CN113647062A - 用于在服务通信代理(scp)处生产者网络功能(nf)服务实例范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

用于网络功能(NF)服务实例范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质包括在服务通信代理(SCP)处和在速率限制监管器处执行的处理。处理包括从消费者NF接收服务请求并将服务请求转发到SCP工作者实例。处理还包括在SCP工作者实例处，从与SCP工作者实例分离的速率限制监管器请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量。处理包括，在速率限制监管器处，通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF服务实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。

Description

用于在服务通信代理(SCP)处生产者网络功能(NF)服务实例 范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质
优先权要求
本申请要求于2019年6月26日提交的美国专利申请序列No.16/453,955的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本文描述的主题涉及执行对生产者网络功能(NF)的网络服务请求的速率限制。更特别地，本文描述的主题涉及用于在服务通信代理(SCP)处生产者NF服务实例范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质。
背景技术
在第三代合作伙伴计划(3GPP)指定的5G网络体系架构中，网络功能(NF)是提供或消费服务的网络节点。提供服务的NF被称为生产者NF。消费服务的NF被称为消费者NF。取决于上下文，NF可以是生产者或消费者。NF储存库功能(NRF)是维护可用NF实例及其支持服务的NF简档的网络实体。NRF还允许其它NF实例订阅并被通知有关给定类型的新的/更新后的生产者NF服务实例在NRF中的注册。NRF通过接收NF发现请求并提供有关可用NF的信息来支持服务发现功能。
服务通信代理(SCP)是可以被用于消费者NF和生产者NF之间的间接通信的节点。在间接通信中，消费者NF向SCP发送服务请求，SCP选择生产者NF来处置每个服务请求，并且SCP将服务请求转发到生产者NF。SCP还将来自生产者NF的响应转发到消费者NF。根据3GPPTS23.501，3rd Generation Partnership Project；Technical Specification GroupServices and System Aspects；System Architecture for the 5G System；Stage 2(Release 16)，V16.0.0(2019-03)，其公开内容通过引用整体并入本文，由SCP提供的负载平衡、监视和过载控制由实施方式决定，但不指定实施方式细节。
用于选择生产者NF的现有处理的一个问题是，生产者NF选择决定可以由不了解生产者NF容量的个别实体基于从其它实体路由到生产者NF的服务请求做出。例如，生产者NF可以从不同的消费者NF或充当消费者NF代理的实体接收服务请求。消费者NF或充当消费者NF代理的实体可能不知道生产者NF的容量或其它消费者NF或代理使用的那个容量的量。因此，生产者NF可能会由于来自一个实体的服务请求而不堪重负，该实体不知道从另一个实体发送到生产者NF服务实例的服务请求。
因而，鉴于这些困难，需要用于生产者NF服务实例范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质。
发明内容
本文描述的主题包括用于生产者网络功能(NF)服务实例范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质。一种方法包括在包括至少一个处理器的服务通信代理(SCP)处执行的步骤。这些步骤包括从消费者NF接收服务请求。这些步骤还包括将服务请求转发到SCP工作者实例。这些步骤还包括，在SCP工作者实例处，从与SCP工作者实例分离的速率限制监管器请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量。该方法还包括在速率限制监管器处执行的步骤。这些步骤包括通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF服务实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。
根据本文描述的主题的一方面，从速率限制监管器请求生产者NF服务实例容量包括从速率限制监管器请求令牌的分配，其中令牌可由SCP工作者实例用来确定是授予还是拒绝服务请求。
根据本文描述的主题的一方面，执行NF服务实例范围的速率限制包括访问数据库以确定每个生产者NF服务实例的可用令牌的数量。
根据本文描述的主题的另一方面，请求令牌的分配包括响应于可用于SCP工作者实例之一的授予的令牌的百分比小于阈值量而请求令牌的分配。
根据本文描述的主题的又一方面，速率限制监管器为每个NF服务实例维护一时间间隔可以分配的令牌的最大限制，并基于分配令牌的请求所请求的令牌的数量是否会造成令牌的最大限制被超过来授予或拒绝分配令牌的请求。
根据本文描述的主题的又一方面，执行NF服务实例范围的出口速率限制包括实现固定窗口，在该固定窗口期间可以授予令牌。
根据本文描述的主题的又一方面，执行NF服务实例范围的出口速率限制包括实现滑动窗口，在该滑动窗口期间可以授予令牌。
根据本文描述的主题的又一方面，执行生产者NF服务实例范围的速率限制监管包括实现尽力而为分配，其中，如果在某个时间间隔期间由SCP工作者实例之一请求的令牌数量会造成在该时间间隔内最大分配令牌被超过，那么授予在该时间间隔内可用的不会造成令牌的最大限制被超过的剩余令牌。
根据本文描述的主题的又一方面，执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制包括：如果所请求的令牌数量将造成令牌的最大限制被超过，那么通过拒绝分配令牌的请求来实现最大限制令牌分配。
根据本文描述的主题的又一方面，SCP包括服务通信代理(SCP)。
根据本文描述的主题的又一方面，提供了一种用于网络功能(NF)服务实例范围的出口速率限制的系统。该系统包括服务通信代理(SCP)，其包括至少一个处理器，用于从消费者NF接收服务请求，将服务请求转发到由SCP实现的SCP工作者实例，并由SCP工作者实例请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量。该系统还包括速率限制监管器，用于通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的对生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合的出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。
根据本文描述的主题的又一方面，SCP工作者实例被配置为通过从速率限制监管器请求令牌的分配来从速率限制监管器请求生产者NF服务实例容量，其中令牌可由SCP工作者实例用来确定是授予还是拒绝服务请求。
根据本文描述的主题的又一方面，该系统包括可由速率限制监管器访问的数据库，用于确定每个生产者NF服务实例的可用令牌的数量。
根据本文描述的主题的又一方面，SCP工作者实例被配置为响应于可用于SCP工作者实例之一的所授予的令牌的数量小于阈值而请求令牌的分配。
根据本文描述的主题的又一方面，速率限制监管器被配置为针对每个NF服务实例维护一时间间隔可以分配的令牌的最大限制，并基于分配令牌的请求所请求的令牌的数量是否会造成令牌的最大限制被超过来授予或拒绝分配令牌的请求。
根据本文描述的主题的又一方面，速率限制监管器被配置为通过实现固定窗口来执行NF服务实例范围的出口速率限制，在该固定窗口期间可以授予令牌。
根据本文描述的主题的又一方面，速率限制监管器被配置为通过实现滑动窗口来执行NF服务实例范围的出口速率限制，在该滑动窗口期间可以授予令牌。
根据本文描述的主题的又一方面，速率限制监管器被配置为通过实现尽力而为分配来执行生产者NF服务实例范围的速率限制监管，其中，如果在某个时间间隔期间由SCP工作者实例之一请求的令牌数量会造成在该时间间隔内最大分配令牌被超过，那么授予在该时间间隔内可用的不会造成令牌的最大限制被超过的剩余令牌。
根据本文描述的主题的又一方面，速率限制监管器被配置为通过实现最大限制令牌分配来执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，这包括如果所请求的令牌数量将造成令牌的最大限制被超过，那么拒绝分配令牌的请求。
根据本文描述的主题的又一方面，提供了一种其上存储有可执行指令的非暂态计算机可读介质，指令在被计算机的处理器执行时控制计算机执行步骤。这些步骤包括在包括至少一个处理器的服务通信(SCP)处执行的第一集合。步骤的第一集合包括从消费者NF接收服务请求，将服务请求转发到SCP工作者实例，以及在SCP工作者实例处从与SCP工作实例分离的速率限制监管器请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量。这些步骤还包括在速率限制监管器处执行的第二集合。步骤的第二集合包括通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的对生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合的出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。
可以结合硬件和/或固件在软件中实现本文描述的主题。例如，本文描述的主题可以在由处理器执行的软件中实现。在一个示例性实施方式中，本文描述的主题可以使用其上存储有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质来实现，指令在由计算机的处理器执行时控制计算机执行步骤。适于实现本文描述的主题的示例性计算机可读介质包括非暂态计算机可读介质，诸如盘存储器设备、芯片存储器设备、可编程逻辑设备和专用集成电路。此外，实现本文描述的主题的计算机可读介质可以位于单个设备或计算平台上，或者可以分布在多个设备或计算平台上。
附图说明
图1是图示包括生产者NF、消费者NF、NRF和SCP的示例性5G网络体系架构的网络图；
图2是图示从SCP工作者实例向生产者NF服务实例转发服务请求的网络图，没有从SCP工作者实例到生产者NF服务实例的请求的出口速率限制；
图3是图示从SCP向生产者NF服务实例转发请求的网络图，其中生产者NF服务实例的容量被来自不同SCP工作者实例的请求超过；
图4是图示SCP工作者实例与生产者NF服务实例之间流量的出口限速的网络图；
图5是图示示例性固定窗口令牌桶算法的流程图，该算法可以由图4中的速率限制监管器实现以防止生产者NF服务实例由于来自消费者NF服务实例的流量而不堪重负；
图6是图示滑动窗口令牌桶算法的流程图，该算法可以由速率限制监管器实现以对到生产者NF服务实例的流量执行出口速率限制；
图7A是图示可以由SCP工作者实例实现的令牌请求算法的流程图；
图7B是图示由SCP工作者实例实现的令牌请求算法的一部分的流程图；以及
图8是图示用于NF服务实例范围的出口速率限制的示例性处理的流程图。
具体实施方式
本文描述的主题涉及用于在服务通信代理处的生产者NF服务实例范围的出口速率限制的方法、系统和计算机可读介质。如上所述，现有网络体系架构的一个问题是5G生产商NF服务实例可能会由于来自多个不同消费者的流量而不堪重负。为了更全面地解释速率限制监管，将首先呈现5G服务生产者和服务消费者网络体系架构的背景。图1是图示示例性5G系统网络体系架构的框图。图1中的体系架构包括位于归属公共陆地移动网络(HPLMN)中的NRF 100和SCP101。如上所述，NRF 100可以维护可用的生产者NF服务实例及其支持的服务的简档，并允许消费者NF订阅新的/更新后的生产者NF服务实例并被通知注册。SCP 101还可以支持服务发现和生产者NF的选择。此外，SCP 101可以对消费者NF和生产者NF之间的连接执行负载平衡。
在图1中，除NRF 100和SCP 101之外的任何节点都可以是或者消费者NF或者生产者NF，具体取决于它们是请求服务还是提供服务。在所示示例中，节点包括在网络中执行策略相关操作的策略控制功能(PCF)102、管理用户数据的用户数据管理(UDM)功能104和提供应用服务的应用功能106。图1中所示的节点还包括会话管理功能(SMF)108，其管理接入和移动性管理功能(AMF)110与PCF 102之间的会话。AMF 110执行移动管理操作，类似于由4G网络中移动管理实体(MME)执行的操作。认证服务器功能(AUSF)112为寻求接入网络的用户装备(UE)(诸如UE 114)执行认证服务。
网络切片选择功能(NSSF)116为寻求访问与网络切片相关联的特定网络能力和特性的设备提供网络切片服务。网络暴露功能(NEF)118为寻求获得关于物联网(IoT)设备和附接到网络的其它UE的信息的应用功能提供应用编程接口(API)。
无线电接入网络(RAN)120经由无线链路将UE 114连接到网络。可以使用g-节点B(gNB)或其它无线接入点来接入无线电接入网络120。用户平面功能(UPF)122可以支持用于用户平面服务的各种代理功能。这种代理功能的一个示例是多路径传输控制协议(MPTCP)代理功能。UPF 122还可以支持可以由UE 114使用以获得网络性能测量的性能测量功能。图1中还示出了数据网络(DN)124，UE通过该数据网络访问数据网络服务(诸如互联网服务)。
如上所述，生产者NF向NRF注册以指示生产者NF提供的服务类型。生产者NF还可以向NRF注册容量和优先级信息。消费者NF可以发现已注册以提供特定服务的生产者NF并且可以使用容量和优先级信息来选择生产者NF。
消费者NF可以直接与NF服务生产者NF通信。可替代地，消费者NF可以经由SCP与生产者NF间接通信。在直接通信中，消费者NF或者通过本地配置或者经由NRF执行目标生产者NF的发现。然后消费者NF直接与目标服务生产者NF通信。在间接模式下，消费者NF向SCP发送服务请求消息，并且SCP可以代表消费者NF执行生产者NF的服务发现和选择。
本文描述的主题包括驻留在5G消费者NF和生产者NF之间的服务通信代理(SCP)。SCP可以执行如3GPP TS 23.501中定义的SCP功能。此类功能可以包括生产者NF服务发现、生产者NF选择、消费者NF和生产者NF之间的消息的路由以及生产者NF和消费者NF之间的负载平衡。图2是图示示例性体系架构的网络图，其中服务通信代理驻留在生产者和消费者NF之间。在图2中，服务通信代理200提供服务IP地址202，5G消费者NF 204连接到该地址以从生产者NF206和208接收服务。服务通信代理200将来自消费者NF204的请求转发到生产者NF206和208，并将来自生产者NF 206和208的响应路由到消费者NF 204。服务通信代理200包括以可扩展方式部署的SCP工作者实例210和212，使得来自消费者NF 204的入口服务请求在SCP工作者实例210和212之间进行负载平衡。每个SCP工作者实例210和212连接到所有生产者NF服务实例206和208，用于冗余性和负载分发目的。在所示示例中，SCP工作者实例210分别经由服务端点206A、206B、208A和208B发起与生产者NF服务实例206和生产者NF服务实例208的HTTP2服务连接。类似地，SCP工作者实例212分别经由服务端点206A、206B、208A和208B与生产者NF服务实例206和208建立HTTP2服务连接。服务端点206A、206B、208A和208B中的每一个可以是由生产者NF服务实例206和208广告的服务接入点。
服务通信代理200可以使用包括至少一个处理器和存储器的计算平台来实现。计算平台可以被配置用于在由网络服务提供商管理的设施中的本地部署或用于云网络部署。在云部署中，服务通信代理可以作为云服务提供给网络服务提供商。
图3是图示图2中所示的体系架构可能发生的问题的网络图，其中没有对SCP 200向生产者NF服务实例生成的服务请求进行出口速率监管。生产者NF服务实例206和208可以向SCP 200发布它们的速率容量。在图3中，生产者NF服务实例206具有每秒50000个请求的发布的速率容量。生产者NF服务实例208具有每秒70000个请求的发布的速率容量。速率容量定义每个生产者NF在一个时间段内可以处置的新服务请求的数量。即使SCP 200知道每个生产者NF的速率容量，因为SCP 200使用多个SCP工作者实例向生产者NF 206和208发送服务请求，并且SCP工作者实例不知道其它SCP工作者实例发送的服务请求，所以可能在给定的时间间隔内超过生产者NF服务实例206和208的速率容量。
为了避免这个问题，应当在每个生产者NF服务实例的基础上应用速率限制，以便保护生产者NF服务实例免受来自独立实体的超过生产者NF能力的流量的接收。图3中所示体系架构的挑战包括以下事实：多个SCP工作者实例可以连接并将消息路由到同一个生产者NF，并且SCP工作者实例不知道其它SCP工作者实例的传输速率。因此，生产者NF服务实例过载的可能性很高。
这个问题的一种可能解决方案是由每个生产者NF向每个SCP工作者实例提供静态容量分配。例如，生产者NF服务实例206可以将其总容量的一半静态分配给SCP工作程序实例210，另一个半分配给SCP工作程序实例212。这种方法的一个问题是，当传入的服务请求没有在SCP工作者实例210和212之间均匀分布时，生产者NF服务实例206的容量可能未被充分利用。要求SCP工作者实例监管自己的出口流量速率的另一个问题是，出口服务实例可以有多个端点并且每个NF服务实例的跟踪速率限制会不必要地使SCP工作程序实例逻辑复杂化。在SCP工作者实例之间静态分配生产者NF容量的另一个问题是会不断建立新的SCP工作者实例，从而要求在新的SCP工作者实例和预先存在的SCP工作者实例之间重新分配静态容量。
图4是图示图3中的体系架构的网络图，其中速率限制监管器400被实现为与SCP工作者实例分离的微服务，以在每个NF服务实例的基础上执行出口速率限制。在所示示例中，速率限制监管器400包括存储器内数据库或高速缓存402，其维持每个生产者NF服务实例的总速率限制容量并控制SCP工作者实例210和212之间的容量分配。速率限制监管器400可以从生产者NF或从SCP 200接收生产者NF容量信息，而SCP 200从生产者NF接收容量信息。
SCP工作者实例212是由SCP 200实例化以处置来自消费者NF的服务请求的实体。一般而言，SCP工作者实例的功能包括接收来自消费者NF的传入的服务请求，选择生产者NF以处置服务请求(例如，基于要提供的服务的类型)，从速率限制监管器400请求生产者NF服务实例容量，并根据速率限制监管器授予的生产者NF服务实例容量是否足以处置请求来转发或丢弃服务请求。速率限制监管器400从SCP工作者实例210和212接收对给定服务的容量分配的请求。速率限制监管器400使用令牌桶算法为每个NF服务实例的每个SCP工作者分配速率容量切片，这将在下面描述。每个生产者NF服务实例206和208的可用或已用容量可以在数据库402中维护以便快速访问。
可以使用包括至少一个处理器和存储器的计算平台来实现速率限制监管器400。计算平台可以被配置用于在由网络服务提供商管理的设施中的本地部署或用于云网络部署。在云部署中，速率限制监管器400可以作为云服务提供给网络服务提供商。
使用图4中所示的体系架构，每个SCP工作者实例210和212处的速率限制逻辑被简化，因为不要求SCP工作者实例维护生产者NF服务实例的已用容量。代替地，每个SCP工作者实例210和212确定其是否具有由速率限制监管器400授予的足够的生产者NF服务实例容量来处理来自消费者NF 204的服务请求。如果SCP工作者实例没有足够的生产者NF服务实例容量，那么工作者从速率限制监管器400请求附加的容量。如果速率限制监管器400向SCP工作者实例授予容量，那么SCP工作者实例可以接受对应的服务请求，并根据授予的容量将请求路由到NF服务实例206或208。如果SCP工作者实例无法获得足够的容量来处置新请求，那么SCP工作者实例可以丢弃针对生产者NF服务实例的流量。以这种方式，速率限制对于SCP工作者实例是无缝的，从而向上或向下扩展。
如上所述，在一个示例中，速率限制监管器400实现令牌桶算法以在每个服务实例的基础上执行速率限制监管。令牌桶算法可以针对每个速率限制窗口为每个生产者NF服务实例206或208实现，其中速率限制窗口是时间段(诸如1秒)，在该时间段内NF服务实例的速率限制容量可以使用可以在该窗口期间授予的令牌的数目来定义。SCP工作者实例可以在速率限制窗口中要求来自速率限制监管器400多个令牌(对于来自消费者NF的每个未决请求有1个令牌)。用于SCP工作者实例的算法将在下面详细描述。速率限制监管可以在两种不同的算法中实现。一种算法使用固定窗口，另一种算法使用滑动窗口。图5图示了可以由速率限制监管器400实现的固定窗口速率监管算法。固定窗口算法以两种不同的配置工作。一种配置是最大限制配置，如果所请求的令牌数量会造成生产者NF的最大限制容量被超过，那么拒绝请求。另一种配置选项是尽力而为配置选项，其中如果在给定窗口中所请求的令牌数量超过可用令牌的数量，那么可以分配可用令牌，即使它们不能完全满足当前请求。对于每个令牌需求，速率限制监管器400根据算法和当前窗口中剩余的时间返回授予的令牌。
参考图5中的流程图，SCP工作者可以最初或间歇性地为SCP工作者实例选择为给定服务请求提供服务的生产者NF服务实例请求令牌。分配令牌的请求可以包括当前时间戳和当前令牌请求(所请求的令牌数量)。在步骤500中，速率限制监管器400接收对令牌分配的请求并且在数据库402中执行查找以确定该请求是否是当前时间间隔的新请求或者令牌是否已经在当前时间间隔期间分配给请求者。在步骤502中，如果在查找中未找到记录，那么请求是新请求，并且控制前进到步骤504，在步骤504中开始为Service-X分配令牌的第一个窗口。在此，之前分配的令牌数量被设置为零，因为刚刚创建了窗口，并且之前的到期时间被设置为当前时间戳加上窗口长度，即，所创建的窗口的到期时间。在步骤502中，如果找到记录，那么请求是对同一请求者的后续请求并且控制前进到步骤506，在步骤506中加载先前分配的令牌和先前的到期时间。
在步骤508中，确定P-Expiry定时器是否已经到期。P-Expiry定时器控制先前分配的令牌的到期时间。如果P-Expiry定时器已到期，那么控制前进到步骤504，在步骤504中当前请求像新请求一样被处理。如果在步骤508中先前的到期时间还没有到期，那么控制前进到步骤510。在步骤510中，确定先前分配的令牌数量加上当前请求的令牌数量是否超过该时间间隔的服务实例的最大限制。如果未超过最大限制，那么控制前进到步骤510，在步骤510中分配所请求的令牌并且将变量P-Tokens(先前令牌)设置为等于P-Tokens加上C-Tokens(当前请求的令牌)的当前值。在步骤512中，将P-Tokens和C-Tokens的值存储在数据库402中。然后，SCP工作者实例可以通过向生产者NF服务实例发送服务请求来消费令牌。在一种实施方式中，一个令牌允许SCP工作者实例向生产者NF服务实例发送一个服务请求。在SCP工作者实例向生产者NF服务实例发送服务请求之后，SCP工作者实例递减可用令牌的数量。
返回到步骤510，如果在时间间隔内先前分配的令牌加上当前请求的令牌超过最大限制，那么控制前进到步骤512，在步骤512中确定是否实现尽力而为分配。如上所述，即使在可用令牌的数量不足以满足当前请求时，尽力而为分配也允许分配令牌。如果未实现尽力而为分配，那么控制前进到步骤516，其中拒绝令牌需求，然后前进到512，在512中将P-Tokens和P-Expiry的值存储在数据库402中。如果实现尽力而为分配，那么控制前进到步骤514，在步骤514中分配剩余的令牌。所分配的令牌数量等于最大限制减去先前分配的令牌。然后控制前进到步骤512，在步骤512中P-Tokens和P-Expiry的值被存储在数据库402中。
图5图示了由出口速率限制监管器400实现的固定窗口令牌分配算法。如上所述，在另一个示例中，令牌分配算法可以利用滑动窗口。在滑动窗口方法中，用于给定令牌分配窗口的初始和到期时间随时间移动。窗口内的令牌被划分为桶并且每个桶具有开始时间和长度。当当前时间戳经过桶的末尾(桶开始时间加上长度)时，桶中未使用的令牌将到期，并且可以被回收并用于满足来自同一个或其它SCP工作者实例的令牌请求。因此，使用滑动窗口增加了未使用令牌的可用性。
图6是图示可以由速率限制监管器400实现的示例性滑动窗口令牌桶算法的流程图。参考图6，SCP工作者发起或间歇性地请求令牌来处理针对服务的请求。该请求指定当前时间戳和所请求的令牌的当前数量。在步骤600中，速率限制监管器400在数据库402中执行查找以确定该请求是该时间间隔的新请求还是现有请求。如果在查找中未找到条目，那么该请求是新请求。因而，控制从步骤602前进到步骤604，在这些步骤中，用于该时间间隔的先前分配的令牌变量(P-Tokens)被初始化为零。控制然后前进到步骤606，在步骤606中变量P-Bucket-Tokens被设置为零并且变量P-Bucket-Start-Timestamp被设置为当前时间戳。
在步骤602中，如果找到条目，那么该请求是当前时间间隔的后续请求。如果该请求是后续请求，那么控制前进到步骤608，在步骤608中先前分配的令牌(P-Tokens)、变量P-Bucket-Tokens和变量P-Bucket-Start-Time被初始化为位于数据库中的值。控制然后前进到步骤610，在步骤610中确定变量P-Bucket-Start-Time是否比当前时间戳减去桶长度更旧。如果这是真的，那么控制前进到步骤612，在步骤612中当前桶被标记为到期，然后前进到步骤606，在步骤606中变量P-tokens-bucket被设置为零并且变量P-Bucket-Start-Time被设置为当前开始时间。
在步骤610之后，控制前进到步骤613，在步骤613中从到期的桶中回收任何到期的令牌并移除到期的桶记录。从步骤613，控制前进到步骤614，在步骤614中从到期的桶中回收的令牌被调整为P-Tokens(即，P-Tokens＝P-Tokens-回收的令牌)。控制然后前进到步骤616，在步骤616中确定先前分配的令牌加上当前请求的令牌是否大于最大限制。如果先前分配的令牌和当前令牌的总和不大于最大限制，那么分配令牌并且控制前进到步骤618，其中P-Tokens被设置为先前分配的令牌加上当前请求的令牌。控制然后前进到步骤620，在步骤620中变量P-Tokens、P-Bucket-Tokens和P-Bucket-Timestamp的值被存储在数据库402中。
参考步骤616，如果先前分配的令牌和当前请求的令牌的总和超过时间间隔的最大限制，那么控制前进到步骤622，在步骤622中确定是否实现尽力而为分配。如果未实现尽力而为分配，那么控制前进到步骤624，在步骤624中请求被拒绝。如果实现尽力而为分配，那么控制前进到步骤626，在步骤626中分配剩余的令牌以部分满足请求。控制然后前进到步骤620，其中P-Tokens、P-Bucket-Tokens、P-Bucket-Timestamp变量的值被存储在数据库402中。
如上所述，通过在与SCP工作者实例分离的速率限制监管器400处实现速率限制监管，简化了SCP工作者实例的逻辑。图7A和7B图示了可以由每个SCP工作者实例实现的SCP工作者实例令牌要求算法。一般而言，每个SCP工作者实例接收对由生产者NF服务实例提供的服务的请求、初始化令牌的数量并请求速率限制监管器400初始授予令牌。对于后续请求，SCP工作者实例检查可用令牌的数量是否大于授予令牌的可配置百分比并转发该请求。例如，在激进的令牌要求算法中，阈值量可以设置为50％或更高，以预测最后一分钟的令牌稀缺性。在不太激进的算法中，阈值可以设置为较低的百分比(诸如25％)，以允许SCP工作者实例在要求更多令牌之前几乎耗尽其令牌分配。后续的令牌需求可以固定尺寸或按递增次序，例如，基于Fibonacci数列。SCP工作者实例不需要管理速率限制时间窗口遍历。速率限制监管器将提供当前窗口中的剩余时间。
参考图7A中所示的流程图，SCP工作者实例从消费者NF接收对由生产者NF服务实例提供的服务的请求。在步骤700中，SCP工作者实例在其本地数据库中执行对服务实例x的查找以确定当前可用的令牌数量、所授予的令牌的当前数量以及给定服务实例的最后令牌请求状态。注意的是，不要求SCP工作者实例知道生产者NF的速率容量或由其它消费者NF正在使用的可用容量的量。由每个SCP工作者实例维护的数据库可以包含由速率限制监管器为每个生产者NF服务实例授予SCP工作者实例的令牌的数量以及那些尚未使用的令牌的数量。
在步骤702中，如果没有找到记录，那么这意味着SCP工作者实例在当前时间间隔期间没有为给定的生产者NF服务实例请求任何令牌。控制然后前进到步骤704，在步骤704中SCP工作者实例将服务实例x的可用令牌初始化为0，将服务实例x的授予的令牌初始化为0，剩余的窗口时间为0，并且将令牌请求状态设置为无未决。
如果找到记录，那么这意味着SCP工作者实例已经在当前时间间隔内为生产者NF服务实例请求了令牌。如果找到记录，那么控制前进到步骤706，在步骤706中SCP工作者实例加载位于查找中的信息。加载的信息包括服务实例的可用令牌、生产者NF服务实例的授予的令牌、剩余的窗口时间和令牌请求状态。在步骤708中，SCP工作者确定可用令牌减去一是否大于以上引用的授予的令牌的可配置百分比。换句话说，如果在当前时间间隔内已经使用了超过一半的现有令牌，那么SCP工作者将要求新令牌。这是激进的算法，但可以防止SCP工作者挨饿。
如果可用令牌减去一大于授予的令牌的可配置百分比，那么不需要新令牌并且控制前进到步骤710，在步骤710中将请求转发到服务实例x并且递减可用令牌变量以指示使用一个令牌来满足请求。
如果可用令牌减去一不大于授予的令牌的可配置百分比，那么控制前进到步骤712，其中SCP工作者确定当前时间间隔内是否存在未决令牌请求。如果存在未决令牌请求，那么控制前进到步骤714，在步骤714中确定当前窗口是否还有任何剩余时间。如果当前窗口中没有剩余时间，那么SCP工作者在步骤716中丢弃令牌请求。如果当前窗口中还有剩余时间，那么控制前进到步骤718，在步骤718中SCP工作者确定是否有任何可用令牌。如果有可用令牌，那么控制前进到步骤710，在步骤710中SCP工作者转发服务请求并减少可用令牌的数量。如果没有可用令牌，那么控制前进到步骤720，在步骤720中确定未决令牌请求状态是什么。如果存在令牌状态请求，那么控制前进到步骤722，在步骤722中请求被排队，并且SCP工作者等待来自速率限制监管器的响应。如果没有未决令牌请求，那么控制前进到步骤716，在步骤716中当前请求被丢弃。
在步骤712中，如果没有未决令牌请求并且可用令牌的数量小于授予的令牌的一半，那么控制前进到步骤724，其中SCP工作者从速率限制监管器请求令牌并将未决令牌状态请求变量标记为未决。
图7B图示了令牌要求算法。在图7B中，在步骤723中，如果可用令牌的数量等于零，那么控制前进到步骤728，在步骤728中SCP工作者请求速率限制监管器授予y个令牌，其中y是可配置的值。在步骤730中，SCP工作者接收具有在当前窗口中剩余时间授予。在步骤732中，SCP工作者将可用令牌设置为当前可用令牌的数量加上该授予。授予的令牌变量设置为授予中的令牌数量。窗口时间剩余变量被设置为当前窗口中剩余的时间并且令牌请求状态被设置为无挂起请求。
在步骤726中，如果可用令牌的数量等于零，那么控制前进到步骤734，在步骤734中SCP工作者实例向速率限制监管器请求初始授予w个令牌，其中w是可配置的值。将w设置为大值可以促进为初始消息突发提供服务。在步骤736中，SCP工作者实例等待来自速率限制监管器的授予。当授予发生在步骤730中时，控制前进到步骤732，在步骤732中SCP工作者实例更新其变量以反映令牌授予。
图8是图示用于在服务通信代理处限制网络功能服务实例范围的出口速率的示例性处理的流程图。参考图8，在步骤800中，从消费者NF接收服务请求。例如，服务通信代理200可以从消费者NF204接收服务请求以访问由生产者NF提供的服务。可以响应于UE连接到网络或发起通信会话而发起服务请求。
在步骤802中，服务请求被转发到SCP工作者实例。例如，5G服务消费者NF 204可以向SCP 200的单个IP地址发送服务请求。SCP 200可以将请求转发到SCP工作者实例210和212。在一个示例中，SCP 200可以在SCP工作者实例210和212之间对传入的服务请求进行负载平衡。
在步骤804中，SCP工作者实例从速率限制监管器请求生产者NF服务实例容量以处置服务请求。例如，SCP工作者实例210和212可以从速率限制监管器400请求令牌或生产者NF服务实例容量的其它指示以处置服务请求。来自SCP工作程序实例的请求可以识别提供服务请求中识别出的服务的生产者NF。SCP工作者实例可以基于来自生产者NF的服务注册了解由生产者NF服务实例提供的服务。
在步骤806中，速率限制监管器执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合的出口流量不超过生产者NF服务实例的容量。例如，速率限制监管器400可以响应于来自SCP工作者实例210和212的令牌请求而授予或拒绝令牌，这取决于请求的授予是否会造成由SCP工作者实例选择的生产者NF服务的容量被超过。如果实现尽力而为令牌分配，那么即使请求的令牌数量超过可用令牌的数量，速率限制监管器400也可以在时间间隔期间以可用令牌的数量部分地满足分配令牌的请求。如果未实现尽力而为令牌分配，那么如果请求的令牌数量超过可用令牌的数量，那么分配令牌的请求将被拒绝。如上面所指示的，速率限制监管器400可以维护存储器内数据库，它用来跟踪生产者NF服务实例容量和已经分配给消费者NF服务实例的部分容量。速率限制监管器400可以访问数据库以确定是授予还是拒绝每个分配令牌的请求。
因而，使用具有为每个生产者NF服务实例分配的令牌的全局视图的速率限制策略，简化了SCP工作者实例令牌请求算法。当令牌需求处于具有速率限制监管器的未决状态时，SCP工作者实例不会丢弃服务请求。未决请求将被排队，直到来自速率限制监管器的响应到达。当工作者从速率限制监管器获得零授权时，对于初始请求也是如此，即在当前速率限制窗口中速率被超过，但窗口中仍有剩余时间，请求接收到的消息，直到时间窗口到期或终止。时间间隔内的后续令牌需求可以固定尺寸或设置为递增值，诸如基于Fibonacci数列。因此，使用本文描述的主题，SCP功能被简化，并且速率限制是基于每个NF服务实例来实现的。SCP 200可以被实现为用于5G生产者NF的代理或API网关，以对可通过SCP 200访问的所有生产者NF执行出口侧速率限制。SCP 200和/或速率限制监管器400可以被实现为部署在用户站点的内部硬件平台，或被实现为经由云网络可用的服务。
应该理解的是，在不脱离本文描述的主题的范围的情况下，可以改变本文描述的主题的各种细节。此外，前面的描述仅仅用于说明的目的，而不是用于限制的目的，因为本文描述的主题由以下阐述的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种用于网络功能(NF)服务实例范围的出口速率限制的方法，该方法包括：
在包括至少一个处理器的服务通信代理(SCP)处：
从消费者NF接收服务请求；
将服务请求转发到SCP工作者实例；
在SCP工作者实例处，从与SCP工作者实例分离的速率限制监管器请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量；
在速率限制监管器处：
通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF服务实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。
2.如权利要求1所述的方法，其中从速率限制监管器请求生产者NF服务实例容量包括从速率限制监管器请求令牌的分配，并且令牌可由SCP工作者实例用来确定是授予还是拒绝服务请求。
3.如权利要求2所述的方法，其中执行NF服务实例范围的速率限制包括访问数据库以确定每个生产者NF服务实例的可用令牌的数量。
4.如权利要求2或权利要求3所述的方法，其中请求令牌的分配包括响应于可用于SCP工作者实例之一的授予的令牌的百分比小于阈值量而请求令牌的分配。
5.如权利要求2至4中的任一项所述的方法，包括：在速率限制监管器处，为每个NF服务实例维护一时间间隔能够分配的令牌的最大限制，并基于分配令牌的请求所请求的令牌的数量是否会造成令牌的最大限制被超过来授予或拒绝分配令牌的请求。
6.如权利要求5所述的方法，其中执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制包括实现固定窗口，在该固定窗口期间能够授予令牌。
7.如权利要求5所述的方法，其中执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制包括实现滑动窗口，在该滑动窗口期间能够授予令牌。
8.如权利要求2至7中的任一项所述的方法，其中执行生产者NF服务实例范围的速率限制监管包括实现尽力而为令牌分配，其中，如果在一时间间隔期间由SCP工作者实例之一请求的令牌数量会造成在该时间间隔内最大分配令牌被超过，那么授予在该时间间隔内可用的不会造成令牌的最大限制被超过的剩余令牌。
9.如权利要求2至8中的任一项所述的方法，其中执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制包括：如果所请求的令牌数量将造成令牌的最大限制被超过，那么通过拒绝分配令牌的请求来实现最大限制令牌分配。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中SCP实现至少一个服务通信代理(SCP)功能。
11.一种用于网络功能(NF)服务实例范围的出口速率限制的系统，该系统包括：
包括至少一个处理器的服务通信代理(SCP)，用于从消费者NF接收服务请求，将服务请求转发到由SCP实现的SCP工作者实例，并由SCP工作者实例请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量；以及
速率限制监管器，用于通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的对生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合的出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。
12.如权利要求11所述的系统，其中SCP工作者实例被配置为通过从速率限制监管器请求令牌的分配来从速率限制监管器请求生产者NF服务实例容量，其中令牌可由SCP工作者实例用来确定是授予还是拒绝服务请求。
13.如权利要求12所述的系统，包括可由速率限制监管器访问的数据库，用于确定每个生产者NF服务实例的可用令牌的数量。
14.如权利要求11至13中的任一项所述的系统，其中SCP工作者实例被配置为响应于可用于SCP工作者实例之一的所授予的令牌的数量小于阈值而请求令牌的分配。
15.如权利要求12至14中的任一项所述的系统，其中速率限制监管器被配置为针对每个NF服务实例维护一个时间间隔能够分配的令牌的最大限制，并基于分配令牌的请求所请求的令牌的数量是否会造成令牌的最大限制被超过来授予或拒绝分配令牌的请求。
16.如权利要求15所述的系统，其中速率限制监管器被配置为通过实现固定窗口来执行NF服务实例范围的出口速率限制，在该固定窗口期间能够授予令牌。
17.如权利要求15所述的系统，其中速率限制监管器被配置为通过实现滑动窗口来执行NF服务实例范围的出口速率限制，在该滑动窗口期间能够授予令牌。
18.如权利要求12至17中的任一项所述的系统，其中速率限制监管器被配置为通过实现尽力而为分配来执行生产者NF服务实例范围的速率限制监管，其中，如果在一时间间隔期间由SCP工作者实例之一请求的令牌数量会造成在该时间间隔内最大分配令牌被超过，那么授予在该时间间隔内可用的不会造成令牌的最大限制被超过的剩余令牌。
19.如权利要求12至18中的任一项所述的系统，其中速率限制监管器被配置为通过实现最大限制令牌分配来执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，这包括如果所请求的令牌数量将造成令牌的最大限制被超过，那么拒绝分配令牌的请求。
20.一种其上存储有可执行指令的非暂态计算机可读介质，指令在被计算机的处理器执行时控制计算机执行步骤，包括：
在包括至少一个处理器的服务通信代理(SCP)处：
从消费者NF接收服务请求；
将服务请求转发到SCP工作者实例；以及
在SCP工作者实例处从与SCP工作实例分离的速率限制监管器请求用于处置服务请求的生产者NF服务实例容量；以及在速率限制监管器处，通过授予或拒绝来自SCP工作者实例的对生产者NF服务实例容量的请求而在SCP工作者实例和生产者NF实例之间执行生产者NF服务实例范围的出口速率限制，使得来自SCP工作者实例的组合的出口流量不超过生产者NF服务实例的速率容量。
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