CN113676967A - 支持5g系统的冗余传输方法、系统、存储介质及应用 - Google Patents

支持5g系统的冗余传输方法、系统、存储介质及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，公开了一种支持5G系统的冗余传输方法、系统、存储介质及应用，所述支持5G系统的冗余传输方法包括：通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径；与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行部署；根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。本发明根据QoS质量要求可以按需激活冗余传输，通过包括无线接入网络RAN和核心网CN的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径，可与端到端冗余解决方案集成，实现可靠性高于用户平面路径中N3和N9的单用户平面通道和NF的可靠性的传输，通过用户平面中的冗余传输支持高可靠性的传输。

Description

支持5G系统的冗余传输方法、系统、存储介质及应用
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种支持5G系统的冗余传输方法、系统、存储介 质及应用。
背景技术
目前，2015年，ITU和第三代合作伙伴计划(3rd Generation PartnershipProject 3GPP) 正式定义了5G(5rd generation第五代)的3类典型应用场景：(1)增强型移动宽带(enhanced Mobile BroadBand，e MBB)。(2)大连接物联网(Massive Machine TypeCommunications， m MTC)。(3)、超可靠低时延通信(Ultra Reliable and Low LatencyCommunications，URLLC)。 URLLC作为5G移动通信网络的三大应用场景之一，对于自动驾驶、车联网、智能家居、 增强现实(AugmentedReality，AR)、虚拟现实(Virtual Reality，VR)、工业控制以及其他 高度延迟敏感型业务的广泛应用非常关键。如果网络时延较高，URLLC类业务的正常运行就 会受到影响，并会出现控制方面的误差，鉴于此，3GPP对URLLC的时延和可靠性方面的指 标进行了定义。URLLC业务的上下行用户面时延目标压低到0.5ms。URLLC可靠性要求为： 用户面时延1ms内，传送32字节包的可靠性为1*10-5。eMBB业务是未来5G网络中的基础 业务，占据主导地位，其特点是数据量大，对传输速率的要求较高.相比之下，URLLC业务 的数据包较小，对时延和错误率的要求都很严格.因此，在已有e MBB业务的前提下，如何 基于5G统一系统框架，设计能够满足URLLC需求的传输方案，尤其是设计可靠性更高的用 户平面传输方案，进而能够保证URLLC业务的服务质量要求是一个亟待解决的问题.具有 重要本发明意义。
目前已有的本发明有URLLC/e MBB帧结构设计、URLLC与eMBB业务复用机制、仿 真参数配置等系统实现相关的内容，本发明通常以特定场景和具体算法实现为落脚点，如干扰协调问题、用于增强URLLC业务的安全性和可靠性的正交频分复用子载波索引选择技术、存在大量、突发性URLLC数据包时的业务检测和冲突避免技术、链路自适应与资源调度的联合算法等。在高可靠保障方面，现有研宄主要集中于帧结构设计、物理层信道编译码的设计，冗余连接以及业务复用机制等方面，未能针对URLLC业务的高可靠性特性对用户平面冗余传输技术进行深入探讨。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术没有针对URLLC业务的高可 靠性特性对用户平面冗余传输的相关本发明。
解决以上问题及缺陷的难度为：
1、如何在N3和N9上建立，修改或释放多个通道以进行冗余数据传输。
2、如何使用冗余传输支持PDU会话的切换过程。
3、如何确保N3，N6和N9上的多个通道在单个传输层路径不能支持可靠性要求的情况 下通过单独的传输层路径传输冗余传输。
4、如何决定是否为特定QoS流启用冗余传输。
5、如何在需要时复制UE/RAN/UPF中的数据包。
解决以上问题及缺陷的意义为：可以5G系统哪些NF或段不能满足可靠性要求，可以 在UE和网络之间的用户平面路径上应用冗余传输来支持5GS的冗余传输。从而解决保证用 户平面上单路径难以实现的高可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种支持5G系统的冗余传输方法、系统、存 储介质及应用。
本发明是这样实现的，一种支持5G系统的冗余传输方法，所述支持5G系统的冗余传输 方法包括：
步骤一，通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余 用户平面路径；
步骤二，与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进 行部署；
步骤三，根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
进一步，所述支持5G系统的冗余传输方法包括：冗余分组通过两个独立的N3接口和两 个RAN节点在UPF和UE之间传输，M-RAN即主RAN节点，SMF或UPF在通道信息中提 供不同的路由信息，并且将根据网络部署配置将提供的不同的路由信息映射到不相交的传输层路径，进行UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF与两个NG-RAN 节点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个NG-RAN节点的冗余传 输。
进一步，所述支持5G系统的冗余传输方法，还包括：
3GPP网络提供来自设备的两条路径：第一PDU会话从UE经由gNB1跨越到充当PDU会话 锚的UPF1，第二PDU会话从UE经由gNB2跨越到充当PDU会话锚的UPF2；基于这两个独立的PDU会话，建立两条独立的路径，甚至可以跨越3GPP网络；在设备中的主机A和主机B之间 设置了两条路径，其中包含可选的固定中间节点；冗余处理功能，驻留在主机A和主机B中的RHF实体利用独立路径；对于设备内的主机A，两个PDU会话显示为不同的网络接口，使主 机成为多宿主；
所述支持5G系统的冗余传输方法基于LTE和NR均支持的双连接功能，单个UE具有与主 gNB，即MgNB和辅助gNB，即SgNB的用户平面连接；RAN控制平面和N1通过MgNB处理；MgNB通过Xn接口控制SgNB的选择和双连接功能的设置；UE建立两个PDU会话，一个通过MgNB到UPF1充当PDU会话锚，另一个通过SgNB到UPF2充当PDU会话锚；UPF1和UPF2连接 到相同的数据网络DN，即使通过UPF1和UPF2的流量可能通过DN内的不同用户平面节点进行 路由；UPF1和UPF2分别由SMF1和SMF2控制，其中SMF1和SMF2可以重合，这取决于SMF 选择的操作者配置。
进一步，所述支持5G系统的冗余传输方法，还包括：
(一)静态方法：适用于IP和以太网PDU会话，包括：
(1)UPF选择基于现有机制，具有在SMF中已知的扩展，基于RSN的UE指示或基于DNN或S-NSSAI的网络配置，UE是否正在建立第一或第二PDU会话；该信息可以用作UPF选择的输入；
(2)当PDU会话建立时，明确地请求RAN使用双连接处理MgNB处的第一PDU会话和SgNB处的第二PDU会话；
(3)最初两个PDU会话使用相同的MgNB，但是一旦在RAN中建立双连接，第二PDU会话的用户平面连接就被移动到SgNB，并且用户平面通道被切换到经由SgNB；
(二)动态方法：适用于以太网PDU会话，用于第一PDU会话的UPF选择和用于第二PDU 会话的初始UPF选择基于针对静态方法所描述的现有机制，当建立双连接并且在RAN中为第 二PDU会话添加SgNB时，包括：
(1)UE请求建立第一和第二PDU会话；UE还在PDU会话建立请求消息中指示RSN；或者，UE针对PDU会话使用不同的DNN和/或S-NSSAI，使得SMF可以在考虑运营商配置的情况下确定是否建立了第一或第二PDU会话；
(2)SMF确定PDU会话建立用于冗余PDU会话，该确定可以基于来自UE的RSN指示，或者它可以基于考虑DNN或S-NSSAI的网络配置；
(3)UPF选择可以考虑MgNB的身份以及关于是否针对给定UE建立第一或第二PDU会话 以用于冗余的信息；UPF选择的适当运营商配置可以确保为第一和第二PDU会话选择的UPF 不同，并且选择它们靠近MgNB；运营商配置还要考虑传输网络中路径的独立性；
(4)在建立PDU会话时，尚未在RAN中设置这些PDU会话的双连接处理；当最初建立两 个冗余PDU会话时，两个PDU会话都通过MgNB进行；当可以建立RAN中的双连接处理时，第二PDU会话将被切换到SgNB；
(5)使UE能够在不同的PDU会话中向同一DNN发送和接收具有相同MAC地址但不同VLAN ID的帧，通过手段确保单独的路径IEEE 802.1Q适用以下内容：
在对同一DNN的多个PDU会话对应于相同N6接口的配置中，充当PDU会话锚PSA的UPF 学习UE在UL方向上使用的MAC地址和VLAN ID，并使用VLAN ID和MAC地址的组合来确定目标用于以太网帧的下行链路交换的PDU会话；
从UPF到SMF和SMF到PCF/BSF的MAC地址报告机制得到增强，还可以报告UE使用的VLAN ID，以支持在使用IEEE 802.1Q标记的以太网帧存在时的会话绑定；
SMF通知MgNB需要使用RSN冗余处理的两个PDU会话；SMF基于UE指示或基于考虑运营商配置的DNN/S-NSSAI设置来确定RSN；then，SMF在用户平面建立时通过AMF向RAN 提供RSN以用于PDU会话；RSN＝1表示请求给定会话由MgNB处理；RSN＝2表示请求由SgNB 处理给定会话；当存在至少一个RSN＝1的会话且至少一个RSN＝2的会话向RAN指示CN正在请 求建立与MgNB和RSN＝2会话处理的RSN＝1会话的双连接时(s)由SgNB处理；基于RSN指示， MgNB以这样的方式建立双连接：MgNB和SgNB都具有用于处理两个独立用户平面路径的独 立PDCP实体，分别用于MgNB和SgNB的MCG承载和SCG承载的建立；第二PDU会话的用户 平面切换到SgNB，并且以这种方式，RAN节点和UPF对于两个冗余PDU会话可以是不同的；
在以太网PDU会话的情况下，SMF有可能改变UPF充当PSA并且在SgNB被修改或添加的 情况下基于第二PDU会话的SgNB的标识选择新的UPF；在PDU会话保持建立的同时释放；这 使得可以为第二PDU会话动态地选择靠近SgNB的UPF，并且以这种方式进一步优化第二PDU 会话UPF选择；
SMF将RSN作为会话参数的一部分发送到PCF；这允许PCF为两个冗余PDU会话配置不同 的策略或计费规则；
移动性低于未变更的PSA；PSA下方的移动性隐藏在处理多个端到端路径的外部机制之 外；切换可能会引入中断；在改变SgNB但是MgNB保持不变的情况下，通过MgNB的路径保 持不间断；切换也可能导致端到端延迟的改变；
涉及改变PSA的移动性；这是SSC模式2或SSC模式3过程的情况，或者以太网PDU会话的 PSA更改；根据当前的IEEE TSN FRER规范，只要确保沿新路径的必要配置，就可以支持PSA 更改。
进一步，所述支持5G系统的冗余传输方法，还包括：
(1)在PDU会话建立过程中激活冗余传输
将在PDU会话建立过程或PDU会话修改过程期间建立冗余传输；
RRC连接重新配置发生在UE建立与PDU会话请求的QoS规则相关的必要NG-RAN资源的 情况下，辅助NG-RAN节点添加过程如下执行；
由NG-RAN提供的AN通道信息包括AN通道信息1和AN通道信息2.每个AN通道信息包括 每个所涉及的NG-RAN节点的通道端点，以及分配给每个通道端点的QFI；M-RAN节点将适当的CN通道信息分配给每个NG-RAN节点；
SMF向UPF提供AN通道信息1和AN通道信息2以及相应的转发规则；转发规则指示UPF 复制下行链路分组并通过DLN3接口之一将每个复制分别发送到NG-RAN，并消除从两个UL N3接口接收的重复上行链路分组；
在PDU会话建立过程期间，如果N2-PDU会话请求消息包含一个CN通道信息，基于无线 资源，无线条件或本地策略，如果NG-RAN可以确定向SMF发送N2 PDU会话失败响应通过AMF，原因表明冗余传输建立；SMF可以利用两个CN通道信息发起冗余传输，或者SMF可以 向PCF报告订阅事件，由PCF决定是否需要激活冗余传输；
(2)在PDU会话修改过程中激活冗余传输
PDU会话修改过程由UE或SMF触发，以为URLLC服务添加QoS流；
SMF利用UPF发起N4会话修改过程，并且可以由SMF或UPF分配用于冗余传输的新CN通 道；
RRC连接重新配置发生在UE建立与PDU会话请求的QoS规则相关的必要NG-RAN资源的 情况下，执行辅助NG-RAN节点添加过程；
用于冗余传输的AN通道信息由NG-RAN提供；AN通道信息包括用于冗余传输的 NG-RAN节点的通道端点，以及分配给通道端点的QFI；
SMF向UPF提供AN通道信息以及相应的转发规则；转发规则指示UPF复制下行链路分组 并通过DLN3接口之一将每个复制分别发送到NG-RAN，并消除从两个ULN3接口接收的重复 上行链路分组；
(3)切换流程
当使用冗余传输时，UE可以同时连接到两个NG-RAN节点；M-RAN节点或S-RAN节点可 以一次执行切换；
在S-RAN节点切换的情况下，M-RAN节点将发起辅助节点改变过程；在切换过程期间， UE和UPF之间通过M-RAN节点的传输不会受到影响；
在M-RAN节点切换的情况下，应用没有辅助节点改变过程的主节点切换；在切换过程 期间，UE和UPF之间通过S-RAN节点的传输不会受到影响。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所 述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如 下步骤：
通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面 路径；
与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行部署；
根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机 程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面 路径；
与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行部署；
根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所 述的支持5G系统的冗余传输方法。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述支持5G系统的冗余传输方法的支持5G系统的 冗余传输系统，所述支持5G系统的冗余传输系统包括：
冗余分组模块，用于通过两个独立的N3接口和两个RAN节点在UPF和UE之间传输；
路由信息匹配模块，用于SMF或UPF在通道信息中提供不同的路由信息，并且将根据 网络部署配置将提供的路由信息映射到不相交的传输层路径；
冗余传输模块，用于进行UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个 NG-RAN节点的冗余传输；
所述支持5G系统的冗余传输系统还包括：终端设备和复制器；
所述终端设备集成多个用于独立地连接到不同的gNB的UE；
所述复制器用于3GPP系统明确复制分组的两个或更多个流属于一组，同时用于引导较 低层。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明能实现可靠性高 于用户平面路径中N3(无线接入网RAN到用户面功能UPF)和N9(UPF之间)的单用户平面通 道和NF(Network Function，网络功能)的可靠性的传输，可通过用户平面中的冗余传输支 持高可靠性的传输。
本发明可以通过包括RAN(无线接入网络)和CN(核心网)的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径。本发明可与端到端冗余解决方案集成。本发明通过重用现有的 DC(Dual-Connectivity，双连接)原理，可以很容易地在网络和终端中部署。本发明根据QoS(服务质量)流量可以按需激活冗余传输。
同时，本发明使终端设备能够在5G网络上设置两个冗余PDU会话，以便网络将尝试在 可能的情况下使两个冗余PDU会话的路径独立，依赖于上层协议，例如IEEE TSN(时间敏感网络)FRER(帧复制和消除可靠性)，来管理复制和消除重复路径上的冗余分组/帧，这 些路径可以跨越两者，3GPP段和可能的固定网段。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附 图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输方法流程图。
图2是本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输系统结构示意图；
图中：1、冗余分组模块；2、路由信息匹配模块；3、冗余传输模块。
图3是本发明实施例提供的具有单个设备的高级架构示意图。
图4是本发明实施例提供的静态UPF选择示意图。
图5是本发明实施例提供的动态UPF选择：以太网PDU会话的DC设置后的锚点更改示意图。
图6是本发明实施例提供的基于静态方法的过程示意图。
图7是本发明实施例提供的基于动态方法的流程示意图。
图8是本发明实施例提供的主机中有两个UE的解决方案架构示意图。
图9是本发明实施例提供的RAN中基于可靠性组的冗余概念示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行 进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定 本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种支持5G系统的冗余传输方法、系统、存 储介质及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输方法包括以下步骤：
S101，通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户 平面路径；
S102，与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行 部署；
S103，根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
本发明提供的支持5G系统的冗余传输方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤 实施，图1的本发明提供的支持5G系统的冗余传输方法仅仅是一个具体实施例而已。
本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输方法包括：冗余分组通过两个独立的N3接口 和两个RAN节点在UPF和UE之间传输，M-RAN即主RAN节点，SMF或UPF在通道信息中提供 不同的路由信息，并且将根据网络部署配置将提供的不同的路由信息映射到不相交的传输层 路径，进行UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF与两个NG-RAN节 点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个NG-RAN节点的冗余传输。
如图2所示，本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输系统包括：
冗余分组模块1，用于通过两个独立的N3接口和两个RAN节点在UPF和UE之间传输；
路由信息匹配模块2，用于SMF或UPF在通道信息中提供不同的路由信息，并且将根据网 络部署配置将提供的路由信息映射到不相交的传输层路径；
冗余传输模块3，用于进行UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF 与两个NG-RAN节点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个NG-RAN节 点的冗余传输。
本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输系统还包括：终端设备；终端设备集成多个 用于独立地连接到不同的gNB的UE。
本发明实施例提供的支持5G系统的冗余传输系统进一步包括：
复制器，所述复制器用于3GPP系统明确复制分组的两个或更多个流属于一组，同时用于 引导较低层。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
1、发明内容、目标和拟解决的关键问题
1.1发明内容
为了保证用户平面上单路径难以实现的高可靠性，可以支持5G系统的冗余传输。本发明 通过用户平面中的冗余传输来支持高可靠性。冗余传输取决于网络部署的条件，例如，哪些 NF(Network Function网络功能)或段不能满足可靠性要求，可以在用户终端(UE：user equipment)和网络之间的用户平面路径上应用冗余传输。需要针对此关键问题本发明以下几 个方面：
(1)基于双连接的冗余用户平面路径的高可靠性的体系结构、主要步骤、移动性处理、 会话建立流程和对现有节点和功能的影响。
(2)通过每个设备有多个UE用于用户平面冗余来达到高可靠性的方案架构、确定UE的 可靠性分组的方法、移动性处理、会话建立流程和对现有节点和功能的影响。
(3)通过在单个UPF(Userplane Function用户面功能)和两个RAN(RadioAccessNetwork, 无线接入网)节点支持进行冗余数据传输的方案，会话建立与切换流程和对现有节点和功能的 影响。
(4)通过在单个UPF和单个RAN节点支持进行冗余数据传输的方案，会话建立与切换流 程和对现有节点和功能的影响。
(5)本发明基于3GPP系统中的复制框架高可靠性的体系结构、主要步骤、移动性处理、 会话建立流程和对现有节点和功能的影响。
(6)本发明通过每个设备有多个UE用于具有广播网络可靠性组的用户平面冗余来达到 高可靠性的方案架构、确定UE的可靠性分组的方法、移动性处理、会话建立流程和对现有节 点和功能的影响。
1.2本发明目标
通过上述理论和方法的本发明，要达到的最终目标是：专注于回程可靠性改进，即无需 改变无线接口和相关协议；仅需要单个UE，即不需要UE冗余；在网络中引入网络节点(UPF 和5G基站)gNB和相关接口(N3)以及并发PDU(Protocol Data Unit协议数据单元)会话的 冗余；NTP(NetworkTransactionProcessing，网络传输协议)上的GTP-U(GPRSTunnelling Protocol User Plane，GPRS通道协议)/TRANSPORT LAYER(传输层)冗余，具有单个网络 节点，即UPF和gNB，没有UE影响。
1.3拟解决的关键问题
(1)在N3和N9上建立，修改或释放多个通道以进行冗余数据传输方案。
(2)确定使用冗余传输支持PDU会话的切换过程。
(3)N3，N6(UPF和数据网络DN之间的参考点)和N9上的多个通道在单个传输层路径不能支持可靠性要求的情况下，确保通过单独的传输层路径进行冗余传输方案。
(4)为特定QoS(Quality ofService，服务质量)流启用冗余传输的决定机制。
(5)在需要时如何复制UE/RAN/UPF中的数据包。
2、拟采取的本发明方法、技术路线、实验方案及可行性分析
2.1拟采取的本发明方案
3GPP网络提供来自设备的两条路径：第一PDU会话从UE经由gNB1跨越到充当PDU会话 锚的UPF1，并且第二PDU会话从UE经由gNB2跨越到充当PDU会话锚的UPF2。基于这两个独立的PDU会话，建立了两条独立的路径，甚至可以跨越3GPP网络。本发明主要从三个方面进行本发明，本发明方案如下：
(1)UPF、NG-RAN节点和CPNF的可靠性足够高以满足由这些NF服务的URLLC服务的可靠性要求，并且UE处于两个RAN节点的重叠覆盖范围内。这些NF的可靠性可以基于实现(例如NFV平台提供的冗余机制)来实现，并且，单个RAN节点无法在空中接口中为QoS流 提供足够的可靠性，因此冗余分组将通过两个独立的N3接口和两个RAN节点在UPF和UE之间传输，以增强服务的可靠性。为了确保两个N3接口可以通过不相交的传输层路径传输，M-RAN (主RAN)节点，SMF或UPF可以在通道信息中提供不同的路由信息(例如，不同的IP地址或不同的网络实例)，并且这些路由信息将根据网络部署配置映射到不相交的传输层路径。在上述这些条件下，可以本发明UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个NG-RAN节 点的冗余传输。
(2)终端设备集成了多个UE，这些UE可以独立地连接到不同的gNB；RAN覆盖在目标区域中是多余的：可以从同一位置连接到多个gNB。为了确保两个UE连接到不同的gNB，gNB需要操作使得gNB的选择可以彼此不同(例如，以不同频率操作的gNB等)；核心网络UPF 部署与RAN部署一致，并支持冗余用户平面路径。底层传输拓扑与RAN和UPF部署保持一致， 并支持冗余用户平面路径；物理网络拓扑和功能的地理分布还支持冗余用户平面路径到运营商认为必要的程度。在上述这些条件下，本发明主机中有两个UE的解决方案架构和映射到3GPP的解决方案架构。
(3)通过引入复制器，该复制器允许3GPP系统知道(例如，检测或具有显式信息)复制分组的两个或更多个“流”属于一起，并引导较低层以确保这些分组在3GPP中获得优化处理。系统取决于流是在单个UE中终止还是由在同一集线器解决方案中属于一起的两个不同UE(例如，具有两个或更多冗余5G调制解调器的TSN集线器)终止。这是为了特别确保最佳地使用3GPP特征以确保满足外部复制方法的等待/可用性/可靠性要求和期望(例如，包括混 合接入解决方案，IEEE802.1CB等)。另外，即使不以冗余方式使用多个路径(即，在所有路径上复制每个分组)，但是对于部分或完全不相交的数据传输，复制器也适用于任何外部多路径机制。在此基础上，本发明带复制框架的体系结构。
2.2可行性分析
可以依赖于上层协议，例如IEEE TSN(Time Sensitive Networking，时间敏感网络)FRER (FrameReplication and Elimination，帧复制和消除可靠性)，来管理复制和消除重复路径上 的冗余分组/帧，这些路径可以跨越两者,3GPP段和可能的固定网段。其他上层协议，包括基 于IP的协议，也可用于多路径上的冗余分组传输或用于管理除活动路径之外的备用路径。LTE 和NR均支持的双连接功能。这样使终端设备能够在5G网络上设置两个冗余PDU会话，以便网 络将尝试在可能的情况下使两个冗余PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)会话的路径独 立。3GPP网络提供来自设备的两条路径：第一PDU会话从UE经由gNB1跨越到充当PDU会话 锚的UPF1，并且第二PDU会话从UE经由gNB2跨越到充当PDU会话锚的UPF2。基于这两个独 立的PDU会话，建立了两条独立的路径，甚至可以跨越3GPP网络。
对于控制平面网络功能，现有的网络设备故障恢复机制，例如N+1弹性，应足以满足控 制平面的高可靠性要求。虽然故障转移可能会导致非常短的中断(通常在xx ms级别)，但此 控制平面故障转移不会影响用户平面上的流量路由。通常，电信级设备能够提供高达 99.99999％的可靠性。但是，在许多情况下，实际部署网络的端到端可靠性可能低于考虑易受 影响的部署环境的端到端可靠性，尤其是在最后一英里。为了在商用部署网络中实现URLLC 服务的超高可靠性，该解决方案提出在CN和RAN(无线接入网与核心网)中的不同物理传输 路径上使用冗余传输以增强上层服务的可靠性。是否需要为QoS流激活冗余传输可以由SMF 基于DNN(deep neural network)，深层神经网络)和/或S-NSSAI(SingleNetwork Slice Selection Assistance Information，单个网络切片选择辅助信息)的本地策略来决定，或者由PCF基于其 QoS要求，UE的订阅和网络部署条件来决定。
3GPP系统中的实体/功能，将其称为复制器功能，能够检测多个相关流，以及它们是否用 于发送器侧的输入IP/以太网流的冗余分组。复制器功能所需的控制平面方面驻留在SMF (Session Management Function，会话管理功能)中，并且复制器功能所需的用户平面方面驻留 在UPF和NG-RAN中。复制器引导较低层以确保满足其相应的延迟/可用性/可靠性要求。5G系 统可以具有API或与外部管理系统直接交互，以了解与复制功能相关的预期应用流程行为。 UPF还可以在UPF(具有复制器)中执行数据检查，以自主发现多个相关流(例如，它可以 检测MPTCP(MultiPathTCP)层是否正在复制流)。根据策略，SMF确定特定PDU会话是否需 要复制，选择具有复制器功能的UPF；它还为选定的UPF提供必要的复制器信息作为规则的一 部分。根据从SMF收到的规则，UPF激活用户平面流量的复制器功能。对于DL(Data Link数 据传输线路)流量，UPF可以执行进一步复制并向RAN提供指示(例如，一组基于IP的高层协 议GTP-U报头)。如果UPF复制流量，则它通过多个通道(使用不相交的传输路径)向RAN 发送。所以，可以在5G系统内支持复制器功能。
本发明可以通过包括RAN(无线接入网络)和CN(核心网)的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径。本发明可与端到端冗余解决方案集成。本发明通过重用现有的 DC(Dual-Connectivity，双连接)原理，可以很容易地在网络和终端中部署。本发明根据QoS(服 务质量)流量可以按需激活冗余传输。
实施例2
1、基于双连接的冗余用户平面路径
1.1描述
该方案将使终端设备能够在5G网络上设置两个冗余PDU会话，以便网络将尝试在可能的 情况下使两个冗余PDU会话的路径独立。如何利用端到端的冗余流量传输的重复路径超出了 这个特定3GPP解决方案的范围。可以依赖于上层协议，例如IEEE TSN(时间敏感网络)FRER (帧复制和消除可靠性)，来管理复制和消除重复路径上的冗余分组/帧，这些路径可以跨越 两者。3GPP段和可能的固定网段。
整体解决方案如图3所示。3GPP网络提供来自设备的两条路径：第一PDU会话从UE经由 gNB1跨越到充当PDU会话锚的UPF1，并且第二PDU会话从UE经由gNB2跨越到充当PDU会话 锚的UPF2。基于这两个独立的PDU会话，建立了两条独立的路径，甚至可以跨越3GPP网络。 在图3所示的示例中，本发明在设备中的主机A和主机B之间设置了两条路径，其中包含一些 (可选的)固定中间节点。冗余处理功能，驻留在主机A和主机B中的RHF实体(在3GPP范围之外)利用独立路径。上面提到的IEEE TSN FRER是RHF的示例。对于设备内的主机A， 两个PDU会话显示为不同的网络接口，使主机成为多宿主。请注意，在网络方面，其他解决 方案也是可能的，其中冗余仅跨越中间节点而不跨越终端主机。
该解决方案基于LTE和NR均支持的双连接功能。图4说明了解决方案的体系结构视图。单 个UE具有与主gNB(MgNB)和辅助gNB(SgNB)的用户平面连接。RAN控制平面和N1通 过MgNB处理。MgNB通过Xn接口控制SgNB的选择和双连接功能的设置。UE建立两个PDU 会话，一个通过MgNB到UPF1充当PDU会话锚，另一个通过SgNB到UPF2充当PDU会话锚。 UPF1和UPF2连接到相同的数据网络(DN)，即使通过UPF1和UPF2的流量可能通过DN内的 不同用户平面节点进行路由。UPF1和UPF2分别由SMF1和SMF2控制，其中SMF1和SMF2可 以重合，这取决于SMF选择的操作者配置。(图4中未示出与该解决方案无关的其他3GPP实 体)
该解决方案不同于RAN内部的基于RAN的PDCP分组复制功能，并且分组复制发生在UE 和MgNB之间。在该解决方案中，冗余路径跨越整个系统，包括RAN，CN，并且还可以扩展到超出3GPP范围的数据网络。
该解决方案有许多适用的假设。
-RAN支持双连接，RAN覆盖足以实现目标区域的双连接。
-UE支持双连接。
-核心网络UPF部署与RAN部署一致，并支持冗余用户平面路径。
-底层传输拓扑与RAN和UPF部署保持一致，并支持冗余用户平面路径。
-物理网络拓扑和功能的地理分布还支持冗余用户平面路径到运营商认为必要的程度。
-冗余用户平面路径的操作在运营商认为必要的范围内(例如，独立的电源)充分独立。
注1：上述冗余网络部署方面属于运营商的职责范围，不受3GPP标准化的约束。
提供了两个选项来选择UPF和gNB。在RAN中选择SgNB之前进行UPF选择的静态方法； 这适用于基于IP和基于以太网的PDU会话。此外，UPF选择的动态方法，考虑到在RAN中选 择的SgNB，增强静态方法-这适用于以太网PDU会话。
该解决方案示出了两个SMF，尽管该解决方案也适用于单个SMF。该解决方案不影响SMF 选择，并且无论选择相同还是不同的SMF，都可以应用该解决方案，即使基于DNN或S-NSSAI 的现有机制可用于影响是否选择了不同的SMF或是否选择相同的SMF。在使用两个SMF的情 况下，SMF知道会话是冗余的(两个不同的会话)。在使用多个SMF的情况下，SMF被配置 为具有不同的UPF池，以避免不同SMF重用相同的UPF。
SMF基于UE在PDU会话建立请求消息中提供的新指示，冗余序列号(RSN)来了解冗余 会话。RSN的存在指示冗余处理，并且RSN的值指示是否正在建立第一或第二PDU会话。作为UE未提供RSN时的后退解决方案，SMF还可以结合运营商配置使用DNN或S-NSSAI来确定是否正在建立第一或第二PDU会话以用于冗余。SMF使用关于在UPF选择期间是否正在建立第一或第二PDU会话以及适当供应的知识。
静态方法：
这适用于IP和以太网PDU会话。解决方案如图5所示：
-UPF选择基于现有机制，具有在SMF中已知的扩展，基于RSN的UE指示或基于DNN或S-NSSAI的网络配置，UE是否正在建立第一或第二PDU会话。该信息可以用作UPF选择的输入。
-当PDU会话建立时，明确地请求RAN使用双连接处理MgNB处的第一PDU会话和SgNB处的第二PDU会话。
-最初，两个PDU会话使用相同的MgNB，但是一旦在RAN中建立双连接，第二PDU会话的用户平面连接就被移动到SgNB，并且用户平面通道被切换到经由SgNB。
动态方法：
这适用于以太网PDU会话。解决方案如图6所示：
用于第一PDU会话的UPF选择和用于第二PDU会话的初始UPF选择基于如上针对静态方 法所描述的现有机制。
-当建立双连接并且在RAN中为第二PDU会话添加SgNB时，这可能导致UPF充当PSA的 变化，描述的关于以太网PDU会话的锚更改的解决方案。
该解决方案采取以下主要步骤。
-UE请求建立第一和第二PDU会话。UE还在PDU会话建立请求消息中指示RSN；或者，UE针对PDU会话使用不同的DNN和/或S-NSSAI，使得SMF可以在考虑运营商配置的情况下确定是否建立了第一或第二PDU会话。
-SMF确定PDU会话建立用于冗余PDU会话。该确定可以基于来自UE的RSN指示，或者它可以基于考虑DNN或S-NSSAI的网络配置。
-UPF选择可以考虑MgNB的身份以及关于是否针对给定UE建立第一或第二PDU会话以 用于冗余的信息。UPF选择的适当运营商配置可以确保为第一和第二PDU会话选择的UPF不 同，并且选择它们靠近MgNB。运营商配置还要考虑传输网络中路径的独立性。
-在建立PDU会话时，尚未在RAN中设置这些PDU会话的双连接处理。当最初建立两个 冗余PDU会话时，两个PDU会话都通过MgNB进行。当可以建立RAN中的双连接处理时，第二PDU会话将被切换到SgNB。
-使UE能够在不同的PDU会话中向同一DNN发送和接收具有相同MAC地址但不同VLAN ID的帧，例如，允许冗余处理功能，如IEEE 802.1CB(FRER)，以通过手段确保单独 的路径IEEE 802.1Q适用以下内容：
-在对同一DNN(例如，对于多于一个UE)的多个PDU会话对应于相同N6接口的配置中， 充当PDU会话锚(PSA)的UPF学习UE在UL方向上使用的MAC地址和VLAN ID(S-时间提前量GVID字段和/或C-时间提前量G VID字段，具体取决于帧中存在哪些标记)，并使用VLANID和MAC地址的组合来确定目标用于以太网帧的下行链路交换的PDU会话；
-从UPF到SMF和SMF到PCF/BSF的MAC地址报告机制得到增强，还可以报告UE使用的VLAN ID，以支持在使用IEEE 802.1Q标记的以太网帧存在时的会话绑定；
-SMF通知MgNB需要使用RSN冗余处理的两个PDU会话。SMF基于UE指示或基于考虑运 营商配置的DNN/S-NSSAI设置来确定RSN。then，SMF在用户平面建立时通过AMF向RAN 提供RSN以用于PDU会话。RSN＝1表示请求给定会话由MgNB处理；RSN＝2表示请求由SgNB 处理给定会话。当存在至少一个RSN＝1的会话且至少一个RSN＝2的会话向RAN指示CN正在请 求建立与MgNB和RSN＝2会话处理的RSN＝1会话的双连接时(s)由SgNB处理。基于RSN指示，MgNB以这样的方式建立双连接：MgNB和SgNB都具有用于处理两个独立用户平面路径的独立PDCP实体(分别用于MgNB和SgNB的MCG承载和SCG承载的建立)。第二PDU会话的用 户平面切换到SgNB，并且以这种方式，RAN节点和UPF对于两个冗余PDU会话可以是不同的。
注2：建立双连接的决定仍然在今天定义的RAN中。RAN考虑了CN提供的双连接设置的 附加请求。
注3：可能还有其他会话未应用冗余且未设置RSN；RAN现在可以自己选择这些会话是由 MgNB还是SgNB(或两者)处理。使用RSN值1和2还允许指示由MgNB处理哪个PDU会话以及由SgNB处理哪个PDU会话。
-在以太网PDU会话的情况下，SMF有可能改变UPF(充当PSA)并且在SgNB被修改(或添加)的情况下基于第二PDU会话的SgNB的标识选择新的UPF。在PDU会话保持建立的同时释放。这使得可以为第二PDU会话动态地选择靠近SgNB的UPF，并且以这种方式进一步优化第二PDU会话UPF选择。
-SMF将RSN作为会话参数的一部分发送到PCF。这允许PCF为两个冗余PDU会话配置不 同的策略或计费规则。
关于解决方案的移动性处理，重要的是将移动性发生在未改变的PSA(PDU会话锚)之 下，或者移动性是否也涉及PSA的改变。
-移动性低于未变更的PSA。这得到了解决方案的支持；PSA下方的移动性隐藏在处理多 个端到端路径的外部机制之外。但请注意，切换可能会引入中断(尽管RAN机制可能会减少 此类中断)。在改变SgNB但是MgNB保持不变的情况下，通过MgNB的路径保持不间断。还要注意，切换也可能导致端到端延迟的改变。
-涉及改变PSA的移动性。这是SSC模式2或SSC模式3过程的情况，或者以太网PDU会话 的PSA更改。PSA的变化是可能的，但本发明注意到设置冗余路径的外部机制，例如附件A中 描述的IEEE TSN FRER，也需要支持PSA的变更。
根据当前的IEEE TSN FRER规范，只要确保沿新路径的必要配置(例如VLAN配置和资 源预留)，就可以支持PSA更改。
1.2流程
两个PDU会话的建立以及随后的双连接建立在静态方法中如图6进行。
1.PDU会话1建立。SMF1基于UE提供的RSN，或者基于DNN或S-NSSAI以及相应的网络配置来确定PDU会话将被冗余地处理，并且这是第一PDU会话。SMF1选择UPF1，其中SMF1 可以在选择中考虑当前RAN节点是MgNB，并且这是冗余处理中的第一个PDU会话。向RAN 发送指示，该PDU会话是请求双连接的冗余处理中的第一个。
2.类似地，PDU会话2建立。SMF2基于UE提供的RSN，或者基于DNN或S-NSSAI以及相应的网络配置来确定PDU会话将被冗余地处理，并且这是第二PDU会话。SMF2选择UPF2， 其中SMF2可以在选择中考虑当前RAN节点是MgNB，并且这是冗余处理中的第二PDU会话。 向RAN发送指示，该PDU会话是请求双连接的冗余处理中的第二个。
在步骤2之后，两个PDU会话的用户平面仍然通过MgNB。
3.如果可行，则基于由MgNB评估的RAN条件，在RAN中建立双连接。RAN应观察步骤1和2中发送的请求，并建立双连接，使得PDU会话2的用户平面将在SgNB中作为SCG承载处理，而PDU会话1的用户平面将在MgNB作为MCG承载。作为双连接设置的一部分，可以从 MgNB到SgNB开始数据转发以获得PDU会话2的数据。
如果不能按照CN的请求在RAN中建立双连接，则从RAN通过AMF向两个PDU会话发送适当的指示到适当的SMF。SMF可以决定是否释放给定的PDU会话。
4.PDU会话2的用户平面路径从MgNB切换到SgNB。结果，PDU会话1和PDU会话2的用户平面现在在RAN和CN中都采用独立路径。
以太网PDU会话的动态方法如图7所示。
步骤1-3如上所述用于静态方法。
4.路径切换与PDU会话2的锚更改结合执行。
1.3对现有节点和功能的影响
SMF影响：
-基于RSN的UE指示或基于DNN或S-NSSAI以及相应的网络配置，确定是否要冗余地处 理PDU会话。
-根据MgNB的标识选择UPF，以及它是第一个和第二个PDU会话。
-不仅报告MAC地址，还报告UE从SMF到PCF使用的VLAN ID；UPF影响：
-在配置的情况下支持VLAN ID和MAC地址学习，并使用VLAN ID和MAC地址的组合来 确定用于以太网帧的下行链路切换的目标PDU会话，用于将多个PDU会话连接到相同DNN的 配置(例如，超过一个UE)对应于相同的N6接口
-不仅报告MAC地址，还报告UE在UL帧到SMF中使用的VLAN ID。
PCF/BSF影响：
-支持基于MAC地址和VLAN ID的会话绑定。
RAN影响：
-当为一对PDU会话指示需要冗余用户平面时，尝试建立和维持双连接。
-以这样的方式建立双连接：MgNB和SgNB都具有用于处理两个独立用户平面路径的独 立PDCP实体。
AMF影响：
-转发RAN和SMF之间的相关指示。
UE影响：
-根据设备配置，触发冗余PDU会话的设置，RSN或DNN/S-NSSAI设置指示需要冗余处 理。
-用于处理具有相应配置机制的复制冗余路径的上层解决方案都在3GPP范围之外。另 外，可以应用UE配置
机制来触发重复PDU会话的建立。
1.4解决方案评估
-该解决方案可以通过包括RAN和CN的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径。
-该解决方案在UE和DN之间的上层使用IEEE FRER。
-该解决方案不会影响应用流程本身，因为复制可以通过诸如IEEE TSN FRER之类的网 络协议来执行，该协议在中间以太网交换机或端主机的以太网层上运行。其他复制协议也适 用，例如DetNet或专有协议。
-该解决方案可与端到端冗余解决方案集成。
-该解决方案可提供与当今固定工业部署通常应用的相同级别的冗余。
-该解决方案需要现有的双连接功能。
-通过重用现有的DC原理，可以很容易地在网络和终端中部署。
-该解决方案通过CN触发器扩展双连接，以基于每个会话请求双连接设置。
-该解决方案在终端中使用单个UE，因此它不提供冗余UE。
2、每个设备有多个UE用于用户平面冗余
2.1描述
该解决方案将使终端设备能够在5G网络上建立多个冗余PDU会话，以便网络将尝试在可 能的情况下使多个冗余PDU会话的路径独立。如何利用多条路径进行端到端的冗余流量传输 超出了这个特定的3GPP解决方案的范围。可以依赖于诸如IEEE TSN(时间敏感网络)之类的 上层协议来管理多个路径上的冗余分组/帧的复制和消除，所述多个路径可以跨越3GPP分段以 及可能跨越固定网络分段。
针对终端设备配备有两个UE的情况，图9示出了该解决方案。第一PDU会话从UE1经由 gNB1跨越到UPF1，而第二PDU会话从UE2经由gNB2跨越到UPF2。基于这两个独立的PDU会话，建立了两条独立的路径，甚至可以跨越3GPP网络。在下图所示的示例中，本发明在设备中的主机A和主机B之间设置了两条路径，其中包含一些(可选的)固定中间节点。冗余处理功能，驻留在主机A和主机B中的RHF实体(在3GPP范围之外)利用独立路径。上面提到的IEEETSN FRER是RHF的示例。对于设备内的主机A，两个UE提供不同的网络接口，使主机冗余连接。
请注意，在网络方面，其他解决方案也是可能的，其中冗余仅跨越中间节点而不跨越终 端主机。
该解决方案利用多个UE集成到设备中，并假设RAN部署，其中通常可获得多个gNB的冗 余覆盖。从UE建立多个PDU会话，其使用独立的RAN(gNB)和CN(UPF)实体。图9说明 了解决方案的体系结构视图。UE1和UE2分别连接到gNB1和gNB2，UE1通过gNB1到UPF1建 立PDU会话，UE2通过gNB2到UPF2建立PDU会话。UPF1和UPF2连接到相同的数据网络 (DN)，即使通过UPF1和UPF2的流量可能通过DN内的不同用户平面节点进行路由。UPF1 和UPF2分别由SMF1和SMF2控制。
该解决方案有许多适用的假设。
该解决方案使用单独的gNB来实现3GPP系统上的用户平面冗余。然而，运营商部署和配 置是否可以使用和使用单独的gNB。如果单独的gNB不可用于设备，则仍可应用该解决方案 以在网络的其余部分以及使用多个UE的设备与gNB之间提供用户平面冗余。
-终端设备集成了多个UE，这些UE可以独立地连接到不同的gNB。
-RAN覆盖在目标区域中是多余的：可以从同一位置连接到多个gNB。为了确保两个UE 连接到不同的gNB，gNB需要操作使得gNB的选择可以彼此不同(例如，以不同频率操作的gNB等)。
-核心网络UPF部署与RAN部署一致，并支持冗余用户平面路径。
-底层传输拓扑与RAN和UPF部署保持一致，并支持冗余用户平面路径。
-物理网络拓扑和功能的地理分布还支持冗余用户平面路径到运营商认为必要的程度。
-冗余用户平面路径的操作在运营商认为必要的范围内(例如，独立的电源)充分独立。
该解决方案包括以下主要组件。
-gNB选择：通过为UE以及gNB的小区定义UE可靠性组(RG)来实现对同一设备中的UE 的不同gNB的选择。
通过将网络中的设备中的UE和网络中的gNB的小区分组为多于一个可靠性组并且优选 地选择与UE相同的可靠性组中的小区，确保可以为同一设备中的UE分配不同的gNB以用于冗 余。如图9所示，其中UE1和gNB1的小区属于可靠性组A，UE2和gNB2的小区属于可靠性组B。
为了确定UE的可靠性分组，可以使用以下方法之一或它们的组合：
-它可以明确地配置给UE，并使用现有参数(例如，请求的NSSAI中SST是URLLC的S-NSSAI)或新参数在注册请求消息中发送到网络。
-它可能是订阅的一部分。
-它还可以基于运营商配置从其他系统参数(例如，SUPI，PEI，S-NSSAI，RFSP)导出。
当建立RAN上下文时，每个UE的可靠性组从AMF发送到RAN，并且作为RAN上下文的一部分被维护，因此每个gNB具有关于所连接的UE的可靠性组的知识。
注2：将发送到RAN的UE RG参数定义为新参数还是编码到已经存在的RFSP参数中，可 以确定为阶段3工作的一部分。
RAN(gNB的小区)实体的可靠性组由RAN中的O&M系统预先配置。当建立Xn连接时，gNB可以学习可靠性组相邻小区。
在连接模式移动性的情况下，服务gNB对属于与UE不同的可靠性组的候选目标小区进行 向下优先级排序。因此，通常UE仅被切换到相同可靠性组中的小区。如果相同可靠性组中的 小区不可用(UE在其自身可靠性组的小区的覆盖范围之外或者链路质量低于给定阈值)，则UE也可以切换到另一可靠性组中的小区。
在UE连接到错误可靠性组中的小区的情况下，每当这样的合适小区可用时，gNB就启动 到适当可靠性组中的小区的切换。
如果在特定位置处可获得冗余RAN覆盖，则属于相同终端设备的UE将使用上述连接模式 移动性方案基于可靠性组分类连接到不同gNB。
如果与UE不在相同可靠性组中的小区可用，则UE可以连接到另一RG中的小区。
-为设备内的各个UE选择不同的UPF。可以使用现有机制来为两个UE选择不同的UPF。 该选择可以基于UE配置或不同DNN的网络配置，或者基于两个UE的不同切片。可选地，还 可以使用上述UE的RG作为UPF选择的输入。
-该解决方案还可以为设备内的各个UE应用不同的控制平面实体，即使这是可选的并且 对于密钥问题不是必需的。这可以通过使用：
-为设备内的各个UE选择不同的SMF的不同(可能是装饰的)DNN，
-或者基于UE配置或网络订阅为设备内的各个UE应用不同的片，以选择不同的AMF和/ 或SMF，
-或者为设备内的各个UE选择不同的PLMN(在单个运营商内)。由于运营商分配新PLMN号码的可能性有限，因此这种情况在实践中可能难以应用。如果运营商部署具有多个PLMN号码的网络，则由当前PLMN选择机制来管理这种部署中的UE移动性和协调的PLMN 选择。该解决方案没有引入处理此类部署的新机制。当前描述的解决方案基于属于单个PLMN的两个UE的两个PDU会话和运营商的网络配置，确保两个UE在网络中选择两个不同的实体。
-使UE能够在不同的PDU会话中向同一DNN发送和接收具有相同MAC地址但不同VLAN ID的帧，例如，允许冗余处理功能，如IEEE 802.1CB(FRER)，以通过手段确保单独 的路径IEEE 802.1Q适用以下内容：
-在相同DNN(例如，对于多于一个UE)的多个PDU会话对应于相同N6接口的配置中，充当PDU会话锚(PSA)的UPF学习UE在UL方向上使用的MAC地址和VLAN ID(S-时间提前 量GVID字段和/或C-时间提前量G VID字段，具体取决于帧中存在的标签)，并使用VLAN ID 和MAC地址的组合来实现确定以太网帧下行切换的目标PDU会话；
-从UPF到SMF和SMF到PCF/BSF的MAC地址报告机制得到增强，还可以报告UE使用的VLAN ID，以支持在使用IEEE 802.1Q标记的以太网帧存在时的会话绑定；
-属于同一终端设备的UE使用上述机制请求建立使用独立RAN和CN网络资源的PDU会 话。
-UPF选择的适当运营商配置可以确保UE1和UE2的PDU会话的路径是独立的。
关于多个UE的移动性处理，解决方案#14到密钥问题#2中定义的解决方案实现了UE的 切换的协调，从而可以避免切换期间的分组丢失。
关于移动性处理，重要的是将移动性发生在未改变的PSA(PDU会话锚)之下，或者移 动性是否也涉及PSA的改变。
·移动性低于未变更的PSA。这得到了解决方案的支持；PSA下方的移动性隐藏在处理多 个端到端路径的外部机制之外。请注意，切换可能会导致端到端延迟的变化。
·涉及改变PSA的移动性。这是SSC模式2或SSC模式3过程的情况，或者以太网PDU会话 的PSA更改。PSA的变化是可能的，但本发明注意到设置冗余路径的外部机制，例如附件A中 描述的IEEE TSN FRER，也需要支持PSA的变更。根据当前的IEEE TSN FRER规范，只要确 保沿新路径的必要配置(例如VLAN配置和资源预留)，就可以支持PSA更改。
2.2流程
-UE可以可选地在注册请求消息中提供其UE RG(可靠性组)，使用新定义的参数，或 者使用诸如请求的NSSAI的S-NSSAI的现有参数。
-UE RG也可以是订阅的一部分。
-基于上述信息和可能的本地配置的组合，AMF确定UE RG并将其存储在UE上下文中。
-当UE转换到连接状态时，UE RG被发送到RAN并且将被维护在UE的RAN上下文中。
RAN具有自己的RAN RG参数，基于每个小区配置到gNB中。gNB可以预先配置有相邻小 区的RAN RG参数，或者可以获知该信息。
RAN连接模式移动性处理扩展如下。
-RAN节点将UE的切换目标向下优先级化为其RG与UE RG不同的小区。
-在UE连接到错误可靠性组中的小区(即，UE RG不同于RAN RG)的情况下，当合适的gNB可用作切换目标时，gNB发起到适当的可靠性组的切换。
在空闲UE的情况下，可以使用现有的小区(重新)选择优先级机制，使用专用信令的先 验UE配置(在从连接到空闲模式的转换期间的RRCConnectionRelease消息中)以配置UE重新 选择适当可靠性组的小区，用于在小区可靠性组使用不同频率组的部署中驻留。
使用现有机制为两个UE选择不同的UPF。该选择可以基于UE配置或不同DNN的网络配 置，或者基于两个UE的不同切片。可选地，还可以使用UE的RG作为UPF选择的输入。
可以在有或没有对信令消息的标准改变的情况下实现该解决方案。
-随着标准的变化，使用新的参数。以下内容添加到现有信令消息中。
-将新参数UE RG添加到注册请求消息以指示UE配置的可靠性组。
-UE RG也可以是订阅的一部分。
-当PDU会话建立时，由AMF从UE指示以及可能的其他信息(例如订阅或本地配置)确 定的UE RG在AMsmf_PDUSession_Create_SMContext请求中从AMF传送到SMF，以便SMF可以考虑该信息用于UPF选择。
-当在转换到连接模式期间建立RAN上下文时，由AMF确定的UE RG被发送到RAN节点。
-没有标准更改，使用现有参数。
-UE的RG根据S-NSSAI设置，例如由SD部分决定，其从UE传送到AMF，并且用于SMF选择，并且还从AMF传送到SMF并且用于UPF选择。
-UE的允许NSSAI用作输入以选择UE的RFSP索引值。RAN节点将RFSP用于RRM目的，并且可以基于本地配
置基于PDU会话的允许NSSAI和/或S-NSSAI中的S-NSSAI来确定UE的RG。
避免标准更改的好处是更容易部署。添加标准更改的好处是更容易网络操作(因为本发 明不会使具有多个含义的单个参数过载，产生配置负担)和更好的可伸缩性(因为具有多个 含义的单个参数可能需要更多值来解释)。
2.3对现有节点和功能的影响
SMF影响：
-基于UE和网络信息的组合确定要冗余处理的PDU会话。
-选择UPF以实现用户平面冗余。
-不仅报告MAC地址，还报告UE从SMF到PCF使用的VLAN ID；
UPF影响：
-在配置的情况下支持VLAN ID和MAC地址学习，并使用VLAN ID和MAC地址的组合来 确定用于以太网帧的下行链路切换的目标PDU会话，用于将多个PDU会话连接到相同DNN的 配置(例如，超过一个UE)对应于相同的N6接口。
-不仅报告MAC地址，还报告UE在UL帧到SMF中使用的VLAN ID。
PCF/BSF影响：
-支持基于MAC地址和VLAN ID的会话绑定。
RAN影响：
-每个单元级别的RAN RG的O&M配置。
-当这样的合适的目标小区可用时，优先化UE切换到RAN RG与UE RG一致的小区。
AMF影响：
-如果定义了新参数，则在RAN和SMF之间转发相关指示。
-基于UE指示，订阅信息或基于其他信息单元的本地配置中的一个或多个，确定要发送 到RAN的UE RG(使用新的或现有的参数)。
UE影响：
-每台设备支持多个UE。
-UE RG的可选配置，用于设备中的UE。
-用于处理具有相应配置机制的多个路径的上层解决方案都在3GPP范围之外。另外，可 以应用UE配置机制来设置UE标识并触发冗余PDU会话的建立。
2.4解决方案评估
-该解决方案可以通过包括RAN和CN的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径。
-解决方案取决于UE和DN之间的上层的IEEE FRER。
-该解决方案可提供与当今固定工业部署通常应用的相同级别的冗余。
-如果运营商需要，该解决方案也可用于冗余控制平面处理。
-该解决方案在终端中使用多个UE，因此它还提供冗余UE。
-该解决方案要求设备制造商集成多个UE。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件 部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例 如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可 以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或 DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号 载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路 或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设 备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也 可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任 何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种支持5G系统的冗余传输方法，其特征在于，所述支持5G系统的冗余传输方法包括：
通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径；
与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行部署；
根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
2.如权利要求1所述支持5G系统的冗余传输方法，其特征在于，所述支持5G系统的冗余传输方法包括：冗余分组通过两个独立的N3接口和两个RAN节点在UPF和UE之间传输，M-RAN即主RAN节点，SMF或UPF在通道信息中提供不同的路由信息，并且将根据网络部署配置将提供的不同的路由信息映射到不相交的传输层路径，进行UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个NG-RAN节点的冗余传输。
3.如权利要求1所述支持5G系统的冗余传输方法，其特征在于，所述支持5G系统的冗余传输方法，还包括：
3GPP网络提供来自设备的两条路径：第一PDU会话从UE经由gNB1跨越到充当PDU会话锚的UPF1，第二PDU会话从UE经由gNB2跨越到充当PDU会话锚的UPF2；基于这两个独立的PDU会话，建立两条独立的路径，甚至可以跨越3GPP网络；在设备中的主机A和主机B之间设置了两条路径，其中包含可选的固定中间节点；冗余处理功能，驻留在主机A和主机B中的RHF实体利用独立路径；对于设备内的主机A，两个PDU会话显示为不同的网络接口，使主机成为多宿主；
所述支持5G系统的冗余传输方法基于LTE和NR均支持的双连接功能，单个UE具有与主gNB，即MgNB和辅助gNB，即SgNB的用户平面连接；RAN控制平面和N1通过MgNB处理；MgNB通过Xn接口控制SgNB的选择和双连接功能的设置；UE建立两个PDU会话，一个通过MgNB到UPF1充当PDU会话锚，另一个通过SgNB到UPF2充当PDU会话锚；UPF1和UPF2连接到相同的数据网络DN，即使通过UPF1和UPF2的流量可能通过DN内的不同用户平面节点进行路由；UPF1和UPF2分别由SMF1和SMF2控制，其中SMF1和SMF2可以重合，这取决于SMF选择的操作者配置。
4.如权利要求1所述支持5G系统的冗余传输方法，其特征在于，所述支持5G系统的冗余传输方法，还包括：
(一)静态方法：适用于IP和以太网PDU会话，包括：
(1)UPF选择基于现有机制，具有在SMF中已知的扩展，基于RSN的UE指示或基于DNN或S-NSSAI的网络配置，UE是否正在建立第一或第二PDU会话；该信息可以用作UPF选择的输入；
(2)当PDU会话建立时，明确地请求RAN使用双连接处理MgNB处的第一PDU会话和SgNB处的第二PDU会话；
(3)最初两个PDU会话使用相同的MgNB，但是一旦在RAN中建立双连接，第二PDU会话的用户平面连接就被移动到SgNB，并且用户平面通道被切换到经由SgNB；
(二)动态方法：适用于以太网PDU会话，用于第一PDU会话的UPF选择和用于第二PDU会话的初始UPF选择基于针对静态方法所描述的现有机制，当建立双连接并且在RAN中为第二PDU会话添加SgNB时，包括：
(1)UE请求建立第一和第二PDU会话；UE还在PDU会话建立请求消息中指示RSN；或者，UE针对PDU会话使用不同的DNN和/或S-NSSAI，使得SMF可以在考虑运营商配置的情况下确定是否建立了第一或第二PDU会话；
(2)SMF确定PDU会话建立用于冗余PDU会话，该确定可以基于来自UE的RSN指示，或者它可以基于考虑DNN或S-NSSAI的网络配置；
(3)UPF选择可以考虑MgNB的身份以及关于是否针对给定UE建立第一或第二PDU会话以用于冗余的信息；UPF选择的适当运营商配置可以确保为第一和第二PDU会话选择的UPF不同，并且选择它们靠近MgNB；运营商配置还要考虑传输网络中路径的独立性；
(4)在建立PDU会话时，尚未在RAN中设置这些PDU会话的双连接处理；当最初建立两个冗余PDU会话时，两个PDU会话都通过MgNB进行；当可以建立RAN中的双连接处理时，第二PDU会话将被切换到SgNB；
(5)使UE能够在不同的PDU会话中向同一DNN发送和接收具有相同MAC地址但不同VLANID的帧，通过手段确保单独的路径IEEE 802.1Q适用以下内容：
在对同一DNN的多个PDU会话对应于相同N6接口的配置中，充当PDU会话锚PSA的UPF学习UE在UL方向上使用的MAC地址和VLAN ID，并使用VLAN ID和MAC地址的组合来确定目标用于以太网帧的下行链路交换的PDU会话；
从UPF到SMF和SMF到PCF/BSF的MAC地址报告机制得到增强，还可以报告UE使用的VLANID，以支持在使用IEEE 802.1Q标记的以太网帧存在时的会话绑定；
SMF通知MgNB需要使用RSN冗余处理的两个PDU会话；SMF基于UE指示或基于考虑运营商配置的DNN/S-NSSAI设置来确定RSN；then，SMF在用户平面建立时通过AMF向RAN提供RSN以用于PDU会话；RSN＝1表示请求给定会话由MgNB处理；RSN＝2表示请求由SgNB处理给定会话；当存在至少一个RSN＝1的会话且至少一个RSN＝2的会话向RAN指示CN正在请求建立与MgNB和RSN＝2会话处理的RSN＝1会话的双连接时(s)由SgNB处理；基于RSN指示，MgNB以这样的方式建立双连接：MgNB和SgNB都具有用于处理两个独立用户平面路径的独立PDCP实体，分别用于MgNB和SgNB的MCG承载和SCG承载的建立；第二PDU会话的用户平面切换到SgNB，并且以这种方式，RAN节点和UPF对于两个冗余PDU会话可以是不同的；
在以太网PDU会话的情况下，SMF有可能改变UPF充当PSA并且在SgNB被修改或添加的情况下基于第二PDU会话的SgNB的标识选择新的UPF；在PDU会话保持建立的同时释放；这使得可以为第二PDU会话动态地选择靠近SgNB的UPF，并且以这种方式进一步优化第二PDU会话UPF选择；
SMF将RSN作为会话参数的一部分发送到PCF；这允许PCF为两个冗余PDU会话配置不同的策略或计费规则；
移动性低于未变更的PSA；PSA下方的移动性隐藏在处理多个端到端路径的外部机制之外；切换可能会引入中断；在改变SgNB但是MgNB保持不变的情况下，通过MgNB的路径保持不间断；切换也可能导致端到端延迟的改变；
涉及改变PSA的移动性；这是SSC模式2或SSC模式3过程的情况，或者以太网PDU会话的PSA更改；根据当前的IEEE TSN FRER规范，只要确保沿新路径的必要配置，就可以支持PSA更改。
5.如权利要求1所述支持5G系统的冗余传输方法，其特征在于，所述支持5G系统的冗余传输方法，还包括：
(1)在PDU会话建立过程中激活冗余传输
将在PDU会话建立过程或PDU会话修改过程期间建立冗余传输；
由NG-RAN提供的AN通道信息包括AN通道信息1和AN通道信息2.每个AN通道信息包括每个所涉及的NG-RAN节点的通道端点，以及分配给每个通道端点的QFI；M-RAN节点将适当的CN通道信息分配给每个NG-RAN节点；
SMF向UPF提供AN通道信息1和AN通道信息2以及相应的转发规则；转发规则指示UPF复制下行链路分组并通过DL N3接口之一将每个复制分别发送到NG-RAN，并消除从两个ULN3接口接收的重复上行链路分组；
在PDU会话建立过程期间，如果N2-PDU会话请求消息包含一个CN通道信息，基于无线资源，无线条件或本地策略，如果NG-RAN可以确定向SMF发送N2 PDU会话失败响应通过AMF，原因表明冗余传输建立；SMF可以利用两个CN通道信息发起冗余传输，或者SMF可以向PCF报告订阅事件，由PCF决定是否需要激活冗余传输；
(2)在PDU会话修改过程中激活冗余传输
PDU会话修改过程由UE或SMF触发，以为URLLC服务添加QoS流；
SMF利用UPF发起N4会话修改过程，并且可以由SMF或UPF分配用于冗余传输的新CN通道；
RRC连接重新配置发生在UE建立与PDU会话请求的QoS规则相关的必要NG-RAN资源的情况下，执行辅助NG-RAN节点添加过程；
用于冗余传输的AN通道信息由NG-RAN提供；AN通道信息包括用于冗余传输的NG-RAN节点的通道端点，以及分配给通道端点的QFI；
SMF向UPF提供AN通道信息以及相应的转发规则；转发规则指示UPF复制下行链路分组并通过DLN3接口之一将每个复制分别发送到NG-RAN，并消除从两个ULN3接口接收的重复上行链路分组；
(3)切换流程
当使用冗余传输时，UE可以同时连接到两个NG-RAN节点；M-RAN节点或S-RAN节点可以一次执行切换；
在S-RAN节点切换的情况下，M-RAN节点将发起辅助节点改变过程；在切换过程期间，UE和UPF之间通过M-RAN节点的传输不会受到影响；
在M-RAN节点切换的情况下，应用没有辅助节点改变过程的主节点切换；在切换过程期间，UE和UPF之间通过S-RAN节点的传输不会受到影响。
6.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径；
与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行部署；
根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
通过包括RAN即无线接入网络和CN即核心网的3GPP系统提供不相交的冗余用户平面路径；
与端到端冗余解决方案集成，同时通过重用现有的D原理，在网络和终端中进行部署；
根据QoS即服务质量要求按需激活冗余传输。
8.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求1-5任意一项所述的支持5G系统的冗余传输方法。
9.一种实施如权利要求1-5任意一项所述支持5G系统的冗余传输方法的支持5G系统的冗余传输系统，其特征在于，所述支持5G系统的冗余传输系统包括：
冗余分组模块，用于通过两个独立的N3接口和两个RAN节点在UPF和UE之间传输；
路由信息匹配模块，用于SMF或UPF在通道信息中提供不同的路由信息，并且将根据网络部署配置将提供的路由信息映射到不相交的传输层路径；
冗余传输模块，用于进行UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3接口的冗余传输、UPF与两个NG-RAN节点之间有两条N3和N9接口的冗余传输以及HR漫游场景中一个NG-RAN节点的冗余传输；
所述支持5G系统的冗余传输系统还包括：终端设备和复制器；
所述终端设备集成多个用于独立地连接到不同的gNB的UE；
所述复制器用于3GPP系统明确复制分组的两个或更多个流属于一组，同时用于引导较低层。
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