会话建立方法、通信系统、电子设备和存储介质与流程

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种会话建立方法、通信系统、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.随着第五代移动通信技术（5th generation mobile communication technology，简称5g）的不断发展，5g通信系统已经应用到各个领域。比如对于用户使用的终端设备上安装的各种应用程序（application，简称app），利用5g通信系统能够为用户提供更快、更好的使用体验。又比如由车辆、路测设备和5g通信系统可以构成车联网，借助车联网能够为驾驶者提供更好的自动驾驶体验。又比如5g通信系统也可以应用到工业领域中。
3.核心网是整个5g通信系统中最核心的部分，其中存在频繁的信令交互。并且核心网的高可用性往往是以增加功能网元之间信令处理流程的复杂度为代价实现的，因此，在保证核心网可用性的同时，如何降低信令处理流程的复杂度就成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种会话建立方法、通信系统、电子设备和存储介质，用以保证核心网可用性的同时，降低信令处理的复杂度。
5.第一方面，本发明实施例提供一种会话建立方法，应用于核心网中会话管理功能网元对应的目标网元实例，包括：在所述核心网中的用户面功能网元对应的网元实例中，确定存在主备关系的第一网元实例和第二网元实例；建立终端设备与所述第一网元实例之间的会话连接，以使所述第一网元实例根据在建立所述会话连接时获取的转发规则转发所述终端设备发送的数据包；建立所述终端设备与所述第二网元实例之间的会话连接，以使所述第二网元实例在所述第一网元实例发生故障时，根据所述转发规则转发所述数据包。
6.第二方面，本发明实施例提供一种通信系统，包括：核心网中用户面功能网元对应的第一网元实例和第二网元实例以及会话管理功能网元对应的第三网元实例；所述第三网元实例，用于确定存在主备关系的所述第一网元实例和所述第二网元实例；分别建立终端设备与所述第一网元实例和所述第二网元实例之间的会话连接；所述第一网元实例，用于根据在建立所述会话连接时获取的转发规则，转发所述终端设备产生的数据包；所述第二网元实例，用于在所述第一网元实例发生故障时，根据所述转发规则转发所述数据包。
7.第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实
也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
15.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
16.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于识别”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果识别（陈述的条件或事件）”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当识别（陈述的条件或事件）时”或“响应于识别（陈述的条件或事件）”。
17.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
18.下面结合附图对本发明的一些实施方式作详细说明。在各实施例之间不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。
19.为了便于方案理解，可以先从整个通信系统的角度进行描述。则图1为本发明实施例提供的一种通信系统的结构示意图。如图1所示，该通信系统可以包括：核心网中的用户面功能（user plane function，简称upf）网元对应的第一网元实例和第二网元实例以及会话管理功能（session management function，简称smf）网元对应的第三网元实例。
20.当然，除了上述的smf网元和upf网元，核心网还可以包括以下功能网元：网络切片选择功能（network slice selection function ，简称nssf)网元、网络暴露功能（network exposure function，简称nef）网元、网络存储库功能（network repository function，简称nrf）网元、策略控制功能(policy control function ，简称pcf)网元、统一数据管理（unified data management，简称udm）网元、鉴权服务功能（authentication server function，简称ausf）网元、接入和移动性管理功能（access and mobility management function，简称amf）网元、以及移动性管理功能（mobility management function，简称mmf）网元。上述网元以及smf网元均为控制面功能网元。可选地，核心网的网络架构可以如图2所示。
21.其中，核心网中的每个功能网元可以包括多个网元实例，也就是说每个功能网元都可以认为是由多个网元实例构成的网元实例集群，则smf功能网元对应的第三网元实例可以称为smf网元实例，其可以是smf网元对应的多个网元实例中的任一网元实例。upf网元对应的第一网元实例可以称为主upf网元实例，其可以是upf网元对应多个网元实例中的任一网元实例；pf网元对应的第二网元实例可以称为备upf网元实例，其可以是upf网元对应的剩余网元实例中的至少一个网元实例。
22.基于上述描述，通信系统的工作过程可以为：smf网元实例可以先确定upf网元对应的各网元实例之间的主备关系，即确定upf网元对应的各网元实例之间的主upf网元实例，以及该主upf网元实例对应的备upf网元实
例。
23.可选地，在通信系统中的smf网元实例和upf网元实例启动后，smf网元实例可以向此upf网元对应的各网元实例发送建联信令。网元实例接收此建联信令后，可以将自身的属性信息以及主备标识反馈给smf网元实例，以使smf网元实例确定存在主备关系的upf网元实例。并且smf网元实例还可以存储此主备关系。
24.其中，前述的属性信息可以包括网元实例的域名、接口网络地址，即upf网元实例使用的n3接口的ip地址，以及此网元实例对应的终端设备的网络地址池，即ue的ip地址池。网元实例的域名可以作为网元实例的身份标识，用以唯一标识此网元实例。可选地，网元实例的域名可以由通信系统中部署的容器编排工具预先分配，用以唯一标识网元实例。容器编排工具可以是kubernetes，简称k8s或者docker swarm等等。网元实例的主备关系标识可以反映该网元实例是主网元实例还是备网元实例。当此网元实例为备网元实例时，主备关系标识还可以反映其所归属的主网元实例。其中，在upf网元对应的多个网元实例中，网元实例之间的主备关系可以根据需求任意设置。
25.之后，smf网元实例可以分别与主upf网元实例和备upf网元实例进行信令交互，以建立终端设备与主upf网元实例之间的会话连接，以及终端设备与备upf网元实例之间的会话连接。并且主upf网元实例和备upf网元实例也可以存储上述的主备关系。
26.由于终端设备与主upf网元实例和备upf网元实例之间的会话连接的建立过程均相同，因此，可选地，可以以建立终端设备与主upf网元实例之间的会话连接过程为例说明： smf网元实例可以发送包含转发规则的会话连接建立信令至主upf网元实例，主upf网元实例响应于此会话连接建立信令后，发送反馈信令至smf网元实例，从而完成会话连接的建立。可选地，会话连接建立信令和反馈信令都可以是基于报文转发控制协议(packet forwarding control protocol，简称pfcf)的消息。在建立会话连接的同时，smf网元实例还可以根据在确定主备关系时获取到的主upf网元实例和备upf网元实例各自对应的终端设备的ip地址池，为终端设备分配网络地址。其中，主upf网元实例和备upf网元实例通常对应于相同的ip地址池。
27.基于建立起的会话连接，终端设备可以按照smf网元实例分配的网络地址发送数据包。主upf网元实例在可以接收此数据包后，可以进一步按照在会话建立连接过程中获取到的转发规则，对终端设备发送的数据包进行处理，并最总将处理结果转发至服务器。其中，上述的转发规则实际上可以认为是数据处理规则，该规则具体可以是对数据包的封装规则，或者是去除数据包的包头等处理。当主upf网元实例发生故障时，则可以由备upf网元实例对终端设备产生的数据包进行处理和转发，也即是一upf网元实例的故障不影响数据包的正常转发，从而提高核心网的可用性。
28.并且在不同的使用场景中，终端设备发送的数据包可以包含不同的数据。比如在视频直播场景中，数据包可以是终端设备向服务器发送的视频数据获取请求，服务器可以响应于数据包的处理结果，向终端设备发送直播视频。又比如在自动驾驶场景中，数据包还可以是驾驶数据获取请求，服务器可以响应于数据包的处理结果，向车辆发送驾驶数据。
29.在建立起会话连接后，主upf网元实例和备upf网元实例中还可以存储smf网元实例全量会话端点标识符（full qualified seid，简称f-seid），其中具体又可以包含会话端点标识符（session endpoint identifier，简称seid ）和此主upf网元实例的网络地址。数
据包能够按照此标识符发送至主upf网元实例或者被upf网元实例。smf网元实例中也可以存储主upf网元实例和备upf网元实例的f-seid。
30.本实施例中，核心网中smf网元对应的smf网元实例先在upf网元对应的网元实例中，确定存在主备关系的主upf网元实例和备upf网元实例。再分别建立主upf网元实例和终端设备之间的会话连接，以及备upf网元实例与终端设备之间会话连接。之后，主upf网元实例可以根据在建立会话连接时得到的转发规则转发终端设备发送的数据包。并且在主upf网元实例发生故障时，还可以由备upf网元实例继续进行数据包的转发。
31.根据上述描述可知，upf网元对应的多个网元实例都可以借助与终端设备之间的会话连接进行数据包转发。并且在一网元实例发生故障时，还可以由其他网元实例继续转发，从而提高核心网的可用性。同时由于会话连接建立的流程是核心网原有的处理流程，因此，使用上述方法时，保证核心网可用性的同时，也不会增大smf网元和upf网元各自的信令处理流程的复杂度，也不会增大核心网整体的信令处理流程的复杂度。
32.并且在上述实施例中，smf网元实例通过多次执行会话连接建立流程使主upf网元实例和备upf网元实例均得到数据包的转发规则，以使主upf网元实例和备upf网元实例都具有数据包的处理和转发能力。也即是smf网元实例可以利用核心网中原有的会话连接建立流程实现转发规则在upf网元对应的各网元实例之间的同步。
33.而另一种可选地的方式，可以先设置upf网元对应的一网元实例为主upf网元实例。在smf网元实例建立此主upf网元实例与终端设备之间的会话连接之后，主upf网元实例可以再利用自身与备upf网元实例之间的信令传输通道和信令处理流程，将数据包的转发规则同步至备upf网元实例，以使备upf网元实例也具有数据包的转发能力。也即是主upf网元实例可以利用自身与备upf网元实例之间的处理流程和数据传输通道实现转发规则的同步。
34.但由于原本的核心网中并不存在主upf网元实例和备upf网元实例之间的信令传输通道和处理流程，因此，需要人为对核心网中信令的处理流程进行新增，从而增加整个核心网的信令处理流程的复杂度。并且转发规则的同步是由主upf网元实例实现的，因此还存在设置主upf网元实例的过程，同时也增大了主upf网元实例的信令处理流程的复杂度。
35.图3为本发明实施例提供的另一种通信系统的结构示意图。如图3所示，在图1所示通信系统的基础上，该通信系统还可以包括：容器编排工具和内存数据库。
36.在实际中，通信系统中的各网元实例也可能出现故障。对于主upf网元实例和备upf网元实例的运行状态的监测，一种可选地方式，主upf网元实例和备upf网元实例可以借助预设协议，比如双向转发检测（bidirectional forwarding detection，简称bfd）协议，监测自身的运行状态，也即是是否出现故障。监测到的运行状态还可以及时通知至通信网络中的交换机。
37.若主upf网元实例和备upf网元实例都正常工作，则在终端设备在按照smf网元分配的ip地址发送数据包至交换机后，若终端设备的ip地址包含于主upf网元实例对应的ip地址池中，则交换机可以按照主upf网元实例的n3接口的ip地址将此数据包发送至主upf网元实例，以由其进行数据包的转发。若主upf网元实例发生故障，则交换机可以按照备upf网元实例的n3接口的ip地址将数据包发送至备upf网元实例。可见，通过主、备upf网元实例的设置，任一upf网元实例的故障都不会影响数据包的正常转发。
38.另一种可选地方式，smf网元实例也可以通过心跳检测的方式监测主upf网元实例和备upf网元实例的运行状态。当监测到主upf网元实例和/或备upf网元实例发生故障并成功重启后，smf网元实例还可以再次建立重启的upf网元实例与终端设备之间的会话连接。
39.可选地，通信系统中的容器编排工具可以实时监测核心网中各网元实例的运行状态，并及时控制发生故障网元重启。在上述情况下，容器编排工具可以及时控制主upf网元实例和/或备upf网元实例重启，以进一步使smf网元实例及时再次建立其于终端设备之间的会话连接。
40.可选地，当终端设备和任一upf网元实例建立起会话连接后，smf网元实例还可以将转发规则写入通信系统中部署的内存数据库中。可选地，内存数据库可以是redis数据库、memcached数据库等等。
41.一种情况，smf网元已经建立好终端设备与主upf网元实例之间的会话连接，之后，smf网元实例发生故障并重启。此时，smf网元实例可以先确定upf网元对应的各网元实例之间的主备关系。具体过程可以参见图1所示实施例中的相关描述。之后再从内存数据库中读取之前写入的转发规则，并将包含此转发规则的会话连接建立信令发送至备upf网元实例，以建立终端设备和备upf网元实例之间的会话连接。由于内存数据库位于内存中，因此，使用内存数据库能够保证网元实例从数据库中读取转发规则的速度。
42.并且在上述情况下，由于主upf网元实例已经获取到转发规则，因此，在smf网元实例发生故障期间，并不影响主upf网元实例对数据包的正常转发，也即是提高了核心网的可用性。
43.可选地，smf网元实例的运行状态可以由主upf网元实例和备upf网元实例可以通过心跳检测的方式监测。可选地，通信系统中的容器编排工具也可以实时监测核心网中各网元实例的运行状态，并及时控制发生故障的smf网元实例重启。
44.本实施例中，对于通信系统中设置的主、备upf网元实例，其可以借助bfd协议监测自身的运行状态，并将运行状态及时通知到交换机，以使交换机不会将数据包发送至故障的upf网元实例上，从而保证数据包转发的成功率，提高核心网的可用性。并且借助内存数据库的使用，当smf网元发生故障时可以直接从中读取转发规则，无需人为重新配置，从而在smf网元故障恢复后能够快速建立终端设备与其他upf网元实例之间的会话连接，从而减少smf网元故障对数据包转发产生的影响。同时，利用通信系统中的容器编排工具可以及时拉起发生故障的网元实例，以最大限度上减少由于网元实例故障而导致数据包转发失败的情况，从而提高核心网的可用性。
45.图4为本发明实施例提供的一种会话建立方法的流程示意图，本发明实施例提供的该会话建立方法可以由通信系统包含的核心网中的smf网元中的目标网元实例执行。如图4所示，该方法包括如下步骤：s101，在核心网中的用户面功能网元对应的网元实例中，确定存在主备关系的第一网元实例和第二网元实例。
46.s102，建立终端设备与第一网元实例之间的会话连接，以使第一网元实例根据在建立会话连接时获取的转发规则转发终端设备发送的数据包。
47.s103，建立终端设备与第二网元实例之间的会话连接，以使第二网元实例在第一网元实例发生故障时，根据转发规则转发数据包。
48.在本实施例中继续承接上述各实施例中的名称，将第一网元实例称为主upf网元实例，将第二网元实例称为备upf网元实例，将目标网元实例称为smf网元实例。
49.smf网元实例可以先在核心网包含的upf网元对应的各网元实例中，确定存在主备关系的网元实例，即确定主upf网元实例和备upf网元实例。具体确定过程可以参见图1所示实施例中的相关描述，在此不再赘述。
50.之后，smf网元实例可以分别建立终端设备与主upf网元实例之间的会话连接，以及终端设备与备upf网元实例之间的会话连接。则同样以以建立终端设备与主upf网元实例之间的会话连接过程为例说明，可选地，smf网元实例发送包含转发规则的会话连接建立信令至主upf网元实例，主upf网元实例响应于此会话连接建立信令后，发送反馈信令至smf网元实例，从而完成会话连接的建立。并且在建立会话连接的同时，smf网元实例还可以向终端设备分配网络地址。
51.基于上述建立起的会话连接，终端设备可以按照smf网元实例分配的网络地址发送数据包。主upf网元实例在可以接收此数据包后，可以进一步对此数据包进行处理，并将处理结果转发至服务器。并且当主upf网元实例发生故障时，则可以由备upf网元实例处理并转发终端设备产生的数据包，也即是一upf网元实例的故障不影响数据包的正常转发，从而提高核心网的可用性。
52.另外，本实施例中未详细描述的内容以及所能实现的技术效果可以参见如图1所示实施例中的相关描述，在此不再赘述。
53.本实施例中，核心网中smf网元对应的smf网元实例先确定存在主备关系的、upf网元对应的主upf网元实例和备upf网元实例。再分别建立主upf网元实例和终端设备之间的会话连接，以及备upf网元实例与终端设备之间会话连接。之后，主upf网元实例可以根据在建立会话时得到的转发规则转发终端设备发送的数据包。并且在主upf网元实例发生故障时，还可以由备upf网元实例继续进行数据包的转发。
54.根据上述描述可知，upf网元对应的多个网元实例都可以借助与终端设备之间的会话连接进行数据包的转发，并且在一网元实例发生故障时，还可以由其他网元实例继续转发，从而提高核心网的可用性。同时由于会话连接的建立流程是核心网原有的处理流程，因此，使用上述方法时，保证核心网可用性的同时，也不会增大smf网元和upf网元各自的信令处理流程的复杂度，也就不会增大整个核心网信令处理流程的复杂度。
55.可选地，当终端设备和主upf网元实例建立起会话连接后，smf网元实例还可以将转发规则写入通信系统中部署的内存数据库中。并且在smf网元实例可以先后建立终端设备与主upf网元实例、备upf网元实例之间的会话连接的过程中，可以出现一种情况，smf网元在建立终端设备与主upf网元实例之间的会话连接之后发生故障。其中，主upf网元实例和/或备upf网元实例可以利用心跳监测的方式监测smf网元实例的运行状态。
56.在此种情况下，可选地，可以由通信系统中部署的容器编排工具控制smf网元重启。当smf网元实例重启后，smf网元还可以重新确定upf网元对应的各网元实例之间的主备关系。之后再从内存数据库中读取之前写入的转发规则，并将包含此转发规则的会话连接建立信令发送至备upf网元实例，以建立起终端设备和备upf网元实例之间的会话连接。其中，通信系统中的容器编排工具也可以监测smf网元实例的运行状态，并根据自己监测到的运行状态控制smf网元实例重启。
57.上述实施例中，借助内存数据库，当smf网元发生故障时可以直接从中读取转发规则，无需人为重新配置，从而在smf网元故障恢复后能够快速建立终端设备与其他upf网元实例之间的会话连接，从而减少smf网元故障对数据包转发产生的影响。并且在上述情况下，由于主upf网元实例已经获取到转发规则，因此，在smf网元实例发生故障期间，并不影响主upf网元实例对数据包的正常转发，也即是提高了核心网的可用性。
58.除了上述的smf网元实例，对于核心网中的其他功能网元对应的网元实例也有可能发生故障。则可选地， smf网元实例也可以通过心跳检测的方式监测主upf网元实例和备upf网元实例的运行状态。当监测到主upf网元实例和/或备upf网元实例发生故障并成功重启后，smf网元实例还可以再次建立重启的upf网元实例与终端设备之间的会话连接。具体地会话建立过程可以参加上述各实施例中的相关描述。可选地，通信系统中的容器编排工具也可以监测主upf网元实例和/或备upf网元实例的运行状态，并根据自己监测到的运行状态控制其重启。
59.上述实施例中，通信系统中的容器编排工具可以及时拉起发生故障的网元实例，以最大限度上减少由于网元实例故障而导致数据包转发失败的情况，从而提高核心网的可用性。
60.为了便于理解，以直播场景为例对以上各实施例提供的会话建立方法、通信系统的具体实现过程进行示例性说明。
61.在通信系统中的smf网元实例和upf网元实例启动后，smf网元实例便可以向upf网元实例发送建联信令，以使smf网元实例确定存在主备关系的upf网元实例，即确定主upf网元实例和备upf网元实例。接着，smf网元实例还可以分别建立终端设备与主upf网元实例之间的会话连接，以及与备upf网元实例之间的会话连接。具体的会话连接建立过程，以及该过程中，smf网元实例和upf网元实例出现故障时的处理方式也都可以参见上述各实施例中的相关描述，在此不再赘述。
62.当网元实例出现故障时，通过容器编排实工具控制其重启可以最大限度上减少出现由于某一网元实例故障而导致数据包转发失败的情况，从而提高核心网的可用性。同时，当smf网元实例出现故障时，使用内存数据库能够最大程度上减小出现此故障对数据包转发产生的影响。
63.进一步地，基于建立起的会话连接，终端设备可以响应于用户触发的直播间1的进入操作，发送数据包形式的数据获取请求。该请求可以依次被传输至基站和交换机，并由交换机将数据包发送至核心网中的主upf网元实例。此主upf网元实例对数据包进行处理并转发至服务器。服务器在接收到此数据包后便可以向终端设备反馈直播间1的直播视频。
64.可选地，由于主、备upf网元实例的设置，当主upf网元实例发生故障时，数据包形式的数据获取请求可以被交换机发送至备upf网元实例上，并由此备upf网元实例进行数据包的转发，从而upf网元实例的故障不影响数据包的正常转发。上述过程也可以结合图5理解。
65.上述各实施例提供的会话建立方法、通信系统还可以应用到自动驾驶场景中。可以由车辆、通信系统、路测设备和服务器构成的车联网。当smf网元实例建立起车辆与upf网元实例之间的会话连接后，已经开启自动驾驶模式的车辆可以向主upf网元实例发送数据包形式的驾驶数据获取请求，再由此主upf网元实例转发此数据包至服务器。服务器在接收
到此数据包后，可以将驾驶数据反馈给车辆，从而实现自动驾驶。
66.其中，建立车辆与upf网元实例之间会话连接的过程、数据包发送的过程、以及建立会话过程中，smf网元实例和upf网元实例出现故障时的处理方式也都可以参见上述各实施例中的相关描述，在此不再赘述。上述内容也可以结合图6理解。
67.在一个可能的设计中，上述的会话建立方法具体可以借助一种电子设备实现。如图7所示，该电子设备可以包括：处理器21和存储器22。其中，所述存储器22用于存储支持该电子设备执行上述图4所示实施例中提供的会话建立方法的程序，所述处理器21被配置为用于执行所述存储器22中存储的程序。
68.所述程序包括一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器21执行时能够实现如下步骤：在所述核心网中的用户面功能网元对应的网元实例中，确定存在主备关系的第一网元实例和第二网元实例；建立终端设备与所述第一网元实例之间的会话连接，以使所述第一网元实例根据在建立所述会话连接时获取的转发规则转发所述终端设备发送的数据包；建立所述终端设备与所述第二网元实例之间的会话连接，以使所述第二网元实例在所述第一网元实例发生故障时，根据所述转发规则转发所述数据包。
69.可选地，所述处理器21还用于执行前述图4所示实施例中的全部或部分步骤。
70.其中，所述电子设备的结构中还可以包括通信接口23，用于该电子设备与其他设备或通信网络通信。
71.另外，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存上述电子设备所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述图4所示方法实施例中会话建立方法所涉及的程序。
72.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。