CN112533212A - 用户设备的定位方法、lmf网元和5g网络 - Google Patents
用户设备的定位方法、lmf网元和5g网络 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用户设备的定位方法、LMF网元和5G网络，定位方法包括第一LMF网元通过第一基站的获取定位请求消息，获取用户设备的定位结果，以及通过第一基站向用户设备返回定位结果等步骤。本发明可以减小定位请求消息和定位结果在链路上的时延，使得用户设备从发出定位请求消息到定位结果所需时间更短，更够实现更快速更低时延地实现对用户设备的定位。由于第一LMF网元与第一基站之间直接交换定位请求消息和定位结果无需经过AMF网元，因此允许第一LMF网元处于更靠近用户设备的位置，可以在改善网络拓扑结构以减小时延的基础上，通过缩短物理线路距离而进一步降低定位过程中的时延。本发明广泛应用于移动通信技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其是一种用户设备的定位方法、LMF网元和5G网络。
背景技术
5G通信技术可以应用在无人机或者机器人等领域，这些领域关系到生产过程中的生命和财产安全，要求能够快速低延时地对用户设备进行定位，按照当前的5G通信网络技术标准，定位功能主要是通过LMF网元实现的。现有技术中，由于LMF网元的定位功能相关的数据处理过程设计尚不十分合理，因此定位过程中的时延较大。
术语解释：
LMF网元：即位置管理功能(Location Management Function)；
AMF网元：即接入和移动性管理功能(Access and Mobility ManagementFunction)；
GMLC网元：即网关移动定位中心(Gateway Mobile Location Center)；
UE：即用户设备(User Equipment)；
NRPPa：即NR定位协议a(NR Positioning Protocol a)；
LPP：即LTE定位协议(LTE Positioning Protocol)。
发明内容
针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种用户设备的定位方法、LMF网元和5G网络。
一方面，本发明实施例包括一种用户设备的定位方法，包括：
第一LMF网元通过与相绑定的第一基站的直连获取来自所述用户设备的定位请求消息；
所述第一LMF网元响应所述定位请求消息，获取所述用户设备的定位结果；
所述第一LMF网元通过所述第一基站向所述用户设备返回所述定位结果。
进一步地，所述定位方法还包括：
所述第一LMF网元将所述定位结果备份至AMF网元。
进一步地，所述定位方法还包括：
所述AMF网元将所述定位结果备份至GMLC网元。
进一步地，所述获取所述用户设备的定位结果，包括：
确定所述用户设备在与所述第一基站连接前连接过的至少一个第二基站；
通过定位协议向所述第一基站查询所述用户设备的当前位置数据；
通过定位协议向所述第二基站查询所述用户设备的历史位置数据；
解析所述第一基站返回的所述当前位置数据和所述第二基站返回的所述历史位置数据，确定所述定位结果。
进一步地，所述通过定位协议向所述第一基站查询所述用户设备的当前位置数据，包括：
通过与所述第一基站的直连接收所述第一基站返回的所述当前位置数据。
进一步地，所述通过定位协议向所述第二基站查询所述用户设备的历史位置数据，包括：
当所述第二基站与所述第一LMF网元相绑定，通过与所述第二基站的直连接收所述第二基站返回的所述历史位置数据。
进一步地，所述通过定位协议向所述第二基站查询所述用户设备的历史位置数据，包括：
当所述第二基站未与所述第一LMF网元相绑定且与第二LMF网元相绑定，通过与所述第二基站的直连接收所述第二基站返回的所述历史位置数据，或者通过所述第二LMF网元接收所述第二基站返回的所述历史位置数据。
进一步地，所述定位方法还包括：
所述第一LMF网元响应所述定位请求消息，向所述用户设备请求获取身份标识信息；
所述第一LMF网元以所述身份标识信息向AMF网元请求进行对所述用户设备的身份验证；
所述第一LMF网元获取所述AMF网元返回的身份验证结果；
当所述身份验证结果为不通过，所述第一LMF网元终止向所述用户设备返回所述定位结果。
另一方面，本发明实施例还包括一种LMF网元，所述LMF网元用于：
通过与相绑定的第一基站的直连获取来自所述用户设备的定位请求消息；
响应所述定位请求消息，获取所述用户设备的定位结果；
通过所述第一基站向所述用户设备返回所述定位结果。
另一方面，本发明实施例还包括一种5G网络，包括GMLC网元、AMF网元、基站以及权利要求9所述的LMF网元；所述AMF网元分别与所述GMLC网元和所述LMF网元连接，所述LMF网元与所述基站连接。
本发明的有益效果是：实施例中的用户设备的定位方法，通过第一LMF网元与第一基站之间直接交换定位请求消息和定位结果而无需通过AMF网元等其它网络节点转发定位请求消息和定位结果，可以减小定位请求消息和定位结果在链路上的时延，使得用户设备从发出定位请求消息到定位结果所需时间更短，更够实现更快速更低时延地实现对用户设备的定位。由于第一LMF网元与第一基站之间直接交换定位请求消息和定位结果无需经过AMF网元，因此允许将第一LMF网元设置在与第一基站较接近的位置，例如将第一LMF网元与第一基站设置在同一机房，这样第一LMF网元处于更靠近用户设备的位置，可以在改善网络拓扑结构以减小时延的基础上，通过缩短物理线路距离而进一步降低定位过程中的时延；另一方面，通过减少数据的转发过程，可以提高定位过程的稳定性。
附图说明
图1为实施例中5G通信网络的局部拓扑结构示意图；
图2为实施例中用户设备的定位方法的流程图；
图3为实施例中用户设备的定位方法的流程图；
图4为实施例中5G通信网络的局部拓扑结构示意图；
图5为实施例中5G通信网络的局部拓扑结构示意图。
具体实施方式
本实施例中的用户设备的定位方法可应用于5G通信网络中，该5G通信网络的局部拓扑结构如图1所示，其包括GMLC网元、AMF网元、第一LMF网元和至少一个基站，第一LMF网元与这些基站连接，形成绑定关系，具体地，可以在第一LMF网元和基站的管理系统中设定第一LMF网元和基站之间的管理关联关系，即形成第一LMF网元与基站之间的绑定关系。本实施例中，第一LMF网元所管理的多个基站中，其中一个基站是当前与用户设备连接的基站，或者称为用户设备当前所在基站，本实施例中称之为第一基站。
本实施例中，参照图2，用户设备的定位方法包括以下步骤：
S1.第一LMF网元通过与相绑定的第一基站的直连获取来自用户设备的定位请求消息；
S2.第一LMF网元响应定位请求消息，获取用户设备的定位结果；
S3.第一LMF网元通过第一基站向用户设备返回定位结果；
S4.第一LMF网元将定位结果备份至AMF网元；
S5.AMF网元将定位结果备份至GMLC网元。
步骤S1-S3的过程参照图3。步骤S1中，用户设备向其所连接的第一基站以UL NASTRANSPORT(MO-LR请求)的形式发出定位请求信息，第一基站直接将定位请求信息通过与第一LMF网元的直连将定位请求信息发送至第一LMF网元，即第一基站向第一LMF网元发送的定位请求信息除了经过必要的链路节点，并不经过AMF网元等进行转发而直接到达第一LMF网元。
步骤S2中，第一LMF网元接收到定位请求消息后，获取进行定位必要的数据，执行定位算法进行数据处理，获取用户设备的定位结果，根据定位结果可以确定用户设备所在的位置。
步骤S3中，第一LMF网元直接通过与第一基站的直连将定位结果发送至第一基站，即第一LMF网元向第一基站发送的定位结果除了经过必要的链路节点，并不经过AMF网元等进行转发而直接到达第一基站。第一基站将定位结果发送至用户设备，用户设备根据定位结果确定自己当前所处位置或者历史某个时刻所处位置，从而执行无人机飞行控制或者机器人肢体动作控制等任务。
步骤S4中，第一LMF网元通过Nlmf_Location_DetermineLocation消息将定位结果备份至AMF网元。步骤S5中，AMF网元通过Ngmlc_Location_LocationUpdate请求将定位结果备份至GMLC网元，GMLC网元通过Ngmlc_Location_LocationUpdate应答向AMF网元确认接收到定位结果。GMLC网元可以根据需要将定位结果发送至外部的AF或者LCS。
步骤S1-S3中，通过第一LMF网元与第一基站之间直接交换定位请求消息和定位结果而无需通过AMF网元等其它网络节点转发定位请求消息和定位结果，可以减小定位请求消息和定位结果在链路上的时延，使得用户设备从发出定位请求消息到定位结果所需时间更短，更够实现更快速更低时延地实现对用户设备的定位。由于第一LMF网元与第一基站之间直接交换定位请求消息和定位结果无需经过AMF网元，因此允许将第一LMF网元设置在与第一基站较接近的位置，例如将第一LMF网元与第一基站设置在同一机房，这样第一LMF网元处于更靠近用户设备的位置，可以称为边缘LMF网元，而将第一LMF网元设置在与第一基站较接近的位置可以在改善网络拓扑结构以减小时延的基础上，通过缩短物理线路距离而进一步降低定位过程中的时延；另一方面，通过减少数据的转发过程，可以提高定位过程的稳定性。
本实施例中，第一LMF网元所执行的步骤S2，即获取用户设备的定位结果这一步骤，包括以下步骤：
S201.确定用户设备在与第一基站连接前连接过的至少一个第二基站；
S202.通过定位协议向第一基站查询用户设备的当前位置数据；
S203.通过定位协议向第二基站查询用户设备的历史位置数据；
S204.解析第一基站返回的当前位置数据和第二基站返回的历史位置数据，确定定位结果。
步骤S201中，第二基站是指用户设备经过基站切换过程切换至与第一基站连接前，最后所连接过的一个或多个基站。本实施例中，第二基站可以是与第一LMF网元有绑定关系即由第一LMF网元管理的基站，第二基站也可以是与第一LMF网元没有绑定关系而与第二LMF网元有绑定关系的基站。
步骤S202中，第一LMF网元通过LPP、NRPPa等协议向第一基站查询用户设备的位置数据，由于第一基站是用户设备当前所在基站，因此查询到的位置数据为当前位置数据。第一基站通过UL TDOA和UL AOA等方法确定用户设备的当前位置数据，向第一LMF网元返回当前位置数据。
步骤S203中，视第二基站与第一LMF网元之间的绑定情况，第二基站与第一LMF网元具体执行不同的步骤。
当第二基站与第一LMF网元相绑定，即5G通信网络的局部结构如图4所示，第二基站是由第一LMF网元管理的基站，图4中的虚线箭头表示历史上的连接关系而当前并没有建立连接，第一LMF网元和第二基站之间的通信过程与第一LMF网元和第一基站之间的通信过程相似，即第一LMF网元不经过其他网元的转发而直接接收第二基站返回的历史位置数据。
当第二基站没有与第一LMF网元相绑定而是与第二LMF网元相绑定，即5G通信网络的局部结构如图5所示，第二基站是由第二LMF网元管理的基站，图5中的直线虚线箭头表示历史上的连接关系而当前并没有建立连接，第一LMF网元可以选择图5中标记为①的曲线虚线箭头的路径，即第一LMF网元不经过其他网元的转发而直接接收第二基站返回的历史位置数据，第一LMF网元也可以选择图5中标记为②的曲线虚线箭头的路径，即第二基站先将历史位置数据发送至第二LMF网元，由第二LMF网元将历史位置数据转发至第一LMF网元，即使是经过第二LMF网元进行历史位置数据的转发，由于网络拓扑结构和物理线路距离上的优势，其时延也比通过AMF网元转发的时延小。
本实施例中，定位方法还包括以下步骤：
P1.第一LMF网元响应定位请求消息，向用户设备请求获取身份标识信息；
P2.第一LMF网元以身份标识信息向AMF网元请求进行对用户设备的身份验证；
P3.第一LMF网元获取AMF网元返回的身份验证结果；
P4.当身份验证结果为不通过，第一LMF网元终止向用户设备返回定位结果。
步骤P1-P4可以在执行步骤S1之后、执行步骤S2之前执行。
步骤P1中，第一LMF网元向用户设备请求获取与该用户设备对应的NAS协议和NGAP协议身份标识信息，以及NAS协议的加密参数等信息
步骤P2中，第一LMF网元根据NAS协议的加密参数等信息，解析出用户设备的身份标识信息，将用户设备的身份标识信息发送至AMF网元进行身份验证。
步骤P3中，AMF网元将用户设备的身份标识信息与AMF网元所存储的验证信息进行对比，如果一致则通过身份验证，AMF网元向第一LMF网元返回的身份验证结果为通过身份验证，如果不一致则AMF网元向第一LMF网元返回的身份验证结果为不通过身份验证。AMF网元也可以将所存储的验证信息作为身份验证结果返回至第一LMF网元，由第一LMF网元将用户设备的身份标识信息与验证信息进行对比，如果一致则身份验证结果为通过身份验证，如果不一致则身份验证结果为不通过身份验证。
步骤P4中，当身份验证结果为通过，第一LMF网元接着执行步骤S2和S3，获取用户设备的定位结果并向用户设备返回定位结果；当身份验证结果为通过，第一LMF网元不再执行步骤S2和S3，第一LMF网元终止向用户设备返回定位结果。
本实施例中，步骤P3中的身份验证结果的状态会维持一段时间，在这段时间内，用户设备再次向第一LMF网元发出定位请求消息，第一LMF网元不再执行步骤P1-P4，而是直接按照上一次的身份验证结果执行相应的程序。例如，如果身份验证结果为通过，在维持的时间内，用户设备再次向第一LMF网元发出定位请求消息，第一LMF网元不再执行步骤P1-P4，而是直接执行步骤S2和S3，获取用户设备的定位结果并向用户设备返回定位结果；如果身份验证结果为不通过，在维持的时间内，用户设备再次向第一LMF网元发出定位请求消息，第一LMF网元不再执行步骤P1-P4，而是直接终止执行定位方法，即不再执行步骤S2和S3，不再向用户设备返回定位结果。在经过了维持的时间，用户设备再次向第一LMF网元发出定位请求消息，第一LMF网元则重新执行步骤P1-P4以对用户设备进行身份验证，提高定位过程的安全性。
本实施例中的用户设备(UE)可以根据使用场景确定为具体的设备。例如将本实施例中的定位方法应用于无人机控制，则本实施例中的用户设备可以明确为无人机；将本实施例中的定位方法应用于机器人控制，则本实施例中的用户设备可以明确为机器人。
本实施例中，可以通过向LMF网元的控制面写入相应的计算机程序，当LMF网元执行这些计算机程序，LMF网元作为本实施例中的用户设备的定位方法中的第一LMF网元，通过与相绑定的第一基站的直连获取来自用户设备的定位请求消息，响应定位请求消息，获取用户设备的定位结果，通过第一基站向用户设备返回定位结果，实现与用户设备的定位方法实施例相同的技术效果，包括：可以减小定位请求消息和定位结果在链路上的时延，使得用户设备从发出定位请求消息到定位结果所需时间更短，更够实现更快速更低时延地实现对用户设备的定位；允许作为边缘LMF网元设置在与基站较接近的位置，可以在改善网络拓扑结构以减小时延的基础上，通过缩短物理线路距离而进一步降低定位过程中的时延；另一方面，通过减少数据的转发过程，可以提高定位过程的稳定性。
将本实施例中的LMF网元与基站和AMF网元连接，AMF网元与GMLC网元连接，从而组成5G网络，实现与用户设备的定位方法实施例相同的技术效果，包括：可以减小定位请求消息和定位结果在链路上的时延，使得用户设备从发出定位请求消息到定位结果所需时间更短，更够实现更快速更低时延地实现对用户设备的定位；其中的LMF网元允许作为边缘LMF网元设置在与基站较接近的位置，可以在改善网络拓扑结构以减小时延的基础上，通过缩短物理线路距离而进一步降低定位过程中的时延；另一方面，通过减少数据的转发过程，可以提高定位过程的稳定性。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (10)
1.一种用户设备的定位方法，其特征在于，包括：
第一LMF网元通过与相绑定的第一基站的直连获取来自所述用户设备的定位请求消息；
所述第一LMF网元响应所述定位请求消息，获取所述用户设备的定位结果；
所述第一LMF网元通过所述第一基站向所述用户设备返回所述定位结果。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
所述第一LMF网元将所述定位结果备份至AMF网元。
3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
所述AMF网元将所述定位结果备份至GMLC网元。
4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述获取所述用户设备的定位结果，包括：
确定所述用户设备在与所述第一基站连接前连接过的至少一个第二基站；
通过定位协议向所述第一基站查询所述用户设备的当前位置数据；
通过定位协议向所述第二基站查询所述用户设备的历史位置数据；
解析所述第一基站返回的所述当前位置数据和所述第二基站返回的所述历史位置数据，确定所述定位结果。
5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述通过定位协议向所述第一基站查询所述用户设备的当前位置数据，包括：
通过与所述第一基站的直连接收所述第一基站返回的所述当前位置数据。
6.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述通过定位协议向所述第二基站查询所述用户设备的历史位置数据，包括：
当所述第二基站与所述第一LMF网元相绑定，通过与所述第二基站的直连接收所述第二基站返回的所述历史位置数据。
7.根据权利要求4-6任一项所述的定位方法，其特征在于，所述通过定位协议向所述第二基站查询所述用户设备的历史位置数据，包括：
当所述第二基站未与所述第一LMF网元相绑定且与第二LMF网元相绑定，通过与所述第二基站的直连接收所述第二基站返回的所述历史位置数据，或者通过所述第二LMF网元接收所述第二基站返回的所述历史位置数据。
8.根据权利要求1-6任一项所述的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
所述第一LMF网元响应所述定位请求消息，向所述用户设备请求获取身份标识信息；
所述第一LMF网元以所述身份标识信息向AMF网元请求进行对所述用户设备的身份验证；
所述第一LMF网元获取所述AMF网元返回的身份验证结果；
当所述身份验证结果为不通过，所述第一LMF网元终止向所述用户设备返回所述定位结果。
9.一种LMF网元，其特征在于，所述LMF网元用于：
通过与相绑定的第一基站的直连获取来自所述用户设备的定位请求消息；
响应所述定位请求消息，获取所述用户设备的定位结果；
通过所述第一基站向所述用户设备返回所述定位结果。
10.一种5G网络，其特征在于，包括GMLC网元、AMF网元、基站以及权利要求9所述的LMF网元；所述AMF网元分别与所述GMLC网元和所述LMF网元连接，所述LMF网元与所述基站连接。
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