5G SA组网模式下客户接入感知提升研究与实践

阎艳芳，谢冬秀，武俊芹，郭 威（中国联通河南分公司，河南郑州 450000）

1 概述

5G SA 网络已于2020 年9 月底在部分城市试商用，全国多个城市成功开通了5G SA 功能。5G SA 商用以来，业务发展迅速，用户规模急剧增加。

5GC 采用集中化大区建设，人网（2C）、物网（2B）各建设一张网，其中2C 采用逻辑分省设置，物网采用大区集中设置，基站同时接入物网和人网。在初期阶段，5G SA 的语音解决方案采用EPS Fallback 方式，当用户进行语音业务时，回落到LTE网络，通过N26接口在4G网络上建立语音通道完成接续。

从5G SA 的组网情况看，网络构成非常复杂，在日常运营中面临着很多问题，主要表现在：在完成端到端的业务时，终端-无线-核心网需要密切配合，任何环节出现问题都可能导致用户登网注册失败、语音呼叫失败等问题。

本文以2 个典型投诉问题的解决为例，来阐述和说明此类问题解决的方法。为以后的投诉处理提供了方法指导和流程依据。

2 5G核心网组网特性

5G 核心网系统架构如图1 所示。5G 核心网与4G核心网相比，有了非常大的不同。5G 核心网采用SBA架构，简化了NF 间关系，NF 只需声明自身即可见可用。NF间可简便地组合新功能和流程，网络架构灵活可变。NF 间采用统一的HTTP 协议，便于ICT 拉通的业务运营。SBA 架构有部署快速、策略多变、调优动态、网络安全等优点。灵活开放的架构同时也给运营带来了挑战，网络规模庞大，导致网元及服务数目大到无法人工静态管理。

图1 5G核心网系统架构

3 5G SA用户无法登陆网络的分析

某地客户投诉手机SIM 卡放在自己的手机（iPhone12）中能占用5G 网络，更换其他终端（MATE 30 PRO）后一直显示NR 注册失败（n1-mode-notallowed），只有这个用户有这种情况，其他5G SA 用户都不存在该问题。

3.1 AMF重定向原理

5G 核心网中，基站将用户注册消息发送给AMF，如果该AMF 不支持用户的切片S-NSSAI，会触发AMF重定向流程。AMF重定向流程如图2所示。

图2 AMF重定向流程

a）手机发起注册。①～④步，基站根据配置，选择一个AMF（Initial AMF），去UDM 鉴权，得到用户签约的切片信息，如果切片信息与Initial AMF 的切片信息不一致，触发重定向流程。

b）Initial AMF 通过本地配置选择NSSF，向NSSF发送消息，NSSF 返回消息中携带AMF Set 或Candidate AMF、Allowed S-NSSAIs 等信息。⑤a～⑤b Initial AMF向NSSF 发送消息，要重定向的AMF 列表，NSSF 返回请求的切片的AMF列表。

c）Initial AMF 向NRF 发送消息，NRF 返回消息中携带AMF Candidate列表等信息；⑥a～⑥b初始AMF通过NRF查询找到确定的一个AMF。

d）Initial AMF 根据NSSF 返回的信息选择Target AMF，Initial AMF 向Target AMF 发送消息，Target AMF返回消息确认Target AMF 支持UE 所有的Allowed SNSSAIs，完成UE的初始注册流程。

3.2 处理过程

根据用户投诉内容，在5GC 网络上进行信令跟踪。在人网上没有跟踪到任何信令，鉴于无线侧一直提示信令失败码为n1-mode-not-allowed，就从物网AMF上进行跟踪，从流程中发现，AMF向AUSF鉴权之后就上报了注册失败，查看详细信令消息解码，失败原因为：AusfAuthenticationRejected，鉴权拒绝。

查看内部消息，AMF 查找AUSF 是通过缓存查找到的，并且查询到的AUSF为其他大区的一个UDM，但是用户号码是归属于本地的。结论很明显，查询到的NRF不正确。

根据如上信息，怀疑是对端的UDM 号段数据配置错误，把外地的号段错配了本地的号段。在AMF 上查询该UDM 的缓存数据，发现UDM 上报的号段数据过大，该号段中包含了投诉用户的IMSI号段。当该UDM用户在本地物网AMF 注册时，AMF 就会将这个UDM的号段保存到缓存中，由于该号段包含了投诉用户的号段，这种情况下，AMF 的选择机制为随机选择，AMF就选择了错误的UDM。

联系对端省UDM 修改数据，数据完成整改后，AMF上清除缓存，问题解决。

3.3 问题分析

3.3.1 AMF权重设置

经过核查网络配置，基站同时上联到人网、物网AMF，物网AMF 设置的权重为255，人网AMF 权重为100。如果注册时携带切片标识，基站根据切片标识选择AMF，如果注册时不携带切片标识，基站会根据信令中的5G-GUTI 或AMF 权重选择AMF。该投诉用户更换手机时，由于当前手机不支持配置切片功能，注册时不携带切片信息，更换手机后注册时信令也不携带5G-GUTI，基站会根据AMF 权重选择AMF，触发重定向业务流程来确定手机最终接入的网络。物网AMF权重高于人网，因此优选去物网注册。

物网、人网AMF 采用不同厂家设备，当前各个厂家的权重值均为默认设置，设置不统一。当前人网5G用户远大于物网用户，需要对AMF 权重参数进行统一规范，以减少因权重设置不严谨而导致的重定向流程。

3.3.2 UDM号段配置

通过投诉案例可见，当UDM 号段配置错误时，会对其他省的业务造成影响，影响的程度和范围由配置错误UDM中用户号段及用户漫游范围来决定的。

对AUSF/UDM/PCF 等号码类NF 向NRF 注册的实现方案进行了对比和优缺点分析。发现这种号段类的数据，有2 种注册方案，一种是当前网络采用的方式，号段在AUSF/UDM/PCF 上进行配置，由AUSF/UDM/PCF 向NRF 直接上报号段；另一种是在NRF 上配置号段，如图3 所示。号码类网元向NRF 注册实现方案对比如表1所示。

表1 号码类网元向NRF注册实现方案对比

图3 号码类网元向NRF注册实现方案

对于选择了方案1作为全国的号段注册方式的网络，建议在制作UDM/PCF 等需要向NRF 进行注册的诸如GPSI、SUPI、RoutingIndicator 等号段数据时，一定要遵循最小化原则，对于未分配的或者非归属本设备的数据不能按照大号段匹配。特别是新建UDM/PCF等，在设备接入NRF 前，必须采用最细数据制作原则。有条件的情况下，采用工具手段进行自动数据制作和数据核查，从根本上解决问题。

4 5G SA手机概率性被叫失败的分析

某用户的手机（小米10）会概率性被叫不通，重新注册后，恢复正常。但是过一段时间又反复出现该问题，用户诉称之前使用正常，最近几日才出现该问题。梳理最近几日的操作，只有BSF 做过一次版本升级，优化了用户会话记录保存的数目。

接到投诉后，对故障用户手机号进行了端到端的用户跟踪，在SMF-PCF-BSF 分别进行用户跟踪及失败观察分析，抓到了用户复现的信令，对信令进行分析，故障用户重新注册可以解决该问题。但是由于用户手机在4G/5G之间频繁切换，过段时间之后，该问题又复现，且复现概率高。

4.1 会话绑定原理

在5GC 中，当网络中存在多个PCF NF 的情况下，由BSF（Binding Support Function）提供会话绑定功能，作为Rx（IMS）接口和Gx（EPC）接口关联的纽带。

用户要能进行语音呼叫，必须先进行会话绑定，呼叫建立时才能找到注册时使用的PCF，创建语音承载。5G SA会话绑定流程如图4所示。

图4 5G SA会话绑定流程

5G SA会话绑定流程：

⓪BSF 携带其支持的IP 地址段向NRF 进行服务注册。

①UE发起IMS PDU Session建立。

②SMF 携 带UE IP 向PCF 获 取IMS 默 认PCC Rule。

③PCF使用UEIP向NRF获取BSF地址。

④PCF 携带UEIP 向BSF 请求会话绑定，此时，BSF上保存用户的IP和PCF地址的对应关系。

⑤用户发起或收到呼叫的INVITE消息。

⑥P-CSCF/SBC 发送AAR 消息申请语音/视频承载，携带用户的IP地址。

⑦DRA 根据本地IP 地址段配置将AAR 消息路由到BSF。

⑧BSF 查询保存的会话绑定信息，将AAR 消息路由到PCF。

⑨PCF下发语音/视频专用的PCC规则，触发SMF发起语音/视频专有承载的建立。

4.2 处理过程

投诉问题分析：用户使用IMS 的APN 接入，SMF为用户分配的地址为2408：*：*：e4b6：1，SMF 携带UE IP 向PCF 获取IMS 默认PCC Rule，PCF 收到SMF 的会话创建消息，并向BSF 注册会话。SMF 和PCF 上的信令显示地址一致，此时查看BSF的会话创建绑定记录，地址也是一致的：2408：*：*：e4b6：/64。

用户在此后一段时间有正常的EPSFB 流程，业务正常，之后用户切换到5G，终端发起IMS 会话，分配的地址为2408：*：*：eae8：1，SMF 再次申请策略，PCF 收到SMF IMS 会话创建消息，并向BSF 注册会话，BSF 收到新的会话绑定记录，根据最新机制，保留最新的会话记录，BSF 上会话绑定记录地址更新为2408：*：*：eae8：/64。此时用户的业务是正常的。终端上IMS 这个APN是多PDN连接，每个会话各对应一个地址。

后续一段时间，用户发生多次回落，在4G/5G之前反复切换，当用户最后一次切换到5G，此时用户呼叫，携带了旧会话的地址：2408：*：*：e4b6：1，但是此时，由于用户多次注册，BSF上用户的地址已经更新，没有旧会话记录了，因此用户呼叫失败。

4.3 问题分析

正常情况下，一个用户只保留最新的会话记录，但是某些终端手机，在网络不稳定，频繁发生切换的场景下，会产生多个IMS 会话，偶尔使用老的IMS 会话地址呼叫，而BSF只有最新的会话记录，导致用户在异常场景下，呼叫不通。

目前，BSF 和PCF 在协议上没有成熟的保活方案，BSF 无法获取用户实时会话状态。BSF 不能自动清理残留的会话记录，全靠PCF 来删除，长此以往，造成BSF 内存泄漏，本次BSF 版本对用户会话记录的保存做了优化。

在该用户的手机升级到最新版本12.2.3 之后，问题不再出现。经过一段时间的观察，无其他款型手机类似投诉。经过评估，认为该问题属于个别款手机的异常行为，可以通过终端的软件升级解决。

该案例给我们警示，在操作流程中严格遵照操作制度和规范执行，凡涉及升级、重大调整、割接等操作，一定要遵循事前、事中、事后原则，特别是在方案审核上要考虑可能出现的任何影响并制定相应的预案，以减少对用户感知的影响。

5 结束语

本文从2 个具体的投诉案例入手，详细分析了AMF 重定向的业务流程提出参数规范的建议；分析比较了5GC 中AUSF/UDM/PCF 等网元号段类数据向NRF 注册的2 种实现方案，并基于当前网络采用的方案，提出了数据配置需注意的事项；深入分析EPSFB过程中BSF 会话绑定业务流程，通过端到端的分析手段，对日常运营中遇到的投诉问题进行分析定位，提出了5G SA 组网模式下用户投诉的处理方法，给出了提升客户感知的优化建议及改进方案，对日常的运营操作提供了借鉴意义。