TSN和5GSQoS映射-基于用户面的方法与流程

tsn和5gs qos映射-基于用户面的方法
1.相关申请
2.本技术要求于2019年6月3日提交的序号为pct/cn2019/089766的pct专利申请的权益，其公开内容通过全文引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及一种蜂窝通信系统，具体地，涉及一种作为时间敏感型网络(tsn)中的网桥操作的蜂窝通信系统。


背景技术：

4.制造业正在经历向朝向智能制造的“第四次工业革命”(工业4.0)的数字化转型。灵活的连接基础设施是制造以灵活、安全和一致的方式互连机器、产品和所有种类的其他设备的关键使能器。
5.作为有线连接解决方案的替代或补充，第三代合作伙伴计划(3gpp)第五代(5g)系统应当支持来自这些垂直领域的新要求和挑战。3gpp具有对垂直领域中的自动化通信的研究(技术报告(tr)22.804)，其中分析了来自垂直领域的许多用例。工业自动化应用(例如，运动控制)在高可用性、超可靠、低延迟、低抖动和确定性方面具有极其严格的服务要求，例如1-10毫秒(ms)的端到端延迟和1-100微秒(μs)的分组时延变化。


技术实现要素：

6.本文公开了涉及作为时间敏感型联网(tsn)系统的网桥操作的蜂窝通信系统中的服务质量(qos)映射的系统和方法。在一个实施例中，一种操作作为tsn系统的网桥操作的蜂窝通信系统中的会话管理功能(smf)的方法包括：获取将tsn业务类别映射到蜂窝通信系统内的qos流的qos映射表；以及将qos映射表的至少一部分分发给用户面功能(upf)或upf侧的tsn转换器(tt)。以这种方式，提供了tsn系统的tsn业务类别与蜂窝通信系统的qos流之间的qos映射。
7.在一个实施例中，qos映射表的至少一部分包括与网桥标识符(id)和端口id相关联的可用tsn业务类别。
8.在一个实施例中，不同的qos映射表用于不同的upf。
9.在一个实施例中，qos映射表是预先配置的。在一个实施例中，qos映射表是在蜂窝通信系统报告其与作为tsn系统的网桥的操作相关的能力的能力报告阶段期间预先配置的。
10.在一个实施例中，qos流包括一个或多个预先建立的qos流。在一个实施例中，qos流包括在蜂窝通信系统报告其与作为tsn系统的网桥的操作相关的能力的能力报告阶段期间预先建立的一个或多个qos流。在一个实施例中，qos流包括在建立到tsn系统的一个或多个协议数据单元(pdu)会话时基于一个或多个预先配置的qos配置文件预先建立的一个或多个qos流。
11.还公开了相应的smf的实施例。在一个实施例中，一种作为tsn系统的网桥操作的蜂窝通信系统的smf被适配为：获取将tsn业务类别映射到蜂窝通信系统内的qos流的qos映射表；以及将qos映射表的至少一部分分发给upf或upf侧的tt。
12.还公开了相应的实现smf的网络节点的实施例。在一个实施例中，一种实现作为tsn系统的网桥操作的蜂窝通信系统的smf的网络节点包括网络接口和与网络接口相关联的处理电路，其中处理电路被配置为使网络节点：获取将tsn业务类别映射到蜂窝通信系统内的qos流的qos映射表；以及将qos映射表的至少一部分分发给upf或upf侧的tt。
13.还公开了操作应用功能(af)的方法的实施例。在一个实施例中，一种操作作为tsn系统的网桥操作的蜂窝通信系统中的af的方法包括：在网桥的配置阶段期间，从与tsn系统相关联的控制器接收一个或多个tsn qos要求和一个或多个tsn调度参数；以及向蜂窝通信系统中的一个或多个网络节点通知tsn系统正在使用多个预先配置的qos流中的哪些qos流。
14.在一个实施例中，该方法还包括：在网桥的配置阶段期间，向蜂窝通信系统中的相关网络节点分发一个或多个tsn参数。在一个实施例中，该一个或多个tsn参数包括qbv调度和时间敏感通信辅助信息。
15.在一个实施例中，该方法还包括向与tsn系统相关联的控制器提供响应。
16.还公开了相应的af的实施例。在一个实施例中，一种作为tsn系统的网桥操作的蜂窝通信系统的af被适配为：在网桥的配置阶段期间，从与tsn系统相关联的控制器接收一个或多个tsn qos要求和一个或多个tsn调度参数；以及向蜂窝通信系统中的一个或多个网络节点通知tsn系统正在使用多个预先配置的qos流中的哪些qos流。
17.还公开了相应的实现af的网络节点的实施例。在一个实施例中，一种实现作为tsn系统的网桥操作的蜂窝通信系统的af的网络节点包括网络接口和与网络接口相关联的处理电路，其中处理电路被配置为使网络节点：在网桥的配置阶段期间，从与tsn系统相关联的控制器接收一个或多个tsn qos要求和一个或多个tsn调度参数；以及向蜂窝通信系统中的一个或多个网络节点通知tsn系统正在使用多个预先配置的qos流中的哪些qos流。
附图说明
18.并入本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
19.图1示出了根据本公开的一些实施例的蜂窝通信系统的一个示例；
20.图2和图3示出了示例第五代(5g)系统(5gs)架构；
21.图4示出了其中5gs作为时间敏感型网络(tsn)中的网桥操作并且其中可以实现本公开的实施例的系统的一个示例；
22.图5示出了根据本公开的一些实施例的用户设备(ue)装载(onboarding)和向集中式网络配置(cnc)进行虚拟网桥能力报告的过程；
23.图6示出了根据本公开的一些实施例的利用cnc进行虚拟网桥配置和业务传输的过程；
24.图7是根据本公开的一些实施例的网络节点的示意性框图；
25.图8是示出根据本公开的一些实施例的图7的网络节点的虚拟化实施例的示意性
框图；
26.图9是根据本公开的一些其他实施例的图7的网络节点的示意性框图；
27.图10是根据本公开的一些实施例的ue的示意性框图；
28.图11是根据本公开的一些其他实施例的图10的ue的示意性框图；以及
29.图12示出了根据本公开的一些实施例的将表的一部分从会话管理功能(smf)分发到用户面功能(upf)或upf侧的tsn转换器(tt)的过程。
具体实施方式
30.下面阐述的实施例代表使本领域技术人员能够实践这些实施例并且示出实践这些实施例的最佳模式的信息。在根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文未具体阐述的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开的范围内。
31.无线电节点：如本文所使用的，“无线电节点”是无线电接入节点或无线设备。
32.无线电接入节点：如本文所使用的，“无线电接入节点”或“无线电网络节点”是蜂窝通信网络的无线电接入网络(ran)中操作用于无线地发送和/或接收信号的任何节点。无线电接入节点的一些示例包括但不限于基站(例如，第三代合作伙伴计划(3gpp)第五代(5g)新无线电(nr)网络中的nr基站(gnb)或3gpp长期演进(lte)网络中的增强型或演进型节点b(enb))、高功率或宏基站、低功率基站(例如，微基站、微微基站、家庭enb等)和中继节点。
33.核心网络节点：如本文所使用的，“核心网络节点”是核心网络中的任何类型的节点或实现核心网络功能的任何节点。核心网络节点的一些示例例如包括移动性管理实体(mme)、分组数据网络网关(p-gw)、服务能力暴露功能(scef)、归属订户服务器(hss)等。核心网络节点的一些其他示例包括实现接入和移动性管理功能(amf)、用户面功能(upf)、会话管理功能(smf)、认证服务器功能(ausf)、网络切片选择功能(nssf)、网络暴露功能(nef)、网络功能(nf)储存库功能(nrf)、策略控制功能(pcf)、统一数据管理(udm)等的节点。
34.无线设备：如本文所使用的，“无线设备”是通过对无线电接入节点无线地发送和/或接收信号来接入蜂窝通信网络(即，由蜂窝通信网络服务)的任何类型的设备。无线设备的一些示例包括但不限于3gpp网络中的用户设备(ue)和机器类型通信(mtc)设备。
35.网络节点：如本文所使用的，“网络节点”是作为蜂窝通信网络/系统的ran或核心网络的一部分的任何节点。
36.注意，本文所给出的描述聚焦于3gpp蜂窝通信系统，因此，经常使用3gpp术语或与3gpp术语相似的术语。然而，本文所公开的概念不限于3gpp系统。
37.注意，在本文的描述中，可以参考术语“小区”；然而，特别是关于5g nr概念，可以使用波束代替小区，因此，重要的是要注意，本文所描述的概念同等地适用于小区和波束。
38.对于时间敏感型网络(tsn)-5g集成，3gpp技术报告(tr)23.734达成了其中5g系统被建模为虚拟网桥(或若干网桥)的模型。3gpp tr 23.734解决方案#18描述了3gpp与tsn网络之间的服务质量(qos)协商。基于控制面的qos协商包括两个阶段：
39.1、阶段1：网桥能力报告阶段。5g系统(5gs)tsn网桥的tsn能力报告(也被称为网桥
装载阶段)([1]第6.18.1.2.1节)。
[0040]
2、阶段2：网桥配置阶段。解决方案#30[1]提出了“5g虚拟网桥的tsn相关的qos配置”的过程，其可以是解决方案#18“tsn感知的qos配置文件生成”的替代方案([1]第6.18.1.2.2节)。
[0041]
序号为62/805,727的题为“5g system support for virtual tsn bridge management，qos mapping and tsn qbv scheduling(针对虚拟tsn网桥管理、qos映射和tsn qbv调度的5g系统支持)”的美国临时专利申请(本文中被称为
“’
727申请”)介绍了解决基于控制面的qos协商的两个阶段的若干选项。具体地，’727申请介绍了：
[0042]
·
在一个选项中，在5g网桥能力报告阶段期间预先配置qos流。在这种情况下，即使没有tsn业务通过qos流，也建立具有特定5g qos指示符(5qi)的qos流。
[0043]
·
在另一选项中，不在5g网桥能力报告阶段期间预先配置qos流。相反，仅报告qos流的可见性。然后，在阶段2网桥配置阶段期间完成qos流建立。
[0044]
·’727申请介绍了将tsn qos参数映射到5g qos配置文件的三个选项。这些选项基于“基于控制面的qos协商”方法。’727申请的所提出的解决方案存在一些问题。具体地，这些问题是：
[0045]
1、基于控制面的qos映射方法依赖于ieee 802.1qcc集中式模型，例如集中式网络配置(cnc)或/和中央用户配置(cuc)。因此，它不能应用于没有cnc/cuc的tsn网络。
[0046]
2、’727申请提出了在网桥配置阶段将tsn qos参数映射到5g qos配置文件的若干方法。qos映射方法假设在网桥能力报告阶段期间不预先建立用于tsn业务的具有相应qos配置文件的qos流，即，5gs在网桥能力报告阶段期间仅向tsn网络报告可用qos配置文件。
[0047]
a.在网桥配置阶段由qos流建立的信令过程引起的延迟可能是个问题。在5gs中，为特定tsn业务类别建立新的qos流的信令过程很复杂，其可能包括寻呼、服务请求、策略控制、协议数据单元(pdu)会话修改等。
[0048]
由信令过程引起的延迟可能会超出tsn应用的性能要求。
[0049]
b.通信服务可用性被认为是对具有确定性业务的应用的重要服务性能要求。对于tsn应用、延迟、生存期和系统可靠性也是可用性的关键因素，因为当消息传输时间大于最大传输延迟时，系统被认为对tsn应用不可用。可能存在qos配置文件在网桥能力报告阶段期间可用而在网桥配置阶段期间不可用的情况。因此，在网桥配置阶段期间，在’727申请的所提出的qos映射方法中需要qos流验证的步骤。
[0050]
本文提出了通过提供在将5gs作为网桥的([1]中当前采用的模型)的ue侧tsn转换器(ue/tt)(即，tt转换器集成到ue中或作为通信地耦合到ue的独立单元)与upf侧tsn转换器(upf/tt)(即，tt转换器集成到upf中或作为通信地耦合到ue的独立单元)之间建立静态tsn连接的新过程来解决若干问题的解决方案的实施例。
[0051]
本文公开了用于在作为时间敏感型网络(tsn)中的网桥操作的蜂窝通信系统(例如，第五代(5g)系统(5gs))的用户设备(ue)侧tsn转换器(ue/tt)与用户面功能(upf)侧tsn转换器(upf/tt)之间建立静态tsn连接的系统和方法。
[0052]
公开了操作会话管理功能(smf)的方法的实施例和相应的smf的实施例。在一些实施例中，一种操作作为tsn的网桥操作的蜂窝通信系统(例如，5gs)中的smf的方法包括：与一个或多个其他网络实体通信以用于协议数据单元(pdu)会话建立过程，在该pdu会话建立
过程中建立到tsn的不间断(always on)pdu会话；在该不间断pdu会话中预先建立一个或多个服务质量(qos)流；以及向与pdu会话相关联的upf分发一个或多个分组检测规则(pdr)和/或向与pdu会话相关联的ue分发一个或多个qos规则，使得tsn的业务类别与蜂窝通信系统中的qos流绑定。
[0053]
利用本文公开的解决方案，5gs确实相当于网桥，因为端口到端口的连接是固定的且是预先建立的。cnc不需要在现有pdu会话中触发qos流的建立。也不需要配置tsn业务类别与qos流之间的映射表。由于静态连接是在用户面层面预先建立的，因此避免了5gs控制面上的复杂信令过程和由于信令开销而导致的时延。
[0054]
本文公开的解决方案可以在以下方面改进5g虚拟tsn网桥的性能和能力：
[0055]
1、本文公开的解决方案的实施例可以提供用于tsn-5gqos映射的基于用户面的qos映射机制，其中qos映射表是在用户面节点中预先配置的。然而，它并不限制可以应用在控制面节点与用户面节点之间交换qos映射表的情况。
[0056]
2、本文公开的解决方案的实施例可以应用于具有或不具有cnc的tsn网络。它们可以用于基于控制面的qos映射(即，5gs与tsn之间的协商)和基于用户面的qos映射。
[0057]
3、本文公开的解决方案的实施例提供了在网桥能力报告(网桥装载)阶段期间使用预先建立的qos流的选项。若干潜在的益处为：
[0058]
a.由于在网桥能力报告阶段已经建立了5g qos流，因此减少了在网桥配置阶段由qos流建立的信令过程引起的延迟；
[0059]
b.通过qos流建立和不间断pdu会话确保了服务可用性；以及
[0060]
c.经由预先建立的qos流和到tsn业务类别的预先配置的映射表，潜在地简化了5g虚拟网桥中的新tsn业务发起的过程(例如，可以省略5g网桥配置阶段期间的qos流验证步骤)。
[0061]
在更详细地描述本公开的实施例之前，对5gs进行简述是有益的。在这方面，图1示出了其中可以实现本公开的实施例的蜂窝通信系统100的一个示例。在本文描述的实施例中，蜂窝通信系统100是包括nr ran(也被称为下一代(ng)ran)的5gs。在该示例中，ran包括控制相应的(宏)小区104-1和104-2的基站102-1和102-2(在5gs中被称为gnb)。基站102-1和102-2通常在此被统称为基站102和被单独地称为基站102。同样地，(宏)小区104-1和104-2通常在此被统称为(宏)小区104和被单独地称为(宏)小区104。ran还可以包括控制相应的小小区108-1至108-4的多个低功率节点106-1至106-4。低功率节点106-1至106-4可以是小型基站(例如，微微或毫微微基站)或远程无线电头端(rrh)等。值得注意的是，虽然未示出，但是小小区108-1至108-4中的一个或多个可以替代地由基站102提供。低功率节点106-1至106-4通常在此被统称为低功率节点106和被单独地称为低功率节点106。同样地，小小区108-1至108-4通常在此被统称为小小区108和被单独地称为小小区108。蜂窝通信系统100还包括核心网络110，其在5gs中被称为5g核心(5gc)。基站102(以及可选地，低功率节点106)连接到核心网络110。
[0062]
基站102和低功率节点106向相应小区104和108中的无线设备112-1至112-5提供服务。无线设备112-1至112-5通常在此被统称为无线设备112和被单独地称为无线设备112。无线设备112有时在此也被称为ue。
[0063]
图2示出了被表示为由核心nf组成的5g网络架构的无线通信系统，其中任意两个
nf之间的交互由点对点参考点/接口表示。图2可以被视为图1的系统100的一个特定实施方式。
[0064]
从接入侧看，图2所示的5g网络架构包括连接到无线电接入网络(ran)或接入网络(an)以及amf 200的多个ue 112。通常，r(an)包括基站102，例如enb或gnb等。从核心网络侧看，图2所示的5g核心nf包括网络切片选择功能(nssf)202、ausf 204、udm 206、amf 200、smf 208、pcf 210、应用功能(af)212和用户面功能(upf)214。
[0065]
5g网络架构的参考点表示用于开发规范标准化中的详细呼叫流。n1参考点被定义为承载ue 112和amf 200之间的信令。用于连接an和amf 200以及an和upf 214的参考点分别被定义为n2和n3。在amf 200和smf 208之间存在参考点n11。n4由smf 208和upf 214使用，使得可以使用由smf 208生成的控制信号来设置upf 214，并且upf 214可以向smf 208报告其状态。分别地，n9是用于不同upf 214之间的连接的参考点，而n14是连接不同amf 200的参考点。由于pcf 210分别对amf 200和smf 208应用策略，因此定义了n15和n7。amf 200需要n12来执行ue 112的认证。由于amf 200和smf 208需要ue的订阅数据，因此定义了n8和n10。
[0066]
5g核心网络旨在分开用户面和控制面。用户面承载用户业务，而控制面承载网络中的信令。在图2中，upf 214在用户面中，而所有其他nf(即，amf 200、smf 208、pcf 210、af 212、nssf 202、ausf 204和udm 206)在控制面中。分开用户面和控制面确保每个面资源被独立地缩放。它还允许upf 214以分布式方式与控制面功能分开部署。在这种架构中，upf 214可以被部署得非常靠近ue 112以针对一些需要低延迟的应用缩短ue 112和数据网络之间的往返时间(rtt)。
[0067]
核心5g网络架构由模块化功能组成。例如，amf 200和smf 208是控制面中的独立功能。分开的amf 200和smf 208允许独立的演进和缩放。像pcf 210和ausf 204的其他控制面功能可以如图2所示分开。模块化功能设计使5g核心网络能够灵活地支持各种服务。
[0068]
每个nf直接与另一个nf交互。可以使用中间功能来将消息从一个nf路由到另一个nf。在控制面中，两个nf之间的交互的集合被定义为服务，使得可以对其进行重用。该服务能够支持模块化。用户面支持诸如不同upf 214之间的转发操作等的交互。
[0069]
图3示出了使用控制面中的nf之间的基于服务的接口而不是图2的5g网络架构中使用的点对点参考点/接口的5g网络架构。然而，上文参考图2所描述的nf对应于图3所示的nf。nf向其他授权的nf提供的服务等可以通过基于服务的接口暴露给授权的nf。在图3中，基于服务的接口由字母“n”后跟nf的名称来指示，例如namf表示amf 200的基于服务的接口、以及nsmf表示smf 208的基于服务的接口等。图3中的网络暴露功能(nef)300和nrf 302在上述图2中未示出。然而，应当清楚，图2中所描绘的所有nf可以根据需要与图3的nef和nrf交互，尽管未在图2中明确指示。
[0070]
图2和图3中所示的nf的一些属性可以用以下方式描述。amf 200提供基于ue的认证、授权、移动性管理等。甚至是使用多种接入技术的ue 112也基本上连接到单个amf 200，因为amf 200与接入技术无关。smf 208负责会话管理并且将ip地址分配给ue 112。它还选择并且控制upf 214进行数据传输。如果ue 112具有多个会话，则可以给每个会话分配不同的smf 208以单独地管理它们并且可能针对每个会话提供不同的功能。af 212向负责策略控制的pcf 210提供关于分组流的信息以支持qos。基于该信息，pcf 210确定关于移动性和
会话管理的策略以使amf 200和smf 208正确地操作。ausf 204支持ue 112等的认证功能，并且因此存储用于ue 112等的认证的数据，而udm 206存储ue 112的订阅数据。数据网络(dn)(不是5g核心网络的一部分)提供互联网接入或运营商服务等。
[0071]
nf可以被实现为专用硬件上的网络元件、在专用硬件上运行的软件实例、或在适合的平台(例如，云基础设施)上实例化的虚拟化功能。
[0072]
本公开的实施例更具体地涉及5gs表现为用于与tsn集成的tsn网桥。在这方面，作为3gpp技术规范(ts)23.501的变更请求(cr)s2-1906754的图4.4.8.2-1的再现的图4示出了其中5gs表现为tsn网桥的架构的一个示例。图4中添加了附图标记。如图所示，5gs表现为虚拟(或逻辑)tsn网桥400。如图4所示和上文所述，5gs包括ue 112、包括一个或多个ran节点的(r)an(在该示例中被示出为附图标记102，其对应于基站102)和多个核心网络节点(本文中也被称为核心网络功能)。如图所示，核心网络节点包括amf 200、udm、smf、pcf、nef和upf。此外，在该示例中，还存在tsn af 402、在图4中被表示为ds-tt 404的ue侧的tsn转换器(tt)(本文中也被称为ue侧tt或ue/tt)和在图4中被表示为nw-tt 406的upf侧的tsn tt(本文中也被称为upf侧tt或upf/tt)。在该示例中，ds-tt 404被示出为在ue 112的外部，nw-tt 406被示出为在upf的内部。然而，在其他实施例中，ds-tt 404可替代地实现在ue 112内和/或nw-tt 406可替代地实现在upf 214外。
[0073]
根据本公开的实施例，5gs被配置为相当于其端口到端口连接是固定的且预先建立的tsn网桥400。考虑以下方面以维持5gs中的静态tsn连接：
[0074]
i.不间断pdu会话
[0075]
ii.qos流预先配置
[0076]
iii.用户面中预先配置的tsn-5g qos映射表
[0077]
iv.tsn业务传输
[0078]
v.示例实施方式
[0079]
i.不间断pdu会话
[0080]
现有pdu会话的用户面(up)连接的停用会导致相应的数据无线电承载和n3隧道停用。为了维持与tsn的静态连接以及避免由up连接启用的信令过程引起的延迟，应当避免up连接的停用。
[0081]
可以将连接到tsn的pdu会话建立为不间断pdu会话。在这种情况下，smf 208不应由于不活动而停用该pdu会话的up连接。
[0082]
ii.qos流预先配置(预先建立)
[0083]
在5g网桥能力报告阶段(也被称为网桥装载阶段)期间预先配置(或预先建立)qos流。在这种情况下，即使没有tsn业务通过qos流，也建立具有特定5qi的qos流。
[0084]
qos信息可以在smf 208或ue 112中预先配置。
[0085]
·
smf 208中的预先配置：当ue 112建立到指定tsn的pdu会话时，smf 208基于预先配置的qos配置文件为ue 112建立所需的qos流。更多细节请参阅[3]的第4.3.2条。
[0086]
·
ue 112中的预先配置：如果在ue 112中预先配置了tsn的qos要求，则在成功的pdu会话建立之后，ue 112发起pdu会话修改过程，其包括用于qos处理请求的tsn相关qos规则。然后，可以建立tsn业务的相应qos流。
[0087]
iii.用户面中的tsn-5g qos映射表预先配置
[0088]
基于smf 208的预先配置：
[0089]
·
如果qos流在smf 208中预先配置，则smf 208维护tsn业务类别的映射表并且将业务类别与qos流绑定。smf 208为新的qos流指派qos流标识(qfi)并且导出其qos配置文件、上行链路和下行链路分组检测规则(pdr)、以及qos规则。更多细节请参阅[2]的第5.7条。
[0090]
·
上行链路和下行链路pdr由smf208提供给upf 214。upf 214基于pdr将up业务(例如，不同的业务类别)映射到qos流。
[0091]
·
qos规则由smf 208经由amf 200在n1参考点上提供给ue 112。ue 112基于qos规则执行上行链路业务与qos流的关联。
[0092]
·
qos配置文件由smf 208经由amf 200在n2参考点上提供给an 102或在an 102中预先配置。
[0093]
·
在使用ieee 802.1qcc cnc的情况下，在能力报告阶段期间向af 402报告表的一部分(例如，与网桥标识符(id)和端口id相关联的可用tsn业务类别)。在这种情况下，cnc知晓可用的tsn业务类别。
[0094]
·
在cnc不可用的情况下(例如，ieee 802.1qcc完全分布式模型)，5gs将收集要对tsn网络可用的所需参数的信息(与cnc情况下的网桥能力报告阶段类似的概念)。可以从smf 208向upf 214或upf侧的tt(tsn转换器)(即，nw-tt 406)分发表的一部分(例如，与网桥id和端口id相关联的可用tsn业务类别)。这在图12中示出。具体地，如图12所示，smf 208获取qos映射表(步骤1200)。smf 208可以以本文描述的任何方式获取qos映射表。然后，smf 208将qos映射表的至少一部分分发给upf 214或nw-tt 406(步骤1202)。如本文所述，在一些实施例中，qos映射表是预先配置的。同样如本文所述，在一些实施例中，qos流包括预先建立的qos流。
[0095]
·
变化1：对于不同的upf，smf 208可以具有不同的“预先配置的”映射表。基于其他方面，例如取决于如何对5g网桥进行建模。
[0096]
·
变化2：映射表可以直接预先配置(存储)在upf 214中。
[0097]
基于ue的预先配置：
[0098]
·
如果在ue 112中预先配置了qos规则，则ue 112维护tsn业务类别与qos请求之间的映射表。ue 112请求对所选业务类别的特定qos处理。pdu会话修改请求包括描述业务类别的分组过滤器。对特定qos的请求在n1参考点上经由amf 200被发送给smf 208。
[0099]
·
smf 208为新的qos流指派qfi，并且基于ue qos请求导出其qos配置文件、上行链路和下行链路pdr、以及qos规则。qos规则经由对amf 200的响应被递送到ue 112。smf 208为upf 214更新针对新的qos流的上行链路pdr。
[0100]
iv.tsn业务处理
[0101]
a.具有cnc的情况1(例如，应用于完全集中式模型和集中式网络/分布式用户模型)
[0102]
基于来自tsn中的终端站的流要求，cnc计算传输调度和网络路径。cnc经由tsn af 402向5g虚拟网桥分发tsn qos要求和tsn调度参数(特定于当前节点)。
[0103]
对于具有静态tsn连接的5g虚拟网桥400，已经建立了相关的qos流，并且tsn af 402可以不需要触发用于建立qos流的pdu会话修改过程。
[0104]
在使用时间感知调度以满足qos要求(ieee 802.1qbv[5])的系统中，并且当5g虚拟网桥400上的被管理对象针对业务调度(例如，门控制列表的改变)而被修改时，向ds-tt 404和nw-tt 406递送信息。
[0105]
如果cnc指示它可以支持终端站的qos要求，则cuc配置流传输的讲者和听者(该过程在3gpp的范围之外)，并且通信开始。
[0106]
图5示出了根据本公开的一些实施例的ue装载和向cnc进行虚拟网桥能力报告的过程。下面描述图5所示过程的步骤：
[0107]
·
步骤500a：基于ue请求或经由网络触发，建立到tsn的pdu会话。可以将连接到tsn的pdu会话建立为不间断pdu会话。如本文所使用的，“不间断”pdu会话如3gpp ts 23.502 v16.0.2第5.6.13节中所定义，其描述了：“不间断pdu会话是在从cm空闲模式到cm连接状态的每次转换期间必须针对其启用用户面资源的pdu会话”。如上所述，如果5gs qos配置文件(即，与tsn相关的5gs qos配置文件)和相应的tsn业务类别在smf 208中预先配置(映射表)，则smf 208在pdu会话中建立所需的qos流，并且经由在upf 214中分发pdr和在ue 112中分发qos规则而将业务类别与qos流绑定。注意，将pdr分发到upf 214和将qos规则分发到ue 112是pdu会话建立过程的一部分。
[0108]
ο变化1：qos流的预先建立基于smf 208或pcf 210处的预先配置的映射表。
[0109]
ο变化2：qos流的预先建立基于可用的5g资源。smf 208或pcf 210持有所有qos流的映射表。然后，基于所建立的qos流，smf 208或pcf 210将选择映射表的一部分并且报告给af 402(在cnc情况下)。在没有cnc的情况下，smf 208或upf 214可以选择映射表的一部分供tsn网络使用。
[0110]
·
步骤500b(可选)：如上所述，如果5gs qos配置文件和相应的tsn业务类别在ue 112中预先配置，则在成功建立pdu会话之后，ue 112发起pdu会话修改过程，其包括用于处理tsn业务类别的tsn相关qos规则。换言之，使用pdu会话修改过程，ue 112向网络(例如，向smf 208)提供关于qos配置文件和相应的业务类别的信息。该信息可以包括tsn的qos要求。然后，基于从ue 112获取的信息，smf 208建立所有所需的qos流，并且经由在upf 214中分发pdr和在ue 112中分发qos规则而将业务类别与qos流绑定(映射表)。注意，将pdr分发到upf 214和将qos规则分发到ue 112是pdu会话修改过程的一部分。
[0111]
·
步骤502：基于来自smf 208的请求，ue侧和upf侧中的tt(即，ds-tt 404和nw-tt 406)收集网络拓扑、传播时延和tsn相关信息，并且将该信息提供给smf 208。
[0112]
·
步骤504：基于smf事件通知，(直接地或经由nef 300)向tsn af 402报告tsn网桥管理信息(网桥id、端口id)和用于tsn的所支持的qos参数。
[0113]
·
步骤506(可选)：tsn af 402可以通知cnc读取能力报告，例如当网桥能力改变/更新事件发生时。
[0114]
·
步骤508：cnc读取来自5gs虚拟网桥的能力报告。
[0115]
注意，步骤502至508与在’727申请中执行的相应步骤相同。
[0116]
图6示出了根据本公开的一些实施例的利用cnc进行虚拟网桥配置和业务传输的过程。下面描述图6的过程的步骤：
[0117]
·
步骤600：基于来自tsn的终端站的流要求，cnc计算传输调度和网络路径。cnc经由tsn af向5g虚拟网桥分发tsn qos要求和tsn调度参数(特定于当前节点)。
[0118]
·
步骤602：由于qos流已经预先建立并且报告给cnc供tsn使用，因此网桥配置不需要建立5g qos流；然而，可以有可选功能。
[0119]
ο步骤602a(可选)：tsn af可以验证网桥的能力以检查它是否仍然能够满足来自cnc的请求以及相关的资源是否可用。
[0120]
ο步骤602b(可选)：同样，如果qos流是预先建立的。tsn网络(例如，cnc)可以仅选择qos流中的一些。因此，af可以通知5gs哪些qos流实际上在使用中，然后5gs可以进行进一步的资源优化，例如使用其他资源进行冗余。
[0121]
ο步骤602c：af可以采取除qos映射之外的操作，例如向相关5g节点递送其他tsn参数(qbv调度、时间敏感通信辅助信息)。
[0122]
·
步骤604(可选)：tsn af响应cnc。
[0123]
·
步骤606：如果cnc指示它可以支持终端站的qos要求，则cuc配置流传输的讲者和听者(该过程在3gpp的范围之外)，并且可以在5g虚拟网桥中传输新的tsn流业务。
[0124]
b.情况2-无cnc(例如，应用于完全分布式模型)
[0125]
在cnc不可用的情况下(例如，ieee 802.1qcc完全分布式模型)，5gs将收集要对tsn网络可用的所需参数的信息(与cnc情况下的网桥能力报告阶段类似的概念)。可以从smf向upf或upf侧的tt(tsn转换器)分发表的一部分(例如，与网桥id和端口id相关联的可用tsn业务类别)。
[0126]
相应的业务过滤器(pdr)和qos规则被预先配置为将qos流分别与upf(下行链路业务)和ue(上行链路业务)处的传入业务的业务类别/优先级绑定。
[0127]
v.示例实施方式
[0128]
现在将描述本公开的至少一些方面的一个示例实施方式。在23.501第5.29.1节中，规定了以下操作：
[0129][0130]
报告给cnc的网桥信息包括要用于通过5gs的路径的5gs端口的802.1qcc网桥时延属性。由于这些端口对应于ue和upf，因此ue必须注册，并且建立为其选择一个或多个upf的pdu会话。一旦ue和upf已知，5gs就可以向tsn网络报告网桥信息，并且cnc可以使用802.1qbv计算端口配置(如23.501的5.29.2中所规定的)。
[0131]
有两个支持5gs qos的选项。
[0132]
1、预先配置/静态的qos：在从cnc接收路径配置信息之前，在pdu会话建立时预先配置或设置tsc流的5gs qos。在这种情况下，tcsai和其他的流特定特征未知，在5gs中没有应用tsc流特定的qos，并且必须使用用于tsc 5qi的默认qos参数。不需要由于接收802.1qbv门参数表而导致的af触发的pdu会话修改。
[0133]
2、动态的qos：在cnc确定了e2e路径并且为出口端口提供了802.1qbv门参数表之
后，经由pdu会话修改建立tsc流的qos，并且可选地，向af提供了指示tsc流qos要求的其他信息(例如：从cuc直接发送到af的信息)。为了在从tsn网络接收配置信息之后修改pdu会话，必须在pdu会话与由802.1qbv提供的网桥配置信息之间建立绑定。这样，当从cnc接收到配置信息时，要被修改的pdu会话是已知的。
[0134]
802.1qbv为5gs网桥出口端口提供门参数表。对于端口上的每个业务类别，门控制列表指定根据时间的“打开”或“关闭”的传输门状态(与tsn流入口端口无关)。此外，虽然cnc计算适应出口端口上的所有ue/pdu会话的所有tsn流，但是网桥仅接收每端口、每业务类别的信息。802.1qbv不向网桥提供流层面和入口端口的信息。因此，来自cnc的可以用于标识pdu会话的可能标识符是出口端口网桥id和端口id。这里假设业务类别将被映射到qos流，如在若干相关贡献中已建议的。
[0135]
有两种情况要考虑：
[0136]
·
ue出口端口处的下行链路流：在pdu会话建立时，pdu会话可以与指派给ue的端口id唯一地绑定。当cnc为该ue端口提供802.1qbv配置信息时，可以基于该绑定触发pdu会话修改。
[0137]
ο注意，承载tsn流的业务类别的门状态将反映该流根据时间的打开/关闭需求。可以相应地修改映射到承载tsn业务的业务类别的5gs qos流。
[0138]
·
upf出口端口处的上行链路流：s2-190172和后续修订版中已考虑了若干网桥配置选项。
[0139]
ο如果5gs网桥被配置为“基于每个pdu会话的5g网桥”(选项4，其中每个ue/pdu会话是逻辑网桥)，则在pdu会话建立时，pdu会话可以与网桥id唯一地绑定。当cnc为该网桥id提供802.1qbv配置信息时，可以基于该绑定触发pdu会话修改。
[0140]
ο如果5gs网桥被配置为“基于每个ue的5g网桥”(选项3，其中每个ue/pdu会话是逻辑网桥)，则在pdu会话建立时，pdu会话可以与网桥id和upf端口id唯一地绑定。当cnc为该upf端口id和网桥id提供802.1qbv配置信息时，可以基于该绑定触发pdu会话修改。
[0141]
ο与下行链路流的情况一样，针对承载tsn流的业务类别的门状态将反映该流根据时间的打开/关闭需求。可以相应地修改映射到承载tsn业务的业务类别的5gs qos流。
[0142]
对于其他5gs网桥配置，例如整体式5gs网桥或基于每个upf的逻辑网桥(每个upf一个5gs网桥)，或者：
[0143]
1、在pdu会话建立时，pdu会话必须绑定到唯一的upf端口id，该upf端口id然后被提供给cnc以用于路径计算。在物理upf端口不改变的同时，提供给cnc的upf端口id对于pdu会话必须是唯一的。该选项的适用性可以取决于cnc能力；或者
[0144]
2、因为无法根据802.1qbv端口配置信息确定pdu会话，将应用上述选项1。
[0145]
为了适应上述针对上行链路和下行链路tsn流的各种场景，建议在pdu会话建立时，将pdu会话与唯一的ue端口id、upf端口id和网桥id绑定。smf根据5gs网桥配置和运营商期望的qos类型(预先配置的/静态的或动态的)指派id(例如：针对pdu会话的唯一upf端口id或针对upf物理端口的公共upf端口id)。该方法提供了支持提供每流可见性的未来网桥配置方法(例如：802.1qci)的灵活性。
[0146]
考虑到上述内容，本公开的实施例的一些方面的一个示例实施方式可以如下被表示为对23.501v16.0.2的变更请求(cr)：
[0147]
[0148][0149]
vi.附加方面
[0150]
图7是根据本公开的一些实施例的网络节点700的示意性框图。网络节点700可以例如是基站102或106(例如，gnb)或实现核心网络实体(例如，upf、与upf分离的upf侧tt、tsn af、smf、pcf、或一些其他核心网络实体)的网络节点。如图所示，网络节点700包括控制系统702，该控制系统702包括一个或多个处理器704(例如，中央处理单元(cpu)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等)、存储器706和网络接口708。一个或多个处理器704在本文中也被称为处理电路。此外，如果网络节点700是无线电接入节点，则网络节点700包括一个或多个无线电单元710，每个无线电单元710包括耦合到一个或多个天线716的一个或多个发射机712和一个或多个接收机714。无线电单元710可以被称为无线电接口电路或作为无线电接口电路的一部分。在一些实施例中，无线电单元710位于控制系统702的外部并且经由例如有线连接(例如，光缆)连接到控制系统702。然而，在一些其他实施例中，无线电单元710和(可能地)天线716与控制系统702集成在一起。一个或多个处理器704操作用于提供如本文所述的网络节点700的一个或多个功能(例如，如本文例如关于图5和图6所述的gnb、upf、upf侧tt、tsn af、amf、smf、pcf、nef等的一个或多个功能)。在一些实施例中，这些功能以例如存储在存储器706中并且由一个或多个处理器704执行的软件来实现。
[0151]
图8是示出根据本公开的一些实施例的网络节点700的虚拟化实施例的示意性框图。如本文所使用的，“虚拟化”网络节点是网络节点700的一种实施方式，其中网络节点700的至少一部分功能被实现为虚拟组件(例如，经由在网络中的物理处理节点上执行的虚拟机)。如图所示，在该示例中，网络节点700包括经由网络接口708耦合到网络802或作为网络802的一部分被包括的一个或多个处理节点800。每个处理节点800包括一个或多个处理器804(例如，cpu、asic、fpga等)、存储器806和网络接口808。如果网络节点700是无线电接入节点，则网络节点702还包括无线电单元710，并且可选地，包括控制系统702和/或一个或多个无线电单元710。注意，如果无线电接入节点包括无线电单元710但不包括控制系统702，则无线电单元710包括将无线电单元710通信地耦合到网络802的网络接口。
[0152]
在该示例中，本文所述的网络节点700的功能810(例如，如本文例如关于图5和图6
所述的gnb、upf、upf侧tt、tsn af、amf、smf、pcf、nef等的一个或多个功能)在一个或多个处理节点800处实现或以任何期望的方式分布在控制系统702和一个或多个处理节点800上。在一些特定实施例中，本文所述的无线电接入节点700的一些或全部功能810(例如，如本文例如关于图5和图6所述的gnb、upf、upf侧tt、tsn af、amf、smf、pcf、nef等的一个或多个功能)被实现为由在处理节点800所托管的虚拟环境中实现的一个或多个虚拟机执行的虚拟组件。
[0153]
在一些实施例中，提供了一种包括指令的计算机程序，该指令当由至少一个处理器执行时使该至少一个处理器执行网络节点700或根据本文所述的任一实施例的在虚拟环境中实现网络节点700的一个或多个功能810的节点(例如，处理节点800)的功能。在一些实施例中，提供了一种包括上述计算机程序产品的载体。该载体是电子信号、光学信号、无线电信号或计算机可读存储介质(例如，诸如存储器等的非暂时性计算机可读介质)之一。
[0154]
图9是根据本公开的一些其他实施例的网络节点700的示意性框图。网络节点700包括一个或多个模块900，每个模块用软件实现。模块900提供本文所述的网络节点700的功能。本讨论同样适用于图8的处理节点800，其中模块900可以在处理节点800之一处实现或分布在多个处理节点800上和/或分布在处理节点800和控制系统702上。
[0155]
图10是根据本公开的一些实施例的ue 1000的示意性框图。如图所示，ue 1000包括一个或多个处理器1002(例如，cpu、asic、fpga等)、存储器1004和一个或多个收发机1006，每个收发机1006包括耦合到一个或多个天线1012的一个或多个发射机1008和一个或多个接收机1010。收发机1006包括连接到天线1012的无线电前端电路，其被配置为调节在天线1012和处理器1002之间传送的信号，如本领域普通技术人员将理解的。处理器1002在本文中也被称为处理电路。收发机1006在本文中也被称为无线电电路。在一些实施例中，上述ue 1000(和/或ue侧tt)的功能可以完全或部分地以例如存储在存储器1004中并且由处理器1002执行的软件实现。注意，ue 1000可以包括图10中未示出的附加组件，例如一个或多个用户接口组件(例如，包括显示器、按钮、触摸屏、麦克风、扬声器等的输入/输出接口和/或用于允许向ue 1000输入信息和/或允许从ue 1000输出信息的任何其他组件)、电源(例如，电池和相关联的电源电路)等。
[0156]
在一些实施例中，提供了一种包括指令的计算机程序，该指令当由至少一个处理器执行时使该至少一个处理器执行根据本文所述的任一实施例的ue 1000的功能。在一些实施例中，提供了一种包括上述计算机程序产品的载体。该载体是电子信号、光学信号、无线电信号或计算机可读存储介质(例如，诸如存储器等的非暂时性计算机可读介质)之一。
[0157]
图11是根据本公开的一些其他实施例的ue 1000的示意性框图。ue 1000包括一个或多个模块1100，每个模块用软件实现。模块1100提供本文所述的ue 1000的功能。
[0158]
本文所公开的任何适当的步骤、方法、特征、功能或益处可以通过一个或多个虚拟设备的一个或多个功能单元或模块来执行。每个虚拟设备可以包括多个这样的功能单元。这些功能单元可以经由处理电路(可以包括一个或多个微处理器或微控制器)以及其他数字硬件(可以包括数字信号处理器(dsp)、专用数字逻辑等)来实现。处理电路可以被配置为执行存储在存储器中的程序代码，该存储器可以包括一种或多种类型的存储器，例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、高速缓冲存储器、闪存设备、光学存储设备等。存储在存储器中的程序代码包括用于执行一个或多个电信和/或数据通信协议的程序指令以及用
于执行本文所述的一种或多种技术的指令。在一些实施方式中，处理电路可以用于使相应的功能单元执行根据本公开的一个或多个实施例的相应功能。
[0159]
虽然图中的过程可以示出由本公开的某些实施例执行的操作的特定顺序，但是应当理解，这样的顺序是示例性的(例如，替代实施例可以以不同的顺序执行操作、组合某些操作、重叠某些操作等)。
[0160]
本公开的一些示例实施例如下。
[0161]
实施例1：一种操作作为时间敏感型网络tsn的网桥操作的蜂窝通信系统(例如，第五代5g系统5gs)中的会话管理功能smf的方法，该方法包括以下动作中的一个或多个：
[0162]
·
与一个或多个其他网络实体通信(500a)以进行协议数据单元pdu会话建立过程，在该pdu会话建立过程中建立到tsn的不间断pdu会话；
[0163]
·
在该不间断pdu会话中预先建立(500a或500b)一个或多个服务质量qos流；以及
[0164]
·
向与该不间断pdu会话相关联的用户面功能upf分发(500a或500b)一个或多个分组检测规则pdr和/或向与该不间断pdu会话相关联的用户设备ue分发(500a或500b)一个或多个qos规则，使得tsn的业务类别与蜂窝通信系统中的qos流绑定。
[0165]
实施例2：根据实施例1所述的方法，其中不由于不活动而停用所述不间断pdu会话的用户面up连接。
[0166]
实施例3：根据实施例1或2所述的方法，其中建立一个或多个qos流包括基于预先配置的信息建立一个或多个qos流。
[0167]
实施例4：根据实施例1至3中任一项所述的方法，其中分发给upf的一个或多个pdr基于预先配置的信息和/或分发给ue的一个或多个qos规则基于预先配置的信息。
[0168]
实施例5：根据实施例3或4所述的方法，其中该预先配置的信息是在smf中预先配置的。
[0169]
实施例6：根据实施例3或4所述的方法，其中该预先配置的信息是在ue中预先配置的，并且该方法还包括：在pdu会话建立过程之后，在pdu会话修改过程期间接收(500b)该预先配置的信息。
[0170]
实施例7：根据实施例3至6中任一项所述的方法，其中该预先配置的信息包括一个或多个预先配置的qos配置文件和相应的业务类别(即，映射表)。
[0171]
实施例8：根据实施例1至7中任一项所述的方法，还包括向tsn的控制器发送(504)网桥能力报告。
[0172]
实施例9：一种会话管理功能smf，其被适配为执行根据实施例1至8中任一项所述的方法。
[0173]
下列缩写中的至少一些可以用于本公开中。如果缩写之间存在不一致，则应优先考虑上文如何使用。如果在下面列出多次，则首次列出应优于任何后续列出。
[0174]
·
μs微秒
[0175]
·
3gpp第三代合作伙伴计划
[0176]
·
5g第五代
[0177]
·
5gc第五代核心
[0178]
·
5gs第五代系统
[0179]
·
5qi第五代服务质量指示符
[0180]
·
af应用功能
[0181]
·
amf接入和移动性管理功能
[0182]
·
an接入网络
[0183]
·
asic专用集成电路
[0184]
·
ausf认证服务器功能
[0185]
·
cnc集中式网络配置
[0186]
·
cpu中央处理单元
[0187]
·
cr变更请求
[0188]
·
cuc中央用户配置
[0189]
·
dn数据网络
[0190]
·
dsp数字信号处理器
[0191]
·
enb增强型或演进型节点b
[0192]
·
fpga现场可编程门阵列
[0193]
·
gnb新无线电基站
[0194]
·
hss归属订户服务器
[0195]
·
id标识符
[0196]
·
ip互联网协议
[0197]
·
lte长期演进
[0198]
·
mme移动性管理实体
[0199]
·
ms毫秒
[0200]
·
mtc机器类型通信
[0201]
·
nef网络暴露功能
[0202]
·
nf网络功能
[0203]
·
ng下一代
[0204]
·
nr新无线电
[0205]
·
nrf网络功能储存库功能
[0206]
·
nssf网络切片选择功能
[0207]
·
pcf策略控制功能
[0208]
·
pdr分组检测规则
[0209]
·
pdu协议数据单元
[0210]
·
p-gw分组数据网络网关
[0211]
·
qfi服务质量流标识
[0212]
·
qos服务质量
[0213]
·
ram随机存取存储器
[0214]
·
ran无线电接入网络
[0215]
·
rom只读存储器
[0216]
·
rrh远程无线电头端
[0217]
·
rtt往返时间
[0218]
·
scef服务能力暴露功能
[0219]
·
smf会话管理功能
[0220]
·
tr技术报告
[0221]
·
ts技术规范
[0222]
·
tsn时间敏感型网络
[0223]
·
tt时间敏感型网络转换器
[0224]
·
udm统一数据管理
[0225]
·
ue用户设备
[0226]
·
up用户面
[0227]
·
upf用户面功能
[0228]
本领域技术人员将认识到对本公开的实施例的改进和修改。所有这些改进和修改被认为在本文所公开的概念的范围内。
[0229]
参考文献列表
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