用于通信网络中的服务质量监测、策略执行和计费的系统和方法与流程

本申请要求2016年6月10日提交的、申请号为62/348,719、名称为“用于通信网络中的服务质量监测、策略执行和计费的系统和方法”的美国临时专利申请和2017年6月2日提交的、申请号为15/613,031、名称为“用于通信网络中的服务质量监测、策略执行和计费的系统和方法”的美国非临时申请的优先权的权益，所述申请的内容通过引用被完全并入本文。

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及用于通信网络中的服务质量监测、策略执行和计费的系统和方法。

背景技术：

通信网络可以包括用于在其间交换和传送数据的网络节点，以及与其通信耦合的用户设备(userequipment，ue)。数据例如可以包括视频数据，在某些无线通信网络中，可占移动网络业务的50％以上。在某些情况下，访问通信网络基础设施以向其最终用户提供服务的移动网络运营商(mobilenetworkoperator，mno)可能希望推广他们自己的视频服务以与过顶(over-the-top，ott)内容竞争。在未来，视频服务的范围可以扩大到包括更高清晰度的视频服务，包括hd/4k/8k/3d，用于实时服务，包括虚拟现实应用。这可能导致将来提供增加的视频服务，这将需要具有更短的延迟时间(例如从具有当前视频电话的150ms到10ms)和更大的带宽(例如高达250mbit/s)。进一步的例子可以在2016年3月出版的，题为“新服务和市场技术推动者的可行性研究，阶段1”的文件sa1tr22.890中找到。因此，需要能够在满足这些改进的服务要求的同时通过通信网络提供例如视频内容的数据内容的系统和方法。需要有一种系统来确定更好的比特率传输情况，以便更有效地管理通信网络中的资源。

提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。任何上述信息不允许或不应解释为构成对抗本发明的现有技术。

技术实现要素：

本发明的实施例的目的是提供监测通信网络中的实时视频流的服务质量(qualityofservice，qos)的系统和方法。

根据本发明的实施例，提供了一种用于在网络中的策略执行和报告功能处实行的方法。所述方法包括接收与承载实时业务的分组数据单元(packetdataunit，pdu)数据流相关联的业务参数，以及发送包括用于在网络中的用户平面功能处执行的业务整形策略的信令。从业务监测器接收所述业务参数。所述业务参数代表在短期测量窗口期间进行的测量和在长期测量窗口期间进行的测量。所述短期测量窗口和所述长期测量窗口的大小不同。所述业务整形策略与pdu数据流相关联，并且依据与所述短期测量窗口和所述长期测量窗口相关联的业务参数。

根据本发明的实施例，该实施例可以与任何前述任何实施例组合，还提供了一种网络功能，包括用于接收数据和向网络发送数据的网络接口、处理器和存储指令的非暂时性存储器，该指令在由所述处理器执行时配置该网络功能以接收与承载实时业务的pdu数据流相关联的业务参数，并且发送包括用于在网络中的用户平面功能处执行的业务整形策略的信令。从业务监测器接收所述业务参数。所述业务参数代表在短期测量窗口期间进行的测量和在长期测量窗口期间进行的测量。所述短期测量窗口和所述长期测量窗口的大小不同。所述业务整形策略与所述pdu数据流相关联，并且依据与所述短期测量窗口和所述长期测量窗口相关联的业务参数。

根据本发明的实施例，该实施例可以与任何前述任何实施例组合，还提供了一种用户设备，包括用于接收数据和向网络发送数据的无线接入网络接口、处理器和存储指令的非-暂时性存储器，当所述指令由所述处理器执行时，配置用户设备接收与承载实时业务的pdu数据流相关联的业务参数，根据与短期测量窗口和长期测量窗口相关联的业务参数改变与pdu数据流相关联的编码参数，并且在根据改变的编码参数编码的pdu数据流中发送所述pdu。从业务监测器接收所述业务参数。所述业务参数代表在所述短期测量窗口期间进行的测量和在所述长期测量窗口期间进行的测量。所述短期测量窗口和所述长期测量窗口的大小不同。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是示出诸如第三代合作伙伴计划(thirdgenerationpartnershipproject，3gpp)网络架构的通信网络架构的示例的组件图；

图2是根据一实施例的在通信网络上部署的策略和计费规则(policyandchargingrule，pcr)架构的功能示意图；

图3是示出根据一实施例的在通信网络上执行的数据内容传递的功能图；

图4是示出根据本发明实施例的第五代(fifthgeneration，5g)策略框架架构的示例的组件图；

图5是示出根据另一实施例的在通信网络上执行的数据内容传递的功能图；

图6是示出分组数据单元(pdu)流和服务数据流(servicedataflow，sdf)之间的关系的组件图；

图7是示出根据本发明实施例的用于服务质量(qos)流的分类和用户平面(userplane，up)标记的系统的示例的组件图；

图8是示出根据本发明实施例的核心网络(corenetwork，cn)up中的策略执行和报告功能的示例的组件图；

图9a是示出根据本发明实施例的在pdu数据流中执行策略执行和事件报告的方法的示例的流程图；

图9b是示出根据本发明实施例的监测pdu数据流的短期比特率和长期平均速率的方法的示例的流程图；

图9c是示出根据本发明的实施例的当峰值数据速率持续时间长于t峰值参数时对整形业务的方法的示例的流程图；

图9d是示出根据本发明实施例的报告和记录与pdu数据流有关的网络事件的方法的示例的流程图；

图9e是示出根据本发明实施例的用于在网络中的策略执行和报告功能处实行的方法的示例的流程图；

图10是示出根据本发明实施例的用于授权pdu会话qos的过程的示例的消息呼叫流程图；

图11是示出根据本发明实施例的用于授权数据流qos的过程的另一示例的消息呼叫流程图；

图12以框图示出了实现如本文所述的方法和过程的服务器的示例；和

图13以框图示出了可用于实现本文公开的一些设备和方法的计算系统。

应注意，在所有附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。

具体实施方式

公开了用于通信网络中的服务质量监测、策略执行和计费的方法。该方法包括将服务质量参数映射到实时视频流的方法。该映射可用于监测突发业务以遵守服务质量要求，执行业务整形(trafficshaping)以及用于报告某些网络事件。

如本领域技术人员将理解的，诸如带宽的网络资源通常在短持续时间内固定。虽然可以在网络中添加或移除容量，但通常不是在短时间帧内完成的过程。这样，当适应不同的业务流时，网络运营商具有动机以允许可用资源最大化的方式接纳和管理会话业务。由于可能存在向客户提供的服务质量(qos)和体验质量(qualityofexperience，qoe)承诺，因此无限制地简单准许用户是不可接受的解决方案。考虑到准许尽可能多的会话，同时仍然适应qos/qoe保证，网络运营商通常会基于预期的业务模式进行其规划。可以分配给特定pdu数据流的带宽量是可能受到网络上其他业务的影响的可用网络资源的函数。如其他地方所述，第一和第二窗口(例如，短期和长期窗口)可用于获得关于pdu数据流的资源需求的不同信息。如果已经建立了qos/qoe保证，则可能已经建立了最小带宽，并且可能希望保证网络确保始终至少提供该最小资源预留(其可以是与其中一个窗口，例如长期窗口上测量的业务参数或特征关联的)数据流。相反，可以限制数据流，使得它不消耗比最大允许阈值更多的带宽(例如，可以限制短期窗口中的平均数据速率以确保不超过阈值)。

可以应用包括业务整形的各种技术以确保业务特性落入网络资源可用性范围内。整形业务是一种已知技术，其中对网络资源的需求符合特定模式。可以基于对与流相关联的客户或服务提供商的承诺、可用资源以及与pdu数据流无关的其他带宽需求来确定该模式。改变业务流的形状可以包括限制业务流，通过以下一种或多种方法实现：通过增加丢包率、延迟分组的传输以平滑需求、缓冲业务以用于稍后的有序传输，以及其他这样的技术。通过改变业务需求的形状，可以满足qos和qoe保证，但是可以以不会给其他流造成问题的方式处理瞬时业务需求。业务整形配置文件的设计可以在除应用该配置文件的功能之外的网络功能处完成(例如，用户平面(up)网关可以应用由控制平面功能或者例如策略计费和执行功能(policychargingandenforcementfunction，pcef)的另一个功能提供给它的功能)。业务整形策略可以适用于与特定业务源、特定网络功能、特定网络服务或特定应用相关联的所有业务。在一些实施例中，可以基于由深度报文检查确定的分组的标识来应用业务整形策略，而在其他实施例中，可以通过检测分组报头中的标签来确定分组的标识。

随着通信网络中的视频内容传送的发展和使用的增加，可能需要新的方法来提供和监测实时视频流的服务质量(qos)，以确保在提供给电子设备(例如用户设备(ue))时遵守最低的传送标准。另外，可能需要用于监测和执行针对突发业务的业务整形的机制，其可以例如由网络运营商用于计费功能，以便对访问通信网络的其最终用户计费或收费。因此，本发明的实施例涉及用于通信网络中的qos监测、策略执行和计费的系统和方法，其可以例如在通过通信网络将视频内容传送到诸如ue的电子设备期间应用。本领域技术人员将理解，术语电子设备的使用为了广泛地涵盖ue，连接到移动网络的其他类型的设备无论是否属于术语ue的定义，以及诸如基站和网络功能的基础设施元件。

本发明的实施例提供了提供系统qos参数与实时视频流的应用参数之间的映射的系统和方法。例如，应用(ue或应用功能)可以提供参数“短时最大峰值比特率”和“长时间最小平均比特率”，并将这些参数分别映射到“最大比特率”和“最小比特率”参数。在本公开内容中，“短时最大峰值比特率”和“长时间最小平均比特率”分别被称为“短期最大峰值比特率”和“长期最小平均比特率”。输入参数“请求的测量窗口大小”用于测量长期平均比特率(以秒为单位)。cpcn的qos控制功能将从“延迟要求”中导出另一个内部参数“短期测量窗口大小”，以监测短期峰值比特率。此方法使用与“解决方案2.1：qos功能和分布”(2016年4月发布的tr23.799版本v0.4.0以及2016年11月发布的诸如v2.0.0的其他版本)中定义的应用相同数量的输入参数并用两个新的内部参数替换一个输入参数。可以对现有的用于实时视频服务的“解决方案2.1：qos功能和分布”进行以下更新：“最大比特率”和“最小比特率”应用输入参数的显式定义分别更新为“短期最大峰值率”和“长期最低平均率”；更新“请求的测量窗口大小”应用输入参数的显式定义，以监测长期平均比特率，以满足“最小比特率”要求；更新为内部参数“短期测量窗口大小”和“长期测量窗口大小”的新定义，允许监测用于qos策略执行和qos监测目的的实时视频流的短期峰值比特率(相对于最小比特率qos参数)和长期平均率(相对于最小比特率qos参数)。这两个参数是由核心网络(cn)的控制平面(cp)中的“运营商控制”功能从应用程序输入参数“延迟要求”和“请求测量窗口大小”导出的。“运营商控制”功能将这些内部参数分配给ran和up功能用于qos策略执行和监控。映射和显式定义可以帮助满足无线接入网络(ran)-cn功能划分(将在下面示出)，以及访问不可知核心要求。映射和显式定义还可以应用于其他qos供应解决方案的类似参数“最大比特率”和“保证比特率”。

本领域技术人员将理解，“短期最大峰值速率”和“长期最小平均速率”可以分别映射到qos参数“最大流比特率(maximumflowbitrate，mfbr)”和保证流比特率(guaranteedflowbitrate，gfbr)，如在2017年4月发布的ts23.501版本v0.4.0和2017年5月发布的版本v0.5.0等其他版本中定义。

在某些实施例中，监测最小比特率以确定是否可以满足服务的体验质量(qoe)。在实时视频服务的情况下，可以通过qos运营商控制功能从应用程序需求输入中导出用于qos控制和监测的一些内部qos参数。

此外，实施例还提供了用于监测突发业务、业务整形和事件报告的方法。例如，这些方法可以应用于通信标准，诸如用于qos参数的第三代合作伙伴计划(3gpp)sawg2工作组，以及用于工作组策略和计费的3gppsa4。这些方法可以应用于第三代(3g)、第四代(4g)和未来的第五代(5g)核心网络。

图1是示出诸如3gpp网络架构的通信网络架构100的示例的组件图。通信网络架构100包括电子设备(electronicdevice，ed)110、接入网络(accessnetwork，an)120、核心网络(cn)130和数据网络(datanetwork，dn)140。ed110可以是ue或任何其他连接到an120的电子设备。an120的示例是无线接入网络(ran)。在本说明书中有时可以使用术语(r)an来指定an和/或ran可以应用。cn130包括控制平面(cp)132和用户平面(up)134。ed110经由(r)an120中的节点然后通过cn130的连接与dn140中的节点通信(通常用于获得服务)。ed110与dn140中的节点之间的消息分组数据单元(pdu)通过(r)an120和cn130发送。dn140可以是公共网络运营商、专用数据网络、运营商内数据网络或任何其他类型的数据网络。还应该理解，在一些实施例中，dn140可以是因特网。

在上行链路(uplink，ul)方向上，寻址到dn140中的服务器或节点的uppdu经由通信链路从ed110发送到(r)an120内的节点。然后，(r)an120节点将所接收的uppdu转发到cn130内的节点。在一些实施例中，cn130内的节点是网关，例如分组网关，其将uppdu转发到dn140中该pdu被寻址到的那个节点。在下行链路(downlink，dl)方向上，将dlpdu从dn140中的节点发送到cn130中的节点，然后将dlpdu转发到(r)an120中的节点，其然后将该dlpdu转发到ed110。cn130内的cp功能(通常实现为在cn130内的计算资源上实例化的网络功能)配置cn130内的up功能以配置如何处理业务。在一些实施例中，这可以基于每个会话或每个流来完成。对于给定的up134场景，每个会话的一个或多个up功能可以由cp132内的网络功能激活和配置。

通信网络架构100的组件之间的连接可以是任何合适的通信信道，包括诸如参考点的逻辑接口。将理解，ed110与(r)an120中的节点之间的连接的性质可取决于(r)an120中使用的无线接入技术(radioaccesstechnology，rat)(或简称接入技术)的类型。

图2是根据本发明实施例的在诸如3gpp网络的通信网络上部署的策略和计费规则(policyandchargingrule，pcr)架构200的功能示意图。应理解，虽然图2涉及第四代(4g)网络，根据本发明的实施例，应用于图2中的某些网络功能元件的改变和修改，还可以应用于5g网络中的类似网络功能元件。在一些实施例中，图2中的示意图可以对应于文献3gppts23.203中所示的标题为“策略和计费控制架构”，版本13.7.0，2016年3月出版。如图所示，pcr体系结构200被划分为访问公共陆地移动网络(visitingpubliclandmobilenetwork，vplmn)210和家庭公共陆地移动网络(homepubliclandmobilenetwork，hplmn)230，每个都包括如图2所示的附加功能元件。

hplmn230包括应用功能(applicationfunction，af)232，其将服务请求和codec(coding-decoding，orcompression-decompression，编码-解码或压缩-解压缩)参数发送到策略和计费规则功能(policyandchargingrulesfunction，h-pcrf)234。h-pcrf234也可以从服务能力开放功能(servicecapabilityexposurefunction，scef)244接收服务能力信息。用户数据存储库(userdatarepository，udr)242存储来自h-pcrf234的数据和信息，其可以稍后用于确定特定用户/客户通过网络使用和传送数据的费用。udr242可以是数据存储库240的一部分，数据存储库240还包括订阅配置文件存储库(subscriptionprofilerepository，spr)。h-pcrf234还可以与在线计费系统(onlinechargingsystem，ocs)246、业务检测功能(tdf)250和业务转发支持功能(trafficsteeringsupportfunction，tssf)252通信。h-pcrf234还可以从vplmn210中的ran拥塞感知功能(rancongestionawarenessfunction，rcaf)212和vplmn策略和计费规则功能(vplmnpolicyandchargingrulesfunction，v-pcrf)214接收信息。v-pcrf214可以从vplmn210的an-网关216中的承载绑定和事件报告功能(bearerbindingandeventreportingfunction，bberf)218请求或接收信息。

策略和计费执行功能(policyandchargingenforcementfunction，pcef)238可以部署在网络230的网关节点236上，并且用于监测通过节点236的业务，然后由此对业务进行整形。例如，它可以基于特定用户/客户的允许或最大比特率来允许或阻止某些数据流。因此，af232、h-pcrf234、udr242和pcef236通过交换各种参数、信令消息和操作而协作地起作用，以便通过通信网络向诸如ue的ed110提供视频内容，同时还执行qos监测、策略执行和计费，这将在下面进一步详细描述。

图3是示出根据实施例的在通信网络300上执行的数据内容传递的功能图。通信网络300包括核心网络(cn)130、无线接入网络(ran)120和通信地耦合到ran120的ue(即，ed110)。如本领域技术人员所理解的，通信网络的功能在控制平面和用户平面之间分开。cn130包括运营商控制功能306(并且还可以包括可以配置qos参数的网络功能)和订阅存储库304。运营商控制功能306可以从服务层(servicelayer，sl)的应用功能或服务器接收应用要求302，从订阅存储库304接收订阅信息，并从终端ed110(例如，ue)接收应用要求。然后，运营商控制功能306可以处理该输入，并确定ue和应用服务器之间的数据会话的最大比特率(maximumbitrate，mbr)和其他qos参数。运营商控制功能306还可以将会话中允许的最大比特率(这里有时称为“最大速率”)和其他qos参数发送到cnup134、ran120中的准入控制模块308和ue中的配置模块310。准入控制模块308可以在ran120的up中配置qos参数，并且配置模块310可以在ue的up中配置ul参数。

在cn130和ue(即，ed110)之间的用户平面中示出的传输包括下行链路(dl)传输(左侧)和上行链路(ul)传输(右侧)。在cnup134中，dl传输包括从sl处的应用服务器接收会话分组，对分组进行分类314(例如，确定在哪个优先级缓冲器中放置分组)，按照最大速率316将分组映射到qos流，并且在将分组发送到ran120之前用qos流传输标记分组318。ran120中的第一无线资源管理模块320接收分组，对分组进行优先级排序并基于保证比特速率(guaranteedbitrate，gbr)和最大速率将它们发送到ue。在ueup中，ul传输包括对会话分组进行分类322，按照最大速率316将分组映射到qos流，并根据优先级分类和标记的qos流将分组发送到ran120。ran120中的第二无线资源管理模块326接收来自ue的分组并在发送到cn130之前发送它们以被传输标记328。在一实施例中，第一和第二无线资源管理模块320、326可以是相同无线资源管理模块功能的不同实例。cnup134处的网络功能接收会话分组，按照最大速率330将分组映射到qos流，对分组执行传输标记332，并根据与标记的qos流相关的标记将分组发送到服务层(sl)处的应用服务器。应当理解，当ue/ed110和(r)an120之间的通信链路、(r)an120和cnup134之间的通信链路，以及cnup134和sl中的应用之间的通信链路都遵循相同的qos流要求时，它们可能会遇到高于最低要求的不同qos/qoe。在本发明的一些实施例中，提供了监测满足qos最低要求、基于qos执行策略，以及存储用于服务计费的网络事件信息的方法。在某些标准或配置下(例如，如3gpptr23.799v0.4.0，“下一代系统的架构研究”，2016年4月所示)，图3中所示的各种功能的参数和设置为了在传输数据时遵守一定的qos具有某些限制或要求。例如，每个服务数据流(servicedataflow，sdf)的最大比特率(例如，服务预期传送的最大比特率)、每个sdf的最小比特率(例如，传送具有足够qoe的服务所需的比特率)、延迟要求和请求的测量窗口大小(其表示观察服务行为以帮助满足服务要求的条件)。

在一些实施例中，图3中所示的架构可以描述为ue(ed110)、an120、cn130和sl(例如，dn140)之间的qos功能划分，如下面的表1所示：

表1：ue、an、cn和sl之间的qos功能划分

上表中提到的功能可以进一步描述如下：

订阅304(包括默认qos配置文件)：订阅304包括关于哪些qos参数包括在订阅条款中的信息。订阅qos是在qos运营商控制功能306中授权pdu会话的qos和非服务专用pdu流时的网络输入。

qos运营商控制306：利用来自订阅304的输入、来自服务层的运营商策略和应用要求输入302，在qos运营商控制功能306中授权用于pdu会话和pdu流的qos参数。qos运营商控制功能306还负责在网络中分发授权的qos参数。在网络共享和/或漫游访问中提供pdu连通性服务的情况下，qos运营商控制功能306可以限制由提供访问的网络提供的qos。

准入控制308(an)：准入控制功能308基于应用于会话和流的qos参数，在资源稀缺时控制在接入网络中哪些pdu流被准入。准入控制功能308还可以牺牲已被准入的流以允许更高优先级的流。

qos参数配置306、308、310：端到端解决方案中的每个网络元件配置有关于qos的预期行为，包括从qos运营商控制功能306接收的qos参数可以如何被处理并应用于pdu。

应用要求输入302、312：网络可以从服务层(包括应用服务器302和ue/ed110终端312接收应用要求输入。应用要求输入可以包括通过网络传输的服务数据流(servicedataflow，sdf)的服务行为和服务要求。当授权pdu会话和pdu流的qos参数时，qos运营商控制功能306使用应用要求输入302、312。

分类314、322：指示每个分组属于哪个sdf流。分类314、322用于选择哪些授权的qos参数应用于在cn-up、an-up和ue-up中的每个pdu。可以基于dl和ul中的业务流模板(trafficflowtemplate，tft)过滤器对可推断的sdf进行分类。可以基于报文检查将不可推断的sdf分类在dl中。根据ts24.139的ue反射qos和cn-up中的报文检查可以用于ul中的不可推断的因特网协议(intemetprotocol，ip)流的分类。

最大速率控制316、320、324、326、330：最大速率控制功能316、320、324、326、330确保维持授权的qos参数中的最大比特率。

传输标记318、328、332：传输标记功能318、328、332指示具有无状态qos机制的因特网协议(ip)网络中的预期处理，例如网络元件之间的路由器。

资源管理320、326：资源管理(管理)功能320、326基于来自qos运营商控制功能306的授权的qos参数以及对实现qos目标的监测来负责如何在接入网络中分配资源。对于控制资源利用率和可用性的可能性，资源管理功能320、326在3gpp和非3gppan中可以是不同的。资源管理320、326也在传输网络中执行。

图3中所示的配置的一个问题是，当发送实时视频(例如，涉及内编码帧或i帧)时，峰值比特率可以在很大程度上变化，例如是传输的平均比特率的10倍。这种变化可能会极大地扭曲网络上的传输和业务管理，并对网络上的传输的qoe产生很大的影响。该问题的说明可以在例如，2015年12月13日发布的标题为“ip多媒体子系统(ims)上的多媒体电话；用于ims的多媒体电话服务(mtsi)的改进的端到端服务质量(qos)处理的研究”的文献3gpptr26.924v13中找到。当应用于平均250mbit/s比特率的预计实时服务要求时，峰值比特率可高达2.5gbit/s。

因此，峰值比特率和与某些数据内容的传递相关联的平均比特率的知识可以帮助移动网络运营商(mobilenetworkoperator，mno)确定是否允许以及如何传递某些视频流请求以更有效地管理网络业务。遗憾的是，当前的通信系统实现不提供用于同时测量诸如峰值比特率和平均比特率之类的参数的任何机制，例如在5g网络中，以及用于将这些参数映射到长期演进(longtermevolution，lte)参数(例如用于codec、mbr/gbr等)和待适用于诸如qos管理、业务整形、策略执行和计费的功能的ts32.299，标题为“电信管理；计费管理；直径计费应用”，2016年3月发布的版本13.4.0或诸如2017年3月发布的14.3.0的其他版本(可从http：//www.3gpp.org/dynareport/32299.htm检索)的任何机制。

已经在3gpptr26.924，2015年12月发布的标题为“基于ip多媒体子系统(ims)的多媒体电话；针对ims多媒体电话服务(mtsi)改进的端到端服务质量(qos)处理的研究”第13版中研究了实时视频流的比特率变化。根据测量窗口大小(即数据包延迟要求)，峰值-平均比特率比可以显著变化。在发送内编码视频帧(i帧)时发生峰值速率。对于关键通信，峰值-平均速率比可能高达9.8。对于会话服务(端到端数据包延迟预算为170ms)，峰值-平均速率比可能为2.8。

图4是示出根据本发明实施例的5g策略框架架构400的示例的组件图。所示的大多数网络功能位于cncp132中。这些功能包括用户数据存储库(udr)402、网络数据分析(networkdataanalytic，nwda)404、在线计费系统(onlinechargingsystem，ocs)406、分组过滤器描述功能(packetfilterdescriptionfunction，pfdf)408、策略控制功能(policycontrolfunction，pcf)410、接入和移动管理功能(accessandmobilitymanagementfunction，amf)412和会话管理功能(sessionmanagementfunction，smf)414。网络开放功能(networkexposurefunction，nef)416可以位于cncp132的边缘。应用功能(af)418可以位于dn140中。用户平面功能(upf)420可以位于cnup134中，并且可以包括策略和计费执行功能(policyandchargingenforcementfunction，pcef)422。pcef422可以由smf414控制，并且可以产生基于事件的qos和/或qoe报告。在一些实施例中，pcef422(或功能的部分)可以共同位于pcf410中。在另一实施例中，pcef422可以在与pcf410相同的位置处实例化并与upf420通信。所述报告可以存储(例如，记录)在udr402、pcf410、ocs406和/或非结构化数据存储功能(未示出)中的一处或多处。ocs406或另一个计费系统可以访问所述报告以用于计费目的。

应该理解，5g网络架构可以以两种方式表示。图4中所示的架构是“参考点表示”，并且主要在于任何两个网络功能(例如，pcf410和smf414)之间存在一些交互时由这两个网络功能之间的点对点参考点(例如，n7)描述的网络功能对之间的交互。另一架构类型是“基于服务的表示”，其中cp内的网络功能(例如amf412)使得其他授权的网络功能能够访问其服务。该表示还可以包括点对点参考点。

n1参考点位于ue/ed110和amf412之间。n2参考点位于(r)an120和amf412之间。n3参考点位于(r)an120和upf420之间。n11参考点位于amf412和smf414之间。

n5参考点位于af418和pcf410之间。n5参考点使得能够将应用级会话信息从af418传输到pcf410。n5参考点使af418能够从pcf410接收关于pdu会话事件的信息。

n7参考点位于smf414和pcf410之间。n7参考点使pcf410能够在smf414处具有动态策略和计费控制。n7参考点使得能够发送策略和计费决策的信令，并且它支持smf414建立pdu连接接入网络(pduconnectivityaccessnetwork，pdu-can)会话、从smf414到pcf410的策略和计费控制决策的请求、从pcf410向smf414提供策略和计费控制决策、从smf414到pcf410的网络事件和pdu-can会话参数传送，以及由smf414或pcf410终止pdu-can会话。

n15参考点位于amf412和pcf410之间。n15参考点使pcf410能够向amf412提供与接入和移动性管理相关的策略。n15参考点支持作为ue注册过程的一部分由amf412发送到pcf410的ue上下文建立请求的处理、提供从pcf410到amf412的接入和移动性管理决策、从amf412到pcf410的网络事件的传递，以及作为ue注销过程的一部分由amf412发送到pcf410的ue上下文终止请求的处理。

n24参考点位于hplmn(h-pcf)中的pcf410和vplmn(v-pcf)中的pcf410之间。在漫游场景中，n24参考点使h-pcf能够向vplmn中的v-pcf提供移动性策略规则，作为ue注册过程的一部分处理由v-pcf发送的ue上下文建立请求，接收来自v-pcf的网络事件通知，并作为ue注销过程的一部分处理由v-pcf发送的ue上下文终止请求。

n25参考点位于udr402和pcf410之间，充当在2017年3月发布的关于用户数据融合的ts23.335，版本v14.0.0中定义的分层架构中的应用前端。n25参考点使pcf410能够访问存储在udr402中的与策略控制相关的订阅数据。n25接口支持来自udr402的与策略控制相关的订阅信息的请求、向udr402提供策略控制相关信息，以及来自udr402的关于订阅信息的变化的通知。

n23参考点位于nwda404和pcf410之间。n23参考点使pcf410能够订阅并被通知网络状态分析(例如，特定片层的拥塞信息)。

pnt参考点位于nef和pcf410之间。pnu参考点位于nef416和pfdf408之间。psy参考点位于ocs406和pcf410之间。pgw参考点位于smf414和pfdf408。参考点(未示出)位于af418和nef416之间。

如下面将进一步详细描述的，本发明的实施例可以应用于图4中所示的系统架构。应该理解，虽然图4中的5g系统架构是针对非漫游场景，但是本发明的实施例可以类似地应用于用于漫游场景的5g系统架构。

图5是示出根据另一实施例的在通信网络500上执行的数据内容传递的功能图。图5类似于图3，除了控制平面中的功能元件“订阅”504和“运营商控制，包括配置qos参数”506以及用户平面上的“策略执行和报告”516、520、524、526、530涉及差异以帮助测量和映射待应用于qos管理、业务整形、策略执行和计费功能的诸如峰值比特率和平均比特率的参数。例如，这些机制可以控制最大比特率(和短期比特率)并监测平均比特率(和长期平均比特率)，以便在传送实时视频或通常情况下的其他突发业务时进行qos报告。

在某些实施例中，当与图3中的功能划分相比时，可以将图5中所示的结构描述为如下表2所示的功能划分：

表2：ue、an、cn和sl之间的qos功能划分

可以从af418发送从sl502输入的应用要求。在cn130cp132中，运营商控制功能506可以被实现为pcf410的一部分或者作为smf414的一部分，并且订阅可以存储在udr402中。上表中提到的功能可以进一步描述如下：

订阅504(包括默认qos配置文件)：订阅504包括关于哪些qos参数包括在订阅条款中的信息。订阅qos是在qos运营商控制功能506中授权pdu会话的qos和非服务专用pdu流时的网络输入。

qos运营商控制506：利用来自订阅504的输入、来自服务层的运营商策略和应用要求输入502，在qos运营商控制功能506中授权用于pdu会话和pdu流的qos参数。在实时视频服务中，可以从应用要求输入502导出用于qos控制和监测的一些内部qos参数。qos运营商控制功能506还负责在网络中分发授权的qos参数。在网络共享和/或漫游访问中提供的pdu连通性服务的情况下，qos运营商控制功能506可以限制由提供访问的网络提供的qos。

准入控制508(an)：准入控制功能508基于应用于会话和流的qos参数，在资源稀缺时控制在接入网络中哪些pdu流被准入。准入控制功能508还可以牺牲已被准入的流以允许更高优先级的流。

qos参数配置506、508、510：端到端解决方案中的每个网络元件配置有关于qos的预期行为，包括从qos运营商控制功能506接收的qos参数将如何被处理并应用于pdu。

应用要求输入502、512：为了知道通过网络传输的服务数据流(sdf)的要求，可以从服务层向网络通知服务行为和服务要求。即，网络可以从服务层接收应用要求输入。应用要求输入还可以包括通过网络传输的sdf流的服务行为和服务要求。当授权pdu会话和pdu流的qos参数时，qos运营商控制功能506使用应用需求输入502。

分类514、522：指示每个分组属于哪个sdf流。分类514、522用于选择哪些授权的qos参数应用于在cn-up、an-up和ue-up中的每个pdu。可以基于dl和ul中的业务流模板(trafficflowtemplate，tft)过滤器对可推断的sdf进行分类。可以基于报文检查将不可推断的sdf分类在dl中。根据ts24.139的ue反射qos和cn-up中的报文检查可以用于ul中的不可推断的的ip流的分类。

策略执行和报告516、520、524、526、530：策略执行和报告功能516、520、524、526、530确保保持与授权的qos参数中的pdu流相关联的最大比特率分配。为了qos报告目的，测量pdu流的最大速率和平均速率。策略执行和报告功能(“policyenf.andrep”)可以位于ue/ed110(在up中操作)(ul：524)、在(r)an120处(在up中操作)(dl：520，ul：526)，以及在pcef422、upf420或cnup134中的另一功能(dl：516，ul：530)处。在一些实施例中，pcef422(或功能的部分)可以共同位于pcf410中。在另一实施例中，pcef422可以在与pcf410相同的位置处实例化并与upf420通信。

传输标记518、528、532：传输标记功能518、528、532指示具有无状态qos机制的ip网络中的预期处理，例如网络元件之间的路由器。

资源管理520、526：资源管理(管理)功能520、526基于来自qos运营商控制功能506的授权的qos参数以及对实现qos目标的监测来负责如何在接入网络中分配资源。对于控制资源利用率和可用性的可能性，资源管理功能520、526在3gpp和非3gppan中可以是不同的。资源管理520、526也在传输网络中执行。

在一个实施例中，可以将各种参数映射到codec输入以帮助执行业务监测、策略执行(例如在策略违规和/或网络拥塞的情况下的业务整形行为)，以及报告功能。

由于实时视频流涉及高峰值速率，视频编码器(codec)和网络功能需要具有测量平均比特率的通用方式。可以添加被称为“测量窗口”的新参数以增强3gpp系统的版本13中的用于ims服务的端到端qos保证。该新参数在应用需求参数“请求的测量窗口大小”下的下一代qos解决方案2.1中提出。策略控制功能中的实际测量窗口可以设置为不长于“请求的测量窗口大小”。如果未指定，则“请求的测量窗口大小”的默认值可以是例如2秒。

然而，通常在会话视频服务的假设下研究上述测量窗口，其需要150ms的端到端分组延迟，并且其中大视频帧的传输可以在多个视频帧持续时间间平均。对于更短的延迟要求，低至10ms，峰值速率无法以相同的方式平滑。一旦视频服务被准入网络，下一代系统应该能够在短时间内处理高峰值速率。否则，i帧的重要视频分组会被延迟或丢弃。这会导致被延长一秒或几秒的不良视频质量，具体取决于i帧的周期性。

为了克服当前参数映射的问题，可以提供一种能够显式地发信号通知实时视频服务的应用要求的新方法。例如，在实时视频中，可以将系统参数(来自ue或应用功能)，例如“最大比特率”和“最小比特率”(例如，通过网关节点处的适当功能测量)分别映射到期望的codec功能的“短期最大峰值速率”和“长期最小平均速率”(例如通过af功能232、418)。此外，可以定义应用输入参数“请求的测量窗口大小”以监测长期平均比特率，以便满足“最小比特率”要求。或者，可以定义应用输入参数“请求的测量窗口大小”以监测短期平均比特率，以满足“最大比特率”要求；这可以例如基于各种服务请求的qos来完成。在某些实施例中，可以定义诸如“短期测量窗口大小”和“长期测量窗口大小”的新系统内部参数以允许监测实时视频流的短期峰值比特率(相对于最小比特率qos参数)和的长期平均速率(相对于最小比特率qos参数)用于qos策略执行和qos监测目的。这两个参数可以通过cn130的cp132中的“运营商控制”功能506(图5中所示)，从应用输入参数“延迟要求”和“请求的测量窗口大小”导出。“运营商控制”功能506将这些内部参数分配给ran120和up134功能，以用于qos策略执行和监测。例如，“短期测量窗口大小”可以设置为分组延迟预算的一半(例如，从15ms到7.5ms)，并且“长期测量窗口大小”可以设置为等于“请求的测量窗口大小”(例如，如果没有另外说明，则为2秒)。在另一个示例中，如果提供“请求的测量窗口大小”等于小值10ms，则隐含地理解该参数是测量短期峰值比特率。在这种情况下，“短期测量窗口大小”可以被设置为等于“请求的测量窗口大小”或更短，并且“长期测量窗口大小”可以被设置为等于例如2秒。应当理解，长期测量窗口大小的2秒的示例仅是示例，并且长期测量窗口大小也可以被设置为不同的预定义值。如上所述，短期测量窗口和长期测量窗口的大小不同，并且一旦针对pdu数据流确定，其大小固定。还应该理解，与短期测量窗口相关联的测量的业务参数是非瞬时参数。

在一些实施例中，ue可以被配置为实现qos监测。ue可以包括用于接收和向网络发送数据的无线接入网络接口、处理器和存储指令的非暂时性存储器，所述指令在由处理器执行时配置ue以从业务监测器接收与承载实时业务的pdu数据流相关联的业务参数。业务参数可以代表在短期测量窗口期间进行的测量和在长期测量窗口期间进行的测量。短期测量窗口和长期测量窗口的大小不同。ue还可以被配置为根据与短期测量窗口和长期测量窗口相关联的业务参数来改变与pdu数据流相关联的编码参数。此外，ue还可以被配置为在根据改变的编码参数编码的pdu数据流中发送pdu。

图6是示出pdu流和服务数据流(sdf)之间的关系600的组件图。在一些实施例中，视频传输可以涉及网络和ue(ed110)之间的pdu(分组数据单元)流。这种pdu流发生在接入网络120和cnup132之间的运营商域内。ue和接入节点602之间的接入网120可以包括无线承载，包括空中接口。对等体640可以包括数据网络140、ip多媒体子系统或3gpp功能。pdu流是定义的特性的逻辑分组传输(即，对应于pdu会话可以提供给服务数据流(sdf)的分组转发/处理区分的粒度)。sdf流可以在ue和对等体640之间发生。pdu会话可以与在up层中实现的多个逻辑pdu流相关联。服务层中的应用可能需要可以映射到一个或多个pdu流的一个或多个服务数据流。可以将ue与cn-up134之间的pdu流与epsqos框架内的eps承载进行比较。pdu流可以分为服务专用pdu流和非服务专用pdu流。分配给pdu流和/或sdf的qos参数可以由网络功能强制执行。应用要求输入可以由对等体640发送到策略功能604，例如pcf410。授权的qos参数可以从策略功能604传递到cncp(qos)功能606，其将qos参数发送到接入节点602和cnup中的节点，例如upf420。接入节点602和cnup134中的节点之间的通信传输可以根据qos参数经由传输网络610传输。

在某些实施例中，可以向网络提供应用要求，以便将正确的qos参数应用于应用的服务数据流。可以从服务层(服务器或客户侧)提供应用要求信息。这些信息可以包括服务标识、服务行为和服务要求。服务标识提供了如何识别与应用关联的服务数据流。根据pdu会话类型，服务数据流可以是ip类型或非ip类型。服务行为(例如，网络可以从应用预期的行为)可以包括每sdf的最大比特率(例如，服务预期传送的最大比特率。对于实时视频服务，每sdf的最大比特率可以包括关于分组延迟要求的视频流的短期峰值速率)。

服务要求(例如，应用所请求的网络传送行为)可以包括每sdf的最小比特率，延迟要求，应用内不同sdf之间的优先级，关于准入、保留和通知的所请求的网络行为，以及请求的测量窗口大小。每个sdf的最小比特率是具有足够的qoe传送的服务所需的比特率。对于实时视频服务，每个sdf的最小比特率可以包括具有足够qoe传送的服务所需的视频流的长期平均比特率。请求的测量窗口大小指示观察服务行为和要求实现时的条件。对于实时视频流，请求的测量窗口大小可以表示长期测量窗口大小，以监测相对于最小比特率的长期平均比特率。

基于订阅504确定网络授权的qos参数。这些参数包括来自服务层502的应用要求输入和用于pdu会话、用于服务特定和非服务特定的pdu流和服务数据流的qos配置、运营商策略和qos参数。每个pdu会话的qos参数可以包括会话的聚合最大比特率。

还可以确定每个服务特定和非服务特定的pdu流的网络授权的qos参数，包括：业务流模板和过滤器、pdu流优先级、每个pdu流的最大比特率、每个pdu流所需的比特率、每个pdu流的传送特性，以及每个pdu流的网络行为。业务流模板和过滤器包括对qos参数应用的服务数据流进行分类。tft过滤器被定义为对ip和非ip流进行分类。例如，可以基于以太网p-比特对以太网流进行分类。pdu流优先级包括用于准入网络资源的每pdu流的优先级(例如，在准入和资源管理处的an602中以及cnup134中如何处理与流相关联的业务)。每个pdu流的最大比特率包括单个pdu流的ul和dl的比特率值。这适用于服务特定和非服务特定的pdu流。对于实时视频服务，每流pdu的最大比特率可以表示视频流相对于分组延迟要求的短期最大峰值速率。每个pdu流所需的比特率包括以足够的qoe传送服务所需的比特率(每个流的最小或保证比特率)。对于实时视频流，每pdu流的最小比特率可以表示以足够的qoe传送服务所需的长期平均比特率。每个pdu流的传送特性可以包括例如分组延迟预算、分组丢失/延迟速率。传送特性可以通过标量值表示，例如qos类别标识符(qosclassidentifier，qci)值，或者明确指示。如果网络不满足由流的授权的qos参数表示的qos目标，则每个pdu流的网络行为包括预期的处理。

还可以确定每个服务数据流的qos相关参数，其包括：业务流模板和过滤器、sdf优先级、每sdf的最大比特率、每sdf所需的比特率、每个sdf的传送特性以及每个服务数据流的网络行为。业务流模板和过滤器包括对qos参数适用的服务数据流进行分类。tft过滤器被定义为对ip和非ip流进行分类。例如，可以基于以太网p-比特对以太网流进行分类。sdf优先级包括准入网络资源的每sdf的优先级(例如，在准入和资源管理处的网络中以及cn_up134中如何处理与流相关联的业务)。每个sdf的最大比特率包括单个sdf的ul和dl授权比特率值。对于实时视频服务，每个sdf的最大比特率可以包括视频流相对于分组延迟要求的短期峰值速率。每个sdf所需的比特率包括以足够的qoe传送服务所需的比特率(每个流的最小或保证比特率)。对于实时视频服务，每sdf所需的比特率包括长期平均比特率可以对应于最低qoe级别。每个sdf的传送特性包括例如分组延迟预算和分组丢失/延迟速率。传送特性可以通过标量值(例如qci值)表示，或者明确指示。如果网络不满足由流的授权的qos参数表示的qos目标，则每个服务数据流的网络行为包括预期的处理。即，每个服务数据流的网络行为可以是用于业务整形动作的指令，或者如果不满足qos目标则up将执行的业务整形动作的指示。

流优先级是指示满足所需比特率和传送特性(延迟预算、分组丢失/迟到率)的相对优先级的参数。它既影响sdf/pdu流准入网络资源，也影响用于分组转发处理的资源分配，允许准入和资源分配的一致性，以满足服务要求。

每个流的网络行为可以指示关于流的准入、流的保留和与流有关的通知的行为。关于流的准入，网络行为可以指示是否要在网络中准入该流(例如保持/丢弃指示)，即使没有足够的网络资源来满足与流相关联的服务要求(所需的比特率和/或传递特性)。关于流的保留，每个流的网络行为可以指示是否可以中断该流以允许网络准入具有更高优先级的流(例如，保留/可以丢弃指示)。关于与流有关的通知，网络行为可以指示网络元件是否要发送通知(到策略功能606)，如果不能满足与流相关联的服务要求(例如，是/否指示)。网络行为可以应用于sdf/pdu流。

还可以确定qos策略执行和报告参数。例如，可以测量最大比特率和最小比特率以确保可靠的qos传送。两个内部参数“长期测量窗口大小”和“短期测量窗口大小”可以通过cncp132的“运营商控制”功能506从应用要求输入502参数“延迟要求”和“请求的测量窗口大小”导出。对于非实时服务，可以将“长期测量窗口大小”和“短期测量窗口大小”设置为等于输入参数“请求的测量窗口大小”。为了减少信令开销，可以仅将“长期测量窗口大小”从cncp132转发到ran120和up功能。

图7是示出根据本发明实施例的用于qos流700的分类和up标记的系统的示例的组件图。系统700是5gqos模型的一部分，其支持基于qos流的框架，如2017年4月公布的ts23.501版本v0.4.0和其他版本(例如2017年5月公布的版本v0.5.0)中所述。qos流id(qosflowid，qfi)可以用于识别5g系统中的qos流。pdu会话内具有相同qfi的up业务接收相同的业务转发处理(例如，调度、准入阈值)。qfi承载在n3接口(和n9接口)上的封装报头中，即对端到端分组报头没有任何改变。它可以应用于具有不同类型有效载荷的pdu，即ip分组、非ippdu和以太网帧。qfi在pdu会话中应该是唯一的。up业务的监管(例如，最大流比特率(maximumflowbitrate，mfbr)执行)可以由upf420在sdf级粒度上执行。

每个qos流(gbr和非gbr)可以与qos参数相关联，例如5gqos指示符(5gqosindicator，5qi)、分配和保留优先级(allocationandretentionpriority，arp)、保证流比特率(guaranteedflowbitrate，gfbr)-ul和dl、最大流比特率(mfbr)-ul和dl、以及通知控制。运营商控制功能506可以基于由服务层702(例如，从应用功能418或ue/ed110)发送的应用要求502来配置这些qos参数。然后，如上所述，运营商控制功能506可以将这些配置的qos参数发送到ue、ran120和cnup134(例如，发送到upf420)。

5qi是用作5gqos特性的参考的标量，即，用于访问控制qos流的qos转发处理的节点特定参数(例如，调度权重、准入阈值、队列管理阈值、链路层协议配置等)。

qos参数arp包括关于优先级等级、先占能力和被先占力的信息。优先级定义资源请求的相对重要性。这提供了用于确定在资源限制(通常用于gbr业务的准入控制)的情况下是否可以接受或需要拒绝新qos流的信息。它还可以用于决定在资源限制期间哪个现有qos流先占。

用于ul和dl的保证流比特率(gfbr)表示可以预期由gbrqos流提供的比特率。如上所述的“长期最小平均速率”可以映射到gfbr。对于ul和dl的最大比特率(mfbr)限制了可以预期由gbrqos流提供的比特率(例如，过量的业务可能被速率整形功能丢弃)。如上所述的“短期最大峰值速率”可以映射到mfbr。在n2、n11和n7接口上为每个gbrqos流发信号通知gfbr和mfbr以用于建立5gqos配置文件。基于从pcf410接收的信息，在n7和n4接口上用信号通知每个sdf的mbr。

ue的每个pdu会话可以与每会话聚合最大比特率(sessionaggregatemaximumbitrate，session-ambr)qos参数相关联。订阅的session-ambr是订阅参数。smf414可以使用订阅的session-ambr或者基于本地策略对其进行修改，或者使用从pcf410接收的授权的session-ambr来获得session-ambr，其在n4接口上用信号发送到适当的upf420。session-ambr限制了可以预期在特定pdu会话的所有非gbrqos流中提供的聚合比特率。

每个ue可以与每ue聚合最大比特率(ue-ambr)qos参数相关联。ue-ambr限制可以预期在ue的所有非gbrqos流上提供的聚合比特率。每个(r)an120可以将其ue-ambr设置为具有到该(r)an120的活动用户平面的所有pdu会话的session-ambr的总和，直到订阅的ue-ambr的值。订阅的ue-ambr是订阅参数，其从udm检索并由amf412发送到(r)an120。session-ambr由smf414发送到(r)an120。

可以为gbrqos流提供通知控制。所述通知控制指示如果在qos流的生存期期间不能为该qos流完成qos目标，则是否应该由ran120做出通知。如果设置并且不能满足qos目标，则ran120向smf414发送通知。

qos流的qos参数可以由运营商控制功能506在pdu会话或qos流建立时以及每次up被激活使用5g-ran时通过n2参考点作为qos配置文件发送到(r)an120。对于非gbrqos流，也可以在(r)an120中预先配置qos参数(即，不需要通过n2接口发信号通知)。

如图7中所示，与图5类似，ue可以基于qos规则执行ulup业务的分类714和标记716，即ul业务与qos流的关联。这些规则可以通过n1接口(在pdu会话建立或qos流建立时)明确地用信号通知，在ue中预先配置或者由ue从反射qos隐式地导出。qos规则可以包括qos规则标识符、qos流的qfi、以及qos流模板(即，分组过滤器集合和与qos流相关联的对应优先级值)。

smf414为每个qos流分配qfi，并从pcf410发送的信息导出其qos参数(其可以包括pcf410从af418或ue接收的应用要求)。当适用时，smf414将qfi与包含qos流的qos参数的qos配置文件一起提供给(r)an120。smf414将sdf模板(即，与从pcf410接收的sdf相关联的分组过滤器集合)与sdf优先级和相应的qfi一起提供给upf420，使得能够对up业务进行分类和标记。当适用时，smf414通过分配qos规则标识符、添加qos流的qfi，以及使用一个或多个sdf模板设置qos流模板来生成qos流的qos规则。然后将qos规则发送到ue，从而实现ulup业务的分类和标记。

在dl方向上，根据sdf优先级，基于sdf模板对传入数据分组712进行分类714。cn130使用qfi718通过n3(和n9)up标记716传送属于qos流的up业务的分类。an120将qos流绑定722到an资源724(即，在3gppran的情况下的数据无线承载)。

在ul方向上，ue基于qos规则中的qos流模板对分组712进行分类，并且使用相应qos规则中的qfi通过up标记716传达属于qos流的up业务的分类。ue将qos流绑定722到an资源724。

当处理dl业务时，upf420(或cnup134中的另一功能)基于sdf模板将up业务映射到qos流，执行session-ambr执行并且还执行pdu计数以支持计费。upf420还在5gc(cn130)和(r)an120之间的单个隧道中发送pdu会话的pdu(在封装报头中具有qfi)。upf420还在dl中执行传输级分组标记716，例如，在外部ip报头中设置diffserv代码点。传输级分组标记716可以基于相关qos流的5qi和arp。

当处理ul业务时，ue使用所存储的qos规则来确定每个ulup业务qos流的映射722，并且基于由ran120发送的映射，使用用于qos流的对应的接入特定资源来发送ulpdu。(r)an120通过n3隧道向upf420发送pdu。当向cn130发送ul分组时，(r)an120确定包括在ulpdu的封装报头中的qfi值，并选择n3隧道。(r)an120在ul中执行传输级分组标记。这种传输级分组标记可以基于相关qos流的5qi和arp。upf420验证ulpdu中的qfi是否符合与分组流相关联的qos规则。这些规则可以被发送到ue或者由ue隐式地导出(例如，在反射qos的情况下)。upf420执行session-ambr执行和分组计数以进行计费。

分组延迟预算(pdb)是qos特性，其描述了qos流在ue和upf402之间边缘到边缘接收的分组转发处理的一个方面。pdb定义了分组可以在ue和终止n6接口的upf420之间延迟的时间的上限。对于某个5qi，pdb的值在ul和dl中是相同的。在3gpp接入的情况下，pdb用于支持链路层功能和调度的配置(例如，混合自动重传请求(hybridautomaticrepeatrequest，harq)目标操作点和调度优先级权重的设置)。pdb表示端到端的“软上限”。对于实时视频流，“短期测量窗口大小”和“长期测量窗口大小”参数可以由pcf410、smf414或在smf414中并置的pcef控制功能从af418提供的输入参数和pdb导出。例如，短期测量窗口大小可以是pdb的k倍，其中k是正数，例如k＝0.5。长期测量窗口大小可以被设置为一组图片的长度的多倍，例如，2秒的预定义值。应当理解，长期测量窗口大小的2秒的示例仅是示例，并且长期测量窗口大小也可以被设置为不同的预定义值。

在一些实施例中，运营商控制功能506的操作可以在pcf410或smf414中实现。如果pcf410导出短期和长期测量窗口参数，以及t峰值参数(如下面进一步描述的)，pcf410可以经由n7参考点将这些参数发送到smf414。然后，smf414可以经由n4参考点将这些参数发送到pcef422，经由n11和n2参考点发送到(r)an120，并且经由n11和n1参考点发送到ue/ed110。如果smf414导出短期和长期测量窗口参数和t峰值参数，则smf414可以经由n4参考点将这些参数发送到pcef422，经由n11和n2参考点发送到(r)an120，以及经由n11和n1参考点到ue/ed110。

图8是示出了根据本发明实施例的策略执行和报告功能(perf)516、520、524、526、530的示例的组件图。perf516、520、524、526、530包括业务监测功能802、策略执行功能804和报告功能806，所有这些都在下面进一步描述。perf524可以在ue/ed110中实现。perf520、526可以在(r)an120中实现。perf516、530可以在cnup134中实现。应该注意perf520和perf526可以是在(r)an120处的服务器上实现的相同功能的不同实例。此外，perf516和perf530可以是在cnup134上的服务器上实现的相同功能的不同实例。在一些实施例中，perf的各部分可以在在cn130的up中操作的服务器的组合上、在ran120的up中操作的服务器上以及在ed110(例如，ue)上实现。

在某些实施例中，图5的up中的“策略执行和报告功能”(即perf)516、520、524、526、530功能可以包括业务监测功能802，其可以应用于所有类型的突发业务，包括实时视频。在一实施例中，该业务监测功能802可以在ue/ed110、(r)an120和在up中操作的cn功能处实现的perf516、520、524、526、530中实现。在另一实施例中，业务监测功能802可以在ue/ed110处、在(r)an120中的节点处以及在pcef422、upf420或cnup134中的另一功能处实现。业务监测功能802可用于监测短期比特率，例如通过在“短期测量窗口大小”上平均数据速率。即，perf516、520、524、526、530可以向业务监测功能802发送指令以监控和/或测量诸如第一比特率(例如，短期比特率)的业务特性或参数。例如，可以通过在第一时间段(例如，短期测量窗口)上对pdu数据流的数据速率求平均来测量pdu数据流的短期比特率。然后，perf516、520、524、526、530可以从业务监测器(业务监测功能802)接收与pdu数据流相关联的流量参数。此外，网络或ue可以转发分组，使得测量的短期比特率不超过“最大比特率”参数，并且系统可以转发分组，使得测量的长期平均速率不低于“最小比特率”参数。即，信令指令可以由perf516、520、524、526、530发送，用于执行业务整形策略。例如，网络或ue可以发送pdu数据流的分组，使得测量的第一比特率(例如，短期比特率)不高于第三比特率(例如，最大比特率)。业务整形策略还可以对pdu数据流进行整形，以确保网络中pdu数据流的最小资源预留。因此，当需要资源时，系统可以发送pdu数据流的分组，使得测量的第二比特率(例如，长期平均速率)不低于第四比特率(例如，最小比特率)。业务整形策略可以包括将业务整形应用于pdu数据流的指令。

如上所述，最大比特率和最小比特率是由cp功能提供给up功能的qos参数的示例。测量的短期比特率和测量的长期平均速率是由up功能测量的与pdu数据流相关联的业务特性或参数的示例。将测量的业务参数与对应的确定的qos参数进行比较，以监测是否满足pdu数据流的qos。当短期峰值速率等于“最大比特率”时，也可以定义监测持续时间。因此，第三时间段可以被定义为第一比特率等于或高于第三比特率时的持续时间。即，所测量的处于或高于最大比特率的第一比特率(例如，短期比特率)是短期峰值速率。例如，内部参数t-峰值(秒)测量系统可以支持流以“最大比特率”发送数据的最大持续时间。因此，第四时间段可以被定义为该最大持续时间。例如，对于实时视频服务，可以将t-峰值设置为等于10ms的分组延迟预算的多重因子k。例如，k＝1.5，这导致t峰值＝15ms。对于非实时服务，可以将t峰值设置为等于几分钟或空白以指示不监测t-峰值持续时间。如果短期比特率等于“最大比特率”，则可以将该峰值速率的持续时间设置为不长于t-峰值的持续时间。还可以测量最大速率和平均速率以用于qos报告目的。

在某些实施例中，图5的up中的“策略执行和报告”516、520、524、526、530功能可以包括策略执行功能804，其可以应用于所有突发业务，包括实时视频。在一实施例中，该策略执行功能804可以在在ue/ed110和(r)an120以及在up中操作的cn功能处实现的策略执行和报告功能516、520、524、526、530中实现。在另一实施例中，策略执行功能804可以在ue/ed110、(r)an120处以及在pcef422、upf420或cnup134中的另一功能处实现。当峰值速率持续时间长于t-峰值参数时(例如，当第三时间段长于第四时间段时)，策略执行功能804提供业务整形，允许以各种方式处理分组。例如，如果资源可用，则可以通过系统发送分组；如果存在非实时业务，则延迟更长时间(例如，如果长期平均比特率(例如，第二比特率)不低于“最小比特率”(例如，第四比特率)，则延迟时间会长于“数据包延迟预算”))，或者如果排队时间长于分组延迟预算或分组缓冲器已满，则丢弃。应当理解，如果诸如短期比特率的数据速率高于与pdu数据流相关联的最大比特率，则pdu可以存储在分组缓冲器中。如果丢弃分组，则可以记录丢弃的分组的数量。长期整体丢包率(或分组丢失率)可被限于分组丢失率要求。在存在业务违规的情况下(最大比特率长于t-值的持续时间)，分组丢失率可能超过所需的分组丢失率；因此可以记录和报告此事件。

在某些实施例中，图5的up中的“策略执行和报告”516、530功能可以包括报告功能806，其可以应用于所有突发业务，包括实时视频。在一实施例中，用户计费存储库可以是udr402、pcf410、ocs406或udsf的一部分。在另一实施例中，该报告功能806也可以在ue/ed110和(r)an120以及在up中操作的cn功能处实现的策略执行和报告功能516、520、524、526、530中实现。在又一实施例中，业务监测功能802可以在ue/ed110处、(r)an120中的节点处以及pcef422处、upf420处或cnup134中的另一功能处实现。报告功能806向用户计费存储库报告并记录某些事件，以用于确定对客户或用户的收费。例如，短期测量比特率(峰值速率)长于t-峰值监测参数的持续时间、由于缓冲器溢出(例如，当网络拥塞或用户数据速率违反“最大比特率”参数时)导致的分组丢失数或分组丢失率，以及长期测量比特率(平均比特率)低于“最小比特率”时的持续时间可以各自被报告和记录以用于确定费用。事件的原因可以包括在报告中，例如由于流量违规、分组延迟、没有传入分组或低传入比特率。

图9a是示出根据本发明实施例的执行分组数据单元(pdu)数据流的策略执行和报告900的方法的示例的流程图。方法900包括监测pdu数据流的第一比特率(例如，短期比特率)和第三比特率(例如，长期平均速率)910、基于峰值数据率值对业务进行整形920、以及报告和记录关于pdu数据流的网络事件930。应当理解，所述执行可以包括网络功能发送信令消息，该信令消息包括到一个或多个网络功能以执行这些步骤的指令。

图9b是示出根据本发明的实施例的监测pdu数据流的短期比特率和长期平均速率的方法910的示例的流程图。在一实施例中，方法910可以由流量监控功能802执行。方法910包括在短期测量窗口大小上对pdu数据流的数据速率进行平均912，在长期测量窗口大小上对pdu数据流的数据速率进行平均914，并监测短期峰值速率等于或大于最大比特率时的开始时间、持续时间和/或结束时间916。在一实施例中，可以添加其他步骤到方法910。可以通过在短期测量窗口大小(第一时间段)上对pdu数据流的数据速率进行平均来测量短期比特率(第一时间段)。如上所述，短期测量窗口可以被设置为所请求的测量窗口大小、分组延迟预算的因子和预定值中的至少一个。可以通过在长期测量窗口大小(第二时间段)上对pdu数据流的数据速率进行平均来测量长期平均速率(第三比特率)。如上所述，长期测量窗口被设置为所请求的测量窗口大小、分组延迟预算的因子和预定值中的至少一个。可以监测开始时间、持续时间(第三时间段)和/或结束时间，其中短期峰值速率(如上所述的第一比特率)等于最大比特率(第三比特率)。如上所述，可以设置内部参数t-峰值以测量以最大比特率(第三比特率)发送pdu数据流的开始时间、最大持续时间(第四时间段)和/或结束时间中的至少一个。应当理解，所述监测可以包括网络功能发送信令消息，该信令消息包括到另一网络功能以执行监测的指令。

图9c是示出根据本发明实施例的基于峰值数据速率值对业务进行整形的方法920的示例的流程图。在一实施例中，方法920可以由策略执行功能804执行。方法920包括如果资源可用则允许待发送的pdu分组922，如果存在非实时业务则延迟pdu分组的传输924，如果排队时间长于分组延迟预算则丢弃pdu分组926，以及如果分组缓冲器满则丢弃pdu分组928。在一实施例中，可以向方法920添加其他步骤，包括从流量监测功能接收峰值速率持续时间长于t-峰值参数值的通知。为了延迟pdu分组的传输，可以将延迟时间设置为长于分组延迟预算。应当理解，所述执行可以包括网络功能发送信令消息，该信令消息包括到另一网络功能以执行业务整形的指令。

图9d是示出根据本发明的实施例的报告和记录与pdu数据流有关的网络事件的方法930的示例的流程图。在一实施例中，方法930可以由报告功能806执行。方法930包括报告被测量为比t-峰值(第四时段)监测参数更长的短期比特率(第一比特率)的开始时间、持续时间(第三时间段)和结束时间932，报告由于缓冲器溢出而丢失的分组数934，报告由于缓冲器溢出引起的分组丢失率936，以及报告长期平均速率(第二比特率)低于最小比特率(第四比特率)的持续时间938。在一实施例中，可以向方法930添加其他步骤，包括记录短期比特率被测量为长于t-峰值监测参数值的开始时间、持续时间和/或结束时间，记录由于缓冲器溢出而丢失的分组数，记录由于缓冲器溢出导致的分组丢失率，并记录长期平均速率低于最小比特率的开始时间、持续时间和/或结束时间。这些事件可以记录在计费系统可访问的存储库中。应当理解，所述执行可以包括网络功能发送信令消息，该信令消息包括到另一网络功能以执行报告和/或记录的指令。

图9e是示出根据本发明实施例的用于在网络中的策略执行和报告功能处执行的方法950的示例的流程图。该方法包括接收与承载实时业务的pdu数据流相关联的业务参数952，以及发送包括用于在网络中的用户平面功能处执行的业务整形策略的信令954。从业务监测器802接收业务参数。如上所述，业务参数表示在短期测量窗口(第一时间段)期间进行的测量和在长期测量窗口(第二时间段)期间进行的测量。短期测量窗口和长期测量窗口的大小不同。业务整形策略与pdu数据流相关联，并且依据与短期测量窗口和长期测量窗口相关联的业务参数。可以可选地将其他步骤添加到方法950，包括向up功能发送信令以监测短期测量窗口和长期测量窗口上的pdu数据流的业务参数956。在一些实施例中，可以将图9a至9e所示方法的不同的组合应用于pdu数据流。

在pdu会话建立期间，确定用于网络中的服务数据流的一般处理的qos并将其与非服务特定的pdu流相关联。图10是示出根据本发明实施例的用于授权pdu会话qos的过程1000的示例的消息呼叫流程图。过程1000可以遵循以下顺序：

步骤1002：ue附接到网络，并且请求ue与数据网络之间的pdu会话。无论各个服务数据流的特性如何，pdu会话都承载与pdu连通性服务相关的所有业务。

步骤1004：如果部署，则cn_cp(qos)建立朝向策略功能的会话，并调用pdu会话的授权，包括用于pdu流的pdu会话的授权的qos，待用于网络中服务数据流的通用处理。或者，cn_cp(qos)606可以授权pdu会话，包括用于该pdu流的pdu会话的授权的qos，待用于基于本地策略对网络中的服务流的通用处理。

步骤1006：cn_cp(qos)606可以将授权的qos转发到cn_up134。cn_up134可以确认接收。

步骤1008：cn_cp(qos)606可以完成pdu会话建立并且向网络功能通知要强制执行的pdu会话的授权的qos。

与应用服务器中的应用相关联的服务数据流或pdu数据流可能需要网络中的特定处理。如果是，则策略功能可以授权每个sdf的qos与pdu流相关联，并由网络强制执行。图11是示出根据本发明实施例的用于授权流qos的过程1100的另一示例的消息呼叫流程图。过程1100可以具有以下顺序：

步骤1102：在ue和数据网络140之间建立pdu会话。无论各个业务数据流的特性如何，pdu会话承载与pdu连通性服务有关的所有业务。如上所述，可以调用策略功能来授权pdu会话的qos特性。

步骤1104：在ue与应用服务器之间建立由一个或多个业务数据流组成的应用会话。

步骤1106：应用服务器(服务层)指示应用qos要求以及对应用的服务数据流进行分类的必要信息。来自应用服务器的请求可以源自应用服务器或通过服务层通信源自ue。

步骤1108：基于运营商策略，策略功能604授权网络将对应用的服务数据流强制执行并确认应用层的qos。

步骤1110：策略功能604将每个服务数据流的授权qos以及对应用的服务数据流进行分类的必要信息发送到cn_cp(qos)。每个服务数据流的授权的qos表示网络应该应用于所述流的处理。

步骤1112：cn_cp(qos)处理每个服务数据流的授权qos，并将每个pdu流的授权qos以及每个服务数据流的授权qos转发到cn_up。cn_up确认接收。

步骤1114：cn_cp(qos)将授权的qos转发到每个pdu流的an。an确认接收并确认可以向cncp履行授权的qos。每个sdf的授权的qos是否被转发到an还有待进一步研究。在非3gpp接入的情况下，当缺乏在无线承载上实施qos参数的能力时，由接入网络来应用接入网络中可用的授权的qos。

步骤1116：cn_cp(qos)将授权qos(tft和过滤器、最大比特率)转发给ue以进行分类和可能的动作，例如速率控制。ue确认接收。

步骤1118：cn_cp(qos)可以确认可以向策略功能604履行授权的qos。

步骤1120：策略功能604可以确认可以向应用服务器履行授权的qos。

本领域技术人员将理解，本发明的教导可以应用于信令过程，例如3gppts23.502的“pdu会话建立”过程或“pdu会话修改”过程，标题为“5g系统程序”，2017年4月发布的0.3.0版或其他版本。

图12以框图示出了服务器1200的示例，其实现了如上所述的方法和过程。服务器1200包括操作系统1210、网络功能模块1220和由服务器1200使用的用于其他目的的其他模块1230。可选地，服务器1200还可以包括操作系统1210上方的管理程序(未示出)。上述方法和过程的部分可以实现为ed110(例如ue)、(r)an120的enodeb或者enodeg，或cn130的网络功能的硬件中的代码或软件组件。

图13以框图示出了可用于实现本文公开的一些设备和方法的计算系统1300。特定设备可以利用所示的所有组件或仅利用组件的子集，并且集成级别可以随设备而变化。此外，设备可以包含组件的多个实例，诸如多个处理单元、处理器、存储器，发送器、接收器等。计算系统1300包括处理单元1302。处理单元1302包括中央处理单元(cpu)1314、存储器1308、一个或多个网络接口1306，并且可选地还可包括大容量存储设备1304、视频适配器1310和连接到总线1320的i/o接口1312。

总线1320可以是任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或视频总线。cpu1314可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器1308可以包括任何类型的非暂时性系统存储器，诸如静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory，sram)、动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)、同步dram(synchronousdram，sdram)、只读存储器(read-onlymemory，rom)或其组合。存储器1308可以包括用于启动时使用的rom，以及用于在执行程序时使用的程序和数据存储的dram。

一个或多个网络接口1306可以包括诸如以太网电缆的有线链路，和/或无线链路，以接入节点或不同网络。网络接口1306允许处理单元1302经由网络与远程单元通信。例如，网络接口1306可以经由一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。处理单元1302可以耦合到网络1322(即，局域网或广域网)，用于与远程设备(例如其他处理单元、因特网或远程存储设施)进行通信和数据处理。

大容量存储设备1304可以包括任何类型的非暂时性存储设备，其被配置为存储数据、程序和其他信息并且使得数据、程序和其他信息可以经由总线1320访问。大容量存储设备1304可以包括例如，固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器或光盘驱动器中的一个或多个。

视频适配器1310和i/o接口1312提供将外部输入和输出设备耦合到处理单元1302的接口。如图所示，输入和输出设备的示例包括耦合到视频适配器1310的显示器1318和耦合到i/o接口1312的一个或者更多i/o设备1316(即，鼠标/键盘/打印机)。其他设备可以耦合到处理单元1302，并且可以使用额外的或更少的接口卡。例如，可以使用诸如通用串行总线(universalserialbus，usb)(未示出)的串行接口以为外部设备提供接口。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

通过前述实施例的描述，本发明可以仅通过使用硬件或通过使用软件和必要的通用硬件平台来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现。软件产品可以存储在非易失性或非暂时性存储介质中，该存储介质可以是光盘只读存储器(compactdiskread-onlymemory，cd-rom)、usb闪存盘或可移动硬盘。该软件产品包括许多指令，这些指令使计算机设备(个人计算机、服务器或网络设备)能够执行本发明实施例中提供的方法。例如，这样的执行可以对应于如本文所述的逻辑操作的模拟。软件产品可以附加地或替代地包括多个指令，这些指令使计算机设备能够执行根据本发明实施例的用于配置或编程数字逻辑装置的操作。

尽管已经参考本发明的具体特征和实施例描述了本发明，但显然可以在不脱离本发明的情况下对其进行各种修改和组合。因此，说明书和附图应简单地视为由所附权利要求限定的本发明的说明，并且预期涵盖落入本发明范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。