5GC基础自学系列 | 5GC基础之移动性管理

Posted 2022-03-23 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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主要内容

介绍5GC中移动性管理功能的实现

• 注册管理状态模型
• 连接管理状态模型
• UE Context的构成
• 用户标识符（SUPI、SUCI、PEI等）
• 移动性管理限制及术语（注册区、禁止区域、服务受限区域）

5G核心网注册管理模型

5G核心网定义了两种注册管理状态，用于反映UE与网络侧的注册状态：

• 去注册态：此状态下，UE没有注册到核心网，AMF不知道UE在哪，没有UE的上下文，即UE对AMF来说是不可达的。
• 注册态：此状态下，UE注册到核心网，可访问5GC提供的业务。AMF知道用户具体位置，并建立UE的上下文。

5G核心网注册管理状态的切换：

• UE初始状态为去注册态，发起注册请求并完成注册流程则切换到注册态。
• 当网络侧拒绝UE的注册（发送注册拒绝）或网络侧发起去注册流程，则UE停留在去注册态。

5G核心网连接管理模型

5G核心网定义了两种连接管理状态，用于反映UE与网络侧的连接状态：

• 空闲态：此状态下，UE的空口、N2和N3连接都被释放。UE可执行小区选择/重选、PLMN选择等流程，或发起Service Request流程切换到连接态。
• 连接态：此状态下，AMF知道UE的具体位置。UE可访问5GC业务（上网）。同时，AMF建立UE的N2连接。网络侧可发起N2连接释放流程，将CM状态从连接态切换到空闲态。

RM-REGISTERED状态下建立的UE Context

前面提到，当AMF侧的RM状态切换到RM-REGISTERED时，AMF将为该UE创建UE Context。那UE Context里具有哪些东西呢？

根据23502和29518中的定义，AMF侧创建的UE Context有以下主要参数：

如何形象理解注册管理和连接管理？

以入住酒店为例，形象介绍注册管理和连接管理。

• 酒店办入住是注册、退房是去注册。入住登记住客信息（类似创建UE Context），住客缴纳房费，酒店分配房间。
• 值得一提的是，住客只需要缴纳一次性的房费，而无需再缴纳额外的任何房内资源使用费用（如水电、走廊的灯、电梯等。明确说明需付费的除外）。这些都是包在房费里了。因此，酒店需要想尽办法节省水电的使用来降低成本。比较好的做法就是有人用的时候才开，没人用的时候就关闭或低功耗模式。例如酒店的插卡取电、问客人是否需要每天换床单、或夜里无人时调暗走廊灯光等。
• 用户发起关灯是主动释放连接，节省资源。酒店也可以发起关空调等操作来释放连接，节省资源。连接释放，客人还是注册态。

用户标示符（UE ID）

SUPI：Subscription Permanent Identifier。两种格式。最常见的格式是IMSI。还有一种NAI的格式，用于非3GPP接入。

PEI：Permanent Equipment Identifier。用户的IMEI活IMEISV。

GPSI：Generic Public Subscription Identifier。两种格式。最常见的格式是MSISDN即手机号码。还有一种External Identifier格式@username@realm。

5G-GUTI：5G Globally Unique Temporary Identity。AMF分配给UE的临时标识，由AMF标识（GUAMI）和UE标识（5G-TMSI）两部分组成。

5G-S-TMSI：5G-GUTI的一部分。用于寻呼UE。

SUCI：Subscription Concealed Identifier。对SUPI加密后得到的UE ID，用于保护SUPI。

SUCI --- SUPI的替身

1 什么是SUCI？

SUCI的全名：Subscription Concealed Identifier

• 是一次性的ID。也就是说UE每次发上来的SUCI可能不一样。
• SUCI根据UE的USIM中预置的公钥，结合IMSI加密得到。
• 主要作用是对IMSI（5G里叫SUPI）的保护，防止IMSI被非法窃取，以增强5G安全性。

2 SUCI产生的背景是啥？

答：4G中，UE发起的附着请求、核心网通过NAS流程Identity request/response都可以获取明文的UE的IMSI。这意味着空口有可能会抓到用户的IMSI，带来额外的风险。

而引入SUCI之后，IMSI将禁止在5G空口中传递，空口只能抓到临时标识5G-GUTI或者加密的SUCI。

3 啥时候用SUCI？

答：23502和33501里明确给出了SUCI的使用场景。如下：

5G注册流程中，UE必须在注册请求中用5G-GUTI作为UE ID，如果没有5G-GUTI，用SUCI。【反正就是不能用IMSI来注册】。SUCI不用来做寻呼标识，寻呼标识用5G-S-TMSI。

4 谁来负责计算SUCI？

答：USIM或者ME（即手机）。33501提到，如无特别声明，应由手机来计算。

5 SUCI加密和解密的过程怎样的？谁来负责？需要什么前提条件？

答：SUCI采用非对称加密。即加密和解密是两把不同的钥匙。

UE用预置的公钥对SUPI进行加密得到SUCI，SUCI通过gNB->AMF->AUSF最后传递给UDM，UDM用私钥进行解密，得到SUPI。如下图所示：

6 如何给UE推送公钥？

答：33501说out of my scope。但建议可采用OTA（over the air）技术解决。

7 SUCI是怎样构成的？

答：看23003.如下图：

其中：

• SUPI Type为0代表IMSI，Home Network ID是MCC和MNC即PLMN ID。
• Routing Indicator是用来做路由的，通过这个RI，核心网可以将信令消息从AMF路由到归属地的AUSF和UDM。
• Home Network Public Key Id是公钥ID，如果是Null-scheme则取值为0.
• 最后是加密的部分。

5G-GUTI到EPS-GUTI的映射规则

5G-GUTI到EPS-GUTI的映射规则在23501的附录B中定义，如下：

• 5G <MCC> maps to EPS <MCC>
• 5G <MNC> maps to EPS <MNC>
• 5G <AMF Region ID> and 5G <AMF Set ID> maps to EPS <MMEGI> and part of EPS <MMEC>
• 5G <AMF Pointer> map to part of EPS <MMEC>
• 5G <5G-TMSI> maps to EPS <M-TMSI>

5G NAS移动性管理主要信令流程

移动性限制 - 注册区域、受限区域、禁止区域、RAT限制

为更好的对不同场景UE的移动性进行管控，规范定义了移动性限制功能，对不同场景下的UE进行移动性限制。

5G中的移动性限制：

• Registration Area（注册区域）：一组TA的集合。该区域业务不受限制。类似于TA列表，由AMF下发给UE
• RAT restriction（RAT限制）：UDM中的签约数据。不允许UE访问某个RAT（如5G）
• Forbidden Area（禁止区域）：一组区域的集合。该区域下禁止访问5G业务。UDM的签约数据
• Service Area Restriction（服务区域限制）：一组区域的集合，包括受限和非受限区域。受限区域可以访问5G业务。非受限区域不可以。UDM的签约数据。
  • ALLOWED_AREAS（举例：TA1~TA3）
  • NOT_ALLOWED_AREAS（举例：TA4~TA6）