在边缘云中维护UP会话状态信息的方法和装置与流程

本文公开的主题的实施例总体涉及用于将与云边缘处的用户相关的数据提供给核心执行功能所需的用户平面(up)会话状态信息进行本地维护的方法和装置。

背景技术：

边缘计算是随着移动网络正在演进为5g(第5代无线移动网络标准)而出现的技术。边缘计算涉及将处理和存储能力(称为“云”)放置在更靠近移动网络中的用户设备(ue)的位置。边缘云使得能够本地运行不同类型的用户和系统服务，从而减少在网络上传输数据的延迟和量。与服务端点位于核心网络或因特网上时相比，本地部署(即，在边缘云中针对在网络边缘处连接的用户执行)的应用运行得更快并且具有更高的吞吐量。

合法拦截(li)和计费功能在网络核心中运行但使用本地数据，因此必须具有在边缘云内的支持。与li/计费功能的接口在3gpp(第3代合作伙伴计划)中定义，这是一组已知的标准文档。可以复制去往/来自连接到边缘云的ue的业务，并将其转发给执行li的网络设备。将与ue的活动相关的信息(称为日志)提供给计费功能，以使其能够生成计费信息。

在当前系统中，li和计费功能利用使用ue的客户端的状态记录按每个客户端在pgw的用户平面部分中操作。注意，客户端具有网络订阅并且经由ue(即，物理设备)使用其凭证来访问网络。作为物理设备的ue可以被不同的客户端使用。然而，由于单个客户端通常可以使用ue，因此本文档中的术语“ue”和术语“客户端”或“用户”表示使用物理设备登录网络的网络订户，由网络核心唯一地标识。客户端的状态记录存储在状态表中，更新状态表以反映实际状态。

下面列出了本文档中使用的一些标准表述的含义：

app应用

cp控制平面

enb演进节点b

gw网关

hss归属订户服务器

lte长期演进(第4代无线移动网络标准)

ocs在线计费系统

ofcs离线计费系统

mme移动性管理实体

pdn分组数据网络

pgwpdn网关

sgw服务网关

up用户平面

为了改善用户平面/控制平面的缩放，pgw可以实现为如图1中示例性示出的分离的用户平面/控制平面架构。ue110经由基站120访问网络，并且经由用户平面网关(up-gw)130使用在边缘云中执行的各种应用。业务中断(tbo)功能140将用户平面业务(由实线表示)分成边缘业务和到网络核心的业务。图1中的虚线表示控制平面业务，例如，从基站120到mme150。对应于状态表的内容的up会话状态信息使up-gw130能够决定为了执行li/计费功能是否进行转发以及转发什么类型的信息。

sgw155和pgw160分为用户平面和控制平面架构。li/计费功能是pgw功能的一部分。pgw160执行针对ue110的li和计费功能。如果ue是合法拦截的目标，则pgw160将召集的信息提供给合法侦听系统170。pgw160的控制平面部分控制up-gw130，并且能够作为可以放置在不同站点处的许多up-gw的集中控制器来操作。图1中标记的各种其他功能块和接口在3gpp标准文档中描述，因此这里不再详述。

因此，li和计费功能部分是用户平面功能，部分是控制平面功能。针对用户的li功能触发对目标用户的分组的用户平面复制，然后所述分组与附加的首部信息一起从边缘站点被发送给网络核心以供进一步分析。计费功能可以是桶计费类型，其需要对通过的分组的字节进行计数，以产生通过计费接口发送给计费系统的日志。

从如图2所示的位置角度来看，tbo、up-gw和边缘计算资源可以被放置在网络边缘站点处的枢纽(hub)200上，枢纽200在物理上靠近多个小区210。然而，注意，与小区210相邻的其他小区212和214可以被服务连接到其他枢纽或者甚至与核心网络的其他实例连接。在核心网络站点220处执行的功能分别经由控制平面(cp)和用户平面(up)中的s1类型接口(即，s1-up和s1-cp)与枢纽通信。小区站点(即放置天线的站点)可以是简单的仅基站站点或枢纽站点。枢纽站点通常包括基站和传输聚合功能，传输聚合功能将到若干基站的回程传输进行集中，提供针对多个基站的边缘计算。因此，除了基站功能之外，所述枢纽还可以包括用于传输聚合功能、tbo、云平台和核心网络功能的路由器/交换机。

如已经提到的，li/计费功能的执行基于每客户端状态，每客户端状态由状态记录进行记录，并且反映为up-gw中的边缘连接用户的up会话状态信息。该信息表示对通过节点的用户分组的适当处理。目前，所述状态由li/计费功能的管理接口静态配置，不会对ue状态信息的存储位置造成移动性影响。

边缘云中的li和计费功能的问题在于，移动ue经常改变服务基站，触发基站之间的切换过程。固定的pwg为li/计费功能提供中央锚点，但是up-gw可以改变(例如，用于小区212或214之一的另一up-gw)。为了正确地处理用户的分组，当在切换期间改变up-gw时，ue的状态信息必须被重定位在新的up-gw上。从网络核心导入这样的ue状态信息不能可靠地确保li和计费功能的连续性。

因此，期望开发用于有效地维护边缘处的状态信息的技术，其中状态信息用于确定要转发给网络核心以执行li和计费功能的ue相关数据。

技术实现要素：

为了维护边缘处的ue状态信息，通过附加状态信息获取机制来修改传统的x2和s1切换信令链。这些机制确保将ue的up会话状态信息提供给对新基站和网络核心设备之间的业务进行中介处理的目标网关。这些机制主要在本地操作或者在没有边缘和核心之间的附加通信的情况下操作，从而确保核心执行的li和/或计费功能不会由于切换而中断。

根据实施例，存在一种用于在边缘云中维护ue的up会话状态信息的方法。该方法包括：确定ue的切换已经发生，所述ue在切换之前已经由源基站服务，并且在切换之后由目标基站服务。源基站和目标基站位于边缘站点处。该方法还包括：将状态信息获取机制添加到切换信令链，以触发向目标网关提供ue的up会话状态信息，该目标网关对目标基站与边缘云之外的至少一个网络设备之间的业务进行中介处理。然后，ue的up会话状态信息由目标网关用于确定要报告给至少一个网络设备以执行至少一个功能的ue相关数据。

根据另一实施例，提供了一种装置，包括接口和数据处理单元。该接口被配置为接收和发送与切换信令链相关的消息，该切换信令链涉及分别在切换之前和之后为ue服务的源基站和目标基站以及边缘云之外的至少一个网络设备。数据处理单元被配置为确定ue的切换已经发生，并发起被插入切换信令链中的状态信息获取机制，以触发在目标网关处获取ue的up会话状态信息。然后，ue的up会话状态信息由目标网关用于确定要报告给至少一个网络设备以执行至少一个功能的ue相关数据。

根据又一实施例，存在一种被配置为在边缘云中维护up会话状态信息的网络装置。该装置包括通信模块，通信模块被配置为接收和发送与切换信令链相关的消息，该切换信令链涉及分别在切换之前和之后为ue服务的源基站和目标基站以及边缘云之外的至少一个网络设备。装置还包括：切换检测模块，被配置为确定ue的切换已经发生；up会话状态信息维护模块，被配置为发起被插入切换信令链中的状态信息获取机制，以触发在目标网关处获取ue的up会话状态信息，该目标网关对目标基站和所述至少一个网络设备之间的业务进行中介处理。然后，ue的up会话状态信息由目标网关用于确定要报告给至少一个网络设备以执行至少一个功能的ue相关数据。

附图说明

合并在说明书中并且构成其一部分的附图示出一个或多个实施例，并连同描述一起解释这些实施例。附图中：

图1是功能系统架构；

图2示出了各种功能的位置；

图3示出了s1切换场景；

图4示出了根据一个实施例用于图3中的场景的切换信令链；

图5是根据一个实施例与图4中的切换信令链相关的状态信息获取机制的实施例；

图6是与图4中的切换信令链相关的状态信息获取机制的另一个实施例；

图7是与图4中的切换信令链相关的状态信息获取机制的又一个实施例；

图8说明了另一s1切换场景；

图9示出了根据另一实施例用于图8的场景的切换信令链；

图10是与图9的切换信令链相关的状态信息获取机制的实施例；

图11是与图9中的切换信令链相关的状态信息获取机制的另一个实施例；

图12示出了x2切换场景；

图13示出了根据另一实施例用于图12的场景的切换信令链；

图14是与图13的切换信令链相关的状态信息获取机制的实施例；

图15是与图13中的切换信令链相关的状态信息获取机制的另一个实施例；

图16示出了具有up_gw独立功能的x2切换场景；

图17示出了根据一个实施例用于图16中的场景的切换信令链；

图18是根据一个实施例用于在边缘云中维护ue的up会话状态信息的方法的流程图；

图19是根据一个实施例被配置为在边缘云中维护ue的up会话状态信息的装置的示意图；以及

图20是根据另一实施例的装置的框图。

具体实施方式

实施例的以下描述参照附图。不同附图中的相同的附图标记表示相同或者相似的元素。以下详细描述并非限制本发明。反之，本发明的范围由所附权利要求限定。

贯穿说明书，对″一个实施例″或″实施例″的引用意味着结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包含在所公开主题的至少一个实施例中。因此，贯穿该说明书在各个地方出现短语″在一个实施例中″或″在实施例中″不一定指代同一实施例。此外，可以在一个或多个实施例中通过任何合适的方式来组合特定特征、结构或特性。

ue的up会话状态信息(ussi)是在边缘云中用于确定要报告以在另一位置执行功能的ue相关数据的信息。这种功能的一个例子是在网络核心中、在中心位置处执行的li功能或计费功能。尽管以下描述集中于li和计费功能，但是这些技术可以应用于其他分布式功能。

ussi可以简单地指示li的开/关状态。但是，li首部可以提供其他信息，例如li目标、相关数、时间戳、方向、目标位置等。用于计费功能的ussi可能更复杂，以包括各种计费参数，针对ue的日志根据这些参数来生成。为了在ue的切换发生时维护连接到边缘云的ue的ussi，将状态信息获取(sia)机制添加到切换信令链。以下实施例示出了用于基于s1的切换以及基于x2(lte文档中描述的公知接口)的切换的这种机制的实现。起点(即，在添加sia机制之前)是2016年6月的3gppts23.401版本14.0.0中描述的信令链。

图3示出了s1切换场景。在切换之前，ue310由源基站320服务，源基站320经由源网关330与源核心网络(cn)实例340进行通信。在切换之后，ue310由目标基站350服务，目标基站350经由目标网关360与目标cn实例370进行通信。图3中的基站和网关位于边缘站点处，而cn实例和设备位于中心站点处。应用于站点的“中心”限定语意味着与边缘站点相比距离ue更远的不同位置。网关被配置为对网络边缘处的基站与核心网络设备之间的业务进行中介处理。网关探测ue业务并生成用于li和计费功能的日志。换句话说，网关承载分布式li/计费功能的边缘侧部分，并将ue相关数据提供给该分布式功能的中心部分。

图4中示出了图3的s1切换场景的切换信令链。该切换信令链包括在源基站和目标基站、源网关和目标网关，以及源移动性管理实体(mme)345和目标移动性管理实体375(它们是源cn实例340和目标cn实例370的一部分，实例340和370可以位于不同的站点)之间交换的消息。mme可以符合当前3gpp技术文档中的定义，但是不限于这些定义。本文档中的mme是处理ue的移动性管理和会话管理功能的功能。

在该实施例中，在接收到与访问上下文修改有关的消息10时，目标mme375验证在切换之后是否将针对ue310采用与源网关不同的网关。如果确实在切换之后将采用与源网关不同的目标网关，则目标mme375触发sia机制400以更新ussi。

根据图5中所示的该sia的实施例，sia机制500包括源mme345在510和520处从源网关330获取ue310的ussi，并且在530处将所获取的ussi提供给目标网关360。在接收到ussi时，目标网关360可以采取在540处列出的适当的内部动作(即，存储ue310的ip地址，设置ue计费参数以及关于li功能对于ue310是否活动的指示)。然后，目标网关360可以在550处向源mme345发送确认，以继续切换信号链，如图4所示。

根据图6所示的sia的另一实施例，sia机制600包括源mme345在610处请求源网关330将ue310的ussi传送给目标网关360。响应于该请求，源网关330在620处将ussi传送给目标网关360。在接收到ussi时，目标网关360可以采取在630处列出的适当的内部动作(即，存储ue310的ip地址，设置ue计费参数以及关于li功能对于ue310是否活动的指示)。

图7示出了备选实施例，其中目标mme375触发sia机制700，sia机制700与承载修改相结合，并且在发信号通知承载修改时触发。因此，当确定在切换之后将针对ue310采用与源网关不同的网关时，目标mme375在710和720处从源网关330获取ue的ussi。然后，在730，mme375将获取到的ue的ussi与修改承载请求相结合地提供给目标网关360。目标网关360在740对该请求作出响应。在接收到ussi时，目标网关360可以采取在750处列出的适当的内部动作(即，存储ue310的ip地址，设置ue计费参数以及关于合法拦截功能对于ue310是否活动的指示)。

图8示出了另一个s1切换场景。在切换之前，ue810由源基站820服务，源基站820经由源网关830与cn840进行通信。在切换之后，ue810由目标基站850服务，目标基站850经由目标网关860与相同的cn840进行通信。图8中的基站和网关位于边缘站点，而cn840位于中心站点。

图9中示出了图8的s1切换场景的切换信令链。在该实施例中，在接收到源基站状态传送时，如果在切换之后将采用不同于源网关的目标网关，则cn840的mme845触发sia机制900以更新ussi。

根据图10所示的该sia的实施例，sia机制1000包括源mme845在1010和1020处从源网关830获取ue810的ussi，并且在1030处将获取到的ussi提供给目标网关860。在接收到ussi时，在1040处，目标网关860可以存储ue810的ip地址，设置ue计费参数以及关于合法拦截功能对于ue810是否活动的指示。然后，目标网关660可以在1050处向源mme845发送确认，然后继续切换信号链，如图9所示。

根据图11所示的sia的另一实施例，sia机制1100包括源mme845在1110处请求源网关830将ue810的ussi传送给目标网关860。响应于该请求，源网关830在1120处将ussi传送给目标网关860。在接收到ussi时，目标网关860随后将在1130处存储ue810的ip地址，设置ue计费参数以及关于li功能是否对ue810活动的指示。

图12示出了x2切换场景。在切换之前，ue1210由源基站1220服务，源基站820经由源网关1230与cn1240进行通信。在切换之后，ue1210由目标基站1250服务，目标基站1250经由目标网关1260与cn1240通信。源基站1220和目标基站1250经由x2接口通信。图12中的基站和网关位于边缘站点处，而cn实例位于中心站点处。

用于图12中的x2切换场景的切换信令链在图13中示出。信令链是相同的，并且无论是否涉及不同的源cn实例和目标cn实例，以下评述仍然有效。切换准备和执行经由x2接口直接在源基站1220和目标基站1250之间发生。在切换完成期间，当接收到路径切换请求时，如果确实采用了与源网关不同的目标网关，则mme1245触发sia机制1300以更新ue1210的ussi。

根据图14所示的该sia的实施例，sia机制1400包括mme1245在1410和1420处从源网关1230获取ue1210的ussi，并且在1430处将获取到的ussi提供给目标网关1260。在接收到ussi时，目标网关1260可以采取在1440处列出的适当的内部动作(即，存储ue1210的ip地址，设置ue计费参数以及关于li功能对于ue1210是否活动的指示)。然后，目标网关1260可以在1450处向mme1245发送确认以继续切换信号链，如图13所示。

根据图15所示的sia的另一实施例，sia机制1500包括mme1245在1510处请求源网关1230将ue1210的ussi传送给目标网关1260。响应于该请求，源网关1230在1520处将ussi传送给目标网关1260。在接收到ussi时，目标网关1260可以采取在1530处列出的内部动作(即，存储ue1210的ip地址，设置ue计费参数以及关于li功能对于ue1210是否活动的指示)。源网关1230还可以在1540处向mme1245发送对请求的确认。

图16示出了具有up_gw独立功能的x2切换场景。在切换之前，ue1610由源基站1620服务，源基站1620经由源网关1630与通信网络cn1640通信。在切换之后，ue1610由目标基站1650服务，目标基站1650经由目标网关1660与cn1640通信。图16中的基站和网关位于边缘站点处，而cn位于中心站点处。

图17中示出了图16的s1切换场景的切换信令链。在源基站1620和目标基站1650之间准备并执行x2切换过程之后，目标基站1650向目标网关1660发送切换触发。然后，目标网关确定切换已经发生，并且在1710处请求源网关1630传送ue1610的ussi。在1720处从源网关1630接收到ussi后，目标网关1660在1730处存储ue1610的ip地址，并设置其计费参数以及关于li功能对ue1610是否活动的指示。然后，目标网关1660在1740处确认该切换触发。在这种情况下，在不使用mme1645的情况下对ussi信息进行重定位。

图18是用于有效地维护连接到边缘云的ue的ussi信息的方法1800的流程图。该方法在避免分布式功能的操作中断的意义上是有效的。方法1800包括确定已发生用户设备的切换。也就是说，ue在切换之前由源基站服务，而在切换之后由目标基站服务，其中在s1830处源基站和目标基站位于边缘站点处。方法1800还包括：在1820处，将sia机制添加到切换信令链中，以触发将ue的ussi提供给目标网关。目标网关对目标基站和核心网络设备之间的业务进行中介处理。然后，目标网关使用ue的ussi来确定要报告以执行网络核心中的至少一个功能的ue相关数据。

尽管以上描述基于网络功能，但是应理解，在每个不同的位置处，存在至少一个能够执行这些功能的物理设备(装置)。因此，现在回看图2，使用边缘云的ue和至少一些基站位于与承载边缘云的处理和存储器资源的枢纽站点不同的小区站点处。mme也位于边缘云之外。虽然典型部署不会在边缘云中执行mme，但在其中一个边缘云中执行mme是可以预见的。

图19是根据实施例的装置1900的示意图。装置1900包括通信接口1910和处理单元1920。通信接口被配置为接收和发送与切换信令链相关的消息，该切换信令链涉及分别在切换之前和切换之后为ue服务的源基站和目标基站以及边缘云之外的网络设备。数据处理单元1920被配置为确定ue的切换已经发生，并发起被插入切换信令链中的状态信息获取机制，以触发在网关处获取ue的up会话状态信息(网关使用ue的up会话状态信息来确定要报告给至少一个网络设备以在切换之后执行至少一个功能的ue相关数据)。数据处理单元还可以被配置为在切换之前或切换之后执行mme功能，和/或管理ue的业务。

装置1900还可以包括存储器1940和操作员接口1930。存储器可以存储可执行代码，当处理单元执行可执行代码时，使得处理单元执行本部分中描述的任何方法。

图20是根据另一实施例的装置2000的框图。装置2000包括通信模块2010，通信模块2010被配置为接收和发送与切换信令链相关的消息，该切换信令链涉及分别在切换之前和切换之后为ue服务的源基站和目标基站以及边缘云之外的至少一个网络设备。例如，该模块的功能可以由收发器执行。

装置2000还包括：切换检测模块2020，被配置为确定ue的切换已经发生；up会话状态信息维护模块2030，被配置为发起被插入切换信令链中的状态信息获取机制。模块2020和2030可以在一个或多个处理器和其他电子电路上实现。

因此，通过修改传统的x2和s1切换信令链以附加状态信息获取机制，在边缘处(在对新基站和网络核心设备之间的业务进行中介处理的目标网关中)维护ue状态信息。这些机制主要在本地操作，边缘和核心之间的通信很少或没有通信，从而防止在针对li和/或计费功能提供数据时出现中断或不希望的延迟。

因此，本部分中公开的实施例提供了用于在网络边缘处维护用户平面会话状态信息的方法和网络设备。应理解，该描述并非意图限制本发明。反之，期望示例性实施例覆盖包括在本发明的精神和范围中的替换，修改和等同物。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐述大量细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践各个实施例。

虽然以特定组合在实施例中描述了所述示例性实施例的特征和要素，但可以在没有实施例的其它特征和要素的情况下单独使用每个特征或要素，或在具有或不具有在此公开的其它特征和要素的情况下以各种组合来使用每个特征或要素。本申请中提供的方法或流程图可以在计算机可读存储介质中有形实现的供计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实现。

该书面描述使用所公开的主题的示例以使得任何本领域技术人员能够实践所述主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。这样的其他示例旨在落入权利要求的范围内。