CN215956666U

CN215956666U - 5g组网系统

Info

Publication number: CN215956666U
Application number: CN202122704732.7U
Authority: CN
Inventors: 唐尚禹; 张艳; 费韬
Original assignee: China United Network Communications Corp Ltd Chongqing Branch
Current assignee: China United Network Communications Corp Ltd Chongqing Branch
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2031-11-05

Abstract

本实用新型提供一种5G组网系统，包括：多个终端设备；多个所述终端设备利用5G信号网络连接5G基站；所述5G基站利用承载网连接5G核心网，所述5G核心网至少包括接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元和统一数据管理网元；所述5G核心网通信连接数据存储服务器，对所述接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元、统一数据管理网元各自对应的业务数据进行备份存储；所述数据存储服务器利用第一NR接口连接5G基站，对所述5G基站关联的业务数据进行数据保护；通过冗余保护方式对用户的业务数据进行备份存储，当5G核心网无法访问时，通过5G基站与数据存储服务器关联关系，能够确保本地业务数据不掉线，提高了5G基站的应急能力。

Description

5G组网系统

技术领域

本实用新型涉及通信领域，特别是涉及一种5G组网系统。

背景技术

工业网络是链接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态和应用模式。该工业网络实际是利用大数据、物联网、人工智能这些新兴科技力量把工厂、工业生产线上的人、机器、物品连接起来，通过连接组网，将所有生产环节统筹起来运作。

然而，随着5G推广应用，当企业使用5G专网作为工业网络时，一旦运营商的5G核心网发生数据中断，由于5G核心网所在机房离企业距离较远，一方面，容易造成用户无法正常访问业务数据；另一方面，无法做到及时有效的数据保护，影响企业工业网正常使用，无法实现高可靠的工业专网的部署与应用。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种5G组网系统，用于解决现有技术中5G在工业园区组网时，无法实现业务数据保护的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种5G组网系统，包括：

多个终端设备，分布于工业园区内；

多个所述终端设备利用5G信号网络连接5G基站；所述5G基站利用承载网连接5G核心网，所述5G核心网至少包括接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元和统一数据管理网元；

所述5G核心网通信连接数据存储服务器，对所述接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元、统一数据管理网元各自对应的业务数据进行备份存储；

所述数据存储服务器利用第一NR接口连接5G基站，对所述5G基站关联的业务数据进行数据保护。

于本实用新型的一实施例中，所述5G核心网还包括：用户面功能网元，所述用户面功能网元利用第二NR接口连接会话管理功能网元；所述用户面功能网元将利用第三NR接口连接企业内网。

于本实用新型的一实施例中，所述用户面功能网元利用第四NR接口连接5G基站。

于本实用新型的一实施例中，所述5G基站包括依次连接的基带处理单元、射频拉远单元与天馈系统；其中，各个所述5G基站的基带处理单元集中布置在中心机房形成基带池，所述基带池中各个基带处理单元对应连接各个射频拉远单元，每个射频拉远单元对应连接一个天馈系统。

于本实用新型的一实施例中，所述数据存储服务器包括第一数据存储服务器、第二数据存储服务器、第三数据存储服务器，所述第一数据存储服务器连接所述接入和移动性管理功能网元同步业务数据进行备份；所述第二数据存储服务器连接所述会话管理功能网元同步业务数据进行备份；所述第三数据存储服务器连接所述统一数据管理网元同步业务数据进行备份。

于本实用新型的一实施例中，所述业务数据按照域名、IP地址、以及域名与IP地址相结合的方式存储至相应的数据存储服务器。

于本实用新型的一实施例中，所述用户面功能网元与企业内网之间构建可扩展虚拟局域网。

于本实用新型的一实施例中，所述用户面功能网元与企业内网之间设置有防火墙。

于本实用新型的一实施例中，所述终端设备为手机、平板电脑、带无线收发功能的电脑、虚拟现实终端、增强现实终端或工业控制中的无线终端中任意一种或几种。

如上所述，本实用新型的5G组网系统，具有以下有益效果：

通过冗余保护方式对用户的业务数据进行备份存储，当5G核心网无法访问时，通过5G基站与数据存储服务器关联关系，能够确保本地业务数据不掉线，提高了5G基站的应急能力，实现高可靠。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例提供的一种5G组网系统结构示意图；

图2显示为本实用新型实施例提供的一种5G组网系统拓扑结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种5G组网系统结构示意图，详述如下：

多个终端设备1，分布于工业园区内；

其中，所述终端设备可以是手机、平板电脑、带无线收发功能的电脑、虚拟现实终端、增强现实终端、工业控制中的无线终端、无人驾驶中的无线终端、远程医疗中的无线终端、智能电网中的无线终端、运输安全中的无线终端、智慧城市中的无线终端、智慧家庭中的无线终端等。

本实施例中，该终端设备包括但不限于可编程逻辑控制器(PLC)、3D扫描仪、编码器、测距仪、网络视频录像机(NVR)等；在此，多个所述终端设备中的任意一个终端设备为网络摄像机；还可以使用5G客户终端设备连接终端设备，例如，所述终端设备与5G客户终端设备之间连接有端侧路由器，例如，终端设备为网络摄像机时，利用POE模块可以在以太网布线基础架构不作任何改动的情况下，在为网络摄像机传输数据信号的同时，也为网络摄像机提供直流供电的技术，从而减少重复布线的需求。

多个所述终端设备利用5G信号网络连接5G基站2；所述5G基站2利用承载网连接5G核心网3，所述5G核心网至少包括接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元和统一数据管理网元；

所述5G核心网3通信连接数据存储服务器4，对所述接入和移动性管理功能网元、会话管理功能网元、统一数据管理网元各自对应的业务数据进行备份存储；

所述数据存储服务器4利用第一NR接口(N2)连接5G基站，对所述5G基站2关联的业务数据进行数据保护。

其中，所述数据存储服务器包括第一数据存储服务器、第二数据存储服务器、第三数据存储服务器，所述第一数据存储服务器连接所述接入和移动性管理功能网元同步业务数据进行备份；所述第二数据存储服务器连接所述会话管理功能网元同步业务数据进行备份；所述第三数据存储服务器连接所述统一数据管理网元同步业务数据进行备份。

在本实施例中，高可靠工业专网是一个“硬件+软件”的系统，通过在移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力，以减少网络操作和业务交互的时延。工业专网靠近"物"和“数据源”的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用等核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，以满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、智能应用、安全与隐私保护等方面的关键需求。

详见图2，为本实用新型实施例提供的一种5G组网系统拓扑结构图，在设备拓扑架构中，所述5G核心网(MAE-CN)包括用户面功能网元UPF、接入和移动性管理功能网元AMF、会话管理功能网元SMF、统一数据管理网元UDM；

具体地，所述用户面功能网元利用第二NR接口(N3)连接会话管理功能网元；所述用户面功能网元将利用第三NR接口(N6)连接企业内网5；所述用户面功能网元利用第四NR接口(N4)连接5G基站。

其中，会话管理功能网元SMF为用户设备UE的会话分配资源、释放资源；其中，资源包括会话服务质量(QoS)、会话路径、转发规则等。用户面功能网元UPF主要负责连接外部网络，其包括了长期演进(LTE)的服务网关和分组数据网网关(PDN-GW)的相关功能。具体地，UDF可以根据SMF的路由规则执行用户数据包转发，如上行数据发送到DN或其他UPF；下行数据转发到其他UPF或者RAN。接入和移动性管理功能网元AMF负责UE的接入管理和移动性管理，例如负责UE的状态维护、UE的可达性管理、非移动性管理接入层(MMNAS)消息的转发、会话管理(SM)消息的转发。在实际应用中，AMF网元可实现LTE网络框架中MME里的移动性管理功能，还可实现接入管理功能。统一数据管理网元UDM支持5G本地局域网组的签约，签约对应的DNN和切片ID、会话类型等数据。

例如，现有网元的配置方式如下：用户面功能网元UPF惯性运行，继续数据转发；例如，检测N4故障，不删除用户计费达到阈值，本地累积不上报，PCF触发N4上报，不删除用户，维持当前策略。会话管理功能网元SMF惯性运行，保持会话；例如，检测N4故障，不删除用户；维护与CHF连接,下查流量上报为0；维护与PCF连接，授权超时维持策略不变。接入和移动性管理功能网元AMF，惯性运行，保持接入；例如，检测N2故障后，不删除用户。NR(基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准)；用于检测有本地AMF服务可用，保持在线业务；例如，检测到园区的本地AMF服务存活，则保持业务连接，不释放用户，支持选择园区本地AMF服务。

例如，第一数据存储服务器应急接入所述接入和移动性管理功能网元AMF服务；应急接入本地业务；新接入用户，NR选择本地AMF服务，本地AMF服务选择本地UDM服务和本地SMF服务激活用户。

第二数据存储服务器应急接入会话管理功能网元SMF服务；应急接入本地业务；新接入用户，本地AMF服务选择本地SMF服务，本地SMF服务选择本地UPF激活用户。

第三数据存储服务器应急接入统一数据管理网元UDM服务；应急接入本地业务；本地UDM服务基于同步的签约数据，只允许接入园区用户。

需要说明的是，上述网元可以作为独立的物理功能实体，在核心网架构中，控制面功能网元之间采用点对点通信方式，即控制面功能网元之间的接口通信采用一套特定的消息，接口两端的控制面功能网元仅能使用这套特定的消息进行通信。即，在本实施例中，需要重点强调的是各个网元之间的服务调用的应用程序是现有技术，而本实施例是保护各个网元之间的网络拓扑架构。

还需要说明的是，当5G核心网的业务数据发生中断时，通过NR通信接口进行监测，当监测业务数据无法访问时，即，数据中断，调用备用NR通信接口访问存储用户边缘的边缘UPF单元(数据存储服务器)，从而实现5G核心网失联时本地数据业务应急接入能力，大网故障不影响本地业务，不发生重新注册的用户不掉线；另外，在大网故障恢复之后，利用本地接管的用户可按计划回迁大网(5G核心网)。

需要陈述的是，上述数据中断监测、恢复的程序都是现有技术，通过5G组网系统的拓扑连接架构可正常实现，无需额外编程配置。

在上述实施例的基础上，所述业务数据按照域名、IP。地址、以及域名与IP地址相结合的方式存储至相应的数据存储服务器；

具体地，5G网络应用CUPS(Control and User Plane Separation)架构，将核心网的C面和U面实现彻底分离，C面功能由多个NF承载，U面功能由UPF独立担当，用户面功能实现去中心化。用户面网关功能独立出来后，可根据业务场景需要为其选择部署位置，实现分布式部署，既可以部署于本地DC，也可以部署在更靠近用户的边缘DC，来满足不同业务场景需求。不同位置的部署取决于业务对网络的要求，如时延、带宽、可靠性等。

例如，针对5G用户面的数据分流功能，实现根据用户业务流特征，将访问本地网络的业务流分流到本地业务服务器，即本地分流业务处理。本地业务分流可分为基于域名的本地分流、基于IP地址的本地分流，以及基于DNN+位置的本地分流。

基于域名的本地分流：根据用户报文的域名进行分流规则匹配，将匹配成功的业务流分流到特定域名的本地业务服务器。

基于IP地址的本地分流：根据用户报文的目的IP地址和端口号进行分流规则匹配，将匹配成功的业务流分流到特定IP地址的本地业务服务器。

基于DNN+位置的本地分流：当用户激活或位置变化移入本地分流区域时，SMF支持根据用户激活的DNN和位置信息选择UL CL UPF并触发创建UL CL流程，给ULCL UPF下发ULCL规则，给PSA UPF下发普通规则。UL CL+PSA UPF支持根据SMF下发的分流规则和普通规则进行匹配，完成本地分流功能。

在另一些实施例中，所述5G基站包括依次连接的基带处理单元、射频拉远单元与天馈系统；其中，各个所述5G基站的基带处理单元集中布置在中心机房形成基带池，所述基带池中各个基带处理单元对应连接各个射频拉远单元，每个射频拉远单元对应连接一个天馈系统。

通过集中化的方式，可以极大减少基站机房数量，减少配套设备(特别是空调)的能耗；机房少了，租金就少了，维护费用也少了，人工费用也跟着减少了；拉远之后的射频拉远单元搭配天线，可以安装在离用户更近距离的位置。距离近了，发射功率就低了；此外，分散的BBU变成BBU基带池之后，更强大了，可以统一管理和调度，资源调配更加灵活。

在上述实施例基础上，所述用户面功能网元与企业内网之间设置有防火墙。具体地，在5G基站与企业内网之间设置有防火墙，利用该防火墙可以大大提高企业内网中数据的安全性，防止数据外泄或被盗。

还可以在企业内网与用户面功能网元构建虚拟局域网，例如，通过所述5G核心网的用户面功能网元与交换式局域网之间构成可扩展虚拟局域网，利用该交换式局域网连接企业内网；其中，该交换式局域网具有中继代理转发能力，例如，交换式局域网(LSW)，交换式局域网所有站点都连接到一个交换式集线器或局域网交换机上；DHCP中继(即，DHCP中继代理)是一个小程序，其可实现在不同子网和物理网段之间处理和转发dhcp信息的功能。

具体地，两个设备上的VTEP地址即可视作一条隧道，通过这两个VTEP地址三层路由可达。隧道建立成功之后，VXLAN封装的数据在该隧道中去传输转发；隧道建立分为静态建立和动态建立；静态建立由手工配置，动态建立由BGP EVPN建立；静态建立仅支持部署集中式网关，动态建立支持部署集中式网关、分布式网关，由于搭建VXLAN是现有技术，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型通过冗余保护方式对用户的业务数据进行备份存储，当5G核心网无法访问时，通过5G基站与数据存储服务器关联关系，能够确保本地业务数据不掉线，提高了5G基站的应急能力，实现高可靠。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种5G组网系统，其特征在于，包括：

多个终端设备，分布于工业园区内；

2.根据权利要求1所述的5G组网系统，其特征在于，所述5G核心网还包括：用户面功能网元，所述用户面功能网元利用第二NR接口连接会话管理功能网元；所述用户面功能网元将利用第三NR接口连接企业内网。

3.根据权利要求2所述的5G组网系统，其特征在于，所述用户面功能网元利用第四NR接口连接5G基站。

4.根据权利要求1或2所述的5G组网系统，其特征在于，所述5G基站包括依次连接的基带处理单元、射频拉远单元与天馈系统；其中，各个所述5G基站的基带处理单元集中布置在中心机房形成基带池，所述基带池中各个基带处理单元对应连接各个射频拉远单元，每个射频拉远单元对应连接一个天馈系统。

5.根据权利要求1所述的5G组网系统，其特征在于，所述数据存储服务器包括第一数据存储服务器、第二数据存储服务器、第三数据存储服务器，所述第一数据存储服务器连接所述接入和移动性管理功能网元同步业务数据进行备份；所述第二数据存储服务器连接所述会话管理功能网元同步业务数据进行备份；所述第三数据存储服务器连接所述统一数据管理网元同步业务数据进行备份。

6.根据权利要求1或5所述的5G组网系统，其特征在于，所述业务数据按照域名、IP地址、以及域名与IP地址相结合的方式存储至相应的数据存储服务器。

7.根据权利要求1所述的5G组网系统，其特征在于，所述用户面功能网元与企业内网之间构建可扩展虚拟局域网。

8.根据权利要求2或7所述的5G组网系统，其特征在于，所述用户面功能网元与企业内网之间设置有防火墙。

9.根据权利要求1所述的5G组网系统，其特征在于，所述终端设备为手机、平板电脑、带无线收发功能的电脑、虚拟现实终端、增强现实终端或工业控制中的无线终端中任意一种或几种。