CN117676897A - 一种基于pcf的用户优先级策略统一下发方法 - Google Patents

Abstract

本发明用于5G通信领域，特别用于区分用户优先级的数据传输业务，具体涉及一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法。本发明提供的基于PCF的用户级优先级策略统一下发机制，在需要差分数据服务的场景下，在原有3GPP协议的基础上，通过增加信元，使得同一用户级别的用户可以在PCF中统一配置DSCP标签信息。这样，一方面，使得SMF专注于会话管理功能，无需额外配置用户相关的策略信息。另一方面，使得PCF可以灵活的绑定用户信息和优先级信息，统一的下发用户级的优先级策略。

Description

一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法

技术领域

本发明用于5G通信领域，特别用于区分用户优先级的数据传输业务，具体涉及一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法。

背景技术

TOS：TOS是IPv4报文头部的一个字节，用于表示IP报文的服务类型。TOS值不同，则IP报文在网络中转发的优先级也不同。根据IPv4报文头的定义，TOS可以定义8个优先级。

DSCP：DSCP重新命名了IPv4报文头中TOS使用的那个字节以及IPv6报文头部的TrafficClass字节，其作用与IPv4报文头中的TOS一样，也是为了在网络中提供不同优先级的网络传输服务。

PccRule：3GPP 29.512协议中定义的用于策略与计费控制规则的信元。该信元通常包含服务数据流检查信息、策略控制信息、计费相关信息三大类信息。

FlowInfomation：3GPP 29.512协议中定义的PccRule信元中包含的数据结构，该结构用于存储数据流过滤器相关的信息，可以在三层网络或四层网络中匹配符合过滤条件的数据流。

Transport Level Marking:3GPP 29.244协议中定义的信元，用于表示数据包传输的优先级，该信元在PFCP报文的FAR中，用于UPF给数据包打DSCP标签所用。

SDF Filter：3GPP 29.244协议中定义的信元，该信元在PFCP报文的PDI中，根据sdf中定义的过滤器，UPF可以匹配到符合条件的数据包进行处理。

在5G核心网中，PCF负责策略下发的功能，UDM负责维护用户签约数据，SMF负责会话管理功能，UPF负责数据处理业务。对于不同的用户，通过配置，可以实现不同的数据服务质量。在网络层，通过配置IP报文头部DSCP标签的内容，可以使得数据包被路由器以一定的优先级进行转发，从而实现优先传输携带高优先级DSCP的IP数据包。在5G核心网中，PCF、UPF、SMF可以根据这一原理协同配合，从而实现针对用户组的区分优先级服务。在PCF中，将用户和用户组绑定，并将用户组和配置了DSCP值的规则进行绑定，经由SMF转译成PDR并传递给UPF，UPF便可以从PDR中获取DSCP，对规则限定的流进行打DSCP标签的操作。根据协议描述，该DSCP标签需要由控制面的SMF进行配置。然而在现有协议中，并没有明确在PCF的SmPolicyDecision消息中定义DSCP相关的数据结构。这就导致了PCF无法针对特定的用户组统一下发携带优先级信息的规则。为了解决这个问题，有必要设计一种由PCF统一下发先级策略的机制。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法。

本发采用的技术方案为：

一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法，包括以下步骤：

步骤1：会话建立之前，在PCF侧配置流过滤器，流过滤器包含数据流的起始地址的IP和端口号以及目标地址的IP和端口号，并对数据流采取的行为以及数据流IP报文头部的DSCP值进行配置，然后将配置信息和对应的用户或用户组进行绑定；

步骤2：UE发起会话建立请求，经由AMF转发至SMF；SMF收到用户建立会话的请求之后，向PCF发送策略关联请求消息，请求中携带用户身份相关的信息；

步骤3：PCF根据获得的用户身份信息，向UDM请求获取用户签约信息，根据用户签约信息对发送会话请求的用户进行认证和策略判定，然后根据用户身份信息查询本地配置，识别用户所在的用户组以及绑定的本地配置信息，获取每条规则中所有的流过滤器信息，填充FlowInformation结构中的flowDescription、packFiltId和flowDirection，并添加到flowInfos列表中，然后填入SmPolicyDecision中返回SMF；其中，flowDescription为协议中用于描述流过滤器过滤条件的信元，packFiltId为FlowInfomation的ID标识的标准协议字段，flowDirection为表明过滤器方向的标准协议字段，包括上行、下行以及双向三种不同的方向，flowInfos为FlowInformation数组，SmPolicyDecision为协议中用于向SMF返回PCF所配置的策略信息的报文结构；

步骤4：SMF收到PCF回应后，解析SmPolicyDecision，从中得到flowInfos数组，同时得到flowDSCP；对于每一条规则，执行步骤5，直到所有规则均被处理之后，向UPF发送PFCP Session Establishment Request；PFCP Session Establishment Request为协议中SMF向UPF发送会话建立请求消息的报文，报文中包含多个过滤规则单元PDR以及与PDR相关联的转发行为单元FAR，进入步骤6；

步骤5：SMF解析规则中的FlowInformation结构，获取结构中配置的流过滤器信息，若流过滤器为上行过滤器，则根据flowDescription中的过滤条件信息填充上行PDR中的SDF Filter信元，并将flowDSCP的内容填充至过滤规则单元PDR关联的上行FAR的Transport Level Marking字段中；若过滤器为下行数据包过滤器，则填充过滤条件到下行PDR中的SDF Filter信元，并将flowDSCP的内容填充至PDR关联的下行FAR的TransportLevel Marking字段中；若过滤器为双向数据包过滤器，则在上行和下行PDR中均填充过滤条件到SDF Filter信元，并将flowDSCP分别填充到对应的上行和下行FAR中；SMF将生成的PDR和FAR填入PFCP会话建立请求消息中发送至UPF；其中，Transport Level Marking为协议字段，用于在过滤到的IP报文头部打DSCP标签；

步骤6：UPF收到PFCP会话建立请求信息之后，从信息中获取PDR信息，并存储在本地。

进一步的，步骤3具体过程为：

步骤301：PCF从SMF发来的策略关联请求中获取用户身份相关的信息，根据用户信息查询用户或用户组所绑定的本地规则，每条规则中有多个数据流过滤器，PCF将所有规则维持在一个待处理列表PCC Rule中；

步骤302：判断待处理规则列表是否遍历完成，若已经完成，则结束本地规则处理过程，执行步骤308；若未完成，则继续进行步骤303；

步骤303：从待处理列表中取出一条规则，从中获取所有的流过滤器信息，并放入流过滤器列表中；

步骤304：判断待处理的流过滤器列表是否遍历完成，若遍历完成，则对应规则中的数据流过滤器已经处理完成，返回步骤302；否则，执行步骤305；

步骤305：从待处理的流过滤器列表中取出一条流过滤器信息，PCF提取流过滤器信息，填充FlowInformation结构中的flowDescription、packFiltId和flowDirection信息，并添加到flowInfos列表中；

步骤306：判断PCF本地配置中是否对流过滤器配置DSCP，若未配置，则将flowDSCP字段置空，跳转到步骤304；否则，执行步骤307；

步骤307：将本地配置的DSCP值填充到flowDSCP中去，跳转到步骤304；

步骤308：完成对本地规则的处理之后，PCF将包括PCC Rule在内的所有策略数据信息填入到SmPolicyDecision中，并传到SMF。

本方案具有如下有益的技术效果：

本发明提供的基于PCF的用户级优先级策略统一下发机制，在需要差分数据服务的场景下，在原有3GPP协议的基础上，通过增加信元，使得同一用户级别的用户可以在PCF中统一配置DSCP标签信息。这样，一方面，使得SMF专注于会话管理功能，无需额外配置用户相关的策略信息。另一方面，使得PCF可以灵活的绑定用户信息和优先级信息，统一的下发用户级的优先级策略。

附图说明

图1为本发明策略下发流程图。

图2为本发明PCF信元与UPF信元对应图。

图3为本发明PCF根据用户下发优先级策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步解释说明。

本发明对报文结构进行修改。如图2所示，左侧表示PCF侧信元的结构，根据3GPP29.512文档中的描述，下发给SMF的策略由SmPolicyDecision结构表示，该结构包含flowDescription、flowStatus、flowDSCP等信元。其中，flowDescription信元包含了流过滤器匹配的IP和端口信息；flowStatus信息表示了对流过滤器匹配到的流的门控规则；flowDSCP为本发明提出的信元。

图2右侧表示UPF侧与左侧对应的信元。根据3GPP 29.244协议文档的描述。在会话建立请求报文中，传递给UPF的信元由主要由多个PDR组成。其中PDR包括PDI信元，以及对QER、FAR的引用。FAR为转发行为规则，FAR中主要包含了转发规则，如对匹配到的流进行转发、丢弃、阻塞等操作。QER为流执行规则，主要用于流的门控策略下发。PDI中包含SDF，其中的内容与flowDescription一致。Transport Level Marking信元内容与flowDSCP保持一致。

如图1所示，会话建立过程中，SMF从PCF处获取SmPolicyDecision信息，并将这些信息转换成PDR发送给UPF，从而达到策略下发的目的。SMF将flowDescription转换为UPF中的SDF Filter；将flowStatus转换成了UPF中的QER。然而，在UPF中用于给数据包打DSCP标签的Transport Level Marking信元在PCF的SmPolicyDecision中没有与之对应的信元，这是导致PCF无法统一下发用户级优先级规则的原因。

为了统一下发优先级规则，本发明在协议原有的报文结构基础之上，在PCF的SmPolicyDecision结构下加入了flowDSCP信元，该信元描述如表所示：

表1FlowDSCPInformation数据结构表

flowDSCP，包含在SmPolicyDecision结构下，描述了将应用于流过滤器匹配到的数据包的IP报文头部的DSCP值信息。该信元为string类型，包括两个字节。第一个字节包含IPV4报文的Type-of-Service字段或者是IPV6报文中的Traffic-Class字段的内容。第二个字节包含ToS或者Traffic字段的掩码的16进制表示。这样，在每个规则中，FlowInfomation中描述的过滤器所过滤的流，都可以由PCF下发所分配DSCP值，实现了用户优先级策略的统一下发。

如图1所示，本发明方案处理流程如下：

步骤1：会话建立之前，在PCF侧配置流过滤器，流过滤器包含数据流的起始地址的IP和端口号以及目标地址的IP和端口号，并对数据流采取的行为以及数据流IP报文头部的DSCP值进行配置，然后将配置信息和对应的用户或用户组进行绑定；

步骤2：UE发起会话建立请求，经由AMF转发至SMF；SMF收到用户建立会话的请求之后，向PCF发送策略关联请求消息，请求中携带用户身份相关的信息；

步骤3：PCF根据获得的用户身份信息，向UDM请求获取用户签约信息，根据用户签约信息对发送会话请求的用户进行认证和策略判定，然后根据用户身份信息查询本地配置，识别用户所在的用户组以及绑定的本地配置信息，获取每条规则中所有的流过滤器信息，填充FlowInformation结构中的flowDescription、packFiltId和flowDirection，并添加到flowInfos列表中，然后填入SmPolicyDecision中返回SMF；其中，flowDescription为协议中用于描述流过滤器过滤条件的信元，packFiltId为FlowInfomation的ID标识的标准协议字段，flowDirection为表明过滤器方向的标准协议字段，包括上行、下行以及双向三种不同的方向，flowInfos为FlowInformation数组，SmPolicyDecision为协议中用于向SMF返回PCF所配置的策略信息的报文结构；

步骤3具体过程如图3所示为：

步骤301：PCF从SMF发来的策略关联请求中获取用户身份相关的信息，根据用户信息查询用户或用户组所绑定的本地规则，每条规则中有多个数据流过滤器，PCF将所有规则维持在一个待处理列表PCC Rule中；

步骤302：判断待处理规则列表是否遍历完成，若已经完成，则结束本地规则处理过程，执行步骤308；若未完成，则继续进行步骤303；

步骤303：从待处理列表中取出一条规则，从中获取所有的流过滤器信息，并放入流过滤器列表中；

步骤304：判断待处理的流过滤器列表是否遍历完成，若遍历完成，则对应规则中的数据流过滤器已经处理完成，返回步骤302；否则，执行步骤305；

步骤305：从待处理的流过滤器列表中取出一条流过滤器信息，PCF提取流过滤器信息，填充FlowInformation结构中的flowDescription、packFiltId和flowDirection信息，并添加到flowInfos列表中；

步骤306：判断PCF本地配置中是否对流过滤器配置DSCP，若未配置，则将flowDSCP字段置空，跳转到步骤304；否则，执行步骤307；

步骤307：将本地配置的DSCP值填充到flowDSCP中去，跳转到步骤304；

步骤308：完成对本地规则的处理之后，PCF将包括PCC Rule在内的所有策略数据信息填入到SmPolicyDecision中，并传到SMF。

步骤4：SMF收到PCF回应后，解析SmPolicyDecision，从中得到flowInfos数组，同时得到flowDSCP；对于每一条规则，执行步骤5，直到所有规则均被处理之后，向UPF发送PFCP Session Establishment Request；PFCP Session Establishment Request为协议中SMF向UPF发送会话建立请求消息的报文，报文中包含多个过滤规则单元PDR以及与PDR相关联的转发行为单元FAR，进入步骤6；

步骤5：SMF解析规则中的FlowInformation结构，获取结构中配置的流过滤器信息，若流过滤器为上行过滤器，则根据flowDescription中的过滤条件信息填充上行PDR中的SDF Filter信元，并将flowDSCP的内容填充至过滤规则单元PDR关联的上行FAR的Transport Level Marking字段中；若过滤器为下行数据包过滤器，则填充过滤条件到下行PDR中的SDF Filter信元，并将flowDSCP的内容填充至PDR关联的下行FAR的TransportLevel Marking字段中；若过滤器为双向数据包过滤器，则在上行和下行PDR中均填充过滤条件到SDF Filter信元，并将flowDSCP分别填充到对应的上行和下行FAR中；SMF将生成的PDR和FAR填入PFCP会话建立请求消息中发送至UPF；其中，Transport Level Marking为协议字段，用于在过滤到的IP报文头部打DSCP标签；

步骤6：UPF收到PFCP会话建立请求信息之后，从信息中获取PDR信息，并存储在本地。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：会话建立之前，在PCF侧配置流过滤器，流过滤器包含数据流的起始地址的IP和端口号以及目标地址的IP和端口号，并对数据流采取的行为以及数据流IP报文头部的DSCP值进行配置，然后将配置信息和对应的用户或用户组进行绑定；

步骤2：UE发起会话建立请求，经由AMF转发至SMF；SMF收到用户建立会话的请求之后，向PCF发送策略关联请求消息，请求中携带用户身份相关的信息；

步骤3：PCF根据获得的用户身份信息，向UDM请求获取用户签约信息，根据用户签约信息对发送会话请求的用户进行认证和策略判定，然后根据用户身份信息查询本地配置，识别用户所在的用户组以及绑定的本地配置信息，获取每条规则中所有的流过滤器信息，填充FlowInformation结构中的flowDescription、packFiltId和flowDirection，并添加到flowInfos列表中，然后填入SmPolicyDecision中返回SMF；其中，flowDescription为协议中用于描述流过滤器过滤条件的信元，packFiltId为FlowInfomation的ID标识的标准协议字段，flowDirection为表明过滤器方向的标准协议字段，包括上行、下行以及双向三种不同的方向，flowInfos为FlowInformation数组，SmPolicyDecision为协议中用于向SMF返回PCF所配置的策略信息的报文结构；

步骤4：SMF收到PCF回应后，解析SmPolicyDecision，从中得到flowInfos数组，同时得到flowDSCP；对于每一条规则，执行步骤5，直到所有规则均被处理之后，向UPF发送PFCPSession Establishment Request；PFCP Session Establishment Request为协议中SMF向UPF发送会话建立请求消息的报文，报文中包含多个过滤规则单元PDR以及与PDR相关联的转发行为单元FAR，进入步骤6；

步骤5：SMF解析规则中的FlowInformation结构，获取结构中配置的流过滤器信息，若流过滤器为上行过滤器，则根据flowDescription中的过滤条件信息填充上行PDR中的SDFFilter信元，并将flowDSCP的内容填充至过滤规则单元PDR关联的上行FAR的TransportLevel Marking字段中；若过滤器为下行数据包过滤器，则填充过滤条件到下行PDR中的SDFFilter信元，并将flowDSCP的内容填充至PDR关联的下行FAR的Transport Level Marking字段中；若过滤器为双向数据包过滤器，则在上行和下行PDR中均填充过滤条件到SDFFilter信元，并将flowDSCP分别填充到对应的上行和下行FAR中；SMF将生成的PDR和FAR填入PFCP会话建立请求消息中发送至UPF；其中，Transport Level Marking为协议字段，用于在过滤到的IP报文头部打DSCP标签；

步骤6：UPF收到PFCP会话建立请求信息之后，从信息中获取PDR信息，并存储在本地。

2.根据权利要求1所述的一种基于PCF的用户优先级策略统一下发方法，其特征在于，步骤3具体过程为：

步骤301：PCF从SMF发来的策略关联请求中获取用户身份相关的信息，根据用户信息查询用户或用户组所绑定的本地规则，每条规则中有多个数据流过滤器，PCF将所有规则维持在一个待处理列表PCC Rule中；

步骤302：判断待处理规则列表是否遍历完成，若已经完成，则结束本地规则处理过程，执行步骤308；若未完成，则继续进行步骤303；

步骤303：从待处理列表中取出一条规则，从中获取所有的流过滤器信息，并放入流过滤器列表中；

步骤304：判断待处理的流过滤器列表是否遍历完成，若遍历完成，则对应规则中的数据流过滤器已经处理完成，返回步骤302；否则，执行步骤305；

步骤305：从待处理的流过滤器列表中取出一条流过滤器信息，PCF提取流过滤器信息，填充FlowInformation结构中的flowDescription、packFiltId和flowDirection信息，并添加到flowInfos列表中；

步骤306：判断PCF本地配置中是否对流过滤器配置DSCP，若未配置，则将flowDSCP字段置空，跳转到步骤304；否则，执行步骤307；

步骤307：将本地配置的DSCP值填充到flowDSCP中去，跳转到步骤304；

步骤308：完成对本地规则的处理之后，PCF将包括PCC Rule在内的所有策略数据信息填入到SmPolicyDecision中，并传到SMF。