5G SA專線就近接入實現方案研究

平軍磊，賀曉博，劉凡棟，劉 揚（中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 概述

隨著國內5G網絡的商用及終端模組的不斷成熟，以智能汽車、個人穿戴為代表的業務迅速增長，未來5G 終端用戶將是這些行業客戶的核心用戶群體。為了保障服務質量、提升網絡安全并對終端進行線上管理，行業客戶普遍選擇專線的形式接入運營商的移動網絡。另一方面，隨著云計算技術的發展及國內大型數據中心的建設，越來越多的企業客戶選擇了云服務。從業務均衡和業務安全性角度考慮，服務提供者更傾向于將應用分散部署在不同的數據中心，而運營商的5G 核心網通常按大區或省部署，UPF部署位置與行業客戶的應用節點不完全一致。從成本角度考慮，企業不可能與運營商所有的UPF 建立專線鏈路，只能與最近的省分UPF 開設專線，該場景下如何實現用戶就近選擇UPF 接入企業云端應用，成為運營商亟待解決的問題。

1.1 業務需求分析

以B汽車公司為例，其企業應用部署在甘肅、上海數據中心，擬通過L運營商開設移動專線業務，為全國汽車用戶提供5G 車聯網服務。如圖1 所示，L 運營商5G 核心網控制面分8個大區部署，UPF 分省設置。客戶在甘肅及上海的應用分別與L 運營商甘肅UPF、上海UPF 開設專線，要求全國范圍內車輛按照所在地理位置分東西兩大區域就近接入固定省份的UPF，進而通過預先配置的專線訪問云端應用。例如車輛在內蒙需通過甘肅UPF 與客戶開設的專線訪問云端應用，車輛漫游至海南省時自動通過上海UPF 與客戶開設的專線訪問云端應用。

圖1 車聯網專線業務就近接入示意圖

該需求場景中用戶本身及用戶所在位置都是隨機的，專線就近接入無法基于用戶簽約（如不同用戶簽約不同DNN）實現。

1.2 5G普通專線業務實現方案

移動網絡專線業務通常基于客戶專用APN/DNN實現業務路由，以5G專線為例，實現方案如圖2所示。

圖2 5G普通專線業務示意圖

a）簽約配置：給專線用戶簽約專用DNN，并根據客戶應用位置就近選擇核心網出口UPF，在SMF 和UPF網元上配置相應的DNN參數及隧道參數（按需）。

b）注冊：終端開機接入5G 網絡，發起注冊請求，AMF 根據終端簽約及請求參數完成鑒權認證流程，給終端返回注冊成功消息。

c）PDU Session 建立：終端發起會話建立請求，AMF根據請求消息中的S-NSSAI、DNN、TAC參數查詢NRF，獲取可提供相應服務的SMF網元信息（SMF已自動向NRF 完成服務信息注冊），AMF 攜帶上述參數請求SMF 建立會話，SMF 根據請求信息及預先配置數據指示UPF完成會話建立。

d）終端通過建立好的PDU Session，經NR、UPF 及專線與客戶應用之間傳輸業務數據。

2 5G SA 專線就近接入實現方案

相較于EPC，5GC 最核心的變化就是采用了SBA架構，網元之間的交互都是基于服務注冊、服務發現、服務訂閱的模式，服務化架構極大降低了組網復雜度，用于服務注冊和服務查詢的NRF 網元就顯得至關重要，但SA 初期NRF 能力不夠靈活，不能滿足專線就近接入的業務需求。

5G 專線業務最核心的3 個服務參數就是TAC、SNSSAI、DNN，其中TAC 標識用戶漫游接入位置信息，S-NSSAI 代表用戶端到端SLA 能力需求，DNN 用于選擇用戶業務出口網關。

本文對5G網絡架構、信令流程及標準規范進行了分析，提出了以下3個專線就近接入實現方案。

a）服務模擬注冊方案：建設1 個虛擬VNF 節點，模擬SMF向不同的NRF進行不同的服務能力注冊。

b）合理規劃ServingScope參數，實現就近接入。

c）部署智能解析NRF，根據用戶接入TAC 選擇SMF/UPF，實現就近接入。

2.1 服務模擬注冊方案

以L 運營商為代表，大型網絡通常采用二級NRF的組網方式，以降低互聯鏈路復雜度。二級NRF 負責本大區NF 注冊管理、服務發現，一級NRF 負責跨大區信令路由。為實現專線就近接入運營商需在全國集中部署虛擬NF，僅負責模擬SMF向各大區的二級NRF進行服務注冊。具體方案如圖3所示。

a）部署SMF模擬網元，與八大區二級NRF互聯。

圖3 服務模擬注冊方案示意圖

b）為客戶規劃專用DNN 參數BQCZX，并為客戶終端簽約BQCZX、切片S1。

c）甘肅UPF1-2、上海UPF1-2 分別與客戶甘肅云端平臺、上海云端平臺配置專線數據，SMF 及UPF 配置專用DNN 參數BQCZX，全國AMF、SMF、UPF網元配置切片參數S1。

d）各NF正常向本大區二級NRF進行服務注冊。

e）服務模擬注冊（模擬SMF 網元）：新建虛擬NF模擬GS-SMF1 向北京、四川、河南三大區二級NRF 進行服務注冊，注冊參數BQCZX、S1，并模擬SH-SMF1向山東、江蘇、廣東三大區二級NRF 進行服務注冊，注冊參數BQCZX、S1。

f）UE 在陜西大區下轄省接入5G 網絡，AMF 攜帶參數BQCZX、S1、TAC_甘肅發起服務查詢請求，陜西二級NRF 返回GS-SMF1，進而為終端建立PDU Sers?sion，UE 通過GSUPF1-2 與B 公司甘肅數據中心應用通信。

g）UE在北京、四川、河南大區任意下轄省接入5G網絡，相應大區AMF 攜帶參數BQCZX、S1、TAC_XX 省發起服務查詢請求，大區二級NRF 返回失敗消息，AMF 攜帶BQCZX、S1再次進行A-SMF 服務發現查詢，大區二級NRF 返回GS-SMF1 信息，AMF 再次攜帶S1、TAC_XX 省進行I-SMF 服務發現查詢，進而為終端建立PDU Session，UE 通過GSUPF1-2 與B 公司甘肅數據中心應用通信。

h）UE 在上海大區接入5G 網絡，AMF 攜帶參數BQCZX、S1、TAC_上海發起服務查詢請求，上海二級NRF 返回SH-SMF1，進而為終端建立PDU Session，UE通過SHUPF1-2與B公司上海數據中心應用通信。

i）UE 在山東、江蘇、廣東大區任意下轄省接入5G網絡，相應大區AMF 攜帶參數BQCZX、S1、TAC_YY 省發起服務查詢請求，大區二級NRF 返回失敗消息，AMF 攜帶BQCZX、S1再次進行A-SMF 服務發現查詢，大區二級NRF 返回SH-SMF1信息，AMF 再次攜帶S1、TAC_YY 省進行I-SMF 服務發現查詢，進而為終端建立PDU Session，UE 通過SHUPF1-2 與B 公司上海數據中心應用通信。

本方案中SMF 模擬網元可根據不同客戶的業務需求，向不同大區的二級NRF 進行不同的模擬服務注冊。

2.2 基于ServingScope的就近接入實現方案

3GPP R16 標準中定義了ServingScope 參數，標識NF的服務范圍，該參數可以代表服務的地理位置范圍如TAC，也可以表征其他維度的服務范圍。

針對專線就近接入業務場景，運營商可按照省的顆粒度提前規劃相應專線SMF 的服務范圍，即Serv?ingScope 參數。同時，AMF 提前按照DNN 維度綁定ServingScope參數，具體實現方案如圖4所示。

圖4 ServingScope方案示意圖

a）SMF 攜帶ServingScope 參數（指明該SMF 的服務范圍）進行注冊。如圖4所示，GS-SMF1注冊時攜帶的ServingScope 是A、M，SH-SMF1 注冊時攜帶的Serv?ingScope是N、B。

b）AMF 攜帶ServingScope 參數發現SMF，NRF 將該參數也作為匹配條件之一，選擇注冊了該Serving?Scope值的SMF。

c）西部區域服務發現流程（圖4 中虛線）：AMF 攜帶自身的ServingScope 值（A、M）查詢NRF 發現SMF，其中AMF 在陜西大區下轄省發現流程為大區AMF→陜西大區二級NRF→GS-SMF1；AMF 在其他省份發現流程為北京、四川、河南大區下轄省AMF→大區二級NRF→全國一級NRF→GS-SMF1。

d）西部區域業務流程（圖4 中實線）：陜西大區業務流程為大區AMF→GS-SMF1→GSUPF1-2；北京、四川、河南大區業務流程為本大區AMF→本大區SMF（I-SMF）→本大區UPF（I-UPF）→陜西大區GS-SMF1（A-SMF）→陜西大區GSUPF1-2（A-UPF）。

e）UE 在上海大區接入5G 網絡，業務流程參考流程c）。

f）UE 在山東、江蘇、廣東大區任意下轄省接入5G網絡，業務流程參考流程d）。

2.3 智能解析NRF方案

標準NRF 收到服務查詢請求時，根據請求消息中的所有參數進行完全匹配式數據查詢，自動返回所有匹配結果，無法智能優選。針對專線就近接入業務，運營商可以集中部署智能解析NRF，針對不同的DNN，智能解析NRF 按照AMF 源地址參數智能匹配SMF，具體如圖5所示。

a）集中部署智能解析NRF，各NF 不向其進行服務注冊，當開通專線業務時同步手工配置專線SMF 的服務信息，并按照DNN 維度與服務請求NF 的源地址進行關聯，本案例中GS-SMF1 關聯西部區域的所有AMF 源地址段，SH-SMF1 關聯東部區域所有AMF 源地址段。

b）運營商為專線就近接入業務規劃通用DNN 后綴，如BQCZX.JJJR、DQCZX.JJJR。

c）甘肅UPF1-2、上海UPF1-2 分別為客戶甘肅云端平臺、上海云端平臺配置專線數據，SMF 及UPF 配置專用DNN參數BQCZX.JJJR，全國AMF、SMF、UPF網元配置切片參數S1。

圖5 智能解析NRF方案示意圖

d）UE 在陜西大區下轄省接入5G 網絡，AMF 攜帶參數BQCZX.JJJR、S1、TAC_甘肅發起服務查詢請求，陜西二級NRF 返回GS-SMF1，進而為終端建立PDU Session，UE 通過GSUPF1-2 與B 公司甘肅數據中心應用通信。

e）UE在北京、四川、河南大區任意下轄省接入5G網絡，相應大區AMF 攜帶參數BQCZX.JJJR、S1、TAC_XX 省發起服務查詢請求，大區二級NRF 返回失敗消息，AMF 攜帶BQCZX.JJJR、S1 向大區NRF 進行A-SMF 服務發現查詢（非標功能），大區NRF 向一級NRF 轉發查詢請求，一級NRF 將帶有“.JJJR”DNN 后綴的請求統一轉發給智能解析NRF，智能解析NRF 根據AMF 源地址返回GS-SMF1信息，AMF 再次攜帶S1、TAC_XX 省向大區二級NRF 發起I-SMF 服務發現查詢，進而為終端建立PDU Session，UE 通過GSUPF1-2與B公司甘肅數據中心應用通信。

f）UE在上海大區接入5G網絡，業務流程參考d）。

g）UE在山東、江蘇、廣東大區任意下轄省接入5G網絡，業務流程參考e）。

2.4 方案對比

上述3 個方案均可實現5G 專線就近接入，下面分別從方案標準性、成熟度、改造工作量、投資等角度進行對比分析，具體如表1所示。

綜合實施難度及改造工作量，本文建議優先采用服務模擬注冊方案。

表1 5G專線就近接入實現方案對比

3 5G用戶4G接入場景下就近接入實現方案

SA 初期5G 網絡覆蓋不完善，需考慮5G 用戶4G接入場景下的專線就近進入實現方案，EPC 網絡SGW、PGW 的選擇基于DNS 解析實現，針對PGW 的選擇可以參照智能NRF 的方案，集中部署智能解析DNS，針對特定DNN 后綴的N-S-A 查詢，統一轉發給智能解析DNS，智能解析DNS 根據源地址智能匹配PGW記錄，具體方案如圖6所示。

a）集中部署智能解析DNS，根據源地址解析分流。

b）運營商為專線就近接入業務規劃通用DNN 后綴，如BQCZX.JJJR、DQCZX.JJJR。

圖6 5G專線用戶4G接入場景下就近接入實現方案示意圖

c）智能解析DNS利用源地址智能解析功能，將不同區域業務解析到最近的PGW。

d）UE漫游至西部區域各省接入4G網絡，MME攜帶BQCZX.JJJR 查詢本省DNS 獲取PGW 信息，本省DNS無解析記錄轉發至根DNS，根DNS將.JJJR 后綴的查詢統一轉發給智能解析DNS，智能解析DNS 根據MME 源地址返回GSPGW1 解析記錄，MME 基于TAC查詢DNS選擇本地SGW 建立會話，用戶數據流程為本地SGW→GSPGW1→甘肅數據中心B公司應用。

e）UE 在東部區域各省接入5G 網絡，業務流程參考d）。

4 結束語

本文通過深入研究分析5G網絡架構及業務流程，給出了5G 專線就近接入業務的3 種實現方案，并進行了對比分析，為運營商的網絡建設和新功能引入提供了有效參考。同時，本文對5G 用戶4G 接入場景下的業務實現方案也進行了闡述，為SA初期的業務一致性體驗提供了技術保障。另一方面，5G時代定制化政企需求日益凸顯，本文提出的服務模擬注冊、Serving?Scope 及智能NRF 解析方法對5GC 其他場景下的服務注冊和發現機制具有重要借鑒意義，有助于打造更靈活的網絡能力。