UPF池的IP管理方法与流程

本发明涉及5g核心网，具体是一种upf池的ip管理方法。

背景技术：

1、在规模部署的5g网络中， 核心网5g通常都是基于云平台部署，资源类网元如smf、upf等会采用池组方式组网，以提高核心网的可靠性并提升业务处理容量。这涉及到对组成池组的网元集合的统一资源管理。如在会话管理中，smf需对控制下的池化的upf进行统一的ip地址管理，以及由此产生的一些特定的用户ip流量路由需求，尤其是在跨数据中心部署时。

2、现有技术存在的问题和缺点：

3、在5g核心网的会话管理中，ip地址分配可在smf或upf上执行。实践中一般由控制面会话管理网元smf来为业务用户分配ip地址，并将ip地址通过n4会话通知给承载会话的upf建立上下文以进行用户数据转发管理。在upf池组方式组网时，smf需要与多个upf建立n4关联链路，并为这些upf上的用户分配ip地址。upf池组组网面临的一个问题是如何管理每个upf上用户的各自回程路由。

4、通常情况下，每个upf实例都有一个独立的n6口地址，作为用户数据包的下行入口。如果使用同一个smf地址池为分布在这些upf上的用户分配ip，当这些用户的下行数据包到达upf的承载网时，数据承载网的交换机或路由器将无法决定数据包投递给哪一个upf的n6口。通常承载网路由器或交换机都是基于子网（地址段）进行路由/转发处理，此时在交换机上将无法对这些upf做基于子网的路由，而针对每一个用户ip进行路由会在承载网的交换机上会带来太多的规则和资源占用，是不切实际的。如果再考虑到upf地址池会跨数据中心布设，用户可能跨dc分布，这会令用户数据的回程情况会更加复杂。

5、一个解决方法是将地址分配转到upf上执行，但这样做会有如下问题：网络维护者需要统一静态规划，ip地址资源是绑定在各upf上，不便核心网统一管理等。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种upf池的ip管理方法，可感知upf位置和和路由环境，能很好地有效地实现这种池组方式组网时的用户流量回程路由，既适用于单一数据中心内部的upf池也适用于跨dc的upf池组，从而使核心网的池组方式组网、跨dc组网和会话管理更具有实用性和可管性，同时也避免了由upf分配ip的缺陷。

2、针对upf这种池组式组网，方案首先对地址池按照一定管理粒度进行细分，将一个大的地址池按照可路由的子网划分为可以调度的地址段，当一个upf实例启动、进入服务后，向nrf注册自身实例信息时，除了携带常规的upf nf profile信息，upf还携带其n6口地址以及n6口的承载网的路由环境信息，比如对哪些ip子网规划、配置了回程路由。当smf通过nrf发现upf时与smf建立n4关联链路时，，获取到这些路由环境信息，在其与upf建立n4关联链路association时，smf根据这些环境信息在用户ip地址池中为upf关联其对应、匹配的地址段，建立这些地址段与upf之间的耦合关系。

3、当smf上处理用户会话请求时，会先根据会话请求和用户信息选定锚点upf，即拥有n6口的upf，再从该upf关联的地址段中分配ip给用户，然后发起到upf的隧道信息建立，并进行后续的会话处理流程。

4、此时核心网为用户会话指定的ip 地址与锚定的n6口，即可以实现正确的路由。

5、具体过程如下：

6、1、upf相连的承载网设备如交换机，根据用户地址规划和整体网络设计，配置当前upf的用户子网指向upf n6地址；

7、2、在upf的启动参数中，配置连接的承载网设备的子网信息。在upf初始启动后，向nrf发起注册时，除了标准协议的信息，携带这些子网、n6口地址等路由环境信息。

8、3、nrf登记upf的信息，如upf实例id、支持的切片等，并将其置为服务中状态。当有网元订阅upf信息的网元时，nrf发起通知消息给这些网元（通常是smf网元）

9、4、smf网元收到nrf通知或定时向nrf主动发现，收到nrf的响应，在响应中nrf将附加的路由环境信息返回给smf。smf根据这些信息，从地址池中确定适合的地址段（与收到的子网信息匹配）指配给该upf，在upf的生命周期内，将绑定此地址段，直到upf与smf之间的n4节点关联断开。

10、5、smf与upf建立n4关联链路，upf可以处理smf的指令请求；当smf收到会话请求选择 upf到此upf，调用此upf的地址段为用户分配ip地址，并进行后续处理。

11、本发明有益效果在于：

12、1、可感知upf位置和和路由环境，能很好地有效地实现这种池组方式组网时的用户流量回程路由，既适用于单一数据中心内部的upf池也适用于跨dc的upf池组，从而使核心网的池组方式组网、跨dc组网和会话管理更具有实用性和可管性，同时也避免了由upf分配ip的缺陷。

13、2、可以解决5g核心网在upf池组组网时，smf可以统一调度upf池的用户ip地址资源，尤其是在跨数据中心组成的upf池，避免了使用upf分配用户ip地址的弊端，这种对ip地址的集中管控可以大大提升网络运维的效率。

技术特征：

1.一种upf池的ip管理方法，其特征在于：首先对地址池按照一定管理粒度进行细分，将一个大的地址池按照可路由的子网划分为能够调度的地址段，当smf通过nrf发现upf时与smf建立n4关联链路时，获取到这些路由环境信息，在其与upf建立n4关联链路association时，smf根据这些环境信息在用户ip地址池中为upf关联其对应、匹配的地址段，建立这些地址段与upf之间的耦合关系；当smf上处理用户会话请求时，先根据会话请求和用户信息选定锚点upf，即拥有n6口的upf，再从该upf关联的地址段中分配ip给用户，然后发起到upf的隧道信息建立，并进行后续的会话处理流程；此时核心网为用户会话指定的ip 地址与锚定的n6口，即可以实现正确的路由。

2.根据权利要求1所述的upf池的ip管理方法，其特征在于：具体过程如下：

3.根据权利要求2所述的upf池的ip管理方法，其特征在于：步骤2）所述路由环境信息包括子网信息和n6口地址信息。

4.根据权利要求1所述的upf池的ip管理方法，其特征在于：步骤3）所述upf的信息包括upf实例id和支持的切片。

5.根据权利要求1所述的upf池的ip管理方法，其特征在于：步骤3）所述网元订阅upf信息的网元为smf网元。

技术总结本发明提供了一种UPF池的IP管理方法，首先对地址池按照一定管理粒度进行细分，获取到这些路由环境信息，SMF根据这些环境信息在用户IP地址池中为UPF关联其对应、匹配的地址段，建立这些地址段与UPF之间的耦合关系；当SMF上处理用户会话请求时，先根据会话请求和用户信息选定锚点UPF，再从该UPF关联的地址段中分配IP给用户，然后发起到UPF的隧道信息建立，并进行后续的会话处理流程；此时核心网为用户会话指定的IP地址与锚定的N6口，即可以实现正确的路由。本发明能很好地有效地实现这种池组方式组网时的用户流量回程路由，既能使核心网的池组方式组网、跨DC组网和会话管理更具有实用性和可管性，同时也避免了由UPF分配IP的缺陷。技术研发人员：吉鹏程,张宜群,余小宇,刘瑜,余涛受保护的技术使用者：南京泰通科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6