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TWI840201B - 網路分配方法及其網路分配單元 - Google Patents

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TWI840201B
TWI840201B TW112115574A TW112115574A TWI840201B TW I840201 B TWI840201 B TW I840201B TW 112115574 A TW112115574 A TW 112115574A TW 112115574 A TW112115574 A TW 112115574A TW I840201 B TWI840201 B TW I840201B
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陳志明
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Abstract

本發明提供一種分配方法及其分配單元。分配方法用於耦接至一網路實體叢集的分配單元，包含有接收一第一封包，自該網路實體叢集的複數個網路實體選出一第一網路實體，將該第一封包的一目標媒體存取控制位址改寫為該第一網路實體的一媒體存取控制位址，以及將該第一封包傳輸至該第一網路實體。如此一來，可在極短時間內將協定資料單元會話從繁忙或故障的用戶平面功能遷移到閒置的用戶平面功能，以避免服務中斷。

Description

網路分配方法及其網路分配單元
本發明係指一種分配方法及其分配單元，尤指一種可迅速切換網路實體的分配方法及其分配單元。
基於成本效益且操作簡單性，移動運營商傾向以N：M冗餘模型部署用戶平面功能。然而，以N：M冗餘模型部署的用戶平面功能可能導致故障轉移時間過長，從而導致服務中斷時間延長。因此，運營商根據不同類型服務所需的服務層級協定(Service Level Agreement，SLA)使用不同的冗餘模型部署用戶平面功能，而無法實現最佳的成本效益和操作簡單性。此外，會話管理功能無法知悉用戶平面功能的運行狀況，也無法在用戶平面功能故障時切換到可運行的用戶平面功能。會話管理功能選擇用戶平面功能的現有準則不能確保良好的負載平衡。實務上，每個協定資料單元會話的流量變化很大，但卻缺乏將協定資料單元會話從繁忙或故障的用戶平面功能遷移到閒置的用戶平面功能的機制。
因此，本發明主要提供一種分配方法及其分配單元，以迅速切換網路實體，而能避免服務中斷並提高可用性。
本發明實施例揭露一種分配方法，用於耦接至一網路實體叢集的一分配單元，包含有接收一第一封包；自該網路實體叢集的複數個網路實體選出一第一網路實體；將該第一封包的一目標媒體存取控制位址改寫為該第一網路 實體的一媒體存取控制位址；以及將該第一封包傳輸至該第一網路實體。
本發明實施例揭露一種用戶設備，包含有一處理電路及一儲存電路。處理電路用來執行一程式碼。儲存電路耦接於處理電路，用來儲存程式碼。程式碼指示該處理電路接收一第一封包；自該網路實體叢集的複數個網路實體選出一第一網路實體；將該第一封包的一目標媒體存取控制位址改寫為該第一網路實體的一媒體存取控制位址；以及將該第一封包傳輸至該第一網路實體。
14:叢集
140M:管理網路
140N1,140N2:節點
20:分配系統
241:分配單元
242,342,442,542,642:網路實體叢集
242TT1~242TTn:網路實體
30,40,50,60:通訊系統
310UE,410UE,510UE,610UE:用戶設備
320CU1~420CU2,520CU1~620CUm:中央單元
320DU1,320DU2,420DU1,420DU2,520DU1,620DU1:分布單元
320RU,420RU,520RU,620RU:無線電單元
330AR,430AR,530AR,630AR:路由器
340AMF,440AMF:接入和移動管理功能
340NRF,440NRF:網路儲存庫功能
340SMF,440SMF:會話管理功能
340UPF,440UPF:虛擬用戶平面功能
341,441,541,641:分配叢集
341LB1~441LBm,541LB1~641LBm:負載平衡器
342UPF1~442UPFn,542UPF1~642UPFn:用戶平面功能
343,443,543,643:記憶體
350SVR,450SVR,550SVR,650SVR:伺服器
520NIC1~520NICm:網路控制器
541mgmtnetL,542mgmtnetU,641mgmtnetL,642mgmtnetU:管理網路
560SW,660SW:交換器
642NIC1~642NICm:計算電路
IP1,IP11,IP12,IP21,IP22:IP位址
MAC1:媒體存取控制位址
S301~S323,S401~S433,S501~S523,S601~S633:步驟
第1圖為本發明實施例一叢集之示意圖。
第2圖為本發明實施例一分配系統之示意圖。
第3圖至第6圖分別為本發明實施例的通訊系統及通訊方法之示意圖。
第7圖為本發明實施例一通訊系統的示意圖。
第1圖為本發明實施例一叢集14之示意圖。叢集(cluster)14可包含多個節點(例如節點140N1、140N2)及管理網路(management network)140M。
所有節點(例如140N1及140N2)的對外介面(interface)(例如區域網路(Local area network，LAN)介面)結合而創造一個虛擬叢集介面。所有節點可透過管理網路140M相互通訊、控制或交換資料。叢集14可為主動-主動叢集(active-active cluster)。所有節點均有能力接收、發送或處理資料，管理網路140M可(例如根據ClusterIP使用的雜湊演算法(hash algorithm))仲裁而自所有節點選擇出其中一個來接收、發送或處理資料。
在一實施例，叢集14可具有共用的網際網路協定位址(Internet Protocol address，IP address)，共用的IP位址可為私有IP(private IP)位址或公共IP(public IP)位址。例如，叢集14的共用的IP位址IP1可例如為192.168.10.3， 叢集14的媒體存取控制位址(Media Access Control，MAC)MAC1可例如為01：02：03：04：05：06。在一實施例，管理網路140M的網段可例如為192.168.20.0/24，節點140N1的IP位址IP11、IP12可例如分別為192.168.10.1、192.168.20.1，節點140N2的IP位址IP21、IP22可例如分別為192.168.10.2、192.168.20.2，連接至節點140N1或140N2的裝置的網段可例如為192.168.10.0/24。節點140N1、140N2可具有不同的MAC位址。
在一實施例，叢集14、節點(例如節點140N1或140N2)或管理網路140M可使用軟體、韌體及/或硬體(例如電路或處理器)的組合來實現。在一實施例，叢集14可利用ClusterIP來實現，ClusterIP可為Netfilter程式碼(code)的一部分。在一實施例，管理網路140M可例如為交換器，例如工作群組交換器(workgroup switch)。在一實施例，叢集14可為分配叢集(例如341、441、541或641)；節點(例如140N1或140N2)可使用軟體、韌體及/或硬體的組合來執行負載分配或負載平衡，例如負載平衡器。在一實施例，叢集14可為網路實體叢集(例如242、342、442、542或642)；節點(例如140N1或140N2)可為網路實體(network entity)，例如用戶平面功能(User Plane Function，UPF)、接入和移動管理功能(Access and Mobility Management Function，AMF)、網路儲存庫功能(Network Repository Function，NRF)、會話管理功能(Session Management Function，SMF)、無線電單元(Radio Unit，RU)、分布單元(Distributed Unit，DU)或中央單元(Central Unit，CU)。
第2圖為本發明實施例一分配系統20之示意圖。分配(distribution)系統20可包含分配單元241及網路實體叢集242。網路實體叢集242包含多個網路實體242TT1~242TTn。分配單元241或網路實體(例如242TT1或242TTn)可使用軟體、韌體及/或硬體的組合來實現。在一實施例，分配單元241可為分配叢集而包含多個節點。
分配單元241可接收一封包，並自網路實體242TT1~242TTn選出一個網路實體(例如242TT1)。分配單元241可將此封包的目標MAC位址改寫為選出的網路實體(例如242TT1)的MAC位址，且將此封包傳輸至選出的網路實體(例如242TT1)。換言之，分配單元241可根據所有網路實體242TT1~242TTn的負載或狀態，執行負載分配或負載平衡，而可將任務分配到網路實體242TT1~242TTn其中一者，避免網路實體242TT1~242TTn其中任一者過載而其他網路實體處於閒置狀態，且在網路實體242TT1~242TTn其中一者無響應或故障時選擇另一者而能繼續提供服務。
第3圖為本發明實施例一通訊系統30及其通訊方法之示意圖。通訊系統30可包含用戶設備(User Equipment，UE)310UE、無線電單元320RU、分布單元320DU1、320DU2、中央單元320CU1、320CU2、路由器330AR、接入和移動管理功能340AMF、會話管理功能340SMF、網路儲存庫功能340NRF、虛擬用戶平面功能340UPF及伺服器350SVR，彼此可通訊地耦接或互連(communicatively coupled or interconnected)。
在第3圖，虛擬用戶平面功能340UPF可包含分配叢集341及網路實體叢集342。分配叢集341可包含m個負載平衡器341LB1~341LBm。負載平衡器341LB1~341LBm可作為節點，且可利用分配叢集341的管理網路互相控制或交換資料。分配叢集341的負載平衡器341LB1~341LBm具有相同的共用的私有IP位址或連接埠(port)。分配叢集341在啟動時可(用私有IP位址及/或連接埠)向會話管理功能340SMF註冊成具有共用的IP位址的虛擬用戶平面功能340UPF。
網路實體叢集342可包含n個用戶平面功能342UPF1~342UPFn。用戶平面功能342UPF1~342UPFn可作為節點，且可利用網路實體叢集342的管理網路互相控制或交換資料。網路實體叢集342的用戶平面功能342UPF1~342UPFn分別具有不同的私有IP位址，但具有相同的共用的公共IP位址或連接埠。
在第3圖，用戶設備310UE欲將資料傳輸至伺服器350SVR。在用戶設備310UE透過接入和移動管理功能340AMF註冊到會話管理功能340SMF後，會話管理功能340SMF可利用本地儲存庫(local repository)或網路儲存庫功能340NRF選擇一個用戶平面功能(例如虛擬用戶平面功能340UPF)來分配給用戶設備310UE的協定資料單元(Protocol Data Unit，PDU)會話。在一實施例，所選出的用戶平面功能(例如虛擬用戶平面功能340UPF)的私有IP位址及/或連接埠是分配叢集341的共用的私有IP位址及/或連接埠。
如第3圖的步驟S301~S305所示，用戶設備310UE發往伺服器350SVR的封包經過無線電單元320RU、分布單元320DU1、中央單元320CU1、路由器330AR(例如聚合路由器(Aggregation Router))而傳輸至分配叢集341的共用的私有IP位址及/或連接埠。在一實施例，源IP位址可為用戶設備310UE的私有IP位址，目標IP位址可為分配叢集341的共用的私有IP位址。
由於負載平衡器341LB1~341LBm的私有IP位址相同，因此分配叢集341的管理網路可選出其中一個負載平衡器(例如341LB1)，(例如根據ClusterIP使用的雜湊演算法)使得負載平衡器341LB1~341LBm的其中一個(例如341LB1)接收封包。並且，選出的負載平衡器(例如341LB1)將封包的目標MAC位址改寫為負載平衡器(例如341LB1)選出的一個用戶平面功能(例如342UPF1)的MAC位址。
在一實施例，所有協定資料單元會話的狀態資訊都儲存在記憶體343(例如分散式高速緩衝記憶體系統、memcached、Redis)，以便負載平衡器(例如341LB1)可根據後端用戶平面功能342UPF1~342UPFn的協定資料單元會話流量來在網路實體叢集342選出一個用戶平面功能(例如342UPF1)。如此一來，可在極短時間(例如3秒)內將協定資料單元會話從繁忙或故障的用戶平面功能(例如342UPFn)遷移到閒置的用戶平面功能(例如342UPF1)，以避免用戶設 備310UE的服務中斷。
如第3圖的步驟S306所示，選出的負載平衡器(例如341LB1)將封包發送到選定的用戶平面功能(例如342UPF1)。在一實施例，源IP位址可為用戶設備310UE的私有IP位址，目標IP位址可為選出的用戶平面功能(例如342UPF1)的私有IP位址。
封包被發送到選定的用戶平面功能(例如342UPF1)後，選定的用戶平面功能(例如342UPF1)根據來源網路位址轉譯(Source Network Address Translation，SNAT)將私有IP位址轉換成公共IP位址。換言之，封包在核心網路(core network)傳輸時是利用會話管理功能340SMF分配給用戶設備310UE的私有IP位址，封包在網際網路傳輸時是利用自用戶設備310UE的私有IP位址轉換而成公共IP位址。在一實施例，公共IP位址是用戶平面功能342UPF1~342UPFn共用的公共IP位址，私有IP位址是會話管理功能340SMF分配給用戶設備310UE的私有IP位址。如第3圖的步驟S316所示，選定的用戶平面功能(例如342UPF1)將(帶有公共IP位址及/或連接埠及多播(multicast)MAC位址的)封包發送到伺服器350SVR。在一實施例，源IP位址可為用戶平面功能342UPF1~342UPFn共用的公共IP位址，目標IP位址可為伺服器350SVR的公共IP位址。
由於封包的標頭(header)的源IP位址是網路實體叢集342共用的公共IP位址，因此在第3圖的步驟S317，伺服器350SVR將回應的封包發回網路實體叢集342。在一實施例，源IP位址可為伺服器350SVR的公共IP位址，目標IP位址可為用戶平面功能342UPF1~342UPFn共用的公共IP位址。也就是說，可實現具有伺服器直接返回(Direct Server Return，DSR)的負載分配。
網路實體叢集342接收伺服器350SVR回應的封包後，網路實體叢集342的一用戶平面功能可處理此封包。在一實施例，(網路實體叢集342的管理網路可使)先前選定的用戶平面功能(例如342UPF1)處理此封包。在一實施例， 若先前選定的用戶平面功能(例如342UPF1)無響應或故障時，網路實體叢集342的管理網路可仲裁而自網路實體叢集342選擇出(閒置的)一個用戶平面功能(例如342UPFn)，選出的用戶平面功能(例如342UPFn)利用記憶體343儲存的相關資訊來處理此封包。如此一來，可在極短時間內將協定資料單元會話從繁忙或故障的用戶平面功能(例如342UPF1)遷移到閒置的用戶平面功能(例如342UPFn)，以避免用戶設備310UE的服務中斷。
接著，如第3圖的步驟S319~S323所示，選出的用戶平面功能(例如342UPF1)再將回應的封包路由到用戶設備310UE。在一實施例，源IP位址可為選出的用戶平面功能(例如342UPF1)的私有IP位址，目標IP位址可為用戶設備310UE的私有IP位址。
在一實施例，用戶設備310UE可例如為手機，伺服器450SVR可例如為應用程式(application，APP)伺服器、網頁(web)伺服器或IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem，IMS)伺服器。用戶設備310UE可向伺服器450SVR發送請求，伺服器450SVR可根據請求回傳執行後的回應。但本發明不限於此。
第4圖為本發明實施例一通訊系統40及其通訊方法之示意圖。通訊系統40可包含用戶設備410UE、無線電單元420RU、分布單元420DU1、420DU2、中央單元420CU1、420CU2、路由器430AR、接入和移動管理功能440AMF、會話管理功能440SMF、網路儲存庫功能440NRF、分配叢集441、網路實體叢集442及伺服器450SVR。
在一實施例，(如第7圖所示)用戶設備410UE可例如為相機，伺服器450SVR可例如為人工智慧伺服器或IP多媒體子系統伺服器。伺服器450SVR可連接至用戶設備410UE或向用戶設備410UE發送請求，用戶設備410UE可用傳送影像或影音資料回應伺服器450SVR。用戶設備410UE與伺服器450SVR可支援即時串流協定(Real Time Streaming Protocol，RTSP)串流。但本發明不限於此。
在第4圖，分配叢集441可包含m個負載平衡器441LB1~441LBm。負載平衡器441LB1~441LBm可作為節點，且可利用分配叢集441的管理網路互相控制或交換資料。分配叢集441的負載平衡器441LB1~441LBm具有相同的共用的公共IP位址或連接埠。
網路實體叢集442可包含n個用戶平面功能442UPF1~442UPFn。用戶平面功能442UPF1~442UPFn可作為節點，且可利用網路實體叢集442的管理網路互相控制或交換資料。網路實體叢集442的用戶平面功能442UPF1~442UPFn分別具有不同的公共IP位址但具有相同的共用的私有IP位址或連接埠。網路實體叢集442在啟動時可(用私有IP位址及/或連接埠)向會話管理功能440SMF註冊成具有共用的IP位址的虛擬用戶平面功能440UPF。
在第4圖，伺服器450SVR欲將資料傳輸至用戶設備410UE。在用戶設備410UE透過接入和移動管理功能440AMF註冊到會話管理功能440SMF後，會話管理功能440SMF可利用本地儲存庫或網路儲存庫功能440NRF選擇一個用戶平面功能(例如虛擬用戶平面功能440UPF)來分配給用戶設備410UE的協定資料單元會話。在一實施例，所選出的用戶平面功能(例如虛擬用戶平面功能440UPF)的私有IP位址及/或連接埠是網路實體叢集442的共用的私有IP位址及/或連接埠。
如第4圖的步驟S401所示，伺服器450SVR發往用戶設備410UE的封包傳輸至分配叢集441的共用的公共IP位址及/或連接埠。在一實施例，封包可自伺服器450SVR的公共IP位址傳送至分配叢集441的共用的公共IP位址。
由於負載平衡器441LB1~441LBm的公共IP位址相同，因此分配叢集441的管理網路可選出其中一個負載平衡器(例如441LB1)，(例如根據ClusterIP使用的雜湊演算法)使得負載平衡器441LB1~441LBm的其中一個(例如441LB1)接收封包。並且，選出的負載平衡器(例如441LB1)將封包的目標 MAC位址改寫為負載平衡器(例如441LB1)選出的一個用戶平面功能(例如442UPF1)的MAC位址。
在一實施例，所有協定資料單元會話的狀態資訊都儲存在記憶體443中，以便負載平衡器(例如441LB1)可根據後端用戶平面功能442UPF1~442UPFn的協定資料單元會話流量來在網路實體叢集442選出一個用戶平面功能(例如442UPF1)。如此一來，可在極短時間(例如3秒)內將協定資料單元會話從繁忙或故障的用戶平面功能(例如442UPFn)遷移到閒置的用戶平面功能(例如442UPF1)，以避免用戶設備410UE的服務中斷。
如第4圖的步驟S405所示，選出的負載平衡器(例如441LB1)將封包發送到選定的用戶平面功能(例如442UPF1)的公共IP位址後，選定的用戶平面功能(例如442UPF1)根據目標網路位址轉譯(Destination Network Address Translation，DNAT)將公共IP位址轉換成私有IP位址。在一實施例，公共IP位址是分配叢集441共用的公共IP位址，私有IP位址是會話管理功能440SMF分配給用戶設備410UE的私有IP位址。如第4圖的步驟S407~S417所示，選定的用戶平面功能(例如442UPF1)向用戶設備410UE傳送(帶有私有IP位址及/或連接埠及多播MAC位址的)封包。在一實施例，封包可自網路實體叢集442共用的私有IP位址經過路由器440AR(例如聚合路由器)、中央單元420CU1、分布單元420DU1、無線電單元420RU傳送至用戶設備410UE的私有IP位址。
在第4圖的步驟S418~S430，用戶設備410UE將回應的封包發回網路實體叢集442。在一實施例，回應的封包可自用戶設備410UE的私有IP位址傳送至網路實體叢集442共用的私有IP位址。
網路實體叢集442接收用戶設備410UE回應的封包後，網路實體叢集442的一用戶平面功能可處理此封包。在一實施例，(網路實體叢集442的管理網路可使)先前選定的用戶平面功能(例如442UPF1)處理此封包。在一實施例， 若先前選定的用戶平面功能(例如442UPF1)無響應或故障時，網路實體叢集442的管理網路可仲裁而自網路實體叢集442選擇出(閒置的)一個用戶平面功能(例如442UPFn)，選出的用戶平面功能(例如442UPFn)利用記憶體444儲存的相關資訊來處理此封包。如此一來，可在極短時間內將協定資料單元會話從繁忙或故障的用戶平面功能(例如442UPF1)遷移到閒置的用戶平面功能(例如442UPFn)，以避免用戶設備410UE的服務中斷。
接著，如第4圖的步驟S433所示，選出的用戶平面功能(例如442UPFn)再將回應的封包路由到原先的伺服器450SVR。在一實施例，封包可自選出的用戶平面功能(例如442UPF1)的公共IP位址傳送至伺服器450SVR的公共IP位址。也就是說，可實現具有伺服器直接返回的負載分配。
第5圖為本發明實施例一通訊系統50及其通訊方法之示意圖。通訊系統50可包含用戶設備510UE、無線電單元520RU、分布單元520DU1、中央單元520CU1~520CUm、路由器530AR、網路實體叢集542、記憶體543、交換器560SW(例如第三層交換器(Layer 3 Switch，L3 Switch))及伺服器550SVR。
在第5圖，中央單元520CU1~520CUm可分別包含網路控制器(network controller)520NIC1~520NICm。網路控制器520NIC1~520NICm可用系統單晶片(System on a Chip，SoC)實施。網路控制器520NIC1~520NICm可分別包含負載平衡器541LB1~541LBm。負載平衡器541LB1~541LBm可構成分配叢集541且作為分配叢集541的節點，並可利用分配叢集541的管理網路541mgmtnetL互相控制或交換資料。分配叢集541的負載平衡器541LB1~541LBm具有相同的共用的私有IP位址或連接埠。換言之，可利用中央單元520CU1~520CUm的運算資源來實現負載平衡器541LB1~541LBm。
在第5圖，網路實體叢集542可包含n個用戶平面功能542UPF1~542UPFn。用戶平面功能542UPF1~542UPFn可作為節點，且可利用網路實體叢 集542的管理網路542mgmtnetU互相控制或交換資料。網路實體叢集542的用戶平面功能542UPF1~542UPFn分別具有不同的私有IP位址但具有相同的共用的公共IP位址或連接埠。
如第5圖的步驟S501~S504、S512所示，用戶設備510UE發往伺服器550SVR的封包傳輸至分配叢集541。如第5圖的步驟S512所示，由於負載平衡器541LB1~541LBm共用的私有IP位址相同，因此分配叢集541的管理網路541mgmtnetL可選出其中一個負載平衡器(例如541LB1)來接收封包，選出的負載平衡器(例如541LB1)將封包的目標MAC位址改寫為負載平衡器(例如541LB1)選出的一個用戶平面功能(例如542UPF1)的MAC位址。在一實施例，所有協定資料單元會話的狀態資訊都儲存在記憶體543，以便負載平衡器(例如541LB1)可根據後端用戶平面功能542UPF1~542UPFn的協定資料單元會話流量來在網路實體叢集542選出一個用戶平面功能(例如542UPF1)。
如第5圖的步驟S513~S514所示，選出的負載平衡器(例如541LB1)將封包發送到選定的用戶平面功能(例如542UPF1)的私有IP位址後，選定的用戶平面功能(例如542UPF1)根據來源網路位址轉譯將私有IP位址轉換成公共IP位址。在一實施例，公共IP位址是用戶平面功能542UPF1~542UPFn共用的公共IP位址。如第5圖的步驟S515~S516所示，選定的用戶平面功能(例如542UPF1)將(帶有公共IP位址及/或連接埠及多播MAC位址的)封包發送到伺服器550SVR。
由於封包的標頭的源IP位址是網路實體叢集542共用的公共IP位址，因此在第5圖的步驟S517~S518，伺服器550SVR將回應的封包發回網路實體叢集542。也就是說，可實現具有伺服器直接返回的負載分配。在一實施例，在第5圖的步驟S518，(網路實體叢集542的管理網路542mgmtnetU可使)先前選定的用戶平面功能(例如542UPF1)處理此封包。在一實施例，在第5圖的步驟S518， 若先前選定的用戶平面功能(例如542UPF1)無響應或故障時，網路實體叢集542的管理網路542mgmtnetU可仲裁而自網路實體叢集542選擇出(閒置的)一個用戶平面功能(例如542UPFn)，選出的用戶平面功能(例如542UPFn)利用記憶體543儲存的相關資訊來處理此封包。
接著，如第5圖的步驟S519~S523所示，選出的用戶平面功能(例如542UPFn)再將回應的封包路由到用戶設備510UE。
第6圖為本發明實施例一通訊系統60及其通訊方法之示意圖。通訊系統60可包含用戶設備610UE、無線電單元620RU、分布單元620DU1、中央單元620CU1~620CUm、路由器630AR、分配叢集641、網路實體叢集642、記憶體643、交換器660SW(例如第三層交換器)及伺服器650SVR。
分配叢集641可包含m個負載平衡器641LB1~641LBm。負載平衡器641LB1~641LBm可作為節點，且可利用分配叢集641的管理網路641mgmtnetL互相控制或交換資料。分配叢集641的負載平衡器641LB1~641LBm具有相同的共用的公共IP位址或連接埠。
網路實體叢集642可包含n個用戶平面功能642UPF1~642UPFn。用戶平面功能642UPF1~642UPFn可作為節點，且可利用網路實體叢集642的管理網路642mgmtnetU互相控制或交換資料。網路實體叢集642的用戶平面功能642UPF1~642UPFn分別具有不同的公共IP位址但具有相同的共用的私有IP位址或連接埠。
在一實施例，用戶平面功能642UPF1~642UPFn可分別包含計算電路642NIC1~642NICm，計算電路642NIC1~642NICm可用系統單晶片實施。計算電路642NIC1~642NICm可分別包含負載平衡器641LB1~641LBm。換言之，可利用用戶平面功能642UPF1~642UPFn的運算資源來實現負載平衡器641LB1~641LBm。但負載平衡器641LB1~641LBm也可如第6圖所示地獨立地設置在用戶 平面功能642UPF1~642UPFn外。
如第6圖的步驟S601~S602所示，伺服器650SVR發往用戶設備610UE的封包傳輸至分配叢集641。如第6圖的步驟S603所示，由於負載平衡器641LB1~641LBm共用的公共IP位址相同，因此分配叢集641的管理網路641mgmtnetL可選出其中一個負載平衡器(例如641LB1)來接收封包，選出的負載平衡器(例如641LB1)將封包的目標MAC位址改寫為負載平衡器(例如641LB1)選出的一個用戶平面功能(例如642UPF1)的MAC位址。在一實施例，所有協定資料單元會話的狀態資訊都儲存在記憶體643中，以便負載平衡器(例如641LB1)可根據後端用戶平面功能642UPF1~642UPFn的協定資料單元會話流量來在網路實體叢集642選出一個用戶平面功能(例如642UPF1)。
如第6圖的步驟S604~S605所示，選出的負載平衡器(例如641LB1)將封包被發送到選定的用戶平面功能(例如642UPF1)的公共IP位址後，選定的用戶平面功能(例如642UPF1)根據目標網路位址轉譯將公共IP位址轉換成私有IP位址。如第6圖的步驟S607~S617所示，選定的用戶平面功能(例如642UPF1)向用戶設備610UE傳送(帶有私有IP位址及/或連接埠及多播MAC位址的)封包。
在第6圖的步驟S618~S630，用戶設備610UE將回應的封包發回網路實體叢集642。在一實施例，在第6圖的步驟S631，(網路實體叢集642的管理網路642mgmtnetU可使)先前選定的用戶平面功能(例如642UPF1)處理此封包。在一實施例，在第6圖的步驟S631，若先前選定的用戶平面功能(例如642UPF1)無響應或故障時，網路實體叢集642的管理網路642mgmtnetU可仲裁而自網路實體叢集642選擇出(閒置的)一個用戶平面功能(例如642UPFn)，選出的用戶平面功能(例如642UPFn)利用記憶體643儲存的相關資訊來處理此封包。
接著，如第6圖的步驟S632~S633所示，選出的用戶平面功能(例如 642UPFn)再將回應的封包路由到原先的伺服器650SVR。也就是說，可實現具有伺服器直接返回的負載分配。
在一實施例，步驟S501~S504、S516、S517、S519~S523大致對應至步驟S301~S304、S316、S317、S319~S323，步驟S601、S605、S607、S608、S615~S620、S629~S630、S633大致對應至步驟S401、S405、S407、S408、S415~S420、S429~S430、S433。
綜上所述，當協定資料單元會話欲傳送到網路實體(例如用戶平面功能)時，本發明可利用分配單元(或網路實體叢集的管理網路)迅速在繁忙或故障的網路實體與閒置的網路實體之間切換，而能將協定資料單元傳送到閒置的網路實體，以避免服務中斷並提高可用性(availability)。本發明在網路實體發生故障時實現了與1：1冗餘模型相同的用戶體驗，但資本支出較低。並且，每個網路實體基本上不會是閒置的，而即使是N：M冗餘模型仍然有M/(N+M)個網路實體是閒置的。此外，本發明增強網路實體的負載平衡，使得網路實體的橫向擴展(scale-out)及核心網路的高吞吐量成為可能。再者，一封包經由分配單元轉傳，但回應此封包的另一封包不經過分配單元，而可達成伺服器直接返回。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
14:叢集
140N1,140N2:節點
140M:管理網路
IP1,IP11,IP12,IP21,IP22:IP位址
MAC1:媒體存取控制位址

Claims (18)

  1. 一種網路分配方法，用於耦接至一網路實體叢集的一網路分配單元，包含有：接收一第一封包；自該網路實體叢集的複數個網路實體選出一第一網路實體；將該第一封包的一目標媒體存取控制位址改寫為該第一網路實體的一媒體存取控制位址；以及將該第一封包傳輸至該第一網路實體，其中，該網路分配單元自該網路實體叢集的該複數個網路實體選出該第一網路實體以將一第一實體傳送至該網路分配單元的該第一封包經由該第一網路實體傳送至一第二實體，該網路實體叢集的一管理網路自該複數個網路實體選出一第二網路實體以自該第二實體接收一第二封包並將該第二封包傳送至該第一實體，該第一網路實體與該第二網路實體是同一個或不同的網路實體。
  2. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該網路分配單元用來根據該複數個網路實體的流量來選出該第一網路實體。
  3. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該網路分配單元為一叢集而包含有複數個節點，該複數個節點的一第一節點是根據雜湊演算法而自該複數個節點被選出以用來改寫該目標媒體存取控制位址，該複數個節點的每一者為一負載平衡器。
  4. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該網路分配單元或該網路實體叢集向一會話管理功能註冊成具有一私有網際網路協定位址的一虛擬用戶平面功能，該私有網際網路協定位址由該網路分配單元的複數個節點共用或由該網路實體叢集的該複數個網路實體共用。
  5. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該網路分配單元的複數個節點具有共用的一私有網際網路協定位址而該網路實體叢集的該複數個網路實體具有共用的一公共網際網路協定位址，或者該複數個節點具有共用的一公共網際網路協定位址而該複數個網路實體具有共用的一私有網際網路協定位址。
  6. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該網路分配單元或該網路實體叢集包含有該管理網路，該管理網路用來根據雜湊演算法而自該網路分配單元的複數個節點選出一個節點或用來根據該複數個網路實體的流量或狀態而自該網路實體叢集的該複數個網路實體選出一個網路實體。
  7. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該第一網路實體用來將一私有網際網路協定位址轉換成該網路實體叢集共用的一公共網際網路協定位址或用來將該網路分配單元共用的一公共網際網路協定位址轉換成一私有網際網路協定位址。
  8. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該複數個網路實體的每一者為一用戶平面功能、一無線電單元、一分布單元或一中央單元。
  9. 如請求項1所述之網路分配方法，其中，該網路分配單元的複數個節點分別設置在複數個用戶平面功能、複數個無線電單元、複數個分布單元或複數個中央單元內，或者，該網路分配單元獨立地設置在該複數個用戶平面功能、該複數個無線電單元、該複數個分布單元或該複數個中央單元外。
  10. 一種網路分配單元，耦接至一網路實體叢集，包含有：一處理電路，用來執行一程式碼；以及一儲存電路，耦接於該處理電路，用來儲存該程式碼，該程式碼指示該處理電路執行以下步驟：接收一第一封包； 自該網路實體叢集的複數個網路實體選出一第一網路實體；將該第一封包的一目標媒體存取控制位址改寫為該第一網路實體的一媒體存取控制位址；以及將該第一封包傳輸至該第一網路實體，其中，該網路分配單元自該網路實體叢集的該複數個網路實體選出該第一網路實體以將一第一實體傳送至該網路分配單元的該第一封包經由該第一網路實體傳送至一第二實體，該網路實體叢集的一管理網路自該複數個網路實體選出一第二網路實體以自該第二實體接收一第二封包並將該第二封包傳送至該第一實體，該第一網路實體與該第二網路實體是同一個或不同的網路實體。
  11. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該網路分配單元用來根據該複數個網路實體的流量來選出該第一網路實體。
  12. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該網路分配單元為一叢集而包含有複數個節點，該複數個節點的一第一節點是根據雜湊演算法而自該複數個節點被選出以用來改寫該目標媒體存取控制位址，該複數個節點的每一者為一負載平衡器。
  13. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該網路分配單元或該網路實體叢集向一會話管理功能註冊成具有一私有網際網路協定位址的一虛擬用戶平面功能，該私有網際網路協定位址由該網路分配單元的複數個節點共用或由該網路實體叢集的該複數個網路實體共用。
  14. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該網路分配單元的複數個節點具有共用的一私有網際網路協定位址而該網路實體叢集的該複數個網路實體具有共用的一公共網際網路協定位址，或者該複數個節點具有共用的一公共網際網路協定位址而該複數個網路實體具有共用的一私有網際網 路協定位址。
  15. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該網路分配單元或該網路實體叢集包含有該管理網路，該管理網路用來根據雜湊演算法而自該網路分配單元的複數個節點選出一個節點或用來根據該複數個網路實體的流量或狀態而自該網路實體叢集的該複數個網路實體選出一個網路實體。
  16. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該第一網路實體用來將一私有網際網路協定位址轉換成該網路實體叢集共用的一公共網際網路協定位址或用來將該網路分配單元共用的一公共網際網路協定位址轉換成一私有網際網路協定位址。
  17. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該複數個網路實體的每一者為一用戶平面功能、一無線電單元、一分布單元或一中央單元。
  18. 如請求項10所述之網路分配單元，其中，該網路分配單元的複數個節點分別設置在複數個用戶平面功能、複數個無線電單元、複數個分布單元或複數個中央單元內，或者，該網路分配單元獨立地設置在該複數個用戶平面功能、該複數個無線電單元、該複數個分布單元或該複數個中央單元外。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150326478A1 (en) * 2013-03-11 2015-11-12 Cisco Technology, Inc. Methods and devices for providing service insertion in a trill network
CN112073503A (zh) * 2020-09-03 2020-12-11 浪潮云信息技术股份公司 一种基于流控机制的高性能负载均衡方法
US20210112049A1 (en) * 2019-10-14 2021-04-15 Netsia, Inc. Single sign-on control function (sof) for mobile networks

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7080116B2 (en) * 2001-08-21 2006-07-18 The Boeing Company Network blocking device for paid Internet services
US7328353B2 (en) * 2002-02-14 2008-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Content distribution system
US8892724B1 (en) * 2010-10-08 2014-11-18 Sprint Spectrum L.P. Assigning a type of address based on expected port utilization
US8533285B2 (en) * 2010-12-01 2013-09-10 Cisco Technology, Inc. Directing data flows in data centers with clustering services
CN109548009B (zh) 2017-07-31 2021-02-23 华为技术有限公司 释放ip地址的方法、装置、网络设备及系统
US10523556B2 (en) * 2017-08-08 2019-12-31 Versa Networks, Inc. Method and system for routing connections in a software-defined wide area network
US10506469B1 (en) 2018-05-17 2019-12-10 Cisco Technology, Inc. Resilient in-band mobile core user plane function selection using segment routing load balancing
CN109639589B (zh) * 2018-12-27 2022-09-30 杭州迪普科技股份有限公司 一种负载均衡方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150326478A1 (en) * 2013-03-11 2015-11-12 Cisco Technology, Inc. Methods and devices for providing service insertion in a trill network
US20210112049A1 (en) * 2019-10-14 2021-04-15 Netsia, Inc. Single sign-on control function (sof) for mobile networks
CN112073503A (zh) * 2020-09-03 2020-12-11 浪潮云信息技术股份公司 一种基于流控机制的高性能负载均衡方法

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