CN112019428A

CN112019428A - 一种网关

Info

Publication number: CN112019428A
Application number: CN202010908884.6A
Authority: CN
Inventors: 雷永成; 吴方
Original assignee: CHENGDU SKSPRUCE TECHNOLOGY Inc
Current assignee: CHENGDU SKSPRUCE TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: CN112019428B

Abstract

本申请公开了一种网关，该网关包括：LAN口和WAN口，WAN口用于连接5G网络，LAN口用于连接内网，5G网络被划分为多个网络切片，不同网络切片支持不同业务场景，业务场景为eMBB、mMTC或uRLLC；网关控制内网中的终端，按照终端的设备类型和/或终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片。本申请提供的网关能够建立5G网络和内网之间的通信连接，并且，5G网络被划分为支持不同业务场景的网络切片，内网中的终端基于设备类型和/或业务类型连通相应网络切片，不同终端和/或不同业务利用不同网络切片分类传输，从而使得内网数据与5G的不同场景相对应，提高了用户体验。

Description

一种网关

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种网关。

背景技术

目前，企业内网中的终端类型多而繁杂，大部分终端还不支持5G(5th Generationmobile networks或5th Generation wireless systems)技术，更新所有终端使其支持5G技术，显然带来的工作量和成本都比较高，也不易实现。并且，企业内网数据对于机密性和实时性有要求，希望数据在本地的计算节点上，而不是运营商的数据中心。

因此，如何建立内网与5G网络之间的通信连接，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种网关，以建立内网与5G网络之间的通信连接。其具体方案如下：

本申请提供了一种网关，包括：LAN口和WAN口，所述WAN口用于连接5G网络，所述LAN口用于连接内网，

所述5G网络被划分为多个网络切片，不同网络切片支持不同业务场景，所述业务场景包括eMBB、mMTC和uRLLC；

所述网关控制所述内网中的终端，按照所述终端的设备类型和/或所述终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片。

优选地，所述内网为WiFi局域网或IoT局域网。

优选地，所述网关利用SD-WAN和SLA策略使所述终端动态连通相应网络切片。

优选地，所述网关利用VRF隔离不同网络切片。

优选地，所述网关利用映射表建立所述终端与所述网络切片之间的映射关系。

优选地，所述网关控制所述内网中的终端，按照所述终端的设备类型和/或所述终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片，包括：

所述网关注册于所述5G网络，以获取所述多个网络切片；

所述网关探测所述内网的物理接入点，并基于所述物理接入点创建虚拟接入点；若基于所述虚拟接入点接收到所述终端发送的请求，则基于所述请求确定所述终端的设备类型和/或所述请求所属的业务类型，按照所述设备类型和/或所述业务类型从所述多个网络切片中选择目标网络切片，并创建所述终端与所述目标网络切片的会话。

优选地，所述网关按照所述设备类型和/或所述业务类型从所述多个网络切片中选择目标网络切片，包括：

所述网关根据所述设备类型和/或所述业务类型确定SLA策略，并按照所述SLA策略选择所述目标网络切片。

优选地，所述网关和所述物理接入点利用CAPWAP协议进行通信。

优选地，所述网关通过所述会话将所述请求对应的返回结果发送至所述终端。

优选地，所述网关和所述5G网络的连接方式为集成式或分体式。

通过以上方案可知，本申请提供了一种网关，包括：LAN口和WAN口，所述WAN口用于连接5G网络，所述LAN口用于连接内网，所述5G网络被划分为多个网络切片，不同网络切片支持不同业务场景，所述业务场景包括eMBB、mMTC和uRLLC；所述网关控制所述内网中的终端，按照所述终端的设备类型和/或所述终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片。

可见，本申请提供的网关能够建立5G网络和内网之间的通信连接，并且，5G网络被划分为支持不同业务场景的网络切片，内网中的终端基于设备类型和/或业务类型连通相应网络切片，那么内网中的各种终端都能与5G网络通信。其中，不同终端和/或不同业务利用不同网络切片分类传输，从而使得内网数据与eMBB(增强型移动宽带)、mMTC(海量机器类通信)和uRLLC(低时延高可靠通信)场景相对应，提高了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请公开的一种网关示意图；

图2为本申请公开的一种eMBB的组网示意图；

图3为本申请公开的一种VRF隔离示意图；

图4为本申请公开的一种映射表示意图；

图5为本申请公开的一种网络切片与业务场景映射示意图；

图6为本申请公开的一种终端动态连通相应网络切片的示意图；

图7为本申请公开的另一种网关示意图；

图8为本申请公开的一种注册过程示意图；

图9为本申请公开的一种会话建立示意图；

图10为本申请公开的一种服务与网络切片映射示意图；

图11为本申请公开的一种服务对应的终端与网络切片的关系示意图；

图12为本申请公开的一种网关中的功能模块示意图；

图13为本申请公开的一种注册以及会话建立过程示意图；

图14为本申请公开的一种携带有QoS属性的终端发数据至5G网络的示意图；

图15为本申请公开的一种5G网络返回数据至终端的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

目前，企业内网中的终端类型多而繁杂，大部分终端还不支持5G技术，更新所有终端使其支持5G技术，显然带来的工作量和成本都比较高，也不易实现。并且，企业内网数据对于机密性和实时性有要求，希望数据在本地的计算节点上，而不是运营商的数据中心。为此，本申请提供了一种网关，能够建立内网与5G网络之间的通信连接。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种网关，包括：LAN口和WAN口，WAN口用于连接5G网络，LAN口用于连接内网，5G网络被划分为多个网络切片，不同网络切片支持不同业务场景，业务场景包括eMBB、mMTC、uRLLC；网关控制内网中的终端，按照终端的设备类型和/或终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片。

在一种具体实施方式中，5G网络被划分为三个网络切片，这三个网络切片分别对应eMBB、mMTC和uRLLC这三种场景。网络切片基于5G网络切片技术获得。

具体的，eMBB、mMTC和uRLLC是5G技术支持的三种业务场景。当然，也可以基于实际情况扩展其他业务场景。其中，eMBB主要提升以“人”为中心的娱乐、社交等个人消费业务的通信体验，适用于高速率、大带宽的移动宽带业务。以eMBB为例，5G组网可分为独立组网(SA)和非独立组网(NSA)。

eMBB的三种组网方式可参见图2，图2展示了Option 3x、Option 2和Option 7x这三种组网方式。在图2中，EPC(Evolved Packet Core)为4G分组核心网，5G CN(5G CoreNetwork)为5G核心网，LTE(Long Term Evolution)为长期演进技术，NR(New Radio)为5G新无线，S1-C为EPC和基站之间控制信令接口，S1-U为EPC和基站之间用户数据接口，NG-C为5G核心网和基站之间的控制信令接口，NG-U为5G核心网和基站之间的用户数据接口，eLTE为扩展LTE基站兼容5G核心网。R15为3GPP的Release15，R16为3GPP规范Release16。

在一种具体实施方式中，内网为WiFi(Wireless Fidelity)局域网或IoT(Internet of Things)局域网。当然，内网也可以为其他形式的局域网，内网中各设备的连接方式为有线连接和/或无线连接。

在一种具体实施方式中，网关利用SD-WAN和SLA(Service-Level Agreement，服务等级协议)策略使终端动态连通相应网络切片。其中，SD-WAN和SLA策略可以参考现有的相关技术，本说明书在此不再赘述。

在一种具体实施方式中，网关利用VRF隔离不同网络切片。VRF可以有效保障业务的安全性和不同网络切片的独立性和可继承性。本实施例将任一个网络切片映射为一个VRF，并建立二者的关联，网络切片与VRF一一对应。一个VRF对内网呈现为一个虚拟接口，具体可参考图3。

在一种具体实施方式中，网关利用映射表建立终端与网络切片之间的映射关系。其中，映射表具体可以为哈希表，利用映射表记录终端与网络切片之间的映射关系后，该映射关系固定不变，基于该映射关系可使终端连通相应网络切片。映射关系基于终端的设备类型和/或终端所发送数据的业务类型确定。映射表中可记录：会话相关信息、用户信息(如终端MAC地址和所属VLAN)、网络切片的标识信息等。具体可参见图4。图4中的用户指针表指向对应的用户表的节点，用户表里存在了QoS和映射关系等信息。QoS(Quality ofService)指用户使用一个特定服务时得到体验，不同QoS对应不同业务场景。一定程度上可以认为QoS与业务场景一一对应。

在一种具体实施方式中，网关控制内网中的终端，按照终端的设备类型和/或终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片，包括：网关注册于5G网络，以获取多个网络切片；网关探测内网的物理接入点，并基于物理接入点创建虚拟接入点；若基于虚拟接入点接收到终端发送的请求，则基于请求确定终端的设备类型和/或请求所属的业务类型，按照设备类型和/或业务类型从多个网络切片中选择目标网络切片，并创建终端与目标网络切片的会话。网关通过会话将请求对应的返回结果发送至终端。一个会话的相关信息可以包括：源IP(SIP)、目的IP(DIP)、源端口(Sport)、目的端口(Dport)以及协议类型(Protocol)。

其中，网关按照设备类型和/或业务类型从多个网络切片中选择目标网络切片，包括：网关根据设备类型和/或业务类型确定SLA策略，并按照SLA策略选择目标网络切片。具体的，按照设备类型可以将终端分类至不同业务场景，例如：手机、个人电脑可分类至eMBB，VR设备可分类至URLLC，传感器可分类至MIoT。MIoT和mMTC属于同一场景，均用于海量机器类通信，用于广覆盖物联网。

在一种具体实施方式中，网关和物理接入点利用CAPWAP(Control AndProvisioning of Wireless Access Points Protocol Specification，无线接入点的控制和配置协议)协议进行通信。

在一种具体实施方式中，网关和5G网络的连接方式为集成式或分体式。集成式指：网关和5G模块集成在一起。分体式指：网关和5G模块分离设计，此种方式下，5G模块可以部署在室外，能更有效地提高信号强度。

需要说明的是，本实施例中的网关具备防火墙等隔离功能，可将某些服务限制为：外面访问不了内网，内网可以访问外网，通常采用NAT地址转换的方式的实现。另外，通过网关的方式，有些服务本地就可以处理，不需要转发到外网，因此对于内网数据的机密性和实时性有益。

在一种具体实施方式中，所述内网为基于软件定义网络SDN的无线局域网络的WLAN分层组网，具体包括：SDN控制器和通过OPENFLOW协议与SDN控制器通信连接的接入控制器AC，AC作为与其连接的接入节点AP的控制器和SDN控制器的交换节点；AC通过CAPWAP协议与AP通信连接；AC为AP创建有虚拟端口，AC用于根据当前网络环境设置各个AP的虚拟端口的状态，向SDN控制器上报虚拟端口的状态；SDN控制器用于接收虚拟端口的状态，根据虚拟端口的状态生成管理状态信息(即流表配置信息)，将管理状态信息发送给AC；AC还用于接收管理状态信息，将管理状态信息中对应AP的管理信息转换成无线接入点控制与配置协议CAPWAP消息下发给AP。其中，AC既作为AP的控制器，又作为SDN控制器的交换节，实现了SDN控制器、AC、AP三位一体的分层WLAN网络架构，便于WLAN业务向SDN上迁移，既能够有效利用现有设备，又能充分实施SDN技术中的各项功能，实用性较好。

可见，本实施例提供的网关能够建立5G网络和内网之间的通信连接，并且，5G网络被划分为支持不同业务场景的网络切片，内网中的终端基于设备类型和/或业务类型连通相应网络切片，那么内网中的各种终端都能与5G网络通信。其中，不同终端和/或不同业务利用不同网络切片分类传输，从而使得内网数据与eMBB(增强型移动宽带)、mMTC(海量机器类通信)和uRLLC(低时延高可靠通信)场景相对应，提高了用户体验。

基于上述实施例，需要说明的是，针对上文提及的三种场景可划分5G网络获得三个网络切片，具体请参见图5。在图5中，两个终端连通不同的网络切片。其中，SMF(SessionManagement Function)为会话管理模块，用于管理各个会话；UPF(User Plane Function)为用户平面模块，5G核心网用UPF有效实现了网络切片；DU(Distributed Unit)为分布单元，用于分发用户报文到不同切片逻辑处理；CU(Central Unit)为集中单元，主要用于移动锚点；CU-UP(CU User Plane)为集中单元用户平面，用于分发用户不同业务到对应的锚点；AMF(Access and Mobility Management Function)为接入和漫游管理功能模块，用于授权和用户接入准入和移动管理；QoS(Quality of service)为网络服务质量。

终端动态连通相应网络切片可参见图6，在图6中，GTP-U(GPRS TunnellingProtocol User Plane)为移动核心网和基站之间传递用户数据的接口协议，SDAP(ServiceData Adaptation Protocol)为服务数据适配协议，PDCP(Packet Data ConvergenceProtocol)为报文数据汇聚协议，RLC(Radio Link Protocol)为无线链路协议，MAC(MediaAccess Control Address)为基站物理地址(谁的物理地址)，ROHC(Robust HeaderCompression)为可靠包头压缩协议，RRM(Radio Resource management)为射频管理模块。

图6中的终端指网关中的5G modem，网关的5G modem相对于是5G核心网可以看作终端。

在一种具体实施方式中，本申请提供的网关可参见图7。图7所示的网关作为网络节点，也作为一种RAN(Radio Access Network)的扩展，一方面对接5G网络，另一侧管理Wi-Fi网络。在图7中，Cell 0/2/0和Cell 0/2/1为5G接口对应的两个网卡，GigE0为以太网接口。

在图7中，WAN口采用融合多出口方式，采取SD-WAN多出口选择并动态SLA测量的方式选择路径，可以定义多路接口为5G modem，各个接口上的DNN(Data Network Name，网络名称)可以预先定义，也可以动态更新。DNN可参考4G技术中的APN。

本申请中的网关注册于5G网络的过程包括：

1、网关基于自身预设的NSSP(NS Selleciotn Policy，网络切片选择策略)获取预设NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information，网络切片列表)。

2、网关发送注册消息至5G网络中的相应基站，该注册消息包括：预设NSSAI。

3、基站按照注册消息以及网络安全等相关信息选择AMF，以便AMF从网络运营商提供的UDM(User Data Management，用户数据管理模块)中获取实际NSSAI，AMF基于该实际NSSAI查询NSSF(Network Slice Selection Function，网络切片选择模块)，以获得可用的NSSAI；之后，AMF发送注册接受和完成消息(可以为NAS消息)以及可用的NSSAI给基站和网关。

NAS消息也叫N1信令，NAS消息的终结点为网关和AMF，一个NAS信令连接用于注册管理/连接管理(RM/CM)和会话管理(SM)。NAS协议由NAS-MM(NAS-MM协议负责注册管理、连接管理、用户面连接的激活和去激活操作，负责NAS消息的加密和完保)和NAS-SM(NAS-SM消息支持用户面PDU会话的建立、修改、释放)两部分组成。当然，AMF发送的注册接受和完成消息也可以是其他类型，例如：SM、SMS、UE policy、LCS等协议支持的消息，具体可以参见现有5G技术的相关介绍。

4、至此，网关获得可用的NSSAI，注册过程结束。理论上，可用的NSSAI、预设NSSAI以及实际NSSAI相同，此注册过程可参考图8。

完成注册流程后，内网中的终端便可以与网络切片建立会话(可参考图9)，具体过程包括：

1、终端发送请求给网关，网关为其选择网络切片，并通知基站。

2、基站发送会话建立消息给上述注册流程选定的AMF。

3、AMF根据选择的网络切片的标识信息从NRF(Network Repository Function，NF贮存功能模块)中获取SMF(Session Management Function，会话管理功能)，并基于SMF创建相应会话；其中，SMF基于AMF发送的会话建立请求查询网络运营商提供的PCF(PolicyControl Funciton，策略控制功能)，并基于该PCF和UPF(User Plane Function，用户面功能)创建相应会话。

4、基站发送一个会话接受消息给网关，网关传输该消息至相应终端。

在网关的具体应用过程中，可以定义如图10所示的5种服务，包括：政府服务VRF、资产管理VRF、访客VRF、专线VRF、视频VRF，每种服务对应一个网络切片。也就是，5G网络在该实施例中被划分为5个网络切片。在图10中，ISG(Integrated Service Gateway)为网关，5G Modem为网关上连接5G网络的5G接口(即WAN接口)，网关切片和DNN一一对应。INET(Internet)为Internet网，MPLS为标签交换网络，IPVPN为虚拟IP专网。

在5G Modem分配申请注册不同的业务切片，以使运营商网络分配不同的网络资源(包括RAN和核心网)；在ISG内部采用EPC技术进行业务的逻辑层面隔离，分别映射到企业内网中，其中企业无线接入部分(包括企业Wi-Fi，IoT Sensor等)根据5G切片策略也做相应的QoS保障。

若ISG管控Wi-Fi6内网，以访客和视频业务为例，这些都需要直接通过Wi-Fi接入设备；具体实施的时候，可以根据业务类型创建不同的SSID(Service Set Identifier，VAP的身份标识信息)对应不同的虚拟AP(VAP，Wireless Virtual Access Point)，即每个服务对应一个VAP，一个VAP有一个SSID。当然，多个服务也可以对应一个VAP。各服务对应的终端与切片的对应关系可参考图11，在图11中，同一终端上的不同业务可对应不同网络切片。VAP基于物理接入点(AP)创建获得。由图11可看出，一个终端上可以安装有不同应用，切片网络可以与具体的应用相互映射。

内网中的终端连接至相应VAP后，AP根据网关下发的策略动态分配空口资源。该策略具体包括：ISG给AP通过CAPWAP下发的配置策略，比如更新某个VAP的配置参数，QoS属性等。例如：基于AP创建三个VAP；vap1：高密度接入，vap2：低时延视频，vap3：物联网应用；对于vap1，分配空口资源为5.8G Hz的频道，并设置AP发射功率低，以避免干扰；这样接入vap1的用户和应用，到达ISG后，映射到S-NSSAI切片；做到端到端的QoS保障。vap2和vap3以此类推。

在本实施例中，该网关中的各种功能模块可参见图12，终端-网关-5G网络之间的交互过程可参见图13-图15。图13为注册以及会话建立过程示意图，图14为携带有QoS属性的终端发数据至5G网络的示意图，图15为5G网络返回数据至终端的示意图。

本实施例中的网关将5G切片无缝映射到企业的Wi-Fi6网络中，这样一方面有效复用了企业Wi-Fi，复用了频谱资源，大大提高了无线空口的带宽，同时也为运营商和企业共建基站提供了新的选择。该网关利用统一网络管控、分布式节点接入和软件定义网络技术，重新构建一个新的、以用户为中心的泛在融合无线网络，实现5G提出的万物互联。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的可读存储介质中。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种网关，其特征在于，包括：LAN口和WAN口，所述WAN口用于连接5G网络，所述LAN口用于连接内网，

2.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述内网为WiFi局域网或IoT局域网。

3.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关利用SD-WAN和SLA策略使所述终端动态连通相应网络切片。

4.根据权利要求1至3任一项所述的网关，其特征在于，所述网关利用VRF隔离不同网络切片。

5.根据权利要求1至3任一项所述的网关，其特征在于，所述网关利用映射表建立所述终端与所述网络切片之间的映射关系。

6.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关控制所述内网中的终端，按照所述终端的设备类型和/或所述终端所发送数据的业务类型连通相应网络切片，包括：

所述网关注册于所述5G网络，以获取所述多个网络切片；

7.根据权利要求6所述的网关，其特征在于，所述网关按照所述设备类型和/或所述业务类型从所述多个网络切片中选择目标网络切片，包括：

8.根据权利要求6所述的网关，其特征在于，所述网关和所述物理接入点利用CAPWAP协议进行通信。

9.根据权利要求6所述的网关，其特征在于，所述网关通过所述会话将所述请求对应的返回结果发送至所述终端。

10.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关和所述5G网络的连接方式为集成式或分体式。