5G異網漫游部署方案研究

馬澤芳，馬瑞濤，李晨儀（中國聯通研究院，北京 100048）

0 引言

5G 異網漫游的實施對貫徹落實黨中央關于加快我國5G新型基礎設施建設，減少5G網絡重復建設，集約高效地實現5G 網絡覆蓋和業務發展的重大決策部署具有重要意義。

按照《工業和信息化部關于促進網絡開放共享推動5G 異網漫游的實施意見》（工信部信管［2020］117號）的相關要求，5G異網漫游的推進計劃如下。

2021 年推動落實5G 異網漫游方案的技術攻關，形成相關技術標準，制定相關測試標準，完成5G 異網漫游實驗室測試，組織開展現網試點工作。

2022 年底前，基本建成覆蓋城鄉、技術先進、品質優良、集約高效、安全可靠的5G 網絡，全面推廣5G 異網漫游，各企業在縣級以下行政區（包含縣城）建設的5G 網絡，均應具備異網漫游功能，最大限度地利用已建成的5G網絡為更廣泛的用戶群體提供服務。

1 總體技術路線

5G 異網漫游包括核心網漫游和接入網共享2 種技術實現方式。

1.1 5G核心網漫游

5G 核心網漫游是指一家企業建設完整5G 網絡（包括無線網和核心網），其他企業用戶通過漫游方式接入該網絡，使用移動通信業務。在5G獨立組網架構下實現5G 異網漫游，在雙方協商一致的情況下，可提供非獨立組網架構或4G網絡異網漫游。

1.2 5G接入網共享

5G 接入網共享是指2 家企業獨立建設核心網，共享無線接入網和回傳承載網。在5G 獨立組網架構下實現5G接入網共享，必要時也可采用非獨立組網共享作為過渡。

本文主要對5G 獨立組網架構下核心網漫游的技術方案和組網方案進行研究和探討。

2 漫游場景和漫游架構

2.1 漫游場景

根據歸屬網絡方在漫游區域是否存在無線信號，主要存在以下2種不同的漫游場景。

a）漫游場景1：歸屬網絡方在漫游區域內無任何無線信號，拜訪網絡有4G/5G信號，漫游用戶只使用拜訪網絡的5G網絡。對于漫出場景，當用戶進入漫游區域，終端優先使用拜訪5G網絡提供的漫游服務。拜訪網絡的4G網絡不提供漫游服務，不支持語音回落到拜訪網絡4G。對于漫回場景，當用戶離開漫游區域，并搜索到任何歸屬網絡信號時，終端回到歸屬網絡。漫游場景1與5G SA國際漫游類似。

b）漫游場景2：歸屬網絡在漫游區域內有4G 信號無5G 信號，拜訪網絡有4G/5G 信號，漫游用戶優先使用拜訪5G 網絡，在拜訪網絡5G 覆蓋不足的區域使用歸屬4G 網絡，拜訪地5G 網絡和歸屬地4G 網絡有互操作。對于漫出場景，當用戶進入漫游區域，終端優先使用拜訪5G網絡提供的漫游服務，當終端使用語音業務時，回落到歸屬網絡4G 網絡。對于漫回場景，當用戶離開漫游區域，并搜索到任何歸屬網絡信號時，終端回到歸屬網絡。漫游場景2 更符合中國區域5G 共建共享的實際需求，本文主要對場景2 的組網架構和實現方案進行研究和探討。

2.2 漫游架構

5G 核心網漫游優選歸屬地路由（home-routed）方式，由歸屬網絡負責提供語音、數據和短消息業務，圖1 為基于服務接口架構的歸屬路由方式的5G SA 核心網漫游架構，圖2 為基于參考點的歸屬路由方式的5G SA核心網漫游架構。

圖1 5G SA核心網漫游架構-歸屬路由-基于服務接口的架構

圖2 5G SA核心網漫游架構-歸屬路由-基于參考點的架構

圖1中各網元的關鍵功能要求如下。

a）AMF：為漫入用戶提供拜訪地接入能力；為漫游用戶提供鑒權、簽約信息獲取功能；為漫入用戶提供切片映射和切片管理功能；為漫游用戶提供切換、4G/5G 互操作、EPS 回落等移動性管理功能；提供跨PLMN 接入用戶的識別，控制顯示的網絡名稱，在漫游模式下支持同時顯示歸屬運營商和漫游運營商標識，以提示用戶處于異網漫游狀態。在漫游區域內各歸屬網絡分別采用新的共享PLMNID，并通過網絡下發，設置拜訪網絡為EHPLMN。用戶在歸屬網絡接入時，AMF 配置將5G 的共享PLMNID 作為EPLMN 下發給UE，當UE 移動到漫游區域的5G 網絡時，選擇共享PLMNID接入。

b）vPCF：控制漫入用戶的AM 策略，通過本地控制或從hPCF 獲取UE 策略、從hPCF 獲取SM 策略。在5G 異網漫游實施初期，vPCF 和hPCF 之間不互通，SM Policy 由歸屬網絡的hPCF 下發給h-SMF 執行，不進行UE Policy控制，AM Policy由漫游網絡按需控制。

c）vSMF：提供拜訪地信令面會話管理功能和移動性管理功能。根據3GPP TS 29.502，vSMF 可控制漫入用戶在拜訪地的QoS參數，vSMF為漫游用戶配置拜訪地的QoS參數，參與會話端到端的QoS協商，當歸屬地為激活用戶分配的帶寬過高，vSMF可以根據漫游策略，拒絕PDN 會話或者QoS Flow。在5G 異網漫游實施初期，建議由運營商約定漫游用戶的QoS，例如：語音業務約定信令承載5QI=9/QCI=9，語音流5QI=1/QCI=1，視頻流5QI=2/QCI=2；數據業務由運營商約定Ses?sion-AMBR，V-SMF根據PLMN配置對應的數據QoS。

d）vCHF 和hCHF：提供漫游結算功能，vCHF 和hCHF產生漫入用戶話單。

e）vUPF 和hUPF：其部署位置影響數據傳輸路徑長短，從而影響業務體驗。hUPF 和vUPF 采用分省對等建設方案，N9傳輸路徑最短。

f）vNRF 和hNRF：提供跨PLMN 的服務發現、訂閱、通知、token分發等功能。

g）vSEPP 和hSEPP：負責PLMN 之間拓撲隱藏和信令集中轉發。

基于參考點的5G核心網漫游互通接口見表1。

表1 基于參考點的5G核心網漫游互通接口

2.3 拜訪地5G 網絡與歸屬地4G網絡互操作架構

如圖3所示，在拜訪5G 信號覆蓋不足區域和邊緣區域回落到歸屬4G 網絡，此時拜訪5G 網絡與歸屬4G 網絡有互操作。數據業務漫游采用接入歸屬運營商網絡的4G/5G 融合網關的方案；語音業務漫游采用S8HR的VoLTE漫游方案。

如圖4所示，歸屬網絡漫游節點建設方案如下。

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

b）5G漫出用戶使用5G SA業務，數據會話錨點建立在i-SMF上，業務流錨定在i-UPF上。

圖3 5G SA核心網漫游拜訪地5G和歸屬地4G互操作架構

圖4 5G SA核心網漫游歸屬運營商網元建設方案

c）5G 用戶回到歸屬運營商4G 網絡，考慮N26 互操作，包括EPS fallback語音異網回落到歸屬4G網絡。

d）NRF 用于SA 異網漫游的i-SMF 發現，與異網NRF互通。

e）CGF用于轉發計費消息到i-SCP，i-SCP可以將計費信息轉發給集團IT 計費系統CHF，用于異網間計費結算。

3 關鍵能力和關鍵流程

3.1 跨PLMN的網元和服務發現流程

3.1.1 NRF的跨PLMN服務發現功能

NRF的跨PLMN服務發現功能如圖5所示。

a）vNF 基于用戶SUPI 獲取用戶歸屬PLMN 信息，基于本地配置的NRF信息，發起服務發現請求。

b）L-NRF 基于請求的用戶PLMN 信息，轉發服務發現請求至vNRF。

圖5 NRF的跨PLMN的服務發現功能

c）vNRF 基于PLMN 信息，構造hNRF FQDN，基于本地配置的SEPP 信息，將服務發現請求發送至vSEPP。

d）vSEPP 基于請求的PLMN 信息，匹配本地配置hSEPP 信息和IPX 信息，將請求發送至IPX 網絡，攜帶目的hSEPP的FQDN信息。

e）IPX 解析hSEPP 的FQDN，轉發服務發現請求至對端hSEPP，hSEPP 解析hNRF 的FQDN 信息，發送至hNRF。

f）hNRF返回hNF信息。

g）vNF基于發現結果經SEPP與hNF通信。

3.1.2 拜訪網絡網元發現流程

拜訪網絡網元發現流程如圖6和表2所示。

圖6 拜訪網絡網元發現流程

3.1.3 歸屬網絡網元發現流程

拜訪網絡網元發現流程如圖7 所示。H-SMF 通過本地配置發現i-CGi-CG 和i-CHF；根據IMS DNN，H-SMF 通過i-NRF 發現i-PCF；根據SUPI，H-SMF 通過i-NRF 發現用戶歸屬地PCF；根據SUPI，H-SMF 通過i-NRF 發現用戶歸屬地UDM；根據本地配置，HSMF 發現本地的A-UPF；H-PCF 根據IP 地址段通過i-NRF發現i-BSF；i-DRA根據配置發現i-BSF。

表2 拜訪網絡網元發現流程

圖7 歸屬網絡網元發現流程

圖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 核心網漫游實施初期，建議拜訪網絡和歸屬網絡統一采用標準切片，先開展基于eMBB 標準切片的數據和語音業務異網漫游，擇機開展其他類型的切片漫游。

NSSF的功能如圖8所示。

a）AMF通過NRF跨PLMN尋址UDM。

b）AMF通過歸屬地UDM獲取簽約切片。

c）初期只開通標準切片漫游，所有歸屬的切片全部映射為標準切片，提供基礎互通能力，無需NSSF 跨PLMN互通。

d）初期用戶使用單切片，AMF 找vPCF 獲取接入策略即可，無需PCF跨PLMN互通。

e）NSSF為用戶下發vPLMN切片和映射的hPLMN切片。

f）UE 發起會話建立請求，AMF 基于vPLMN 切片選擇vSMF/vUPF，基于hPLMN切片選擇hSMF/hUPF。

3.2.2 切片漫游場景注冊流程中切片映射和AMF重選

如圖9所示，切片漫游場景中，注冊流程中漫游用戶切片映射和切片選擇分為2步。

步驟1：對于漫游用戶，Initial AMF 獲取切片簽約后，如果本地沒有切片映射信息或無法提供映射后vPLMN 切片服務，則查詢NSSF 完成切片映射和重選，否則無需查詢NSSF；AMF本地切片映射信息指用戶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。

圖9 注冊流程中切片映射和AMF重選

步驟2：AMF 重路由時將NSSF 返回的切片信息、注冊請求消息攜帶給新側AMF，新側AMF判斷是重路由消息則直接使用老側攜帶的切片，無需再查詢NSSF，避免AMF 乒乓。重路由老側AMF 攜帶的切片信 息 包 括Allowed Nssai、Configured Nssai 和Rejected Nssai。

NSSF切片映射涉及到的流程還包括初始注冊、移動注冊、周期注冊；初始注冊/移動注冊包含4G 到5G注冊、5G到4G注冊。

3.3 語音業務流程

根據上述歸屬運營商的漫游節點建設方案、網元和服務的發現流程等，語音業務的實現流程分為以下2個關鍵步驟。

步驟1：UE 進入漫游區域的漫游運營商的5G SA網絡，發起注冊流程。

a）UE 向AMF 發送Registration Request，AMF 為漫游用戶通過NRF 選擇歸屬地hSMF，并選擇本地vSMF，建立N16和N9連接。

b）漫游用戶的數據業務路由回漫游局i-UPF。

c）i-UPF 為漫游用戶選擇歸屬地運營商的IMS節點i-SBC/P-CSCF。

d）UE 向P-CSCF 發起SIP Register 注冊請求進行IMS注冊。

步驟2：UE發起呼叫過程。

a）UE 向P-CSCF發起SIP INVITE呼叫請求，專有承載建立時，AMF 轉發收到的會話修改失敗消息給SMF，原因是與正在回落到EPS語音。

b）拜訪地運營商NR發起到歸屬地運營商的重定向或切換。

c）用戶回落歸屬地4G 網絡，現網MME 根據FQDN 查詢DNS，通過i-DNS 獲取錨點SMF/PGW-C 和UPF/PGW-U，通過現網SGW 與漫游節點完成PDN 連接建立。

d）UE 完成后續語音業務接續流程，后續流程與本網相同。

4 挑戰和建議

綜上所述，為落實《工業和信息化部關于促進網絡開放共享推動5G 異網漫游的實施意見》的通知要求，網絡設備和終端支持5G 異網漫游應具備如下能力。

a）應支持獨立組網架構的5G 異網漫游，支持自動選網模式，支持5G 網絡優先的選網策略，在漫游模式下支持同時顯示2家運營商標識。

b）在漫游區域，漫游運營商向本網用戶和其他運營商的漫游用戶提供語音、數據和短消息等業務，保證同等通信質量。5G 語音以VoNR 為目標解決方案，根據雙方網絡能力，支持回落/切換到4G 網絡進行通話。

現階段5G異網漫游的實施仍存在如下挑戰。

a）無國際先例和可供參考的國際標準，設備和終端能力不成熟，包括對異網漫游組網至關重要的SEPP設備尚無可供測試的產品，NSSF設備不支持切片映射等。建議加快推進技術攻關、標準制定和測試驗證工作，推進設備開發和產業鏈成熟。

b）國內電信行業失衡問題依然存在，在市場份額、網絡覆蓋不對等的條件下，可以預見國內基礎運營企業就5G異網漫游的技術方案、異網漫游結算價格等達成共識的可能性非常小。建議監管部門主導確定技術路線和互聯互通方案、制定統一的異網漫游結算價格。