LBO模式下5G切片漫游解決方案和關(guān)鍵技術(shù)

周俊超，方琰崴，劉西亮（中興通訊股份有限公司，江蘇南京 210012）

0 引言

3GPP 引入了5G 網(wǎng)絡切片，以滿足各種垂直行業(yè)的需求。網(wǎng)絡切片是5G網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)之一，可在一張網(wǎng)絡上提供定制化、相互隔離、質(zhì)量可保證的端到端“專用網(wǎng)絡”。根據(jù)帶寬、時延、可靠性和安全性等不同維度，網(wǎng)絡切片把運營商的物理網(wǎng)絡劃分為不同的虛擬網(wǎng)絡資源，開放網(wǎng)絡能力，靈活應對不同的應用場景。網(wǎng)絡切片包括無線、承載和核心網(wǎng)三大子切片，本文所述的切片主要指核心網(wǎng)子切片。

隨著垂直行業(yè)應用的蓬勃發(fā)展，針對不同行業(yè)應用的5G網(wǎng)絡切片將會被大面積地部署和應用，而終端用戶如何在這些眾多的網(wǎng)絡切片間漫游是亟待解決的問題。終端用戶在5G切片間的漫游比較復雜，為了有效探討和解決問題，本文限定需要解決的切片漫游場景為：不同的網(wǎng)絡切片歸屬同一個PLMN，即是同一家運營商建設或者提供的切片；終端在切片間的漫游方式，主要考慮終端在“空閑”狀態(tài)下，從一個切片漫入另外一個切片，暫不考慮終端“連接態(tài)”下的漫入。

1 切片漫游關(guān)鍵術(shù)語

為了便于理解，首先介紹切片漫游相關(guān)的關(guān)鍵術(shù)語。

1.1 單網(wǎng)絡切片選擇輔助信息

為了識別端到端的網(wǎng)絡切片，5G 切片使用單網(wǎng)絡切片選擇輔助信息（Single Network Slice Selection Assistance Information，S-NSSAI）來識別切片實例。一個S-NSSAI 由8 bit 的切片/服務類型（Slice/Service type，SST）和24 bit 的切片差異區(qū)分器（Slice Differentiator，SD）組成，后者用于區(qū)分SST 相同時的多個不同網(wǎng)絡切片。格式如圖1所示。

圖1 S-NSSAI結(jié)構(gòu)圖

標準化的S-NSSAI 只包括標準化的SST 字段，可支持切片在全球范圍內(nèi)的互操作。非標準化的S-NSSAI 包括SST 和SD 字段或只包括非標準化的SST 字段，其只能在特定的PLMN 內(nèi)使用。SST 的取值：0～127 由3GPP 標準組織定義，128～255 可以由運營商自定義。目前SST的標準取值見表1。

表1 SST標準取值

網(wǎng)絡切片選擇輔助信息（Network Slice Selection Assistance Information，NSSAI）是S-NSSAI的集合。

1.2 切片選擇功能

網(wǎng)絡切片選擇功能（Network Slice Selection Function，NSSF）是切片選擇的邏輯執(zhí)行和策略決策實體，具體實現(xiàn)功能有：

a）選擇服務于UE的網(wǎng)絡切片實例的集合。

b）確定接受的NSSAI，以及（如果需要）確定到訂閱的S-NSSAI的映射。

c）確定已配置的NSSAI，并在需要時確定到訂閱的S-NSSAI的映射。

d）可能通過查詢網(wǎng)絡倉庫功能（Network Repository Function，NRF）確定要用于服務UE 的接入和移動管理功能（Access and Mobility Management function，AMF）集，或者基于配置確定候選AMF的列表。

UE 接入時，由NSSF根據(jù)UE 攜帶的NSSAI信息或者其他信息，基于本地策略，決策出接受的NSSAI，如果用戶處于漫游狀態(tài)且運營商策略允許，還會決策出接受的NSSAI到訂閱的NSSAI之間的映射關(guān)系。然后UE根據(jù)接受的NSSAI發(fā)起后繼的業(yè)務流程，由接受的NSSAI中的S-NSSAI指定需要使用的切片實例。

1.3 切片的部署模型

第5 代核心網(wǎng)（5G Core，5GC）的網(wǎng)元分為控制面的網(wǎng)元與用戶面網(wǎng)元兩大類，控制面網(wǎng)元與用戶面網(wǎng)元功能介紹參考文獻［1］。網(wǎng)絡切片根據(jù)控制面網(wǎng)元與用戶面網(wǎng)元共享方式的不同，一般有3種部署方式，詳見表2。

表2 切片的3種部署模型

切片部署模型示意如圖2 所示。圖2 中所述的UDM 包含UDM/UDR/AUSF/UDSF 等數(shù)據(jù)相關(guān)網(wǎng)元。大區(qū)中切片部署，在實際應用過程中，多采用方式2和方式3。

圖2 切片部署模型示意

2 切片漫游關(guān)鍵技術(shù)

切片內(nèi)的終端，在漫游出本切片的范圍后，在另外一個切片中如何使用，如何保證相同的QoS 和服務特性，即如何選擇合適的要使用的切片實例，是終端在切片間漫游需要解決的基本問題之一。終端跨切片漫游，需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾方面。

a）終端漫游狀態(tài)。終端在不同切片間的漫游，可以是空閑態(tài)漫游，到拜訪地切片后重新注冊接入；也可以是連接態(tài)漫游，在帶有業(yè)務的場景下，漫入到拜訪地切片。相對來說，終端在空閑態(tài)的漫游，切片間業(yè)務交互和流程不是太復雜，但終端在連接態(tài)下的漫游，根據(jù)需要保證業(yè)務的連續(xù)性的程度，切片間業(yè)務交互和流程復雜度不等，連續(xù)性要求越高，復雜度越高。

b）漫入終端用戶面數(shù)據(jù)出局方式（包括LBO 和HR）。本地出局模式（Local BreakOut，LBO）指終端在漫入另外一個切片后，經(jīng)由拜訪地UPF 出局的模式；歸屬地出局（Home Route，HR）指終端在漫入另外一個切片后，經(jīng)由拜訪地UPF路由到歸屬地UPF，然后通過歸屬地UPF出局的模式。

c）漫游策略選擇。所謂漫游策略是指終端在多個切片間漫游時，決定終端需要使用的具體S-NSSAI的策略，是全網(wǎng)統(tǒng)一還是各個大區(qū)省份各自獨立。這個策略一般是由運營商確定，配置在NSSF 中，在不同切片間漫游時，有的運營商選擇使用相同的S-NSSAI，例如某運營商針對2C的人網(wǎng)，全國范圍內(nèi)各大區(qū)省份的切片均指定S-NSSAI 為協(xié)議定義的標準值01，終端在本網(wǎng)全國范圍內(nèi)的切片間漫游時，S-NSSAI 均為01；有的運營商選擇使用各大區(qū)省份獨立的S-NSSAI，例如某運營商針對2B的物網(wǎng)，全國范圍內(nèi)各大區(qū)省份的切片均有自己的獨立取值，如A 省份切片S-NSSAI取值為0100000A01，B 省份切片S-NSSAI 取值為0100000B01。不同的漫游策略，決定了處理的流程的差異。

d）網(wǎng)絡切片選擇策略（Network Slice Select Policy，NSSP）。NSSP 作為用戶路由策略的一部分，是由PCF 簽約和管理維護的。NSSP 策略決定了終端在啟用某個應用服務，或者位于某個位置區(qū)，或者使用了某個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡名（DNN），或者使用了某種無線接入技術(shù)等條件時，需要使用的S-NSSAI。通常該S-NSSAI是從接受的NSSAI中選擇的。

e）接受的NSSAI 決策。根據(jù)協(xié)議的說明，終端使用的接受NSSAI 決策實體為NSSF，NSSF 需要支持根據(jù)本地策略，或者運營商策略，決策終端接受的NSSAI，以及備選AMF 集。并且，終端是漫游用戶時，還需要在接受的NSSAI中，給出每個接受的S-NSSAIs到對應的簽約S-NSSAs 的映射關(guān)系。是否啟用NSSF 來進行S-NSSAI 決策和映射關(guān)系發(fā)放，也是運營商策略內(nèi)容，需要運營商根據(jù)具體組網(wǎng)以及業(yè)務特性確定。

3 LBO模式切片漫游方案

為了便于說明終端在切片間漫游的技術(shù)方案，本文設定的LBO 模式切片漫游場景如下：終端在空閑態(tài)下漫游、出局采用LBO 模式、漫游策略選擇為各大區(qū)省份使用各自獨立的S-NSSAI、PCF 已經(jīng)簽約NSSP 策略為使用本地S-NSSAI、NSSF 進行接受的NSSAI 決策和映射關(guān)系發(fā)放。

具體示例：某運營商分別為其A區(qū)和B區(qū)建立了1個eMBB切片，切片實例相關(guān)的概要信息如表3所示。

表3 切片實例概要信息

A 區(qū)切片中的用戶在UDM 中S-NSSAI 簽約01 和01000A01，B 區(qū)切片中的用戶在UDM 中S-NSSAI 簽約01和01000B01。

在LBO 模式下，終端在切片間的漫游原理如圖3所示。

圖3 終端在切片間的漫游示意

歸屬B區(qū)的終端用戶，在空閑態(tài)下漫入A 區(qū)，漫游方案的技術(shù)原理說明如下。

a）UE 由于是從B 區(qū)漫入過來的，所以攜帶S-NSSAI為B區(qū)發(fā)放的01和01000B01發(fā)起注冊請求。

b）A 區(qū)的初始AMF 處理該注冊請求，并與該用戶歸屬的UDM/UDR/AUSF/UDSF 以及PCF 交互，對用戶進行鑒權(quán)授權(quán)，并獲取其簽約信息、NSSP信息。

c）鑒權(quán)成功后，初始AMF 攜帶終端請求的NSSAI以及簽約的NSSAI 等信息到本地NSSF，由本地NSSF基于請求/簽約的NSSAI 以及漫游用戶出局模式和本地策略，決定接受的S-NSSAI 為01 和01000A01，其中01000A01由于用戶是漫入用戶，會同時返回其映射的簽約S-NSSAI=01000B01。該步流程結(jié)束后，初始AMF同時也會為用戶指定可能的備選AMF集。

d）初始AMF 返回接受的S-NSSAI、配置的S-NSSAI 以及可能的備選AMF 集到無線側(cè)。如果初始AMF 不在備選的AMF 集內(nèi)，則無線側(cè)會發(fā)起AMF 重定向過程，過程詳見文獻［1］，此處不再贅述。

e）UE 在后繼的業(yè)務建立和發(fā)起過程中，基于接受的S-NSSAI：01 和01000A01：01000B01，和本地的NSSP，決定使用的S-NSSAI 為01000A01：01000B01。當然，也可以決策為標準的S-NSSAI=01，如果采用標準的S-NSSAI，則NSSF 不再需要對漫入用戶的S-NSSAI 進行映射處理，可以簡化網(wǎng)絡處理邏輯。后繼的業(yè)務流程處理過程等超出本文描述范疇，可以參考文獻［1］對應章節(jié)。

4 結(jié)束語

針對終端在多個切片間漫游時面臨的切片選擇問題，本文基于LBO 模式，對切片間漫游的方案以及原理進行了分析和介紹。同時，為了方便對問題及切片間漫游的原理進行闡述，限定了切片間漫游場景為較為簡單和容易介紹的場景，其他場景，如用戶在連接態(tài)下的切片漫游，需要考慮終端如何在滿足業(yè)務連續(xù)性三模式的前提下完成切片間的漫游，涉及錨點SMF/UPF 和插入SMF/UPF 的切換及流程處理；跨不同PLMN的切片漫游，需要考慮PLMN間的S-NSSAI的選擇、使用和映射策略，以及切片選擇網(wǎng)元NRF/NSSF 的部署位置和業(yè)務處理邏輯等。對這些復雜的場景和應用，本文并沒有進行深入說明和介紹，可作為下一步研究重點和探討方向。