一种基于可编程交换芯片的UPF实现方法及系统、装置与流程

本发明涉及通信，尤其涉及一种基于可编程交换芯片的upf实现方法及系统、存储介质。

背景技术：

1、随着5g网络的发展和6g网络的研究，6g多维立体全场景的应用产生海量数据对upf用户面产生的数据流量压力将会大大增加，用户面超大容量和超低时延的需求日益凸显，目前依靠服务器cpu的软转发最高转发能力只能达到200多g，无法满足未来超大带宽的需求，而分布式计算又需要大量的服务器，成本问题凸显。

2、传统的分布式计算无法满足6g网络下的超大带宽和超低时延需求。分布式计算会带来成本问题，因此探索新的高性能的负载动态平衡是解决大数据网络拥塞的方法。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种基于可编程交换芯片的upf实现方法及系统、装置，解决未来网络超大带宽和超低时延的转发需求，实现超大带宽和超低时延的转发能力。

2、为解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，本方法包括以下步骤：

3、报文转发控制模块根据报文控制协议处理报文，生成适配的用户面转发规则；

4、报文转发执行模块根据所述用户面转发规则进行报文处理。

5、在一些实施方式中，所述报文转发控制模块根据报文控制协议处理、适配生成用户面转发规则，包括：

6、报文转发控制模块与所述会话管理模块建立偶联链路；

7、报文转发控制模块接收、解析所述会话管理模块的会话建立消息，获取、保存建立会话规则信息；

8、根据会话规则信息与会话信息生成用户面转发规则；所述用户面转发规则包括隧道规则与报文处理规则；

9、根据所述用户面转发规则通过转发规则配置接口下发至报文转发执行模块，处理报文转发执行模块的报文应答消息。

10、在一些实施方式中，报文转发执行模块根据所述用户面转发规则进行报文处理，包括：

11、在报文上行方向，接受报文转发控制模块的用户面转发规则，对所述用户面转发规则进行解封装，解析gtp隧道内容，根据所述内容进行gtpu隧道匹配，得到目的信息；

12、根据所述目的信息以及路由规则确定路由信息；

13、将用户面转发规则转化成acl规则，根据匹配元数据情况报文上送用户面转发控制模块的情况，进行acl规则与组规则绑定，建立统计id；

14、根据控制面下发的规则，设置策略规则。

15、在一些实施方式中，报文转发执行模块根据所述用户面转发规则进行报文处理，还包括：

16、在报文下行方向，接收所述报文转发控制模块下发的规则，根据acl规则进行下行acl规则库的创建与管理，返回确定统计id；

17、对会话下行数据进行策略规则的控制配置；

18、根据封装协议规则进行下行报文封装配置；

19、根据下行目的地址进行路由规则的配置。

20、在一些实施方式中，所述报文转发控制模块根据报文控制协议处理报文，包括：

21、在上行方向，接收由n3发送的报文请求消息，进行gtpu隧道匹配，提取五元组键值信息和ufd信息，进行报文头和扩展字段的解封装，获取会话的teid；

22、根据提取的五元组和报文键值类型进行规则id查询，若该报文为首包，上报目的ip信息，并根据该目的ip进行路由查询，保存该上行报文的路由信息；

23、进行acl规则匹配，得到acl匹配结果；所述acl匹配结果包括确定报文是否外发和报文的发送路径；

24、根据acl匹配结果，结合策略规则，进行限速或者其他qos处理，执行策略后，发送或者丢弃报文。

25、在一些实施方式中，所述报文转发控制模块根据报文控制协议处理报文，包括：

26、在下行方向，接收所述报文，查找acl规则库进行报文匹配；

27、根据报文匹配的策略规则进行策略执行；

28、进行转发报文协议的封装，根据报文控制协议进行隧道封装；

29、根据封装的报文头，进行路由查询，发送报文。

30、在一些实施方式中，所述报文转发控制模块部署于交换机或者服务器中。

31、在一些实施方式中，所述报文转发执行模块或者所述报文转发控制模块通过网络socket接口进行转发规则，用udp消息进行通讯；

32、报文请求消息包括以下的至少一项或多项：具体规则信息、请求消息序列号、规则消息类型、校验码；

33、报文应答消息包括以下的至少一项或多项：请求消息序列号、校验码、规则消息类型、请求消息类型、应答消息类型。

34、第二方面，公开了一种基于可编程交换芯片的upf实现系统，包括：

35、报文转发控制模块用于根据报文控制协议处理报文，生成适配的用户面转发规则；

36、报文转发执行模块用于根据所述用户面转发规则进行报文处理。

37、第三方面，公开了一种装置，所述装置包括：

38、存储有可执行程序代码的存储器；

39、与所述存储器耦合的处理器；

40、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如上任一项所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

42、本申请提供了一种基于可编程交换芯片的upf实现方法、系统及装置，利用转发芯片自身的能力，解决未来网络超大带宽和超低时延的转发需求。通过报文转发控制模块与报文转发执行模块分离的架构，可以释放更多的cpu算力用于控制、统计、预测等智能化工作，同时，报文转发执行模块采用协议无关可编程交换芯片设计，突破了传统用户面功能协议固化的限制，由可编程asic芯片进行报文转发，在大幅提升用户面转发能力，降低转发时延的同时，还可根据业务流量需求，自定义用户面报文格式，实现未来网络的按需服务特性。

技术特征：

1.一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，所述报文转发控制模块根据报文控制协议处理、适配生成用户面转发规则，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，报文转发执行模块根据所述用户面转发规则进行报文处理，包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，报文转发执行模块根据所述用户面转发规则进行报文处理，还包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，所述报文转发控制模块根据报文控制协议处理报文，包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，所述报文转发控制模块根据报文控制协议处理报文，包括：

7.根据权利要求1-4任一所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，所述报文转发控制模块部署于交换机或者服务器中。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法，其特征在于，所述报文转发执行模块或者所述报文转发控制模块通过网络socket接口进行转发规则，用udp消息进行通讯；

9.一种用户面仿真网络系统，其特征在于，包括：

10.一种装置，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～8任一所述的一种基于可编程交换芯片的upf实现方法。

技术总结
本发明公开一种基于可编程交换芯片的UPF实现方法，本方法包括以下步骤：报文转发控制模块根据报文控制协议处理报文，生成适配的用户面转发规则；报文转发执行模块根据所述用户面转发规则进行报文处理。本申请解决未来网络超大带宽和超低时延的转发需求，实现超大带宽和超低时延的转发能力。

技术研发人员：段雪飞,朱伏生,邵佳,闵丛丛
受保护的技术使用者：广东省新一代通信与网络创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29