5G核心网网元健康状况的监测方法、系统以及网元与流程

5g核心网网元健康状况的监测方法、系统以及网元
技术领域
1.本发明属于5g通信技术领域，尤其涉及一种5g核心网网元健康状况的监测方法、系统以及网元。


背景技术：

2.移动通信技术从第一代发展到第五代，速度更快，时延更低。在5g复杂的网络中，核心网采用服务化架构(sba，service based architecture)，参考信息技术(it，information technology)领域的“微服务”概念，把以前具有多个功能的物理实体拆分为多个具有独自功能的逻辑网元功能(nf，network function)，每个个体实现各自的服务功能。5g核心网网元主要包括：
3.(1)amf(access and mobility management function，接入和移动性管理功能)网元功能包括：连接管理、可达性管理、流动性管理、接入授权等。
4.(2)smf(session management function，会话管理功能)网元功能包括：会话管理，例如会话建立，修改和释放，包括upf和an节点之间的通道维护等。
5.(3)upf(user plane function，用户平面功能)网元功能包括：外部pdu与数据网络互连的会话点、分组路由和转发(例如，支持上行链路分类器以将业务流路由到数据网络的实例)等。
6.(4)pcf(policy control function，策略控制功能)网元功能包括：支持统一策略框架、提供策略规则、访问与统一数据存储库中的策略决策相关的订阅信息。
7.(5)nef(network exposure function，网络开放功能)网元功能包括：nef使用到udr(统一数据存储库)的标准化接口(nudr)将信息存储/检索为结构化数据。
8.(6)nrf(network repository function，网络存储库功能)网元功能包括：维护可用网元实例及其支持服务的网元配置文件。nrf通过分析各个网元发送的心跳信息包，给出处理结果，例如保留网元、删除网元、发出告警等。
9.(7)udm(unified data management，统一数据管理)网元功能包括：生成3gpp密钥鉴权信息、用户识别处理、网元注册管理、合法的拦截功能、订阅管理、管理和存储签约数据、鉴权数据等。
10.(8)ausf(authentication server function，鉴权服务功能)网元功能包括：终端鉴权、提供关键材料、保护控制信息列表等。
11.(9)nssf(network slice selection function，网络切片选择功能)网元功能包括：选择服务于ue的网络切片、确定要用于服务ue的amf集、根据配置确定候选amf的列表等。
12.通过模块化实现网元间的解耦和整合，解耦后的网元可独立扩容、独立演进、按需部署。因此，5g核心网中众多的nf需要统一的管理和维护。


技术实现要素：

13.3gpp规范r15中虽然规定了网络存储库功能网元nrf负责管理各个网元，但3gpp没有给出nrf是如何对核心网网元进行监测，特别是没有给出如何对各个网元的健康状态进行监测。
14.5g服务化架构将传统的硬件与软件捆绑形成的逻辑网元向网元虚拟化nfv(network function virtualization)转型。网元数量增多，需要定期监测网元的健康状态，以便针对网元异常及时发现、警告和预测，确保5g网络的高速运行。5g核心网中的nrf网元承担起核心网中amf(接入和移动管理功能)、smf(会话管理功能)、nef(网络开放功能)等网元的管理功能。amf、smf、nef等网元定期向nrf上报心跳信息包，表明本网元的生存情况。但在心跳信息包中仅仅包含心跳序号等信息。此外，nrf通过订阅的方式查询各个网元的健康状态信息，但是nrf并不一定能及时获取到这些健康状态信息。这些都使得nrf难以对诸多网元进行有效、可靠的管理。
15.本发明是鉴于以上问题而提出的，目的在于提供一种5g核心网网元健康状况的监测方法，以更加高效地对各个网元健康状况进行监测，在尽可能低地影响网元性能以及尽量低地降低数据流量的前提下监测各个网元的健康状况。
16.在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的一些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图用来确定本发明的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本发明的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。
17.根据本发明的一个方面，提供了一种5g核心网网元健康状况的监测方法，所述5g核心网网元包括网络存储库功能网元和不同于所述网络存储库功能网元的至少一个其它网元，所述网络存储库功能网元包括网元监控组件，所述至少一个其它网元包括网元上报组件，所述监测方法包括：所述网元监控组件接收由所述至少一个其它网元的所述网元上报组件以心跳间隔定期发送的健康信息；所述网元监控组件根据接收到的健康信息和/或所述网元上报组件的心跳间隔判断所述至少一个其它网元是否异常，在判断为所述至少一个其它网元异常的情况下，所述网元监控组件针对所述至少一个其它网元发送所述网元上报组件的组件配置信息，所述组件配置信息用于由所述网元上报组件根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报给所述网元监控组件的所述健康信息的内容项和/或所述网元上报组件的心跳间隔；所述网元监控组件接收所述网元上报组件根据所述组件配置信息被变更配置后发送的健康信息；所述网元监控组件根据变更配置后的健康信息和/或所述心跳间隔判断所述至少一个其它网元是否异常，在判断为所述至少一个其它网元异常的情况下，所述网络存储库功能网元将所述至少一个其它网元发生异常上报给5g核心网网络管理网元，记录健康信息并更新健康日志，在判断为所述至少一个其它网元正常的情况下，所述网元监控组件继续接收由所述网元上报组件定期发送的健康信息。
18.根据本发明的另一方面，提供了一种网络存储库功能网元，包括：一个或多个处理器；以及存储器，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行根据上述的监测方法。
19.根据本发明的一个方面，提供了一种5g核心网网元健康状况的监测方法，所述5g核心网网元包括网络存储库功能网元和不同于所述网络存储库功能网元的至少一个其它
网元，所述网络存储库功能网元包括网元监控组件，所述至少一个其它网元包括网元上报组件，所述监测方法包括：所述网元上报组件接收由所述网元监控组件下发的组件配置信息，所述组件配置信息用于由所述网元上报组件根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报的健康信息的内容项和/或所述网元上报组件的心跳间隔，所述健康信息包括一个以上的内容项；所述网元上报组件根据所述组件配置信息生成所述至少一个其它网元的健康信息；所述网元上报组件以组件配置信息中的心跳间隔定期向所述网元监控组件发送所述健康信息；所述网元上报组件判断是否接收到所述网元监控组件下发的新的组件配置信息，在接收到新的组件配置信息的情况下根据接收到的新的组件配置信息对自身进行配置；以及所述网元上报组件以新的组件配置信息来生成新的网元健康信息并定期发送给所述网元监控组件。
20.根据本发明的一个方面，提供了一种用于5g核心网的网元，包括：一个或多个处理器；以及存储器，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行根据上述的监测方法。
21.根据本发明的一个方面，提供了一种5g核心网网元健康状况的监测系统，其中，所述5g核心网网元包括网络存储库功能网元和不同于网络存储库功能网元的至少一个其它网元，所述网络存储库功能网元包括网元监控组件，所述至少一个其它网元包括网元上报组件，所述网元监控组件与所述网元上报组件经由5g网络可通信地连接，所述网元监控组件被配置成接收由所述至少一个其它网元的所述网元上报组件以心跳间隔定期发送的健康信息，根据接收到的健康信息和/或所述网元上报组件的心跳间隔判断所述至少一个其它网元是否异常，在判断为所述至少一个其它网元异常的情况下针对所述至少一个其它网元发送所述网元上报组件的组件配置信息，所述组件配置信息用于由所述网元上报组件根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报的健康信息的内容项和/或所述网元上报组件的心跳间隔，所述健康信息包括一个以上的内容项，所述网元监控组件还被配置成接收由所述网元上报组件根据所述组件配置信息被变更配置后发送的健康信息，根据变更配置后的健康信息和/或所述心跳间隔判断所述至少一个其它网元是否异常，在判断为所述至少一个其它网元异常的情况下上报所述至少一个其它网元异常，记录健康信息并更新健康日志，在判断为所述至少一个其它网元正常的情况下继续接收由所述网元上报组件定期发送的健康信息，所述网元上报组件以心跳间隔定期向所述网元监控组件发送所述至少一个其它网元的健康信息，并且接收所述网元监控组件下发的组件配置信息，根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报给所述网元监控组件的健康信息的内容项和/或所述网元上报组件的心跳间隔。
22.根据本发明的一个或多个实施例，能够更加高效地对各个网元健康信息进行监测，在尽可能低地影响网元性能以及尽量低地降低数据流量的前提下监测各个网元的健康状况。
附图说明
23.构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更清楚地理解本发明，其中：
24.图1是示出了根据本发明一个实施例的sip语音业务的鉴权系统的框图。
25.图2是示出根据本发明的实施例的网元监控组件的流程图。
26.图3是示出了根据本发明的另一实施例的网元监控组件的流程图。
27.图4是示出了根据本发明的一个实施例的网元上报组件的流程图。
具体实施方式
28.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
29.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
30.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.图1是示出了根据本发明一个实施例的监测系统1的框图。
33.监测系统1是用于针对5g核心网网元进行健康监测的系统。监测系统1包括网络存储库功能网元nrf 11和不同于网络存储库功能网元nrf 11的至少一个其它网元。在图1所示的实施例中，至少一个其它网元例示了接入和移动性管理功能网元amf 12、会话管理功能网元smf 13、用户平面功能网元upf 14、网络开放功能网元nef15、策略控制功能网元pcf16。这些网元均是例示，其可以是任意5g核心网网元。
34.网络存储库功能网元nrf 11被配置成包括网元监控组件20。接入和移动性管理功能网元amf 12、会话管理功能网元smf 13、用户平面功能网元upf 14、网络开放功能网元nef15、策略控制功能网元pcf16分别被配置成包括网元上报组件30。网元监控组件20经由5g网络与各网元的网元上报组件30可通信地连接。
35.以下，关于至少一个其它网元，以接入和移动性管理功能网元amf 12为例进行说明，但应当理解，以下说明也可以适用于其它网元。
36.网元监控组件20被配置成接收由各个网元的网元上报组件30以心跳间隔定期发送的健康信息，并且根据接收到的健康信息和/或网元上报组件30的心跳间隔判断该网元是否异常。在本实施例中，网元监控组件20接收由接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30以心跳间隔定期发送的健康信息，并且根据接收到的健康信息和/或网元上报组件30的心跳间隔判断该网元是否异常。健康信息是反映网元健康状况的信息数据。在一个实施例中，健康信息包括1个以上的内容项，该内容项包括各个网元的cpu温度、cpu的使用率、物理内存使用率、硬盘读写数据流量、网络进出流量等中的至少一个。在一个实施例中，在接收到的健康信息的内容项中的一个或几个项目超过了各自规定的阈值的情况下网元监控组件20判定为该网元发生了异常。在另一个实施例中，在接收到的心跳间隔不在规定的范围内的情况下网元监控组件20判定为该网元发生了异常。
37.在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12发生了异常的情况下，网元监控组件20针对接入和移动性管理功能网元amf 12发送网元上报组件30的组件配置信息，接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30在接收到该组件配置信息后会根据其对自身进行配置以变更上报给网元监控组件20的健康信息的内容项和/或网元上报组件30的心跳间隔。在一个实施例中，在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12正常的情况下，网络存储库功能网元nrf 11记录网元健康信息，更新网元健康日志，继续接收各个网元的网元上报组件30以心跳间隔定期发送的健康信息。
38.网元监控组件20还被配置成接收网元上报组件30根据组件配置信息被变更配置后发送的健康信息，根据接收到的健康信息和/或所述心跳间隔判断接入和移动性管理功能网元amf 12是否异常，在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12异常的情况下上报接入和移动性管理功能网元amf 12异常，在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12正常的情况下，继续接收接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30定期发送的健康信息。
39.接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30以心跳间隔定期地向网元监控组件20发送接入和移动性管理功能网元amf 12的健康信息，并且接收网元监控组件20下发的组件配置信息，根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报的健康信息的内容项和/或接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30的心跳间隔。
40.在一个实施例中，在网络存储库功能网元nrf 11发现新网元接入到5g核心网时，可以由网元监控组件20向该网元的网元上报组件30发送组件配置信息。在另一个实施例中，在网络存储库功能网元nrf 11发现新网元接入到5g核心网时，也可以网元监控组件20不向该网元的网元上报组件30发送组件配置信息而由该网元的网元上报组件30以默认配置定期发送健康信息。
41.在一个实施例中，在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12异常时网元监控组件20针对接入和移动性管理功能网元amf 12发送的组件配置信息被配置成使得缩短接入和移动性管理功能网元amf 12上报健康信息的心跳间隔和/或增加接入和移动性管理功能网元amf 12发送的健康信息的内容项。通过缩短上报健康信息的心跳间隔，能够更加及时快速地监测接入和移动性管理功能网元amf 12的健康信息的各内容项及其变化趋势。通过增加健康信息的内容项，能够更加全面地监测接入和移动性管理功能网元amf 12的各个健康参数。
42.网络存储库功能网元nrf 11和网元监控组件20都可以通过硬件、固件、软件及其组合来实现。在一个实施例中，网络存储库功能网元nrf 11包括一个或多个处理器以及存储器，在存储器上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在由一个或多个处理器执行时使得一个或多个处理器实现网络存储库功能网元nrf 11的功能。
43.接入和移动性管理功能网元amf 12等网元和网元上报组件30都可以通过硬件、固件、软件及其组合来实现。在一个实施例中，接入和移动性管理功能网元amf 12包括一个或多个处理器以及存储器，其该存储器存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在由一个或多个处理器执行时使得一个或多个处理器实现接入和移动性管理功能网元amf 12的功能。
44.图2是示出根据本发明的实施例的网元监控组件的流程图。
45.如图2所示，在步骤s202中，网络存储库功能网元nrf 11的网元监控组件20接收由接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30以心跳间隔定期发送的健康信息。在一个实施例中，健康信息的内容项包括接入和移动性管理功能网元amf 12的cpu温度、cpu的使用率、物理内存使用率、硬盘读写数据流量、网络进出流量中的至少一个。
46.在步骤s204中，网元监控组件20根据接收到的健康信息和/或网元上报组件30的心跳间隔判断接入和移动性管理功能网元amf 12是否异常。在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12发生异常(即步骤s204中的“是”)的情况下，在步骤s206中网元监控组件20针对接入和移动性管理功能网元amf 12发送网元上报组件30的组件配置信息，组件配置信息用于由网元上报组件30根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报的健康信息的内容项和/或网元上报组件30的心跳间隔。在一个实施例中，在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12发生了异常时网元监控组件20针对接入和移动性管理功能网元amf 12发送的组件配置信息被配置成使得缩短接入和移动性管理功能网元amf 12上报健康信息的心跳间隔和/或增加接入和移动性管理功能网元amf 12发送的健康信息的内容项。通过缩短上报健康信息的心跳间隔，能够更加及时快速地监测接入和移动性管理功能网元amf 12的健康信息的各内容项及其变化趋势。通过增加健康信息的内容项，能够更加全面地监测接入和移动性管理功能网元amf 12的各个健康参数。
47.在一个实施例中，在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12正常(即步骤s204中的“否”)的情况下，在步骤s214中网元监控组件20记录网元健康信息，并且更新网元健康日志。之后返回步骤s202。
48.在步骤s206之后，在步骤s208中网元监控组件20接收网元上报组件30根据组件配置信息被变更配置后发送的健康信息。
49.接着，在步骤s210中网元监控组件20根据在步骤s208中接收到的健康信息和/或心跳间隔判断接入和移动性管理功能网元amf 12是否异常。在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12异常(步骤s210中的“是”)的情况下，网络存储库功能网元nrf 11将接入和移动性管理功能网元amf 12发生异常上报给5g核心网网络管理网元(步骤s212)，并且记录健康信息，更新健康日志(步骤s214)；在判断为接入和移动性管理功能网元amf 12正常(步骤s210中的“否”)的情况下，返回到步骤s202，网元监控组件20继续接收网元上报组件30定期发送的健康信息。此处，5g核心网网络管理网是整个5g核心网络的管理层，可以管理控制各个网元。在一个实施例中，5g核心网网络管理网元用于对各个网元进行基础维护，满足基础性的正常的维护需求。
50.图3是示出了根据本发明的另一实施例的网元监控组件的流程图。
51.在图3所示的实施例中，与图2相比在步骤s202之前追加了步骤s200。对于与图2相同或相似的部分，附加了相同或相似的附图标记，省略其说明。
52.在网络存储库功能网元nrf 11发现新网元接入到5g核心网时，由网元监控组件20在步骤s200中向该网元的网元上报组件30发送组件配置信息，进行该网元的网元上报组件30的初始配置。由此，在网元新接入5g网络时能够以统一的配置项网元监控组件20发送健康信息。在另一个实施例中，在网络存储库功能网元nrf 11发现新网元接入到5g核心网时，也可以网元监控组件20不向该网元的网元上报组件30发送组件配置信息而由该网元的网元上报组件30以默认配置定期发送的健康信息。
53.图4是示出了根据本发明的一个实施例的网元上报组件的流程图。
54.在步骤s400中，接入和移动性管理功能网元amf 12的网元上报组件30接收由网络存储库功能网元nrf 11的网元监控组件20下发的组件配置信息，此处组件配置信息用于由网元上报组件30根据接收到的组件配置信息对自身进行配置以变更上报给网元监控组件20的健康信息的内容项和/或网元上报组件30的心跳间隔。在一个实施例中，健康信息的内容项包括接入和移动性管理功能网元amf 12的cpu温度、cpu的使用率、物理内存使用率、硬盘读写数据流量、网络进出流量中的至少一个
55.接着，在步骤s402中网元上报组件30根据接收到的组件配置信息生成至少一个其它网元的健康信息。在一个实施例中，网元上报组件30根据组件配置信息中的内容项生成健康信息中的内容项并附加时间戳来生成新的网元健康信息。
56.接着，在步骤s404中网元上报组件30以组件配置信息中的心跳间隔定期向网元监控组件20发送健康信息。
57.接着，在步骤s406中网元上报组件30判断是否接收到网元监控组件20下发的新的组件配置信息。在网元上报组件30判断为接收到新的组件配置信息(即步骤s406中的“是”)的情况下根据接收到的新的组件配置信息对自身进行配置。在一个实施例中，在网元上报组件30判断为未接收到新的组件配置信息(即步骤s406中的“否”)的情况下，返回步骤s400，网元上报组件30继续接收由网络存储库功能网元nrf11的网元监控组件20下发的组件配置信息。
58.接着，在步骤s408中网元上报组件30以新的组件配置信息来生成新的网元健康信息，并在随后的步骤s410中将其定期发送给网元监控组件20。
59.根据本发明的实施例，对网络存储库功能网元的管理功能进行增强和拓展，将各个网元的心跳信息和健康信息进行结合，通过在5g核心网中的网络存储库功能网元以及其它网元中分别设置网元监控组件和网元上报组件，能够更加高效地对各个网元健康信息进行监测，在尽可能低地影响网元性能以及尽量低地降低数据流量的前提下监测各个网元的健康状况。
60.应当理解，本说明书中“实施例”或类似表达方式的引用是指结合该实施例所述的特定特征、结构、或特性系包括在本发明的至少一具体实施例中。因此，在本说明书中，“在本发明的实施例中”及类似表达方式的用语的出现未必指相同的实施例。
61.本领域技术人员应当知道，本发明被实施为一系统、装置、方法或作为计算机程序产品的计算机可读媒体(例如非瞬态存储介质)。因此，本发明可以实施为各种形式，例如完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、常驻软件、微程序代码等)，或者也可实施为软件与硬件的实施形式，在以下会被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明也可以任何有形的媒体形式实施为计算机程序产品，其具有计算机可使用程序代码存储于其上。
62.本发明的相关叙述参照根据本发明具体实施例的系统、装置、方法及计算机程序产品的流程图和/或框图来进行说明。可以理解每一个流程图和/或框图中的每一个块，以及流程图和/或框图中的块的任何组合，可以使用计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可供通用型计算机或特殊计算机的处理器或其它可编程数据处理装置所组成的机器来执行，而指令经由计算机或其它可编程数据处理装置处理以便实施流程图和/或框图中所说明的功能或操作。
63.在附图中显示根据本发明各种实施例的系统、装置、方法及计算机程序产品可实施的架构、功能及操作的流程图及框图。因此，流程图或框图中的每个块可表示一模块、区段、或部分的程序代码，其包括一个或多个可执行指令，以实施指定的逻辑功能。另外应当注意，在某些其它的实施例中，块所述的功能可以不按图中所示的顺序进行。举例来说，两个图示相连接的块事实上也可以同时执行，或根据所涉及的功能在某些情况下也可以按图标相反的顺序执行。此外还需注意，每个框图和/或流程图的块，以及框图和/或流程图中块的组合，可藉由基于专用硬件的系统来实施，或者藉由专用硬件与计算机指令的组合，来执行特定的功能或操作。
64.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。