5G 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游方案分析

［呂振華 李雪馨］

1 引言

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐步成熟，各運營商都開始了大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和部署。為了能夠更加高效的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署，有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，工信部在2020 年“關(guān)于促進網(wǎng)絡(luò)開放共享，推動5G 異網(wǎng)漫游的實施意見”一文中指出：“堅持科學(xué)實用、適度超前、厲行節(jié)約，引導(dǎo)電信企業(yè)建立健全異網(wǎng)漫游合作機制，合理制定5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，避免重復(fù)建設(shè)。”

截至2020 年11 月，中國電信和中國聯(lián)通通過異網(wǎng)漫游方式，已經(jīng)累計開通5G 共建共享基站超過32 萬個，節(jié)省投資超過600 億元，與國家提出的“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新發(fā)展理念吻合。

2 異網(wǎng)漫游技術(shù)概述

異網(wǎng)漫游的技術(shù)路線主要有接入網(wǎng)漫游和核心網(wǎng)漫游兩種方式，核心網(wǎng)漫游是指一家電信企業(yè)建設(shè)完整的5G 網(wǎng)絡(luò)（包括無線網(wǎng)和核心網(wǎng)），其他電信企業(yè)用戶通過漫游方式接入該網(wǎng)絡(luò)，使用移動通信業(yè)務(wù)。而接入網(wǎng)漫游則是指相關(guān)電信企業(yè)分別建設(shè)核心網(wǎng)，共享無線接入網(wǎng)和回傳承載網(wǎng)。

相對核心網(wǎng)漫游來說，接入網(wǎng)漫游實現(xiàn)更加簡單，對互聯(lián)互通的要求較低，但接入網(wǎng)漫游由于核心網(wǎng)資源不共享，相關(guān)的運營商漫游間計費結(jié)算只能簡單按照共享基站及載頻數(shù)量實現(xiàn)，無法做到用戶級的計費結(jié)算；并且，接入網(wǎng)異網(wǎng)漫游雙方都需要投資建設(shè)核心網(wǎng)，相對投資較核心網(wǎng)漫游高。

工信部在“關(guān)于促進網(wǎng)絡(luò)開放共享，推動5G 異網(wǎng)漫游的實施意見”一文中指出：“各電信企業(yè)在人口密集的熱點地區(qū)和有明確業(yè)務(wù)需求的特定區(qū)域，可根據(jù)需要獨立建網(wǎng)，也可按照市場機制協(xié)商共建。在用戶數(shù)最少、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷低的邊遠(yuǎn)地區(qū)，建設(shè)至少一張5G 托底網(wǎng)絡(luò)，未建網(wǎng)電信企業(yè)可借助該網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)?！倍@種特定區(qū)域的托底網(wǎng)絡(luò)則更適合采用核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游的方式實現(xiàn)，在不投資建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，快速的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游方式除了能夠滿足國內(nèi)多個運營商的共建共享需求，其技術(shù)還同樣適用于跨國運營商的國際漫游。就目前來講，由于核心網(wǎng)漫游涉及到的技術(shù)難點較多，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不夠完善，實施難度相對較大，還沒有成熟的網(wǎng)絡(luò)部署案例，因此更有必要研究核心網(wǎng)漫游的關(guān)鍵技術(shù)，推動核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游的技術(shù)快速成熟和部署應(yīng)用。

3 5G 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游典型應(yīng)用場景分析

針對目前的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀和運營商網(wǎng)絡(luò)部署需求，核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游的部署場景主要可以分為以下兩種：

（1）場景一：純5G 方式的核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游

（2）場景二：共享5G 網(wǎng)絡(luò)并存在4/5G 互操作的核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游

下面將基于這兩種場景，分析相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)組織和關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 純5G 方式的核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游

在此種場景下，用戶漫游時，歸屬網(wǎng)絡(luò)在漫游地?zé)o任何信號，拜訪網(wǎng)絡(luò)有5G 信號，用戶可以通過核心網(wǎng)漫游的方式接入并使用拜訪運營商的5G 網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)組織如圖1 所示。

圖1 場景一（歸屬運營商在漫游地?zé)o任何信號，共享拜訪運營商5G 網(wǎng)絡(luò)）

圖1 中，運營商B 的用戶漫游到區(qū)域A，由于該區(qū)域運營商B 沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋，因此，運營商B 的用戶可通過漫游協(xié)議，接入拜訪網(wǎng)絡(luò)即運營商A 的核心網(wǎng)，并通過雙方核心網(wǎng)絡(luò)的互通完成業(yè)務(wù)提供。

根據(jù)目前國內(nèi)各運營商網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)覆蓋的情況，這種場景通常會存在于比較偏遠(yuǎn)的業(yè)務(wù)區(qū)域，此時，各個運營商可以通過協(xié)商共建一套網(wǎng)絡(luò)，一個運營商建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)可以同時為多個運營商的用戶提供接入服務(wù)。

3.2 共享5G 網(wǎng)絡(luò)并存在4/5G 互操作的核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游

在此種場景下，用戶漫游時，其歸屬運營商在漫游區(qū)域有4G 信號覆蓋，但沒有5G 覆蓋，而拜訪網(wǎng)絡(luò)有4G/5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，此時，歸屬運營商可以通過和拜訪運營商的共享協(xié)議，實現(xiàn)到拜訪運營商的5G 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游，為用戶提供5G 接入服務(wù)，同時，通過歸屬網(wǎng)絡(luò)4G 核心網(wǎng)和拜訪網(wǎng)絡(luò)的5G 核心網(wǎng)的互通，實現(xiàn)用戶在4G/5G網(wǎng)絡(luò)的切換，為用戶提供良好的業(yè)務(wù)感受。其網(wǎng)絡(luò)組織如圖2 所示。

圖2 場景二（歸屬運營商在漫游地有4G 信號，無5G 信號，共享拜訪運營商5G 網(wǎng)絡(luò)）

圖2 中，運營商B 的用戶漫游到區(qū)域A，可接入歸屬的4G 網(wǎng)絡(luò)，由于該區(qū)域運營商B 沒有5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，因此，運營商B 的用戶可通過漫游協(xié)議，接入拜訪網(wǎng)絡(luò)即運營商A 的5G 核心網(wǎng)，并通過雙方核心網(wǎng)絡(luò)的互通完成業(yè)務(wù)提供。

這種場景適用于目前國內(nèi)運營商共建共享的多數(shù)區(qū)域，漫游用戶在使用歸屬4G 接入的同時，還能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求使用漫游地5G 網(wǎng)絡(luò)。但相對于場景一來說，由于接入環(huán)境的復(fù)雜性，也對運營商間網(wǎng)絡(luò)互通提出了較高的要求。

4 5G 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游關(guān)鍵問題分析

核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游需要漫游雙方運營商都部署獨立的5G 移動核心網(wǎng)，并實現(xiàn)核心網(wǎng)間的互通，完成漫游鑒權(quán)、跨網(wǎng)移動性管理、安全管理的能力。在上面描述的互通場景中，場景二對運營商間的互通要求更高，下面主要以場景2 為例，對5G 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游中組網(wǎng)架構(gòu)、互操作、業(yè)務(wù)實現(xiàn)、終端選網(wǎng)等關(guān)鍵問題進行分析。

4.1 架構(gòu)與組網(wǎng)

如圖3 所示，為了實現(xiàn)運營商間的核心網(wǎng)漫游，需要在運營商網(wǎng)絡(luò)邊緣部署互通設(shè)備，包括安全和邊界防護代理（SEPP）設(shè)備和邊緣媒體代理設(shè)備（IPUPS），完成跨網(wǎng)的互通代理、安全轉(zhuǎn)發(fā)、并根據(jù)運營商間的互通需求，完成拓?fù)潆[藏、報文正畸等多項功能。此時，所有控制面信令均通過SEPP 轉(zhuǎn)發(fā)，用戶面流量均通過IPUPS轉(zhuǎn)發(fā)。

圖3 場景二組網(wǎng)架構(gòu)參考圖

同時，漫游雙方運營商間NRF 需要實現(xiàn)互通，以實現(xiàn)運營商間網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)、鑒權(quán)簽約等信息轉(zhuǎn)發(fā)?；ネǖ腘RF 可根據(jù)漫游業(yè)務(wù)量、漫游地點、業(yè)務(wù)維護方便性等因素，選擇用戶歸屬省/大區(qū)NRF，也可以設(shè)置專用的漫游NRF。根據(jù)目前3GPP R16 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，由于SEPP 未實現(xiàn)在NRF 上自動注冊的功能，需要在NRF 上手動配置SEPP 路由信息，以實現(xiàn)信令轉(zhuǎn)發(fā)。SEPP 與IPUPS 的部署位置隨互通NRF 的變化而變化。

目前，互通層面SEPP 及IPUPS 標(biāo)準(zhǔn)尚不成熟完善，協(xié)議層面的互通細(xì)節(jié)尚未確定，并且，運營商之間互通的邏輯接口可能存在不同運營商之間的字段差異分析，需要運營商間的互通測試，因此，核心網(wǎng)漫游的能力實現(xiàn)尚需要時間完善和推進。

4.2 互操作

為了實現(xiàn)場景二提到的接入漫游運營商5G 網(wǎng)絡(luò)，并在覆蓋不足的條件下平滑切換至歸屬運營商的4G 網(wǎng)絡(luò)，需要漫游雙方實現(xiàn)4G/5G 的網(wǎng)絡(luò)互通；同時，在5G VONR 技術(shù)尚未成熟時，用戶在漫游區(qū)域發(fā)起語音業(yè)務(wù)的時候，也需要回落到歸屬運營商的4G 網(wǎng)絡(luò)。

為了實現(xiàn)以上需求，需要開啟運營商間的N26 接口，即漫游運營商AMF 和歸屬運營商MME 之間的接口，如圖3 所示，用于傳遞5GS 和EPS 之間互操作的信息。

從目前的測試標(biāo)準(zhǔn)情況來看，運營商之間如需要開通N26 接口，設(shè)備可能需要增加判斷邏輯和信息傳遞定制，例如語音回落4G 是采用切換方式還是重定向（redirect）方式，兩種方式語音回落時延不同，其中，重定向方式的回落時延較切換長，會一定程度上影響用戶語音建立的接續(xù)體驗，但配置會相對簡單；切換方式5G 基站需配置切換鄰區(qū)。同時，對于跨網(wǎng)語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的切換時延也需要驗證，其他方面諸如4G/5G 融合網(wǎng)關(guān)的選擇問題等都需要漫游雙方進行細(xì)化研究，明確相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)。

4.3 業(yè)務(wù)實現(xiàn)

在核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游方式下，漫游用戶從漫游地接入，在歸屬地完成用戶鑒權(quán)，由歸屬地網(wǎng)絡(luò)完成對用戶業(yè)務(wù)的控制，但是由于在業(yè)務(wù)連接、網(wǎng)絡(luò)選擇等方面先經(jīng)由漫游地網(wǎng)絡(luò)，因此，用戶業(yè)務(wù)受限于漫游地運營商核心網(wǎng)，即在雙方運營商提供業(yè)務(wù)不對等不一致的情況下，需雙方共同協(xié)商相關(guān)方案，否則會對用戶業(yè)務(wù)實現(xiàn)造成影響。例如緊急呼叫業(yè)務(wù)，由于目前國內(nèi)三家運營商采用的方案不一致，有的網(wǎng)絡(luò)將緊急呼叫作為普通呼叫處理，有的則通過SOS APN 創(chuàng)建緊急呼叫會話完成緊急呼叫，當(dāng)漫游地運營商對業(yè)務(wù)的處理不同于歸屬地時，可能出現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)體驗不一，甚至無法正常完成跨域的補充業(yè)務(wù)的情況。

目前，三家運營商的基于5G 的語音業(yè)務(wù)（VONR）均未測試，后續(xù)跨運營商的漫游業(yè)務(wù)實現(xiàn)也需要雙方協(xié)商完成相關(guān)的業(yè)務(wù)互通和測試。

另外，由于目前5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足，4G、5G 網(wǎng)絡(luò)共存的問題將長期存在，跨運營商的4G、5G 互通涉及到運營商間的網(wǎng)絡(luò)配合，特別是漫游運營商和歸屬運營商4G共存時，由于目前國內(nèi)沒有實現(xiàn)跨運營商的4G 異網(wǎng)漫游，那么當(dāng)存在4G、5G 網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋時，運營商間的網(wǎng)絡(luò)選擇、后續(xù)的業(yè)務(wù)連續(xù)性，共享區(qū)域和非共享區(qū)域邊界如何避免業(yè)務(wù)中斷和乒乓切換，都是異網(wǎng)漫游后續(xù)需要研究和驗證的關(guān)鍵問題。

4.4 終端接入及網(wǎng)絡(luò)選擇的問題

對于一個特定的終端來說，通常需要維護幾種不同類型的PLMN 列表用于接入不同的網(wǎng)絡(luò)，在有漫游需求的流程中，終端主要的使用的PLMN 如下：

（1）RPLMN（Registered PLMN）已登記PLMN，即終端在上次關(guān)機或脫網(wǎng)前登記上的PLMN；

（2）HPLMN（Home PLMN）歸屬PLMN：為終端用戶歸屬的PLMN。也就是說，終端USIM 卡上的IMSI號中包含的MCC 和MNC 與HPLMN 上的MCC 和MNC是一致的，對于某一用戶來說，其歸屬的PLMN 只有一個。

（3）EHPLMN（Equivalent HPLMN）等效HPLMN：包含在等效HPLMN 列表中的所有PLMN，終端選網(wǎng)時，如果RPLMN無法接入，即從EPLMN中按優(yōu)先級選擇接入。

由于目前國內(nèi)尚未開通跨運營商的異網(wǎng)漫游，因此，為了防止在非共享區(qū)域的漫游接入，各個運營商均在終端的網(wǎng)絡(luò)禁止列表（Forbidden PLMN）中將非本運營商的PLMN 寫入，因此，當(dāng)終端漫游至共享區(qū)域，也無法接入曾經(jīng)出現(xiàn)在禁止列表的網(wǎng)絡(luò)。

為了解決這一問題，可采用以下方案：對于共享區(qū)域，漫游運營商啟用新的網(wǎng)絡(luò)EHPLMN 即新網(wǎng)號，歸屬方4G基站下發(fā)5G 共享網(wǎng)絡(luò)號為EHPLMN，在重選網(wǎng)絡(luò)時選擇共享5G 網(wǎng)絡(luò)接入；如無歸屬方4G 網(wǎng)絡(luò)，則需要事先寫入EHPLMN，這涉及用戶換卡問題。而在非共享區(qū)域，則維持現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)置，即非共享區(qū)域各個運營商的SIM 卡中互相將對方的老網(wǎng)號設(shè)置為Forbidden PLMN。

由于共享區(qū)域和非共享區(qū)域終端接入策略不同，加之新網(wǎng)號和EHPLMN 的引入，終端對于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識的顯示和網(wǎng)絡(luò)能力的適配還需要進一步驗證。

5 結(jié)束語

從上面的分析可以看出，雖然核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游方式能夠滿足國內(nèi)多個運營商的共建共享需求，其技術(shù)還同樣適用于跨國運營商的國際漫游，但在標(biāo)準(zhǔn)上還存在不少需要完善的地方，相關(guān)互通、業(yè)務(wù)、終端等方面還需要運營商間進一步確定方案和測試研究。目前，為了有效推進相關(guān)工作進展，國內(nèi)也正在制定相關(guān)的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，指導(dǎo)和引導(dǎo)運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和互通。