CN117750384A - 一种用户面功能upf网元部署、信令处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用户面功能UPF网元部署、信令处理方法及系统，该方法包括：将用户面功能UPF网元解耦为中心UPF网元与边缘UPF网元，将中心UPF网元与边缘UPF网元分开部署，在中心UPF网元与边缘UPF网元之间建立Nx连接，其中，中心UPF网元用于通过Nx连接与边缘UPF网元进行信令报文通信和业务报文通信。本申请可以解决相关技术中需要一种成本低廉、快速部署、运维便利的轻量级UPF的问题，通过将传统UPF网元分离成边缘UPF网元和中心UPF网元，降低了在企业园区部署UPF网元的成本，提高了部署效率和运维的便利性。
Description
技术领域
本申请涉及核心网领域，具体而言，涉及一种用户面功能UPF网元部署、信令处理方法及系统。
背景技术
用户面功能(User Plane Function，简称UPF)在5G核心网中，主要完成用户面数据包的路由和转发、数据和业务识别、动作和策略执行。UPF完成第三代合作伙伴计划(the3rd Generation Partner Project，简称3GPP)标准规范的会话、策略、计费、媒体转发等业务能力，同时，作为5G网络和多接入边缘计算之间的连接锚点，所有核心网数据必须经过UPF转发，才能流向外部网络。
图1是基于5G和UPF网元的基本网络结构图，如图1所示，基于5G核心网(5GCore，简称5GC)的C/U分离式架构，控制面网络功能(Network Function，简称NF)网元在数据中心(Data Center，简称DC)集中部署，UPF网元下沉到网络边缘部署，这样可以减少传输时延，实现数据流量的本地分流，缓解核心网的数据传输压力，从而提升网络数据处理效率，满足垂直行业对网络超低时延、超高带宽以及安全等方面的诉求。
UPF是核心网最重要的网元之一，也是5G数据处理和转发的核心功能，必须具备电信级的产品品质。而且，UPF作为推动5G与千行百业融合的重要网络节点，正逐步从核心网走到行业用户的园区，政企客户对于应用的大带宽、低时延、高可靠、高安全都有很大需求。
因此，相关技术中不仅要求UPF网元满足3GPP架构要求的特性功能，同时也要满足性能、运维、组网等要求；尤其在边缘园区应用中，迫切需要一种既能成本低廉、快速部署、运维便利的轻量级UPF，又要实现高可靠性的备份和容灾能力，满足企业园区的5G特色应用。
针对相关技术中需要一种成本低廉、快速部署、运维便利的轻量级UPF的问题，还没有解决方法。
发明内容
本申请实施例提供了一种用户面功能UPF网元部署方法及信令处理方法、系统、存储介质及电子装置，以至少解决相关技术中需要一种成本低廉、快速部署、运维便利的轻量级UPF的问题。
根据本申请的一个实施例，提供了一种用户面功能UPF网元部署方法，所述方法包括：
将用户面功能UPF网元解耦为中心UPF网元与边缘UPF网元；
将所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
在所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元之间建立Nx连接，其中，所述中心UPF网元用于通过所述Nx连接与所述边缘UPF网元进行信令报文通信和业务报文通信。
根据本申请的另一个实施例，提供了一种信令处理方法，应用于边缘UPF网元，所述方法包括：
接收会话管理功能(Session Management Function，简称SMF)网元发送的会话请求信令；
通过Nx连接将所述会话请求信令发送给中心用户面功能UPF网元，其中，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
通过所述Nx连接接收所述中心UPF网元在处理所述会话请求信令后返回的会话响应信令；
将所述会话响应信令转发给所述SMF网元。
根据本申请的另一个实施例，提供了一种信令处理方法，应用于中心UPF网元，所述方法包括：
通过Nx连接接收边缘UPF网元发送的会话请求信令，其中，所述会话请求信令是所述边缘UPF网元从会话管理功能SMF网元接收的，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源；
通过Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元，其中，所述会话响应信令中包含所述IP地址和所述业务隧道资源。
根据本申请的另一个实施例，提供了一种信令处理系统，所述系统包括：
边缘UPF网元，用于接收会话管理功能SMF网元发送的会话请求信令，通过Nx连接将所述会话请求信令发送给中心用户面功能UPF网元，通过所述Nx连接接收所述中心UPF网元在处理所述会话请求信令后返回的会话响应信令，将所述会话响应信令转发给所述SMF网元；
中心UPF网元，用于通过Nx连接接收边缘UPF网元发送的会话请求信令，根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源，通过Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元，其中，所述会话响应信令中包含所述IP地址和所述业务隧道资源；
其中，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署。
根据本申请的又一个实施例，还提供了一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
根据本申请的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
本申请通过将用户面功能UPF网元解耦为中心UPF网元与边缘UPF网元，将中心UPF网元与边缘UPF网元分开部署，在中心UPF网元与边缘UPF网元之间建立Nx连接，并通过Nx连接在中心UPF网元与边缘UPF网元之间进行信令报文通信和业务报文通信，可以解决相关技术中需要一种成本低廉、快速部署、运维便利的轻量级UPF的问题，通过将传统UPF网元分离成边缘UPF网元和中心UPF网元，降低了在企业园区部署UPF网元的成本，提高了部署效率和运维的便利性。
附图说明
图1是基于5G和UPF网元的基本网络结构图；
图2是本申请实施例的用户面功能UPF网元部署的硬件结构框图；
图3是根据本申请实施例的用户面功能UPF网元部署的流程图；
图4是本申请实施例中边缘UPF网元信令处理方法的流程图；
图5是本申请实施例中中心UPF网元信令处理方法的流程图；
图6是本申请实施例中用户面功能UPF网元的网络架构图；
图7是本申请实施例中边缘UPF网元与中心UPF网元的Nx信令报文通信接口；
图8是本申请实施例中边缘UPF网元与中心UPF网元的Nx业务报文通信接口；
图9是本申请另一实施例中边缘UPF与中心UPF的会话及业务流程示意图；
图10是本申请另一实施例中边缘UPF异常场景下的容灾流程示意图；
图11是本申请另一实施例中中心UPF异常场景下的容灾流程示意图；
图12是根据本申请实施例的信令处理系统的框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的实施例。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请实施例中所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端、云服务器或者类似的运算装置中执行。以运行在计算机终端上为例，图2是本申请实施例的用户面功能UPF网元部署的硬件结构框图，如图2所示，硬件单板可以包括一个或多个(图2中仅示出一个)处理器202(处理器202可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器204，其中，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输装置206以及输入输出设备208。本领域普通技术人员可以理解，图2所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。
存储器204可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的用户面功能UPF网元部署对应的计算机程序，处理器202通过运行存储在存储器204内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及负载均衡处理处理，即实现上述的方法。存储器204可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器204可进一步包括相对于处理器202远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置206用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置206包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置206可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
在本实施例中提供了一种用户面功能UPF网元部署方法，图3是根据本申请实施例的用户面功能UPF网元部署的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
步骤S302，将用户面功能UPF网元解耦为中心UPF网元与边缘UPF网元；
步骤S304，将中心UPF网元与边缘UPF网元分开部署；
步骤S306，在中心UPF网元与边缘UPF网元之间建立Nx连接，其中，中心UPF网元用于通过Nx连接与边缘UPF网元进行信令报文通信和业务报文通信。
在本实施例中，所述部署方法还包括：
步骤S308，通过所述中心UPF网元配置所述边缘UPF网元的IP地址池，其中，所述IP地址池用于指示园区网内的IP地址；
步骤S310，通过所述Nx连接将所述IP地址池下发给所述边缘UPF网元。
在本实施例中，上述步骤S306中的中心UPF网元用通过Nx连接与边缘UPF网元进行信令报文通信和业务报文通信具体可以包括：
根据数据包转发控制协议(Packet Forwarding Control Protocol，简称PFCP)在所述Nx连接中进行所述信令报文通信；和/或
根据隧道协议在所述Nx连接中进行所述业务报文通信，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议(User Datagram Protocol，简称UDP)、GPRS隧道协议(GPRSTunnelingProtocol，简称GTP)或通用路由封装(Generic Routing Encapsulation，简称GRE)协议。其中，通用无线分组业务(General Packet Radio Service，简称为GPRS)。
在本实施例中，所述部署方法还包括：
步骤S312，部署至少一个备用中心UPF网元和至少一个备用边缘UPF网元；
步骤S314，在所述备用中心UPF网元与所述边缘UPF网元之间建立所述Nx连接；
步骤S316，在所述备用中心UPF网元与所述中心UPF网元之间建立所述Nx连接，其中，所述中心UPF网元用于通过所述Nx连接将会话上下文同步给所述备用中心UPF网元；
步骤S318，在所述备用边缘UPF网元与所述中心UPF网元之间建立所述Nx连接，其中，所述中心UPF网元还用于通过所述Nx连接将流上下文同步给所述备用边缘UPF网元。
在本实施例中，通过上述步骤S302至步骤S306，可以实现将原本复杂、昂贵的UPF网元解耦为轻量级的中心UPF网元和边缘UPF网元，降低了单个UPF网元的部署和运维成本，提高了部署效率；同时，通过上述步骤S312至步骤S316，可以对中心UPF网元和边缘UPF网元分别备份，增强了UPF网元的可靠性和容灾能力。
在本申请的另一实施例中提供了一种信令处理方法，应用于边缘UPF网元，图4是本申请实施例中边缘UPF网元信令处理方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S402，接收会话管理功能SMF网元发送的会话请求信令；
步骤S404，通过Nx连接将所述会话请求信令发送给中心用户面功能UPF网元，其中，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
步骤S406，通过所述Nx连接接收所述中心UPF网元在处理所述会话请求信令后返回的会话响应信令；
步骤S408，将所述会话响应信令转发给所述SMF网元。
在本实施例中，会话请求信令具体可以包括：会话创建请求、会话变更请求或会话释放请求。
在本实施例中，边缘UPF还可以通过N3、N4、N6、N9等接口对接5G核心网SMF网元、UPF网元、UE及其它I-UPF、ULCL主锚点UPF等对接，实现园区UPF的业务分流，包括UL-CL(Uplink Classifier)上行分流、IPv6多归属分流、本地数据网络(Local Area DataNetwork，简称LADN)等3GPP规范业务流程。
在本实施例中，通过上述步骤S402至步骤S408，实现了将UPF网元解耦得到边缘UPF网元和中心UPF网元以后，依然能够满足3GPP架构中对UPF网元的规定，保证了UPF网元的基本功能。
在本实施例中，在步骤S408之后，所述方法还可以包括：
根据所述会话响应信令对会话和业务隧道进行创建、变更或释放处理，其中，所述会话响应信令包括：会话创建响应、会话变更响应或会话释放响应；
所述会话响应信令中包含边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源，其中，所述边缘UPF网元的IP地址是所述SMF网元或所述中心UPF网元分配的，所述业务隧道资源是所述中心UPF网元分配的。
在本实施例中，在步骤S408之后，所述方法还可以包括：
通过所述Nx连接接收所述中心UPF网元发送的流上下文请求，其中，所述流上下文请求包括：流上下文创建请求、流上下文变更请求或流上下文释放请求；
根据所述流上下文请求对转发表或流表进行创建、变更或释放处理；
根据所述流上下文请求对IP地址池的路由表进行发布、变更或删除处理，其中，所述IP地址池用于指示园区网内的IP地址；
通过所述Nx连接将流上下文响应发送给所述中心UPF网元，其中，所述流上下文响应包括：流上下文创建响应、流上下文变更响应或流上下文释放响应。
在本实施例中，在通过Nx连接将流上下文响应发送给所述中心UPF网元之后，所述方法还包括：
接收边缘用户发送的上行流量；
判断所述上行流量要访问的IP地址是否在所述IP地址池内；
在判断结果为是的情况下，将所述上行流量确定为第一上行流量，其中，所述第一上行流量用于在园区网内进行业务访问；
在判断结果为否的情况下，将所述上行流量确定为第二上行流量，其中，所述第二上行流量用于对园区网以外的互联网进行业务访问；
将业务访问结果发送给所述边缘用户。
在本实施例中，在将业务访问结果发送给所述边缘用户之前，所述方法还可以包括：
根据所述转发表或流表将所述第一上行流量发送给园区网，并接收所述园区网返回的第一下行流量，其中，所述第一下行流量为所述园区网的业务访问结果；和/或
将所述第二上行流量发送给所述中心UPF网元或核心网UPF网元，并接收所述中心UPF网元或所述核心网UPF网元发送的第二下行流量，其中，所述第二下行流量为所述互联网的业务访问结果。
在本实施例中，上行流量具体可以是对互联网或园区网的业务数据访问请求，下行流量可以是网站或业务提供者返回的业务数据访问响应，边缘UPF网元可以直接转发园区网内部的上行流量，降低了网络访问延时，且实现了数据隔离，保证了网络访问的安全性。
在本实施例中，在将上行流量发送给中心UPF网元、核心网UPF网元或园区网之后，所述方法还包括：
对所述园区网和所述互联网内的业务访问分别进行流量统计，得到流量统计信息；
通过所述Nx连接将所述流量统计信息上报给所述中心UPF网元；
根据所述流量统计信息进行策略控制和计费。
在本实施例中，所述方法还包括：根据数据包转发控制协议PFCP协议发送所述会话请求信令，并根据所述PFCP协议接收所述会话响应信令；和/或根据隧道协议接收所述流上下文请求，并根据所述隧道协议发送所述流上下文响应，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议UDP、GPRS隧道协议GTP或通用路由封装GRE协议。
在本实施例中，所述方法还包括：
检测所述中心UPF网元的工作状态是否异常，其中，所述中心UPF网元为主用中心UPF网元，所述主用中心UPF网元对应至少一个备用中心UPF网元；
在检测结果为是的情况下，将所述至少一个备用中心UPF网元中的一个备用中心UPF网元设置为主用中心UPF网元。
在本实施例中，可以通过边缘UPF网元对中心UPF网元的工作状态进行检测，也可以通过备用中心UPF网元对主用中心UPF网元的工作状态进行检测。备用中心UPF网元与主用中心UPF网元也可以建立Nx连接，通过Nx连接进行会话上下文等数据备份。
在本实例中，通过对中心UPF网元进行备份，可以实现用户数据信息、流量数据信息、计费策略信息的备份容灾，实现了数据的无损迁移，具备较高的可靠性。
在本申请的另一实施例中提供了一种信令处理方法，应用于中心UPF网元，图5是本申请实施例中中心UPF网元信令处理方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：
步骤S502，通过Nx连接接收边缘UPF网元发送的会话请求信令，其中，所述会话请求信令是所述边缘UPF网元从会话管理功能SMF网元接收的，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
步骤S504，根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源；
步骤S506，通过Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元，其中，所述会话响应信令中包含所述IP地址和所述业务隧道资源。
在本实施例中，中心UPF还可以通过N3、N4、N6等接口与5G核心网SMF网元、互联网等对接，保证了3GPP规范业务流程的实现。
在本实施例中，通过上述步骤S502至步骤S506，实现了将UPF网元解耦得到边缘UPF网元和中心UPF网元以后，依然能够满足3GPP架构中对UPF网元的规定，保证了UPF网元的基本功能。
在本实施例中，上述步骤S504具体可以包括：
根据所述会话请求信令将所述IP地址分配给所述边缘UPF网元，或者，对所述会话请求信令中所述SMF网元分配的所述IP地址进行确认，其中，所述会话请求信令包括：会话创建请求、会话变更请求或会话释放请求；
根据所述会话请求信令将所述业务隧道资源分配给所述边缘UPF网元。
在本实施例中，在步骤S506之后，所述方法还包括：
通过Nx连接将流上下文请求发送给所述边缘UPF网元，其中，所述流上下文请求包括：流上下文创建请求、流上下文变更请求或流上下文释放请求；
通过Nx连接接收所述边缘UPF网元发送的流上下文响应，其中，所述流上下文响应是所述边缘UPF网元根据所述流上下文请求对转发表或流表进行创建、变更或释放处理之后，且对IP地址池的路由表进行发布、变更或删除处理之后发送的。
在本实施例中，在通过Nx连接接收所述边缘UPF网元发送的流上下文响应之后，所述方法还包括：
接收所述边缘UPF网元发送的第二上行流量，其中，所述第二上行流量用于对园区网以外的互联网进行业务访问，所述第二上行流量要访问的IP地址不在所述IP地址池内；
将所述第二上行流量发送给所述互联网；
接收所述互联网返回的第二下行流量，其中，所述第二下行流量为所述互联网的业务访问结果；
将所述第二下行流量发送给所述边缘UPF网元。
在本实施例中，在将所述第二下行流量发送给所述边缘UPF网元之后，所述方法还包括：
通过Nx连接接收所述边缘UPF网元上报的流量统计信息，其中，所述流量统计信息是所述边缘UPF网元根据所述园区网和所述互联网内的业务访问分别进行流量统计得到的。
在本实施例中，所述方法还包括：根据数据包转发控制协议PFCP协议接收所述会话请求信令，并根据所述PFCP协议发送所述会话响应信令；和/或根据隧道协议发送所述流上下文请求，并根据所述隧道协议接收所述流上下文响应，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议UDP、GPRS隧道协议GTP或通用路由封装GRE协议。
在本实施例中，所述方法还包括：
检测所述边缘UPF网元的工作状态是否异常，其中，所述边缘UPF网元为主用边缘UPF网元，所述主用边缘UPF网元对应至少一个备用边缘UPF网元；
在检测结果为是的情况下，将所述至少一个备用边缘UPF网元中的一个备用边缘UPF网元设置为主用边缘UPF网元。
在本实施例中，也可以通过SMF网元对边缘UPF网元的工作状态进行检测，并直接由SMF网元指定一个备用边缘UPF网元为新的主用边缘UPF网元。
在本实例中，通过对边缘UPF网元进行备份，实现了只要还存在正常工作的边缘UPF网元，就能保证用户业务和数据流量不受影响，在边缘UPF异常时，还能实现数据的无损迁移，具备较高的可靠性。
图1是基于5G和UPF网元的基本网络结构图，本申请实施例中的中心UPF网元和边缘UPF网元是由图1中的一个标准UPF网元解耦得到的，中心UPF网元与边缘UPF网元部署于会话锚点UPF的位置。
图6是本申请实施例中用户面功能UPF网元的网络架构图，如图6所示，所述网络架构中包括：多个轻量可靠UPF和多个中心UPF。
在本实施例中，轻量可靠UPF相当于上述实施例中的边缘UPF网元；边缘UPF网元与中心UPF网元之间建立Nx连接，边缘UPF网元与中心UPF网元通过3GPP中规定的N3，N4，N6，N9与核心网内的其他网元进行通信。
进一步的，N4接口位于SMF网元与边缘UPF网元或中心UPF网元之间；N3接口位于5G接入网与边缘UPF之间；N6是内部网络侧与外部网络侧的协议，N6接口位于中心UPF网元与互联网之间，以及边缘UPF网元与园区网之间；N9接口位于边缘UPF网元与其他标准UPF网元之间。
在本申请的另一实施例中还提供了一种边缘UPF网元与中心UPF网元部署方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，中心UPF与边缘UPF分开部署；
步骤S2，中心UPF与边缘UPF建立Nx连接；
步骤S3，中心UPF上配置边缘UPF的IP地址池，TEIDU等信息，通过Nx连接下发给边缘UPF；
步骤S4，中心UPF把新增UPF业务配置通过Nx连接下发给边缘UPF；
步骤S5，中心UPF和边缘UPF之间的信令报文采用PFCP协议通信；
步骤S6，中心UPF和边缘UPF之间的业务报文采用隧道协议通信。
在本实施例中，步骤S1中的部署结构具体可以如图6中所示。
图7是本申请实施例中边缘UPF网元与中心UPF网元的Nx信令报文通信接口。
在本实施例中，上述步骤S5中，中心UPF与边缘UPF通过图7中所示的Nx信令报文通信接口进行信令报文通信，Nx信令报文通信接口采用的是PFCP协议。
在本实施例中，上述步骤S6中，中心UPF与边缘UPF通过Nx业务报文通信接口进行业务报文通信，Nx业务报文通信接口采用的是隧道协议。具体的，隧道协议的类型包括但不限于自定义UDP协议隧道、GTP协议隧道、GRE协议隧道等。
图8是本申请实施例中边缘UPF网元与中心UPF网元的Nx业务报文通信接口。如图8所示，该Nx业务报文通信接口采用的是自定义UDP协议隧道。
在本实施例中，图8中的InnerHead(内部头)采用16字节结构，如下表1所示，具体内容可做调整。
表1
在本实施例中，表1中的InnerType用来表征消息类型。具体的，自定义的消息类型如下表2所示，但不限于表2。
表2
图9是本申请另一实施例中边缘UPF与中心UPF的会话及业务流程示意图，如图9所示，该流程包括以下步骤：
步骤S901，SMF触发建立N4会话流程；
步骤S902，边缘UPF1收到SMF发送的N4 Session Establishment/Modification/Release Request(N4会话创建/变更/释放请求)；
步骤S903，边缘UPF1发送Session Establishment/Modification/ReleaseRequest(会话创建/变更/释放请求)给中心UPF1；
步骤S904，中心UPF1完成分配IP地址或接受SMF分配IP地址，分配业务隧道资源等创建/变更/释放操作；
步骤S905，中心UPF1发送Session Establishment/Modification/ReleaseResponse(会话创建/变更/释放响应)给边缘UPF1；
步骤S906，中心UPF1发送Session Context Synchronizing(会话上下文同步)给中心UPF2，完成用户会话信息及策略计费等上下文的同步备份和响应确认；
步骤S907，边缘UPF1完成创建/变更/释放N4会话及业务隧道，发送N4 SessionEstablishment/Modification/Release Response(N4会话创建/变更/释放响应)给SMF；
步骤S908，中心UPF1发送Flow Context Establishment/Modification/ReleaseRequest(流上下文创建/变更/释放请求)给边缘UPF1，完成用户转发表流表的创建/变更/释放；
步骤S909，中心UPF1发送Flow Context Synchronizing(流上下文同步)给边缘UPF集群中的UPFn，完成用户转发表流表的创建/变更/释放的信息备份。
步骤S910，边缘UPF1完成用户IP在本地的路由发布、变更或删除。
步骤S911，边缘UPF1发送Flow Context Establishment/Modification/ReleaseResponse(流上下文创建/变更/释放响应)给中心UPF1，完成用户转发表流表的下发确认；
步骤S912，边缘用户进行园区业务流量访问，通过N3接口发送上行流量至边缘UPF1，边缘UPF1根据会话和规则信息，将用户流量通过N6接口发送至园区网；园区网的下行流量同样通过N3接口发送至用户。边缘UPF1并完成本地流量统计和信息上报，完成计费策略等业务信息；
步骤S913，边缘用户进行Internet大网业务流量访问，通过N3接口发送上行流量至边缘UPF1，边缘UPF1根据会话和规则信息，将用户流量通过N9接口发送至中心UPF或其它核心网UPF；Internet网的下行流量同样通过N9接口接收、并通过N3接口发送至用户。边缘UPF1完成流量统计和信息上报，完成计费策略等业务信息。
图10是本申请另一实施例中边缘UPF异常场景下的容灾流程示意图。
在本实施例中，在边缘UPF网元及中心UPF网元正常的场景下，用户的会话及业务流程同上述步骤S901至步骤S913一致。
在本实施例中，SMF网元或中心UPF网元会对边缘UPF的工作状态进行检测，在检测到边缘UPF1异常的情况下，同步触发选择边缘UPFn作为用户备份UPF。
在本实施例中，如图10所示，边缘UPF异常场景下的容灾流程包括以下步骤：
步骤S1001，SMF触发建立N4会话流程；
步骤S1002，边缘UPFn收到SMF发送的N4 Session Establishment/Modification/Release Request(N4会话创建/变更/释放请求)；
步骤S1003，边缘UPFn发送Session Establishment/Modification/ReleaseRequest(会话创建/变更/释放请求)给中心UPF1；
步骤S1004，中心UPF1完成分配IP地址或接受SMF分配IP地址，分配业务隧道资源等创建/变更/释放操作；
步骤S1005，中心UPF1发送Session Establishment/Modification/ReleaseResponse(会话创建/变更/释放响应)给边缘UPFn；
步骤S1006，边缘UPFn完成创建/变更/释放N4会话及业务隧道，发送N4 SessionEstablishment/Modification/Release Response(N4会话创建/变更/释放响应)给SMF；
步骤S1007，中心UPF1发送Session Context Synchronizing(会话上下文同步)给中心UPF2，完成用户会话信息及策略计费等上下文的同步备份和响应确认；
步骤S1008，中心UPF1发送Flow Context Establishment/Modification/ReleaseRequest(流上下文创建/变更/释放请求)给边缘UPFn，完成用户转发表流表的创建/变更/释放；
步骤S1009，边缘UPFn完成用户IP在本地的路由发布、变更或删除；
步骤S1010，边缘UPFn发送Flow Context Establishment/Modification/ReleaseResponse(流上下文创建/变更/释放响应)给中心UPF1，完成用户转发表流表的下发确认；
步骤S1011，边缘用户进行园区业务流量访问，通过N3接口发送上行流量至边缘UPFn，边缘UPFn根据会话和规则信息，将用户流量通过N6接口发送至园区网；园区网的下行流量同样通过N3接口发送至用户。边缘UPFn完成本地流量统计和信息上报，完成计费策略等业务信息；
步骤S1012，边缘用户进行Internet大网业务流量访问，通过N3接口发送上行流量至边缘UPFn，边缘UPFn根据会话和规则信息，将用户流量通过N9接口发送至中心UPF或其它核心网UPF；Internet网的下行流量同样通过N9接口接收、并通过N3接口发送至用户。边缘UPFn完成流量统计和信息上报，完成计费策略等业务信息。
在本实施例中，在步骤S1009之后，所述方法还包括，中心UPF1发送FlowContextSynchronizing(流上下文同步)给边缘UPF集群中的其他边缘UPF，完成用户转发表流表的创建/变更/释放的信息备份。
图11是本申请另一实施例中中心UPF异常场景下的容灾流程示意图。
在本实施例中，在边缘UPF网元及中心UPF网元正常的场景下，用户的会话及业务流程同上述步骤S901至步骤S913一致，当边缘UPF检测到中心UPF异常时，触发选择中心UPF2作为主用中心UPF。
步骤S1101，SMF触发建立N4会话流程；
步骤S1102，边缘UPF1收到SMF发送的N4 Session Establishment/Modification/Release Request(N4会话创建/变更/释放请求)；
步骤S1103，边缘UPF1发送Session Establishment/Modification/ReleaseRequest(会话创建/变更/释放请求)给中心UPF2；
步骤S1104，中心UPF2启用本地备份信息，分配IP地址或接受SMF分配IP地址，分配业务隧道资源等创建/变更/释放操作；
步骤S1105，中心UPF2发送Session Establishment/Modification/ReleaseResponse(会话创建/变更/释放响应)给边缘UPF1；
步骤S1106，边缘UPF1完成创建/变更/释放N4会话及业务隧道，发送N4 SessionEstablishment/Modification/Release Response(N4会话创建/变更/释放响应)给SMF；
步骤S1107，中心UPF2发送Flow Context Establishment/Modification/ReleaseRequest(流上下文创建/变更/释放请求)给边缘UPF1，完成用户转发表流表的创建/变更/释放；
步骤S1108，中心UPF2发送Flow Context Synchronizing(流上下文同步)给边缘UPF集群中的UPFn，完成用户转发表流表的创建/变更/释放的信息备份。
步骤S1109，边缘UPF1完成用户IP在本地的路由发布、变更或删除；
步骤S1110，边缘UPF1发送Flow Context Establishment/Modification/ReleaseResponse(流上下文创建/变更/释放响应)给中心UPF2，完成用户转发表流表的下发确认；
步骤S1111，边缘用户进行园区业务流量访问，通过N3接口发送上行流量至边缘UPF1，边缘UPF1根据会话和规则信息，将用户流量通过N6接口发送至园区网；园区网的下行流量同样通过N3接口发送至用户。边缘UPF1并完成本地流量统计和信息上报，完成计费策略等业务信息；
步骤S1112，边缘用户进行Internet大网业务流量访问，通过N3接口发送上行流量至边缘UPF1，边缘UPF1根据会话和规则信息，将用户流量通过N9接口发送至中心UPF2或其它核心网UPF；Internet网的下行流量同样通过N9接口接收、并通过N3接口发送至用户。边缘UPF1完成流量统计和信息上报，完成计费策略等业务信息。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种信令处理系统，图12是根据本申请实施例的信令处理系统的框图，所述系统包括：中心UPF网元1202与边缘UPF网元1204,其中，所述中心UPF网元1202与所述边缘UPF网元1204是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元1202与所述边缘UPF网元1204分开部署；
所述边缘UPF网元1204，用于接收会话管理功能SMF网元发送的会话请求信令，通过Nx连接将所述会话请求信令发送给所述中心UPF网元；
所述中心UPF网元1202，用于根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源，通过所述Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元，其中，所述会话响应信令中包含所述IP地址和所述业务隧道资源；
所述边缘UPF网元1204，还用于将所述会话响应信令转发给所述SMF网元。
在本实施例中，所述边缘UPF网元1202与所述中心UPF网元之间通过Nx连接与所述边缘UPF网元进行信令报文通信和业务报文通信。
具体的，所述边缘UPF网元1202与所述中心UPF网元根据数据包转发控制协议PFCP协议在所述Nx连接中进行所述信令报文通信；和/或根据隧道协议在所述Nx连接中进行所述业务报文通信，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议UDP、GPRS隧道协议GTP或通用路由封装GRE协议。
本申请的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被处理器运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本申请的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种用户面功能UPF网元部署方法，其特征在于，所述方法包括：
将用户面功能UPF网元解耦为中心UPF网元与边缘UPF网元；
将所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
在所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元之间建立Nx连接，其中，所述中心UPF网元用于通过所述Nx连接与所述边缘UPF网元进行信令报文通信和业务报文通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述中心UPF网元配置所述边缘UPF网元的IP地址池，其中，所述IP地址池用于指示园区网内的IP地址；
通过所述Nx连接将所述IP地址池下发给所述边缘UPF网元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据数据包转发控制协议PFCP协议在所述Nx连接中进行所述信令报文通信；和/或
根据隧道协议在所述Nx连接中进行所述业务报文通信，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议UDP、通用无线分组业务GPRS隧道协议GTP或通用路由封装GRE协议。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
部署至少一个备用中心UPF网元和至少一个备用边缘UPF网元；
在所述备用中心UPF网元与所述边缘UPF网元之间建立所述Nx连接；
在所述备用中心UPF网元与所述中心UPF网元之间建立所述Nx连接，其中，所述中心UPF网元用于通过所述Nx连接将会话上下文同步给所述备用中心UPF网元；
在所述备用边缘UPF网元与所述中心UPF网元之间建立所述Nx连接，其中，所述中心UPF网元还用于通过所述Nx连接将流上下文同步给所述备用边缘UPF网元。
5.一种信令处理方法，应用于边缘UPF网元，其特征在于，所述方法包括：
接收会话管理功能SMF网元发送的会话请求信令；
通过Nx连接将所述会话请求信令发送给中心用户面功能UPF网元，其中，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
通过所述Nx连接接收所述中心UPF网元在处理所述会话请求信令后返回的会话响应信令；
将所述会话响应信令转发给所述SMF网元。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在接收所述会话响应信令之后，所述方法还包括：
根据所述会话响应信令对会话和业务隧道进行创建、变更或释放处理，其中，所述会话响应信令包括：会话创建响应、会话变更响应或会话释放响应；
所述会话响应信令中包含边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源，其中，所述边缘UPF网元的IP地址是所述SMF网元或所述中心UPF网元分配的，所述业务隧道资源是所述中心UPF网元分配的。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将所述会话响应信令转发给所述SMF网元之后，所述方法还包括：
通过所述Nx连接接收所述中心UPF网元发送的流上下文请求，其中，所述流上下文请求包括：流上下文创建请求、流上下文变更请求或流上下文释放请求；
根据所述流上下文请求对转发表或流表进行创建、变更或释放处理；
根据所述流上下文请求对IP地址池的路由表进行发布、变更或删除处理，其中，所述IP地址池用于指示园区网内的IP地址；
通过所述Nx连接将流上下文响应发送给所述中心UPF网元，其中，所述流上下文响应包括：流上下文创建响应、流上下文变更响应或流上下文释放响应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在通过Nx连接将流上下文响应发送给所述中心UPF网元之后，所述方法还包括：
接收边缘用户发送的上行流量；
判断所述上行流量要访问的IP地址是否在所述IP地址池内；
在判断结果为是的情况下，将所述上行流量确定为第一上行流量，其中，所述第一上行流量用于在园区网内进行业务访问；
在判断结果为否的情况下，将所述上行流量确定为第二上行流量，其中，所述第二上行流量用于对园区网以外的互联网进行业务访问；
将业务访问结果发送给所述边缘用户。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将业务访问结果发送给所述边缘用户之前，所述方法还包括：
根据所述转发表或流表将所述第一上行流量发送给园区网，并接收所述园区网返回的第一下行流量，其中，所述第一下行流量为所述园区网的业务访问结果；和/或
将所述第二上行流量发送给所述中心UPF网元或核心网UPF网元，并接收所述中心UPF网元或所述核心网UPF网元发送的第二下行流量，其中，所述第二下行流量为所述互联网的业务访问结果。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述园区网和所述互联网内的业务访问分别进行流量统计，得到流量统计信息；
通过所述Nx连接将所述流量统计信息上报给所述中心UPF网元；
根据所述流量统计信息进行策略控制和计费。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据数据包转发控制协议PFCP协议发送所述会话请求信令，并根据所述PFCP协议接收所述会话响应信令；和/或
根据隧道协议接收所述流上下文请求，并根据所述隧道协议发送所述流上下文响应，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议UDP、GPRS隧道协议GTP或通用路由封装GRE协议。
12.根据权利要求7至11任一项中所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述中心UPF网元的工作状态是否异常，其中，所述中心UPF网元为主用中心UPF网元，所述主用中心UPF网元对应至少一个备用中心UPF网元；
在检测结果为是的情况下，将所述至少一个备用中心UPF网元中的一个备用中心UPF网元设置为主用中心UPF网元。
13.一种信令处理方法，应用于中心UPF网元，其特征在于，所述方法包括：
通过Nx连接接收边缘UPF网元发送的会话请求信令，其中，所述会话请求信令是所述边缘UPF网元从会话管理功能SMF网元接收的，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源；
通过Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元，其中，所述会话响应信令中包含所述IP地址和所述业务隧道资源。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源，包括：
根据所述会话请求信令将所述IP地址分配给所述边缘UPF网元，或者，对所述会话请求信令中所述SMF网元分配的所述IP地址进行确认，其中，所述会话请求信令包括：会话创建请求、会话变更请求或会话释放请求；
根据所述会话请求信令将所述业务隧道资源分配给所述边缘UPF网元。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在通过Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元之后，所述方法还包括：
通过Nx连接将流上下文请求发送给所述边缘UPF网元，其中，所述流上下文请求包括：流上下文创建请求、流上下文变更请求或流上下文释放请求；
通过Nx连接接收所述边缘UPF网元发送的流上下文响应，其中，所述流上下文响应是所述边缘UPF网元根据所述流上下文请求对转发表或流表进行创建、变更或释放处理之后，且对IP地址池的路由表进行发布、变更或删除处理之后发送的。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在通过Nx连接接收所述边缘UPF网元发送的流上下文响应之后，所述方法还包括：
接收所述边缘UPF网元发送的第二上行流量，其中，所述第二上行流量用于对园区网以外的互联网进行业务访问，所述第二上行流量要访问的IP地址不在所述IP地址池内；
将所述第二上行流量发送给所述互联网；
接收所述互联网返回的第二下行流量，其中，所述第二下行流量为所述互联网的业务访问结果；
将所述第二下行流量发送给所述边缘UPF网元。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在将所述第二下行流量发送给所述边缘UPF网元之后，所述方法还包括：
通过Nx连接接收所述边缘UPF网元上报的流量统计信息，其中，所述流量统计信息是所述边缘UPF网元根据所述园区网和所述互联网内的业务访问分别进行流量统计得到的。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据数据包转发控制协议PFCP协议接收所述会话请求信令，并根据所述PFCP协议发送所述会话响应信令；和/或
根据隧道协议发送所述流上下文请求，并根据所述隧道协议接收所述流上下文响应，其中，所述隧道协议包括：用户数据报协议UDP、GPRS隧道协议GTP或通用路由封装GRE协议。
19.根据权利要求13至18任一项中所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述边缘UPF网元的工作状态是否异常，其中，所述边缘UPF网元为主用边缘UPF网元，所述主用边缘UPF网元对应至少一个备用边缘UPF网元；
在检测结果为是的情况下，将所述至少一个备用边缘UPF网元中的一个备用边缘UPF网元设置为主用边缘UPF网元。
20.一种信令处理系统，其特征在于，所述系统包括：中心UPF网元与边缘UPF网元，其中，所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元是UPF网元解耦得到的，且所述中心UPF网元与所述边缘UPF网元分开部署；
所述边缘UPF网元，用于接收会话管理功能SMF网元发送的会话请求信令，通过Nx连接将所述会话请求信令发送给所述中心UPF网元；
所述中心UPF网元，用于根据所述会话请求信令确定所述边缘UPF网元的IP地址和业务隧道资源，通过所述Nx连接将会话响应信令发送给所述边缘UPF网元，其中，所述会话响应信令中包含所述IP地址和所述业务隧道资源；
所述边缘UPF网元，还用于将所述会话响应信令转发给所述SMF网元。
21.一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器运行时执行所述权利要求1至4或5至12或13至19任一项中所述的方法。
22.一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至4或5至12或13至19任一项中所述的方法。
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| PB01 | Publication | ||
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