5G核心网技术基础自学系列 | N2管理

Posted 2022-11-26 COCOgsta

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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在EPS中， 如果UE附着到EPC并被分配了4G-GUTI时， 该4G-GUTI将与特定的MME相关联， 如果需要将UE移至另一个MME， 则需要用新的4G-GUTI更新该UE。这可能有缺陷，例如，如果UE正处于某种节能模式，或者需同时更新大量UE。5GS和N2支持将一个或多个UE移至另一AMF， 而无须立即使用新的5G-GUTI更新UE。

5G-AN和AMF通过传输网络层连接， 该层用于在它们之间传输NGAP消息的信令。使用的传输协议是SCTP。5G-AN和AMF中的SCTP端点在它们之间建立SCTP关联，这些关联由所使用的传输地址标识。SCTP关联通常称为传输网络层关联(TNLA) 。

5G-AN和5GC(AMF) 之间的N2(在RAN3规范中也称为NG， 例如3GPP TS 38.413) 参考点支持AMF的不同部署。或者如下所述。

1. 使用虚拟化技术的AMF NF实例， 能以一种分布式的、冗余的、无状态的和可伸缩的方式向5G-AN提供服务，并且可以从多个地点提供服务，或者如2)所述。

2. 使用AMF集内的多个AMF NF实例的AMF集， 并且多个AMF NF可以提供分布式的、冗余的、无状态的和可伸缩的特性。

通常， 前一种部署选项需要N2上的操作， 例如添加和删除TNLA， 释放TNLA并将NGAP UE关联重新绑定到同一个AMF的新的TNLA上。后者除了这些， 另外还需要操作以添加和删除AMF并将NGAP UE关联重新绑定到AMF集内的新AMF上。

N2参考点支持一种自动化的配置。在这种类型的配置期间， 5G-AN节点和AMF交换NGAP信息， 即每一方都支持什么， 例如5G-AN指示支持的TA， 而AMF指示支持的PLMN ID和服务的GUAMI。交换通过NG SETUP过程进行， 如果需要更新， 还需要RAN或AMF CONFIGURATION UPDATE过程。AMF CONFIGURATION UPDATE过程也可以用于管理5G-AN使用的TNL关联。这些消息(有关消息的完整列表， 请参阅第14章) 是非UE关联的N2消息的示例， 因为它们与5G-AN节点和AMF之间使用非UE关联的信令连接的整个NG接口实例有关。

与UE关联的服务和消息与一个UE相关。提供这些服务的NGAP功能与为UE维护的与UE关联的信令连接相关。图7.4展示了5G-AN和AMF中的NG-AP实例， 这些实例可以是非UE关联的， 也可以是UE关联的。NG-AP通信使用以TNLA为传输(SCTP用作传输协议，请参见第14章)的N2连接。

图7.4 TNLA作为传输的N2参考点

N2参考点支持每个AMF的多个TNL关联(最多32个) 。可以根据需要和权重因子添加或删除TNL关联， 这些因子可用于引导5G-AN用于与AMF进行NGAP通信的TNL关联(即， 实现5G-AN和AMF之间的TNL关联的负载均衡和TNL关联的重新平衡)。

对于处于CM-CONNECTED状态的特定UE， 除非被AMF明确更改或释放， 否则5G-AN节点（例如gNB）将保持相同的NGAP UE-TNLA绑定（即，对该UE使用相同的TNL关联和相同的NGAP关联）。

AMF可以随时更改CM-CONNECTED状态下用于UE的TNL关联， 例如通过使用不同的TNL关联， 响应来自5G-AN节点的N2消息。当UE上下文移动到AMF集合内的另一个AMF时， 这是有用的。

AMF还可以随时命令5G-AN节点释放处于CM-CONNECTED状态的UE所使用的TNL关联， 同时保持该UE的用户面的连通性(N3) 。如果以后需要更改AMF集内的AMF（例如，当要停用AMF时），这将很有用。

7.5.1 AMF管理

5GC， 包括N2， 支持在AMF集添加和删除AMF。在5GC中， 当添加新的NF时，会更新NRF(以及与EPS互通的DNS系统) ， 并且AMF的NF配置文件中包含AMF处理的GUAMI。对于GUAMI， 还可能在NRF中注册有一个或多个备用AMF(例如， 在AMF出现故障或被移除的情况下使用) 。

可以通过AMF将注册的UE上下文存储到UDSF(非结构化数据存储功能) 中， 或者通过AMF从NRF中注销自己， 来完成AMF的有计划的删除。在后一种情况下， AMF会通知5G-AN该AMF将无法用于处理在此AMF上配置的GUAMI的事务。另外， AMF可以通过改变朝向5G-AN的AMF的权重系数， 例如将其设置为零， 来减轻负载， 使5G-AN为进入该区域的新UE选择AMF集内的其他AMF。

如果AMF指示它不可用于处理事务， 则5G-AN会在同一AMF集内选择一个不同的AMF。如不能， 则5G-AN从另一个AMF集中选择一个新的AMF。AMF还可通过指示将NGAP UE关联重新绑定到同一AMF集内不同AMF上的可用TNLA上， 来控制AMF集内新AMF的选择。

在5GC中， NRF通知已订阅的CP NF， GUAMI标识的AMF将不可用于处理事务。然后， CP NF在同一AMF集内选择另一个AMF， 新的AMF从UDSF检索UE上下文，并用新的5G-GUTI更新UE， 用新的AMF地址信息更新其他对等的CP NF。

如果AMF集合中未部署UDSF， 则按与UDSF相似的方式完成对AMF的计划删除，区别在于AMF可以将已注册的UE上下文转发到同一AMF集中的目标AMF。一个备用AMF的信息可以在第一次交互过程中发送到其他NF。

AMF移除也可能是计划外的， 即由于某些故障。为了自动恢复到另一个AMF， 可以将UE上下文存储在UDSF中， 或者按GUAMI粒度存储在其他AMF(用作指示的GUAMI的备用AMF) 中。

7.5.2 5GC协助RAN优化

由于当UE转换到RRC-IDLE时UE上下文信息未保留在NG-RAN中， 因此NG-RAN可能难以优化与UE相关的逻辑， 因为UE特定的行为是未知的， 除非UE已处于RRC-CONNECTED状态一段时间了。NG-RAN有特定的方法来检索这种UE的信息， 例如，UE历史信息可以在NG-RAN节点之间传送。为了进一步帮助NG-RAN中的优化决策，例如对于UE RRC状态转换、CM状态转换决策以及针对RRC-INACTIVE状态的优化的NG-RAN策略， AMF可以向NG-RAN提供5GC辅助信息。

5GC具有更好的方法来更长时间地存储与UE相关的信息，并且具有通过外部接口从外部实体检索信息的方法。当5GC(AMF) 计算时， 所使用的算法和相关标准， 以及何时适合发送给NG-RAN的决定， 由厂商的产品实现决定。因此， 与发送到NG-RAN的辅助信息一起，通常伴随着一个指示，指出它是通过统计数据导出的还是通过签约信息(例如， 通过合约或API) 检索到的。

5GC的辅助信息分为三部分：

• 核心网辅助的RAN参数调整。

• 核心网辅助的RAN寻呼信息。

• RRC非活动辅助信息。

核心网辅助的RAN参数调整为NG-RAN提供了一种了解UE行为的方式， 从而可以优化NG-RAN逻辑， 例如UE应在特定状态保持多长时间。除了表7.4中列出的内容外，5GC还提供了信息来源，例如，是签约信息还是基于统计信息得出的。

表7.4 发送给NG-RAN的CN辅助信息一览

核心网辅助的RAN寻呼信息是对寻呼策略信息(PPI) 和与QoS流相关的QoS信息(有关QoS的更多详细信息， 请参阅第9章) 的补充， 并且协助NG-RAN制定NG-RAN的寻呼策略。核心网辅助的RAN寻呼信息还包含寻呼优先级， 该优先级为NG-RAN提供了一种了解下行信令重要性的方式。如果支持RRC非活动状态并且不要求UE处于RRC-CONNECTED状态， 例如为了跟踪的目的， AMF向NG-RAN提供RRC非活动辅助信息，以协助NG-RAN管理RRC非活动状态的使用。表7.4概述了各种CN辅助信息， 不过作为5GC发送给NG-RAN的N2消息的一部分， 还有更多可用信息可供NG-RAN使用以优化其行为， 感兴趣的读者可参见3GPP TS 38.413以获取更多信息。

7.5.3 服务区和移动性限制

移动性限制使网络能够通过签约等方式控制UE的移动性管理，以及UE如何接入网络。5GS应用了与EPS中类似的逻辑， 但同时也添加了一些新功能。

5GS支持以下功能：

• RAT限制：

  • 定义了不允许UE在PLMN中接入的3GPP RAT， 并且可以作为移动性限制的一部分由5GC提供给NG-RAN。RAT限制由NG-RAN在连接模式移动性下强制执行。

• 禁区：

  • 禁区是不允许UE向PLMN发起与网络的任何通信的区域。

• 核心网类型限制：

  • 定义是否允许UE访问PLMN的5GC、EPC或两者。

• 服务区限制：

  • 定义如下区域来控制是否允许UE对服务发起通信：

    • 允许区域：在允许区域中，允许UE按照签约允许的方式发起与网络的通信。
    • 非允许区域：在非允许区域中，UE受“服务区限制”，这意味着无论是UE还是网络都不允许启动信令以获取用户服务(在CM-IDLE和CM-CONNECTED状态下)。UE照常执行与移动性有关的信令，例如移出RA时，移动性注册的更新。非允许区域中的UE回复5GC发起的消息，从而使得可以通知UE该区域是非允许区域。

RAT、禁区和核心网类型限制的工作方式与EPS中类似， 但是服务区限制是一个新概念。如前所述，它是为更好地支持不需要完全移动性的用例开发的。一种用例是支持固定无线接入， 例如为用户提供支持3GPP接入技术的调制解调器或设备， 但用户签约将使用限制在某个区域，例如在家里。给UE提供指示允许区域或非允许区域的TA的列表。为了动态调整用户住所的区域(以成为允许区域)，签约中可能还包含一个数字，指示允许的TA的最大数量。当UE注册到网络时，将从UE四处移动的区域导出成为允许区域的TA。如果UE注销并重新注册，则重新计算允许区域。在签约中设置了服务区限制，但也将其发送到PCF， 从而允许PCF减少非允许区域或增加允许区域， 例如当用户同意对某个区域网络接入的某些赞助的时候。

如何使用一个具有最大允许TA数量的许可区域的用户签约，图7.5给出了一个例子，该图显示了一个穿过TA1、TA2和TA4的建筑物。当用户同意仅限于其住所区域的签约时，运营商会确定要用于此签约的TA(例如，根据用户的住所地址确定的TA2)，并且可以另外添加最大数量的允许的TA，例如设置为3，以确保覆盖建筑物的整个区域。当用户在家里(例如在TA1中)注册时，UE可以获得TA1的RA以及TA1和TA2的允许区域作为对其注册的答复。与保留的最大数量(现在包括TA1和TA2)(即两个TA)相比，网络保存着“允许区域”中包含的TA数量的计数。当用户移动到TA2和TA4时，UE可以得到一个TA1、TA2和TA4的RA，以及相同TA的允许区域。当用户离开住所来到TA5，则UE将获得新的设置为TA5的RA，并获得TA5是非允许区域的信息。因此，用户的UE无法用于正常服务。当用户再次回到家中时，UE会获得TA1、TA2和TA4的RA，以及TA1、TA2和TA4属于允许区域的信息。用户现在可以再次使用其UE。

图7.5 横跨跟踪区的建筑物(这些跟踪区用于构造允许区域)

TA的大小取决于许多因素，例如小区数量以及是否使用更高的频段。虽然跨越三个TA的建筑物的例子可能并不常见，因为TA通常比一栋建筑物大，但高频段的使用以及5GS使用三个八位组识别TA的事实(相对于EPS的两个八位组)，使得5GS部署较小的TA的可能性更大。