5G核心网技术基础自学系列 | 建立连接

Posted 2022-11-26 COCOgsta

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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附上汇总贴：5G核心网技术基础自学系列 | 汇总_COCOgsta的博客-CSDN博客

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7.2.1 网络发现和选择

5GS的网络发现和选择过程与EPS并没有太大区别， 并且保留了选择3GPP接人类型时使用的原则。

在UE可以从5GS接收和使用5GS的服务和功能(比如来自SMF的会话管理服务) 之前， UE需要建立与5GS的连接。为此， UE首先选择网络/PLMN和5G-AN。对于3GPP接入即NG-RAN， UE选择小区， 然后UE建立到NG-RAN的RRC连接。NG-RAN基于UE在建立RRC连接时提供的内容(例如， 选定的PLMN、网络切片信息) ， 选择AMF并使用N2参考点将UE NAS MM消息转发到5GC的AMF中。通过使用AN连接(即RRC连接) 和N2， UE和5GS完成注册过程。一旦注册过程完成， UE对于5GC 就是已知的， 并且该UE具有到AMF(UE到5GC的人口点) 的NAS MM连接， 用作到5GC的NAS连接。UE与5GC中其他实体之间的进一步通信使用已建立的NAS连接， 作为从该点开始的NAS传输。为了节省资源， 可以释放NAS连接， 而UE仍在5GC中保持注册和已知状态， 即， 为了重新建立NAS连接， UE或5GC可以发起服务请求过程。有关所使用的NAS消息， 以及用于UE和各种5GC实体之间通信的NAS传输的进一步说明，请参见第14章。有关注册和服务请求过程的更多详细信息，有兴趣的读者可以参考第15章。

对于接入类型为非受信的非3GPP的5G-AN， 其原理相似， 但也涉及一个N3IWF (参见第3章) 。在这一情况下， UE首先建立到非3GPP接入网(例如到Wi-Fi接入点) 的本地连接， 随后在UE和N3IWF(NWu) 之间建立安全隧道作为AN连接。UE使用隧道，通过N3IWF向AMF发起注册过程。

7.2.2 注册和移动性

使用NR和E-UTRA的5GS的空闲模式移动性管理， 基于与LTE/E-UTRAN(EPS) 、GSM/WCDMA和CDMA类似的概念。无线网络由范围从数十米、数百米到数十公里的小区组成(参见第3章)，并且UE会定期向网络更新其位置。由于其所引起的大量信令，因此跟踪处于空闲模式的UE在不同小区之间的每次移动，或者针对每个终结事件(例如来话呼叫)在整个网络中搜索UE是不现实的。因此，为了提高效率，小区被分组为跟踪区(TA)，并且可以将一个或多个跟踪区分配给UE作为注册区(RA)。RA用作网络搜索UE 以及UE报告其位置的基础。

gNB/ng-eNB在每个小区中广播TA标识， UE将此信息与其先前作为指定RA的一部分存储的一个或多个TA进行比较。如果广播的跟踪区不是分配的RA的一部分，则UE会向网络启动一个注册过程，以通知UE现在位于不同的位置。例如，当先前被分配了包含TA1和TA2的RA的UE进人正在广播TA3的小区时，UE将注意到广播信息包含与其先前作为RA的一部分存储的TA不同的TA。该差异触发UE向网络执行注册更新过程，在此过程中，UE将其已进入的新TA通知网络。作为注册更新过程的一部分，网络将为UE分配一个新的RA，UE在继续移动的同时会存储和使用该RA。

如上所述， RA由包含一个或多个TA的列表组成。为了分发注册更新信令， EPS引入了TA列表的概念。该概念允许UE属于一个由不同TA组成的列表。不同的UE可以被分配给不同的列表。如果UE在其分配的TA列表内移动，则它不必出于移动性目的(即使使用移动性注册更新的注册类型)执行注册更新。通过将不同的TA列表分配给不同的UE，运营商可以为UE提供不同的RA边界，从而减少注册更新信令的峰值，例如在火车经过TA边界时。

除了在穿过边界到达UE未注册的TA中时UE执行的注册更新之外，还存在周期性的注册更新。当UE处于空闲状态时，即使它仍处于相同的RA内，它也会根据计时器定期执行注册更新。这些更新用于清除不在覆盖范围内或已关机而未通知网络的UE占用的网络资源。

网络由此知道空闲状态的UE位于RA中包括的某个TA中。当UE处于空闲状态并且网络需要联系上UE(例如，为了发送下行流量)时，网络在RA中寻呼该UE。TA和TA列表的大小是系统中注册更新次数和寻呼负载之间的折中。TA越小，寻呼UE所需的小区越少，但另一方面，注册更新将更加频繁。

TA越大，小区的寻呼负载越高，但是由于UE四处移动而引起的注册更新信令将更少。TA列表的概念还可用于减少由于移动性而引起的注册更新的频率。如果可以预测UE的移动，则列表可以针对UE做适当设置，以确保它们通过更少的边界，可以向接收大量寻呼消息的UE分配较小的TA列表，而很少被寻呼的UE提供较大的TA列表。表7.2中列出了各种3GPP系统的注册区概念和移动性更新过程的总结。

表7.2 3GPP无线接入PS域的注册区表示

5GS中空闲移动性过程的概要如下：

• TA由一组小区组成。

• 5GS中的注册区是一个或多个跟踪区的列表(TA列表)。

• UE在移动到其注册区(即TA列表)之外时，由于移动性而执行注册更新。

• 当定期注册更新定时器到期时，处于空闲状态的UE也会执行定期注册更新。

由移动性(即注册类型设置为“移动性注册更新”--MRU) 导致的注册更新过程的概述如图7.1所示，其中包含以下步骤(详细流程请参阅第15章)；

图7.1 移动性注册更新过程

1. 当UE重选新的小区并发现广播的TAID不在其RA的任一TA列表中时， UE启动到网络的MRU过程， NG-RAN将MRU路由到为新区域服务的AMF。

2. 一旦从UE接收到MRU消息， 则AMF检查该特定UE的上下文是否可用。如果不可用， 则AMF检查UE的临时身份(5G-GUTI) ， 以确定哪个AMF保留了UE的上下文。确定后， AMF会向旧AMF询问UE上下文。

3. 旧的AMF将UE上下文传送到新的AMF。

4. 一旦新AMF接收到旧的UE上下文， 它会通过向UDM注册自己来通知UDM UE 上下文已经移至新的AMF， 订阅发送UDM解除AMF注册的通知， 并从UDM获取UE的签约数据。

5. ~6) UDM在旧AMF中注销UE上下文(对于3GPP访问类型) 。

6. UDM确认新的AMF， 并在新的AMF中插人新的签约数据。

7. 新的AMF通知UE， MRU成功了， 并且提供一个新的5G-GUTI(其中GUAMI指向新的AMF) 。

注册过程也用于在UE和5GC之间传送信息，这些消息由AMF处理。例如， UE使用注册过程来提供UE能力信息或UE的设置(例如，MICO模式) 并获取LADN信息。因此， 如果这些信息(例如UE能力) 有变化， UE会重新发起注册过程(注册类型设置为“移动性注册更新”--MRU) 。

7.2.3 蜂窝连接态的移动性

为了优化蜂窝系统连接模式下的移动性， 3GPP已经付出了巨大的努力。不同技术之间使用的基本概念类似，但UE和网络之间的功能切割有所不同。处于连接态时，UE具有一个信令连接，没有或者有一个或多个连接着的用户面资源，并且数据传输可能正在进行。为了限制干扰并向UE提供良好的数据通信，与UE当前正在使用的小区相比，如果存在能提供更好服务的小区，UE通过切换来改变小区。为了避免UE设计的复杂性和减少UE功耗， 系统设计确保UE在一个时间点上只需收听一个gNB/ng-eNB。另外， 对于RAT间切换(例如， 从NR到E-UTRAN HO) ， UE仅需要一次连接一个无线技术。可能需要在不同技术之间快速来回切换，但是在任何单一时间点，仅连接一种无线技术。

为了确定何时执行切换，UE定期或在网络指示下，测量相邻小区的信号强度。由于UE在测量相邻小区时无法同时发送或接收数据，因此它从网络接收指示，即哪些相邻小区是可用的， 哪些小区UE应该测量。网络(NG-RAN)设立测量时间间隔， 在该测量时间隔内不会发送数据到UE或从UE接收数据。UE利用测量间隙，将接收机调谐到其他小区并测量其信号强度。如果在另一个小区上的信号强度明显更强， 则可以由NG-RAN 启动切换过程。

NG-RAN可以通过NG-RAN节点之间的直接接口(称为Xn接口) 执行直接切换。在基于Xn的HO过程中， 源NG-RAN节点和目标NG-RAN节点做好准备并执行HO过程，在HO执行结束时， 目标NG-RAN节点请求AMF将下行数据路径从源NG-RAN节点切换到目标NG-RAN节点。AMF依次请求每个SMF将数据路径切换到新的NG-RAN节点，并且SMF会更新为PDU会话提供服务的UPF。

如果在UPF将路径切换到新的NG-RAN节点之前，有发送的下行数据包， 则源NG-RAN节点将通过Xn接口转发数据包。

如果Xn接口在NG-RAN节点之间不可用， 则NG-RAN节点可以启动涉及5GC网络信令的切换。这称为基于N2的切换。基于N2的HO过程通过AMF发送信号， 并且可能会包括对AMF或SMF/UPF的更改。有关基于Xn和基于N2的切换过程的更详细说明，请参见第15章。