LBO模式下5G切片漫游解決方案和關鍵技術

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 網絡切片，以滿足各種垂直行業的需求。網絡切片是5G網絡的關鍵技術之一，可在一張網絡上提供定制化、相互隔離、質量可保證的端到端“專用網絡”。根據帶寬、時延、可靠性和安全性等不同維度，網絡切片把運營商的物理網絡劃分為不同的虛擬網絡資源，開放網絡能力，靈活應對不同的應用場景。網絡切片包括無線、承載和核心網三大子切片，本文所述的切片主要指核心網子切片。

隨著垂直行業應用的蓬勃發展，針對不同行業應用的5G網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”狀態下，從一個切片漫入另外一個切片，暫不考慮終端“連接態”下的漫入。

1 切片漫游關鍵術語

為了便于理解，首先介紹切片漫游相關的關鍵術語。

1.1 單網絡切片選擇輔助信息

為了識別端到端的網絡切片，5G 切片使用單網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 的切片差異區分器（Slice Differentiator，SD）組成，后者用于區分SST 相同時的多個不同網絡切片。格式如圖1所示。

圖1 S-NSSAI結構圖

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

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

a）選擇服務于UE的網絡切片實例的集合。

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之間的映射關系。然后UE根據接受的NSSAI發起后繼的業務流程，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（5G Core，5GC）的網元分為控制面的網元與用戶面網元兩大類，控制面網元與用戶面網元功能介紹參考文獻［1］。網絡切片根據控制面網元與用戶面網元共享方式的不同，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 等數據相關網元。大區中切片部署，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 切片漫游關鍵技術

切片內的終端，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，需要考慮的關鍵技術有以下幾方面。

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

b）漫入終端用戶面數據出局方式（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，是全網統一還是各個大區省份各自獨立。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，全國范圍內各大區省份的切片均指定S-NSSAI 為協議定義的標準值01，終端在本網全國范圍內的切片間漫游時，S-NSSAI 均為01；有的運營商選擇使用各大區省份獨立的S-NSSAI，例如某運營商針對2B的物網，全國范圍內各大區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，或者使用了某個數據網絡名（DNN），或者使用了某種無線接入技術等條件時，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。根據協議的說明，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 的映射關系。是否啟用NSSF 來進行S-NSSAI 決策和映射關系發放，也是運營商策略內容，需要運營商根據具體組網以及業務特性確定。

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方案，本文設定的LBO 模式切片漫游場景如下：終端在空閑態下漫游、出局采用LBO 模式、漫游策略選擇為各大區省份使用各自獨立的S-NSSAI、PCF 已經簽約NSSP 策略為使用本地S-NSSAI、NSSF 進行接受的NSSAI 決策和映射關系發放。

具體示例：某運營商分別為其A區和B區建立了1個eMBB切片，切片實例相關的概要信息如表3所示。

表3 切片實例概要信息

A 區切片中的用戶在UDM 中S-NSSAI 簽約01 和01000A01，B 區切片中的用戶在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區的終端用戶，在空閑態下漫入A 區，漫游方案的技術原理說明如下。

a）UE 由于是從B 區漫入過來的，所以攜帶S-NSSAI為B區發放的01和01000B01發起注冊請求。

b）A 區的初始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，對用戶進行鑒權授權，并獲取其簽約信息、NSSP信息。

c）鑒權成功后，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。如果初始AMF 不在備選的AMF 集內，則無線側會發起AMF 重定向過程，過程詳見文獻［1］，此處不再贅述。

e）UE 在后繼的業務建立和發起過程中，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，可以簡化網絡處理邏輯。后繼的業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。

4 結束語

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，如用戶在連接態下的切片漫游，需要考慮終端如何在滿足業務連續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，以及切片選擇網元NRF/NSSF 的部署位置和業務處理邏輯等。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。