通过以太网传送非接入层消息的制作方法

文档序号:20275186发布日期:2020-04-03 19:33阅读:361来源:国知局
通过以太网传送非接入层消息的制作方法



背景技术:

非接入层(nas)是在用户设备与核心网络之间的无线通信协议栈中实现的协议层。nas是用户设备与无线电接口处的移动性管理实体(mme)或接入和移动性管理功能(amf)之间的控制平面的最高层。nas层管理通信会话的建立,并且在用户设备通过网络移动时保持连续的通信。由nas协议支持的功能的示例包括用户设备的移动性和会话管理过程,该会话管理过程被使用以经由移动数据网络来在用户设备与分组数据网络之间建立和维持连接。与之相对照,接入层(as)层和对应的as协议被使用以在网络的无线部分中通过空中接口传送信息。在根据由第三代合作伙伴计划(3gpp)定义的标准进行操作的第二代(2g)、第三代(3g)、第四代(4g)、和第五代(5g)网络中,使用无线电资源控制(rrc)消息来传输nas协议。

附图说明

通过参考附图,可以更好地理解本公开,并且其众多特征和优点对于本领域技术人员而言是清楚的。在不同附图中使用相同的附图标记来表示相似或相同的项。

图1是根据一些实施例的支持移动接入和固定接入的通信系统的第一示例的框图。

图2是根据一些实施例的网络功能虚拟化(nfv)架构的框图。

图3是根据一些实施例的用于实现nas消息的封装以通过以太网进行传输的协议栈的集合的框图。

图4是根据一些实施例的经封装的nas消息的框图。

图5是根据一些实施例的用于建立nasoe会话以在用户设备与互通功能之间传送经封装的nas消息的消息流。

图6是根据一些实施例的用于建立nasoe会话以在用户设备与接入和移动性管理功能(amf)之间建立nas会话的消息流。

图7是根据一些实施例的存储pdu会话标识符与用户平面寻址信息之间的映射的互通功能(n3iwf)表的框图。

图8是根据一些实施例的支持移动接入和固定接入的通信系统的第二示例的框图。

图9是根据一些实施例的支持移动接入和固定接入的通信系统的第三示例的框图。

具体实施方式

期望即将到来的各代无线通信系统(诸如第五代(5g)通信系统)将实现诸如虚拟现实、增强现实、机器的可靠远程操作、工厂自动化、网络辅助业务控制和自动驾驶汽车的应用、以及支持物理设备(诸如电器、车辆、建筑物、以及嵌入有使得设备能够通过互联网来收集和交换数据的电子、软件、传感器、执行器、和网络连接的其他物品)的网络互联的蜂窝“物联网(iot)”。因此,未来的5g通信系统将需要支持每秒千兆比特的数据速率(例如,支持虚拟或增强现实应用)、最高10毫秒(ms)的端到端延迟(例如,支持工厂自动化应用)、至少99.999%的可靠性(例如,用于诸如跟车行驶的汽车交通控制应用)以及每平方公里数千万个设备的用户设备密度(例如,支持蜂窝iot应用)。

期望根据5g标准操作的通信系统能够在平等的基础上提供无线接入和固定(或有线)接入,这在本文中称为固定移动融合。因此,用户设备将能够通过经由并发的固定连接和无线连接连接到5g通信系统来执行混合接入。互通功能用于将固定接入网络附接到也支持无线接入的5g核心网络。从5g核心网络的角度来看,互通功能的一个目的是使固定接入网络看起来类似于无线接入网络。互通功能还包括到5g核心网络中实现的功能的接口。例如,互通功能(也称为n3iwf)支持互通功能与接入和移动性管理功能(amf)之间的n2接口。互通功能还支持互通功能与用户平面功能(upf)之间的n3接口。

传统的固定接入网络基于以太网连接,并且不支持无线电资源控制(rrc)协议,而移动网络则使用rrc来在用户设备与核心网络之间携带信令(诸如nas信令)。因此,传统的固定接入网络不提供用于从用户设备向互通功能输送nas消息的机制。

用于5g核心网络的用户设备和互通功能可以通过实现附加协议层来交换nas消息以封装nas消息以通过固定接入网络进行传输,例如,根据基于以太网的l2协议,该协议包括有线局域网(lan)技术和无线局域网技术。附加协议层可以称为以太网nas(nasoe)层。封装nas消息包括将报头附加到nas消息。报头包括控制平面信息,控制平面信息可以具有多种不同用途,包括:a)标识5g核心网络中的实体,诸如amf或smf,b)允许互通功能在用户设备与互通功能之间的接口上用信号通知信息,以控制用户设备对以太网的使用,或者c)配置互通功能或核心网络功能以执行其相应的任务。控制平面信息元素的示例包括用户设备的临时标识符、网络切片选择辅助信息(nssai)等。控制平面信息还可以用于将用户设备会话与用户设备与互通功能之间的接口上的对应地址信息相关联。经封装的nas消息是使用在用户设备和互通功能中实现的附加协议层之间建立的会话(例如,nasoe会话)来传输的。为了建立nasoe会话,用户设备可以通过广播由互通功能接收和确认的发现分组来发现互通功能。然后,用户设备和互通功能可以在两个实体之间建立点对点控制平面会话(例如,nasoe会话),这两个实体由它们的媒体接入控制(mac)地址和(在某些情况下)标识点对点控制平面会话的虚拟局域网(vlan)标识符来标识。然后,用户设备使用点对点控制平面会话来转发经封装的nas消息。

互通功能基于被包括在经封装的nas消息的报头中的控制平面信息元素来将nas消息转发给5g核心网络。例如,互通功能可以标识先前服务于用户设备的amf的amf集合和amf指针。然后,互通功能可以将nas消息转发给所标识的amf。如果报头中不存在amf指针,则互通功能可以从amf组中选择新的amf,并且将nas消息转发给所选择的amf。报头的一些实施例包括其他信息,诸如根据附加协议建立的会话的会话标识符(例如,nasoe会话)或指示用户设备的位置的参数(例如,电路标识符)。位置信息可以由用户设备与互通功能之间的信令路径中的任何实体添加。例如,位置信息可以用于指示将用户设备连接到网络的物理线路。互通功能还提供对pdu会话管理功能的支持。例如,当smf(或负责建立、维护、或释放用户设备的数据连接的任何其他实体)为用户设备建立pdu会话时,smf在用户设备与核心网络中的upf之间创建对应的数据路径。因此,smf可以(可能经由amf)向互通功能发送相关信令以指示正在建立的pdu会话的身份。互通功能将pdu会话标识符与用户设备的用户平面寻址信息(诸如mac地址或vlan标识符)相关联,并且经由nasoe会话将指示关联的信息转发给用户设备。

图1是根据一些实施例的支持移动接入和固定接入的通信系统100的第一示例的框图。如本文中所使用的,术语“移动接入”是指通过空中接口接入通信系统100。因此,移动接入可以被称为无线接入、移动通信、无线通信、或其他类似术语。术语“固定接入”是指使用例如通过电线、光纤等物理地连接到通信系统100的设备来接入通信系统100。因此,固定接入可以称为有线接入、有线通信、或其他类似术语。通信系统100支持混合接入,该混合接入允许设备使用移动接入和固定接入并发地接入通信系统100。

通信系统100包括核心网络105和控制平面,该核心网络105可由移动设备或固定设备使用公共用户平面接入来接入,该控制平面支持公共认证、授权、以及计费(aaa)和策略控制。核心网络105包括接入和移动性管理功能(amf)110,其管理通信系统100中的设备的接入控制和移动性。核心网络105还包括会话管理功能(smf)115,用以根据网络策略在通信系统100中设立和管理会话。用户设备与核心网络105之间的关联可以被表示为可以由smf115管理的pdu会话。pdu会话支持用户设备与数据网络之间的数据连接。核心网络105还包括一个或多个用户平面功能(upf)120,其可以被部署在通信系统100中以向通信系统100的用户提供服务。核心网络105的一些实施例包括其他功能,诸如策略控制功能、统一数据管理、和网络功能存储库功能,为了清楚起见在图1中未示出。如本文中所讨论的,核心网络105的一些实施例使用网络功能虚拟化和软件定义的网络来实现。例如,可以使用不同的网络切片针对不同的用户或设备实例化amf110、smf115、或upf120的不同实例。每个pdu会话都是一个网络切片的一部分。

在所示的实施例中,设备125具有经由家庭网络135到住宅网关130的有线连接。术语“用户设备”可以用于指代设备125或住宅网关130(或其组合),因为设备125和住宅网关130均由客户在客户场所拥有或操作。住宅网关130具有到以太网网络140的有线连接。有线连接的一些实施例使用线路终端设备(诸如数字订户线路接入复用器(dslam)或千兆位无源光网络(gpon))。因此,通信系统100可以向用户设备(例如,设备125或住宅网关130)提供对核心网络105的固定接入。

通信系统100还可以例如经由通过诸如n2接口的对应接口连接到amf110的无线电接入网络136向用户设备提供对核心网络105的移动接入。无线电接入网络136还通过诸如n3接口的对应接口(为了清楚起见在图1中未示出)连接到upf120。无线电接入网络136能够经由无线连接137提供到设备125的无线连接。无线电接入网络136也能够经由无线连接138提供到住宅网关130的无线连接。

住宅网关130可以被实现为2级(l2)或3级(l3)网关。l2住宅网关130用作在家庭网络135与以太网140之间透明地转发以太网帧的桥接器。设备125的互联网协议(ip)地址在到l2住宅网关130的广域网(wan)接口上可见。l2住宅网关130的功能(诸如l3路由和网络地址转换(nat))例如使用在云中实现的虚拟功能而在运营方网络中实现。l3住宅网关130在家庭网络135与以太网140之间实现nat和消息的路由。l3住宅网关130的一些实施例被实现为ip路由器,其后是nat功能,nat功能在家庭网络135中隐藏设备125(和其他设备)的l2和l3地址。在一些实施例中,代理功能用于将依赖于l2的协议扩展到在l3住宅网关130中。

互通功能145设置在以太网140与核心网络105之间。互通功能145也可以称为非3gpp互通功能(n3iwf)。互通功能145被配置为修改或转换从固定接入用户设备向核心网络105传送的消息,以使得从核心网络105的角度来看,固定接入用户设备似乎正在根据移动接入标准或协议来接入核心网络105。互通功能145还被配置为修改或转换从核心网络105向固定接入用户设备传送的消息,以使得由固定接入用户设备接收的消息符合对应的固定接入标准或协议。互通功能145支持与amf110和upf120的接口。

互通功能145可以与支持非接入层(nas)的设备和不支持nas的设备一起使用。如果设备125不支持nas,则住宅网关130例如使用nat或ipv6前缀委托来向设备125分配ip地址。因此,设备125对于核心网络105不可见。住宅网关130可以中继(在用户平面中)从设备125接收的动态主机配置协议(dhcp)或路由器请求。不支持nas的设备不需要用于经由以太网140来传输nas消息的协议。因此,假设图1所示的设备125支持nas。

设备125被配置为使用nas消息与核心网络105通信,nas消息通过由家庭网络135支持的有线连接被传送到住宅网关130,如双向箭头150所示。设备125的一些实施例可以具有5g无线接入连接,使得设备125是具有两个并行5g连接的多接入设备。如果住宅网关130被实现为透明地转发以太网帧的l2网关,则设备125将报头附加到nas消息以形成经封装的nas消息。报头根据以太网协议被形成,使得经封装的nas消息可以由l2住宅网关130转发。经封装的nas消息经由以太网140被转发到互通功能145,如双向箭头155所示。然后,互通功能145可以从经封装的nas消息中剥离报头,并且基于被包括在报头中的寻址信息来将原始nas消息路由到amf110,如双向箭头160所示。

如果住宅网关130被实现为在ip层上路由并且执行地址转换的l3住宅网关,则设备125还以与上述相同的方式封装nas消息。在这种情况下,l3住宅网关130用作支持家庭网络内的nasoe发现的nasoe服务器。l3住宅网关130接收由设备125传输的经封装的nas消息,并且然后l3住宅网关130使用新的nasoe会话将经封装的nas消息中继到互通功能145,如双向箭头155所示。

经封装的nas消息是使用在用户设备与互通功能145之间协商的点对点控制平面会话来传送的。点对点控制平面会话的一端由互通功能145终止。如本文中所讨论的,取决于住宅网关130的配置,终止点对点控制平面会话的另一端的用户设备可以是设备125或住宅网关130。点对点控制平面会话可以使用以太网协议来实现以携带经封装的nas消息,在这种情况下,点对点控制平面会话可以称为以太网nas(nasoe)会话。

在建立nas会话之前,用户设备通过经由nasoe会话传输经封装的nas注册消息来向amf110注册。经封装的nas注册消息可以包括用于执行用户设备的授权(以及在某些情况下,认证)的信息。一旦注册,用户设备就可以经由nasoe会话(例如,用户设备与数据网络之间的pdu会话)传输其他消息,以建立数据连接。用户设备的一些实施例使用点对点nasoe控制平面会话通过固定连接向互通功能145传输经封装的nas消息。经封装的nas消息包括nas消息,该nas消息请求建立到核心网络105的用户平面连接的nas会话。互通功能145将会话建立请求转发到amf110,amf110生成用于所请求的nas会话的会话标识符。会话标识符被返回到互通功能145,互通功能145确定用于用户设备的用户平面寻址信息。互通功能145中继确认所请求的nas会话的建立的nas消息,并且附加包括标识符和用户平面寻址信息的报头以形成经封装的nas消息,经封装的nas消息然后被转发给用户设备以完成所请求的nas会话的建立。

图2是根据一些实施例的nfv架构200的框图。nfv架构200可以在图1所示的通信系统100的一些实施例中实现。nfv架构200包括硬件资源201,该硬件资源201包括计算硬件202、存储硬件203、和网络硬件204。虚拟化层205提供硬件资源201的抽象表示。由虚拟化层205支持的抽象表示可以使用虚拟化基础设施管理器210来管理,该虚拟化基础设施管理器210是nfv管理和编排(m&o)模块215的一部分。管理器210的某些实施例被配置为收集和转发可能在nfv架构200中发生的性能测量和事件。例如,性能测量可以被转发到在nfvm&o215中实现的协调器(orch)217。硬件资源201和虚拟化层205可以用于实现虚拟资源220,该虚拟资源220包括虚拟计算221、虚拟存储222、和虚拟网络223。

虚拟网络功能(vnf1、vnf2、vnf3)在nfv基础设施(例如,硬件资源201)上运行并且利用虚拟资源220。例如,虚拟网络功能(vnf1、vnf2、vnf3)可以使用由虚拟计算资源221支持的虚拟机、由虚拟存储资源222支持的虚拟存储器、或由虚拟网络资源223支持的虚拟网络来实现。元素管理系统(ems1、ems2、ems3)负责管理虚拟网络功能(vnf1、vnf2、vnf3)。例如,元素管理系统(ems1、ems2、ems3)可以负责故障和性能管理。在一些实施例中,虚拟网络功能(vnf1、vnf2、vnf3)中的每个由对应的vnf管理器225控制,该vnf管理器225与管理器210或协调器217交换信息并且协调动作。

nfv架构200可以包括操作支持系统(oss)/业务支持系统(bss)230。oss/bss230使用oss功能来处理包括故障管理的网络管理。oss/bss230还使用bss功能来处理客户和产品管理。nfv架构200的一些实施例使用描述符235集合来存储对由nfv架构200支持的服务、虚拟网络功能、或基础设施的描述。描述符235中的信息可以由nfvm&o215更新或修改。

nfv架构200可以用于实现提供控制平面功能的网络切片,诸如图1所示的amf110、smf115、或upf120的实例。网络切片是提供通信服务和网络能力的完整的逻辑网络,其在每个切片之间可以有所不同。用户设备可以并发地接入多个切片。用户设备的一些实施例向网络提供网络切片选择辅助信息(nssai)参数,以帮助针对用户设备选择切片实例。单个nssai可能引起选择多个切片。nfv架构200还可以使用设备能力、订阅信息和本地运营方策略来进行选择。nssai是较小组件的集合,即单个nssai(s-nssai),每个组件包括切片服务类型(sst)和可能的切片区分符(sd)。切片服务类型是指在特征和服务方面的预期的网络行为(例如,专门用于宽带或大规模iot),而切片区分符可以帮助在相同类型的多个网络切片实例之间进行选择,例如以将与不同服务相关的业务隔离到不同的切片中。

图3是根据一些实施例的用于实现nas消息的封装以通过以太网进行传输的协议栈的集合300的框图。集合300包括协议栈305,该协议栈305、协议栈310和协议栈315,协议栈305在诸如图1所示的设备125或住宅网关130的用户设备中实现,协议栈310在诸如图1所示的互通功能145的互通功能中实现,协议栈315在诸如图1所示的amf110的amf中实现。

协议栈305包括用于支持根据nas协议的通信的nas层320和用于支持根据以太网协议的通信的以太网层321。nasoe层322被实现在nas层320与以太网层321之间以支持由nas层320支持的nas协议的封装,以根据由以太网层321支持的以太网协议来传输经封装的nas消息。例如,nasoe层322用于生成报头并且将其附加到从nas层320接收的nas消息以创建经封装的nas消息,该经封装的nas消息被提供给以太网层321以进行传输。由nasoe层320实现的协议可以称为nasoe协议。nasoe层322还支持用于实现nasoe会话的控制平面能力。例如,nasoe层322使用发现消息来支持对互通功能的发现,诸如向可能的候选互通功能集合广播发现分组并且响应于广播发现分组而从一个或多个候选互通功能接收确认分组。然后,nasoe层322可以从候选互通功能中的一个中选择确认以标识用于随后建立的nasoe会话的互通功能。对于另一示例,nasoe层322支持nasoe会话的创建。nas层320支持用户设备向amf的注册/认证。

协议栈310包括以太网层330和nasoe层331以支持nas协议的封装以与协议栈305进行通信。中继器332用于在nasoe层331与n2应用协议(ap)层333之间中继未经封装的nas消息。n2ap层333支持互通功能与amf之间的逻辑每用户设备关联。在一些实施例中,流控制传输协议(sctp)用作用于通过n2ap传输消息的输送协议。因此,sctp/ip层334可以用于支持与amf的接口。协议栈315还包括sctp/ip层340、n2ap层341、和nas层342。sctp/ip层334通过n2接口提供n2ap消息的可靠消息传递。sctp/ip层334的一些实施例基于ietfrfc4960中定义的sctp协议。

图4是根据一些实施例的经封装的nas消息400的框图。经封装的nas消息400可以使用在通信系统100的一些实施例中建立的nasoe会话来传送。经封装的nas消息400包括报头405和nas消息410,nas消息410可以包括诸如nas注册请求、pdu会话请求消息、pdu会话请求确认等消息。

报头405是根据nasoe协议配置的,使得可以经由在用户设备与互通功能之间建立的nasoe会话来传送经封装的nas消息400。

报头405的一些实施例包括用户平面寻址信息。例如,互通功能报头405可以包括由nasoe中的互通功能提供的媒体接入控制(mac)地址415或虚拟局域网(vlan)标识符信息425,以控制上行链路方向上的用户设备寻址,如下面关于图5和6所述。vlan标识符425或mac地址415可以由互通功能生成,并且可以用于标识接入网络中的网络切片实例。这允许使用控制平面机制来动态地选择vlan。

报头405的一些实施例包括用户设备的临时标识符430或用于辅助针对用户设备选择网络切片的nssai435。临时标识符430标识amf组和(如果用户设备先前已经由网络提供服务)为用户设备服务的amf的amf标识符。互通功能可以使用amf组和amf标识符来转发nas消息410。如果amf标识符不可用,则互通功能可以从amf组中选择amf,并且然后将nas消息410转发到所选择的amf。新选择的amf标识符可以与临时标识符430相关联以用于随后使用。如果用户设备临时标识符430在报头405中尚不可用,则互通功能还可以在其他情况下(诸如在注册阶段期间)使用nssai435来选择amf。nssai还可以通过互通功能用于选择接入网络切片(或vlan)。例如,互通功能可以使用nssai来标识网络切片的vlan标识符。

报头405的一些实施例包括nasoe标识符440,该nasoe标识符440标识用于传送经封装的nas消息405的nasoe会话。nasoe标识符440可以用于区分可以在相同用户设备(例如,提供到多个设备的连接的住宅网关)与互通功能之间建立的多个nasoe会话。报头405的一些实施例包括电路标识符445,该电路标识符445可以用于向核心网络提供用户设备的位置信息。报头405还可以包括用于指示位置信息的其他接入相关的参数。在一些实施例中,位置信息(例如,电路id)可以由可信接入网络节点(例如,dslam)插入。

尽管图4所示的报头405包括信息元素415、425、430、435、440,但是报头405的一些实施例包括信息元素415、425、430、435、440的不同子集,其可以以任何组合被包括在报头405中。此外,报头405可以包括图1中未示出的附加信息元素。

图5是根据一些实施例的用于建立nasoe会话以在用户设备与互通功能之间传送经封装的nas消息的消息流500。消息流500示出了在用户设备(ue)、互通功能(n3iwf)、和amf之间交换的消息。因此,消息流500在图1所示的通信系统100的一些实施例中使用。

用户设备向可能的互通功能集合广播一个或多个发现分组505。图5所示的互通功能可以接收发现分组并且返回发现确认510。尽管未在图5中示出,但是多个候选互通功能可以接收发现分组505并且返回对应的发现确认。在这种情况下,用户设备选择候选互通功能中的一个作为终止随后形成的nasoe会话的互通功能。然后,用户设备响应于接收到发现确认510而向互通功能传输nasoe会话请求515。在框520,互通功能创建所请求的nasoe会话528。例如,互通功能可以创建由用户设备和互通功能终止的点对点控制平面会话528。

互通功能返回会话确认525以指示所请求的nasoe会话528已经被创建并且可用于用户设备与互通功能之间的随后通信中。互通功能报头405可以在会话确认525中包括mac地址或vlan标识符信息(诸如图4所示的mac地址415或vlan标识符425)。mac地址或vlan标识符用于控制来自用户设备和上行链路方向的消息的寻址。例如,mac地址或vlan标识符可以用于告诉用户设备哪些寻址信息将要用于通过nasoe会话进行的nas传输。用户设备和互通功能可以使用其相应的mac地址以及在某些情况下与nasoe会话528相关联的vlan标识符通过点对点控制平面会话528而被标识。

在所示的实施例中,nasoe发现过程在默认控制平面vlan(诸如未标记的vlan)上运行,或者如果住宅网关用作用户设备,则使用住宅网关已知的vlan标识符0(或任何其他默认值)来运行。但是,可以针对nasoe会话协商不同的vlan标识符。例如,用户设备和互通功能可以交换附加消息(图5中未示出),以协商用于nasoe会话的vlan标识符。

在过程中的这一点,用户设备可以经由nasoe会话传输nas信令。在所示的实施例中,用户设备使用nasoe会话528经由互通功能向核心网络传输nas注册消息530。互通功能使用nasoe报头中的信息,诸如nssai或用户设备的临时标识符(例如,图4所示的ue临时id430或nssai435),以将上行链路nas信令从用户设备中继到核心网络中的适当实体。如箭头535所示,互通功能通过互通功能与amf之间的接口来中继注册消息。在框540,amf处理来自用户设备的nas请求,例如注册请求。为此,amf经由互通功能向用户设备传输下行链路nas信令545,该互通功能经由nasoe会话528中继下行链路nas信令,如箭头550所示。

互通功能的一些实施例被配置为监测信令以确定用户设备是否可达。互通功能还可以检测用于输送的l2以太网协议中的故障。例如,如果在amf与用户设备之间存在nas信令,则可以通过成功交换nas消息的能力来监测可达性。如果nasoe会话失败,则nas消息的传输将失败。当没有正在进行的nas信令时,可以在用户设备与互通功能之间建立“保持活动”机制,并且可以使用“保持活动”机制来确定用户设备的可达性。用户设备还可以检测用于输送的l2以太网协议中的故障。例如,用户设备中的nas层可以检测用于传输nas的较低层(诸如nasoe层)的故障。

图6是根据一些实施例的用于在用户设备与smf/upf之间建立pdu会话的消息流600。消息流600示出了在用户设备(ue)、互通功能(n3iwf)、amf、和smf之间交换的消息。因此,消息流600在图1所示的通信系统100的一些实施例中使用。

用户设备经由互通功能传输naspdu会话请求,如箭头605所示。nas会话请求经由先前建立的nasoe会话来发送,并且因此nas会话请求作为nas消息来传输,该nas消息使用根据nasoe协议形成的报头来封装,如本文中所述。

互通功能接收包括naspdu会话请求的经封装的nas消息。互通功能从经封装的nas消息中剥离报头,并且基于被包括在nasoe报头中的路由信息来转发包括naspdu会话请求的nas消息。报头的一些实施例包括路由信息,诸如图4中所示的经封装的nas消息400的报头405中的信息。如箭头610所示,naspdu会话请求被转发到amf。例如,nas会话请求可以作为被封装在n2ap中的消息被转发,n2ap是一种用于在互通功能与amf之间建立接口并且通过针对用户设备与核心网络中的upf之间的pdu会话设立相关数据平面来支持pdu会话的协议。

如箭头615所示,amf将请求转发给smf。nas会话请求包括由用户设备提供的唯一pdu会话标识符。在这种情况下,amf可以基于唯一的pdu会话标识符来标识smf,并且amf将nas会话请求转发给由pdu会话标识符标识的smf。smf、amf、和互通功能之间的附加nas信令(图6中未示出)可以用于建立pdu会话。

在框620,smf与一个或多个用户平面功能交互并且建立所请求的naspdu会话。smf将nas响应连同针对用户设备与核心网络中的upf之间的pdu会话设立相关数据平面的请求(两者均经由amf发送)一起返回给用户设备(在箭头625处)。amf将这个smf信令中继到互通功能(在箭头630处)。nas会话响应和用户平面设立请求包括pdu会话标识符,并且在某些情况下还包括切片信息,诸如s-nssai。

在框635,互通功能将pdu会话标识符与用户平面寻址信息(诸如mac地址或vlan标识符)相关联。然后,互通功能存储pdu会话标识符与用户平面寻址信息之间的映射,以供随后使用。例如,互通功能可以与处理在箭头630处从amf接收的用户平面设立请求并发地确定vlan标识符和mac地址信息。pdu会话标识符与互通功能和一个或多个用户平面功能之间的接口上的pdu会话相关联。用户平面寻址信息与由用户设备和互通功能终止的点对点控制平面会话(例如,nasoe会话)相关联。

如箭头640所示,互通功能通过nasoe提供信息,该信息指示pdu会话标识符与用户平面寻址信息之间的关联,诸如针对该pdu会话而分配给用户设备的vlan标识符或mac地址。该交互还可以包括在步骤630中从核心网络接收的nas信令。在框645,用户设备被配置为基于被包括在消息640中的信息(诸如来自核心的nas响应或在nasoe中接收的用户平面寻址信息,例如图4所示的mac地址415或vlanid425)来完成pdu会话的建立。

如箭头650所示,互通功能向amf提供pdu会话请求确认。amf将请求确认转发(在箭头655处)到smf,该smf与upf交互以配置upf(在框660)以支持与用户设备的用户平面接口。smf可以向amf提供响应(在箭头665处),以指示支持用户平面接口的upf的配置已经完成。此时,用户设备与upf之间的用户平面接口已经完成,并且可以用于支持两个实体之间的通信。pdu会话670包括用户平面组件,该用户平面组件被细分为用户设备与互通功能之间的第一段以及互通功能与upf之间的第二段。第二段是经由amf与互通功能之间的n2接口来控制的。相同的n2接口还根据n2应用协议(ap)在互通功能与amf之间携带nas消息。用于pdu会话670的用户平面寻址信息(例如,mac地址或vlan标识符)可以用于将用户设备链接到互通功能(反之亦然)或者将用户设备链接到upf(反之亦然)。

图7是根据一些实施例的存储pdu会话标识符和用户平面寻址信息之间的映射的互通功能(n3iwf)表700的框图。表700存储在图1所示的互通功能145的一些实施例中,并且可以用于将pdu会话标识符(用于标识nas会话)映射到与用户设备相关联的其他标识符,诸如由nasoe会话利用的用户平面寻址,反之亦然。表700包括如下条目,该条目将pdu会话标识符(例如,pdu会话1)与用户设备的对应临时标识符(例如,uetemp1)、nasoe会话标识符(例如,nasoe1)、以及用户平面寻址信息(诸如用户设备的mac地址(例如,mac1)和与用户设备相关联的用于会话的vlan标识符(例如,vlan1))相关联。如本文中讨论的,表700由互通功能使用以路由消息。例如,互通功能可以使用表700将pdu会话的pdu会话标识符映射到如下mac地址,该mac地址在用于携带nas消息的nasoe会话的经封装的nas消息的报头中。

图8是根据一些实施例的支持移动接入和固定接入的通信系统800的第二示例的框图。通信系统800包括核心网络805,该核心网络805使用网络功能虚拟化来实现以支持多个网络切片。因此,通信系统800可以使用图2所示的nfv架构200的一些实施例来实现。在所示的实施例中,核心网络805包括amf810和两个网络切片815、820,它们实现了对应的smf825、830和upf835、840。amf810、smf825、830和upf835、840以类似于图1所示的amf110、smf115、和upf120的方式操作。尽管在所示的实施例中smf825、830专用于对应的网络切片815、820,但是smf825、830的其他实施例可以在不同的切片之间共享。

通信系统800提供对用户设备855的固定接入。尽管用户设备845在图8中被描绘为诸如膝上型计算机的设备,但是用户设备845还可以表示其他类型的设备,诸如住宅网关,如本文中讨论的。用户设备845具有到以太网850的固定接入连接,该以太网850连接到互通功能(n3iwf)855。在所示的实施例中,互通功能855提供控制平面接口,并且以太网850直接连接到upf835、840,以为用户设备845提供用户平面接口。这种配置从用户平面路径中移除了互通功能855,并且允许利用专用于对应网络切片815、820的upf835、840来支持多边缘场景。互通功能855终止与用户设备845的点对点控制平面会话(例如,nasoe会话)。互通功能855还终止朝向amf810的控制平面接口。

通信系统800包括接入控制器860,该接入控制器860是接入网络控制器或管理实体,其存储指示在指派给订户或住宅网关的端口上的服务vlan分配的信息。接入控制器860还存储表示vlan分配到网络切片的映射的信息,如由nssai针对网络片所定义的。接入控制器860与互通功能855之间的接口允许互通功能855例如基于可以包括在经封装的nas消息的报头中的住宅网关接入端口的电路标识符,来针对每个住宅网关获取与nssai相关联的vlan设置(诸如vlan标识符),如本文中所述。接入控制器860的一些实施例被实现为软件定义的网络控制器或管理实体。

图5和图6所示的消息流500和600分别在通信系统800的一些实施例中实现。可以修改消息流500、600以反映用户平面路径中的互通功能855的缺失。例如,从互通功能855向amf810传输的目的地地址可以是住宅网关的mac地址。相反,与住宅网关相关联的upf的目的地mac地址由smf经由互通功能855向用户设备发送。互通功能855可以使用nssai从接入控制器860中获取将要由住宅网关使用的服务vlan。所获取的服务vlan然后可以在由互连功能855传输的经封装的nas消息中传送给住宅网关。

图9是根据一些实施例的支持移动接入和固定接入的通信系统900的第三示例的框图。无线通信系统900包括通过固定接入接口915连接到互通功能910的用户设备905。互通功能910提供到核心网络920的连接。

用户设备905包括用于经由固定接入接口915传输和接收信号的收发器925。用户设备905还包括处理器930和存储器935。处理器930可以用于执行存储在存储器935中的指令,并且将诸如执行指令的结果的信息存储在存储器935中。收发器925、处理器930、和存储器935可以被配置为执行图5所示的消息流500和图6所示的消息流600的一些实施例。

互通功能910包括收发器940,该收发器940用于经由固定接入接口915传输和接收信号、以及与核心网络920交换信号。互通功能910还包括处理器945和存储器950。处理器945可以用于执行存储在存储器950中的指令,并且可以将诸如执行指令的结果的信息存储在存储器950中。收发器940、处理器945、和存储器950可以被配置为执行图5所示的消息流500和图6所示的消息流600的一些实施例。收发器940、处理器945、或存储器950可以使用网络功能虚拟化被实现为物理设备或虚拟设备。例如,收发器940、处理器945、或存储器950可以使用图2所示的nfv架构200的一些实施例来实现。

实现本文中公开的nasoe协议的一些实施例的图1、8和9所示的通信系统100、800和900具有优于传统通信系统的很多优点。nasoe协议支持nas协议的重用,以便与移动接入网络进行固定接入集成。例如,固定或移动接入类型可以支持相同的nas协议,使得可以通过wi-fi、5g、或用户设备与5g核心网络之间的固定接入连接来发送相同的nas消息。这可以支持所有接入类型的公共5g核心网络。nasoe协议还支持通过多种接入类型(包括移动接入和固定接入)重传单个nas消息,并且支持跨不同接入类型的公共安全上下文以及在nas级别向用户设备指派临时标识符。在协议栈中的nas层与以太网层之间的层中实现nasoe协议减少对其他5g网络功能的影响,因为通常可以在rrc消息中携带的信息元素可以插入在nas层下方的nasoe层。此外,nasoe协议与固定接入部署实践完全兼容,诸如将电路标识符添加到上游控制消息。nasoe协议还支持经由动态vlan标识符选择在固定接入中进行网络切片。nasoe也可以以对固定接入网络透明的方式来实现,并且仅影响住宅网关和互通功能。

诸如图8所示的通信系统800的架构的优化架构可以提供优于传统实践的其他优点。从用户平面路径移除互通功能允许将用户平面功能从互通功能中移除。此外,由于优化架构中的互通功能仅是控制平面实体,因此可以将互通功能虚拟化并且部署在云中。如本文中所述,优化的架构还为多边缘部署提供了改进的支持。优化的架构还支持自动获取vlan标识符,该标识符可以用于接入端口上的服务vlan。自动获取还支持对互通功能进行动态配置的选项,从而避免了手动配置。优化的架构还支持用于将互通功能与其他元素(诸如amf或接入控制器)组合在一起的附加选项。

在一些实施例中,上述技术的某些方面可以通过处理系统的一个或多个处理器执行软件来实现。该软件包括被存储在非瞬态计算机可读存储介质上或有形地被实施的可执行指令的一个或多个集合。该软件可以包括指令和某些数据,这些指令和某些数据在由一个或多个处理器执行时操纵一个或多个处理器以执行上述技术的一个或多个方面。非易失性计算机可读存储介质可以包括例如磁盘或光盘存储设备、诸如闪存、高速缓存、随机存取存储器(ram)或其他一个或多个非易失性存储设备的固态存储设备等。存储在非瞬态计算机可读存储介质上的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、目标代码、或由一个或多个处理器解释或以其他方式可执行的其他指令格式。

计算机可读存储介质可以包括计算机系统在使用期间可访问的任何存储介质或存储介质的组合,以向计算机系统提供指令和/或数据。这样的存储介质可以包括但不限于光学介质(例如,光盘(cd)、数字通用光盘(dvd)、蓝光光盘)、磁介质(例如,软盘、磁带、或磁硬盘驱动器)、易失性存储器(例如,随机存取存储器(ram)或高速缓存)、非易失性存储器(例如,只读存储器(rom)或闪存)、或基于微机电系统(mems)的存储介质。计算机可读存储介质可以嵌入在计算系统(例如,系统ram或rom)中,固定地附接到计算系统(例如,磁硬盘驱动器),可移除地附接到计算系统(例如,光盘或基于通用串行总线(usb)的闪存),或经由有线网络或无线网络(例如,网络可接入存储(nas))耦合到计算机系统。

注意,并非一般描述中的上述所有活动或元素都是必需的,特定活动或设备的一部分可能不是必需的,并且除了所描述的那些之外,还可以执行一个或多个其他活动,或者包括其他元素。更进一步,列出活动的顺序不一定是执行活动的顺序。另外,已经参考特定实施例描述了概念。然而,本领域的普通技术人员将理解,在不脱离如所附权利要求书中阐述的本公开的范围的情况下,可以进行各种修改和改变。因此,说明书和附图应当被认为是说明性的而不是限制性的,并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

上面已经关于特定实施例描述了益处、其他优点、和问题的解决方案。但是,益处、优势、问题的解决方案、以及可能引起任何益处、优势、或解决方案出现或变得更加明显的任何(多个)特征都不应当被解释为任何或所有权利要求的关键、必需、或必要特征。此外,以上公开的特定实施例仅是说明性的,因为所公开的主题可以以对受益于本文中的教导的本领域技术人员很清楚的不同但等效的方式来修改和实践。除了在以下权利要求书中描述的以外,没有意图限制本文中所示的构造或设计的细节。因此,很清楚的是,以上公开的特定实施例可以被改变或修改,并且所有这样的变化都被认为在所公开的主题的范围内。因此,本文中寻求的保护如以下权利要求书所述。

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