铁路5G专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法与流程

铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法
技术领域
1.本发明涉及铁路无线通信技术领域，尤其涉及一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法。


背景技术：

2.调度通信是影响铁路运输生产的关键业务，对保障列车安全运营至关重要，因此保障调度通信业务服务质量，实现业务数据在网络中有保障的传输，对铁路运输指挥和安全生产具有重要意义。
3.铁路5g专网通过mc设备（铁路宽带集群通信设备）为移动终端的提供调度通信业务。作为无线侧调度通信业务的地面服务器设备，mc设备采用3gpp mcx（第三代合作伙伴计划关键业务通信）标准，使用了基于ims（ip多媒体子系统）架构的实现方案。铁路调度通信业务类型主要包括紧急呼叫、语音业务、视频业务及数据业务等，涵盖多种应用场景，由于各类业务的优先级、带宽需求不同，对网络服务质量的要求也存在差异。
4.目前的业务服务质量控制方案包括：授权公告号为cn100413291c的中国发明专利《宽带网络上的业务区分和业务服务质量控制的实现方法》，公开号为cn101296512a的中国发明专利申请《一种业务服务质量控制方法、装置和系统》；然而以上两个技术方案都不能应用于铁路5g专网调度通信业务服务质量控制。
5.此外，3gpp mcx标准仅给出了通过n5接口（3gpp的标准化接口）与5g网络协商服务质量的通用方式，由于铁路调度通信业务的特殊性，3gpp给出的标准形式无法完全适用于铁路场景。并且，相比于公众移动通信网络ims系统为呼叫业务建立服务质量保障的过程，铁路对调度通信业务的呼叫建立时延、成功率等指标要求更高，如果采用公网ims系统协商服务质量的流程，对业务建立时延和成功率等指标影响较高，难以满足铁路调度通信业务的高要求。
6.因此，需提出一种适用于铁路调度通信业务的服务质量协商控制实现方法。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法，可以为调度通信业务提供相适应的服务质量保障。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法，包括：qos流建立协商部分：mc设备接收ue发送的呼叫建立请求，并进行解析，结合解析结果生成业务相关的服务信息并以此构建qos流建立协商请求消息，再发送给pcf网元；所述pcf网元接收到qos流建立协商请求消息后，存储业务相关的服务信息，并根据预设的配置信息将业务相关的服务信息映射为qos参数，再将包含业务相关的服务信息存储资源标识的会话建立响应消息反馈给所述mc设备，以及通过smf网元向upf、gnodeb及ue下发策略规则，建立ue与mc设备之间的qos流，并执行资源分配结果通知部分的流程；其中，qos为服
务质量，mc设备为铁路宽带集群通信设备，ue为用户终端，gnodeb为5g-r基站，upf为用户平面功能网元，pcf网元为策略控制功能网元，smf网元为会话管理功能网元；qos流删除协商部分：mc设备接收ue发送的挂断请求，通过解析挂断请求对应的qos流信息，确定对应的业务相关的服务信息存储资源标识，并结合业务相关的服务信息存储资源标识向pcf网元发送qos流删除协商请求；所述pcf网元接收到qos流删除协商请求后与smf交互，释放相应的qos流资源。
9.一种服务质量协商控制与呼叫建立过程解耦的方法，包括：在个呼场景下，mc设备接收到主叫ue的呼叫建立请求后，解析出被叫ue的相关信息，结合被叫ue的相关信息向被叫ue发送呼叫建立请求，mc设备接收到被叫ue返回的呼叫应答响应后，向主叫ue发送呼叫应答响应，建立主叫ue与被叫ue的个呼会话；之后，基于前述方法，通过qos流建立协商部分，分别建立主叫ue与mc设备、以及被叫ue与mc设备之间的qos流，通过qos流删除协商部分，释放相应的qos流资源；在组呼场景下，mc设备根据当前ue发起的组呼请求建立组呼；之后，基于前述方法，通过qos流建立协商部分，发起当前ue的qos流建立协商流程，建立当前ue与mc设备之间的qos流，并呼叫其他用户加入组呼；所述其他用户包括有线用户与其他ue；当mc设备接收到其他ue回复的组呼相应后，基于前述方法，通过qos流建立协商部分，分别发起每一其他ue的qos流建立协商流程，并分别建立每一其他ue与mc设备之间的qos流；以及基于前述方法，通过qos流删除协商部分，释放相应的qos流资源。
10.由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过mc设备和pcf（policy control function，策略控制功能）网元协商控制流程为调度通信业务提供相适应的服务质量保障；并在此基础上，实现了mc设备与pcf进行服务质量协商控制流程和呼叫建立流程解耦，既保证了业务数据的传输速率，同时避免了服务质量协商控制流程及qos流建立流程对铁路呼叫建立时间和呼叫建立成功率产生的影响。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
12.图1为本发明实施例提供的一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法的流程图；图2为本发明实施例提供的调度通信业务qos设计与配置流程图；图3为本发明实施例提供的qos流建立协商部分的流程图；图4为本发明实施例提供的资源分配结果通知部分的流程图；图5为本发明实施例提供的qos流删除协商部分的流程图；图6为本发明实施例提供的个呼呼叫建立流程及服务质量协商控制流程图；图7为本发明实施例提供的组呼呼叫建立流程及服务质量协商控制流程。
具体实施方式
13.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
14.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
15.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
16.术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
17.下面对本发明所提供的一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
18.铁路调度通信业务涵盖了多种应用场景下的不同业务，不同业务的优先级、对网络资源的需求不同，本发明根据业务类型和应用保障特点，将铁路调度通信业务进行分类，并为不同种类业务设计相应的qos（quality of service，服务质量）参数，为不同类型的调度通信业务提供相适应的服务质量保障，并以此提出了一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法，该方法主要由mc设备（铁路宽带集群通信设备）和pcf（policy control function，策略控制功能）网元的交互完成，pcf是标准的5g-r核心网网元，具有会话管理策略控制功能。mc设备通过n5接口与pcf交互进行服务质量的协商控制，n5接口是应用业务系统与pcf网元之间的接口，本发明实施例中的应用业务系统为mc设备。
19.如图1所示，该方法主要包括：1、qos流建立协商部分。
20.该部分主要流程包括：mc设备接收ue（user equipment，用户设备）发送的呼叫建立请求，并进行解析，结合解析结果生成业务相关的服务信息并以此构建qos流建立协商请求消息，并发送给pcf网元；所述pcf网元接收到qos流建立协商请求消息后，存储业务相关的服务信息，并根据预设的配置信息将业务相关的服务信息映射为qos参数，再将包含业务相关的服务信息存储资源标识的会话建立响应消息反馈给所述mc设备，以及通过smf（session management function，会话管理功能）网元向upf、gnodeb（5g-r基站）及ue下发策略规则（包括ue和mc设备的ip地址和端口号、qos参数信息等），建立ue与mc设备之间端到
端的qos流。
21.2、qos流删除协商部分。
22.该部分主要流程包括：mc设备接收ue发送的挂断请求，通过解析挂断请求对应的qos流信息，确定对应的业务相关的服务信息存储资源标识，并结合业务相关的服务信息存储资源标识向pcf网元发送qos流删除协商请求；所述pcf网元接收到qos流删除协商请求后与smf网元交互，释放相应的qos流资源。
23.此外，还包括：资源分配结果通知部分，该部分流程包括：所述pcf网元接收到qos流建立协商请求消息后，解析是否包含订阅资源分配结果事件；当ue与mc设备之间端到端的qos流建立成功，且包含的订阅资源分配结果事件为订阅资源分配成功事件，则向所述mc设备发送资源分配成功通知；当ue与mc设备之间端到端的qos流建立失败，且包含的订阅资源分配结果事件为订阅资源分配失败事件，则向所述mc设备发送资源分配失败通知；所述mc设备收到通知后解析并存储相关通知结果，以及向pcf网元回复响应消息。
24.为了便于理解，下面针对本发明上述方案做详细的介绍。
25.一、铁路5g专网调度通信业务qos设计与配置。
26.在介绍协商控制实现方法以上三个部分之前，先针对铁路5g专网调度通信业务qos设计与配置部分进行介绍，该部分主要是生成不同业务类型对应的qos参数，并配置在pcf网元中，用于qos流建立协商部分中服务信息的映射，相关流程如图2所示，主要包括：1、将铁路调度通信业务按照优先级划分为多个业务类型。
27.本发明实施例中，根据调度通信业务类型和应用保障特点，将铁路调度通信业务按照优先级进行划分，业务类型的优先级从高到低依次为：铁路紧急呼叫（第一类业务）、行车相关调度语音通信和应急语音通信（第二类业务）、非行车相关调度语音通信（第三类业务）、运营及维护语音通信（第四类业务）、应急视频通信（第五类业务）、调度视频通信（第六类业务）、运营及维护视频通信（第七类业务）。
28.2、针对每一优先级的业务类型设置相应的qos参数。
29.本发明实施例中，qos参数主要包括：5qi（5g qos等级标识）：代表一组qos流特性，其中包括优先级、数据包延迟和数据包错误率等；分配和保持优先级（arp）：决定拥塞时建立qos流的优先级别，优先级取值为1~15，1为最高，同时也表示资源是否可以被抢占；gfbr（保障流比特速率），规定了网络必须为业务保障的比特速率；mfbr（最大比特速率），规定了业务不能超过的最大比特速率。
30.下面提供以上七类业务的qos参数取值示例：铁路紧急呼叫通过5qi=65与arp=1的qos流承载，在资源紧张时优先建立该业务的qos流，gfbr和mfbr为32kbps；行车相关调度语音通信和应急语音通信通过5qi=65与arp=2的qos流承载，gfbr和mfbr为32kbps；非行车相关调度语音通信通过5qi=66与arp=3的qos流承载，gfbr和mfbr为32kbps；运营及维护语音通信通过5qi=66与arp=4的qos流承载，gfbr和mfbr为32kbps；应急视频通信通过5qi=67与arp=3的qos流承载，gfbr和mfbr为32kbps；调度视频通信通过5qi=67与arp=4的qos流承载，gfbr和mfbr为32kbps；运营及维护视频通信通过5qi=67与arp=5的qos流承载，gfbr和mfbr为32kbps。
31.以上qos参数取值示例中，当5qi数值相同时，arp数值越低优先级越高。
32.3、将不同业务qos参数信息预配置在pcf网元中，用于后续服务信息的映射。
33.二、服务质量协商控制实现方法。
34.1、qos流建立协商部分。
35.如图3所示，qos流建立协商部分的主要流程包括：（1）mc设备接收移动终端ue发送的呼叫建立请求，解析统计ue与mc设备之间的业务类型和媒体传输信息（双方媒体传输的ip地址和端口等信息），并生成业务相关的服务信息。
36.（2）mc设备利用业务相关的服务信息构建qos流建立协商请求消息，并发送给pcf网元，服务信息包含业务的应用标识（用于标识不同的业务类型）、订阅事件、用户的ip地址和端口号、媒体组件信息等。订阅事件包含对资源分配结果的通知等；媒体组件信息中包含媒体类型、上下行链路的最大/最小请求带宽等。
37.（3）pcf收到qos流建立协商请求，存储业务相关的服务信息，同时将服务信息映射为5qi、arp、gfbr、mfbr等qos参数。
38.（4）pcf向mc设备返回会话建立响应消息，消息中包含服务信息存储的uri（uniform resource identifier，统一资源标识符）等。
39.（5）mc设备收到会话建立响应消息，如果成功，则存储响应消息中的uri信息，用于后续qos流删除协商部分使用。
40.（6）pcf向smf下发策略规则，smf进一步将规则下发至upf（user plane function，用户面功能）网元、gnodeb（5g-r基站）和ue，进而建立ue与mc设备之间端到端的qos流。
41.2、资源分配结果通知部分。
42.mc设备在qos流建立协商的过程中向pcf订阅资源分配结果事件。网络建立qos流成功后，pcf将相应的通知消息发送给mc设备，实现对订阅事件的通知过程，如图4所示，资源分配结果通知部分的主要流程包括：（1）所述pcf网元接收到qos流建立协商请求消息后，解析是否包含订阅资源分配结果事件，如资源分配成功、资源分配失败等。
43.（2）当ue与mc设备之间端到端的qos流建立成功，且包含的订阅资源分配结果事件为订阅资源分配成功事件，则向所述mc设备发送资源分配成功通知；当ue与mc设备之间端到端的qos流建立失败，且包含的订阅资源分配结果事件为订阅资源分配失败事件，则向所述mc设备发送资源分配失败通知；（3）所述mc设备收到通知后解析并存储相关通知结果，以及向pcf网元回复响应消息，确认收到相关的事件通知。
44.3、qos流删除协商部分。
45.mc设备和pcf网元之间通过交互qos流删除控制消息，实现对相应网络资源的释放过程，如图5所示，qos流删除协商部分的主要流程包括：（1）当调度通信业务呼叫结束后，ue向mc设备发送挂断请求。
46.（2）mc设备收到挂断请求后，解析该ue本次业务所建立的qos流信息，并向pcf发送qos流删除协商请求，请求消息中携带在qos流建立协商响应消息中返回的服务信息存储的uri。
47.（3）pcf收到删除qos流请求后，回复mc设备响应消息，确认收到删除请求。
48.（4）pcf与smf交互，执行释放分配给用户业务qos流资源。
49.以上介绍了通过mc设备和pcf网元协作实现铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制的方法（服务质量协商控制实现方法），实现业务数据在网络中有保障的传输，对铁路运输指挥和安全生产具有重要意义。考虑到，铁路调度通信业务对呼叫建立时延和呼叫建立成功率有较高的要求，如果采用公众移动网络的qos流控制过程，将直接影响呼叫的建立时延和成功率。因此，还提供了一种服务质量协商控制与呼叫建立过程解耦的方法，该方法所涉及的qos流建立协商部分、资源分配结果通知部分及qos流删除协商部分均通过前述服务质量协商控制实现方法实现，故不做赘述。
50.下面以个呼和组呼（语音与视频个呼、语音与视频组呼）的形式，详细阐述服务质量协商控制与呼叫建立过程解耦的方法的实现。
51.一、个呼场景下的实现方案。
52.在个呼场景下，mc设备接收到主叫ue的呼叫建立请求后，解析出被叫ue的相关信息，结合被叫ue的相关信息向被叫ue发送呼叫建立请求。mc设备接收到被叫ue返回的呼叫应答响应后，向主叫ue发送呼叫应答响应，建立主叫ue与被叫ue的个呼会话；之后，通过qos流建立协商部分，分别建立主叫ue与mc设备、被叫ue与mc设备之间的qos流，通过资源分配结果通知部分告知mc设备资源分配结果，通过qos流删除协商部分，释放相应的qos流资源。具体的：如图6所示，ue完成附着网络和pdu（协议控制单元）会话建立成功后，此时pdu会话内存在一条默认qos流。主叫ue（主叫用户）向mc设备发起呼叫请求后，mc设备获取到主叫ue的sdp（session description protocol，会话描述协议）消息（如主叫媒体ip地址，端口号，支持的编解码等）；在收到被叫ue（被叫用户）的呼叫接通应答消息后，mc设备获取到被叫用户的sdp消息（如被叫媒体ip地址，端口号，支持的编解码等）。mc设备根据自身与主叫ue、被叫ue间的sdp协商信息，执行qos流建立协商流程，分别为主叫ue与mc设备、被叫ue与mc设备之间建立qos流，在qos流建立成功后执行资源分配结果通知部分的流程，告知mc设备资源分配结果。
53.上述方法将个呼会话建立流程和服务质量协商控制流程解耦，个呼呼叫建立时间为图中第2~第5四个步骤的间隔时间，服务质量协商控制情况不影响呼叫建立时间；步骤5完成呼叫建立成功后进行服务质量协商流程，因此服务质量协商结果不影响呼叫建立成功率；当qos流建立失败时，业务数据将在默认qos流上传输，不影响呼叫业务正常进行。
54.呼叫结束后，主叫ue向mc设备发起呼叫的释放请求（挂断请求），mc设备收到释放请求后，执行主被叫ue与mc设备之间qos流删除协商部分的流程，同时向被叫ue发送呼叫释放请求（图6中第10与第11两个步骤可同时发生）。
55.2、组呼场景下的实现方案。
56.在组呼场景下，mc设备根据当前ue发起的组呼请求建立组呼；之后，基于权利要求1~5任一项所述的方法，通过qos流建立协商部分，发起当前ue的qos流建立协商流程，建立当前ue与mc设备之间的qos流，并呼叫其他用户加入组呼；所述其他用户包括有线用户与其他ue；当mc设备接收到其他ue回复的组呼相应后，通过qos流建立协商部分，分别发起每一其他ue的qos流建立协商流程，并分别建立每一其他ue与mc设备之间的qos流，通过资源分配结果通知部分告知mc设备资源分配结果；以及通过qos流删除协商部分，释放相应的qos流资源。具体的：
如图7所示，组呼内成员包含ue1、ue2（两个ue均为无线用户，此处提供的两个ue的示例，具体数量可根据实际情况设置）和有线用户。ue1向mc设备发起组呼请求后，mc设备获取到ue1的sdp消息，向ue1回复组呼建立成功响应。此时，组呼已经建立成功。随后，mc设备发起ue1的qos流建立协商流程，并呼叫有线用户和ue2加入组呼。在接收到ue2回复的组呼响应后，mc设备获取到ue2的sdp消息，发起ue2的qos流建立协商流程。网络中为ue1和ue2相关业务建立端到端qos流后，pcf发起资源分配结果通知流程通知mc设备。
57.对于铁路调度通信语音组呼，除固定用户（如调度员、车站值班员等）外，其他组内移动用户成员发言时需要执行话权控制过程，话权控制是铁路调度通信的特色功能，即对于话权协商消息的服务质量保障尤为关键。因此，语音组呼业务时，mc设备向pcf发起的qos流建立协商请求消息中除了语音媒体流信息外，还包含话权控制消息流的信息（当然还包含前文所提到的信息）。
58.对于视频组呼，组呼建立成功后，组内成员相互查看各自的视频需要通过视频传输控制实现，即需要为视频传输控制消息提供相应的服务质量保障。因此，视频组呼业务时，mc设备向pcf发起的qos流建立协商请求消息中除了音视频媒体流消息外，还包含视频传输控制消息流的信息（当然还包含前文所提到的信息）。
59.上述方法将组呼会话建立流程和服务质量协商控制流程解耦，组呼呼叫建立时间为图7中第2~第3两个步骤的间隔时间，服务质量协商控制情况不影响呼叫建立时间和呼叫建立成功率。当ue1 qos流建立失败时，ue1的业务数据将在默认qos流上传输；当ue2 qos流建立失败时，ue2可以正常加入组呼，业务数据在默认qos流上传输，不影响组呼业务的正常进行。
60.呼叫结束后，ue1向mc设备发起组呼释放请求，mc设备收到释放请求后，执行ue1和ue2的qos流删除协商流程，同时向组内其他成员发送呼叫释放请求（图7中第11与第12两个步骤同时发生）。
61.本发明实施例上述方案，从铁路实际运营需求出发，提出了一种铁路5g专网调度通信业务服务质量协商控制实现方法，通过mc设备和pcf网元协商控制流程为调度通信业务提供相适应的服务质量保障，并能够为铁路5g专网应用提供指导作用；同时在此基础上，实现了mc设备与pcf进行服务质量协商控制流程和呼叫建立流程解耦，既保证了业务数据的传输速率，同时避免了服务质量协商控制流程及qos流建立流程对铁路呼叫建立时间和呼叫建立成功率产生的影响。
62.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等）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）执行本发明各个实施例所述的方法。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。