CN116746132A - 修改smf的ip地址管理 - Google Patents

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CN116746132A CN202180085106.4A CN202180085106A CN116746132A CN 116746132 A CN116746132 A CN 116746132A CN 202180085106 A CN202180085106 A CN 202180085106A CN 116746132 A CN116746132 A CN 116746132A
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Abstract

一种用于获得和维护互联网协议(IP)地址池并使用IP地址池响应来自服务管理功能(SMF)的IP地址分配请求的方法包括，在使用至少一个处理器实现的IP地址提供者微服务处，从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在IP地址池中。步骤还包括维护IP地址租约。该方法还包括从SMF接收用于分配IP地址的请求。该方法还包括将来自池之一的IP地址之一分配给SMF。该方法还包括将IP地址传送到SMF。

Description

修改SMF的IP地址管理
优先权声明
本申请要求于2020年12月17日提交的美国专利申请序列No.17/125,925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5G通信网络中的网络寻址。更具体地，本文描述的主题涉及用于根据与DHCP服务器的交互创建IP地址池、自动维护用于IP地址池中的IP地址的IP地址租约、以及使用IP地址池异步服务于来自SMF的IP地址分配请求的方法、系统和计算机可读介质。
背景技术
在5G电信网络中，提供服务的网络节点被称为生产者网络功能(NF)。消费服务的网络节点被称为消费者NF。网络功能既可以是生产者NF，也可以是消费者NF，具体取决于它是在消费服务还是提供服务。
给定的生产者NF可以有许多服务端点，其中服务端点是用于由生产者NF托管的一个或多个NF实例的联系点。服务端点由互联网协议(IP)地址和端口号的组合或完全限定的域名来识别，完全限定的域名在托管生产者NF的网络节点上解析为IP地址和端口号。NF实例是提供服务的生产者NF的实例。给定的生产者NF可以包括多于一个NF实例。还应当注意的是，多个NF实例可以共享同一个服务端点。
生产者NF向网络功能储存库功能(NRF)注册。NRF维护识别由每个NF实例支持的服务的可用NF实例的服务简档。消费者NF可以订阅以接收关于已向NRF注册的生产者NF实例的信息。
除了消费者NF之外，可以订阅以接收关于NF服务实例的信息的另一种网络节点是服务通信代理(SCP)。SCP向NRF订阅并获得关于生产者NF服务实例的可达性和服务简档信息。消费者NF连接到服务通信代理，并且服务通信代理对提供所需服务的生产者NF服务实例之间的流量进行负载平衡，或者直接将流量路由到目的地生产者NF实例。
除了SCP之外，在生产者和消费者NF之间路由流量的中间代理节点或网络节点组的其它示例包括安全边缘保护代理(SEPP)、服务网关和5G服务网格中的节点。SEPP是用于保护在不同5G公共陆地移动网络(PLMN)之间交换的控制平面流量的网络节点。由此，SEPP对所有应用编程接口(API)消息执行消息过滤、监管和拓扑隐藏。
5G通信网络体系架构中存在的一个挑战是获得用于分组数据单元(PDU)会话的IP地址以及与DHCP服务器续订IP地址租约。例如，当UE请求建立PDU会话时，UE可以指示会话所要求的IPv4地址、IPv6地址或两者。UE请求IP地址分配，作为会话建立过程的一部分。5G通信网络与DHCP服务器通信，以获得用于会话的一个或多个IP地址。根据DHCP，一个或多个IP地址是根据必须续订的租约而被授予的。
这种体系架构的一个问题或挑战是，对于要求IP地址租用的每个PDU会话，该过程与SMF同步，因为SMF必须联系DHCP服务器以获得IP地址租约，维护租约定时器，并且，如果会话持续时间超过租约，那么在租约到期之前续订IP地址。SMF还负责在PDU会话结束时将IP地址释放回DHCP服务器。由于许多(如果不是全部)PDU会话可能要求这个过程，因此SMF在处理和维护IP地址租约方面的负担会导致PDU会话建立延迟。
鉴于这些和其它挑战，本文描述的主题包括用于在5G通信网络中获得和维护IP地址租约的改进方法、系统和计算机可读介质。
发明内容
一种用于获得和维护互联网协议(IP)地址池并使用IP地址池对来自服务管理功能(SMF)的IP地址分配请求进行响应的方法包括，在使用至少一个处理器实现的IP地址提供者微服务处，从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在IP地址池中。该方法还包括维护IP地址租约。该方法还包括从SMF接收用于分配IP地址的请求。该方法还包括将来自池之一的IP地址之一分配给SMF。该方法还包括将IP地址传送到SMF。
根据本文描述的主题的另一方面，从DHCP服务器获得IP地址和对应的IP地址租约包括从DHCP服务器请求分配IP地址，直到所述IP地址池中的每个IP地址池中存在初始数量的IP地址。
根据本文描述的主题的另一方面，初始数量是由网络运营商设置的静态数量。
根据本文描述的主题的另一方面，初始数量是基于来自SMF的IP地址分配请求的量而动态设置的动态数量。
根据本文描述的主题的另一方面，维护IP地址租约包括，对于每个IP地址租约：维护被配置为在用于IP地址租约的租约到期时间之前到期的租约续订定时器；检测续订定时器的到期；以及响应于租约续订定时器的到期，向DHCP服务器发送用于请求续订IP地址租约的租约请求。
根据本文描述的主题的又一方面，用于获得和维护IP地址池并使用IP地址池对来自SMF的IP地址分配请求进行响应的方法包括维护具有用于每个IP地址租约的条目的定时器队列，其中检测租约续订定时器的到期包括检测当前时间何时等于定时器队列头部处的条目的定时器值，从定时器队列的头部移除条目，并发送用于续订用于定时器队列的头部处的条目的IP地址租约的续订请求。
根据本文描述的主题的又一方面，用于获得和维护IP地址池并使用IP地址池对来自SMF的IP地址分配请求进行响应的方法包括：从DHCP服务器接收包含续订的租约到期时间的对租约续订请求的响应，并在定时器队列中与续订的租约到期时间对应的位置处创建新条目。
根据本文描述的主题的又一方面，维护IP地址租约包括相对于SMF透明地维护IP地址租约。
根据本文描述的主题的又一方面，相对于SMF透明地维护IP地址租约包括响应于IP地址提供者微服务处的租约续订定时器的到期而自动续订IP地址租约。
根据本文描述的主题的另一方面，用于获得和维护互联网协议(IP)地址池并使用IP地址池对来自SMF的IP地址分配请求进行响应的方法包括：为SMF提供应用编程接口(API)以从IP地址提供者微服务请求分配IP地址，并且其中接收用于分配IP地址的请求包括经由API接收请求。
根据本文描述的主题的又一方面，提供了一种用于获得和维护互联网协议(IP)地址池并使用IP地址池对来自服务管理功能(SMF)的IP地址分配请求进行响应的系统。该系统包括至少一个处理器和存储器。该系统还包括使用至少一个处理器实现的IP地址提供者微服务，用于从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在存储器中作为IP地址池，维护IP地址租约，从SMF接收用于分配IP地址的请求，将IP地址之一从池之一分配给SMF，以及将IP地址传送到SMF。
根据本文描述的主题的又一方面，IP地址提供者微服务被配置为通过从DHCP服务器请求IP地址的分配直到所述IP地址池中的每个IP地址池中存在初始数量的IP地址来从DHCP服务器获得IP地址和对应的IP地址租约。
根据本文描述的主题的又一方面，IP地址提供者微服务被配置为通过针对每个IP地址租约执行以下操作来维护IP地址租约：维护被配置为在用于IP地址租约的租约到期时间之前到期的租约续订定时器；检测续订定时器的到期；响应于续订定时器的到期，从IP地址提供者微服务向DHCP服务器传输用于请求续订IP地址租约的续订请求。
根据本文描述的主题的另一方面，IP地址提供者微服务被配置为维护具有用于每个IP地址租约的条目的定时器队列并通过检测当前时间何时等于定时器队列头部处的条目的定时器值来检测续订定时器的到期，其中，响应于续订定时器的到期，IP地址提供者微服务被配置为从定时器队列的头部移除该条目。
根据本文描述的主题的又一方面，IP地址提供者微服务被配置为从DHCP服务器接收包含续订的租约到期时间的对续订请求的响应，并在定时器队列中与续订的租约到期时间对应的位置处创建新条目。
根据本文描述的主题的又一方面，IP地址提供者微服务被配置为通过响应于IP地址提供者微服务处的租约续订定时器的到期而自动续订IP地址租约来相对于SMF透明地维护IP地址租约。
根据本文描述的主题的又一方面，IP地址提供者微服务被配置为提供应用编程接口(API)以供SMF从IP地址提供者微服务请求分配IP地址，并且其中接收用于分配IP地址的请求包括经由API接收请求。
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，该可执行指令在由计算机的至少一个处理器执行时控制计算机执行步骤。这些步骤是在使用至少一个处理器实现的互联网协议(IP)地址微服务处执行的。这些步骤包括从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在IP地址池中。这些步骤还包括维护IP地址租约。这些步骤还包括从服务管理功能(SMF)接收用于分配IP地址的请求。这些步骤还包括将IP地址之一从池之一分配给SMF。这些步骤还包括将IP地址传送到SMF。
本文描述的主题可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。由此，如本文使用的术语“功能”、“节点”或“模块”是指用于实现所描述的特征的硬件，其还可以包括软件和/或固件组件。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计算机可读介质来实现，所述指令在由计算机的处理器执行时，控制计算机执行步骤。适用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
现在将参考附图解释本文描述的主题，其中：
图1是图示示例性5G网络体系架构的网络图；
图2是图示与获得用于PDU会话的IP地址租约相关联的示例性消息传递的消息流图；
图3是图示在维护IP地址租约时SMF和DHCP服务器之间的示例性消息传递的网络图；
图4是图示与SMF交互并代表SMF维护IP地址租约的IP地址提供者微服务的网络图；
图5是图示可以由IP地址提供者微服务维护的示例性IP地址池结构的框图；
图6是图示用于IP地址租约续订的定时器队列的框图；
图7是图示在网络节点之间交换的示例性消息的消息流图，所述网络节点包括用于获得和维护IP地址租约的IP地址提供者微服务；
图8是图示用于IP地址提供者微服务的示例性初始化算法的流程图；
图9是图示用于IP地址提供者微服务的示例性IP地址分配/释放算法的流程图；以及
图10是图示用于使用IP地址提供者微服务获得和利用IP地址池以对来自SMF的分配请求进行响应的示例性总体过程的流程图。
具体实施方式
本文描述的主题涉及用于从DHCP服务器创建IP地址池并异步服务于来自5G SMF的IP地址分配请求的方法、系统和计算机可读介质。来自5G SMF的IP地址分配请求的异步服务可以由IP地址提供者微服务实现，该微服务与5G网络侧的SMF交互并与分组数据网络侧的DHCP服务器交互。在解释IP地址提供者微服务之前，先详细解释IP地址提供者微服务与之交互的5G网络体系架构。
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NRF 100和SCP 101，它们可以位于同一个归属公共陆地移动网络(HPLMN)中。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或SCP订阅和被通知新的/更新后的生产者NF实例的注册。SCP 101还可以支持服务发现和生产者NF实例的选择。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。
NRF 100是生产者NF实例的NF或服务简档的储存库。为了与生产者NF实例通信，消费者NF或SCP必须从NRF 100获得生产者NF实例或NF或服务简档。NF或服务简档是第三代合作伙伴计划(3GPP)技术规范(TS)29.510中定义的JavaScript对象表示法(JSON)数据结构。NF或服务简档定义包括完全限定域名(FQDN)、互联网协议(IP)版本4(IPv4)地址或IP版本6(IPv6)地址中的至少一个。在图1中，节点中的任何一个(NRF 100除外)可以是消费者NF或生产者NF，具体取决于它们是请求服务还是提供服务。在图示示例中，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(AF)106。图1中图示的节点还包括管理接入和移动性管理功能(AMF)110和PCF 102之间的会话的会话管理功能(SMF)108。AMF 110执行与4G网络中由移动性管理实体(MME)执行的移动性管理操作类似的移动性管理操作。认证服务器功能(AUSF)112为诸如用户装备(UE)114之类的寻求接入网络的用户装备(UE)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。网络公开功能(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)。NEF 118执行与4G网络中的服务能力公开功能(SCEF)类似的功能。
无线电接入网络(RAN)120经由无线链路将用户装备(UE)114连接到网络。可以使用g-Node B(gNB)(图1中未示出)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中还图示了数据网络(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。
SEPP 126过滤来自另一个PLMN的传入流量，并对离开归属PLMN的流量执行拓扑隐藏。SEPP 126可以与管理外部PLMN安全的外部PLMN中的SEPP通信。因此，不同PLMN中的NF之间的流量可能经过两个SEPP功能，一个用于归属PLMN，另一个用于外部PLMN。
如上所述，当前3GPP体系架构的一个问题是要求SMF为要求IP地址的每个PDU会话获得和维护与DHCP服务器的IP地址租约。图2图示了在5G网络元素之间执行以获得IP地址租约的示例性信令。
参考图2，在第1行中，UE 114向AMF 110发送PDU会话建立请求。在这个示例中，假设UE 114指示它需要至少一个IP地址来建立PDU会话。
在消息流图的第2行中，AMF 110响应于PDU会话建立请求而向SMF 108发送Nsmf_PDU Session_Create SM上下文请求。Nsmf_PDU Session_Create SM上下文请求包括诸如订阅永久标识符(SUPI)、数据网络名称(DNN)和其它参数之类的参数。在消息流图的第3行中，SMF 108通过向AMF 110传输Nsmf_PDU Session_Create SM上下文响应来确认接收到Nsmf_PDU Session_Create SM上下文消息。
由于UE请求了至少一个IP地址，因此在第4行中，SMF 108向DHCP服务器200发送DHCP请求，请求分配至少一个IP地址。DHCP服务器200在第5行中通过提供IP地址和该IP地址的租约时间来响应请求。
响应于接收到IP地址和租约时间，在第6行中，SMF 108起动定时器(IP租约时间-n)，其中n大于0以确保在IP租约定时器在DHCP服务器处到期之前触发续订，以便SMF 108将在租约到期之前续订租约，以防PDU会话超出租约时间。
在第7行中，UPF 122向SMF 108发送N4关联建立请求。在第8行中，SMF 108和UPF122交换N4会话建立请求和响应消息。在第9行中，SMF 108和AMF 110交换Namf_Communication_N1N2消息传输请求和响应消息。
应当注意的是，图2中所示的消息流必须由SMF 108针对为其请求了至少一个IP地址的每个PDU会话来执行。这会对SMF 108的资源造成负担并会延迟会话建立时间。此外，如果PDU会话超过当前租约到期时间，SMF 108必须续订每个租约。
图3是图示由SMF 108执行以续订租约的示例性信令的消息流图。参考图3，在第1行中，响应于从DHCP服务器接收到IP地址租约而由SMF 108起动的IP租约定时器到期。在第2行中，SMF 108向DHCP服务器200发送DHCP请求，请求延长IP地址租约。在第3行中，DHCP服务器200以指示租约已延长提供新的租约到期时间的确认进行响应。在第4行中，SMF 108为新的IP租约到期时间重新起动IP租约定时器。
图3中所示的信令消息流必须由SMF 108为在PDU会话结束之前到期的每个IP地址租约执行。随着由SMF处置的PDU会话的数量增加，SMF上的负担也增加。为了减少SMF上的处理负担，本文描述的主题包括IP地址提供者微服务，该微服务获得每个目的地网络名称(DNN)的租用的IP地址池，使租用的IP地址可供SMF用于PDU会话，并在PDU会话到期时间之前自动续订租约。
不是让SMF请求IP租约分配、维护租约并续订租约，本文描述的主题包括IP地址提供者微服务，该微服务相对于SMF自动且透明地执行这些功能。图4图示了由IP地址提供者微服务和IP地址提供者微服务执行的示例性操作。参考图4，IP地址提供者微服务400管理每个目的地网络名称(DNN)的一个或多个租用的IP地址池。对于IP版本4和IP版本6地址可以有分开的池。此外，IP地址提供者微服务400可以提供或维护每个IP地址池的已用的和预留的租用IP地址列表。IP地址提供者微服务400可以提供API以使用IP地址池为PDU会话分配和释放IP地址。IP地址提供者微服务400可以提供基于代表性状态转移(REST)的订阅机制以向SMF或PDU会话NF服务通知每个DNN的达到IP地址耗尽阈值以及通知DHCP服务器可用性。IP地址提供者微服务400可以代表SMF 108管理从DHCP服务器租用的IP地址的生命周期。维护IP地址可以包括在IP地址提供者微服务400启动或初始化时预租用预留的IP地址，在DHCP服务器处在到期之前续订租用的IP地址，用微服务管理租用的IP地址的状态。管理租用的IP地址的状态可以包括将IP地址标记为已用的或分配给SMF/PDU会话NF服务，或预留的，即未分配给SMF/PDU会话NF服务。IP地址提供者微服务400还可以维护未使用的租用的IP地址的列表。这个列表的尺寸可以基于静态或动态算法。静态算法意味着未使用或预留的IP地址的尺寸是恒定的。动态算法意味着IP地址提供者微服务400可以基于SMF或PDU会话NF服务的使用模式来改变未使用的IP地址池的尺寸。
IP地址提供者微服务400可以在包括处理器和存储器的至少一个计算平台上实现。存储器可以存储IP地址池和本文描述的其它数据结构，以及用于执行本文描述的步骤的计算机可执行指令以从DHCP服务器获得IP地址租约、维护租约以及响应于来自SMF的IP地址分配请求而将IP地址分配给SMF。IP地址提供者微服务400可以与其服务的SMF分开并且与IP地址提供者微服务400从其获得IP地址和对应租约的DHCP服务器分开。作为SMF和DHCP服务器之间的独立实体操作使IP地址提供者微服务400能够基于网络运营商要求(包括高可用性要求)进行缩放。IP地址提供者微服务400可以包括存储IP地址池的内存(in-memory)数据库。IP地址提供者微服务400可以通过去除SMF针对IP地址租用而与DHCP服务器交互的部分上的时间和处理，来显著改善PDU会话建立中的时延。
在图4中，IP地址提供者微服务400提供IP地址402作为用于SMF 108和SMF PDU会话NF服务实例1081-108n的联系地址。如上所述，在5G网络体系架构中，SMF 108是处置由UE请求的PDU会话的建立和拆除的实体。PDU会话NF服务实例1081-108n是由SMF 108创建的用于处置PDU会话的服务实例。IP地址提供者微服务400还可以包括IP地址提供者微服务实例4001-400k，其与DHCP服务器2001-200q交互以获得IP地址并为DNN1和DNN2创建IP地址池4041和4042。IP地址提供者微服务400可以将IP地址池4041-4042存储在内存数据库或高速缓存406中。
在所示示例中，每个IP地址池4041和4042包括用于IPv4和IPv6地址的分开的池。此外，每个池具有最大尺寸，它可以是静态的或动态的，这取决于是实现静态还是动态预留算法。静态预留是指每个DNN的从DHCP获得的IP地址租约数量是由网络运营商设置的一个静态数量。动态预留是指每个DNN的从DHCP获得的IP地址租约的数量是基于在定时器周期内从SMF接收到的IP地址分配请求的数量而动态调整的。
在图4中所示的示例中，在用于给定DNN的每个地址池中，IP地址提供者微服务400维护已用的IP地址与预留的IP地址的列表。已用的地址是那些已经从DHCP租用并分配给PDU会话的地址。预留的IP地址是那些已经从DHCP租用但尚未分配给PDU会话的地址。
IP地址提供者微服务400可以在SMF/PDU会话NF服务实例按比例放大或缩小、DHCP服务器按比例放大或缩小或DHCP服务器由于DNN的添加或删除而更新时，无缝地操作和/或缩放。因为IP地址提供者微服务400独立于SMF和DHCP服务器，所以IP地址提供者微服务可以按比例放大或缩小以满足网络需求。
图5更详细地说明IP地址池4041和4042的结构。在图5中，每个IP地址池4041和4042包括存储IP版本4地址的IP版本4池和包含IP版本6地址的IP版本6池。IP版本4池和IP版本6池中的每一个具有最大尺寸，这可以由网络运营商静态配置。可替代地，最大尺寸可以基于一段时间内IP地址分配请求的数量而动态变化。IP版本4池和IP版本6池中的每一个可以包括已用的IP地址的列表500和预留的IP地址的列表502。如上所述，已用的IP地址500是那些已经从DHCP服务器获得并且当前正被PDU会话使用的IP地址。预留的IP地址502是那些已经从DHCP服务器获得但还没有分配给PDU会话的IP地址。
图6是图示用于IP地址续订的定时器队列的结构的框图。更特别地，图6中的框600图示了用于在时间t从DHCP服务器续订IP租约的定时器队列。定时器队列600中的每个元素指示IP地址和IP租约续订应当发生的时间。例如，位于定时器队列600的头部的元素602指示用于DNNa的IP地址IPx应当在时间t+2续订，其中t是当前时间。用于每个元素的续订时间可以基于首次租用IP地址或上次续订租约时从DHCP服务器接收到的租约到期时间来设置。在一个示例中，续订时间可以被设置为小于租约到期时间的值，以便租约可以在它与DHCP服务器到期之前续订。
框604图示了当租约续订定时器到期时在时间t+2为DNNa续订IP地址IPx。响应于续订定时器的到期，IP地址提供者微服务400向DHCP服务器传输续订请求并从DHCP服务器接收具有新的租约到期时间续订确认，新的租约到期时间在所示示例中为t+52分钟。框606图示了定时器队列在时间t+2的状态。从框606可以看出，用于IPx的新租约被放置在队列中根据其续订时间的位置，在所示示例中该时间是t+52。在时间t+2，定时器队列的头部处的元素指示用于DNNc的IP地址IPx的续订时间是t+3。
定时器队列包括租用的IP地址、DHCP服务器和租约时间到期时间戳的列表。这些元素可以被存储为元组，并且队列可以基于从DHCP服务器接收的租约时间到期时间戳进行排序。定时器队列可以由单个或多个定时器线程处理。一个或多个线程可以在每个时间单元检查队列前部的元素的时间戳是否已经到期。如果当前时间戳已到期，那么发送DHCP续订请求。从DHCP服务器接收的新时间戳使得在队列的尾部插入新元素，方框608所示。
IP地址提供者微服务400可以向SMF或SMF中的PDU会话NF服务实例公开API。这些API包括分配IP(DNN和IP地址类型(IPv4或IPv6))、释放IP和订阅通知。因此，不是要求SMF为每个PDU会话维护用于IP地址的租约到期定时器，而是要求所有SMF做的只是从IP地址提供者微服务400请求IP地址，订阅与IP地址相关的通知，以及通知IP地址提供者微服务400何时PDU会话终止。IP地址提供者微服务400代表SMF透明地维护IP地址租约，向SMF发送任何请求的通知，以及如果SMF向IP地址提供者微服务400通知使用IP地址的PDU被释放，那么将该IP地址从已用池移至预留池。
图7是图示由本文描述的IP地址提供者微服务提供的SMF负担减轻的消息流图。参考图7，在第1行中，IP地址提供者微服务400从DHCP服务器200获得并维护IP地址池。下面将关于图8和9描述获得和维护IP地址池的细节。
在消息流图的第2行中，UE 114向SMF 108传输PDU会话建立请求。PDU会话建立请求包括对用于PDU会话的至少一个IP地址的请求。IP地址可以是IPv4地址、IPv6地址或两者。
在消息流图的第3行中，SMF 108向IP地址提供者微服务400发送IP地址分配请求。IP地址提供者400从它在存储器中维护的IP地址池之一获得IP地址，并在第4行中向SMF108发送IP地址分配响应消息。应当注意的是，不要求IP地址分配响应消息包括IP地址的到期时间，因为IP地址提供者微服务400代表SMF 108维护租约到期时间。在消息流图的第5行中，SMF 108向UE 114发送包括所请求的IP地址的PDU会话建立响应。
应当注意的是，不再要求SMF 108向DHCP服务器200续订IP地址租约，因为IP地址提供者微服务400自动执行这个功能。此类续订可以发生，直到会话被释放。在消息流图的第6行中，UE 114向SMF 108发送PDU会话释放消息。在第7行中，SMF 108向IP地址提供者微服务400发送IP地址释放请求消息。IP地址提供者微服务400通过将IP地址从已用池移动到预留池来释放IP地址。在第8行中，地址提供者微服务400向SMF 108发送IP地址释放确认消息。在第9行中，SMF 108向UE 114发送PDU会话释放确认消息。
图8图示了初始化IP地址提供者微服务400的过程。可以在每个DNN的基础上执行初始化过程。在图8的流程图中，N等于DNN的数量，并且i是表示正在为其执行初始化的特定DNN的索引。初始化过程也是按IP地址池类型执行的，其中类型是IPv4、IPv6以及IPv4和IPv6。为每个池供应的另一个配置变量是用于每个DNN的最大池尺寸。
参考图8中的流程图，在步骤800中，将计数器i初始化为1，以指示正在初始化第一DNN的IP地址池。在步骤802中，确定i是否小于或等于N，其中N是DNN的数量。如果i不小于或等于N，这意味着i等于N并且用于所有DNN的所有IP地址池都已经被初始化并且控制进行到步骤804，在该步骤中初始化完成。如果尚未初始化用于所有DNN的IP地址池，那么控制进行到步骤806，在该步骤中确定DNN池类型。如果池类型是IPv4，那么控制进行到步骤808，在该步骤中初始化计数器，计数器ctrV4CHUNK被设置为零，并且用于DNNi的IP地址池被设置为用于DNNi的地址池的最大尺寸。
然后控制进行到步骤810，在该步骤中将计数器ctrV4CHUNK与变量RESERVE与V4SIZE[DNNi]之间的差进行比较。如果计数器ctrV4CHUNK小于该差值，那么控制进行到步骤812，在该步骤中使用DHCP请求和响应从DHCP服务器租用IPv4地址并且递增计数器ctrV4CHUNK。重复步骤810和812，直到数组V4SIZE[DNNi]中的所有数组元素都被租用的IP地址填满。然后控制前进到步骤814，在该步骤中IPv4地址池的处理与IPv6地址池的处理合并，然后进行到步骤816，在该步骤中递增变量i以选择DNN并为下一个DNN初始化IP地址池。
用于初始化和构建IP版本6地址池的过程开始于步骤818，在该步骤中初始化IPv6地址池的计数器和数组尺寸变量。控制然后进行到步骤820和824，在该步骤中IPv6地址被租用并用于填充DNN的IPv6地址池。
在步骤806处，如果池类型是IPv4和IPv6，那么控制进行到步骤824，在该步骤中IP版本6和IP版本4数组的计数器被初始化为0，IP版本4和IP版本6地址池数组都被初始化为最大尺寸。然后控制进行到步骤826，在该步骤中并行执行填充IP版本4和IP版本6地址池的并行处理。在针对所有DNN完成图8中的过程之后，所有IP地址池应当被租用的IP地址填充。
IP地址提供者微服务400还执行将租用的IP地址分配给SMF的步骤。这个过程在图9中示出。参考图9，当IP地址提供者微服务400从SMF或PDU NF会话NF服务实例接收到分配或释放IP地址的请求时，该过程开始。分配或释放根据由IP地址提供者微服务提供的API被格式化，并且包括请求类型(分配或释放)、DNN和IP地址类型。响应于该请求，在步骤900中，IP地址提供者微服务400根据IP地址类型从IP地址池之一获取IP地址。该过程步骤也将根据实现的是动态还是静态预留算法而有所不同。
在步骤902中，确定来自SMF的请求是分配还是释放。如果该请求是用于IP地址分配的请求，那么控制进行到步骤904，在该步骤中确定在预留列表中是否存在任何地址。如果预留列表中没有地址，那么控制进行到步骤906，在该步骤中请求被拒绝。如果地址存在于预留列表中，那么控制进行到步骤908，在该步骤中IP地址提供者微服务400从预留列表中选择下一个可用IP地址。
从步骤908，控制进行到步骤910，在该步骤中并行处理开始。并行处理的一个分支开始于步骤912，在该步骤中租用的IP地址从预留列表移动到已用列表以指示IP地址已被分配。如果实现动态算法，那么执行步骤914，在该步骤中IP地址提供者微服务重新计算预留列表的尺寸。如果实现静态算法，那么跳过步骤914。在步骤916中，IP地址提供者微服务从DHCP服务器将IP地址租用到预留IP地址列表中以匹配调整后的池尺寸，并将新租用的IP地址的对应条目添加到定时器队列中。
从步骤910开始的并行处理的另一个分支发生在步骤918中，在该步骤中IP地址提供者微服务响应于分配请求而将IP地址发送到SMF。在步骤920中，并行处理结束并且用于地址分配的逻辑流在步骤922中结束。
返回到步骤902，如果来自SMF的请求是释放请求，那么控制进行到步骤924，在该步骤中IP地址提供者微服务400将租用的IP地址从已用列表移动到预留列表。然后控制进行到步骤926，在该步骤中如果实现动态算法，那么IP地址提供者微服务400重新计算预留列表的尺寸。如果实现静态算法，那么省略步骤926。
在步骤928中，IP地址提供者微服务400将预留的IP地址列表中多余的IP地址释放回DHCP服务器并从定时器队列中移除对应的条目。步骤928中的多余IP地址可以是那些已经被释放并且会使得预留列表的尺寸大于其配置值的IP地址。在步骤930中，释放IP地址的过程结束。
图10是图示用于从DHCP服务器获得租用的IP地址并使用租用的IP地址对来自SMF的IP地址分配请求进行响应的示例性过程的流程图。参考图10，在步骤1000中，从DHCP服务器获得IP地址并存储在IP地址池中。例如，可以与SMF 108和DHCP服务器200分开的IP地址提供者微服务400可以从DHCP服务器200请求并获得IP地址和对应的租约，并将租用的IP地址存储在IP地址池中。
在步骤1002中，过程包括维护IP地址租约。维护IP地址租约可以由IP地址提供者微服务400执行，保持所有租约到期定时器，并且如果IP地址正在被持续时间长于租约续订定时器的PDU会话使用，那么在必要时续订租约。
在步骤1004中，过程包括从SMF接收用于分配IP地址的请求。例如，IP地址提供者微服务400可以从SMF 108接收用于分配IP地址的请求。该请求可以使用由IP地址提供者微服务400提供的API进行格式化。
在步骤1006中，过程包括将IP地址从池中分配给SMF并将IP地址传送到SMF。例如，SMF 108可以从IP地址池之一中的预留IP地址列表之一分配IP地址，并将该IP地址传送到发出请求的SMF。
因此，使用本文描述的步骤，SMF的功能得到极大的简化。此外，使用IP地址提供者微服务从DHCP服务器预租IP地址池，也可以减少PDU会话设置时间。另外，进一步降低了租约到期导致PDU会话中断的可能性。
以下每篇参考文献的公开内容均通过引用整体并入本文。
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将理解的是，当前公开的主题的各种细节可以改变，而不脱离当前公开的主题的范围。此外，前述描述仅用于说明的目的，而非用于限制的目的。

Claims (20)

1.一种用于获得和维护互联网协议(IP)地址池并使用IP地址池对来自服务管理功能(SMF)的IP地址分配请求进行响应的方法，该方法包括：
在使用至少一个处理器实现的IP地址提供者微服务处：
从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在IP地址池中；
维护IP地址租约；
从SMF接收用于分配IP地址的请求；
将来自池之一的IP地址之一分配给SMF；以及
将IP地址传送到SMF。
2.如权利要求1所述的方法，其中从DHCP服务器获得IP地址和对应的IP地址租约包括从DHCP服务器请求分配IP地址，直到所述IP地址池中的每个IP地址池中存在初始数量的IP地址。
3.如权利要求2所述的方法，其中初始数量是由网络运营商设置的静态数量。
4.如权利要求2所述的方法，其中初始数量是基于来自SMF的IP地址分配请求的量而动态设置的动态数量。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中维护IP地址租约包括，对于每个IP地址租约：
维护被配置为在用于IP地址租约的租约到期时间之前到期的租约续订定时器；
检测租约续订定时器的到期；以及
响应于续订定时器的到期，向DHCP服务器发送用于请求续订IP地址租约的续订请求。
6.如权利要求5所述的方法，包括维护具有用于每个IP地址租约的条目的定时器队列，其中检测续订定时器的到期包括检测当前时间何时等于定时器队列头部处的条目的定时器值并从定时器队列的头部移除该条目。
7.如权利要求6所述的方法，包括从DHCP服务器接收包含续订的租约到期时间的对续订请求的响应，并在定时器队列中与续订的租约到期时间对应的位置处创建新条目。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中维护IP地址租约包括从SMF来看透明地维护IP地址租约。
9.如权利要求8所述的方法，其中从SMF来看透明地维护IP地址租约包括响应于IP地址提供者微服务处的租约续订定时器的到期而自动续订IP地址租约。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，包括为SMF提供应用编程接口(API)以从IP地址提供者微服务请求分配IP地址，并且其中接收用于分配IP地址的请求包括经由API接收请求。
11.一种用于获得和维护互联网协议(IP)地址池并使用IP地址池对来自服务管理功能(SMF)的IP地址分配请求进行响应的系统，该系统包括：
至少一个处理器和存储器；以及
使用所述至少一个处理器实现的IP地址提供者微服务，用于从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在存储器中作为IP地址池，维护IP地址租约，从SMF接收用于分配IP地址的请求，将IP地址之一从池之一分配给SMF，以及将IP地址传送到SMF。
12.如权利要求11所述的系统，其中IP地址提供者微服务被配置为通过以下方式来从DHCP服务器获得IP地址和对应的IP地址租约：从DHCP服务器请求IP地址的分配，直到所述IP地址池中的每个IP地址池中存在初始数量的IP地址。
13.如权利要求12所述的系统，其中初始数量是由网络运营商设置的静态数量。
14.如权利要求12所述的系统，其中初始数量是基于在一段时间内接收到的来自SMF的IP地址分配请求的量而动态设置的动态数量。
15.如权利要求11至14中的任一项所述的系统，其中IP地址提供者微服务被配置为通过为每个IP地址租约执行以下操作来维护IP地址租约：
维护被配置为在用于IP地址租约的租约到期时间之前到期的租约续订定时器；
检测租约续订定时器的到期；以及
响应于租约续订定时器的到期，从IP地址提供者微服务向DHCP服务器传输用于请求续订IP地址租约的续订请求。
16.如权利要求15所述的系统，其中IP地址提供者微服务被配置为：维护具有用于每个IP地址租约的条目的定时器队列，通过检测当前时间何时等于定时器队列头部处的条目的租约续订定时器值来检测租约的续订定时器的到期，以及从定时器队列的头部移除该条目。
17.如权利要求16所述的系统，其中IP地址提供者微服务被配置为从DHCP服务器接收包含续订的租约到期时间的对租约续订请求的响应，并在定时器队列中与续订的租约到期时间对应的位置处创建新条目。
18.如权利要求16所述的系统，其中IP地址提供者微服务被配置为通过响应于IP地址提供者微服务处的租约续订定时器的到期而自动续订IP地址租约来从SMF来看透明地维护IP地址租约。
19.如权利要求11至18中的任一项所述的系统，其中IP地址提供者微服务被配置为提供应用编程接口(API)以供SMF从IP地址提供者微服务请求分配IP地址，并且其中接收用于分配IP地址的请求包括经由API接收请求。
20.一种非暂态计算机可读介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令在由计算机的至少一个处理器执行时，控制所述计算机执行包括以下操作的步骤：
在使用所述至少一个处理器实现的互联网协议(IP)地址微服务处：
从动态主机配置协议(DHCP)服务器获得多个IP地址和对应的IP地址租约，并将IP地址存储在IP地址池中；
维护IP地址租约；
从服务管理功能(SMF)接收用于分配IP地址的请求；
将IP地址之一从池之一分配给SMF；以及
将IP地址传送到SMF。
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