CN114980197A - 一种网络切片拥塞控制方法与流程 - Google Patents

一种网络切片拥塞控制方法与流程 Download PDF

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袁建涛
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Abstract

本发明涉及一种网络切片拥塞控制方法与流程，包括：用户设备UE发送注册请求；AMF网元或SMF网元接收网络切片的网络拥塞信息；AMF网元或SMF网元获取回退计时器值；AMF网元或SMF网元向UE下发携带有回退计时器的拒绝注册信令。本发明的有益效果是：本发明中的AMF网元或SMF网元根据网络拥塞信息及用户业务属性，通过动态计算、优化用户的回退计时器值适配用户的业务属性，既实现对网络切片拥塞情况的控制，又满足不同优先级的用户或业务的服务质量需求，提升用户的体验，保证通信系统的整体性能。

Description

一种网络切片拥塞控制方法与流程
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更确切地说，它涉及一种网络切片拥塞控制方法与流程。
背景技术
随着5G和云时代多样化新业务的涌现，不同的行业、业务或用户具有不同的特点和服务质量需求。由于这些设备分属不同的工业领域，它们对于网络的移动性、安全性、时延、可靠性，甚至是计费方式有了更高的要求。因此，需要5G网络具备快速接入、确定性时延、极高可靠性等能力。面对上述需求，5G网络切片技术应运而生。
网络切片可以根据每个客户的要求进行区别对待。通过网络切片，运营商能够在一个通用的物理网络上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络，来满足不同客户对网络那里的差异化要求。通过切片的形式，将流量差异化处理，以及可以将资源进行隔离，然后移动网络运营商可以将客户视为属于不同租户类型的客户，每种客户具有不同的服务要求，根据这些要求和服务水平协议(Service Level Agreement，SLA)，移动网络运营商可以决定每个租户使用哪种切片类型进行管理和订阅，为移动网络运营商带来更大的价值回报。
由于划分后每个网络切片的负荷容量是有限的，当大量用户/业务同时接入同一个网络切片时，网络切片可能出现拥塞。针对这些拥塞的网络切片，接入与移动性管理功能(Access and Mobility Management Function，AMF)或会话管理功能(SessionManagement Function，SMF)如果收到用户设备(User Equipment，UE)发送的会话管理信令，可以拒绝或延缓这些用户设备发起接入请求。
为防止UE不断重复发起接入请求信令而造成的网络切片进一步拥塞，AMF或SMF在拒绝信令的同时，可向UE提供回退计时器(Back-off Timer)。UE将Back-off Timer与数据包单元(Packet Data Unit，PDU)会话建立过程中携带的单一网络切片选择辅助信息(Single-Network Slice Selection Assistance Information，S-NSSAI)进行关联。如果UE在PDU会话建立过程中没有提供S-NSSAI或该PDU会话是从4G网络转移来的，则UE将Back-off Timer关联到no S-NSSAI。在Back-off Timer超时之前，UE不可重复发起针对该S-NSSAI或no S-NSSAI的会话建立、会话修改信令。
现有方案中AMF或SMF在对UE下发的拒绝信令中携带的回退计时器(Back-offTimer)值是固定设置的，没有考虑用户业务的时延需求及容忍时延。该方案对服务质量需求相似的用户而言是适用的。但对于差异化服务质量的用户而言不再适用。比如，对于时延敏感的用户而言，如果业务时延要求较低，而配置的Back-off Timer较大，那么即使该UE接入到网络切片后，其服务体验会较差，用户的满意度低。因此，现有处理网络切片拥塞控制的方法不适用于高优先级UE、紧急业务及UE更新移动数据开关状态的信令。所以需要根据用户业务的时延需求动态定制化的调整针对每个用户的业务特性设置Back-off Timer，以保证用户的服务质量(Quality of Service，QoS)。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种网络切片拥塞控制方法与流程；
第一方面，提供了一种网络切片拥塞控制方法与流程，包括：
S1、用户设备UE向网络中的接入与移动性管理功能AMF网元或会话管理功能SMF网元发送注册请求；
S2、AMF网元或SMF网元接收网络切片的网络拥塞信息以及UE业务时延信息，并根据所述网络拥塞信息判断是否在所述网络切片内产生了网络拥塞；所述网络拥塞信息包括所述网络切片内可以使用的资源总数、用户或业务请求的资源总数；
S3、在所述网络切片内产生了网络拥塞时，AMF网元或SMF网元根据所述UE业务时延信息计算用户接入注册时延，并根据所述用户接入注册时延，得到用户的回退计时器值；
S4、AMF网元或SMF网元向UE下发拒绝注册信令，所述拒绝注册信令携带有回退计时器。
作为优选，S1包括：
S101、UE获得配置的网络切片选择辅助信息NSSAI；
S102、UE基于配置的NSSAI决定请求的NSSAI；所述请求的NSSAI由UE的业务对应的一个或多个单个网络切片选择辅助信息S-NSSAI组成；
S103、UE将请求的NSSAI携带在注册请求中发给网络中的AMF网元或SMF网元。
作为优选，S103中，UE在没有具体业务或只需要使用默认网络切片时，所述注册请求中不携带请求的NSSAI。
作为优选，S3中，在所述网络切片内产生了网络拥塞时，AMF网元或SMF网元在计算用户接入注册时延之前，需要确定允许的NSSAI。
作为优选，S3包括：
S301、将用户i的业务最大容忍时延记为Ti，接入注册时延记为TAccess，数据传输时延记为TTrans，Ti表示为：
Ti＝TAccess，i+TTrans，i
S302、通过变换得：
TAccess，i＝Ti-TTrans，i
S303、设αi∈[0,1]为用户i的松弛因子，且回退计时器值记为TBack-off，i，TBack-off，i表示为：
TBack-off，i＝(αTAccess，i)
其中，松弛因子αi与业务类型相关。
作为优选，S3中，用户数量为多个时，AMF网元或SMF网元在计算用户接入注册时延之后，根据用户优先级和所述用户接入注册时延对一个周期内所有用户进行排序。
作为优选，S3中，在得到用户的回退计时器值之后，AMF网元或SMF网元更新S-NSSAI，并通过基站向各用户广播包含回退计时器的S-NSSAI。
作为优选，网络切片拥塞控制方法与流程还包括：
S5、UE设置计数器值为回退计时器值，等待回退计时器值变为0；
S6、UE对应的回退计时器值变为0时，UE再次向AMF网元或SMF网元发送注册请求。
第二方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面任一所述的网络切片拥塞控制方法与流程。
第三方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面任一所述的网络切片拥塞控制方法与流程。
本发明的有益效果是：本发明中的AMF网元或SMF网元根据网络拥塞信息及用户业务属性(如业务容忍时延等)，通过动态计算、优化用户的回退计时器值适配用户的业务属性，既实现对网络切片拥塞情况的控制，又满足不同优先级的用户或业务的服务质量需求，提升用户的体验，保证通信系统的整体性能。
附图说明
图1为本申请提供的一种网络切片拥塞控制方法的流程图；
图2为本申请提供的一种5G无线网络中网络注册请求的流程图；
图3为本申请提供的一种AMF网元或SMF网元更新并广播回退计时器值的流程图；
图4为本申请提供的一种S-NSSAI的结构示意图；
图5为本申请提供的一种回退计时器值的配置的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1：
一种网络切片拥塞控制方法与流程，如图1所示，包括：
S1、用户设备UE向网络中的接入与移动性管理功能AMF网元或会话管理功能SMF网元发送注册请求(Registration Request)；
S2、AMF网元或SMF网元接收网络切片的网络拥塞信息以及UE业务时延信息，并根据网络拥塞信息判断是否在网络切片内产生了网络拥塞；网络拥塞信息包括网络切片内可以使用的资源总数、用户或业务请求的资源总数；
S3、在网络切片内产生了网络拥塞时，AMF网元或SMF网元根据UE业务时延信息(如业务最大容忍时延和数据传输时延)计算用户接入注册时延，并根据用户接入注册时延，得到用户的回退计时器值；
S4、AMF网元或SMF网元向UE下发拒绝注册(Registration Reject)信令，拒绝注册信令携带有回退计时器。
需要说明的是，如图2所示，UE需要使用网络切片前，必须先向AMF网元或SMF网元发送注册请求，在获取AMF网元或SMF网元的允许后才可使用，当没有用户发生冲突或不堵塞时，AMF网元或SMF网元对UE下发接受注册信令；当发生用户冲突或堵塞时，AMF网元或SMF网元对UE下发拒绝注册信令，同时携带回退计时器，根据用户业务的时延需求动态调整针对每个用户的回退计时器，以保证用户的服务质量。
具体地，S1包括：
S101、UE获得配置的网络切片选择辅助信息(Configured NSSAI)；
其中，Configured NSSAI中的网络切片对应于UE签约的网络切片；
S102、UE基于Configured NSSAI决定请求的网络切片选择辅助信息(RequestedNSSAI)；Requested NSSAI由UE的业务对应的一个或多个S-NSSAI组成；
S103、UE将Requested NSSAI携带在注册请求中发给网络中的AMF网元或SMF网元。
S103中，UE在没有具体业务或只需要使用默认网络切片时，注册请求中可以不携带Requested NSSAI。
此外，UE获得Configured NSSAI后，当UE需要使用业务时，UE确定当前网络对应的Configured NSSAI。如果UE保存有当前网络对应的Allowed NSSAI，如UE曾注册到该网络，获得并保存收到的Allowed NSSAI,则UE从Configured NSAAI和Allowed NSSAI中选择业务对应的S-NSSAI。如果UE没有与当前网络对应的Allowed NSSAI,则只从Configured NSSAI中选择业务对应的S-NSSAI。
S2中，当AMF网元或SMF网元收到Requested NSSAI后，首先需判断网络是否拥塞，若未发生拥塞，则AMF网元或SMF网元直接接受用户的注册请求。
由于本申请是对现有处理拥塞问题技术的优化，对于网络未发生拥塞的情况此处不做过多分析，在网络切片内产生了网络拥塞时，AMF网元或SMF网元在计算用户接入注册时延之前，需要确定允许的网络切片选择辅助信息(Allowed NSSAI)。
在收到注册请求后，AMF网元或SMF网元首先对UE进行鉴权，如果通过，则从统一数据管理功能(Unified Data Management,UDM)网元获取UE的切片选择签约数据(SliceSelection Subscription Data)。切片选择签约数据包含UE签约的网络切片选择辅助信息(Subscribed NSSAI)，其中存在默认网络切片和需要进行二次授权的网络切片。AMF网元或SMF网元结合Requested NSSAI和Subscribed NSSAI可以确定Allowed NSSAI，再判断自己是否可以支持Allowed NSSAI。如果AMF网元或SMF网元无法支持这些Allowed NSSAI,AMF网元或SMF网元需要触发AMF网元重定向或SMF网元重定向来选择另一个能够支持这些Allowed NSSAI的目标AMF网元或目标SMF网元。确定目标AMF网元或目标SMF网元可以由源AMF网元或源SMF网元或网络切片选择功能(Network Slice Selection Function,NSSF)网元来完成，取决于源AMF网元或源SMF网元是否配置有确定目标AMF网元或目标SMF网元的配置信息。如果源AMF网元或源SMF网元没有配置确定目标AMF网元或目标SMF网元的信息且网络部署了NSSF网元，可由NSSF网元来完成AMF网元重定位(AMF Relocation)或SMF网元重定位(SMF Relocation)。
源AMF网元或源SMF网元将UE签约的网络切片和Requested NSSAI发送给NSSF网元。NSSF网元根据收到的信息，将Requested NSSAI中UE签约允许的网络切片作为AllowedNSSAI，不允许的切片作为Rejected NSSAI，确定可以支持Allowed NSSAI的AMF网元或SMF网元集合，再将AMF网元或SMF网元集合和Allowed NSSAI发送给源AMF网元或源SMF网元。源AMF网元或源SMF网元再从该AMF网元集合或SMF网元集合中选择一个AMF网元或SMF网元作为目标AMF网元或目标SMF网元。目标AMF网元或目标SMF网元被确定之后，源AMF网元或源SMF网元将从UE收到的注册请求消息、Allowed NSSAI、Rejected NSSAI转给目标AMF网元或目标SMF网元。
目标AMF网元或目标SMF网元再把Allowed NSSAI、Rejected NSSAI放在注册接受(Registration Accept)消息中发送给UE。针对Rejected NSSAI，AMF网元或SMF网元同时会通知UE该被拒绝的网络切片不可使用的范围。
因此，当AMF网元或SMF网元接收到携带有Allowed NSSAI的注册请求时，将会依据该UE的优先级，等待容限动态计算对应该UE的回退计时器并将含有回退计时器的拒绝注册信令发回给UE，待回退计时器时间结束后UE完成在AMF网元或SMF网元中的注册。若注册请求中不含Allowed NSSAI则直接发回拒绝注册信令于UE，以缓解网络拥塞。
此外，S3包括：
S301、将用户i的业务最大容忍时延记为Ti，接入注册时延记为TAccess，数据传输时延记为TTrans，Ti表示为：
Ti＝TAccess，i+Ttrans，i
S302、通过变换得：
TAccess，i＝Ti-Ttrans，i
S303、设αi∈[0,1]为用户i的松弛因子，且回退计时器值记为TBack-off，i，TBack-off，i表示为：
TBack-off，i＝(αTAccess，i)
其中，松弛因子αi与业务类型相关，不同类型业务有不同的优先级、容忍时限等限制因素，示例地，对时延要求越高、越敏感的业务而言，其αi越小，反之αi越大；回退计时器值TBack-off，i也可以称为拥塞等待时间。
此外，如图3所示的AMF网元或SMF网元更新并广播回退计时器的过程中，AMF网元或SMF网元首先进行初始化，收集UE业务时延信息，后根据时延信息计算每个用户的接入注册时延，接着根据用户优先级及计算出的用户接入注册时延，对一个周期内所有用户进行排序，定制化动态计算出每个用户的回退计时器，并更新S-NSSAI信息。最后通过基站广播内含回退计时器的S-NSSAI信息于各个用户。也就是说，S3中，在用户数量为多个时，AMF网元或SMF网元在计算用户接入注册时延之后，根据用户优先级和用户接入注册时延对一个周期内所有用户进行排序。在得到用户的回退计时器值之后，AMF网元或SMF网元更新S-NSSAI，并通过基站向各用户广播包含回退计时器的S-NSSAI。
又如图4所示，标准中定义的网络切片标识可以为S-NSSAI。S-NSSAI是一个端到端的标识，即UE、基站、核心网设备都可以识别的切片标识。S-NSSAI由两部分组成，即切片、服务类型(Slice/Service Type，SST)和(Slice Differentiation，SD)。参见图4，其中，SST用于区分网络切片应用的场景类型，位于S-NSSAI的高8bit。另外，SD是SST级别之下更加细致地区分不同的网络切片，位于S-NSSAI的低24bit。
考虑到网络切片的定制化特性，每个运营商都会针对与自己进行合作的应用厂商部署不同的网络切片。所以，统一全世界运营商部署的网络切片的标识是不切实际的。但是，也的确存在全世界大部分运营商都普遍支持的业务。例如，传统的数据流量业务、语音业务等。所以，SST的取值可分为标准化和非标准化取值。现有的标准化SST值有4个，分别代表eMBB、URLLC、MloT和V2X。除了V2X在R16中引入外，其他3个值都在R15标准中定义。参见图4，非标准化取值可以由运营商根据自己部署的网络切片进行定义。根据SST标准值进行配置，比如当时，SST值有四个，分别代表eMBB、URLLC、MloT、V2X，用于回退计时器的等级划分。
此外，如图5所示，UE在S4中接收拒绝注册信令后，也获取到信令中与S-NSSAI关联的回退计时器，网络切片拥塞控制方法与流程还包括：
S5、UE设置计数器值为回退计时器值，等待回退计时器值变为0；
S6、UE对应的回退计时器值变为0时，UE再次向AMF网元或SMF网元发送注册请求。

Claims (10)

1.一种网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，包括：
S1、用户设备UE向网络中的接入与移动性管理功能AMF网元或会话管理功能SMF网元发送注册请求；
S2、AMF网元或SMF网元接收网络切片的网络拥塞信息以及UE业务时延信息，并根据所述网络拥塞信息判断是否在所述网络切片内产生了网络拥塞；所述网络拥塞信息包括所述网络切片内可以使用的资源总数、用户或业务请求的资源总数；
S3、在所述网络切片内产生了网络拥塞时，AMF网元或SMF网元根据所述UE业务时延信息计算用户接入注册时延，并根据所述用户接入注册时延，得到用户的回退计时器值；
S4、AMF网元或SMF网元向UE下发拒绝注册信令，所述拒绝注册信令携带有回退计时器。
2.根据权利要求1所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，S1包括：
S101、UE获得配置的网络切片选择辅助信息NSSAI；
S102、UE基于配置的NSSAI决定请求的NSSAI；所述请求的NSSAI由UE的业务对应的一个或多个单个网络切片选择辅助信息S-NSSAI组成；
S103、UE将请求的NSSAI携带在注册请求中发给网络中的AMF网元或SMF网元。
3.根据权利要求2所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，S103中，UE在没有具体业务或只需要使用默认网络切片时，所述注册请求中不携带请求的NSSAI。
4.根据权利要求1所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，S3中，在所述网络切片内产生了网络拥塞时，AMF网元或SMF网元在计算用户接入容忍时延之前，需要确定允许的NSSAI。
5.根据权利要求4所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，S3包括：
S301、将用户i的业务最大容忍时延记为Ti，接入注册时延记为TAccess，数据传输时延记为TTrans，Ti表示为：
Ti＝TAccess，i+TTrans，i
S302、通过变换得：
TAccess，i＝Ti-TTrans，i
S303、设αi∈[0，1]为用户i的松弛因子，且回退计时器值记为TBack-off，i，TBack-off，i表示为：
TBack-off，i＝(αTAccess，i)
其中，松弛因子αi与业务类型相关。
6.根据权利要求5所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，S3中，用户数量为多个时，AMF网元或SMF网元在计算用户接入容忍时延之后，根据用户优先级和所述用户接入容忍时延对一个周期内所有用户进行排序。
7.根据权利要求6所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，S3中，在得到用户的回退计时器值之后，AMF网元或SMF网元更新S-NSSAI，并通过基站向各用户广播包含回退计时器的S-NSSAI。
8.根据权利要求1所述的网络切片拥塞控制方法与流程，其特征在于，还包括：
S5、UE设置计数器值为回退计时器值，等待回退计时器值变为0；
S6、UE对应的回退计时器值变为0时，UE再次向AMF网元或SMF网元发送注册请求。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至8任一所述的网络切片拥塞控制方法与流程。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至8任一所述的网络切片拥塞控制方法与流程。
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