5G SA組網(wǎng)模式下客戶接入感知提升研究與實踐

閻艷芳，謝冬秀，武俊芹，郭 威（中國聯(lián)通河南分公司，河南鄭州 450000）

1 概述

5G SA 網(wǎng)絡(luò)已于2020 年9 月底在部分城市試商用，全國多個城市成功開通了5G SA 功能。5G SA 商用以來，業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，用戶規(guī)模急劇增加。

5GC 采用集中化大區(qū)建設(shè)，人網(wǎng)（2C）、物網(wǎng)（2B）各建設(shè)一張網(wǎng)，其中2C 采用邏輯分省設(shè)置，物網(wǎng)采用大區(qū)集中設(shè)置，基站同時接入物網(wǎng)和人網(wǎng)。在初期階段，5G SA 的語音解決方案采用EPS Fallback 方式，當(dāng)用戶進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時，回落到LTE網(wǎng)絡(luò)，通過N26接口在4G網(wǎng)絡(luò)上建立語音通道完成接續(xù)。

從5G SA 的組網(wǎng)情況看，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成非常復(fù)雜，在日常運營中面臨著很多問題，主要表現(xiàn)在：在完成端到端的業(yè)務(wù)時，終端-無線-核心網(wǎng)需要密切配合，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致用戶登網(wǎng)注冊失敗、語音呼叫失敗等問題。

本文以2 個典型投訴問題的解決為例，來闡述和說明此類問題解決的方法。為以后的投訴處理提供了方法指導(dǎo)和流程依據(jù)。

2 5G核心網(wǎng)組網(wǎng)特性

5G 核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。5G 核心網(wǎng)與4G核心網(wǎng)相比，有了非常大的不同。5G 核心網(wǎng)采用SBA架構(gòu)，簡化了NF 間關(guān)系，NF 只需聲明自身即可見可用。NF間可簡便地組合新功能和流程，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活可變。NF 間采用統(tǒng)一的HTTP 協(xié)議，便于ICT 拉通的業(yè)務(wù)運營。SBA 架構(gòu)有部署快速、策略多變、調(diào)優(yōu)動態(tài)、網(wǎng)絡(luò)安全等優(yōu)點。靈活開放的架構(gòu)同時也給運營帶來了挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，導(dǎo)致網(wǎng)元及服務(wù)數(shù)目大到無法人工靜態(tài)管理。

圖1 5G核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

3 5G SA用戶無法登陸網(wǎng)絡(luò)的分析

某地客戶投訴手機SIM 卡放在自己的手機（iPhone12）中能占用5G 網(wǎng)絡(luò)，更換其他終端（MATE 30 PRO）后一直顯示NR 注冊失?。╪1-mode-notallowed），只有這個用戶有這種情況，其他5G SA 用戶都不存在該問題。

3.1 AMF重定向原理

5G 核心網(wǎng)中，基站將用戶注冊消息發(fā)送給AMF，如果該AMF 不支持用戶的切片S-NSSAI，會觸發(fā)AMF重定向流程。AMF重定向流程如圖2所示。

圖2 AMF重定向流程

a）手機發(fā)起注冊。①～④步，基站根據(jù)配置，選擇一個AMF（Initial AMF），去UDM 鑒權(quán)，得到用戶簽約的切片信息，如果切片信息與Initial AMF 的切片信息不一致，觸發(fā)重定向流程。

b）Initial AMF 通過本地配置選擇NSSF，向NSSF發(fā)送消息，NSSF 返回消息中攜帶AMF Set 或Candidate AMF、Allowed S-NSSAIs 等信息。⑤a～⑤b Initial AMF向NSSF 發(fā)送消息，要重定向的AMF 列表，NSSF 返回請求的切片的AMF列表。

c）Initial AMF 向NRF 發(fā)送消息，NRF 返回消息中攜帶AMF Candidate列表等信息；⑥a～⑥b初始AMF通過NRF查詢找到確定的一個AMF。

d）Initial AMF 根據(jù)NSSF 返回的信息選擇Target AMF，Initial AMF 向Target AMF 發(fā)送消息，Target AMF返回消息確認(rèn)Target AMF 支持UE 所有的Allowed SNSSAIs，完成UE的初始注冊流程。

3.2 處理過程

根據(jù)用戶投訴內(nèi)容，在5GC 網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信令跟蹤。在人網(wǎng)上沒有跟蹤到任何信令，鑒于無線側(cè)一直提示信令失敗碼為n1-mode-not-allowed，就從物網(wǎng)AMF上進(jìn)行跟蹤，從流程中發(fā)現(xiàn)，AMF向AUSF鑒權(quán)之后就上報了注冊失敗，查看詳細(xì)信令消息解碼，失敗原因為：AusfAuthenticationRejected，鑒權(quán)拒絕。

查看內(nèi)部消息，AMF 查找AUSF 是通過緩存查找到的，并且查詢到的AUSF為其他大區(qū)的一個UDM，但是用戶號碼是歸屬于本地的。結(jié)論很明顯，查詢到的NRF不正確。

根據(jù)如上信息，懷疑是對端的UDM 號段數(shù)據(jù)配置錯誤，把外地的號段錯配了本地的號段。在AMF 上查詢該UDM 的緩存數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)UDM 上報的號段數(shù)據(jù)過大，該號段中包含了投訴用戶的IMSI號段。當(dāng)該UDM用戶在本地物網(wǎng)AMF 注冊時，AMF 就會將這個UDM的號段保存到緩存中，由于該號段包含了投訴用戶的號段，這種情況下，AMF 的選擇機制為隨機選擇，AMF就選擇了錯誤的UDM。

聯(lián)系對端省UDM 修改數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完成整改后，AMF上清除緩存，問題解決。

3.3 問題分析

3.3.1 AMF權(quán)重設(shè)置

經(jīng)過核查網(wǎng)絡(luò)配置，基站同時上聯(lián)到人網(wǎng)、物網(wǎng)AMF，物網(wǎng)AMF 設(shè)置的權(quán)重為255，人網(wǎng)AMF 權(quán)重為100。如果注冊時攜帶切片標(biāo)識，基站根據(jù)切片標(biāo)識選擇AMF，如果注冊時不攜帶切片標(biāo)識，基站會根據(jù)信令中的5G-GUTI 或AMF 權(quán)重選擇AMF。該投訴用戶更換手機時，由于當(dāng)前手機不支持配置切片功能，注冊時不攜帶切片信息，更換手機后注冊時信令也不攜帶5G-GUTI，基站會根據(jù)AMF 權(quán)重選擇AMF，觸發(fā)重定向業(yè)務(wù)流程來確定手機最終接入的網(wǎng)絡(luò)。物網(wǎng)AMF權(quán)重高于人網(wǎng)，因此優(yōu)選去物網(wǎng)注冊。

物網(wǎng)、人網(wǎng)AMF 采用不同廠家設(shè)備，當(dāng)前各個廠家的權(quán)重值均為默認(rèn)設(shè)置，設(shè)置不統(tǒng)一。當(dāng)前人網(wǎng)5G用戶遠(yuǎn)大于物網(wǎng)用戶，需要對AMF 權(quán)重參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，以減少因權(quán)重設(shè)置不嚴(yán)謹(jǐn)而導(dǎo)致的重定向流程。

3.3.2 UDM號段配置

通過投訴案例可見，當(dāng)UDM 號段配置錯誤時，會對其他省的業(yè)務(wù)造成影響，影響的程度和范圍由配置錯誤UDM中用戶號段及用戶漫游范圍來決定的。

對AUSF/UDM/PCF 等號碼類NF 向NRF 注冊的實現(xiàn)方案進(jìn)行了對比和優(yōu)缺點分析。發(fā)現(xiàn)這種號段類的數(shù)據(jù)，有2 種注冊方案，一種是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)采用的方式，號段在AUSF/UDM/PCF 上進(jìn)行配置，由AUSF/UDM/PCF 向NRF 直接上報號段；另一種是在NRF 上配置號段，如圖3 所示。號碼類網(wǎng)元向NRF 注冊實現(xiàn)方案對比如表1所示。

表1 號碼類網(wǎng)元向NRF注冊實現(xiàn)方案對比

圖3 號碼類網(wǎng)元向NRF注冊實現(xiàn)方案

對于選擇了方案1作為全國的號段注冊方式的網(wǎng)絡(luò)，建議在制作UDM/PCF 等需要向NRF 進(jìn)行注冊的諸如GPSI、SUPI、RoutingIndicator 等號段數(shù)據(jù)時，一定要遵循最小化原則，對于未分配的或者非歸屬本設(shè)備的數(shù)據(jù)不能按照大號段匹配。特別是新建UDM/PCF等，在設(shè)備接入NRF 前，必須采用最細(xì)數(shù)據(jù)制作原則。有條件的情況下，采用工具手段進(jìn)行自動數(shù)據(jù)制作和數(shù)據(jù)核查，從根本上解決問題。

4 5G SA手機概率性被叫失敗的分析

某用戶的手機（小米10）會概率性被叫不通，重新注冊后，恢復(fù)正常。但是過一段時間又反復(fù)出現(xiàn)該問題，用戶訴稱之前使用正常，最近幾日才出現(xiàn)該問題。梳理最近幾日的操作，只有BSF 做過一次版本升級，優(yōu)化了用戶會話記錄保存的數(shù)目。

接到投訴后，對故障用戶手機號進(jìn)行了端到端的用戶跟蹤，在SMF-PCF-BSF 分別進(jìn)行用戶跟蹤及失敗觀察分析，抓到了用戶復(fù)現(xiàn)的信令，對信令進(jìn)行分析，故障用戶重新注冊可以解決該問題。但是由于用戶手機在4G/5G之間頻繁切換，過段時間之后，該問題又復(fù)現(xiàn)，且復(fù)現(xiàn)概率高。

4.1 會話綁定原理

在5GC 中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個PCF NF 的情況下，由BSF（Binding Support Function）提供會話綁定功能，作為Rx（IMS）接口和Gx（EPC）接口關(guān)聯(lián)的紐帶。

用戶要能進(jìn)行語音呼叫，必須先進(jìn)行會話綁定，呼叫建立時才能找到注冊時使用的PCF，創(chuàng)建語音承載。5G SA會話綁定流程如圖4所示。

圖4 5G SA會話綁定流程

5G SA會話綁定流程：

?BSF 攜帶其支持的IP 地址段向NRF 進(jìn)行服務(wù)注冊。

①UE發(fā)起IMS PDU Session建立。

②SMF 攜 帶UE IP 向PCF 獲 取IMS 默 認(rèn)PCC Rule。

③PCF使用UEIP向NRF獲取BSF地址。

④PCF 攜帶UEIP 向BSF 請求會話綁定，此時，BSF上保存用戶的IP和PCF地址的對應(yīng)關(guān)系。

⑤用戶發(fā)起或收到呼叫的INVITE消息。

⑥P-CSCF/SBC 發(fā)送AAR 消息申請語音/視頻承載，攜帶用戶的IP地址。

⑦DRA 根據(jù)本地IP 地址段配置將AAR 消息路由到BSF。

⑧BSF 查詢保存的會話綁定信息，將AAR 消息路由到PCF。

⑨PCF下發(fā)語音/視頻專用的PCC規(guī)則，觸發(fā)SMF發(fā)起語音/視頻專有承載的建立。

4.2 處理過程

投訴問題分析：用戶使用IMS 的APN 接入，SMF為用戶分配的地址為2408：*：*：e4b6：1，SMF 攜帶UE IP 向PCF 獲取IMS 默認(rèn)PCC Rule，PCF 收到SMF 的會話創(chuàng)建消息，并向BSF 注冊會話。SMF 和PCF 上的信令顯示地址一致，此時查看BSF的會話創(chuàng)建綁定記錄，地址也是一致的：2408：*：*：e4b6：/64。

用戶在此后一段時間有正常的EPSFB 流程，業(yè)務(wù)正常，之后用戶切換到5G，終端發(fā)起IMS 會話，分配的地址為2408：*：*：eae8：1，SMF 再次申請策略，PCF 收到SMF IMS 會話創(chuàng)建消息，并向BSF 注冊會話，BSF 收到新的會話綁定記錄，根據(jù)最新機制，保留最新的會話記錄，BSF 上會話綁定記錄地址更新為2408：*：*：eae8：/64。此時用戶的業(yè)務(wù)是正常的。終端上IMS 這個APN是多PDN連接，每個會話各對應(yīng)一個地址。

后續(xù)一段時間，用戶發(fā)生多次回落，在4G/5G之前反復(fù)切換，當(dāng)用戶最后一次切換到5G，此時用戶呼叫，攜帶了舊會話的地址：2408：*：*：e4b6：1，但是此時，由于用戶多次注冊，BSF上用戶的地址已經(jīng)更新，沒有舊會話記錄了，因此用戶呼叫失敗。

4.3 問題分析

正常情況下，一個用戶只保留最新的會話記錄，但是某些終端手機，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，頻繁發(fā)生切換的場景下，會產(chǎn)生多個IMS 會話，偶爾使用老的IMS 會話地址呼叫，而BSF只有最新的會話記錄，導(dǎo)致用戶在異常場景下，呼叫不通。

目前，BSF 和PCF 在協(xié)議上沒有成熟的?；罘桨?，BSF 無法獲取用戶實時會話狀態(tài)。BSF 不能自動清理殘留的會話記錄，全靠PCF 來刪除，長此以往，造成BSF 內(nèi)存泄漏，本次BSF 版本對用戶會話記錄的保存做了優(yōu)化。

在該用戶的手機升級到最新版本12.2.3 之后，問題不再出現(xiàn)。經(jīng)過一段時間的觀察，無其他款型手機類似投訴。經(jīng)過評估，認(rèn)為該問題屬于個別款手機的異常行為，可以通過終端的軟件升級解決。

該案例給我們警示，在操作流程中嚴(yán)格遵照操作制度和規(guī)范執(zhí)行，凡涉及升級、重大調(diào)整、割接等操作，一定要遵循事前、事中、事后原則，特別是在方案審核上要考慮可能出現(xiàn)的任何影響并制定相應(yīng)的預(yù)案，以減少對用戶感知的影響。

5 結(jié)束語

本文從2 個具體的投訴案例入手，詳細(xì)分析了AMF 重定向的業(yè)務(wù)流程提出參數(shù)規(guī)范的建議；分析比較了5GC 中AUSF/UDM/PCF 等網(wǎng)元號段類數(shù)據(jù)向NRF 注冊的2 種實現(xiàn)方案，并基于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)采用的方案，提出了數(shù)據(jù)配置需注意的事項；深入分析EPSFB過程中BSF 會話綁定業(yè)務(wù)流程，通過端到端的分析手段，對日常運營中遇到的投訴問題進(jìn)行分析定位，提出了5G SA 組網(wǎng)模式下用戶投訴的處理方法，給出了提升客戶感知的優(yōu)化建議及改進(jìn)方案，對日常的運營操作提供了借鑒意義。