一种中心控制的5G通信网元智能节能网及节能方法与流程

本发明涉及移动通信网络中的节能
技术领域：
，特别涉及一种中心控制的5g通信网元智能节能网及节能方法。
背景技术：
：现在通信领域发展迅速，无线5g时代马上到来，5g通信虚拟化，网元多样化，通信系统能源消耗很大，因此网络节能就变得尤为重要。现有的节能技术只考虑到基站或按机房来考虑。对虚拟化部署的网元没有涉及到。现有技术主要靠智能代理人模块去收集负载数据，而不是网元本身。中国专利申请公开号为cn106879057a，发明名称为“一种5g无线网络智能化节能方法”，通过智能代理人模块分析宏基站网络负载变化和微基站用户流量变化信息，来确定微基站进入休眠状态或工作状态。该公开文件只考虑到了通过基站来节能，没有提及到网络虚拟化网元本身。中国专利申请公开号为cn105592536a，发明名称为“5g网络中动态开启/关闭微蜂窝的节能方法”，通过设计一个网络的流量门限值tl、th表示门限值的下限和上限；当宏蜂窝的流量负载值高于上限时，通过开启微蜂窝来补充当前所需要的网络容量，当流量负载值低于下限时，通过关闭一些微蜂窝来提高网络的资源利用率，从而达到节能的目的。该公开文件只考虑微蜂窝的节能方法，也没有提及到网络虚拟化网元本身。5g核心网的网络架构图如图1所示，5g核心网的网元包括：接入和移动性管理amf、会话管理smf、用户平面功能upf、统一数据管理udm、策略控制功能pcf、认证服务器功能ausf、网络能力开放nef、网络切片选择功能nssf、网络注册功能nrf。各网元之间的接口n1-n22都是5g标准中定义的各网元间通信接口。4g核心网的网络架构图如图2所示，4g核心网的网元包括：mme：移动性管理实体，mme用于sae网络，也是接入核心网的第一个控制平面节点，用于本地接入的控制。servinggateway：服务网关(serving-gw)，负责ue用户平面数据的传送、转发和路由切换等。pdngateway：分组数据网网关(pdn-gw)，是分组数据接口的终接点，与各分组数据网络进行连接。提供与外部分组数据网络会话的定位功能。pcrf：策略计费功能实体，是支持业务数据流检测、策略实施和基于流量计费的功能实体的总称。hss：(homesubscriberserver)用于存储用户签约信息的数据库，存储的信息包括：用户标识信息、用户安全控制信息、用户位置信息、用户策略控制信息等。4g核心网中各网元之间的接口s1到s11都是4g标准中定义的各网元间通信接口。由于移动4g和5g通信网元较多，尤其是5g通信网元。每个网元都有容量限制，所以常有同一地点部署相同的网元来增加处理容量，完成同样功能。特别是应付忙时容量问题。这些设备常年开启，无论是忙时，还是闲时。在夜晚通信业务低时，很多网元利用率很低，每天低利用率长达数小时，是很大的能源浪费。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的是公开一种中心控制的5g通信网元智能节能网及节能方法，是一种总控制下的网元智能节能功能，是将节能技术应用于虚拟化网元的新方法，能弥补现有节能技术对虚拟化网元的缺失。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：第一方面，本发明公开一种中心控制的5g通信网元智能节能网，包括一个节能中心和至少一个与节能中心有直接业务关系的智能节能组，所述的节能中心是一个能反映网络繁忙程度的智能节能网元；所述的智能节能组包括至少两个智能节能网元，其中至少一个是值班智能节能网元；节能中心检测自己的繁忙程度，当繁忙程度小于设定的基准时，开启节能模式，通知非值班智能节能网元下线；非值班智能节能网元收到节能中心的指令后，检测自己的负载，当负载小于设定值时正式向节能中心提请下线；在满足唤醒规则后，节能中心关闭节能模式，唤醒已下线的非值班智能节能网元。进一步的，所述的智能节能网还包括至少一个节能分中心，所述的节能分中心包括一个值班智能节能网元，所述节能分中心对上与节能中心联系，接收节能中心的信息；对下与有直接业务关系的下一级智能节能组联系，转发节能中心的信息给有直接业务关系的下一级智能节能组，充当下一级智能节能组的节能中心。第二方面，本发明公开一种中心控制的5g通信网元智能节能方法，包括以下步骤：步骤s1、节能中心开启节能模式，通知与其有直接业务关系的智能节能组中的非值班智能节能网元和/或节能分中心下线；步骤s2、非值班智能节能网元申请下线；步骤s3、节能中心或节能分中心开始检测唤醒规则，满足唤醒条件时，唤醒已下线的非值班智能节能网元；步骤s4、已下线的非值班智能节能网元收到唤醒后，开始提供服务，向保存联系的节能中心或节能分中心发送节能申请重新服务信息；步骤s5、节能中心收到节能申请重新服务信息后，向与其联系的所有智能节能网元发送关闭节能模式的节能模式控制信息。进一步的，所述的步骤s1包括：步骤s101、节能中心开始检测自己的繁忙程度，当繁忙程度小于设定的基准时，开启节能模式；步骤s102、节能中心向各智能节能组的值班智能节能网元和/或节能分中心发送模式状态查询的节能模式控制信息，值班智能节能网元回复节能模式响应信息给节能中心；节能中心向有值班智能节能网元的智能节能组全体网元和/或节能分中心发送开启节能模式的节能模式控制信息；节能分中心转发开启节能模式的节能模式控制信息给它的下一级有值班智能节能网元的智能节能组全体网元；步骤s103、所有收到开启节能模式的节能模式控制信息的智能节能网元，向节能中心或节能分中心回复节能模式响应信息。进一步的，所述的步骤s2包括：步骤s201、非值班智能节能网元判断自己的负载，如果负载小于设定的基准，则使用节能接口协议向与自己有直接业务关系的节能中心或节能分中心发出节能下线申请信息；步骤s202、节能中心或节能分中心回复节能申请响应信息给非值班智能节能网元，回复保存唤醒信息成功；步骤s203、非值班智能节能网元向nrf注销服务。进一步的，所述的步骤s3包括：步骤s301、节能中心或节能分中心检测是否满足唤醒规则中的绝对唤醒时间，如果满足，则转至步骤s303；如果不满足，则转至步骤s302；步骤s302、节能中心或节能分中心检测是否满足唤醒规则中的条件唤醒，如果满足，则转至步骤s303；如果不满足，则回到步骤s301；步骤s303、节能中心或节能分中心开始三次唤醒。进一步的，条件唤醒的流程包括：步骤s310、节能中心或节能分中心开始计时；步骤s311、节能中心或节能分中心检测自身繁忙程度是否大于第一设定阈值，如果是则转至步骤s312，如果否则重新开始步骤s310；步骤s312、节能中心或节能分中心判断自身繁忙程度是否大于第二设定阈值，如果是则转至步骤s314，如果否则开始步骤s313；步骤s313、节能中心或节能分中心判断繁忙程度大于第一设定阈值的持续时间是否超过第一设定时间值，如果是则转至步骤s315，如果否则重新开始步骤s311；步骤s314、节能中心或节能分中心判断繁忙程度大于第二设定阈值的持续时间是否超过第二设定时间值，如果是则转至步骤s315，如果否则重新开始步骤s312；步骤s315、条件唤醒结束，节能中心或节能分中心开始三次唤醒已下线的非值班智能节能网元。进一步的，第一设定阈值小于第二设定阈值，第一设定时间值大于第二设定时间值。进一步的，繁忙程度的计算公式为：繁忙程度＝(网元当前业务量/网元最大支持的业务量)×100％。进一步的，绝对唤醒时间是在唤醒规则中设定好的时间，绝对唤醒时间一到即刻唤醒已下线的非值班智能节能网元。本发明的有益效果在于：5g核心网作为新的技术分布式地部署虚拟化网元，考虑新的节能方法，让设备更加智能的节约能源，从每个虚拟化网元开始。同时现在通信网络中不同公司的产品很多，本发明能互联互通，作为一个互通的节能接口，互相支持，进行节能组网。附图说明图1为移动5g通信的主要核心网架构示意图；图2为移动4g通信的主要核心网架构示意图；图3为本发明的智能节能网应用于5g核心网的架构示意图；图4为本发明的智能节能网的组成示意图；图5为本发明的由upf智能节能组与节能中心smf智能节能网元组成的智能节能网示意图；图6为本发明的智能节能网中的upf智能节能组示意图；图7为本发明的协议层次结构示意图；图8为本发明的模式状态查询交互过程图；图9为本发明的启用节能模式的交互过程图；图10为向nrf注销服务的流程图；图11为向nrf注册服务的流程图；图12为本发明的节能方法中唤醒流程的主流程图；图13为本发明的唤醒流程中条件唤醒流程图。具体实施例下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。实施例一本发明通过中心控制的5g通信网元实现通信网络中网元的智能节能功能，适用于3g、4g和5g网络，本实施例以5g系统为例描述。本发明的一种中心控制的5g通信网元智能节能网，包括一个节能中心和至少一个与节能中心有直接业务联系的其他类型的智能节能组，所述的节能中心是一个能反映网络繁忙程度的智能节能网元(比如5g网络中的smf网元)，所述的智能节能组包括至少两个智能节能网元(比如upf智能节能组包括至少两个upf智能节能网元)，其中至少一个值班智能节能网元。节能中心检测自己的繁忙程度，当繁忙程度小于设定的基准时(基准的设定可以是在夜晚空闲的某个时间点，或者繁忙程度低于某一值的持续时间等)，开启节能模式，通知非值班智能节能网元，可以进入节能模式。非值班智能节能网元收到进入节能模式的指令后，检测自己的业务繁忙程度，自行判断自己的繁忙程度并正式向节能中心提请下线，服务转给其他同类型的网元处理。在满足唤醒规则后，节能中心关闭节能模式，唤醒已下线的非值班智能节能网元。非值班智能节能网元具有接受节能中心模式控制功能，通过自行判断自己的繁忙程度提请正式下线功能、被唤醒自动运行功能。值班智能节能网元是要一直坚守工作、不可以下线的网元，非值班智能节能网元是可以下线的网元。在非值班智能节能网元下线是，由值班智能节能网元代替其工作。节能中心具有保存其他非值班智能节能网元设备下线信息功能、唤醒已下线的非值班智能节能网元设备启动功能。本发明的智能节能网的工作原理具体如下：以smf智能节能网元(节能中心)与smf智能节能组(智能节能组)组成的智能节能网为例来说明：upf智能节能网元工作，被smf智能节能网元分配服务。在夜晚空闲时，长时间(可设在时长)，繁忙程度低时，smf智能节能网元检测自己的繁忙程度，当繁忙程度小于设定的基准时，通知非值班的upf智能节能网元进入节能模式。非值班的upf智能节能网元收到进入节能模式的指令后，检测自己的业务繁忙程度，自行判断自己的繁忙程度并正式向smf智能节能网元提请下线，非值班的upf智能节能网元的服务转给值班的upf智能节能网元处理。在满足唤醒规则后，smf智能节能网元关闭节能模式，唤醒已下线的非值班的upf智能节能网元。节能中心不限于smf智能节能网元，智能节能组包括的智能节能网元不限于upf智能节能网元，都可以替换为其他类型的智能节能网元，节能中心的网元要能反应网络的繁忙程度，节能中心的网元必须与智能节能组的网元有直接的业务关系。实施例二在实施例一的基础上，增加了至少一个节能分中心，所述节能分中心包括一个值班智能节能网元，所述节能分中心在收到节能中心的节能模式控制信息时，将节能模式控制信息转发给与其有直接业务关系的下一级智能节能组，该节能分中心就被视为是其下一级智能节能组的节能中心，与节能中心起相同的作用。增加节能分中心的目的是：某些智能节能网元不能直接与节能中心联系，所以节能中心不能控制这些智能节能网元下线或上线，需要通过与其二者都有联系的节能分中心来完成节能中心的工作。节能分中心也是一个智能节能网元，比如smf作为节能中心时，ausf智能节能组的网元和nssf智能节能组的网元都不能直接与smf智能节能中心联系，此时，增加一个amf智能节能网元作为节能分中心，smf智能节能中心通过amf智能节能网元发送相关的节能模式控制信息给ausf智能节能组的网元和nssf智能节能组的网元。amf智能节能网元就被视为是ausf智能节能组和nssf智能节能组的节能中心。实施例三适用于实施例一和实施例二的一种中心控制的5g通信网元智能节能方法，包括以下步骤：步骤s1、节能中心开启节能模式，通知与节能中心有直接业务关系的节能分中心和/或智能节能组中的非值班智能节能网元下线；具体的交互过程如图8所示，具体包括以下步骤：步骤s101、节能中心开始检测自己的繁忙程度，当繁忙程度小于设定的基准时，开启节能模式；再开始本发明的方法前，节能中心、节能分中心、智能节能组的智能节能网元首先要进行相关设置。节能中心要设置智能节能网中智能节能网元清单，清单包括所有智能节能网元的ip地址、网元类型，是否是值班智能节能网元、智能节能网元所在智能节能组编号或分中心编号。智能节能组的智能节能网元要设置与自己有直接业务关系的节能中心或节能分中心的编号，设置自身是否是值班智能节能网元。对于节能分中心，除了上面节能中心的设置外，还要设置自己为“值班设备”，并设置上级节能中心编号，自己的节能分中心编号。节能中心的繁忙程度计算公式为：繁忙程度＝(网元当前业务量/网元最大支持的业务量)×100％。对于实际使用网元计算，可以取几天的最大业务量平均值来替代“网元最大支持的业务量”参与计算。这样每个网元不同的核心业务都能换算成繁忙程度，节能协议能够通用各类网元。对于节能中心是smf智能节能网元时,smf记录每天单位时间(取5分钟)最大建立会话数，保存5天的5个最大数据，以这5个数据的平均值为有效计算“繁忙程度”的分母。采用5天单位时间最大建立会话数的平均数分母，目前单位时间建立会话数和它的比值为“繁忙程度”。smf繁忙程度＝(目前单位时间建立会话数/5天单位时间最大建立会话数的平均数)×100％。单位时间：5分钟。步骤s102、节能中心向各智能节能组的值班智能节能网元和/或节能分中心发送第一次节能模式控制信息进行模式状态查询，值班智能节能网元回复节能模式响应信息给节能中心；节能中心向有值班智能节能网元的智能节能组全体网元和/或节能分中心发送第二次节能模式控制信息，开启节能模式；节能分中心转发第二次节能模式控制信息给它下一级有值班智能节能网元的智能节能组全体网元。本发明的信息都是通过节能接口协议发送的，目前3gpp的5g接口和协议没有关于节能的协议，本发明定义自己的节能接口协议。自定义的节能接口协议如表1所示：表1节能组编号：由于不同的网元部署的位置不同、区域不同、管理的用户不同，不同的区域内的同类型的网元可能不能相互替代工作，所以有必要用编号进行标识。协议采用upd发送,协议层次结构图如图7所示。该步骤中，节能中心发送的协议内容是节能模式控制信息，节能模式控制信息的内容如表2所示：表2节能模式响应信息的内容如表3所示：表3节能中心发送第一次节能模式控制信息时，控制节能模式标志＝3，模式状态查询；值班智能节能网元回复的节能模式响应信息中，控制节能模式回应＝3，节能模式状态标志＝3。节能中心发送第二次节能模式控制信息时，控制节能模式标志＝2，开启节能模式。步骤s103、所有收到第二次节能模式控制信息的智能节能网元向节能中心或节能分中心回复节能模式响应信息。该步骤中，节能模式响应信息中的控制节能模式回应＝1，值班智能节能网元回复的节能模式状态标志＝3值班中，非值班智能节能网元回复的节能模式状态标志＝1节能模式关闭中。步骤s2、非值班智能节能网元申请下线。主要交互过程如图9所示，包括以下步骤：步骤s201、非值班智能节能网元判断自己的负载，如果负载小于设定的基准，则使用节能接口协议向与自己有直接业务关系的节能中心或节能分中心发出节能下线申请信息(携带唤醒规则)。节能下线申请信息的内容如表4所示：表4申请标志＝1：正式申请。“条件控制标志”取值(按bit位,1个字节有bit1-bit8共8个bit)：bit1＝0,bit2＝0：繁忙程度1、2判断唤醒与唤醒时间无关。bit1＝1：繁忙程度1判断唤醒同时满足唤醒时间要求。bit2＝1：繁忙程度2判断唤醒同时满足唤醒时间要求。bit3＝1：满足条件唤醒时间要求就唤醒。bit4＝1：使用唤醒方默认规则(缺省可以设置为：繁忙程度大于50％并持续1小时或繁忙程度大于80％并持续0.5小时，或时间超过早上7点)一般繁忙程度2高于繁忙程度1，条件2持续时间短于条件1持续时间。繁忙程度2属于紧急唤醒功能,繁忙程度1属于一般唤醒功能。负载的基准设定举例说明：繁忙程度少于10％并持续1小时，或繁忙程度少于10％并持续0.5小时，或时间超过晚上0点，负载的基准可以根据需要进行设定，并不局限于上述一种方式。繁忙程度的计算公式与节能中心的繁忙程度计算公式相同。如果非值班智能节能网元为upf网元，那么upf网元的繁忙程度计算公式为：upf繁忙程度＝(目前会话数/最大支持的会话容量)×100％。upf的“最大支持的会话容量”可以出厂部署时设置。步骤s202、节能中心或节能分中心回复节能申请响应信息(带自身目前的繁忙程度)给非值班智能节能网元，回复保存唤醒信息成功。节能申请响应信息的内容如表5所示：表5步骤s203、非值班智能节能网元向nrf注销服务。已选定信息的内容如表6所示(申请标志＝3)：表6非值班智能节能网元向nrf注销服务,这里使用5g标准协议，见3gppts23.502v15.6.0(2019-06),第4.17.3章节。注销的具体流程如图10所示，这个过程属于现有技术，不再赘述。nrf(networkrepositoryfunction)是网络注册功能，是5gc的网元。其他有直接业务关系的网元可以选择与非值班智能节能网元同类型的其他网元替代，3gppts23.502v15.6.0(2019-06),第4.17.4章节和第4.17.5章节，找到替代网元进行联系和工作。非值班智能节能网元保存联系的节能中心或节能分中心的网元信息，保存下线时间，下线完成。步骤s3、节能中心或节能分中心开始检测唤醒规则，满足唤醒条件时，唤醒已下线的非值班智能节能网元。节能中心或节能分中心按保存的唤醒规则，按顺序或规则(默认每启动一个间隔5分钟)唤醒已下线的非值班智能节能网元。唤醒规则如默认规则：繁忙程度大于50％并持续1小时或繁忙程度大于80％并持续0.5小时，或时间超过早上7点，或达到保存的唤醒规则要求，开始三次唤醒。唤醒规则为节能中心或节能分中心保存的唤醒规则，唤醒的步骤包括：步骤s301、节能中心或节能分中心检测是否满足唤醒规则中的绝对唤醒时间，如果满足，则转至步骤s303；如果不满足，则转至步骤s302；步骤s302、节能中心或节能分中心检测是否满足唤醒规则中的条件唤醒，如果满足，则转至步骤s303；如果不满足，则回到步骤s301；步骤s303、节能中心或节能分中心开始三次唤醒。通过向网元支持网络唤醒的网卡发送唤醒信息，市场有支持的网卡唤醒软件，一般是连续发送网卡mac地址。三次唤醒是指向网元发送第一次唤醒后，一定时间(5-10分钟)检查被唤醒网元是否启动，如果没有启动再次发送第二次唤醒，再在一定时间(5-10分钟)检查被唤醒网元是否启动，如果没有启动再次发送第三次唤醒。条件唤醒的流程如图13所示，具体包括以下步骤：步骤s310、节能中心或节能分中心开始计时；步骤s311、节能中心或节能分中心检测自身繁忙程度是否大于第一设定阈值，如果是则转至步骤s312，如果否则重新开始步骤s310；因为节能中心或节能分中心与非值班智能节能网元有直接的业务关系，所以节能中心或节能分中心本身的繁忙程度基本能代表非值班智能节能网元的繁忙程度，比如upf的业务是由smf安排分配的，如果smf繁忙程度很高，则代表接受任务的upf的繁忙程度高。步骤s312、节能中心或节能分中心判断自身繁忙程度是否大于第二设定阈值，如果是则转至步骤s314，如果否则开始步骤s313；步骤s313、节能中心或节能分中心判断繁忙程度大于第一设定阈值的持续时间是否超过第一设定时间值，如果是则转至步骤s315，如果否则重新开始步骤s311；步骤s314、节能中心或节能分中心判断繁忙程度大于第二设定阈值的持续时间是否超过第二设定时间值，如果是则转至步骤s315，如果否则重新开始步骤s312；步骤s315、条件唤醒结束，节能中心或节能分中心开始三次唤醒已下线的非值班智能节能网元。本发明中的第一设定阈值、第二设定阈值、第一设定时间值、第二设定时间值可以根据实际情况进行设定或修改，比如设定第一设定阈值为50％，设定第二设定阈值为80％、设定第一设定时间值为1小时，设定第二设定时间值为0.5小时。一般情况下，第一设定阈值小于第二设定阈值，第一设定时间值大于第二设定时间值。步骤s4、已下线的非值班智能节能网元收到唤醒后，开始提供服务，向保存联系的节能中心或节能分中心发送节能申请重新服务信息。已下线的非值班智能节能网元开启系统，运行程序，程序全部开启就绪，开始提供服务，记录开始服务时间。步骤s4中包括非值班智能节能网元重新向nrf注册服务的过程，使用5g标准协议，见3gppts23.502v15.6.0(2019-06),第4.17.1章节。注册流程见图11，向nrf注册服务的过程属于现有技术，在此不再赘述。节能申请重新服务信息的内容如表7所示：字节数说明取值和备注1申请标志4：重新服务6mac地址主机mac地址4ip地址主机ip地址表7步骤s5、节能中心收到节能申请重新服务信息后，向与其联系的所有智能节能网元发送节能模式控制信息，关闭节能模式。本发明的关键点在于节能中心节能分中心要预先保存各被控节能网元的信息，和值班者信息。用智能节能网元(比如smf)做5g网络里面的节能中心，他通过自己的业务量来判断整个5g网络负载情况(计算自己的繁忙程度)，来通知其他部分网元繁忙程度低时可以开启节能模式和现在开始忙该启动工作，关闭节能模式。这种主动控制和其他的主动控制的区别：1.不用收集其他网元的业务量数据，通过自己的业务量(换算通用的繁忙程度)判断；2.通过节能协议和5g协议交互通知到其他网元，再结合各网元自己繁忙程度做判断，保证各组业务程度不同时，先保证业务。3.各节能分组可以考虑本组业务情况灵活设置值班网元，保证业务正常进行。这样达到5g分散网元部署组成节能大网。本发明同样可以用于5g其他网元做节能中心，同样适合4g及3g网元中。以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12