[5GC]《5G核心网-赋能数字化时代》| 6.4高效的用户面连接机制

Posted 2022-11-29 Greyplayground

6.4.1. 概述

5GC会话管理的一个重要目的是什么？
可以简单地说，是提供一个高效的方案，把报文转发出去。这听起来很简单。
但是这样的解决方案又是很灵活的，根据不同场景，我们可以设计出不同的方案。
还有各种工具套装来满足多种多样的需求，并没有固定标准。

1. 一个最基本的工具：UPF选择工具（PDU会话建立过程中）
   该工具能够通过SMF选择到离UE最近的UPF
2. 另一个工具：UP移动性工具
   依赖UPF重选择功能，当用户从一处移动到另一处时使用，或者用户开启了特殊要求的应用（此时必须选择到新的具有特殊性能的UPF，例如具有低时延特性的UPF）

6.4.2. SSC（Service and Session Continuity）模式

6.4.2.1. 概述

PSA UPF的概念很重要，全称是PDU Session Anchor UPF
当我们创建了PDU会话时，就会产生这样一个IP锚点
UE的位置： 选择PSA UPF应优先考虑距离UE最近的UPF
UE IP的变化： 当UE位置发生变化时，应该依据应用和服务的特性来决定是否要改变PSA UPF，因为这会发生UE IP的改变。

为了迎合各种应用对不同IP地址间的移动性，5GS支持差分化的SSC
SSC模式的选择： 由SMF来选择，依据以下三个来源：

1. 用户的订阅信息中允许使用的SSC模式
2. 特定PDU会话允许使用的SSC模式
3. UE请求使用的SSC模式

三种SSC模式如下图所示：

6.4.2.2. SSC 模式1

在整个PDU会话的生命周期中，可以不改变UE的IP地址
这种模式有更好的连续性，适合那些对连续性有要求的应用

6.4.2.3. SSC 模式2

工作机制是“break-before-make”
在切换过程中需要将原有的会话释放掉，重新选择SMF和UFP后创建一个新的会话，因此切换过程会导致短暂的业务中断
整个过程需要保证DNN和S-NSSAI不变
但是UE IP的IP地址将发生变化
因此该模式适合那些可以容忍业务瞬断的应用

6.4.2.4. SSC 模式3

这种模式跟SSC 模式2类似，允许PSA UPF在切换中发生改变，但是做出了优化，在切换过程中应用不会感知业务的中断，因为该模式的工作机制是“make-before-break”，即先创建后释放
SSC模式3 可以通过一下两种方式实现

• 多PDU会话：在释放原来的会话之前SMF会通知UE通过新的PSA UPF先建立一个新的会话到原来的DN
• IPv6多归属：和多PDU会话的方式一致，唯一的不同点是在该方式下参与切换的设备都是用IPv6地址

该模式下同样会导致UE IP和前缀的改变，因此同样需要PDU会话时基于的IP的

6.4.3. 将流量选择性地路由到某个DN

6.4.3.1. 概述

PDU会话可以有不止一个PSA UPF，和不止一个N6接口
一个本地PSA UPF可以将数据包转发到本地的边缘站点，同时也可以转发到数据中心或互联网的对等体
这种功能使边缘计算成为可能

实现该功能的方式有2种，接下来分别对其进行描述

6.4.3.2. 上行链路分类器

ULCL简介：
ULCL是一种UPF支持的功能，可以将数据流分流到不同的PSA UPF
ULCL节点可以将上行流量分流发送给不同的PSA，将下行流量汇聚发送个UE
流量探测和转发规则：这取决于SMF提供的流量过滤器
流量测量：ULCL节点受控于SMF，进行计费和带宽调整
不同的流量类型：IPv4,IPv6,IPv4v6和Ethernet

SMF对ULCL流程的控制：
SMF决定进行分流时，会在数据链路中插入一个ULCL节点和一个新增的PSA

SMF的控制行为何时发生：PDU的整个生命周期中

新增PSA的部署模式：collocated和standalone，也就是说可以和ULCL节点共用设备或者单独部署在一台硬件上

当ULCL不再被需要时：由SMF来判断并移除ULCL节点

从UE的视角看整个过程：UE根本看不见，也不参与

6.4.3.3. IPv6多归

和ULCL(IPv4)不同的地方在于，一个PDU会话的IPv6多归中的分流会有多个UE IP参与，不同的PSA UPF服务不同的IPv6，属于一对一的关系
在这个功能中和ULCL相似的节点成为BP(Branching Point)

当启用BP时，UE来选择应该使用哪个IPv6地址前缀作为up-link source IP
SMF通过Router Advertisement messages来配置UE中某个应用对应的IPv6地址
BP和ULCL的关键区别就是UE会在BP场景中选择转发路径
在这种特性的前提下，就不难理解，BP功能同时实现了IPv6多归属，和SSC 模式3

6.4.4. 应用对路由的影响

Application Function简称AF，AF和SSC模式以及ULCL/BP相关，但又是不同的概念，下面对比一下两者之间的不同

• SSC模式和ULCL/BP是一种用户层面的路由机制，帮助我们实现高效建立用户面路径；
• AF则是控制层面的概念，它决定了如何使用SSC等路由机制

作为控制面功能，AF是一种提供某种输入的角色，AF将规则提供给核心网，告知核心网应当如何转发某条流量。然后核心网决定应当使用UPF选择器，SSC模式，ULCL还是IPv6多归来进行路由

AF通过两种方式发送请求：

• 直接发送给PCF
• 通过NEF发送给PCF（NEF可以将外部标识映射成内部标识）

AF能够提供的信息包括：

• Traffic descriptor
• DNAI(Data Network Access Identifier)
• UE ID
• N6 traffic routing information
• Spatial and temporal validity conditions

分别解释一下上面列出的信息：

Traffic descriptor：IP过滤器 或 APP ID
DNAI：本质上是一个ID，代表了一个DN的入口。可以指向部署某特定APP的数据网络
UE ID：目标UE所在GPSI或UE group identifier
N6 traffic routing information：目标DN的IP地址（和端口号）
Spatial and temporal validity conditions：时空有效条件。AF请求应当生效的时间间隔和地理区域

当PCF收到以上这些消息后会创建一个PCC规则，然后将规则发送给SMF。SMF将依据PCC规则发起转发动作（例如，插入ULCL，利用SSC模式2或模式3触发PSA重定位，或者其他动作）。

如下图所示，以ULCL插入为例，描述某条特定流量是如何依据指定规则被转发到本地数据中心的

AF也可以请求订阅来自SMF的消息，来获知UPF相关事件的发生，比如当一个ULCL被插入，或者SSC模式2或模式3被触发。通知方式有两种：

• 在事件发生前一瞬间通知
• 在事件已经发生时通知

这种通知将能够使AF在应用层面发起相应动作，例如重定位应用状态 或者处理UE IP地址的变化