用户装备之间的时间要求严格的通信的制作方法

用户装备之间的时间要求严格的通信


背景技术：

1.在工业物联网(iiot)应用中，各种ue向/从彼此发射和接收时间要求严格的通信(tsc)。这些通信通常经由时间要求严格的联网(tsn)网络来执行。ue可包括联网在一起的工业设备/机械。这种连通性允许对各种ue进行数据收集、交换、分析和/或控制。为了有利于从第一ue到第二ue的通信，在每个ue与tsn网络之间建立tsn桥。然后，将数据分组通过发射侧上的tsn桥从第一ue发射到tsn网络，然后由第二ue通过接收侧上的tsn桥接收。


技术实现要素：

2.一些示例性实施方案包括一种配置时间要求严格的通信(tsc)的方法。该方法包括：由用户平面功能(upf)监视第一用户装备(ue)的第一协议数据单元(pdu)会话中的分组的源和目的地，其中该分组通过时间要求严格的网络(tsn)进行通信；由upf监视第二ue的第二pdu会话中的分组的源和目的地，其中该分组通过时间要求严格的网络(tsn)进行通信；当第一pdu会话和第二pdu会话由同一upf服务时，将第一ue的第一设备侧tsn转换器(ds
‑
tt)端口与第二ue的第二ds
‑
tt端口配对，其中该配对基于对第一pdu会话和第二pdu会话的监视，并且当第一ds
‑
tt端口和第二ds
‑
tt端口配对时，以ue
‑
ue通信的方式在第一ue和第二ue之间传送分组，而无需遍历tsn。
3.其他示例性实施方案提供了一种具有一个或多个网络部件的系统，该一个或多个网络部件被配置为提供第五代核心网(5gc)，该第五代核心网在时间要求严格的通信(tsc)网络(tsn)中向第一用户装备(ue)和第二ue提供5g无线电接入网络(ran)服务。一个或多个网络部件被配置为：由用户平面功能(upf)监视第一ue的第一协议数据单元(pdu)会话中的分组的源和目的地；由upf监视第二ue的第二pdu会话中的分组的源和目的地；当第一pdu会话和第二pdu会话由同一upf服务时，将第一ue的第一设备侧tsn转换器(ds
‑
tt)端口与第二ue的第二ds
‑
tt端口配对，其中该配对基于对第一pdu会话和第二pdu会话的监视，并且当第一ds
‑
tt端口和第二ds
‑
tt端口配对时，以ue
‑
ue通信的方式在第一ue和第二ue之间传送分组，而无需遍历tsn。
4.另外的示例性实施方案提供了一种或多种包括指令集的非暂态计算机可读存储介质。该指令在被执行时使得一个或多个处理器执行操作。该操作包括：由用户平面功能(upf)监视第一用户装备(ue)的第一协议数据单元(pdu)会话中的分组的源和目的地，其中该分组通过时间要求严格的网络(tsn)进行通信；由upf监视第二ue的第二pdu会话中的分组的源和目的地，其中该分组通过时间要求严格的网络(tsn)进行通信；当第一pdu会话和第二pdu会话由同一upf服务时，将第一ue的第一设备侧tsn转换器(ds
‑
tt)端口与第二ue的第二ds
‑
tt端口配对，其中该配对基于对第一pdu会话和第二pdu会话的监视，并且当第一ds
‑
tt端口和第二ds
‑
tt端口配对时，以ue
‑
ue通信的方式在第一ue和第二ue之间传送分组，而无需遍历tsn。
附图说明
5.图1示出了根据各种示例性实施方案的示例性网络布置。
6.图2示出了根据各种示例性实施方案的示例性ue。
7.图3示出了根据各种示例性实施方案的用于tsc数据交换的示例性网络架构。
8.图4示出了根据各种示例性实施方案的用于ue到ue通信的信令图。
9.图5示出了根据各种示例性实施方案的用户平面功能(upf)向应用功能(af)报告端口对的信令图。
10.图6示出了根据各种示例性实施方案的upf向af报告端口对的第二示例性信令图。
11.图7示出了根据各种示例性实施方案的ue发起的端口配对的信令图。
12.图8示出了根据各种示例性实施方案的响应于ue请求进行smf端口配对的信令图。
13.图9示出了根据各种示例性实施方案的amf/smf广播可用端口配对以进行ue选择的信令图。
具体实施方式
14.参考以下描述及相关附图可进一步理解示例性实施方案，其中类似的元件具有相同的附图标号。示例性实施方案涉及第一用户装备(ue)向第二ue发送时间要求严格的通信(tsc)。如果第一ue和第二ue由同一upf服务，则示例性实施方案允许5g新无线电(nr)核心网上的用户平面功能(upf)绕过时间要求严格的联网(tsn)网络，从而节省发射tsc数据和接收tsc数据之间的时间。
15.还参照包括5g新无线电(nr)无线电接入技术(rat)的网络来描述示例性实施方案。然而，在一些实施方案中，即使以下描述将主要集中于5g nr rat，网络也可包括长期演进(lte)rat。尽管ue可通过频谱的许可频带和未许可频带两者与网络通信，但以下描述将主要集中于ue与网络之间的nr
‑
u通信。
16.tsc数据的第一个问题在于，无论发射ue和接收ue是否由通过upf服务，该数据都始终通过tsn网络进行路由。因此，浪费了对tsc至关重要的时间。
17.根据示例性实施方案，如果upf确定第一ue(ue1)的设备侧tsn转换器(ds
‑
tt)端口和第二ue(ue2)的ds
‑
tt由同一upf服务，则upf可将这两个ds
‑
tt端口配对，而不是通过tsn网络路由通信。
18.根据另外的示例性实施方案，第一ue1可使第二ue2的ds
‑
tt端口进行硬编码(例如，经由更新或存储在ue1的存储器设备中)，或者ue1可从先前的tsc通信中了解ue2的ds
‑
tt端口的细节。在这样的实施方案中，ue1可在pdu会话建立期间将端口配对发送到5g nr核心网的会话管理功能(smf)。
19.根据另外的示例性实施方案，upf维护upf所服务的所有ds
‑
tt端口的数据库。upf与smf共享该数据库。当ue1与smf建立pdu会话时，ue1请求针对ue2的端口配对。作为响应，smf选择由ue1选择的适合于ue的端口对(例如，ue2)。
20.根据另外的示例性实施方案，smf向5g nr核心网上的接入和移动性管理功能(amf)通知由upf与smf共享的ds
‑
tt端口数据库。amf广播可用端口的列表以用于配对到由同一upf服务的所有ue。当ue1与smf建立pdu会话时，ue1可基于所广播的列表将端口配对发送到smf。
110和蜂窝核心网130之间的pdu交换的pdu连通性服务。pdu会话可在ue 110和ue 112请求时建立。对单个smf 131的参考仅仅是为了进行示意性的说明；实际网络布置可包括任何适当数量的smf，如下文将讨论的。
28.amf 132执行与移动性管理有关的操作，诸如但不限于ue 110和ue 112与蜂窝核心网130之间的寻呼、非接入层(nas)管理和注册过程管理。对单个amf 132的参考仅仅是为了进行示意性的说明；实际网络布置可包括任何适当数量的amf。
29.upf 133执行与rat内和rat间移动性、与蜂窝核心网络130互连的外部pdu会话点以及支持多宿主pdu会话的分支点有关的操作。upf 133还可执行分组路由和转发，执行分组检查，实施策略规则的用户平面部分，合法拦截分组(up收集)，执行流量使用情况报告，对用户平面执行qos处理(例如，分组滤波、门控、ul/dl速率实施)，执行上行链路流量验证(例如，服务数据流(sdf)到qos流映射)，上行链路和下行链路中的传输级别分组标记以及下行链路分组缓冲和下行链路数据通知触发。对单个upf 133的参考仅仅是为了进行示意性的说明；实际网络布置可包括任何适当数量的upf。
30.pcf 134执行与控制平面有关的操作，诸如但不限于管理用于控制平面功能的策略规则，包括网络切片、漫游和移动性管理。对单个pcf 134的参考仅仅是为了进行示意性的说明；实际网络布置可包括任何适当数量的pcf。
31.af 135执行与应用程序对流量路由的影响、对网络云引擎(nce)的访问以及与策略框架进行交互以进行策略控制有关的操作。nce可以是允许与蜂窝核心网130和af 135彼此提供信息的机制，该机制可用于边缘计算具体实施。在此类具体实施中，网络运营商和第三方服务可被托管在附件的ue 110和ue 112接入点附近，以通过降低的端到端延迟和传输网络上的负载来实现有效的服务递送。对于边缘计算具体实施，蜂窝核心网130可选择靠近ue 110和ue 112的upf 133，并且执行从upf 133到网络的流量导向。这可基于ue订阅数据、ue位置和af 135所提供的信息。这样，af 135可影响upf(重新)选择和流量路由。对单个af 135的参考仅仅是为了进行示意性的说明；实际网络布置可包括任何适当数量的af。
32.tsn网络136执行与保证关键数据的最小延迟、保留关键流量的资源(例如，tsc数据)以及配置tsc数据的5g系统(5gs)桥参数有关的操作。
33.图2示出了根据各种示例性实施方案的示例性ue 110。图2将描述示例性ue 110，但应当理解，该描述可同样适用于ue 112。将参照图1的网络布置100来描述ue 110。ue 110可表示任何电子设备，并且可包括处理器205、存储器布置210、显示设备215、输入/输出(i/o)设备220、收发器225以及其他部件230。其他部件230可包括例如音频输入设备、音频输出设备、提供有限功率源的电池、数据采集设备、用于将ue 110电连接到其他电子设备的端口、一个或多个天线面板等。例如，ue 110可经由一个或多个端口耦合到工业设备。
34.处理器205可被配置为执行ue 110的多个引擎。例如，引擎可包括tsc管理引擎235。tsc管理引擎235可执行与配置tsc数据以用于发射、与smf建立pdu会话以及处理所接收的tsc数据有关的各种操作。
35.上述引擎作为由处理器205执行的应用程序(例如，程序)仅是示例性的。与引擎相关联的功能也可被表示为ue 110的独立的结合部件，或者可为耦接到ue 110的模块化部件，例如，具有或不具有固件的集成电路。例如，集成电路可包括用于接收信号的输入电路和用于处理信号和其他信息的处理电路。引擎也可被体现为一个应用程序或分开的多个应
用程序。此外，在一些ue中，针对处理器205描述的功能性在两个或更多个处理器诸如基带处理器和应用处理器之间分担。可以按照ue的这些或其他配置中的任何配置实施示例性实施方案。
36.存储器布置210可以是被配置为存储与由ue 110所执行的操作相关的数据的硬件部件。显示设备215可以是被配置为向用户显示数据的硬件组件，而i/o设备220可以是使得用户能够进行输入的硬件组件。显示设备215和i/o设备220可以是独立的部件或者可被集成在一起(诸如触摸屏)。收发器225可以是被配置为与5g nr
‑
ran 120、lte
‑
ran 122、wlan 124等建立连接的硬件组件。因此，收发器225可在多个不同的频率或信道(例如，连续频率集)上操作。
37.图3示出了根据各种示例性实施方案的用于第一ue(ue1 301)和第二ue(ue2 302)之间的tsc数据交换的示例性网络架构300。如图3所示，为了将tsc数据从一个ue(例如，ue1 301)发送到另一ue(例如，ue2 302)，每个ue均与upf 304建立pdu会话(pdu会话1和pdu会话2)。如图3所示，这两个ue均电耦合到同一tsn终端站306。tsn终端站306可为例如工业设施，其中每个ue均通信地耦合到工业设备。当前，tsc数据从发射ue(ue1 301或ue2 302)路由到upf 304，路由到tsn系统308，返回到同一upf 304，并且路由到接收ue(ue2 302或ue1 301)。该路由在图3中被标记为“无ue
‑
ue通信”。
38.然而，如下文将讨论的，根据示例性实施方案，由于upf 304服务于这两个pdu会话，因此upf 304可绕过tsn系统308并且执行两个ue的ds
‑
tt端口的端口配对。该路由在图3中被标记为“有ue
‑
ue通信”。因此，将tsc数据从一个ue发送到另一ue(ue
‑
ue通信)节省了时间。
39.以下示例性实施方案包括各种信令图，所述信令图包括在各种部件和/或功能之间交换的消息。这些消息可被提供有消息名称和/或信息元素(ie)名称。应当理解，这些名称仅仅是示例性的，并且在不同实施方案中，提供相同信息的消息和/或ie可具有不同的名称。本领域的技术人员将理解每个消息中提供的各种功能和/或信息，并且可将其应用于其他实施方案。
40.图4示出了根据各种示例性实施方案的用于ue到ue通信的信令图。在401处，具有第一ds
‑
tt端口的第一ue(ue1 451)与第一smf(smf1 454)建立pdu会话(1)。在402处，具有第二ds
‑
tt端口的第二ue(ue2 452)与第二smf(smf2 455)建立pdu会话(2)。在此确定这两个pdu会话均由具有网络侧tt(nw
‑
tt)的同一upf 456服务。
41.因此，在403处，upf 456基于源mac地址和目标mac地址确定流量在ue1 451的ds
‑
tt端口和ue2 452的ds
‑
tt端口之间流动。因此，两个端口能够配对。在一些实施方案中，upf 456在相应pdu会话期间将端口号分配给ue1 451的ds
‑
tt端口和ue2 452的ds
‑
tt端口。upf 456可维护数据库表，其中所有端口号均分配给pdu服务的不同ds
‑
tt。upf 456将根据以太网分组的标头了解源端口号和目的地端口号。因此，upf 456基于标头中存在的源端口号和目的地端口号，确定可将两个ue配对以进行ue
‑
ue通信。
42.在404处，upf 456经由smf(smf1 454或smf2 455)和pcf 457将端口对传送到af 458。af 458可为tsn af。在405处，af 458如下计算桥延迟信息：
43.桥延迟信息＝[ue1
‑
dt
‑
tt停留时间 pdu会话(1)的pdb] [ue2
‑
ds
‑
tt停留时间 pdu会话(2)的pdb]
[0044]
其中停留时间为数据分组从ds
‑
tt行进到其对应的ue所花费的时间；pdb是pdu会话的分组延迟预算。
[0045]
在406处，基于所计算的桥延迟信息，af 458评估用于ue
‑
ue通信的ul链路和dl链路的qos，并且将该信息连同tsc辅助信息(tscai)一起与pcf 457共享，并且请求pcf 457经由例如npcf_policy authorization服务为smf创建对应的策略控制和收费(pcc)规则，以供pdu会话使用。tscai是描述tsc流量特征的信息。
[0046]
在407处，pcf 457为上行链路传输创建pcc规则，并且经由例如npcf_smpolicycontrol_updatenotify过程更新pdu会话(1)的smf1 454。在408处，smf1 454修改pdu会话(1)，其中更新的qos被发送到ue1 451的ds
‑
tt。如图4所示，用于适应ue到ue通信的pdu会话修改可以与相对于3gpp ts 23.502第4.3.3.2
‑
1节所描述的pdu会话修改相同的方式来执行。本领域的技术人员将理解，3gpp标准中描述的pdu会话修改的目的与本文所述的pdu会话修改的目的不同。然而，用于修改会话的过程可以是相同的。
[0047]
在409处，pcf 457为下行链路传输创建pcc规则，并且经由npcf_smpolicycontrol_updatenotify过程更新pdu会话(2)的smf2 455。在410处，smf2 455修改pdu会话(2)，其中更新的qos被发送到ue1 452的ds
‑
tt。同样，pdu会话修改可以与相对于3gpp ts 23.502第4.3.3.2
‑
1节所描述的pdu会话修改相同的方式执行。在一些实施方案中，pcf 457可另选地使用由af 458在pdu会话建立过程期间提供的现有tsc配置，并且经由例如npcf_smpolicycontrol_updatenotify过程向smf 455(用于ue
‑
ue通信)提供更新的pcc规则和tscai。
[0048]
图5示出了根据各种示例性实施方案的upf向af报告端口对的第一示例性信令图。在501处，upf 553基于分组中的源mac地址和目标mac地址，确定流量在第一ue(ue1 551)的ds
‑
tt端口和第二ue(图5中未示出)的ds
‑
tt端口之间流动。因此，由于这两个ue都连接到同一upf，因此两个端口可配对。
[0049]
在502处，upf 553经由例如n4关联更新请求向smf 552报告端口对。upf 553包括要转换为ue
‑
ue通信的两个ue的端口对和pdu会话id。
[0050]
在503处，smf 552经由例如n4关联更新响应向upf 553发送确认。在504处，smf 552请求pcf 554通过提供适用于ue
‑
ue通信的新pcc规则来更新pdu会话。sm f552还提供端口对以及5gs桥信息。5gs桥信息可被认为是在pdu会话建立期间由smf 134从ue和upf接收的信息元素(ie)。smf封装这些ie，并且这可被认为是5gs桥信息。在505处，pcf 554为用于pdu会话的pcc规则提供用于上行链路和下行链路传输的qos配置以及tscai。
[0051]
在506处，如果pcf 554不具有用于ue
‑
ue通信的pcc规则，则pcf 554可请求af 555通过将端口对和5gs桥信息包括在请求中来经由例如npcf_policyauthorisation_notify提供qos规则和tscai。
[0052]
在507处，af 555使用以上相对于图4所述的桥延迟信息公式来计算桥延迟信息。在508处，基于所计算的桥延迟信息，af 555评估用于ue
‑
ue通信的ul链路和dl链路的qos，并且与pcf 554共享该信息。在509处，pcf 554修改pdu会话，其中更新的qos被发送到ue1 551的ds
‑
tt。
[0053]
图6示出了根据各种示例性实施方案的upf向af报告端口对的第二示例性信令图600。图6的实施方案基本上类似于图5的实施方案，不同的是在图6中，在601处，smf 652将
upf 653配置为报告由upf 653确定的任何端口对。在602处，upf 653基于源mac地址和目标mac地址确定流量在ue1的ds
‑
tt和ue2的ds
‑
tt端口之间流动。因此，两个端口可配对。在603处，upf 653经由例如n4报告将端口对传送到smf 652。upf 653包括要转换为ue
‑
ue通信的ue的端口对和pdu会话id。在604处，smf 652经由n4报告ack向upf 653发送确认。由于605
‑
610与上述504
‑
509相同，因此此处省略了对这些通信的描述。
[0054]
图7示出了根据各种示例性实施方案的ue发起端口配对的信令图700。在701处，第一ue(ue1 751)与smf 753建立pdu会话(1)。在702处，第二ue(ue2 752)与smf 753建立pdu会话(2)。在一些实施方案中，在pdu会话(2)建立请求中，ue2 752还包括端口对和ue
‑
ue通信中的数据传输的方向。在该示例中，ue2 752是ul侧。在一些实施方案中，可将ue1 751的端口细节硬编码到ue2 752的存储器上(例如，通过软件更新或预编程到ue2的存储器上)。在一些实施方案中，ue2 752可另选地根据先前知识了解ue1 751的ds
‑
tt的端口细节(例如，ue1和ue2先前已处于ue
‑
ue通信中)。
[0055]
在703处，针对ue2建立pdu会话。smf 753基于由ue2 752共享的端口对细节来选择upf 754。即，smf 753将选择服务于ue1 751的pdu会话(1)的upf。在一些实施方案中，如果smf 753不能找到服务于在由ue2 752共享的端口对细节中识别出的ue的upf，则smf 753可请求af 756解析ue1 751的ds
‑
tt端口的upf细节。
[0056]
在704处，af 756使用以上相对于图4所述的桥延迟信息公式来计算桥延迟信息。在705处，af 756连同tscai一起评估用于ue
‑
ue通信的ul链路和dl链路的qos。af 756还请求pcf 755经由npcf_policy authorization服务为smf 753创建对应的pcc规则以用于pdu会话(1和2)。在706处，smf 753修改pdu会话(1)，其中更新的qos被发送到ue1 751的ds
‑
tt。在707处，与706类似，修改pdu会话(2)以用于以qos进行下行链路传输。
[0057]
图8示出了根据各种示例性实施方案的响应于ue请求进行smf端口配对的信令图。在801处，第一ue(ue1 851)的ds
‑
tt与smf 854建立pdu会话(1)。在802处，upf 855维护分配给upf 855所服务的不同ds
‑
tt的端口号的数据库表。在803处，upf 855经由n4报告/ack sm消息与smf 854共享ds
‑
tt数据库表。在804处，第二ue(ue2 852)的ds
‑
tt发起与smf 854的pdu会话(2)建立请求。在请求中，ue2 852包括向smf 854指示ue2 852寻求端口对以经由ue
‑
ue通信传输数据的标记。在该示例中，ue2是dl侧。
[0058]
在805处，smf 854选择适合于针对所请求的ue进行配对的端口。在806处，针对ue2 852建立pdu会话。smf 854基于ue2共享的端口对细节来选择upf 855。即，smf 854选择正服务于pdu会话(1)的upf。在一些实施方案中，如果smf 854不能基于ue2 852共享的端口对细节找到upf，则smf 854将请求af 857解析ue1 851的ds
‑
tt的upf细节。
[0059]
在807处，af 857使用以上相对于图4所述的桥延迟信息公式来计算桥延迟信息。在808处，af 857连同tscai一起评估用于ue
‑
ue通信的ul链路和dl链路的qos。af 857还请求pcf 856为smf 854创建对应的pcc规则，以用于经由npcf_policy authorization服务进行的pdu会话。在809处，smf 854修改pdu会话(1)，其中更新的qos被发送到ue1 851的ds
‑
tt。在810处，与809类似，修改pdu会话(2)以用于以qos进行下行链路传输。
[0060]
图9示出了根据各种示例性实施方案的amf/smf广播可用端口配对以进行ue选择的信令图。在901处，第一ue(ue1 951)的ds
‑
tt与smf 954建立pdu会话(1)。在902处，upf 955维护分配给upf 955所服务的不同ds
‑
tt的端口号的数据库表。在903处，upf 955经由n4
报告/ack sm消息与smf 954共享ds
‑
tt数据库表。
[0061]
在904处，smf 954向订阅的amf 953通知ds
‑
tt数据库表。在905处，upf 955广播可用端口的列表以用于配对到由upf(5gs桥)服务的所有ue。在906处，第二ue(ue2 952)从所广播的列表中选择合适的ds
‑
tt端口以用于配对。在907处，ue2 952的ds
‑
tt与smf 954建立pdu会话(2)。在pdu会话建立请求中，ue2 952还包括端口对和ue
‑
ue通信中的数据传输的方向。在该示例中，ue2 952在dl侧。
[0062]
在908处，针对ue2 952建立pdu会话(2)。smf 954基于由ue2 952共享的端口对细节来选择upf 955。即，smf 954将选择服务于ue1951的pdu会话(1)的upf 955。在一些实施方案中，如果smf 954不能基于由ue2 952共享的端口对细节找到upf，则smf 954可请求af 957解析ue1 951的ds
‑
tt的upf细节。
[0063]
在909处，af 957使用以上相对于图4所述的桥延迟信息公式来计算桥延迟信息。在910处，af 957连同tscai一起评估用于ue
‑
ue通信的ul链路和dl链路的qos。af 957请求pcf 956为smf 954创建对应的pcc规则，以用于经由npcf_policy authorization服务进行的pdu会话。在911处，smf 954修改pdu会话(1)，其中更新的qos被发送到ue1 951的ds
‑
tt。在912处，与911类似，修改pdu会话(2)以用于以qos进行下行链路传输。
[0064]
尽管本专利申请描述了各自具有不同特征的各种实施方案的各种组合，本领域的技术人员将会理解，一个实施方案的任何特征均可以任何未被公开否定的方式与其他实施方案的特征或者在功能上或逻辑上不与本发明所公开的实施方案的设备的操作或所述功能不一致的特征相组合。
[0065]
众所周知，使用个人可识别信息应遵循公认为满足或超过维护用户隐私的行业或政府要求的隐私政策和做法。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
[0066]
本领域的技术人员将理解，可以任何合适的软件配置或硬件配置或它们的组合来实现上文所述的示例性实施方案。用于实现示例性实施方案的示例性硬件平台可包括例如具有兼容操作系统的基于intel x86的平台、windows os、mac平台和mac os、具有操作系统诸如ios、android等的移动设备。在其他示例中，上述方法的示例性实施方案可被体现为包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的代码行的程序，在进行编译时，该程序可在处理器或微处理器上执行。
[0067]
对本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在不脱离本公开的实质或范围的前提下对本公开进行各种修改。因此，本公开旨在涵盖本公开的修改形式和变型形式，但前提是这些修改形式和变型形式在所附权利要求及其等同形式的范围内。