4G/5G互操作方法及實現

朱衛鋒 鄭圣 姚勇

中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

5G SA網絡建設初期，5G網絡沒有4G網絡覆蓋好，當用戶移動到沒有5G網絡覆蓋的地方時，需要能夠繼續使用移動網絡，網絡和終端都必須支持用戶在5G網絡與4G網絡之間切換時的業務連續性，從而真正保障用戶感知，達到隨時隨地都能接入。

而語音業務的感知最直接，初期的用戶語音業務方案采用的是EPS FB，仍由4G網絡來提供服務，由廣泛覆蓋的4G網絡來確保通話的穩定性與可靠性。當前4G/5G網絡間的互操作是非常重要的。

目前聯通5GC的AMF和EPC的MME間采用了N26接口，4G MME和5G AMF間利用N26接口來傳遞用戶上下文，從而為互操作業務提供無縫會話連續性。因此EPC核心網需要具備：

（1）MME升級支持N26接口，5G用戶通過N26接口實現連接態4G/5G網絡間切換和空閑態的重選；

（2）MME升級 支 持 基 于 終 端 能 力 和UDM簽 約Interworking-5GS-Indicator參數靈活組合選擇融合SMF+PGW-C網關，目前聯通基于UDM簽約參數選擇融合SMF+PGW-C網關。

現網SGW通過S5接口對接SMF+PGW-C和UPF+PGW-U，實現5G用戶在4G區域接入。SMF需要獲取IWK字段判斷出是5G簽約用戶，分配5G QOS，支持4G/5G互操作。

4G/5G互操作架構如圖1所示。

圖1 4G/5G互操作架構

1 互操作信息映射

1.1 身份映射

當UE在5G和4G之間移動時，需要按照圖2的映射關系將5G-GUTI映射成EPS-GUTI，或者將EPS-GUTI映射成5G-GUTI，在相應的消息中帶給AMF或MME，AMF或MME通過DNS查詢獲得相應網元的地址信息，再通過N26接口獲取用戶上下文。5G-GUTI和EPS-GUTI對應關系如圖2所示。

圖2 5G-GUTI和4G-GUTI的映射規則

1.2 QoS映射

5G QoS參數繼承了4G QoS的基本架構，在其基礎上修改了部分參數的名稱及含義，并增加了RQA。詳細映射關系如表1所示。

表1 4G/5G Qos對應關系

在4G/5G互操作時，由于5G的QoS Flow可以有63個，而EPS Bearer最大只有11個，理論上來說，可能存在QoS Flow無法1:1映射到EPS bearer的情況，即N:1的情況。為了支持用戶在4G/5G互操作時的體驗不下降，在N:1場景下，

設置Qos映射關系時，可通過以下兩個操作進行避免：

（1）QoS Flow和EPS bearer的映射規則和決策點在SMF執行，SMF可以有選擇地將部分有業務連續性保障的業務的QoS Flow映射到EPS bearer并切換到4G；

（2）由AMF分配QoS Flow對應的EBI，沒有分配EBI的QoS Flow，SMF將不進行QoS Flow和EPS bearer映射和切換。

2 4G/5G互操作的實現

2.1 融合SMF/PGW-C的發現及選擇

首先為了保證業務的連續性，現網SMF融合了PGW-C的能力，以保證4G/5G的會話選到同樣的融合網關SMF+PGW-C，這樣才能保證4G/5G間互操作時網關不變更，業務不中斷，這是4G/5G互操作的一個前提。目前聯通公司的規范是按照用戶的簽約，即用戶在UDM中開戶，允許接入5G，APN簽約了Interworking-5GS-Indicator，這樣當用戶附著到4G時，MME通過DNS查詢來選擇到融合SMF/PGW-C網關。

（1）MME配置：根據用戶的簽約數據，用戶支持IWK就選擇融合的PGW-C/SMF；

（2）DNS配置：對于SERVICE是+nc-smf選融合SMF/PGW-C網關，同時為了不影響4G用戶，降低+nc-smf 的order的優先級。

2.2 MME和AMF的發現及選擇

4G/5G互操作的主要場景有4G/5G間的切換和重選。重選時MME/AMF需要先找到用戶之前注冊的AMF/MME的網元，然后通過N26接口取得用戶的上下文數據。而切換是MME/AMF先找到用戶準備切換到的AMF/MME，然后通過N26接口發送到對端的切換請求消息中攜帶用戶的上下文數據。

（1）5G用戶在5G SA網絡接入，Handover切換到4G網絡

AMF根據gNodeB上報的切換請求消息里的目的4G TAI，到DNS查詢4G TAI對應的MME。

查詢形式是：

tac-lbxx.tac-hbxx.tac.epc.mnc001.mcc460.3gppnetwork.org

該4G TAC的數據4G也在使用，在DNS中是已經存在的。

（2）5G用戶從5G SA網絡接入，移動到4G網絡的TAU流程

終端TAU到MME時，會自動將5G的GUTI映射成4G的GUTI，MME根據GUAMI映射的GUMMEI，到DNS上查詢并獲得AMF。

查詢形式是：

mmecxx.mmegixxxx.mme.epc.mnc001.mcc460.3gppnetwork.org

該AMF數據在DNS中是需要新增的。

（3）5G用戶從4G網絡接入，移動到5G SA網絡注冊

終端注冊到AMF時，會自動將4G的GUTI映射成5G的GUTI，AMF根據映射的GUTI中的GUMMEI到DNS上查詢并獲得MME。

查詢形式是：

mmecxx.mmegixxxx.mme.epc.mnc001.mcc460.3gppnetwork.org

該數據4G也在使用，在DNS中是已經存在的。

（4）5G用戶從4G網絡接入，Handover切換到5G SA網絡

MME根據eNodeB在切換請求消息里的目的5G NR的TAI，到DNS查詢5G NR的TAI對應的AMF。

查詢形式是：

tac-lbxx.tac-mbxx.tac-hbxx.5gstac.5gc.mnc001.mcc460.3gppnetwork.org

該5G TAI的數據在DNS中是需要新增的。

2.3 語音EPS FB

5G仍沿用4G的語音架構，基于IMS為用戶提供語音業務。在5G早期主推的是EPS FB的解決方案，最終的演進目標是VoNR解決方案。目前聯通EPS FB主推切換模式，即當5G用戶語音呼叫建立專載時，NR向AMF發送拒絕PDU會話資源修改的消息，原因是EPS FB，AMF也會把這個原因告知SMF。同時NR發起向4G的切換，切換到4G并做完TAU后再建立專載。

這首先就有一個5G切換4G的過程。由于人網和物網的語音都使用IMS這個APN/DNN，聯通數據規范要求對于SERVICE是+nc-smf的只送人網的融合SMF+PGW-C網關，而物聯網用戶5GC的語音呼叫EPS FB時，AMF發給MME的Forward Relocation Request消息中攜帶的是物網的SMF+PGW-C網關，不同廠家的MME對于這種切換的處理方式有差異，如E廠家目前版本的MME對于也支持nc-nr的終端（5G SA終端一般都支持），還會去DNS查詢SERVICE是+nc-nr的記錄，如果DNS做了+nc-nr的記錄并且返回的網關不包含Forward Relocation Request消息中攜帶的物網的SMF+PGW-C網關，MME會觸發IMS的PGW重選，導致語音呼叫失敗，因此目前暫時的規避方法是DNS中不做IMS的+nc-nr的記錄，而廠家需下個版本才會解決這個問題。

2.4 4G/5G互操作案例

4G/5G互操作，涉及到4G和5G的網元，這些網元不僅需要軟件版本支持4G/5G互操作，還需要配置4G/5G互操作的數據，使不同廠家的4G和5G的設備相互配合完成4G/5G互操作，從而保證5G網絡與4G網絡之間業務的連續性，真正保障5G用戶的感知。

（1）SMF的FQDN和DNS配置的SMF的FQDN不一致導致EPS FB失敗

本省5G SA測試過程中，在H廠家的MME區域EPS FB正常，但是在E廠家MME區域EPS FB失敗。消息跟蹤EPS FB時，AMF通過N26接口發給MME的FORWARD RELOCATION REQUEST消 息 中 所 帶 的PGW即SMF的 FQDN是topon.pgw-s5.saegw800.nj.js.node.epc.mnc001.mcc460.3gppnetwork.org，這個FQDN是SMF網元中配置的。如圖3所示。

圖3 MME跟蹤消息

E廠家的MME和H廠家的MME的處理機制稍有不同，E廠家的MME在EPS FB時也去DNS查詢PGW，并檢查DNS查詢 的PGW和AMF送來的FORWARD RELOCATION REQUEST消息中所帶的PGW是否有交集。

由于DNS中配置的該SMF的FQDN的格式是：topon.pgw-s5.smf800.nj.js.node.epc.mnc001.mcc460.3gppnetwork.org，與AMF發過來的不一致，導致默載成功后，專載建立時MME回復失敗。

解決辦法：在SMF中修改SMF的FQDN的格式，與DNS的數據保持一致，該問題得到解決。

（2）AMF的GUAMI和DNS配置的不一致導致5G到4G的重定向失敗

5G SA測試時發現5G到4G的重定向失敗，跟蹤消息發現在TAU流程中，MME回復TAU REJ，CAUSE是隱含關機。

如圖4所示。

圖4 重定向-基站跟蹤消息

檢 查TAU REQUEST消 息，用 戶 的OLD-GUTI中 的GUAMI和DNS中配置的AMF的信息不一致，導致DNS沒有查詢到OLD-GUTI中的GUAMI對應的AMF，因此取不到用戶上下文，因此TAU失敗，需要用戶重新附著。

檢查原因，原來當天AMF修改了自己的GUAMI信息，但是DNS上配置的該AMF的信息沒有同步修改。在DNS上修改該AMF的配置信息后，5G到4G的重定向流程測試成功。

3 結束語

在5G SA網絡建設初期，數據業務、語音業務都需要4G/5G的互操作，這就涉及到5GC和EPC的網元，也會涉及到不同廠家的各個網元之間的配合，因此需要經過各種場景、各種業務的詳細測試，使4G/5G的互操作順利流暢，提升5G用戶的業務感知。