5G异网漫游部署方案研究

马泽芳，马瑞涛，李晨仪（中国联通研究院，北京 100048）

0 引言

5G 异网漫游的实施对贯彻落实党中央关于加快我国5G新型基础设施建设，减少5G网络重复建设，集约高效地实现5G 网络覆盖和业务发展的重大决策部署具有重要意义。

按照《工业和信息化部关于促进网络开放共享推动5G 异网漫游的实施意见》（工信部信管［2020］117号）的相关要求，5G异网漫游的推进计划如下。

2021 年推动落实5G 异网漫游方案的技术攻关，形成相关技术标准，制定相关测试标准，完成5G 异网漫游实验室测试，组织开展现网试点工作。

2022 年底前，基本建成覆盖城乡、技术先进、品质优良、集约高效、安全可靠的5G 网络，全面推广5G 异网漫游，各企业在县级以下行政区（包含县城）建设的5G 网络，均应具备异网漫游功能，最大限度地利用已建成的5G网络为更广泛的用户群体提供服务。

1 总体技术路线

5G 异网漫游包括核心网漫游和接入网共享2 种技术实现方式。

1.1 5G核心网漫游

5G 核心网漫游是指一家企业建设完整5G 网络（包括无线网和核心网），其他企业用户通过漫游方式接入该网络，使用移动通信业务。在5G独立组网架构下实现5G 异网漫游，在双方协商一致的情况下，可提供非独立组网架构或4G网络异网漫游。

1.2 5G接入网共享

5G 接入网共享是指2 家企业独立建设核心网，共享无线接入网和回传承载网。在5G 独立组网架构下实现5G接入网共享，必要时也可采用非独立组网共享作为过渡。

本文主要对5G 独立组网架构下核心网漫游的技术方案和组网方案进行研究和探讨。

2 漫游场景和漫游架构

2.1 漫游场景

根据归属网络方在漫游区域是否存在无线信号，主要存在以下2种不同的漫游场景。

a）漫游场景1：归属网络方在漫游区域内无任何无线信号，拜访网络有4G/5G信号，漫游用户只使用拜访网络的5G网络。对于漫出场景，当用户进入漫游区域，终端优先使用拜访5G网络提供的漫游服务。拜访网络的4G网络不提供漫游服务，不支持语音回落到拜访网络4G。对于漫回场景，当用户离开漫游区域，并搜索到任何归属网络信号时，终端回到归属网络。漫游场景1与5G SA国际漫游类似。

b）漫游场景2：归属网络在漫游区域内有4G 信号无5G 信号，拜访网络有4G/5G 信号，漫游用户优先使用拜访5G 网络，在拜访网络5G 覆盖不足的区域使用归属4G 网络，拜访地5G 网络和归属地4G 网络有互操作。对于漫出场景，当用户进入漫游区域，终端优先使用拜访5G网络提供的漫游服务，当终端使用语音业务时，回落到归属网络4G 网络。对于漫回场景，当用户离开漫游区域，并搜索到任何归属网络信号时，终端回到归属网络。漫游场景2 更符合中国区域5G 共建共享的实际需求，本文主要对场景2 的组网架构和实现方案进行研究和探讨。

2.2 漫游架构

5G 核心网漫游优选归属地路由（home-routed）方式，由归属网络负责提供语音、数据和短消息业务，图1 为基于服务接口架构的归属路由方式的5G SA 核心网漫游架构，图2 为基于参考点的归属路由方式的5G SA核心网漫游架构。

图1 5G SA核心网漫游架构-归属路由-基于服务接口的架构

图2 5G SA核心网漫游架构-归属路由-基于参考点的架构

图1中各网元的关键功能要求如下。

a）AMF：为漫入用户提供拜访地接入能力；为漫游用户提供鉴权、签约信息获取功能；为漫入用户提供切片映射和切片管理功能；为漫游用户提供切换、4G/5G 互操作、EPS 回落等移动性管理功能；提供跨PLMN 接入用户的识别，控制显示的网络名称，在漫游模式下支持同时显示归属运营商和漫游运营商标识，以提示用户处于异网漫游状态。在漫游区域内各归属网络分别采用新的共享PLMNID，并通过网络下发，设置拜访网络为EHPLMN。用户在归属网络接入时，AMF 配置将5G 的共享PLMNID 作为EPLMN 下发给UE，当UE 移动到漫游区域的5G 网络时，选择共享PLMNID接入。

b）vPCF：控制漫入用户的AM 策略，通过本地控制或从hPCF 获取UE 策略、从hPCF 获取SM 策略。在5G 异网漫游实施初期，vPCF 和hPCF 之间不互通，SM Policy 由归属网络的hPCF 下发给h-SMF 执行，不进行UE Policy控制，AM Policy由漫游网络按需控制。

c）vSMF：提供拜访地信令面会话管理功能和移动性管理功能。根据3GPP TS 29.502，vSMF 可控制漫入用户在拜访地的QoS参数，vSMF为漫游用户配置拜访地的QoS参数，参与会话端到端的QoS协商，当归属地为激活用户分配的带宽过高，vSMF可以根据漫游策略，拒绝PDN 会话或者QoS Flow。在5G 异网漫游实施初期，建议由运营商约定漫游用户的QoS，例如：语音业务约定信令承载5QI=9/QCI=9，语音流5QI=1/QCI=1，视频流5QI=2/QCI=2；数据业务由运营商约定Ses⁃sion-AMBR，V-SMF根据PLMN配置对应的数据QoS。

d）vCHF 和hCHF：提供漫游结算功能，vCHF 和hCHF产生漫入用户话单。

e）vUPF 和hUPF：其部署位置影响数据传输路径长短，从而影响业务体验。hUPF 和vUPF 采用分省对等建设方案，N9传输路径最短。

f）vNRF 和hNRF：提供跨PLMN 的服务发现、订阅、通知、token分发等功能。

g）vSEPP 和hSEPP：负责PLMN 之间拓扑隐藏和信令集中转发。

基于参考点的5G核心网漫游互通接口见表1。

表1 基于参考点的5G核心网漫游互通接口

2.3 拜访地5G 网络与归属地4G网络互操作架构

如图3所示，在拜访5G 信号覆盖不足区域和边缘区域回落到归属4G 网络，此时拜访5G 网络与归属4G 网络有互操作。数据业务漫游采用接入归属运营商网络的4G/5G 融合网关的方案；语音业务漫游采用S8HR的VoLTE漫游方案。

如图4所示，归属网络漫游节点建设方案如下。

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

b）5G漫出用户使用5G SA业务，数据会话锚点建立在i-SMF上，业务流锚定在i-UPF上。

图3 5G SA核心网漫游拜访地5G和归属地4G互操作架构

图4 5G SA核心网漫游归属运营商网元建设方案

c）5G 用户回到归属运营商4G 网络，考虑N26 互操作，包括EPS fallback语音异网回落到归属4G网络。

d）NRF 用于SA 异网漫游的i-SMF 发现，与异网NRF互通。

e）CGF用于转发计费消息到i-SCP，i-SCP可以将计费信息转发给集团IT 计费系统CHF，用于异网间计费结算。

3 关键能力和关键流程

3.1 跨PLMN的网元和服务发现流程

3.1.1 NRF的跨PLMN服务发现功能

NRF的跨PLMN服务发现功能如图5所示。

a）vNF 基于用户SUPI 获取用户归属PLMN 信息，基于本地配置的NRF信息，发起服务发现请求。

b）L-NRF 基于请求的用户PLMN 信息，转发服务发现请求至vNRF。

图5 NRF的跨PLMN的服务发现功能

c）vNRF 基于PLMN 信息，构造hNRF FQDN，基于本地配置的SEPP 信息，将服务发现请求发送至vSEPP。

d）vSEPP 基于请求的PLMN 信息，匹配本地配置hSEPP 信息和IPX 信息，将请求发送至IPX 网络，携带目的hSEPP的FQDN信息。

e）IPX 解析hSEPP 的FQDN，转发服务发现请求至对端hSEPP，hSEPP 解析hNRF 的FQDN 信息，发送至hNRF。

f）hNRF返回hNF信息。

g）vNF基于发现结果经SEPP与hNF通信。

3.1.2 拜访网络网元发现流程

拜访网络网元发现流程如图6和表2所示。

图6 拜访网络网元发现流程

3.1.3 归属网络网元发现流程

拜访网络网元发现流程如图7 所示。H-SMF 通过本地配置发现i-CGi-CG 和i-CHF；根据IMS DNN，H-SMF 通过i-NRF 发现i-PCF；根据SUPI，H-SMF 通过i-NRF 发现用户归属地PCF；根据SUPI，H-SMF 通过i-NRF 发现用户归属地UDM；根据本地配置，HSMF 发现本地的A-UPF；H-PCF 根据IP 地址段通过i-NRF发现i-BSF；i-DRA根据配置发现i-BSF。

表2 拜访网络网元发现流程

图7 归属网络网元发现流程

图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 核心网漫游实施初期，建议拜访网络和归属网络统一采用标准切片，先开展基于eMBB 标准切片的数据和语音业务异网漫游，择机开展其他类型的切片漫游。

NSSF的功能如图8所示。

a）AMF通过NRF跨PLMN寻址UDM。

b）AMF通过归属地UDM获取签约切片。

c）初期只开通标准切片漫游，所有归属的切片全部映射为标准切片，提供基础互通能力，无需NSSF 跨PLMN互通。

d）初期用户使用单切片，AMF 找vPCF 获取接入策略即可，无需PCF跨PLMN互通。

e）NSSF为用户下发vPLMN切片和映射的hPLMN切片。

f）UE 发起会话建立请求，AMF 基于vPLMN 切片选择vSMF/vUPF，基于hPLMN切片选择hSMF/hUPF。

3.2.2 切片漫游场景注册流程中切片映射和AMF重选

如图9所示，切片漫游场景中，注册流程中漫游用户切片映射和切片选择分为2步。

步骤1：对于漫游用户，Initial AMF 获取切片签约后，如果本地没有切片映射信息或无法提供映射后vPLMN 切片服务，则查询NSSF 完成切片映射和重选，否则无需查询NSSF；AMF本地切片映射信息指用户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。

图9 注册流程中切片映射和AMF重选

步骤2：AMF 重路由时将NSSF 返回的切片信息、注册请求消息携带给新侧AMF，新侧AMF判断是重路由消息则直接使用老侧携带的切片，无需再查询NSSF，避免AMF 乒乓。重路由老侧AMF 携带的切片信 息 包 括Allowed Nssai、Configured Nssai 和Rejected Nssai。

NSSF切片映射涉及到的流程还包括初始注册、移动注册、周期注册；初始注册/移动注册包含4G 到5G注册、5G到4G注册。

3.3 语音业务流程

根据上述归属运营商的漫游节点建设方案、网元和服务的发现流程等，语音业务的实现流程分为以下2个关键步骤。

步骤1：UE 进入漫游区域的漫游运营商的5G SA网络，发起注册流程。

a）UE 向AMF 发送Registration Request，AMF 为漫游用户通过NRF 选择归属地hSMF，并选择本地vSMF，建立N16和N9连接。

b）漫游用户的数据业务路由回漫游局i-UPF。

c）i-UPF 为漫游用户选择归属地运营商的IMS节点i-SBC/P-CSCF。

d）UE 向P-CSCF 发起SIP Register 注册请求进行IMS注册。

步骤2：UE发起呼叫过程。

a）UE 向P-CSCF发起SIP INVITE呼叫请求，专有承载建立时，AMF 转发收到的会话修改失败消息给SMF，原因是与正在回落到EPS语音。

b）拜访地运营商NR发起到归属地运营商的重定向或切换。

c）用户回落归属地4G 网络，现网MME 根据FQDN 查询DNS，通过i-DNS 获取锚点SMF/PGW-C 和UPF/PGW-U，通过现网SGW 与漫游节点完成PDN 连接建立。

d）UE 完成后续语音业务接续流程，后续流程与本网相同。

4 挑战和建议

综上所述，为落实《工业和信息化部关于促进网络开放共享推动5G 异网漫游的实施意见》的通知要求，网络设备和终端支持5G 异网漫游应具备如下能力。

a）应支持独立组网架构的5G 异网漫游，支持自动选网模式，支持5G 网络优先的选网策略，在漫游模式下支持同时显示2家运营商标识。

b）在漫游区域，漫游运营商向本网用户和其他运营商的漫游用户提供语音、数据和短消息等业务，保证同等通信质量。5G 语音以VoNR 为目标解决方案，根据双方网络能力，支持回落/切换到4G 网络进行通话。

现阶段5G异网漫游的实施仍存在如下挑战。

a）无国际先例和可供参考的国际标准，设备和终端能力不成熟，包括对异网漫游组网至关重要的SEPP设备尚无可供测试的产品，NSSF设备不支持切片映射等。建议加快推进技术攻关、标准制定和测试验证工作，推进设备开发和产业链成熟。

b）国内电信行业失衡问题依然存在，在市场份额、网络覆盖不对等的条件下，可以预见国内基础运营企业就5G异网漫游的技术方案、异网漫游结算价格等达成共识的可能性非常小。建议监管部门主导确定技术路线和互联互通方案、制定统一的异网漫游结算价格。