他NRF，则将所述的其他NRF的地址返回给第一NF；

步骤S303、第一NF向符合条件的其他NRF请求注册。

6.根据权利要求5所述的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，其特征在于：顶级NRF在NRF发现逻辑表中查找是否存在符合条件的其他NRF的方法为：顶级NRF收到第一NF发出的发现NRF请求消息后，会获得请求消息中的公用陆地移动网络标识和切片子网对应的切片集合，并根据所述的公用陆地移动网络标识和切片子网对应的切片集合在NRF发现逻辑表中查找，如果发现符合条件的其他NRF，会把所有符合条件的NRF地址组合成一个列表，并将该列表返回给第一NF；如果没有发现符合条件的其他NRF，会返回空列表。

7.根据权利要求6所述的一种基于顶级NRF的管理5G核心网中NRF的方法，其特征在于：当顶级NRF返回的符合条件的NRF为一个以上时，第一NF选择其中一个进行注册。

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