专网网络架构的制作方法

1.本技术实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种专网网络架构。


背景技术：

2.第五代移动通信技术(5th generation mobile communication technology，5g)专网为数据传输提供了新的传输模式。5g专网具有大带宽、低时延、广连接的特性，因此采用5g专网传输数据具有高速率、低时延、传输稳定性好，以及传输可靠性高等优点。
3.目前5g专网的单核心网架构中，边缘终端之间的集群通信，需经由单核心网架构中的集群核心网，导致通信时延大、效率低。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种专网网络架构，可以减少通信时延，提高通信效率。
5.本技术实施例的提供的专网网络架构，包括：中心调度台、集群核心网、边缘数据中心dc，所述边缘dc对应一个网络设备组；所述中心调度台与所述集群核心网连接，所述边缘dc分别与所述集群核心网、所述网络设备组中的网络设备连接，所述边缘dc用于实现边缘终端之间的通信。
6.在一种可能的实现方式中，所述网络设备组中包括：网络设备和集群网络设备。
7.在一种可能的实现方式中，所述边缘dc中包括：第一集群控制功能网元tcf、第一集群媒体功能网元tmf、第一集群统一数据管理网元tudm，以及第一用户面功能网元upf；第一tcf与所述集群核心网连接，第一upf与所述集群核心网连接。
8.在一种可能的实现方式中，所述集群核心网中包括：集群接入和移动管理功能eamf、第二tcf，以及第二upf；所述第一tcf分别与所述eamf、所述第二tcf连接，所述第一upf与所述第二upf连接。
9.在一种可能的实现方式中，所述专网网络架构还包括：至少一个制式的第一集群系统，所述边缘dc与每个制式的第一集群系统连接。
10.在一种可能的实现方式中，所述专网网络架构还包括：边缘服务端；所述边缘dc与所述边缘服务端连接。
11.在一种可能的实现方式中，所述专网网络架构还包括：中心服务端；所述集群核心网与所述中心服务端连接。
12.在一种可能的实现方式中，所述专网网络架构还包括：网络管理平台；所述集群核心网与所述网络管理平台连接。
13.在一种可能的实现方式中，所述专网网络架构还包括：至少一个制式的第二集群系统；所述集群核心网与每个制式的第二集群系统连接。
14.在一种可能的实现方式中，所述边缘dc为至少一个，每个边缘dc对应的网络设备组可以相同或不同。
15.本技术实施例提供一种专网网络架构，包括中心调度台、集群核心网、边缘数据中
心dc，边缘dc对应一个网络设备组；中心调度台与集群核心网连接，边缘dc分别与集群核心网、网络设备组中的网络设备连接，边缘dc用于实现边缘终端之间的通信。本技术实施例中的专网网络架构中部署了边缘dc，边缘dc可以实现边缘终端之间的通信，因此边缘终端无需绕行访问集群核心网，缩短了边缘终端执行集群通信业务的路径，可以减少时延。
附图说明
16.图1为b-trunc 5g标准中已有的单集群核心网架构；
17.图2为本技术实施例提供的一种专网网络架构的示意图；
18.图3为本技术实施例提供的另一种专网网络架构的示意图；
19.图4为本技术实施例提供的另一种专网网络架构的示意图；
20.图5为本技术实施例提供的另一种专网网络架构的示意图；
21.图6为本技术实施例提供的集群单呼业务中数据流的传输示意图；
22.图7为本技术实施例提供的边缘终端访问本地服务端数据流的传输示意图；
23.图8为本技术实施例提供的第一upf故障时边缘终端访问本地服务端数据流的传输示意图；
24.图9为本技术实施例提供的第一upf故障时集群单呼业务中数据流的传输示意图；
25.图10为本技术实施例提供的另一种专网网络架构的示意图；
26.图11为本技术实施例提供的另一种专网网络架构的示意图。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
28.目前，基于宽带集群通信(broadband trunking communication，b-trunc)技术的专网网络已在全国范围部署，专网网络架构存在“部-省-地市”等多级区域划分部署的特点。在b-trunc第五代移动通信技术(5th generation mobile communication technology，5g)场景中，用户在“地市”区域存在集群通信的需求。集群通信业务可以包括但不限于：语音业务(私密呼叫、半双工点呼、集群组呼、紧急呼叫、话语权抢占等)、视频业务(点对点视频通话、视频上传、视频分发、视频上墙、视频联动等功能)、调度业务(在调度台侧通过强拆、抢话、缜密侦听、动态重组、地理信息系统(geographic information system，gis)、轨迹跟踪与回放、地图圈选等功能)、多媒体业务(短数据、状态短信、彩信、群组语音信箱等功能)等。
29.b-trunc 5g标准中定义了单集群核心网架构和多集群核心网架构。本技术实施例中提供的专网网络架构为在单集群核心网架构的基础上进行的改进，下述介绍b-trunc 5g标准中已有的单集群核心网架构：
30.图1为b-trunc 5g标准中已有的单集群核心网架构。参照图1，该单集群核心网架构中包括：中心调度台、集群核心网(trunking core network，tcn)、网络管理平台、中心数
unified data management，tudm)、增强接入和移动管理功能(enhanced access and mobility management function，eamf)网元、集群控制功能(trunking control function，tcf)网元、集群媒体功能(trunking media function，tmf)网元。单集群核心网架构中的各功能单元之间可以通过下一代网络(next generation，ng)接口进行通信。
42.其中，udm网元用于存储用户数据，如签约信息、鉴权/授权信息等。ausf网元主要负责对边缘终端的认证功能等。
43.smf网元可以用于为边缘终端选择用户面网元、为边缘终端重定向用户面网元、为边缘终端分配因特网协议(internet protocol，ip)地址，建立边缘终端与upf网元之间的承载(也可以称为会话)、会话的修改、释放以及qos控制。其中，边缘终端与upf网元之间的承载可以包括：upf网元和接入网设备之间的用户面连接，以及在接入网设备和边缘终端之间建立信道。其中，用户面连接为可以在upf网元和接入网设备之间建立传输数据的服务质量(quality of service，qos)流(flow)。
44.pcf网元用于向eamf网元、smf网元提供策略，如qos策略、切片选择策略等。
45.upf网元可以用于转发和接收边缘终端的数据。例如，upf网元可以从数据网络接收业务的数据，通过接入网设备传输给边缘终端；upf网元还可以通过接入网设备从边缘终端接收用户数据，转发到数据网络。其中，upf网元为边缘终端分配和调度的传输资源是由smf网元管理控制的。应理解，下述upf网元简述为upf。
46.tudm网元，用于存储集群用户(集群终端对应的用户)数据，如签约信息、鉴权/授权信息等。
47.eamf网元主要负责边缘终端的移动性管理、接入管理等服务。
48.tcf网元和tmf网元，用于在中心调度台的调度下，实现宽带集群调度业务。
49.如上单集群核心网架构，以及各网元的功能可以参照b-trunc 5g标准中的相关定义。需要说明的是，图1仅为示例性架构图，除图1中所示功能单元之外，该网络架构还可以包括其他功能单元，本技术实施例对此不进行限定。
50.参照图1，目前的单集群核心网架构决定了集群通信业务的锚点在集群核心网，而集群核心网通常要覆盖一个比较大的区域，部署位置比较高(如部或省)，这样的部署对于专网用户的维护和建网成本都有好处。但是集群核心网的部署位置高也导致了边缘终端执行业务或者边缘终端之间的通信的访问路径比较长，时延大。
51.示例性的，园区的边缘终端执行视频业务，需要经由图1中的网络设备，以及集群核心网，导致边缘终端执行业务的访问路径比较长，如需要从园区到省里，导致时延大。示例性的，如边缘终端之间的通信，需要边缘终端经由绕行至图1中的网络设备集群核心网，再迂回至另一边缘终端，时延大。另，专网本身又要求高带宽(视频业务)、低时延，因此目前的种种问题对专网网络架构提出了新的挑战。
52.为了解决该问题，本技术实施例提供一种专网网络架构，部署边缘数据中心dc，使得边缘终端可以经由边缘dc可以执行集群通信业务以及实现边缘终端之间的通信，因为边缘终端无需访问集群核心网，访问路径缩短，减少了时延。
53.图2为本技术实施例提供的一种专网网络架构的示意图。参照图2，专网网络架构中可以包括：中心调度台、集群核心网、边缘数据中心(data center，dc)，以及网络设备组。
54.参照图2，边缘dc对应一个网络设备组。网络设备组中可以包括：网络设备和集群
网络设备。网络设备和集群网络设备可以参照图1中的相关描述。在一种实施例中，边缘dc可以通过n3接口与网络设备连接，边缘dc可以通过n3-t接口与集群网络设备连接。
55.参照图2，中心调度台与集群核心网连接，边缘dc分别与集群核心网、网络设备组中的网络设备连接，边缘dc用于实现边缘终端之间的通信。其中，边缘dc实现边缘终端之间的通信可以理解为：边缘终端可以通过边缘dc与另一边缘dc通信，和/或边缘终端可以通过边缘dc执行集群通信业务。
56.边缘dc中可以包括多个网元，在一种实施例中，边缘dc中包括的网元可以参照上述集群核心网中的网元的描述。在该实施例中，边缘dc与集群核心网的功能相同，因此边缘终端无需通过集群核心网绕行，可以减少集群通信业务的时延。
57.本技术实施例中，如可以在市区、县或园区部署边缘dc，边缘dc可以实现边缘终端之间的通信，因此边缘终端无需绕行访问集群核心网，缩短了边缘终端执行集群通信业务的路径，可以减少时延。
58.图2所示的边缘dc中部署的网元可以与集群核心网中部署的网元相同，虽然这样边缘dc能够实现边缘终端之间的通信，但是部署成本高。本技术实施例中可以减少在边缘dc中部署的网元，在边缘dc中部署与实现边缘终端之间的通信相关的网元，进而在实现边缘dc能够实现边缘终端之间的通信的基础上，也能够减少边缘dc的部署成本。
59.另外，参照图1，图1所示的单集群核心网架构还存在如下问题：
60.1、边缘终端需要访问集群核心网，实现集群开户等功能。
61.2、边缘终端在访问本地的服务端时，也需要绕行至集群核心网，导致园区中的数据外泄，引发数据安全问题。
62.3、在市区、县等存在其他至少一个制式的第一集群系统，部署边缘dc需要利旧，即使用现有的部署在市区、县等地的第一集群系统。应理解，第一集群系统为除了宽带集群系统之外的、异制式的集群系统。第一集群系统包括但不限于：窄带集群系统、宽窄带结合的集群系统。
63.为了使得边缘dc能够实现边缘终端之间的通信，以及实现保证数据不出园区，本技术实施例中，可以在边缘dc中部署用于承载本地集群通信业务的数据流的upf，以及tmf。为了实现本地可以独立集群开户的功能，可以在边缘dc中部署tudm。为了实现边缘dc能够自动对接现有的至少一个制式的第一集群系统，可以在边缘dc中部署tcf和tmf。
64.在一种实施例中，如图3所示，本技术实施例提供的专网网络结构中，边缘dc中还可以包括：第一tcf、第一tmf、第一tudm，以及第一upf。其中，第一tcf与集群核心网连接，第一upf与集群核心网连接。
65.集群核心网中包括的网元可以参照上述图1中的描述，本技术实施例中为了区分边缘dc中部署的网元和集群核心网中部署的网元，将边缘dc中部署的网元名称前面均增加“第一”，将集群核心网中部署的网元名称前面增加“第二”，如边缘dc中部署的tcf称为第一tcf，集群核心网中部署的tcf称为第二tcf。
66.在一种实施例中，集群核心网中包括：集群接入和移动管理功能eamf、第二tcf，以及第二upf。第一tcf分别与eamf、第二tcf连接，第一upf与第二upf连接。应理解，在一种实施例中，eamf也可以称为第二eamf，表征为集群核心网中的网元，因为边缘dc中未部署eamf，因此可以区分eamf为集群核心网中的网元，因此可以不在eamf前添加“第二”。
67.其中，第一tmf与第一tcf本地共部署，用于群组用户面数据在本地卸载。第一tcf与eamf之间通过nt5接口对接，用于集群用户业务信令分发处理。第一tcf还通过n5接口对接集群核心网，用于实现发起的集群业务专用qos flow建立。第一upf是upf ulcl和upf psa2合一部署，通过n9接口对接第二upf，以实现用户ps数据分流到中心数据网络dn。本技术实施例中，边缘dc可以针对边缘终端单独规划dnn，eamf或第二smf根据dnn选择第一tcf或第一upf进行信令路由。
68.在一种实施例中，参照图3所示，专网网络架构还包括：至少一个制式的第一集群系统，边缘dc与每个制式的第一集群系统连接。该第一集群系统可以参照上述问题3中的描述。
69.在一种实施例中，专网网络架构还包括：边缘服务端。其中，边缘dc与边缘服务端连接。本技术实施例中的专网网络架构，可以实现边缘终端在本地访问边缘服务端，访问路径可以参照下述实施例中的相关描述。
70.在一种实施例中，专网网络架构还包括：边缘调度台。边缘调度台的功能可以参照中心调度台的功能的描述。
71.在一种实施例中，专网网络架构还包括：中心服务端。示例性的，中心服务端可以为中心数据网络dn。集群核心网与中心服务端连接，用于实现边缘终端可以访问中心数据网络dn。
72.在一种实施例中，专网网络架构还包括：网络管理平台。其中，集群核心网与网络管理平台连接。网络管理平台可以参照图1中的相关描述。
73.在一种实施例中，专网网络架构还包括：至少一个制式的第二集群系统。集群核心网与每个制式的第二集群系统连接，第二集群系统可以参照第一集群系统的描述。在该种实施例中，专网网络架构，可以实现边缘终端通过集群核心网访问其他不同制式的第二集群系统。
74.在一种实施例中，边缘dc可以为至少一个，图2中以边缘dc为一个为例，图4和图5中以边缘dc为两个(如边缘dc1和边缘dc2)为例。在一种实施例中，专网网络架构中的部分或全部边缘dc可以共用一个网络设备组，以减少部署成本。图4中以边缘dc1和边缘dc2对应有自己的网络设备组为例，图5中以边缘dc1和边缘dc2共用一个网络设备组为例。应理解，图5中将网络设备组称为接入网设备。应理解的是，图4、图5中边缘dc1连接的第一集群系统和边缘dc2连接的第一集群系统不同，图4和图5中使用第一集群系统这个名称表征与边缘dc连接的至少一个制式的集群系统。
75.本技术实施例中，可以在边缘dc中部署第一tcf、第一tmf、第一tudm，以及第一upf，可以在实现边缘终端之间的通信、保证数据不出园区，本地可以独立集群开户的功能，以及自动对接现有的至少一个制式的第一集群系统的基础上，可以减少部署成本。
76.下述对基于图2-图5中示出的专网网络架构可以实现的功能进行介绍：
77.1、集群单呼业务。
78.图6为本技术实施例提供的集群单呼业务中数据流的传输示意图。参照图6，针对集群单呼业务，由集群核心网中的第二smf对接边缘dc中第一upf，进行集群用户数据转发面的配置，以及由第一tmf转发给第一upf、再由第一upf转发给边缘终端接入的网络设备或集群网络设备。应理解，图6中示出了集群核心网中的部分网元，以及边缘dc中的部分网元，
图6中的箭头表征数据流的传输。
79.2、集群组呼下行业务。
80.针对集群组呼下行业务，可以由边缘dc中第一tcf配置第一tmf进行群组下行数据转发面的配置，由本地第一tmf转发给监听该群组的所有集群用户的网络设备或集群网络设备。应理解，图6中以接入网设备表征网络设备或集群网络设备。
81.3、不同子网之间的终端的通信。
82.本地集群终端如要和大网(即集群核心网)或其他边缘dc中的集群终端进行集群业务互通，则可以通过tc2接口实现子网间集群业务互通、再由本地子网进行数据转发给集群终端。
83.4、边缘终端访问本地服务端(边缘服务端)。
84.图7为本技术实施例提供的边缘终端访问本地服务端数据流的传输示意图。参照图7，边缘dc内的边缘终端，如要访问本地服务端，如dn1，则可以由第一upf分流通过n6接口传递，可保证数据不出园区。应理解，图7中示出了集群核心网中的部分网元，以及边缘dc中的部分网元，图7中的箭头表征数据流的传输。
85.5、边缘终端访问中心服务端。
86.边缘dc内的中心服务端，如中心dn，则可以由第一upf通过n9接口分流到第二upf、再由第二upf通过n6接口传递。
87.6、边缘终端与第一集群系统通信。
88.边缘终端可以通过边缘dc，实现与第一集群系统的通信。
89.7、边缘dc中的网元故障时的可靠性处理方案。
90.因为边缘dc中部署一个第一upf，没有部署和第一upf形成双主或多主负荷分担的其他upf。在该种场景中，当第一upf故障时，第二smf可以能够感知故障并删除故障的第一upf。
91.当第一upf未故障时，边缘终端可以通过边缘dc的第一upf访问边缘服务端，数据流向可以参照图8中的a，图8中的a与图7相同，可以参照图7中的相关描述。当第一upf故障时，为了保证边缘终端仍能够正常访问边缘服务端，第二smf可以基于n4接口心跳探测到边缘dc中的第一upf故障，将删除该第upf，保留用户会话。此时边缘终端可以通过第二upf访问边缘dc中的边缘服务器dn1，如图8中的b所示。
92.同理的，当第一upf故障时，边缘终端可以通过第二upf与边缘dc中的第一tcf、第一tmf进行交互。
93.当第一upf未故障时，针对集群单呼业务，数据流向可以如图9中的a所示，图9中的a与图6相同，可以参照图6中的相关描述。当第一upf故障时，为了保证集群单呼业务的正常进行，可以由集群核心网中的第二smf对第二upf进行集群用户数据转发面的配置，以及由第一tmf对接第二upf、再由第二upf转发给边缘终端接入的网络设备或集群网络设备，如图9中的b所示。
94.其中，当第一upf故障时，本技术实施例中可以采用集群核心网中的第二upf替代第一upf，以执行第一upf的动作，可以保证专网网络架构中upf可靠性。
95.本技术实施例中，当第一upf故障恢复后，如第二smf基于n4接口探测到第一upf的心跳恢复后，对于处于激活态的边缘终端不会立即为其选择边缘dc中的第二upf，用户的本
地数据仍然通过第二upf传输。但对于新激活的边缘终端可以正常选择第一upf为用户处理业务。
96.图10为在图4所示的专网网络架构中实现的，参照图10所示，专网网络架构中的边缘终端中包括ue1、ue11，以及ue21。应理解，因为图10所示的边缘dc中包括两个边缘dc，如边缘dc1和边缘dc2。边缘dc1和边缘dc2中部署的网元可以参照图2所示。为了区分边缘dc1和边缘dc2中部署的网元，可以将边缘dc1中部署的网元名称之前增加“第一”，将边缘dc2中部署的网元名称之前增加“第三”，集群核心网中部署的网元名称之前增加“第二”。如边缘dc1中部署的upf可以称为第一upf，边缘dc2中部署的upf可以称为第三upf，集群核心网中部署的upf可以称为第二upf。
97.其中，ue1、ue11和ue21在第二udm开卡，其中ue1在第一tudm集群开户，规划dnn0，其中ue1签约dnn。本技术实施例中，在边缘dc1规划dnn1，ue11在第二tudm集群开户，ue11签约dnn1。另，在边缘dc2规划dnn2，ue21在第三tudm(边缘dc2)集群开户，ue21签约dnn2。
98.下面针对ue11执行业务时的数据流传输进行介绍：
99.1、ue11访问dn1的数据流为：1、ue11访问dn1的数据流为：应理解，表征数据可以双向传输。
100.2、ue11发起集群单呼业务。
101.信令流：信令流：
102.数据流：
103.3、执行集群组呼下行业务。
104.信令流：
105.数据流：
106.4、ue11可以通过第一tcf或第一tmf对接第一集群系统。
107.综上，对于边缘终端来说，信令面主要在中心调度台进行集中控制，对接dn1的数据流只由本地第一upf进行转发，本地边缘终端(或本地用户)之间的集群业务数据流终结在本地第一tmf。
108.下面针对ue11和ue21之间进行集群单呼业务时的数据流传输进行介绍：
109.数据流：数据流：
110.其中，当ue1发起组呼(如向ue11(或ue21)发起组呼)建立，上行数据流的传输为：
111.其中，ue11(或ue21)作为监听用户，下行数据流的传输为：其中，ue11(或ue21)作为监听用户，下行数据流的传输为：
112.综上，不同边缘dc对应的边缘终端进行集群通信业务时，本技术实施例提供的专网网络架构可以实现不同边缘dc对应的边缘终端之间的通信，并且上/下行集群业务数据
流不存在数据流迂回。
113.应理解的是，本技术实施例提供的专网网络架构与多接入边缘计算(multi-access edge computing，mec)架构类似，在一种实施例中，参照图11，可以在现有的b-trunc 5g定义的单集群核心网架构中引入“b-trunc over mec”平台(简称mec平台)，将第一tcf、第一tmf、本端dn等作为第三方应用程序(application，app)部署在mec平台中。其中，第一upf增强支持群组下行组播转发，并且mec平台和边缘dc中的网元之间的接口中支持群组下行组播转发配置规则下发等，可以参照mec架构中的接口的相关描述。应理解，图11中示出了专网网络架构中的部分设备，主要是用于表征专网网络架构中引入了mec平台。
114.另外，在本技术实施例各个实施例中的各网元或专网网络架构中的部分可以集成在一个模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
115.上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本技术实施例各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文：read-only memory，简称：rom)、随机存取存储器(英文：random access memory，简称：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
116.本文中的术语“多个”是指两个或两个以上。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；在公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。另外，需要理解的是，在本技术实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
117.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例各实施例技术方案的范围。