CN113068204B - 一种支持pdn链路优化的5g核心网系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法，涉及移动通信技术领域，其实现基于AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关，具体过程包括：UE向AMF实体发送携带DNN信息的会话建立请求；AMF实体根据请求选择SMF实体；SMF实体发起会话策略请求，向PCF实体请求目标会话的会话策略信息；PCF实体向SMF实体下发会话策略信息；SMF实体判断请求的DNN信息是否支持N6接口MPTCP代理，若是，则继续判断会话策略信息中是否携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，并向UPF实体发起携带MAR规则信元的会话建立或修改流程；UPF实体解析MAR规则信元，配置MPTCP代理实体功能；会话建立后，UPF实体与远端PDN网关成功建立MPTCP代理连接。本发明可以实现多种PDN链路质量优化功能。

Description

一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体的说是一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法。

背景技术

5G网络可为用户基于业务需求提供包含大带宽、低时延、广连接等特性差异化网络能力。随着5G网络技术的成熟，5G网络在覆盖困难地区部署、应急通信领域应用及5G专有网络部署场景。面向该场景下，如何低成本、高质量地部署5G网络能力成为5G专有网络大范围推广的关键。

宽带卫星通信逐步成为实现全球无缝隙个人通信、互联网空中高速通道必不可少的手段。随着卫星宽带网络接入技术逐步向高通量发展演进，卫星通信成本逐步降低，使得通过卫星进行移动网络数据回传变为可能，因此卫星宽带数据回传将可能应用到覆盖困难地区及应急通信5G网络部署场景中。同时，传统的基于卫星的移动网络数据回传普遍应用于基站侧，在该方案下无法为低时延的边缘计算业务提供有力保障，亟待核心网侧对基于卫星回传的PDN接入方案的支持以解决该问题。

在5G专有网络应用场景下，通过运营商的多条无线或有线网络链路接入PDN将是一种重要的接入方案。而如何高效利用多条链路的带宽资源，为5G专有网络业务提供差异化SLA将是保障5G专有网络业务体验的重点问题，亟待5G核心网侧的改进和提升。

5G网络架构针对空口的高可靠、低时延、高带宽、广连接等多种差异化特性提供了大量的优化，核心网侧也进行了针对性的支持和适应。但在UPF的N6接口侧，传统组网条件默认提供了高质量PDN接入连接。而在5G低时延及边缘计算场景下，UPF需下沉部署在用户侧，此时无法提供高质量的PDN接入连接，这将影响用户的网络使用体验。

基于此，针对面向覆盖困难地区的5G低时延网络部署、5G移动应急网络部署、5G专有网络部署等场景下，数据网络连接不稳定、带宽受限、连接质量差等问题，设计研发一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提供一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法，解决困难地区5G部署场景下数据网络连接不稳定、带宽受限、连接质量差的问题，同时，提升PDN连接的带宽、质量及稳定性，并为不同QoS的5G业务提供差异化SLA。

首先，本发明公开一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，该设备的实现架构包括：AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关；

AMF实体支持接收UE发出的会话建立请求，并根据请求选择可提供服务的SMF实体；

UDM实体支持在存储、查询及分发用户允许接入的DNN列表中配置支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在存储、查询及分发用户签约信息中配置N6接口MPTCP代理的工作模式及其优先级；

PCF实体一方面支持在从UDM实体订阅及获取或从本地预配置获取的用户允许接入的DNN列表中包含支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在从UDM订阅及获取或从本地预配置获取的会话策略信息中包含N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级，另一方面支持在下发给SMF实体的用户允许接入的DNN列表中正确配置支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在下发给SMF实体的会话策略信息中正确配置N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级；

SMF实体一方面支持从PCF实体获取的用户允许接入的DNN列表中包含支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持从PCF实体获取的会话策略信息中包含正确N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级；另一方面支持根据所获取的会话策略在向UPF实体下发的会话建立请求及会话修改请求中增加MAR规则信元；

UPF实体支持完整的MPTCP代理实体功能，支持解析SMF下发的会话建立请求及会话修改请求中增加的MAR规则信元；

远端PDN网关一方面支持MPTCP代理功能，实现MPTCP协议并维护各子链路的性能测量，另一方面支持按需配置MPTCP代理工作模式并识别不同业务，为不同业务选择不同的MPTCP代理模式。

具体的，若SMF从PCF获取的会话策略信息中不包含正确N6接口MPTCP工作模式信息，则SMF支持从会话策略信息中的QoS信息映射到适用于该QoS配置的MPTCP代理工作模式及其优先级。

具体的，MAR规则信元中包括MPTCP功能实体声明、N6接口MPTCP代理工作模式、N6接口转发信息和多个N6子接口信息，N6接口转发信息中包括FAR ID和URR ID，N6子接口信息中包括MPTCP子接口IP、子接口权重及子接口优先级信息。

优选的，MPTCP代理功能包括子接口性能统计管理、代理工作模式配置、拥塞控制和子链路管理。

优选的，远端PDN网关支持按需配置子接口优先级及子接口权重。

其次，本发明公开一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，基于AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关，该方法的实现流程包括：

(1)UE向核心网AMF实体发送会话建立请求，该请求中携带的DNN信息为支持N6接口MPTCP代理的DNN信息；

(2)AMF实体基于UE提出的请求为UE选择可提供服务的SMF实体；

(3)SMF实体发起会话策略请求流程，向PCF实体请求目标会话的会话策略信息；

(4)PCF实体向SMF实体下发会话策略信息；

(5)SMF实体首先判断会话建立请求中携带DNN信息是否为支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，若是，则随后判断PCF实体下发的会话策略信息中是否携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，并向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元；

(6)UPF实体解析会话建立请求或会话修改请求中的MAR规则信元，配置MPTCP代理实体功能，MPTCP代理实体功能包括代理工作模式、子接口权重和子接口优先级；

(7)完成会话建立流程，UPF实体与远端PDN网关成功建立MPTCP代理连接，且MPTCP代理连接可根据下发的MAR规则执行包括选路、聚合、主备、冗余在内的多种PDN链路质量优化。

可选的，执行步骤(3)SMF实体向PCF实体请求目标会话的会话策略信息时，若PCF实体中不存在对应的会话策略信息，则向UDM实体获取该UE的签约数据，此时，UDM实体向PCF实体下发的签约数据中将包含会话策略信息。

进一步可选的，执行步骤(3)或(4)中所述会话策略信息包括支持N6接口MPTCP代理的DNN信息、N6接口MPTCP代理的工作模式及其优先级。

可选的，执行步骤(5)，判断PCF实体下发的会话策略信息中是否携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，这一过程中，

若会话策略信息中携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，则向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元；

若会话策略信息中携带不正确的MPTCP代理工作模式及优先级，则从获取的会话策略信息中的QoS信息映射到适用于该QoS配置的MPTCP代理工作模式及其优先级，再向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元。

进一步可选的，MAR规则信元中包括MPTCP功能实体声明、N6接口MPTCP代理工作模式、N6接口转发信息和多个N6子接口信息，N6接口转发信息中包括FAR ID和URR ID，N6子接口信息中包括MPTCP子接口IP、子接口权重及子接口优先级信息。

本发明的一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法，与现有技术相比具有的有益效果是：

本发明可以为5G核心网及PDN网关增加及实现MPTCP代理功能，实现包括选路、聚合、主备、冗余在内的多种PDN链路质量优化功能，而且，在覆盖困难地区的5G低时延网络部署、5G移动应急网络部署、5G专有网络部署等场景下，可以提升数据网络的带宽、丢包率、时延等关键参数，提升PDN连接的带宽、质量及稳定性，并为不同QoS的5G业务提供差异化SLA。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例一：

本实施例提出一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，该设备的实现架构包括：AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关。

其中：

AMF，英文全称Access and Mobility management Function，即接入及移动性管理功能，作为5G核心网的网元；

UDM，英文全称Unified Data Management，即统一数据管理，作为5G核心网的网元；

PCF，英文全称Policy Control Function，即策略控制功能，作为5G核心网的网元；

SMF，英文全称Session Management Function，即会话管理功能，作为5G核心网的网元；

UPF，英文全称User Plane Function，即用户面功能，作为5G核心网的网元；

PDN，英文全称Public Data Network，即公用数据网，作为5G核心网的网元。

AMF实体支持接收UE发出的会话建立请求，并根据请求选择可提供服务的SMF实体。

UDM实体支持在存储、查询及分发用户允许接入的DNN列表中配置支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在存储、查询及分发用户签约信息中配置N6接口MPTCP代理的工作模式及其优先级。

PCF实体一方面支持在从UDM实体订阅及获取或从本地预配置获取的用户允许接入的DNN列表中包含支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在从UDM订阅及获取或从本地预配置获取的会话策略信息中包含N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级，另一方面支持在下发给SMF实体的用户允许接入的DNN列表中正确配置支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在下发给SMF实体的会话策略信息中正确配置N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级。

SMF实体一方面支持从PCF实体获取的用户允许接入的DNN列表中包含支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持从PCF实体获取的会话策略信息中包含正确N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级，这一过程中，如果SMF从PCF获取的会话策略信息中不包含正确N6接口MPTCP工作模式信息，则SMF支持从会话策略信息中的QoS信息映射到适用于该QoS配置的MPTCP代理工作模式及其优先级。SMF实体另一方面支持根据所获取的会话策略在向UPF实体下发的会话建立请求及会话修改请求中增加MAR规则信元，MAR规则信元中包括MPTCP功能实体声明、N6接口MPTCP代理工作模式、N6接口转发信息和多个N6子接口信息，N6接口转发信息中包括FAR ID和URR ID，N6子接口信息中包括MPTCP子接口IP、子接口权重及子接口优先级信息。

UPF实体支持完整的MPTCP代理实体功能，支持解析SMF下发的会话建立请求及会话修改请求中增加的MAR规则信元。

远端PDN网关一方面支持MPTCP代理功能，MPTCP代理功能包括子接口性能统计管理、代理工作模式配置、拥塞控制和子链路管理，以实现MPTCP协议并维护各子链路的性能测量；远端PDN网关另一方面支持按需配置MPTCP代理工作模式，支持按需配置接口优先级及子接口权重，并识别不同业务，为不同业务选择不同的MPTCP代理模式。

实施例二：

基于实施例一提出的5G核心网设备，本实施例提出一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，该方法的实现基于实施例一涉及的AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关。

本实施例所述5G核心网方法的实现流程包括：

(1)UE向核心网AMF实体发送会话建立请求，该请求中携带的DNN信息为支持N6接口MPTCP代理的DNN信息。

(2)AMF实体基于UE提出的请求为UE选择可提供服务的SMF实体。

(3)SMF实体发起会话策略请求流程，向PCF实体请求目标会话的会话策略信息，所述会话策略信息包括支持N6接口MPTCP代理的DNN信息、N6接口MPTCP代理的工作模式及其优先级；这一过程中，

如果PCF实体中存在对应的会话策略信息，则直接执行步骤(4)，

如果PCF实体中不存在对应的会话策略信息，则向UDM实体获取该UE的签约数据，此时，UDM实体向PCF实体下发的签约数据中将包含会话策略信息，随后执行步骤(4)。

(4)PCF实体向SMF实体下发会话策略信息。

(5)SMF实体首先判断会话建立请求中携带DNN信息是否为支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，若是，则随后判断PCF实体下发的会话策略信息中是否携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级：

(a)若会话策略信息中携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，则向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元；

(b)若会话策略信息中携带不正确的MPTCP代理工作模式及优先级，则从获取的会话策略信息中的QoS信息映射到适用于该QoS配置的MPTCP代理工作模式及其优先级，再向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元。

MAR规则信元中包括MPTCP功能实体声明、N6接口MPTCP代理工作模式、N6接口转发信息和多个N6子接口信息，N6接口转发信息中包括FAR ID和URR ID，N6子接口信息中包括MPTCP子接口IP、子接口权重及子接口优先级信息。

(6)UPF实体解析会话建立请求或会话修改请求中的MAR规则信元，配置MPTCP代理实体功能，MPTCP代理实体功能包括代理工作模式、子接口权重和子接口优先级。

(7)完成会话建立流程，UPF实体与远端PDN网关成功建立MPTCP代理连接，且MPTCP代理连接可根据下发的MAR规则执行包括选路、聚合、主备、冗余在内的多种PDN链路质量优化。

综上可知，采用本发明的一种支持PDN链路优化的5G核心网系统及方法，可以为5G核心网及PDN网关增加及实现MPTCP代理功能，，提升PDN连接的带宽、质量及稳定性，解决覆盖困难地区5G部署场景下数据网络连接不稳定、带宽受限、连接质量差的问题。

基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，其特征在于，该系统的实现架构包括：AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关；

AMF实体支持接收UE发出的会话建立请求，并根据请求选择可提供服务的SMF实体；

UDM实体支持在存储、查询及分发用户允许接入的DNN列表中配置支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在存储、查询及分发用户签约信息中配置N6接口MPTCP代理的工作模式及其优先级；

PCF实体支持在从UDM实体订阅及获取或从本地预配置获取的用户允许接入的DNN列表中包含支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在从UDM订阅及获取或从本地预配置获取的会话策略信息中包含N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级，支持在下发给SMF实体的用户允许接入的DNN列表中正确配置支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持在下发给SMF实体的会话策略信息中正确配置N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级；

SMF实体支持从PCF实体获取的用户允许接入的DNN列表中包含支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，支持从PCF实体获取的会话策略信息中包含正确N6接口MPTCP工作模式信息及其优先级，支持根据所获取的会话策略在向UPF实体下发的会话建立请求及会话修改请求中增加MAR规则信元；

UPF实体支持完整的MPTCP代理实体功能，支持解析SMF下发的会话建立请求及会话修改请求中增加的MAR规则信元；

远端PDN网关支持MPTCP代理功能，并在会话建立后与UPF实体成功建立MPTCP代理连接，实现MPTCP协议并维护各子链路的性能测量，支持按需配置MPTCP代理工作模式并识别不同业务，为不同业务选择不同的MPTCP代理模式。

2.根据权利要求1所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，其特征在于，若SMF从PCF获取的会话策略信息中不包含正确N6接口MPTCP工作模式信息，则SMF支持从会话策略信息中的QoS信息映射到适用于该QoS配置的MPTCP代理工作模式及其优先级。

3.根据权利要求2所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，其特征在于， MAR规则信元中包括MPTCP功能实体声明、N6接口MPTCP代理工作模式、N6接口转发信息和多个N6子接口信息，N6接口转发信息中包括FAR ID和URR ID，N6子接口信息中包括MPTCP子接口IP、子接口权重及子接口优先级信息。

4.根据权利要求3所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，其特征在于， MPTCP代理功能包括子接口性能统计管理、代理工作模式配置、拥塞控制和子链路管理。

5.根据权利要求3所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网系统，其特征在于，远端PDN网关支持按需配置子接口优先级及子接口权重。

6.一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，其特征在于，基于AMF实体、UDM实体、PCF实体、SMF实体、UPF实体和远端PDN网关，该方法的实现流程包括：

（1）UE向核心网AMF实体发送会话建立请求，该请求中携带的DNN信息为支持N6接口MPTCP代理的DNN信息；

（2）AMF实体基于UE提出的请求为UE选择可提供服务的SMF实体；

（3）SMF实体发起会话策略请求流程，向PCF实体请求目标会话的会话策略信息；

（4）PCF实体向SMF实体下发会话策略信息；

（5）SMF实体首先判断会话建立请求中携带DNN信息是否为支持N6接口MPTCP代理的DNN信息，若是，则随后判断PCF实体下发的会话策略信息中是否携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，

若会话策略信息中携带正确的MPTCP代理工作模式及优先级，则向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元，

若会话策略信息中携带不正确的MPTCP代理工作模式及优先级，则从获取的会话策略信息中的QoS信息映射到适用于该QoS配置的MPTCP代理工作模式及其优先级，再向UPF实体发起会话建立或会话修改流程，携带MAR规则信元；

（6）UPF实体解析会话建立请求或会话修改请求中的MAR规则信元，配置MPTCP代理实体功能，MPTCP代理实体功能包括代理工作模式、子接口权重和子接口优先级；

（7）完成会话建立流程，UPF实体与远端PDN网关成功建立MPTCP代理连接，且MPTCP代理连接根据下发的MAR规则执行包括选路、聚合、主备、冗余在内的多种PDN链路质量优化。

7.根据权利要求6所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，其特征在于，执行步骤（3）SMF实体向PCF实体请求目标会话的会话策略信息时，若PCF实体中不存在对应的会话策略信息，则向UDM实体获取该UE的签约数据，此时，UDM实体向PCF实体下发的签约数据中将包含会话策略信息。

8.根据权利要求7所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，其特征在于，执行步骤（3）或（4）中所述会话策略信息包括支持N6接口MPTCP代理的DNN信息、N6接口MPTCP代理的工作模式及其优先级。

9.根据权利要求6所述的一种支持PDN链路优化的5G核心网方法，其特征在于，MAR规则信元中包括MPTCP功能实体声明、N6接口MPTCP代理工作模式、N6接口转发信息和多个N6子接口信息，N6接口转发信息中包括FAR ID和URR ID，N6子接口信息中包括MPTCP子接口IP、子接口权重及子接口优先级信息。