用于在蜂窝网络中部署网内计算的设备和方法与流程

本发明涉及通信。例如，本发明涉及用于在蜂窝网络中部署网内计算(in-network computing，inc)的设备和方法。

背景技术：

1、传统上，蜂窝(或移动)网络的网络设备是厂商特定的。网络设备的功能(例如支持的网络协议)是预装的。传统的网络设备在部署之后难以升级，因为板载的硬件芯片组是按照预定义规范来静态设计和封装的。移动通信领域广泛采用的规范是由名为“第三代合作伙伴计划(the 3rd generation partnership project，3gpp)”的标准组织制定的。符合3gpp规范的移动网络也可以被命名为3gpp网络，这些移动网络可以包括第五代(fifth-generation，5g)移动网络和6g移动网络。5g移动网络也可以称为5g新空口(new radio，nr)网络。在本发明中，术语“蜂窝网络”、“移动网络”和“3gpp网络”可以互换使用。

2、边缘计算是指让数据计算和存储更接近数据源。为了通过3gpp网络支持边缘计算和边缘应用服务(edge application service，eas)，3gpp提出了一种应用架构，让应用数据流量能够从ue通过3gpp核心网传输到边缘数据网络(edge data network，e-dn)。边缘数据网络与3gpp网络互通。边缘数据网络可以托管用于处理应用数据的一个或多个边缘应用服务器。此外，欧洲电信标准协会(european telecommunications standard institute，etsi)定义了一种名为“多接入边缘计算(multi-access edge computing，mec)”的网络架构，以在蜂窝网络边缘启用云/边缘计算能力。

技术实现思路

1、边缘计算缩减了数据必须行经的距离。但是，边缘应用服务可能通过3gpp网络，尤其是在3gpp核心网中带来越来越多的数据流量。这是因为一些边缘应用服务可能会导致ue(或客户端)生成海量的原始数据，这些原始数据将在与3gpp网络互通的边缘数据网络中部署的对应的应用服务器上进行处理。海量的原始数据需要通过3gpp网络传输到对应的应用服务器。这可能会导致3gpp网络中的流量负载过重，并且可能导致3gpp网络发生网络拥塞。此外，往返时延也可能降低应用服务的用户体验。

2、需要说明的是，边缘计算通常是应用服务或边缘应用服务。在本发明中，术语“应用服务”和“边缘应用服务”可以互换使用。

3、鉴于上述情况，本发明旨在优化3gpp网络中的应用服务的数据流量。本发明的另一目的是如何让3gpp网络的管理平面(management plane，mp)支持在3gpp核心网域中实例化包含应用服务提供商(application service provider，asp)定义的部分或全部应用逻辑的网络功能实例。应用逻辑可以用于实现应用服务，并且应该在边缘数据网络的边缘应用服务器中实例化。

4、此外，尚不清楚如何在移动网络中，尤其是在3gpp网络的核心网中实现应用服务的网内计算。根据3gpp，计算任务(尤其是用于用户面目的的计算任务)被认为是应该在数据网络(data network，dn)中提供的应用服务，而dn位于3gpp网络域之外。换句话说，3gpp网络只能实现从ue到数据网络或多接入边缘计算系统的连接。如果应用服务提供商希望为自己的应用部署网内计算(或网内应用逻辑(in-network application logic，in-al))服务，则当前的蜂窝网络(例如5g移动网络)不支持这一操作。更具体来说，3gpp网络的管理平面不支持这一操作。

5、换句话说，当前的3gpp网络不具备管理平面的支持，无法实现包含3gpp网络域中部署的in-al的网络功能。也就是说，传统上，应用特定的计算逻辑只能驻留在边缘数据网络中，而只有3gpp标准化的、3gpp定义的网络功能才能部署在3gpp网络域中。由于这种限制，应用服务无法利用移动网络中网内计算的优势。

6、这些和其他目的通过独立权利要求中描述的本发明方案来实现。有利的实现方式在从属权利要求中进一步明确。

7、本发明的第一方面提供了一种用于管理蜂窝网络的核心网的管理设备。所述管理设备用于获取应用服务的配置信息，其中所述应用服务包括网内计算服务。此外，所述管理设备用于将所述配置信息提供给所述核心网的网络功能(network function，nf)实体。所述配置信息用于使所述网络功能实体能够实例化用于执行所述网内计算服务的一个或多个实例。

8、本发明中的网内计算服务可以理解为直接将应用特定的计算逻辑部署到转发路径的网络元件上，例如网络功能实体上。也就是说，网内计算服务可以称为在蜂窝网络的核心网(例如3gpp核心网)内运行的(边缘)应用服务的分流。也就是说，网内计算服务可以与部署在(边缘)数据网络中的(边缘)应用服务相关联。

9、这样做的优点是，处理任务可以在到达实际应用服务器所在的端点(例如边缘数据网络)之前(例如在核心网中)更早地开始。在蜂窝网络的核心网中支持网内计算的其他优点可以包括减少蜂窝网络中的流量，缩短服务时延(或往返时延)，提高蜂窝网络的资源利用率。

10、可选地，网络功能实体可以包括可编程网络处理单元(network processingunit，npu)。网络功能实体可以基于网络功能虚拟化(network function virtualization，nfv)。

11、在第一方面的一种实现方式中，所述配置信息可以包括以下一项或多项：

12、-执行所述网内计算服务所需的所述一个或多个实例的数量；

13、-所述应用服务的标识信息。

14、可选地，应用服务的标识信息可以是与和蜂窝网络互通的边缘数据网络中部署的(边缘)应用服务相关联的标识(identity，id)值。

15、这样，网络功能实体的网内计算可以被标识并链接到相关联(边缘)应用服务。蜂窝网络可以对流量数据进行分类，将边缘应用服务相关的数据重定向到对应的网络功能实体。

16、在第一方面的一种实现方式中，所述配置信息还可以包括所述网内计算服务的两个或两个以上实例的拓扑信息。

17、也就是说，当需要两个或两个以上实例来实现网内计算服务时，配置信息还可以指示这两个或两个以上实例应如何连接以形成特定的服务图。服务图可以是线性路径、树或通用图。可选地，拓扑信息还可以携带链路性能指标，所述链路性能指标可以包括两个或两个以上实例中每个链路之间的最小带宽和最小链路速率。

18、这样可以保证网内计算服务的服务质量。

19、在第一方面的一种实现方式中，所述管理设备可以用于通过以下操作获取所述配置信息：

20、-接收来自应用服务提供商(application service provider，asp)的实例化请求；

21、-根据所述实例化请求检索所述配置信息。

22、可选地，应用服务提供商可以是ue。

23、可选地，实例化请求可以指示将哪个(边缘)应用服务“分流”到网络功能实体。然后，管理设备可以用于根据指示的(边缘)应用服务检索配置信息。

24、在第一方面的一种实现方式中，在所述网络功能实体上实例化所述一个或多个实例之前，所述管理设备还可以用于基于所述配置信息为所述网络功能实体分配资源。

25、这样，当要消耗网内计算服务时，可以利用资源(例如带宽、功率、计算资源等)，从而可以提高资源利用率。

26、在第一方面的一种实现方式中，所述蜂窝网络可以包括3gpp网络。

27、3gpp网络可以指具有3gpp技术规范定义的无线接口的通信网络。3gpp网络可以是例如但不限于5g/6g移动网络或其任何变体。

28、在第一方面的一种实现方式中，所述管理设备可以包括网络功能虚拟化管理和网络编排(network functions virtualization management and network orchestration，nfv-mano)实体。所述配置信息可以包括网络服务描述符(network service descriptor，nsd)。

29、在第一方面的一种实现方式中，所述nfv-mano实体可以包括nfv编排器(nfvorchestrator，nfvo)和目录实体。所述nfvo可以用于：

30、-从运营支撑系统(operations support system，oss)和/或业务支撑系统(business support system，bss)接收所述nsd；

31、-向所述目录实体发送所述nsd。

32、需要说明的是，oss和/或bss有时在电信领域可以称为“oss/bss”。

33、在第一方面的一种实现方式中，所述目录实体可以用于：

34、-从所述nfvo接收所述nsd；

35、-存储与目录id关联的所述nsd。

36、在第一方面的一种实现方式中，所述nfv-mano实体还可以包括虚拟网络功能管理器(virtual network functions manager，vnfm)。所述vnfm可以用于：

37、-接收来自所述nfvo的部署请求，其中所述部署请求包括所述目录id；

38、-根据所述目录id从所述目录实体获取所述nsd；

39、-根据所述nsd在所述网络功能实体处配置所述一个或多个实例。

40、本发明的第二方面提供了一种网络功能实体。所述网络功能用于蜂窝网络的核心网，用于：

41、-从管理所述核心网的管理设备接收应用服务的配置信息，其中所述应用服务包括网内计算服务；

42、-根据所述配置信息实例化用于执行所述网内计算服务的一个或多个实例。

43、这样，处理任务可以在到达实际应用服务器所在的端点(例如边缘数据网络)之前在网络功能实体上更早地开始。其他优点可以包括减少蜂窝网络中的流量，缩短服务时延，提高蜂窝网络的资源利用率。

44、在第二方面的一种实现方式中，所述网络功能实体可以用于通过所述一个或多个实例处理用户面流量。

45、这样可以“动态”处理用户面流量(或用户面数据)，并且可以提高资源利用率。

46、在第二方面的一种实现方式中，所述网络功能实体可以用于：

47、-处理所述用户面流量；

48、-向应用服务器发送处理后的用户面流量来进行进一步处理。

49、可选地，用户面流量在经过网络功能实体的处理之后可以减小。这样可以减少数据量，避免蜂窝网络与部署应用服务器的边缘数据网络之间的流量拥塞。此外，还可以缩短用户面流量的往返时延。

50、在第二方面的一种实现方式中，所述网络功能实体可以用于：

51、-处理用户生成的数据以获取最终结果；

52、-向用户实体(或ue)发送所述最终结果。

53、也就是说，网内计算服务可以用于完全完成应用服务器的任务。这样，应用服务器的全部功能可以完全集成到蜂窝网络的核心网中。因此，数据处理可以更接近数据生成器。因此，边缘计算的效率可以进一步提高。

54、在第二方面的一种实现方式中，所述蜂窝网络可以包括3gpp网络。

55、在第二方面的一种实现方式中，所述网络功能实体包括用户面功能(user planefunction，upf)。

56、可选地，所述网络功能实体可以基于网络功能虚拟化(network functionvirtualization，nfv)。可选地，网络功能实体可以包括一个或多个可编程网络处理单元(network processing unit，npu)。蜂窝网络(或蜂窝网络的运营商)可以通过提供脚本对网络功能实体进行编程。可以根据配置信息在网络功能实体上编写、部署和执行脚本。这样，网络功能实体能够通过包括网内计算在内的用户特定的处理逻辑来处理数据包。因此，为单独定制网络基础设施提供了机会。

57、本发明的第三方面提供了一种用于管理蜂窝网络的核心网的方法。所述方法包括以下步骤：

58、-管理设备获取应用服务的配置信息，其中所述应用服务包括网内计算服务；

59、-所述管理设备将所述配置信息提供给所述核心网的网络功能实体，其中所述配置信息用于使所述网络功能实体能够实例化用于执行所述网内计算服务的一个或多个实例。

60、在第三方面的一种实现形式中，所述配置信息可以包括以下一项或多项：

61、-执行所述网内计算服务所需的所述一个或多个实例的数量；

62、-所述应用服务的标识信息。

63、在第三方面的一种实现方式中，所述配置信息还可以包括所述网内计算服务的两个或两个以上实例的拓扑信息。

64、在第三方面的一种实现方式中，获取所述配置信息的步骤可以包括：

65、-接收来自应用服务提供商的实例化请求；

66、-根据所述实例化请求检索所述配置信息。

67、在第三方面的一种实现方式中，在所述网络功能实体上实例化所述一个或多个实例之前，所述方法还可以包括基于所述配置信息为所述网络功能实体分配资源。

68、在第三方面的一种实现方式中，所述蜂窝网络可以包括3gpp网络。

69、在第三方面的一种实现方式中，所述管理设备可以包括nfv-mano实体。所述配置信息可以包括nsd。

70、在第三方面的一种实现方式中，所述nfv-mano实体可以包括nfvo和目录实体。所述方法还可以包括：

71、-所述nfvo从oss/bss接收所述nsd；

72、-所述nfvo向所述目录实体发送所述nsd。

73、在第三方面的一种实现方式中，所述方法还可以包括：

74、-所述目录实体从所述nfvo接收所述nsd；

75、-所述目录实体存储与目录id关联的所述nsd。

76、在第三方面的一种实现方式中，所述nfv-mano实体还可以包括vnfm。所述方法还可以包括：

77、-所述vnfm接收来自所述nfvo的部署请求，其中所述部署请求包括所述目录id；

78、-所述vnfm根据所述目录id从所述目录实体获取所述nsd；

79、-所述vnfm根据所述nsd在所述网络功能实体处配置所述一个或多个实例。

80、第三方面及其实现方式的方法可以实现与以上第一方面及其实现方式所描述的管理设备相同的优点和效果。

81、本发明的第四方面提供了一种用于蜂窝网络的核心网的方法。所述方法包括以下步骤：

82、-网络功能实体从所述核心网的管理设备接收应用服务的配置信息，其中所述应用服务包括网内计算服务；

83、-所述网络功能实体根据所述配置信息实例化用于执行所述网内计算服务的一个或多个实例。

84、在第四方面的一种实现方式中，所述方法还可以包括所述网络功能实体通过所述一个或多个实例处理用户面流量。

85、在第四方面的一种实现方式中，所述方法还可以包括：

86、-所述网络功能实体处理所述用户面流量；

87、-所述网络功能实体向应用服务器发送处理后的用户面流量来进行进一步处理。

88、在第四方面的一种实现方式中，所述方法还可以包括：

89、-所述网络功能实体处理用户生成的数据以获取最终结果；

90、-所述网络功能实体向用户实体发送所述最终结果。

91、在第四方面的一种实现方式中，所述蜂窝网络可以包括3gpp网络。

92、在第四方面的一种实现方式中，所述网络功能实体包括upf。

93、第四方面及其实现方式的方法可以实现与以上第二方面及其实现方式所描述的网络功能实体相同的优点和效果。

94、本发明的第五方面提供了一种系统。所述系统包括根据第一方面或其任何实现方式的管理设备，以及根据第二方面或其任何实现方式的至少一个网络功能实体。

95、可选地，当所述系统中有两个或两个以上网络功能实体时，可以将这两个或两个以上网络功能实体级联来处理用户面流量。

96、本发明的第六方面提供了一种包括指令的计算机程序，当计算机执行程序时，指令使计算机执行根据第三方面或其任何实现方式的方法。

97、本发明的第七方面提供了另一种包括指令的计算机程序，当另一计算机执行程序时，指令使另一计算机执行根据第四方面或其任何实现方式的方法。

98、本发明的第八方面提供了一种非瞬时性存储介质，所述非瞬时性存储介质存储可执行程序代码，当处理器执行可执行程序代码时，执行根据第三方面或其任何实现方式的方法。

99、本发明的第九方面提供了一种非瞬时性存储介质，所述非瞬时性存储介质存储可执行程序代码，当处理器执行可执行程序代码时，执行根据第四方面或其任何实现方式的方法。

100、需要说明的是，本技术中描述的所有设备、元件、单元和模块可以通过软件或硬件元件或其任何类型的组合实现。本技术中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的要由各种实体执行的功能旨在表明各个实体用于执行相应的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。