一种针对5G核心网中服务网元的管理系统及其方法与流程

本发明属于5g通信技术领域，尤其涉及一种针对5g核心网中服务网元的管理系统及其方法。

背景技术：

2018年8月3gpp通过了基于服务化的架构5gsba(servicebasedarchitecture)机构，它将一个服务网元(networkfunction，nf)进一步拆分为多个具有自包含、自管理、可重用的网络功能服务nfs(nfservice)。

网络功能nf在被拆分成多个网络功能服务后，系统的管理和维护人员将从仅需要管理数个网元变成为面对需要管理和维护几十个网络功能服务nfs，如果仍然依靠传统的对于核心网的手工维护方式，那么对于维护工程师而言将造成巨大的困难和麻烦。因此，5gc核心网的网络功能服务必须要能够做到自动化管理、状态检测和故障恢复。为解决上述问题，5gc中的nrf(网络存储库功能,nfrepositoryfunction)网元就是承担了对众服务网元的自动化管理功能，nrf具备nfs的自动注册、状态检测及故障恢复等功能。

3gpp规范r15虽然规定了5gc中服务网元名称及其功能作用，但没有给出具体的实施办法，尤其是对于nrf如何对服务网元进行自动化的管理、状态检查、故障恢复等功能的实现。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出了一种针对5g核心网中服务网元的管理系统及其方法。

系统包括依次相连的：网络功能虚拟编排器nfvo、虚拟网络功能管理器vnfm、服务网元管理单元；其中，

网络功能虚拟编排器nfvo包括以下模块：业务编排模型、虚拟网络功能管理器vnfm的注册管理和故障管理，负责解析业务需求，生成相应模板并将其发送给虚拟网络功能管理器vnfm；

虚拟网络功能管理器vnfm内置网元管理和云平台基础设施管理，负责记录现有网元启动的网络服务模板nsd或虚拟网元模板vnfd的信息并接收来自网络功能虚拟编排器nfvo下发的命令以及对接云平台基础设施控制虚拟网络功能vnf的启动、更新、终止；

服务网元管理单元，包括5g核心网中的各种网元。

所述方法包括：

网络功能虚拟编排器nfvo将业务需求转换成业务模型并生成相应的配置文件传递给虚拟网络功能管理器vnfm，虚拟网络功能管理器vnfm按照配置文件首先部署服务网元管理单元并记录服务网元管理单元信息，随后部署安装5gc中各种网元，并向其下发网络存储网元nrf的信息，网络功能服务nfs在分配到相应资源并启动完成后会向网络存储网元nrf上报自身的信息，网络存储网元nrf在接受到相应网元的注册信息后进行网络功能服务nfs授权核对，核对通过后会返回确认及授权消息；随后网络存储网元nrf启动定时健康检查组件对授权的组件进行健康度检查，获取网络功能服务nfs的状态信息，并对相应信息分析并向上层管理组件、网元管理组件或管理编排组件报告网络功能服务nfs的状态，由其进行故障处理和恢复。

当网络功能服务nfs之间需要通信时网络功能nf首先向网络存储网元nrf进行对端网络功能nf的信息查询，网络存储网元nrf在收到查询信息时首先进行授权验证，验证通过后再向其返回所需的信息。

所述服务网元管理单元信息包括：网络位置信息、ip地址、mac地址、fqdn、nfv使用域az、机房位置、地理位置。

所述5gc应用场景包括：embb增强移动宽带、urllc高可靠低时延通信、mmtc海量机器类通信。

所述5g核心网中的各种网元包括：nrf、ausf、amf、nef、pcf、udm，其中nrf负责5gc中各个网元的注册、授权、查询管理。

所述安装5gc中各种网元包括：nssf、nef、pcf、udm、af、aus、amf、smf、upf。

所述向网络存储网元nrf上报自身的信息包括：ip、fqdn、nf类型、进程服务端口号、nf资源使用率、nfv使用域az、机房位置、地理位置。

所述获取网络功能服务nfs的状态信息包括ip地址、cpu利用率、内存使用率、磁盘使用率、服务端口状态、服务进程状态。

所述管理编排组件包括：网络功能虚拟编排器nfvo、虚拟网络功能管理器vnfm。

本发明的有益效果：

本发明实现了在5g核心网中nrf如何管理其它服务网元，并实现组件的自动化注册、状态检查及故障处理等功能。对于nrf能够有效便捷的管理5gc中其他组件的nfs，在部分nfs信息发生变更时即时通知上层管理应用便于上层管理应用mano、oss/bss等进行策略变更以及故障网元nfs的替换保证整个5gc的服务正常运转。

附图说明

图1为nrf注册管理系统架构图。

图2为nrf网元架构图。

图3为nrf注册管理网元流程。

图4为nrf状态检查及故障处理流程。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

如图1所示为本发明专利的网元服务管理系统架构图，其主要的系统架构组件包括：

1)nfvo(nfvorchestration，nfv的编排器)，其主要模块包括：nfvo内置业务编排模型、vnfm注册管理和故障管理等，负责解析业务需求，生成相应模板并将其发送给vnfm；

2)vnfm(vnfmanager,vnf的管理器),vnfm内置网元管理和云平台基础设施管理等，负责记录现有网元启动的模板信息vnfd/nsd并接收来自nfvo下发的命令以及对接云平台基础设施控制vnf的启动、更新、终止等；

3)服务网元管理单元，5g核心网中的各种网元，包括nrf、ausf、amf、nef、pcf、udm等多个5gc网元，其中nrf，负责5gc中各个网元的注册、授权、查询管理等。

管理系统的管理方法：nfvo将业务需求转换成业务模型并生成相应的配置文件传递给vnfm，vnfm按照配置文件首先部署nrf并记录nrf网络位置信息、ip地址、mac地址、fqdn、nfv使用域az、机房位置、地理位置等信息，随后部署安装5gc中其他网元nssf、nef、pcf、udm、af、aus、amf、smf、upf等，并向其下发控制器nrf的信息，网元组件nfs在分配到相应资源并启动完成后会向nrf上报自身的信息ip、fqdn、nf类型、进程服务端口号、nf资源使用率、nfv使用域az、机房位置、地理位置等信息，nrf组件在接受到相应网元的注册信息后进行nfs授权核对，核对通过后会返回确认及授权消息。随后nrf会启动一个定时健康检查组件对授权的组件进行健康度检查，获取nfs的状态信息包括ip地址、cpu利用率、内存使用率、磁盘使用率、服务端口状态、服务进程状态等信息，并对相应信息分析并向上层管理组件、网元管理组件或mano(managementandorganization，管理和编排，包括nfvo、vnfm)报告nfs的状态，由其进行故障处理和恢复。当nfs之间需要通信时nf首先向nrf进行对端nf的信息查询，获取相应信息包括ip地址、端口号等信息，nrf在收到查询信息时首先进行授权验证，验证通过后再向其返回所需的信息。

图2所示为nrf网元的架构示意图，nrf内的模块包括：网元注册授权模块负责5gc中服务网元的注册和授权认证；服务网元查询模块，负责5gc中服务网元间通信查询服务；网元状态检查模块服务定时检查网元状态；网元信息记录列表负责近路注册授权后的网元信息记录。

参见图3为本发明的服务网元管理操作流程图

1-1：步骤nfvo按照业务需求解析成对应业务模型；

步骤1-2：nfvo依据业务模型将网元配置以及相应网络配置下发给vnfm；

步骤1-3：vnfm接收网元配置及相应网络配置，生成相应证书文件，启动nrf网元；

步骤1-4：判断nrf是否启动成功，不成功则执行步骤1-5，若启动成功则执行步骤1-7；

步骤1-5：将启动失败信息及原因发送给vnfm，执行步骤1-6；

步骤1-6：vnfm在收到信息后上报给nfvo，交由人工手动排障，随后结束；

步骤1-7：nrf启动完成后向vnfm上报自身状态信息，包括ip、进程服务状态、fqdn和ip地址等；

步骤1-8：vnfm收到nrf返回的信息后，启动nssf、nef、nrf、pcf、udm、af、aus、amf、smf、upf等网元，并接收网元启动信息；

步骤1-9：分别判断步骤1-8中每个网元是否启动成功，如果启动不成功执行步骤1-5，若执行成功则执行步骤1-10；

步骤1-10：vnfm在收到各网元执行成功后下发步骤1-8中收到的nrf控制器信息(包括ip、mac地址、端口号等信息)给各个网元；

步骤1-11：各网元收到nrf控制器信息后发起注册、认证流程；

步骤1-12：判断网元是否为授权网元，如不是执行步骤1-13，若是执行步骤1-14；

步骤1-13：非授权网元拒绝注册，随后执行步骤1-5；

步骤1-14：各网元在完成注册、认证流程后，将自身信息包括nf实例id、nf实例类型、nffqdn和ip地址、nf容量、nsiid等信息发送给nrf；

步骤1-15：nrf在收到步骤1-14中发送的信息后会返回确认信息，并结束流程；

参见图4为服务网元故障检测及故障处理流程

步骤2-1：nrf定时检测已注册的网元状态，包括端口、ip可达、业务状态、cpu/内存/磁盘利用率等确认网元状态；

步骤2-2：判断网元是否故障，如网元无故障执行步骤2-1等待下一次检查，若网元故障执行步骤2-3；

步骤2-3：上报网元故障信息给vnfm；

步骤2-4：vnfm查找是否有处理策略，若无处理策略，执行步骤2-5，若有处理策略执行步骤2-9；

步骤2-5：vnfm上报故障给nfvo；

步骤2-6：nfvo若无处理策略执行步骤2-7，若有策略执行步骤2-7；

步骤2-7：上报故障交由人工处理，随后结束；

步骤2-8：nfvo将故障处理策略下发给vnfm，执行步骤2-9；

步骤2-9：vnfm按照故障处理策略进行故障恢复；

步骤2-10：更新后的网元向nrf执行注册流程；

步骤2-11：验证网元是否授权。若无授权则执行步骤2-12，若有授权则执行步骤2-13；

步骤2-12：非授权网元拒绝注册，上报故障给nfvm随后执行步骤2-3；

步骤2-13：验证通过后网元上报自身信息，包括nf实例id、nf实例类型、nffqdn和ip地址、nf容量、nsiid等信息发送给nrf；

步骤2-14：nrf收到步骤2-13中的信息后更新网元信息列表，随后循环执行步骤2-1；

此实施例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揭露的技术范围内，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的保护范围为准。