一种用户平面功能网元共享方法、介质及电子设备与流程

1.本发明属于无线通信网络领域，涉及一种共享方法，特别是涉及一种用户平面功能网元共享方法、介质及电子设备。


背景技术：

2.随着2019年5g牌照的发放，运营商正在紧锣密鼓地进行着5g网络的基础建设。根据我国“新基建”国家战略指示，运营商需要加快推进5g接入网的部署与覆盖。相比于4g，由于5g所使用的无线信号频段更高，信号覆盖面积更小，导致5g建设运维成本大幅提高。因此，多运营商的5g共建共享将成为5g基础网络建设的首选方案。5g共建共享是指多个运营商共同承建5g网络的方式，即运营商在某信号覆盖区域内可以允许其他运营商用户进行5g接入。5g共建共享有助于高效建设5g网络，降低网络建设和运维成本，提高网络效益和资产运营效率，快速形成5g服务能力。
3.在3gpp 5g标准中，引入了用户平面功能upf(user plane function)网元，作为分布式部署的用户面，实现5g核心网控制面cp(control plane)和用户面up(user plane)的分离。如图1所示，由于5g核心网的cp与up解耦，upf可以灵活地部署到网络边缘，支持与多接入边缘计算mec(multi-access edge computing)共同部署以实现本地分流，而5g-cp的所有网元包括接入与移动管理功能amf(access&mobility management function)与会话管理功能smf(session management function)等则集中部署在各运营商的核心网位置，方便5g-cp的统一运维管理。
4.5g核心网cp与up的解耦，一方面实现了用户数据转发终结的高度下沉，避免用户数据迂回核心网导致业务端到端时延与骨干网络占用的提高；另一方面保证了5g的控制信令仍能够统一管理，实现电信级的可靠安全通信。
5.upf网元的下沉导致upf网元也需要如基站一般多点部署，考虑到5g网络共建共享降低建设运维成本的需求，upf网元也有必要加入共建共享的范畴。然而，发明人发现，目前运营商仅实现了接入网(r)an((radio)access network)的共建共享，现有5g网络架构无法支持多运营商多核心网控制下的upf网元共享。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用户平面功能网元共享方法、介质及电子设备，用于解决现有技术无法实现upf网元共享的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种用户平面功能网元共享方法、介质及电子设备。所述用户平面功能网元共享方法包括：获取一虚拟upf网元集中用户的资源使用情况；其中所述虚拟upf网元集包括多个虚拟upf实体，且所述虚拟upf网元集能够与至少2个用户的核心网通信相连；根据所述用户的资源使用情况，获取一资源分配信令；根据所述资源分配信令，将所述虚拟upf网元集的资源分配给用户。
8.于所述第一方面的一实施例中，根据所述用户的资源使用情况，获取一资源分配
信令的一种实现方法包括：每当所述用户的资源使用情况发生变化时，实时生成所述资源分配信令。
9.于所述第一方面的一实施例中，根据所述用户的资源使用情况，获取一资源分配信令的一种实现方法包括：在每个周期开始时，根据其上一同等周期内用户的资源使用情况生成所述资源分配信令。
10.于所述第一方面的一实施例中，在将所述虚拟upf网元集的资源分配给用户以后，所述用户平面功能网元共享方法还包括：将各所述虚拟upf实体的资源情况发送给相应用户的会话管理功能网元。
11.于所述第一方面的一实施例中，所述用户平面功能网元共享方法还包括：根据所述用户的资源使用情况获取用户需要承担的费用。
12.于所述第一方面的一实施例中，所述虚拟upf网元集采用虚拟化架构，且所述虚拟upf网元集的部署方式包括虚机部署、容器部署或混合部署。
13.于所述第一方面的一实施例中，所述虚拟upf网元集中的多个虚拟upf实体能够同时支持不同的节点功能。
14.于所述第一方面的一实施例中，所述虚拟upf网元集中的多个虚拟upf实体同时支持会话锚点功能、上行链路分类器功能和/或分支点功能。
15.本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的用户平面功能网元共享方法。
16.本发明的第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器，存储有一计算机程序；处理器，与所述存储器通信相连，调用所述计算机程序时执行第一方面所述的用户平面功能网元共享方法。
17.如上所述，本发明所述用户平面功能网元共享方法、介质及电子设备的一个技术方案，具有以下有益效果：
18.于所述用户平面功能网元共享方法中，所述虚拟upf网元集能够与至少2个用户的核心网通信相连，且在所述资源分配信令的基础上，所述虚拟upf网元集能够根据用户的实际需求进行资源分配，即：所述虚拟upf网元集中可以根据实际情况将同一虚拟upf实体与不同用户的核心网相连。因此，本发明所述用户平面功能网元共享方法能够允许多个用户对所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体进行共享。
附图说明
19.图1显示为现有技术中的5g网络架构图。
20.图2显示为本发明所述用户平面功能网元共享方法于一具体实施例中的流程图。
21.图3a显示为本发明所述用户平面功能网元共享方法于一具体实施例中的架构示意图。
22.图3b显示为本发明所述用户平面功能网元共享方法于一具体实施例中的架构示意图。
23.图4显示为本发明所述用户平面功能网元共享方法于一具体实施例中的连接关系示意图。
24.图5显示为本发明所述用户平面功能网元共享方法于一具体实施例中流程图。
25.元件标号说明
26.s21～s23 步骤
27.s51～s55 步骤
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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。
29.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发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明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。
30.本发明所述的用户主要是指运营商；在用户进行5g网络部署时，upf网元的下沉导致upf网元也需要如基站一般多点部署。现有的5g网络架构中，不同用户的upf网元之间不能实现共建共享。例如：若用户1在某个区域部署有1个upf网元1，而用户2在该区域没有部署upf网元；若某一时段用户1不需要使用upf网元，而用户2在该时段需要使用upf网元，然而，由于该upf网元1在部署时仅与用户1的核心网相连，导致用户2无法使用该upf网元1。因此，现有5g网络架构中，由于upf网元固定与单个用户的核心网相连，使得upf网元仅归属于单个用户；即使upf网元归属的用户没有需求，其他用户也无法使用该upf网元。
31.针对这一问题，本发明提供一种用户平面功能网元共享方法；于所述用户平面功能网元共享方法中，所述虚拟upf网元集能够与至少2个用户的核心网通信相连，且在所述资源分配信令的基础上，所述虚拟upf网元集能够根据用户的需求进行资源分配，即：所述虚拟upf网元集中可以根据实际情况将同一虚拟upf实体与不同用户的核心网相连。因此，本发明所述用户平面功能网元共享方法能够允许多个用户对所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体进行共享。
32.请参阅图2，于本发明的一实施例中，所述用户平面功能网元共享方法包括：
33.s21，获取一虚拟upf网元集中用户的资源使用情况；其中所述虚拟upf网元集包括多个虚拟upf实体，且所述虚拟upf网元集能够与至少2个用户的核心网通信相连。其中，所述虚拟upf网元集的资源包括计算、存储和网络资源。所述虚拟upf实体是指所述虚拟upf网元集中进行资源分配的基础单位，所述虚拟upf网元集的资源包括其中所有虚拟upf实体的资源总合。所述虚拟upf实体可以是单个upf网元、2个upf网元或多个upf网元，在进行资源分配时以所述upf实例为单位进行分配。
34.需要说明的是，所述虚拟upf网元集能够与至少2个用户的核心网通信相连，是指所述虚拟upf网元集具有与至少2个用户的核心网通信相连的能力；具体应用中，与所述虚拟upf网元集通信相连的核心网可以是1个用户的核心网、2个用户的核心或多个用户的核心网。
35.s22，根据所述用户的资源使用情况，获取一资源分配信令。其中，所述资源分配信
令用于指示分配给每个用户的资源的数量。优选地，分配给某一用户的资源除满足该用户当前对资源的需求外，还包括一部分冗余资源；当用户对资源的需求突然增加时，所述冗余资源的存在使得分配给用户的资源仍能满足用户的需求。
36.s23，根据所述资源分配信令，将所述虚拟upf网元集的资源分配给用户。具体地，步骤s23根据所述资源分配信令将所述虚拟upf网元集中相应数量的资源分配给用户。此后，用户利用其核心网对分配给该用户的资源进行控制，从而将分配给该用户的资源纳入其网络中。
37.优选地，步骤s23以所述虚拟upf实体为单位对所述虚拟upf网元集的资源进行分配。此时，步骤s23将分配给用户的资源的数量转换为相应的虚拟upf实体的数量，进而将相应数量的虚拟upf实体分配给用户。此后，用户可以将其核心网与分配给该用户的虚拟upf实体建立通信连接，并利用其核心网对分配给该用户的虚拟upf实体进行控制，从而将分配给该用户的虚拟upf实体纳入其自身的网络中。
38.根据以上描述可知，所述虚拟upf网元集可以看作多个虚拟upf实体的集合，该集合中的每个upf实例可以根据实际需求分配给不同的用户。例如，请参阅图3a和图3b，对于虚拟upf实体1，当用户1有需求时，该虚拟upf实体1可以通过所述虚拟upf网元集与用户1的核心网之间的通信连接添加到用户1的网络中；当用户1没有需求而用户2有需求时，该虚拟upf实体1可以通过所述虚拟upf网元集与用户2的核心网之间的通信连接添加到用户2的网络中。因此，本实施例所述用户平面功能网元共享方法能够允许不同用户共享同一虚拟upf实体，从而使得多个用户对所述虚拟upf网元集中的资源进行共享成为可能。
39.于本发明的一实施例中，所述虚拟upf网元集与1个用户的核心网通信相连。此时，所述用户平面功能网元共享方法获取所述虚拟upf网元集中该用户的资源使用情况，并根据该用户的资源使用情况获取相应的资源分配信令。其中，所述资源分配信令用于指示分配给该用户的资源数量，且所述用户平面功能网元共享方法根据该资源分配信令将所述虚拟upf网元集中相应数量的资源分配给该用户。
40.于本发明的一实施例中，所述虚拟upf网元集与至少2个用户的核心网通信相连。此时，所述用户平面功能网元共享方法分别获取各用户的资源使用情况，并根据该资源使用情况获取各用户的资源分配信令；此后，所述用户平面功能网元共享方法根据各用户的资源分配信令完成对各用户的资源分配。
41.于本发明的一实施例中，根据所述用户的资源使用情况，获取一资源分配信令的一种实现方法包括：每当所述用户的资源使用情况发生变化时，实时生成所述资源分配信令。具体地，当所述用户的资源使用量减少时，实时生成相应的资源分配信令以指示减少分配给用户的资源数量；所述用户平面共享方法根据该资源分配信令实时减少分配给用户的资源。当所述用户的资源使用量增加时，例如，用户开始使用冗余资源时，实时生成相应的资源分配信令以指示增加分配给用户的资源数量；所述用户平面共享方法根据该资源分配信令实时增加分配给用户的资源。
42.根据以上描述可知，本实施例所述用户平面功能网元共享方法能够根据用户的资源使用情况动态实时地调整分配给用户的资源数量，以便实现用户对所述虚拟upf网元集中资源的实时共享。
43.由于upf网元是电信网络的重要转发实体，对所述虚拟upf网元集中的资源进行动
态实时地分配可能会导致路由转发功能的中断，进而导致系统不稳定。针对这一问题，于本发明的一实施例中，在每个周期开始时，根据其上一同等周期内用户的资源使用情况生成所述资源分配信令。其中，所述周期可以根据实际需求进行配置，例如：半天、1天或1周等；在电信网络中，对于任一周期来说，其上一同等周期是指与该周期具有相同或相近业务量特征的一段时间，且所述上一同等周期的时长与该周期的时长相同。例如，若以1天作为周期，则某一工作日的上一同等周期为该工作日的上一工作日，某一周末的上一同等周期为上一个周末，某一节假日的上一同等周期为去年同一个节假日；再例如，若以1周作为周期，则某一周的的上一同等周期为去年同一周；又例如，若以半天作为周期，则某一工作日白天的上一同等周期为上一工作日的白天，某一工作日夜晚的上一同等周期为上一工作日的夜晚，以此类推。需要说明的是，以上仅以举例的形式列举了以半天、天或周为周期时，上一同等周期的情况，具体应用中，可以根据实际需求配置所述周期的长度以及时间段，进而确定相应的上一同等周期，具体配置方式此处不做赘述。
44.本实施例中，根据其上一同等周期内用户的资源使用情况生成所述资源分配信令的具体实现方法包括：在一个新的周期开始时，步骤s21获取其上一同等周期内虚拟upf网元集中用户的资源使用情况，步骤s22根据其上一同等周期内虚拟upf网元集中用户的资源使用情况生成所述资源分配信令。此后，步骤s23根据该资源分配信令对所述虚拟upf网元集中的资源进行分配。
45.因此，本实施例所述用户平面功能网元共享方法只有在每个周期开始时才会对所述虚拟upf网元集中的资源进行动态分配，因而能够避免上述动态实时分配资源导致的系统不稳定。
46.此外，对于任一周期来说，本实施例所述用户平面功能网元共享方法根据该周期的上一同等周期内用户的资源使用情况生成所述资源分配信令，而上一同等周期与该周期具有相同或相近的业务量特征，因此，本实施例充分考虑了不同周期内网络的业务量特征，使得本实施例对所述虚拟upf网元集中资源的分配更加精确。
47.实际应用中，当5g网络中包含mec系统时，5g mec需要针对特定的流量进行本地分流，而在为用户建立边缘计算的用户面承载时，首先要解决的问题是如何选择upf网元以实现本地流量分流。为了能缩短传输时延，提高传输效率，选择upf网元时需要考虑的一个重要因素是upf网元的资源使用情况。为实现这一目的，于本发明的一实施例中，在将所述虚拟upf网元集的资源分配给用户以后，所述用户平面功能网元共享方法还包括：将各所述虚拟upf实体的资源情况发送给相应用户的会话管理功能smf，以协助所述smf完成upf网元的选择。具体地，所述smf获取所述虚拟upf实体发送的资源情况后，根据该资源情况能够获取与其相连的各upf网元的资源情况，进而实现对upf网元的选择。在所述smf获取与其相连的各upf网元的资源情况后，对upf网元的选择可以采用现有技术实现，此处不再赘述。
48.在对虚拟upf网元集中的资源进行共建共享时，虚拟upf网元集的建设者和使用者往往并不相同，因此，在实现所述虚拟upf网元集中的资源共享时也需要设计合理的收费方案以便保证建设者的权益。为实现这一目的，于本发明的一实施例中，所述用户平面功能网元共享方法还包括：根据所述用户的资源使用情况获取用户需要承担的费用。具体的，所述虚拟upf网元集在运维过程中会产生运维费用，所述用户平面功能网元共享方法根据用户的实际资源使用情况确定用户对所述运维费用的承担比例。
49.于本发明的一实施例中，所述虚拟upf网元集采用虚拟化架构，维护管理多个用户虚拟upf实体的镜像。此外，所述虚拟upf网元集可以采用虚机部署、容器部署或混合部署方式实现虚拟部署，具体应用中可以根据硬件的支持情况、隔离性需求等实际情况从上述三种部署方式中选择。
50.具体的，所述虚机部署是指以虚拟机的方式部署所述upf网元集。采用虚机部署方式能够为所述虚拟upf网元集提供良好的封装，并为其中的虚拟upf实体提供较好的隔离性；同时，采用虚机部署方式的虚拟upf网元集与硬件无关，可以在相同硬件抽象层之间实现无缝迁移，因而维护和升级简单。所述容器部署方式是指将所述虚拟upf网元集作为一个容器进行部署，相对于虚机部署方式，容器部署更为轻便，因而能够更高效的利用系统资源并具有快速的启动时间和更轻松的迁移；然而，所述容器部署方式提供的隔离性要弱于所述虚机部署方式。所述混合部署方式是指对所述虚拟upf网元集的部分资源采用虚机部署方式、部分资源采用容器部署方式；因此，混合部署方式属于虚机部署和容器部署之间的折衷方案。
51.于本发明的一实施例中，所述虚拟upf网元集中的多个虚拟upf实体能够同时支持不同的节点功能，即：所述虚拟upf网元集中的多个虚拟upf实体具有同时支持不同的节点功能的能力。例如：在某一时刻，所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体1作为pdu(protocol data unit，协议数据单元)会话锚点使用，同时，所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体2作为上行链路分类器使用。
52.具体的，所述虚拟upf实体能够支持以下功能中的一种或多种：作为与移动基础设施和数据网络之间互连的pdu会话节点，完成up协议的封装与解封装；用于rat(radio access technologies，无线接入技术)内部或rat之间移动性的pdu会话锚点；分组路由和转发；数据包检查与up策略规则的执行；合法侦听；为计费以及合法拦截提供up流量收集接口以及流量使用情况报告；上行链路分类器ul cl(uplink classifier)，用于支持业务流到数据网络的路由；分支点功能，用于支持多归属pdu会话；up的qos处理。
53.于本发明的一实施例中，所述虚拟upf网元集中的多个虚拟upf实体同时支持会话锚点功能、上行链路分类器功能和/或分支点功能。
54.具体地，若用户网络中需要pdu会话锚点，该用户的5g核心网可以通过smf将所述虚拟upf网元集中的一个虚拟upf实体作为pdu会话锚点来处理pdu会话服务。
55.若用户网络中需要ul cl，用户的5g核心网可以通过smf将所述虚拟upf网元集中的一个或多个虚拟upf实体配置为ul cl；在pdu会话连接建立时，或者在pdu会话建立完成后，用户的5g核心网可以通过smf将所述ul cl插入pdu会话的数据路径中，从而使得所述ul cl根据smf下发的流量过滤器将数据流量分流道本地网络或不同的数据网络。可选的，在pdu会话建立完成后，用户的5g核心网可以通过smf将所述ul cl从pdu会话的数据链路中删除。可选的，用户的5g核心网可以通过smf在pdu会话中包含一个或多个ul cl。
56.若用户网络中需要分支点，用户的5g核心网可以通过smf将所述虚拟upf网元集中的一个或多个虚拟upf实体配置为分支点；在pdu会话连接建立时，或者在pdu会话建立完成后，用户的5g核心网可以通过smf将所述分支点插入pdu会话的数据路径中；所述分支点能够支持与多个ipv6前缀关联以实现pdu会话的多归属，从而提供通过多个pdu会话锚点接入数据网络的功能。可选的，用户的5g核心网可以通过smf将所述分支点从pdu会话的数据路
径中删除。
57.例如，请参阅图4，所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体11作为pdu会话锚点与用户1的5g核心网相连。同时，所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体21作为上行链路分类器与用户2的5g核心网相连，所述虚拟upf网元集中的虚拟upf实体31作为分支点与用户3的5g核心网相连。
58.于本发明的一实施例中，所述虚拟upf网元集中的每个虚拟upf实体能够支持所有相关3gpp标准接口定义。具体地，所述虚拟upf网元集中的每个虚拟upf实体能够通过n3接口与接入网对接、能够通过n4接口与用户5g核心网的smf对接、和/或能够通过n6接口与本地数据网络对接。此外，当所述虚拟upf实体作为ul cl或分支点执行本地分流时，作为ul cl或分支点的每个虚拟upf实体能够通过n9接口与其他upf锚点对接。
59.请参阅图5，于本发明的一实施例中，所述用户为运营商，所述用户平面功能网元共享方法包括：
60.s51，获取各运营商对资源的需求，并根据一预设的资源分配策略对所述虚拟upf网元集中的资源进行初始分配。
61.s52，在所述虚拟upf网元集运行过程中，利用一使用记录模块统计各虚拟upf实体的资源使用情况；其中，各虚拟upf实体的资源使用情况可以从各虚拟upf实体提供的资源使用情况报告中获取。
62.s53，在每个周期开始时，将其上一同等周期的资源使用情况提交至一资源分配模块，并利用所述资源分配模块根据预设的资源分配策略生成一资源分配信令；所述资源分配信令用于指示如何将所述虚拟upf网元集中的计算、存储与网络资源分配给各运营商。
63.s54，将所述资源分配信令发送至虚机管理模块或容器管理模块，并利用所述虚机管理模块或容器管理模块将所述虚拟upf网元集的资源重新分配给各运营商。
64.s55，在资源重新分配完成后，各虚拟upf实体向各自归属的smf网元汇报自身的资源情况，以协助smf进行upf选择。
65.可选的，步骤s52以后，所述用户平面功能网元共享方法还包括：所述使用记录模块将各虚拟upf实体的资源使用情况发送至一计费模块，以便所述计费模块根据预设的费用分担规则获取各运营商需要承担的运维费用。
66.基于以上对所述用户平面功能网元共享方法的描述，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。该计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的用户平面功能网元共享方法。
67.基于以上对所述用户平面功能网元共享方法的描述，本发明还提供一种电子设备；所述电子设备包括：存储器，存储有一计算机程序；处理器，与所述存储器通信相连，调用所述计算机程序时执行本发明所述的用户平面功能网元共享方法。
68.本发明所述的用户平面功能网元共享方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
69.本发明针对当前5g架构不支持多运营商共建共享upf网元的问题，提供了一种用户平面功能网元共享方法。所述用户平面功能网元共享方法通过基于预设策略切割upf计算、存储与网络资源，生成多个虚拟upf实体分别对接不同运营商的核心网，基于此，不同运
营商的5g核心网能够共同控制一个upf网元。因此，所述用户平面功能网元共享方法能够实现多运营商共享5g网络环境下分别分流各运营商用户流量的功能，从而满足多运营商共建共享upf的需求，有效降低了5g网络的建设与运营成本。
70.于本发明所述用户平面功能网元共享方法中，所述虚拟upf网元集能够与至少2个用户的核心网通信相连，且在所述资源分配信令的基础上，所述虚拟upf网元集能够根据用户的需求进行资源分配，即：所述虚拟upf网元集中可以根据实际情况将同一虚拟upf实体与不同用户的核心网相连。因此，本发明所述用户平面功能网元共享方法能够允许多个用户对所述虚拟upf实体进行共享。
71.本发明所述用户平面功能网元共享方法中，所述虚拟upf网元集中的多个虚拟upf实体能够同时配置为支持不同的节点功能，从而在实现虚拟upf实体共享的前提下，满足用户对不同功能的upf网元的需求。此外，所述upf实例能够配置为支持所有相关3gpp标准的接口，使得用户在共享虚拟upf实体的同时能够实现与其他网元的对接。
72.综上所述，本发明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。
73.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。