5GC基础自学系列 | 4G到5G的切换流程

Posted 2022-04-06 COCOgsta

视频来源：51学通信《5G核心网基础、协议与信令流程》

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附上汇总贴：5GC基础自学系列 | 汇总 - 知乎 (zhihu.com)

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4G到5G的切换流程概述

有N26接口的4到5的切换流程在规范中叫EPS to 5GS handover using N26 interface。是指用户先在4G中附着并建立了缺省承载，并在连接态（也就是上网的过程中）移动到了5G覆盖所触发的切换流程。

主要触发过程如下：

1）UE已经在4G下附着并建立了一个缺省承载，并且已已经通过源eNodeB接入到LTE/EPC。

2）用户开始上网，追个剧停不下来。一直处于连接态（ECM-Connected）

3）UE发生位置移动，离开4G覆盖，进入5G的热点覆盖区域（gNodeB负责）

4）UE提供测量报告给eNB并触发切换流程， 网络侧需要将UE在4G建立的上下文无缝迁移到5G。

本场景中哪些网元发生了变化?

• RAN侧：eNB→gNB
• 核心侧：MME→AMF
• 核心侧：HSS和UDM合设， 不变
• 核心侧：SMF/PGW-C合设， 不变
• 核心侧：UPF/PGW-U合设，不变

本课程信令流程场景说明

4G到5G的切换流程涉及的规范

4到5切换流程涉及的主要规范：

• 23501：5GC架构
• 23502：5GC信令流程
• 24501：5G-NAS消息
• 38413：NGAP协议
• 29518：AMF服务
• 29502：SMF服务
• 29503：UDM服务
• 29274：GTP-v2

3GPP规范中的4到5切换流程 - 准备阶段

0）UE在4G已经建立了PDN连接，并且在连接态正在上网。

1~2）eNB根据UE的测量报告触发切换流程。eNB请求自己的MME准备切换。

3）MME向AMF发起切换请求。

4~7）AMF请求SMF创建UE的SM上下文， 如果有PCC， 还需要获取PCC策略。

8）可选。非国际漫游可跳过该步。

8a， 13a）可选。源AMF可根据切片重新选择一个目标AMF。

9~10）AMF请求gNB预留切换资源。

11~13）AMF通知SMF/UPF更新用户面隧道信息。

14）AMF通知MME， 切换准备完成。

15）如果采用非直接转发， MME通知SGW， 更新用户面隧道信息。

3GPP规范中的4到5切换流程 - 执行阶段

切换前上下行用户数据传递路径：

UE<->eNB<->SGW-U<->PGW-U

1）MME通知eNB发起切换。

2~3）eNB发起对UE的切换。

切换过程中上下行用户数据传递路径如虚线所示。

4）gNB通知AMF， 无线侧的切换已经完成。人已经过来5G了。

5~6）AMF通知MME， 用户已经切到5G。

7~11）AMF通过SMF更新用户面通道。

将用户面传递路径切到5G。

切换后上下行用户面数据传递路径：

UE<->gNB<->UPF

12）补一个5G的移动性注册流程，在5G做移动性管理注册登记。

13）（因为人都走了）MME通知4G相关网元清除资源。

规范信令流程图中的“小遗憾”

规范中列出的信令流程图优点是大而全面，但也有小遗憾。主要体现在：

• 并没有结合具体的场景来介绍。例如图中的AMF和SMF是在哪里。拜访地归属地？
• 图中没有加入协议和主要消息和参数的说明，而是通过图后的文字说明，不能一目了然。
• 23502只讲宏观上的流程，具体细节得人工打开多个规范对照学习。
• 图中箭头上的文字其实并不是消息的名称，例如可能图上是：Nsmf_PDUSession_Context Request， 但实际上真正的消息名称是HTTP2 POST：/nsmf-pdu session/v1/sm-contexts/smContext Ref/retrieve。这容易引起学习的困惑（因为和抓包、信令log对不上）， 或者说需要手工翻译。
• 规范是把多种场景画在一个图里来介绍的。这导致有些步骤是在某些特定场景下才有，并非所有场景都有该步骤。

定制化介绍的4到5连接态移动的切换流程

基于以上“小遗憾”对规范中4到5G的切换流程进行了定制化。

主要包括：

• 加入场景介绍。并标明了接口的协议和主要消息参数。
• 结合国内EPC部署经验， 去掉不太可能在5GC中部署或早期部署的流程。使之更接近国内运营商实际网络。

定制化的4到5切换流程的场景如下：

1）UE准备去广州市天河体育场看球，场内有5G覆盖。场外为4G覆盖。

2）UE先在体育馆外4G附着开始上网查看球赛实时资讯。（建立了4G缺省承载和连接态）

3）UE边看手机边进入体育场内（连接态）5G热点覆盖，触发切换流程。

切换流程的通用三部曲

1）切换准备（资源预留）

2）切换执行（赶人、走人）

3）切换完成（完全打通用户面通道）

4G到5G的切换流程：准备阶段

4G到5G的切换流程：执行阶段

总结：4到5的切换流程中的用户面路径

切换前用户面路径：

UE<->eNB<->SGW-U<->PGW-U<->Internet

切换过程中的用户面路径(下行)：

A：直接转发

• PGW-U-->SGW-U-->eNB-->gNB-->UE

B：非直接转发

• PGW-U-->SGW-U-->eNB-->SGW-U-->PGW-U-->UP F-->gNB-->UE

切换后用户面路径：

• UE<->gNB<->UP F<->Internet

注意SMF侧hostate在本例的3个取值：PREPARING、PREPARED、COMPLETED。