一种基于5G的柔性数据业务控制系统及其引流方法与流程

一种基于5g的柔性数据业务控制系统及其引流方法
技术领域
1.本发明涉及5g数据业务技术领域，具体来说是一种基于5g的柔性数据业务控制系统及其引流方法。


背景技术：

2.当前5g核心网网元功能和流程都已经标准化、透明化，光凭核心网网元的特性或运营商策略无法做到精细化的数据业务引导，在成熟的5g架构之下，缺乏采取相对灵活易于部署的方案，既不影响5g核心网的正常业务流程和用户上网体验，又能满足精细化数据业务引导的需求的系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效地管理数据业务流量，提高数据业务控制效率，实现对5g上网数据业务流量的精细化引导的系统以及采用该系统的引流方法。
4.为了实现上述目的，设计一种基于5g的柔性数据业务控制系统，包括流量控制设备和用户面代理设备，所述流量控制设备串接在核心网控制面接口，对于匹配流量引导策略的信令报文，在执行数据业务流量引导时，系统会实施信令会话管道的修改，并向用户面代理设备同步管道映射关系，所述用户面代理设备部署在网络中，具备与网元设备的路由通路，根据管道映射关系将数据报文的管道和路由信息转换成原始报文，并重新路由至真实网元。
5.本发明还具有如下优选的技术方案：1. 所述流量控制设备串接在n4信令链路上，负责执行引流规则过滤，修改原始信令中的u面承载f-teid，把用户面流量引流到用户面代理设备。
6.2. 所述流量控制设备中用于执行引流规则的信令引流板模块包括接入层，负责串接的原始信令接入和解析，和多接口信令关联；处理层，完成引流功能实现；接口层，接口层提供spc设备的所有对外接口。
7.3. 所述处理层包括一下模块：策略匹配模块，负责引流规则的维护和匹配，对全部信令匹配引流规则；引流信令构造模块，修改命中引流规则的n4信令，将隧道信息映射到引流的u面代理板，并构造下线信令；路由还原模块，离开引流区域时还原路由，删除引流规则时还原路由；命中统计模块，对命中引流策略的数据做统计和日志，生成运维所需数据。
8.4. 所述用户面代理设备部署在引流后的用户面链路上，负责将引流后的上下行u面流量中的承载f-teid还原，并发给对端核心网用户面网元。
9.5. 所述用户面代理设备包括接入层，负责串接的u面数据接入和gtpu解析，当接入数据混有非gtpu数据时，用户面代理板直接原样转发这些数据回到链路中；处理层，配合信令引流板，完成引流功能；接口层，提供upp设备的所有对外接口。
10.6. 所述处理层包括一下模块：流量控制设备策略匹配模块：按约定接口对接信令
引流板、接收、存储，和匹配查询引流用户的隧道映射信息策略；u面隧道维护和映射模块：维护根据信令引流组件发来的引流用户u面隧道映射信息，并根据映射信息修改引流的用户面隧道细细，并发回线上。
11.还设计一种采用该系统的引流方法，方法具体如下：s1. smf向upf发送请求建立pdu会话的消息，经由spc透传处理；s2. upf响应请求，发送带upf侧n3 f-teid的消息给smf，先发送至流量控制设备；s3. 流量控制设备修改响应消息，将n3 f-teid更改为spc分配的f-teid'并发给smf；s4. smf收到响应消息，通知amf; amf向gnb发送消息，携带n3 f-teid'，至此上行通道引流过程完成；s5. gnb回复携带其n3 f-teid的消息给amf；s6. ue首次发出上行数据，使用n3 f-teid'进行路由，实现上行数据的引流；s7. 用户面代理设备收到数据，将f-teid'还原为f-teid发送给upf;s8. amf向smf发送消息，携带gnb侧n3 f-teid;s9. smf向upf发送修改消息，先到达流量控制设备，携带n3 f-teid;s10. 流量控制设备修改消息，将n3 f-teid更改为spc分配的f-teid'并发给upf，完成下行通道引流;s11. upf回复修改响应消息给smf，流量控制设备（spc）将携带的f-teid修改为f-teid'；s12. smf回复更新响应消息给amf;s13. ue首次发出下行数据，使用n3 f-teid'进行路由；s14. 用户面代理设备修改f-teid'为f-teid并发送给gnb, gnb再发送给ue。
12.本发明同现有技术相比，其优点在于：1.系统部署方便且灵活；2.不影响核心网工作流程；3.支持多种精细化的引流规则，包括imsi、手机号、设备号、dnn、小区号和切片；4.流量引导方案可以节省客户的后端业务建设成本。
附图说明
13.图1是本发明的部署图；图2是本发明的信令引流板模块组成图；图3是本发明的用户面代理设备组成图；图4是本发明的方法流程图；
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.实施例1：一种基于5g的柔性数据业务控制系统
如图1所示，本发明以在5g网络柔性部署流量控制设备(以下简称spc)和用户名代理设备(以下简称upp)，通过匹配流量引导策略的方式，实现5g数据业务的精细化流量控制和引导。
16.spc串接在核心网控制面接口，对于匹配流量引导策略的信令报文，在执行数据业务流量引导时，系统会实施信令会话管道的修改，并向upp同步管道映射关系。upp部署在网络中，具备与网元设备的路由通路，根据管道映射关系将数据报文的管道和路由信息转换成原始报文，并重新路由至真实网元。
17.如图1所示，spc串接在5g核心网的信令链路上，负责执行引流规则过滤，修改原始信令中的u面承载f-teid，把用户面流量引流到upp。其中，u面承载（u-plane）是移动通信网络中用于传输用户数据的接口，f-teid（fully qualified tunnel endpoint identifier）则是网络节点唯一识别码，用于在gtp协议中标识隧道入口或出口。如图2所示，spc中用于执行引流规则的信令引流板模块包括：（1）接入层，负责串接的原始信令接入和解析，和多接口信令关联。
18.（2）处理层，完成引流功能实现，包括以下模块：a.策略匹配，负责引流规则的维护和匹配，对全部信令匹配引流规则；b.引流信令构造，修改命中引流规则的n4信令，将隧道信息映射到引流的u面代理板；并构造下线信令；c.路由还原，离开引流区域时还原路由，删除引流规则时还原路由；d.命中统计：对命中引流策略的数据做统计和日志，生成运维所需数据。
19.（3）接口层，接口层提供spc设备的所有对外接口，说明如下：a.信令信息同步接口，同步接收和维护用户位置等信息；b.u面代理板控制接口，用于同步引流修改的隧道信息到u面代理板；c.策略接口，负责接收引流策略；d.运维接口，负责提供本设备的运维信息，命中统计，日志信息等。
20.如图1所示，upp部署在引流后的用户面链路上（n3），负责将引流后的上下行u面流量中的承载f-teid还原，并发给对端核心网用户面网元。如图3所示，upp包括：（1）接入层，接入层负责串接的u面数据接入和gtpu解析，支持的用户面接口类型有s1u,n3,n9等。当接入数据混有非gtpu数据时，用户面代理板直接原样转发这些数据回到链路中。
21.（2）处理层，处理层配合信令引流板，完成引流功能，包括以下模块：a.spc策略匹配：按约定接口对接信令引流板，接收，存储，和匹配查询引流用户的隧道映射信息策略；b.u面隧道维护和映射：维护根据信令引流组件发来的引流用户u面隧道映射信息，并根据映射信息修改引流的用户面隧道细细，并发回线上。
22.（3）接口层，接口层提供upp设备的所有对外接口，说明如下：a.spc策略接口，负责接收信令引流板发来的隧道修改策略；b.运维接口，负责提供本设备的运维信息和日志信息。
23.实施例2：一种采用基于5g的柔性数据业务控制系统的引流方法如图4所示，以ue发起的pdu session 建立过程为例，对本方案的引流原理和过程
说明如下：s1：smf发送n4 session establishment request消息给upf，请求建立pdu会话，此消息经过spc，spc对消息做透传处理。
24.s2：upf响应n4 session establishment response消息给smf，携带upf侧的n3 upp ul f-teid，该消息先发到信令面数据业务控制设备。
25.s3：spc修改n4 session establishment response消息，将携带的n3 upp ul f-teid改为spc自己分配的n3 upp ul f-teid’，发送给smf。
26.s4-s5：smf收到此消息后，通知amf，amf发送n2 pdu session request消息给gnb，携带n3 uppul f-teid’, 至此上行通道引流过程完成。
27.s6：gnb回复n2 pdu session response消息给amf，携带gnb侧的n3 gnb dl f-teid。
28.s7：ue的第一次上行用户面数据发出后，报文使用n3 upp ul f-teid’，路由至upp，实现上行数据的引流。
29.s8：upp收到此上行数据后，将n3 upp ul f-teid’还原为n3 upp ul f-teid，发给upf。
30.s9：amf发送nsmf pdu session update request消息给smf，携带gnb侧的n3 gnb dl f-teid。
31.s10：smf发送n4 session modification request消息给upf，该消息先到达spc，携带n3 gnb dl f-teid。
32.s11：spc修改n4 session modification request消息，将携带的n3 gnb dl f-teid改为spc自己分配的n3 gnb dl f-teid’，发送至upf。至此下行通道引流过程完成。
33.s12-s13：upf回复n4 session modification response消息给smf，spc查询本地f-teid映射表，将携带的n3 upp ul f-teid修改成n3 upp ul f-teid’。
34.s14：smf回复pdu session update response消息给amf。
35.s15：ue的第一次下行用户面数据从upf发到upp，报文使用n3 gnb dl f-teid’。
36.s16：upp将此下行数据中携带的n3 gnb dl f-teid’修改为n3 gnb dl f-teid，再发送给gnb，由gnb发送给ue。
37.以下是上述方法概述中出现的所有英文缩写及对应的中文术语解释：1.pdu（protocol data unit）：协议数据单元，封装了用户数据和控制信息的协议层数据单元。
38.2.smf（session management function）：会话管理功能，负责管理ue与核心网络之间的会话。
39.3.upf（user plane function）：用户面功能，处理用户设备到数据网络的数据转发。
40.4.spc（signal plane controller）：信令面数据业务控制设备，负责流量控制。
41.5.upp（user plane proxy）：用户面代理设备，负责用户数据转发处理。
42.6.f-teid（fully qualified tunnel endpoint identifier）：完全限定隧道端点标识符，用于在gtp（gprs隧道协议）隧道中唯一标识一个端点。
43.7.amf（access and mobility management function）：接入与移动性管理功能，
负责订阅信息、网络切换等操作处理。
44.8.gnb (gnodeb)：gnodeb，5g基站，承载着无线通信设备与核心网络之间的接入和移动性管理功能。
45.9.ue（user equipment）：用户设备，如手机、平板等移动通信终端设备。
46.通过这些英文缩写的中文解释，可以更好地理解上述方法概述中的关键术语。
47.以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，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，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于包括流量控制设备和用户面代理设备，所述流量控制设备串接在核心网控制面接口，对于匹配流量引导策略的信令报文，在执行数据业务流量引导时，系统会实施信令会话管道的修改，并向用户面代理设备同步管道映射关系，所述用户面代理设备部署在网络中，具备与网元设备的路由通路，根据管道映射关系将数据报文的管道和路由信息转换成原始报文，并重新路由至真实网元。2.如权利要求1所述的一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于所述流量控制设备串接在n4信令链路上，负责执行引流规则过滤，修改原始信令中的u面承载f-teid，把用户面流量引流到用户面代理设备。3.如权利要求2所述的一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于所述流量控制设备中用于执行引流规则的信令引流板模块包括接入层，负责串接的原始信令接入和解析，和多接口信令关联；处理层，完成引流功能实现；接口层，接口层提供spc设备的所有对外接口。4.如权利要求3所述的一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于所述处理层包括一下模块：策略匹配模块，负责引流规则的维护和匹配，对全部信令匹配引流规则；引流信令构造模块，修改命中引流规则的n4信令，将隧道信息映射到引流的u面代理板，并构造下线信令；路由还原模块，离开引流区域时还原路由，删除引流规则时还原路由；命中统计模块，对命中引流策略的数据做统计和日志，生成运维所需数据。5.如权利要求1所述的一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于所述用户面代理设备部署在引流后的用户面链路上，负责将引流后的上下行u面流量中的承载f-teid还原，并发给对端核心网用户面网元。6.如权利要求5所述的一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于所述用户面代理设备包括接入层，负责串接的u面数据接入和gtpu解析，当接入数据混有非gtpu数据时，用户面代理板直接原样转发这些数据回到链路中；处理层，配合信令引流板，完成引流功能；接口层，提供upp设备的所有对外接口。7.如权利要求6所述的一种基于5g的柔性数据业务控制系统，其特征在于所述处理层包括一下模块：流量控制设备策略匹配模块：按约定接口对接信令引流板、接收、存储，和匹配查询引流用户的隧道映射信息策略；u面隧道维护和映射模块：维护根据信令引流组件发来的引流用户u面隧道映射信息，并根据映射信息修改引流的用户面隧道细细，并发回线上。8.一种采用如权利要求1-7任一所述柔性数据业务控制系统的引流方法，其特征在于方法具体如下：s1. smf向upf发送请求建立pdu会话的消息，经由spc透传处理；s2. upf响应请求，发送带upf侧n3 f-teid的消息给smf，先发送至流量控制设备；
s3. 流量控制设备修改响应消息，将n3 f-teid更改为spc分配的f-teid'并发给smf；s4. smf收到响应消息，通知amf; amf向gnb发送消息，携带n3 f-teid'，至此上行通道引流过程完成；s5. gnb回复携带其n3 f-teid的消息给amf；s6. ue首次发出上行数据，使用n3 f-teid'进行路由，实现上行数据的引流；s7. 用户面代理设备收到数据，将f-teid'还原为f-teid发送给upf;s8. amf向smf发送消息，携带gnb侧n3 f-teid;s9. smf向upf发送修改消息，先到达流量控制设备，携带n3 f-teid;s10. 流量控制设备修改消息，将n3 f-teid更改为spc分配的f-teid'并发给upf，完成下行通道引流;s11. upf回复修改响应消息给smf，流量控制设备（spc）将携带的f-teid修改为f-teid'；s12. smf回复更新响应消息给amf;s13. ue首次发出下行数据，使用n3 f-teid'进行路由；s14. 用户面代理设备修改f-teid'为f-teid并发送给gnb, gnb再发送给ue。

技术总结
本发明涉及5G数据业务技术领域，具体来说是一种基于5G的柔性数据业务控制系统及其引流方法，包括流量控制设备和用户面代理设备，所述流量控制设备串接在核心网控制面接口，对于匹配流量引导策略的信令报文，在执行数据业务流量引导时，系统会实施信令会话管道的修改，并向用户面代理设备同步管道映射关系，所述用户面代理设备部署在网络中，具备与网元设备的路由通路，根据管道映射关系将数据报文的管道和路由信息转换成原始报文。本发明优点在于：系统部署方便且灵活；不影响核心网工作流程；支持多种精细化的引流规则，包括IMSI、手机号、设备号、DNN、小区号和切片；流量引导方案可以节省客户的后端业务建设成本。以节省客户的后端业务建设成本。以节省客户的后端业务建设成本。


技术研发人员：马猛
受保护的技术使用者：上海恒为智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/7/27