5G異網(wǎng)漫游部署方案研究

馬澤芳，馬瑞濤，李晨儀（中國聯(lián)通研究院，北京 100048）

0 引言

5G 異網(wǎng)漫游的實施對貫徹落實黨中央關(guān)于加快我國5G新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，減少5G網(wǎng)絡(luò)重復(fù)建設(shè)，集約高效地實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋和業(yè)務(wù)發(fā)展的重大決策部署具有重要意義。

按照《工業(yè)和信息化部關(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》（工信部信管［2020］117號）的相關(guān)要求，5G異網(wǎng)漫游的推進計劃如下。

2021 年推動落實5G 異網(wǎng)漫游方案的技術(shù)攻關(guān)，形成相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)，完成5G 異網(wǎng)漫游實驗室測試，組織開展現(xiàn)網(wǎng)試點工作。

2022 年底前，基本建成覆蓋城鄉(xiāng)、技術(shù)先進、品質(zhì)優(yōu)良、集約高效、安全可靠的5G 網(wǎng)絡(luò)，全面推廣5G 異網(wǎng)漫游，各企業(yè)在縣級以下行政區(qū)（包含縣城）建設(shè)的5G 網(wǎng)絡(luò)，均應(yīng)具備異網(wǎng)漫游功能，最大限度地利用已建成的5G網(wǎng)絡(luò)為更廣泛的用戶群體提供服務(wù)。

1 總體技術(shù)路線

5G 異網(wǎng)漫游包括核心網(wǎng)漫游和接入網(wǎng)共享2 種技術(shù)實現(xiàn)方式。

1.1 5G核心網(wǎng)漫游

5G 核心網(wǎng)漫游是指一家企業(yè)建設(shè)完整5G 網(wǎng)絡(luò)（包括無線網(wǎng)和核心網(wǎng)），其他企業(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)。在5G獨立組網(wǎng)架構(gòu)下實現(xiàn)5G 異網(wǎng)漫游，在雙方協(xié)商一致的情況下，可提供非獨立組網(wǎng)架構(gòu)或4G網(wǎng)絡(luò)異網(wǎng)漫游。

1.2 5G接入網(wǎng)共享

5G 接入網(wǎng)共享是指2 家企業(yè)獨立建設(shè)核心網(wǎng)，共享無線接入網(wǎng)和回傳承載網(wǎng)。在5G 獨立組網(wǎng)架構(gòu)下實現(xiàn)5G接入網(wǎng)共享，必要時也可采用非獨立組網(wǎng)共享作為過渡。

本文主要對5G 獨立組網(wǎng)架構(gòu)下核心網(wǎng)漫游的技術(shù)方案和組網(wǎng)方案進行研究和探討。

2 漫游場景和漫游架構(gòu)

2.1 漫游場景

根據(jù)歸屬網(wǎng)絡(luò)方在漫游區(qū)域是否存在無線信號，主要存在以下2種不同的漫游場景。

a）漫游場景1：歸屬網(wǎng)絡(luò)方在漫游區(qū)域內(nèi)無任何無線信號，拜訪網(wǎng)絡(luò)有4G/5G信號，漫游用戶只使用拜訪網(wǎng)絡(luò)的5G網(wǎng)絡(luò)。對于漫出場景，當(dāng)用戶進入漫游區(qū)域，終端優(yōu)先使用拜訪5G網(wǎng)絡(luò)提供的漫游服務(wù)。拜訪網(wǎng)絡(luò)的4G網(wǎng)絡(luò)不提供漫游服務(wù)，不支持語音回落到拜訪網(wǎng)絡(luò)4G。對于漫回場景，當(dāng)用戶離開漫游區(qū)域，并搜索到任何歸屬網(wǎng)絡(luò)信號時，終端回到歸屬網(wǎng)絡(luò)。漫游場景1與5G SA國際漫游類似。

b）漫游場景2：歸屬網(wǎng)絡(luò)在漫游區(qū)域內(nèi)有4G 信號無5G 信號，拜訪網(wǎng)絡(luò)有4G/5G 信號，漫游用戶優(yōu)先使用拜訪5G 網(wǎng)絡(luò)，在拜訪網(wǎng)絡(luò)5G 覆蓋不足的區(qū)域使用歸屬4G 網(wǎng)絡(luò)，拜訪地5G 網(wǎng)絡(luò)和歸屬地4G 網(wǎng)絡(luò)有互操作。對于漫出場景，當(dāng)用戶進入漫游區(qū)域，終端優(yōu)先使用拜訪5G網(wǎng)絡(luò)提供的漫游服務(wù)，當(dāng)終端使用語音業(yè)務(wù)時，回落到歸屬網(wǎng)絡(luò)4G 網(wǎng)絡(luò)。對于漫回場景，當(dāng)用戶離開漫游區(qū)域，并搜索到任何歸屬網(wǎng)絡(luò)信號時，終端回到歸屬網(wǎng)絡(luò)。漫游場景2 更符合中國區(qū)域5G 共建共享的實際需求，本文主要對場景2 的組網(wǎng)架構(gòu)和實現(xiàn)方案進行研究和探討。

2.2 漫游架構(gòu)

5G 核心網(wǎng)漫游優(yōu)選歸屬地路由（home-routed）方式，由歸屬網(wǎng)絡(luò)負責(zé)提供語音、數(shù)據(jù)和短消息業(yè)務(wù)，圖1 為基于服務(wù)接口架構(gòu)的歸屬路由方式的5G SA 核心網(wǎng)漫游架構(gòu)，圖2 為基于參考點的歸屬路由方式的5G SA核心網(wǎng)漫游架構(gòu)。

圖1 5G SA核心網(wǎng)漫游架構(gòu)-歸屬路由-基于服務(wù)接口的架構(gòu)

圖2 5G SA核心網(wǎng)漫游架構(gòu)-歸屬路由-基于參考點的架構(gòu)

圖1中各網(wǎng)元的關(guān)鍵功能要求如下。

a）AMF：為漫入用戶提供拜訪地接入能力；為漫游用戶提供鑒權(quán)、簽約信息獲取功能；為漫入用戶提供切片映射和切片管理功能；為漫游用戶提供切換、4G/5G 互操作、EPS 回落等移動性管理功能；提供跨PLMN 接入用戶的識別，控制顯示的網(wǎng)絡(luò)名稱，在漫游模式下支持同時顯示歸屬運營商和漫游運營商標(biāo)識，以提示用戶處于異網(wǎng)漫游狀態(tài)。在漫游區(qū)域內(nèi)各歸屬網(wǎng)絡(luò)分別采用新的共享PLMNID，并通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)，設(shè)置拜訪網(wǎng)絡(luò)為EHPLMN。用戶在歸屬網(wǎng)絡(luò)接入時，AMF 配置將5G 的共享PLMNID 作為EPLMN 下發(fā)給UE，當(dāng)UE 移動到漫游區(qū)域的5G 網(wǎng)絡(luò)時，選擇共享PLMNID接入。

b）vPCF：控制漫入用戶的AM 策略，通過本地控制或從hPCF 獲取UE 策略、從hPCF 獲取SM 策略。在5G 異網(wǎng)漫游實施初期，vPCF 和hPCF 之間不互通，SM Policy 由歸屬網(wǎng)絡(luò)的hPCF 下發(fā)給h-SMF 執(zhí)行，不進行UE Policy控制，AM Policy由漫游網(wǎng)絡(luò)按需控制。

c）vSMF：提供拜訪地信令面會話管理功能和移動性管理功能。根據(jù)3GPP TS 29.502，vSMF 可控制漫入用戶在拜訪地的QoS參數(shù)，vSMF為漫游用戶配置拜訪地的QoS參數(shù)，參與會話端到端的QoS協(xié)商，當(dāng)歸屬地為激活用戶分配的帶寬過高，vSMF可以根據(jù)漫游策略，拒絕PDN 會話或者QoS Flow。在5G 異網(wǎng)漫游實施初期，建議由運營商約定漫游用戶的QoS，例如：語音業(yè)務(wù)約定信令承載5QI=9/QCI=9，語音流5QI=1/QCI=1，視頻流5QI=2/QCI=2；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)由運營商約定Ses?sion-AMBR，V-SMF根據(jù)PLMN配置對應(yīng)的數(shù)據(jù)QoS。

d）vCHF 和hCHF：提供漫游結(jié)算功能，vCHF 和hCHF產(chǎn)生漫入用戶話單。

e）vUPF 和hUPF：其部署位置影響數(shù)據(jù)傳輸路徑長短，從而影響業(yè)務(wù)體驗。hUPF 和vUPF 采用分省對等建設(shè)方案，N9傳輸路徑最短。

f）vNRF 和hNRF：提供跨PLMN 的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、訂閱、通知、token分發(fā)等功能。

g）vSEPP 和hSEPP：負責(zé)PLMN 之間拓撲隱藏和信令集中轉(zhuǎn)發(fā)。

基于參考點的5G核心網(wǎng)漫游互通接口見表1。

表1 基于參考點的5G核心網(wǎng)漫游互通接口

2.3 拜訪地5G 網(wǎng)絡(luò)與歸屬地4G網(wǎng)絡(luò)互操作架構(gòu)

如圖3所示，在拜訪5G 信號覆蓋不足區(qū)域和邊緣區(qū)域回落到歸屬4G 網(wǎng)絡(luò)，此時拜訪5G 網(wǎng)絡(luò)與歸屬4G 網(wǎng)絡(luò)有互操作。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)漫游采用接入歸屬運營商網(wǎng)絡(luò)的4G/5G 融合網(wǎng)關(guān)的方案；語音業(yè)務(wù)漫游采用S8HR的VoLTE漫游方案。

如圖4所示，歸屬網(wǎng)絡(luò)漫游節(jié)點建設(shè)方案如下。

a）新建i-UPF/GW-U、i-SMF/GW-C、i-NRF、i-PCF/PCRF、i-CGF和i-SCP。

b）5G漫出用戶使用5G SA業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)會話錨點建立在i-SMF上，業(yè)務(wù)流錨定在i-UPF上。

圖3 5G SA核心網(wǎng)漫游拜訪地5G和歸屬地4G互操作架構(gòu)

圖4 5G SA核心網(wǎng)漫游歸屬運營商網(wǎng)元建設(shè)方案

c）5G 用戶回到歸屬運營商4G 網(wǎng)絡(luò)，考慮N26 互操作，包括EPS fallback語音異網(wǎng)回落到歸屬4G網(wǎng)絡(luò)。

d）NRF 用于SA 異網(wǎng)漫游的i-SMF 發(fā)現(xiàn)，與異網(wǎng)NRF互通。

e）CGF用于轉(zhuǎn)發(fā)計費消息到i-SCP，i-SCP可以將計費信息轉(zhuǎn)發(fā)給集團IT 計費系統(tǒng)CHF，用于異網(wǎng)間計費結(jié)算。

3 關(guān)鍵能力和關(guān)鍵流程

3.1 跨PLMN的網(wǎng)元和服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程

3.1.1 NRF的跨PLMN服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能

NRF的跨PLMN服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能如圖5所示。

a）vNF 基于用戶SUPI 獲取用戶歸屬PLMN 信息，基于本地配置的NRF信息，發(fā)起服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求。

b）L-NRF 基于請求的用戶PLMN 信息，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求至vNRF。

圖5 NRF的跨PLMN的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能

c）vNRF 基于PLMN 信息，構(gòu)造hNRF FQDN，基于本地配置的SEPP 信息，將服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求發(fā)送至vSEPP。

d）vSEPP 基于請求的PLMN 信息，匹配本地配置hSEPP 信息和IPX 信息，將請求發(fā)送至IPX 網(wǎng)絡(luò)，攜帶目的hSEPP的FQDN信息。

e）IPX 解析hSEPP 的FQDN，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求至對端hSEPP，hSEPP 解析hNRF 的FQDN 信息，發(fā)送至hNRF。

f）hNRF返回hNF信息。

g）vNF基于發(fā)現(xiàn)結(jié)果經(jīng)SEPP與hNF通信。

3.1.2 拜訪網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程

拜訪網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程如圖6和表2所示。

圖6 拜訪網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程

3.1.3 歸屬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程

拜訪網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程如圖7 所示。H-SMF 通過本地配置發(fā)現(xiàn)i-CGi-CG 和i-CHF；根據(jù)IMS DNN，H-SMF 通過i-NRF 發(fā)現(xiàn)i-PCF；根據(jù)SUPI，H-SMF 通過i-NRF 發(fā)現(xiàn)用戶歸屬地PCF；根據(jù)SUPI，H-SMF 通過i-NRF 發(fā)現(xiàn)用戶歸屬地UDM；根據(jù)本地配置，HSMF 發(fā)現(xiàn)本地的A-UPF；H-PCF 根據(jù)IP 地址段通過i-NRF發(fā)現(xiàn)i-BSF；i-DRA根據(jù)配置發(fā)現(xiàn)i-BSF。

表2 拜訪網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程

圖7 歸屬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)流程

圖8 NSSF功能

3.2 切片映射和切片漫游功能

3.2.1 NSSF的功能

5G 核心網(wǎng)漫游實施初期，建議拜訪網(wǎng)絡(luò)和歸屬網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)切片，先開展基于eMBB 標(biāo)準(zhǔn)切片的數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)異網(wǎng)漫游，擇機開展其他類型的切片漫游。

NSSF的功能如圖8所示。

a）AMF通過NRF跨PLMN尋址UDM。

b）AMF通過歸屬地UDM獲取簽約切片。

c）初期只開通標(biāo)準(zhǔn)切片漫游，所有歸屬的切片全部映射為標(biāo)準(zhǔn)切片，提供基礎(chǔ)互通能力，無需NSSF 跨PLMN互通。

d）初期用戶使用單切片，AMF 找vPCF 獲取接入策略即可，無需PCF跨PLMN互通。

e）NSSF為用戶下發(fā)vPLMN切片和映射的hPLMN切片。

f）UE 發(fā)起會話建立請求，AMF 基于vPLMN 切片選擇vSMF/vUPF，基于hPLMN切片選擇hSMF/hUPF。

3.2.2 切片漫游場景注冊流程中切片映射和AMF重選

如圖9所示，切片漫游場景中，注冊流程中漫游用戶切片映射和切片選擇分為2步。

步驟1：對于漫游用戶，Initial AMF 獲取切片簽約后，如果本地沒有切片映射信息或無法提供映射后vPLMN 切片服務(wù)，則查詢NSSF 完成切片映射和重選，否則無需查詢NSSF；AMF本地切片映射信息指用戶上下文保存的切片映射信息，包括Configured NSSAI、Al?lowed NSSAI 或Requested NSSAI，因此需要NSSF 提供切片映射功能。

圖9 注冊流程中切片映射和AMF重選

步驟2：AMF 重路由時將NSSF 返回的切片信息、注冊請求消息攜帶給新側(cè)AMF，新側(cè)AMF判斷是重路由消息則直接使用老側(cè)攜帶的切片，無需再查詢NSSF，避免AMF 乒乓。重路由老側(cè)AMF 攜帶的切片信 息 包 括Allowed Nssai、Configured Nssai 和Rejected Nssai。

NSSF切片映射涉及到的流程還包括初始注冊、移動注冊、周期注冊；初始注冊/移動注冊包含4G 到5G注冊、5G到4G注冊。

3.3 語音業(yè)務(wù)流程

根據(jù)上述歸屬運營商的漫游節(jié)點建設(shè)方案、網(wǎng)元和服務(wù)的發(fā)現(xiàn)流程等，語音業(yè)務(wù)的實現(xiàn)流程分為以下2個關(guān)鍵步驟。

步驟1：UE 進入漫游區(qū)域的漫游運營商的5G SA網(wǎng)絡(luò)，發(fā)起注冊流程。

a）UE 向AMF 發(fā)送Registration Request，AMF 為漫游用戶通過NRF 選擇歸屬地hSMF，并選擇本地vSMF，建立N16和N9連接。

b）漫游用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)路由回漫游局i-UPF。

c）i-UPF 為漫游用戶選擇歸屬地運營商的IMS節(jié)點i-SBC/P-CSCF。

d）UE 向P-CSCF 發(fā)起SIP Register 注冊請求進行IMS注冊。

步驟2：UE發(fā)起呼叫過程。

a）UE 向P-CSCF發(fā)起SIP INVITE呼叫請求，專有承載建立時，AMF 轉(zhuǎn)發(fā)收到的會話修改失敗消息給SMF，原因是與正在回落到EPS語音。

b）拜訪地運營商NR發(fā)起到歸屬地運營商的重定向或切換。

c）用戶回落歸屬地4G 網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)網(wǎng)MME 根據(jù)FQDN 查詢DNS，通過i-DNS 獲取錨點SMF/PGW-C 和UPF/PGW-U，通過現(xiàn)網(wǎng)SGW 與漫游節(jié)點完成PDN 連接建立。

d）UE 完成后續(xù)語音業(yè)務(wù)接續(xù)流程，后續(xù)流程與本網(wǎng)相同。

4 挑戰(zhàn)和建議

綜上所述，為落實《工業(yè)和信息化部關(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》的通知要求，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端支持5G 異網(wǎng)漫游應(yīng)具備如下能力。

a）應(yīng)支持獨立組網(wǎng)架構(gòu)的5G 異網(wǎng)漫游，支持自動選網(wǎng)模式，支持5G 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的選網(wǎng)策略，在漫游模式下支持同時顯示2家運營商標(biāo)識。

b）在漫游區(qū)域，漫游運營商向本網(wǎng)用戶和其他運營商的漫游用戶提供語音、數(shù)據(jù)和短消息等業(yè)務(wù)，保證同等通信質(zhì)量。5G 語音以VoNR 為目標(biāo)解決方案，根據(jù)雙方網(wǎng)絡(luò)能力，支持回落/切換到4G 網(wǎng)絡(luò)進行通話。

現(xiàn)階段5G異網(wǎng)漫游的實施仍存在如下挑戰(zhàn)。

a）無國際先例和可供參考的國際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備和終端能力不成熟，包括對異網(wǎng)漫游組網(wǎng)至關(guān)重要的SEPP設(shè)備尚無可供測試的產(chǎn)品，NSSF設(shè)備不支持切片映射等。建議加快推進技術(shù)攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)制定和測試驗證工作，推進設(shè)備開發(fā)和產(chǎn)業(yè)鏈成熟。

b）國內(nèi)電信行業(yè)失衡問題依然存在，在市場份額、網(wǎng)絡(luò)覆蓋不對等的條件下，可以預(yù)見國內(nèi)基礎(chǔ)運營企業(yè)就5G異網(wǎng)漫游的技術(shù)方案、異網(wǎng)漫游結(jié)算價格等達成共識的可能性非常小。建議監(jiān)管部門主導(dǎo)確定技術(shù)路線和互聯(lián)互通方案、制定統(tǒng)一的異網(wǎng)漫游結(jié)算價格。