CN111405567A - 一种amf扩展方法及amf实体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AMF扩展方法及AMF实体，包括将AMF进行划分为接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF；接入管理模块ACF与所述移动管理模块MF采用HTTP2通信协议传输消息；接入管理模块ACF接收基站或终端UE的第一消息，并选择目标移动管理模块MF，接入管理模块ACF接收目标移动管理模块MF对第一消息的响应，向基站或终端UE返回第二消息，本发明将AMF从原来单一的整体分成ACF与MF两个部分，MF动态增添，减少了不必要的资源浪费，降低运维成本，设定有对应不同业务类型的MF，不同用户接入相应类型的MF，提高AMF业务处理的可靠性、效率性。

Description

一种AMF扩展方法及AMF实体

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种AMF扩展方法及AMF实体。

背景技术

在目前5G核心网(以下简称5GC)的服务化架构(SBA)中，将网元根据不同的功能进一步划分为不同的网络功能实体，以提供不同的网络服务，相比于4G核心网架构更加的扁平化，信令面与用户面进一步的划分，AMF相当于MME的接入和移动性管理部分，而MME的会话管理部分则由SMF负责，同时也引用了其他新的网络功能，如NRF、NSSF，使5GC的架构更加灵活多变。AMF作为整个5GC非常重要的组成部分，承担着5G大部分信令的处理，与基站直接进行对接的第一个网元也是AMF，因此为了提高整个核心网的效率，对于AMF的扩容是很有必要的。

现在的5GC可以部署在虚拟平台如VmWare、KVM平台上，当虚拟机的资源接近满负载的情况下可以通过克隆虚拟机进行扩容，但是克隆整个虚拟机往往需要耗费大量的时间，并且如何协调各虚拟机之间的运作也相当麻烦，在实际的运用中也会消耗更多的运维成本。

目前公开的与AMF扩展有关的专利方案有：CN108287746A，一种对EPC网元的虚拟资源扩容或缩容的方法及装置，该专利将EPC核心网各网元如MME，分成全局处理模块、信令处理模块、接口处理模块和数据库处理模块，在现有的模块资源紧张时，通过增加这些模块进行扩容。但是该专利并不适用于AMF，原因是分开的模块过于繁杂，各模块之间协调通信过程复杂，各模块管理起来不方便，会增加运维成本。

发明内容

本发明的提供的一种AMF扩展方法及AMF实体，以解决上述背景技术中提出的问题。

第一方面，提供了一种AMF扩展方法，包括：

划分AMF为接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF；

接入管理模块ACF与移动管理模块MF采用通信协议传输消息；

接入管理模块ACF接收基站或终端UE的第一消息，并从对应类型的移动管理模块MF集合中选择目标移动管理模块MF；

接入管理模块ACF将第一消息发送到目标移动管理模块MF；

接入管理模块ACF接收目标移动管理模块MF对第一消息的响应，向基站或终端UE返回第二消息。

第二消息包括UE标识，接入管理模块ACF存储所述目标移动管理模块MF与UE标识符的映射关系，用于为UE选择MF，MF为UE分配新的UE标识符，则携带给ACF建立或更新映射关系。

进一步地，移动管理模块MF集合中的MF均向接入管理模块ACF上报自身的状态信息，所述接入管理模块ACF根据所述状态信息确定是否配置新的MF，具体的分为负载优先和信令优先。

负载优先扩容策略具体地为：当设定时间间隔ΔT内所述移动管理模块MF集合内n个MF的负载平均值大于扩容警戒值，则配置第n+1个MF加入到该MF集合，否则不执行任何操作，第n+1个MF加入到该MF集合后，计算新的负载平均值，若所述新的负载平均值大于最优负载值，则配置N-n个MF，使得N个MF的负载平均值小于等于最优负载值，否则不执行任何操作。

信令优先扩容策略具体地为：当心跳时间内所述移动管理模块MF集合的n个MF的总信令交互频率大于预设的信令交互频率阈值，则配置第n+1个MF加入到该MF集合，否则不执行任何操作。

进一步地，若超过心跳时间移动管理模块MF集合内的MF未向接入管理模块ACF上报自身的状态信息，则接入管理模块ACF删除该MF上下文，不再使用该MF为AMF服务。

AMF为新配置的MF分配标识ID，新配置的MF主动向ACF发起注册流程，所述移动管理模块MF集合内的MF监测到自身负载为0时，向接入管理模块ACF发起去注册流程进入休眠释放资源以及以达到缩容的目的。

第二方面，提供了一种AMF，包括接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，所述移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF，接入管理模块ACF与所述移动管理模块MF采用通信协议传输消息，接入管理模块ACF配置为接收基站或终端UE的第一消息，并从对应类型的移动管理模块MF集合中选择目标移动管理模块MF，并将第一消息发送到目标移动管理模块MF。移动管理模块MF配置为对第一消息做出响应，并通过接入管理模块ACF向基站或终端UE返回第二消息。

本发明所提供的AMF扩展方法和AMF实体，将AMF从原来单一的整体分成ACF与MF两个部分，ACF负责接入管理，MF负责移动管理，分工明确，使AMF的服务化粒度进一步细分；ACF与MF之间通信的内容可以自己定义，AMF的扩展变得更加的灵活；MF动态增添，根据实际环境的运行情况将AMF进行动态的扩展，减少了不必要的资源浪费，降低运维成本；设定有对应不同业务类型的MF，不同用户接入相应类型的MF，提高AMF业务处理的可靠性、效率性。

附图说明

图1为本发明中AMF内MF集合示意图；

图2为本发明中MF向ACF注册流程图；

图3为本发明中MF向ACF去注册流程图；

图4为本发明中MF向ACF上报状态流程图；

图5为本发明中MF与ACF交互过程流程图；

图6为负载优先扩容策略下MF扩容流程图；

图7为UE向核心网发起注册ACF与MF的通信流程。

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。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

接入及移动性管理实体AMF作为整个5GC非常重要的组成部分，承担着5G大部分信令的处理，与基站直接进行对接的第一个网元也是AMF，因此为了提高整个核心网的效率，对于AMF的扩展是很有必要的。

本实施例提供的扩展方法是将AMF划分为接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF，ACF不进行信令的处理，而是将信令传输给MF，由MF完成信令的编解码等。在MF生成时由AMF分配一个mfID，由此MF被划分为不同的类型，对应到5G应用的三大场景：增强移动宽带(eMBB)、超高可靠超低时延通信(URLLc)、大连接物联网(MIoT)，如图1所示，本领域技术人员也可根据需要进行不同的类型划分。

划分出来的MF与ACF之间通信采用HTTP2协议，这也是5GCSBI接口使用的协议，ACF与MF通信均采用TLS加密保证通信的安全性，其简单高效而且可加密的特性保证了数据传输的质量与安全。

为维护AMF实体的正常工作，划分出来的ACF与MF主要有四个通信流程：注册、注销、状态上报、信令传输。

(1)MF向ACF注册

MF初始化时需要向ACF进行注册才能为AMF提供服务，其流程如图2所示。

AMF每新增一个MF，MF首先会主动向ACF发起注册请求，HTTP2请求头部部分的method为PUT，path为/mf-regitration/{mfID}，mfID在同一个AMF内区分不同的MF，取值范围为0～255，不同的MF的mfID不同，mfID在MF生成时由AMF分配。HTTP2请求正文部分为MFProfile，采用json格式传输，MFProfile中包含MF当前负载、MF支持最大用户数、MF当前优先级、MF所支持的切片列表、MF所支持的接入的网络名称列表等参数。

AMF向ACF发送HTTP2请求后ACF保存MF的相关信息用于后续MF的选择。若成功接受MF的注册则返回200OK并将MFProfile原路返回；若不接受此MF的注册，如该MF的mfID已经存在，则返回403Forbidden，Problem Detail为MFID_NOT_ALLOWED。HTTP2错误处理可参照3GPPTS29.500协议规定，也可以按照具体实现场景处理。

(2)MF向ACF注销

当MF没有用户负载时，可以向ACF发起去注册进入休眠释放资源以及以达到缩容的目的，MF向ACF发起去注册流程，其流程如图3所示。

(3)MF与ACF定时上报状态

为保证AMF正常工作，MF向ACF每隔心跳时间上报自身的状态信息，作为动态扩容的重要依据，同时作为ACF与MF之间的心跳保持，若超过heartBeatTimerMF未向ACF上报状态，ACF删除该MF上下文，不再使用该MF为AMF服务，其流程如图4所示。

MF反馈的参数包括负载情况，作为负载优先情况下扩容的依据，负载百分比的计算公式为：

其中User_n为MF当前上线用户数，User_c为该MF所支持上线最大用户数。

MF反馈的信息还包括心跳时间内MF与ACF交互次数，作为信令优先情况下扩容的依据，MF内部维护一个定时器与计数器，定时器的值为心跳时间heartBeatTimer，计数器用于统计在定时周期内MF与ACF信令交互的次数，统计方法为：MF每收到一条来自ACF的HTTP请求和每向ACF发送一条HTTP请求计数器值加1。定时时间到达，MF向ACF上报状态，将计数器的值设置在interactionTimes属性中，之后计数器的值清0开始下一轮的计数。

(4)ACF与MF交互过程

在ACF与MF的结构下，ACF从消息中获取UE信息从而匹配到相应的MF，后续由MF完成具体的业务处理，具体地为，若UE与核心网的第一次交互，UE消息中无UE标识，则ACF读取UE的DNN和切片信息来匹配相应类型的MF；若UE消息携带有UE标识，则ACF读取UE标识，根据存储的UE标识与MF的映射关系将消息来匹配对应的MF，其流程如图5所示。

ACF接收到基站发来的NGAP/NAS消息时，将NGAP/NAS消息字节流封装在HTTP2消息的请求正文中。当MF需要对ACF发送NGAP/NAS消息时，首先将数据编码成NGAP格式，再以字节流形式封装在HTTP2消息中，形式与ACF类似，ACF收到消息后再将字节流通过发给基站。ACF或MF每向对方发送一次信令消息，都会回复响应表示本次通信结束。

MF内部UE分配了唯一标识：amf-ue-ngap-id和5g-tmsi，由MF在UE初始注册过程中分配，这两个标识与mfID存在映射关系，存储在ACF中用于为UE选择MF，MF为UE分配新的标识时，则携带给ACF建立或更新映射关系。

初始AMF划分为ACF和MF时，可以一步创建好MF的数量，也可以开始只创建MF初始数量，后续根据需要动态调整MF的数量，AMF有两种动态扩容的策略，一种为负载优先，保证系统整体运行性能；一种为信令传输优先，保证信令传输的流畅性、高效性。

(1)负载优先扩容策略

AMF内部将三大应用场景类型MF分为三个MF集合，根据集合内MF负载情况进行MF集合的扩容。其算法流程如图6所示，步骤如下：

S1:AMF启动，初始MF集合内各MF分别向ACF注册，ACF按照切片信息将MF分到不同的集合。

S2:在设定的时间间隔ΔT，AMF收集MF集合上报上来的负载参数。计算MF集合的负载平均值。计算公式为：

L1到Ln为集合内各MF的当前负载数。

ΔT根据不同的MF集合设定不同的值，如在MioTset下，涉及大量的物联网设备的接入，可能每隔一段时间都会有大量的用户上线，所以ΔT的值可以设置相对小一点，而eMBBset与URLLcset用户数相对稳定，ΔT的值可以设置相对大一点。

S3:计算本时间段L_ave(t)与上一时间段L_ave(t-1)的差值L_ΔT＝L_ave(t)-L_ave(t-1),若L_ΔT大于预设在AMF的扩容警戒值L_c假设30％，则新增1个与MF集合同种类型的MF来进行扩容，然后执行步骤S4。否则跳过剩下步骤，MF集合扩容结束。

S4：在新增一个MF后重新计算当前平均负载L_ave，若L_ave大于预设在AMF的最优负载值L_o假设为70％，表明还需进一步增加MF的数量，然后执行步骤S5。否则跳过剩下步骤，MF集合扩容结束。

S5：计算本集合需要的MF数量N＝(L_ave×n)％/L_o+1(n为当前MF集合中MF的总数)，再新增N-n个MF，MF集合扩容结束。

(2)信令传输优先扩容策略

S1：MF每隔一段时间向ACF上报状态，ACF计算此MF在心跳时间内信令交互频率，计算公式为：

单位为次/s，S为心跳时间内MF与ACF交互次数，t为心跳时间。

S2：判断f_v的值是否大于预设的信令传输频率阈值F。若大于该阈值，运行S3，否则不需要进行扩容。

S3：连续判断接下来两次f_v是否大于F，如果都大于，表明在本时间段内有大量的信令交互，增加相应MF进行扩容；否则不需要进行扩容。

本公开实施例还提供了一种与上述方法实施例对应AMF，包括接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF，接入管理模块ACF与所述移动管理模块MF采用通信协议传输消息，所述接入管理模块ACF配置为接收基站或终端UE的第一消息，并从对应类型的移动管理模块MF集合中选择目标移动管理模块MF，并将所述第一消息发送到目标移动管理模块MF。所述移动管理模块MF配置为对所述第一消息做出响应，并通过接入管理模块ACF向基站或终端UE返回第二消息。

为了更好的阐述ACF与MF之间的通信，下面以UE向核心网发起初始注册为例，说明AM与MF的通信，其信令传输流程如图7所示。

1)UE开机通过基站向核心网发起注册请求。

2)ACF接收注册请求消息，选择MF。根据UE的用户类型从对应类型的MF集合中选择一个合适的MF作为目标移动管理模块MF，可根据MF的负载，切片列表，DNN(接入的网络的名称)，优先级进行选择。

3)ACF将注册请求的NGAP/NAS消息封装成HTTP2消息，传输给目标MF。

4)目标MF正确处理注册请求消息并返回HTTP2响应。

5)执行3GPPTS23.502 4.2.2.2章节中描述的鉴权、安全模式、获取签约数据流程，这里就不一一进行描述了。

6)核心网端接收该UE的接入，目标MF将注册接受消息编码成NGAP/NAS格式然后封装成HTTP2消息发给ACF，其中包含目标MF为UE分配的5G-GUTI。

7)ACF从HTTP2消息中获取NGAP/NAS消息通过基站发给UE，并记录5G-GUTI与MF之间的映射关系。

8)ACF正确将消息发给基站，然后向目标MF发送HTTP2响应。

9)UE通过基站向AMF发送注册完成消息。

10)ACF将注册完成的NGAP/NAS消息封装成HTTP2消息，传输给目标MF。

11)目标MF正确处理并向ACF发送响应，注册完成。

ACF和MF分工明确，使AMF的服务化粒度进一步细分，通过设定有对应不同业务类型的MF，不同用户接入相应类型的MF，提高AMF业务处理的可靠性、效率性，进而提高整个核心网的效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种AMF扩展方法，其特征在于：

将AMF进行划分为接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，所述移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF；

所述接入管理模块ACF与所述移动管理模块MF采用通信协议传输消息；

所述接入管理模块ACF接收基站或终端UE的第一消息，并从对应类型的移动管理模块MF集合中选择目标移动管理模块MF；

所述接入管理模块ACF将所述第一消息发送到目标移动管理模块MF；

所述接入管理模块ACF接收目标移动管理模块MF对所述第一消息的响应，向基站或终端UE返回第二消息。

2.根据权利要求1所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，

所述第二消息包括UE标识，所述接入管理模块ACF存储所述目标移动管理模块MF与UE标识的映射关系。

3.根据权利要求1所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，

还包括所述移动管理模块MF集合中的MF均向接入管理模块ACF上报自身的状态信息，所述接入管理模块ACF根据所述状态信息确定是否配置新的MF。

4.根据权利要求3所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，

所述接入管理模块ACF根据所述状态信息确定是否配置新的MF，包括：

当设定时间间隔ΔT内所述移动管理模块MF集合内n个MF的负载平均值大于扩容警戒值，则配置第n+1个MF加入到该MF集合，否则不执行任何操作,n为正整数。

5.根据权利要求4所述的AMF动态扩展的方法，还包括

第n+1个MF加入到该MF集合后，计算新的负载平均值，若所述新的负载平均值大于最优负载值，则配置N-n个MF，使得N个MF的负载平均值小于等于最优负载值，否则不执行任何操作，N和n为正整数。

6.根据权利要求4所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，

所述接入管理模块ACF根据所述状态信息确定是否配置新的MF，还包括：

当心跳时间内所述移动管理模块MF集合的n个MF的总信令交互频率大于预设的信令交互频率阈值，则配置第n+1个MF加入到该MF集合，否则不执行任何操作。

7.根据权利要求3所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，还包括若超过心跳时间移动管理模块MF集合内的MF未向接入管理模块ACF上报自身的状态信息，则接入管理模块ACF删除该MF上下文,后续不再选择该MF。

8.根据权利要求3-6任一项所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，所述AMF为新配置的MF分配标识ID，所述新配置的MF主动向ACF发起注册流程。

9.根据权利要求3所述的AMF动态扩展的方法，其特征在于，还包括

所述移动管理模块MF集合内的MF监测到自身负载为0时，向接入管理模块ACF发起去注册流程。

10.一种AMF实体，其特征在于，包括：

接入管理模块ACF以及至少一个移动管理模块MF集合，所述移动管理模块MF集合中包括至少一个移动管理模块MF；

所述接入管理模块ACF与所述移动管理模块MF采用通信协议传输消息；

所述接入管理模块ACF配置为接收基站或终端UE的第一消息，并从对应类型的移动管理模块MF集合中选择目标移动管理模块MF，并将所述第一消息发送到目标移动管理模块MF；

所述移动管理模块MF配置为对所述第一消息做出响应，并通过接入管理模块ACF向基站或终端UE返回第二消息。

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