5G异网漫游部署方案研究

业界作者：C114通信网 2021-11-14 21:30:59

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摘要：5G异网漫游能最大限度地推进网络的开放共享，加强资源复用，提升5G网络的整体发展效能。5G异网漫游包括核心网漫游和接入网共享2种技术路线，在漫游区域，漫游运营商向本网用户和其他运营商的漫游用户提供话音、数据和短消息等业务，保证同等通信质量。当前5G异网漫游还存在诸多技术与合作机制方面的挑战，需要加快推进技术攻关、设备开发和测试验证。

引言

5G异网漫游的实施对贯彻落实党中央关于加快我国5G新型基础设施建设，减少5G网络重复建设，集约高效的实现5G网络覆盖和业务发展的重大决策部署具有重要意义。

按照《工业和信息化部关于促进网络开放共享推动5G异网漫游的实施意见》(工信部信管[2020]117号)的相关要求，5G异网漫游的推进计划为：

2021年推动落实5G异网漫游方案的技术攻关，形成相关技术标准，制定相关测试标准，完成5G异网漫游实验室测试，组织开展现网试点工作。

2022年底前，基本建成覆盖城乡、技术先进、品质优良、集约高效、安全可靠的5G网络，全面推广5G异网漫游，各企业在县级以下行政区（包含县城）建设的5G网络，均应具备异网漫游功能，最大限度地利用已建成的5G网络为更广泛的用户群体提供服务。

总体技术路线

5G异网漫游包括核心网漫游和接入网共享2种技术实现方式。

1.1 5G核心网漫游

5G核心网漫游是指一家企业建设完整5G网络（包括无线网和核心网），其他企业用户通过漫游方式接入该网络，使用移动通信业务。在5G独立组网架构下实现5G异网漫游，在双方协商一致的情况下，可提供非独立组网架构或4G网络异网漫游。

1.2 5G接入网共享

5G接入网共享是指2家企业独立建设核心网，共享无线接入网和回传承载网。在5G独立组网架构下实现5G接入网共享，必要时也可采用非独立组网共享作为过渡。

本文主要对5G独立组网架构下核心网漫游的技术方案和组网方案进行研究和探讨。

漫游场景和漫游架构

2.1 漫游场景

根据归属网络方在漫游区域是否存在无线信号，主要存在以下2种不同的漫游场景。

a)漫游场景1：归属网络方在漫游区域内无任何无线信号，拜访网络有4/5G信号，漫游用户只使用拜访网络的5G网络。对于漫出场景，当用户进入漫游区域，终端优先使用拜访5G网络提供的漫游服务。拜访网络的4G网络不提供漫游服务，不支持语音回落到拜访网络4G。对于漫回场景，当用户离开漫游区域，并搜索到任何归属网络信号时，终端回到归属网络。漫游场景1与5G SA国际漫游类似。

b)漫游场景2：归属网络在漫游区域内有4G信号无5G信号，拜访网络有4G/5G信号，漫游用户优先使用拜访5G网络，在拜访网络5G覆盖不足的区域使用归属4G网络，拜访地5G网络和归属地4G网络有互操作。对于漫出场景，当用户进入漫游区域，终端优先使用拜访5G网络提供的漫游服务，当终端使用语音业务时，回落到归属网络4G网络。对于漫回场景，当用户离开漫游区域，并搜索到任何归属网络信号时，终端回到归属网络。漫游场景2更符合中国区域5G共建共享的实际需求，本文主要对场景2的组网架构和实现方案进行研究和探讨。

2.2 漫游架构

5G核心网漫游优选归属地路由（home-routed）方式，由归属网络负责提供话音、数据和短消息业务，图1为基于服务接口架构的归属路由方式的5G SA核心网漫游架构，图2为基于参考点的归属路由方式的5G SA核心网漫游架构。

图 1 5G SA核心网漫游架构-归属路由-基于服务接口的架构

图 2 5G SA核心网漫游架构-归属路由-基于参考点的架构

图1中各网元的关键功能要求如下。

a)AMF：为漫入用户提供拜访地接入能力；为漫游用户提供鉴权、签约信息获取功能；为漫入用户提供切片映射和切片管理功能；为漫游用户提供切换、4G/5G互操作、EPS回落等移动性管理功能；提供跨PLMN接入用户的识别，控制显示的网络名称，在漫游模式下支持同时显示归属运营商和漫游运营商标识，以提示用户处于异网漫游状态。在漫游区域内各归属网络分别采用新的共享PLMNID，并通过网络下发，设置拜访网络为EHPLMN。用户在归属网络接入时，AMF配置将5G的共享PLMNID作为EPLMN下发给UE，当UE移动到漫游区域的5G网络时，选择共享PLMNID接入。

b)vPCF：控制漫入用户的AM策略，通过本地控制或从hPCF获取UE策略、从hPCF获取SM策略。在5G异网漫游实施初期，vPCF和hPCF之间不互通，SM Policy由归属网络的hPCF下发给h-SMF执行，不进行UE Policy控制，AM Policy由漫游网络按需控制。

c)vSMF：提供拜访地信令面会话管理功能和移动性管理功能。根据3GPP TS 29.502，vSMF可控制漫入用户在拜访地的QoS参数，vSMF为漫游用户配置拜访地的QoS参数，参与会话端到端的QoS协商，当归属地为激活用户分配的带宽过高，vSMF可以根据漫游策略，拒绝PDN会话或者QoS Flow。在5G异网漫游实施初期，建议由运营商约定漫游用户的QoS，例如：语音业务约定信令承载5QI=9/QCI=9，语音流5QI=1/QCI=1，视频流5QI=2/QCI=2；数据业务由运营商约定Session-AMBR，V-SMF根据PLMN配置对应的数据QoS。

d)vCHF和hCHF：提供漫游结算功能，vCHF产生漫入用户话单，hCHF产生漫入用户话单。

e)vUPF和hUPF：其部署位置影响数据传输路径长短，从而影响业务体验。hUPF和vUPF采用对等建设方案N9传输路径最短。

f)vNRF和hNRF：提供跨PLMN的服务发现、订阅、通知、token分发等功能。

g)vSEPP和hSEPP：负责PLMN之间拓扑隐藏和信令集中转发。

基于参考点的5G核心网漫游互通接口见表1。

表1　基于参考点的5G核心网漫游互通接口

2.3 拜访地5G 网络与归属地4G网络互操作架构

如图3所示，在拜访 5G 信号覆盖不足区域和边缘区域回落到归属 4G 网络，此时拜访5G 网络与归属 4G 网络有互操作。数据业务漫游采用接入归属运营商网络的4/5G融合网关的方案；语音业务漫游采用S8HR的VoLTE漫游方案。

图 3 5G SA核心网漫游拜访地5G和归属地4G互操作架构

如图4所示，归属网络漫游节点建设方案如下。

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

b)5G漫出用户漫，使用5G SA业务，数据会话锚点建立在i-SMF上，业务流锚定在i-UPF上。

c)5G用户回到归属运营商4G网络，考虑N26互操作，包括EPS fallback语音异网回落到归属4G网络。

d)NRF用于SA异网漫游的i-SMF发现，与异网NRF互通。

e)CGF用于转发计费消息到i-SCP，i-SCP可以将计费信息转发给集团IT计费系统CHF，用于异网间计费结算。

图 4 5G SA核心网漫游归属运营商网元建设方案

关键能力和关键流程

3.1 跨PLMN的网元和服务发现流程

3.1.1 NRF的跨PLMN服务发现功能

NRF的跨PLMN服务发现功能如图5所示。

a)vNF基于用户SUPI获取用户归属PLMN信息，基于本地配置的NRF信息，发起服务发现请求。

b)L-NRF基于请求的用户PLMN信息，转发服务发现请求至vNRF。

c)vNRF基于PLMN信息，构造hNRF FQDN，基于本地配置的SEPP信息，将服务发现请求发送至vSEPP。

d)vSEPP基于请求的PLMN信息，匹配本地配置hSEPP信息和IPX信息，将请求发送至IPX网络，携带目的hSEPP的FQDN信息。

e)IPX解析hSEPP的FQDN，转发服务发现请求至对端hSEPP，hSEPP解析hNRF的FQDN信息，发送至hNRF。

f)hNRF返回hNF信息。

g)vNF基于发现结果经SEPP与hNF通信。

图 5 NRF的跨PLMN的服务发现功能

3.1.2 拜访网络网元发现流程

拜访网络网元发现流程如图6和表2所示。

图 6 拜访网络网元发现流程

表2　拜访网络网元发现流程

3.1.3 归属网络网元发现流程

拜访网络网元发现流程如图7所示。H-SMF通过本地配置发现i-CGi-CG通过本地配置发现i-CHF；H-SMF根据IMS DNN通过i-NRF发现i-PCF；H-SMF根据SUPI通过i-NRF发现用户归属地PCF；H-SMF根据SUPI通过i-NRF发现用户归属地UDM；H-SMF根据本地配置，发现本地的A-UPF；H-PCF根据IP地址段通过i-NRF发现i-BSF；i-DRA根据配置发现i-BSF。

图 7 归属网络网元发现流程

3.2 切片映射和切片漫游功能

3.2.1 NSSF的功能

5G核心网漫游实施初期，建议拜访网络和归属网络统一采用标准切片，先开展基于eMBB标准切片的数据和语音业务异网漫游，择机开展其他类型的切片漫游。

NSSF的功能如图8所示。

图 8 NSSF功能

a)AMF通过NRF跨PLMN寻址UDM。

b)AMF通过归属地UDM获取签约切片。

c)初期：只开通标准切片漫游，所有归属的切片全部映射为标准切片，提供基础互通能力，无需NSSF跨PLMN互通。

d)初期：用户使用单切片，AMF找vPCF获取接入策略即可，无需PCF跨PLMN互通。

e)NSSF为用户下发vPLMN切片和映射的hPLMN切片。

f)UE发起会话建立请求，AMF基于vPLMN切片选择vSMF/vUPF，基于hPLMN切片选择hSMF/hUPF。

3.2.2 切片漫游场景注册流程中切片映射和AMF重选

如图9所示，切片漫游场景中，注册流程中漫游用户切片映射和切片选择分2步查询。

图 9 注册流程中切片映射和AMF重选

步骤1：对于漫游用户，Initial AMF获取切片签约后，如果本地没有切片映射信息或无法提供映射后vPLMN切片服务，则查询NSSF完成切片映射和重选，否则无需查询NSSF；AMF本地切片映射信息指用户上下文保存的切片映射信息，包括Configured NSSAI、Allowed NSSAI或Requested NSSAI，因此需要NSSF提供切片映射功能。

步骤2 ：AMF重路由时将NSSF返回的切片信息、注册请求消息携带给新侧AMF，新侧AMF判断是重路由消息则直接使用老侧携带的切片，无需再查询NSSF，避免AMF乒乓。重路由老侧AMF携带的切片信息包括Allowed Nssai、Configured Nssai和Rejected Nssai。

NSSF切片映射涉及到的流程还包括初始注册、移动注册、周期注册；初始注册/移动注册包含4G到5G注册、5G到4G注册。

3.3 语音业务流程

根据上述归属运营商的漫游节点建设方案、网元和服务的发现流程等，语音业务的实现流程分为以下2个关键步骤。

步骤1：UE进入漫游区域的漫游运营商的5G SA网络，发起注册流程。

a)UE向AMF发送Registration Request，AMF为漫游用户通过NRF选择归属地hSMF，并选择本地vSMF，建立N16和N9连接。

b)漫游用户的数据业务路由回漫游局i-UPF。

c)i-UPF为漫游用户选择归属运营商的IMS节点i-SBC/P-CSCF。

d)UE 向P-CSCF发起SIP Register注册请求进行IMS注册。

步骤2：UE发起呼叫过程。

a)UE 向P-CSCF发起SIP INVITE呼叫请求，专有承载建立时，AMF转发收到的会话修改失败消息给SMF，原因是与正在回落到EPS语音。

b)拜访运营商NR发起到归属运营商的重定向或切换。

c)用户回落归属4G网络，现网MME根据FQDN查询DNS，通过i-DNS获取锚点SMF/PGW-C和UPF/PGW-U，通过现网SGW与漫游节点完成PDN连接建立。

d)UE完成后续语音业务接续流程，后续流程与本网相同。

挑战和建议

综上所述，为落实《工业和信息化部关于促进网络开放共享推动5G异网漫游的实施意见》的通知要求，网络设备和终端支持5G异网漫游应具备如下能力。

a)应支持独立组网架构的5G异网漫游，支持自动选网模式，支持5G网络优先的选网策略，在漫游模式下支持同时显示2家运营商标识。

b)在漫游区域，漫游运营商向本网用户和其他运营商的漫游用户提供话音、数据和短消息等业务，保证同等通信质量。5G话音以VoNR为目标解决方案，根据双方网络能力，支持回落/切换到4G网络进行通话

现阶段5G异网漫游的实施仍存在如下挑战。

a)无国际先例和可供参考的国际标准，设备和终端能力不成熟，包括对异网漫游组网至关重要的SEPP设备尚无可供测试的产品，NSSF设备不支持切片映射等。建议加快推进技术攻关、标准制定和测试验证工作，推进设备开发和产业链成熟。

b)国内电信行业失衡问题依然存在，在市场份额、网络覆盖不对等的条件下，可以预见国内基础运营企业就5G异网漫游的技术方案、异网漫游结算价格等达成共识的可能性非常小。建议监管部门主导确定技术路线和互联互通方案、制定统一的异网漫游结算价格。

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▍作者简介：

马泽芳，教授级高级工程师，硕士，主要从事核心网架构及新技术研究工作；

马瑞涛，高级工程师，硕士，主要从事网络总体架构研究及新技术跟踪工作；

李晨仪，工程师，硕士，主要从事网络总体架构研究及新技术跟踪工作。

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