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NSSF 实践篇 #09

5GC实践篇之NSSF篇第4篇：请求NSSAI与签约一致时的切片选择

《5G核心网原理与实践》实践篇 · NSSF 网元功能

5GC实践篇之NSSF篇第4篇：请求NSSAI与签约一致时的切片选择

作者：爱卫生

一、测试背景与用例简介

网络切片选择是5G核心网中最具特色的功能之一。当UE发起注册请求时，如果在Registration Request消息中携带了Requested NSSAI（请求的Network Slice Selection Assistance Information），并且该Requested NSSAI与UE在UDM中的签约NSSAI（Subscribed NSSAI）存在交集，但当前服务的AMF不支持这些切片时，就需要NSSF介入进行切片选择，确定能够为UE提供服务的目标AMF。

本文讲解的场景是：UE开机发起GUTI注册，携带了Requested NSSAI，但由于NG链路故障等原因，RAN将UE的注册请求路由到了一个不支持UE请求切片的AMF（称为Initial AMF）。Initial AMF需要通过查询NSSF来确定目标AMF，并通过RAN重定向将UE引导到正确的AMF。

相关3GPP规范：

  • TS 29.531：NSSF服务接口（Nnssf_NSSelection）

  • TS 23.501：5G系统架构，定义了网络切片选择流程

  • TS 23.502：5G系统流程，定义了注册流程中的切片选择机制

  • TS 29.510：NRF服务接口（Nnrf_NFDiscovery）

  • TS 29.518：AMF服务接口（Namf_Communication）

关键SBI接口：

  • Nnssf_NSSelection_Get：网络切片选择查询

  • Nnrf_NFDiscovery：NF发现（查询目标AMF地址）

  • Namf_Communication_N1MessageNotify：AMF间NAS消息转发

二、流程图


flowchart TD

    A[UE发送Registration Request携带GUTI和Requested NSSAI] --> B[RAN因链路故障将消息路由到Initial AMF]

    B --> C[Initial AMF向UDM获取UE签约数据]

    C --> D[Initial AMF比对Requested NSSAI与签约NSSAI]

    D --> E{AMF能否支持切片交集}

    E -- 是 --> F[AMF直接处理注册流程]

    E -- 否 --> G[Initial AMF向NSSF查询切片选择]

    G --> H[NSSF返回目标AMF Set和Allowed NSSAI]

    H --> I[Initial AMF通过RAN发送Route NAS Request]

    I --> J[RAN将Initial UE Message转发到Target AMF]

    J --> K[Target AMF处理后续注册流程]

三、测试目的

验证当UE携带的Requested NSSAI与签约NSSAI存在交集，但Initial AMF不支持该交集切片时，通过NSSF获取目标AMF信息以及Allowed NSSAI的完整流程。具体验证点包括：

  1. UE发送Registration Request消息中携带GUTI和Requested NSSAI；

  2. RAN将注册请求路由到不支持请求切片的Initial AMF；

  3. Initial AMF向UDM获取UE签约数据，确定签约NSSAI；

  4. Initial AMF判断无法支持UE请求的切片，向NSSF查询切片选择；

  5. NSSF返回目标AMF Set信息和Allowed NSSAI；

  6. Initial AMF通过RAN重定向将UE引导到Target AMF；

  7. Target AMF完成后续注册流程，NAS消息中携带Allowed NSSAI和Configured NSSAI。

四、前置条件

序号 前置条件
1 UE已开户，在UDM中签约了切片数据
2 UE签约切片包含Requested NSSAI对应的切片
3 存在至少两套AMF，支持的切片信息不同
4 Initial AMF不支持UE请求的切片，Target AMF支持
5 NSSF已配置切片与AMF Set的映射关系
6 RAN支持在NG Setup流程与AMF交互切片及GUAMI关系
7 所有相关网元已建立接口跟踪和用户跟踪

测试环境配置：

  • UE签约切片：S-NSSAI 1（SST=1, SD=010203）、S-NSSAI 2（SST=2, SD=040506）

  • UE默认切片：S-NSSAI 1（SST=1, SD=010203）

  • Initial AMF（AMF2）：仅支持切片3，不支持切片1和2

  • Target AMF（AMF1）：支持切片1和2

  • NSSF配置：

  • TA1 -> AMF Set 1 -> 切片 1, 2

  • TA1 -> AMF Set 2 -> 切片 3

  • GUAMI对应关系：AMF1 -> AMF Set 1 -> TA1

五、测试步骤

步骤1：UE开机发起GUTI Registration

通过构造NG链路故障方式，确保RAN将UE发送到不支持UE请求切片信息的AMF（Initial AMF/AMF2）上。

UE发送的Registration Request消息：


NAS Message: Registration Request

  5GS Registration Type: Initial Registration

  Mobile Identity: GUTI

    5G-GUTI: 460-XX-XXXX-X-XXXXXXXXXXX

  Requested NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=2, SD=040506

RRC层消息：


RRC Setup Complete

  dedicatedNAS-Message:

    Registration Request (包含GUTI和Requested NSSAI)

说明：UE在RRC消息中也携带了Requested NSSAI，以便RAN能够根据切片信息进行初步路由。但由于链路故障等原因，RAN将消息路由到了AMF2。

步骤2：检查消息跟踪

在信令跟踪工具中检查以下消息流：

  1. UE -> RAN：RRC Connection Setup Complete（携带Registration Request）

  2. RAN -> Initial AMF（AMF2）：Initial UE Message（携带NGAP + NAS）

  3. Initial AMF -> UDM：Nudm_SDM_Get（获取签约数据）

  4. Initial AMF -> NSSF：Nnssf_NSSelection_Get

  5. NSSF -> Initial AMF：Nnssf_NSSelection_Get Response

  6. Initial AMF -> RAN：Route NAS Request（RAN重定向）

  7. RAN -> Target AMF（AMF1）：Initial UE Message

步骤3：AMF上查看UE相关信息

在Target AMF（AMF1）上查看UE的注册信息，确认：

  • UE已成功注册到Target AMF

  • Allowed NSSAI已正确设置

  • Configured NSSAI已正确设置

六、预期结果

结果1：Registration Request携带GUTI和Requested NSSAI

UE发起Registration Request消息中需要携带GUTI和Requested NSSAI，并且RRC消息中也需要携带GUTI信息。

NAS Registration Request消息关键字段：


Protocol Discriminator: 5GS Mobility Management

Security Header Type: 0 (No Security)

Message Type: Registration Request (0x41)

5GS Registration Type: Initial Registration (0x01)

Mobile Identity:

  Type: 5G-GUTI

  MCC: 460, MNC: XX

  AMF Region ID: XX

  AMF Set ID: XX

  AMF Pointer: X

  5G-TMSI: XXXXXXXX

Requested NSSAI:

  Length: XX

  S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

  S-NSSAI 2: SST=2, SD=040506

UE Network Capability: [UE支持的能力]

Frame 1：UE -> RAN -> Initial AMF，Registration Request，携带GUTI和Requested NSSAI

结果2：RAN将注册请求路由到Initial AMF

NG-RAN因链路故障，将Registration Request消息路由到不支持请求切片的AMF（Initial AMF/AMF2）上。

NGAP Initial UE Message：


NGAP PDU: Initiating Message

  Procedure Code: id-InitialUEMessage (15)

  Criticality: ignore

  Value:

    RAN UE NGAP ID: XXXX

    NAS-PDU:

      [Registration Request NAS Message]

    UserLocationInformation:

      TAI:

        PLMN Identity: 460XX

        TAC: 0001

      ECGI:

        PLMN Identity: 460XX

        ECI: XXXXXXXXXXXX

    RRC Establishment Cause: mo-Signalling

    UE Context Request: true

    Allowed NSSAI:

      S-NSSAI: SST=3, SD=XXXXXX

Frame 2：RAN -> Initial AMF（AMF2），NGAP Initial UE Message

结果3：Initial AMF向UDM获取签约数据

Initial AMF需要向UDM获取UE的切片信息。Initial AMF向UDM获取签约数据，这个步骤也可以获取完整的签约数据。

Nudm_SDM_Get请求：


GET /nudm-sdm/v2/imsi-460XX00000XXXX/sm-data?plmn-id=%7B%22mcc%22:%22460%22,%22mnc%22:%22XX%22%7D HTTP/1.1

Host: 10.XX.XX.XX

Accept: application/json

Nudm_SDM_Get响应（签约切片数据）：


{

  "nssai": {

    "subscribedSnssai": [

      {"snssai": {"sst": 1, "sd": "010203"}, "defaultIndication": true},

      {"snssai": {"sst": 2, "sd": "040506"}, "defaultIndication": true},

      {"snssai": {"sst": 3, "sd": "070809"}, "defaultIndication": false}

    ]

  }

}

Frame 3：Initial AMF -> UDM，Nudm_SDM_Get，获取UE签约切片数据

Frame 4：UDM -> Initial AMF，Nudm_SDM_Get Response，返回签约NSSAI

结果4：Initial AMF判断不能为UE提供切片服务

Initial AMF根据UE的签约数据以及UE的Requested NSSAI，以及本AMF支持的切片信息，判断AMF不能为UE提供切片服务。

判断逻辑：


Requested NSSAI: {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506}

Subscribed NSSAI: {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506, SST=3/SD=070809}

交集: {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506}

Initial AMF支持的切片: {SST=3/SD=070809}

交集与AMF支持切片的交集: 空

结论: Initial AMF无法服务该UE

结果5：Initial AMF向NSSF查询切片选择

Initial AMF向NSSF请求切片信息，并发送Nnssf_NSSelection_Get请求。

Nnssf_NSSelection_Get请求：


GET /nnssf-nsselection/v1/network-slice-information

  ?requested-nssai=%5B%7B%22sst%22:1,%22sd%22:%22010203%22%7D,%7B%22sst%22:2,%22sd%22:%22040506%22%7D%5D

  &subscribed-nssai=%5B%7B%22sst%22:1,%22sd%22:%22010203%22%7D,%7B%22sst%22:2,%22sd%22:%22040506%22%7D,%7B%22sst%22:3,%22sd%22:%22070809%22%7D%5D

  &target-plmn=%7B%22mcc%22:%22460%22,%22mnc%22:%22XX%22%7D

  &tai=%7B%22plmnId%22:%7B%22mcc%22:%22460%22,%22mnc%22:%22XX%22%7D,%22tac%22:%220001%22%7D

  &nf-type=AMF HTTP/1.1

Host: 10.XX.XX.XX:8443

Accept: application/json

请求参数说明：

参数 说明 值
requested-nssai UE请求的NSSAI [{sst:1,sd:010203},{sst:2,sd:040506}]
subscribed-nssai UE签约的NSSAI [{sst:1,sd:010203},{sst:2,sd:040506},{sst:3,sd:070809}]
target-plmn 目标PLMN {mcc:460,mnc:XX}
tai UE所在的TAI {plmnId:{mcc:460,mnc:XX},tac:0001}
nf-type 请求方NF类型 AMF

Frame 5：Initial AMF -> NSSF，Nnssf_NSSelection_Get，请求切片选择

结果6：NSSF返回目标AMF Set和Allowed NSSAI

NSSF根据配置的策略信息和请求参数，确定目标AMF Set和Allowed NSSAI。

Nnssf_NSSelection_Get响应：


{

  "targetAmfSet": "XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX",

  "targetAmfServiceSet": "AMF_SET_1",

  "allowedNssai": {

    "allowedSnssai": [

      {"snssai": {"sst": 1, "sd": "010203"}},

      {"snssai": {"sst": 2, "sd": "040506"}}

    ]

  },

  "configuredNssai": {

    "configuredSnssai": [

      {"snssai": {"sst": 1, "sd": "010203"}},

      {"snssai": {"sst": 2, "sd": "040506"}},

      {"snssai": {"sst": 3, "sd": "070809"}}

    ]

  },

  "rejectedNssaiInPlmn": [],

  "rejectedNssaiInTa": []

}

NSSF处理逻辑：


1. 比对Requested NSSAI与Subscribed NSSAI的交集:

   交集 = {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506}

2. 根据NSSF配置的TAI -> AMF Set映射:

   TAI=0001 -> AMF Set 1 支持切片 {1, 2}

   TAI=0001 -> AMF Set 2 支持切片 {3}

3. 确定目标AMF Set: AMF Set 1（支持交集切片 {1, 2}）

4. 生成Allowed NSSAI: {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506}

   = Requested NSSAI与Subscribed NSSAI的交集

5. 生成Configured NSSAI: {SST=1, SST=2, SST=3}

   = Subscribed NSSAI与NSSF配置的NSSAI的交集

Frame 6：NSSF -> Initial AMF，Nnssf_NSSelection_Get Response，返回目标AMF Set和Allowed NSSAI

结果7：Initial AMF通过RAN重定向到Target AMF

Initial AMF向NG-RAN发送Route NAS Request消息，消息中携带NGAP Message（包含完整Initial UE message）、AMF Set ID等信息。NG-RAN根据Route NAS Request消息中携带的目标AMF信息找到Target AMF，并发送Initial UE Message。

NGAP Route NAS Request消息：


NGAP PDU: Initiating Message

  Procedure Code: id-RouteNASRequest ( plotting)

  Criticality: reject

  Value:

    AMF Set ID: 1

    AMF Pointer: X

    RAN UE NGAP ID: XXXX

    NAS-PDU:

      [Registration Request NAS Message - 原始消息]

    Allowed NSSAI:

      S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

      S-NSSAI 2: SST=2, SD=040506

Frame 7：Initial AMF -> RAN，NGAP Route NAS Request，请求RAN重定向

RAN转发到Target AMF：


NGAP PDU: Initiating Message

  Procedure Code: id-InitialUEMessage (15)

  Value:

    RAN UE NGAP ID: YYYY

    NAS-PDU:

      [Registration Request NAS Message]

    UserLocationInformation:

      TAI: {PLMN: 460XX, TAC: 0001}

    Allowed NSSAI:

      S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

      S-NSSAI 2: SST=2, SD=040506

Frame 8：RAN -> Target AMF（AMF1），NGAP Initial UE Message，转发UE注册请求

结果8：后续Target AMF的切片处理同初始注册场景

Target AMF（AMF1）收到转发的Registration Request后，执行正常的初始注册流程。

Target AMF发送的Registration Accept消息：


NAS Message: Registration Accept

  5GS Registration Result: Registered

  Allowed NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=2, SD=040506

  Configured NSSAI:

    S-NSSAI 1: SST=1, SD=010203

    S-NSSAI 2: SST=2, SD=040506

    S-NSSAI 3: SST=3, SD=070809

  5G-GUTI:

    MCC: 460, MNC: XX

    AMF Region ID: XX

    AMF Set ID: XX

    AMF Pointer: X

    5G-TMSI: XXXXXXXX

七、信令深度解析

7.1 Nnssf_NSSelection_Get接口概述

根据3GPP TS 29.531规范，Nnssf_NSSelection_Get服务操作用于AMF向NSSF查询网络切片选择信息。该操作使用HTTP GET方法：


GET /nnssf-nsselection/v1/network-slice-information

关键输入参数：

参数 必选 说明
requested-nssai 否 UE请求的NSSAI
subscribed-nssai 否 UE签约的NSSAI（AMF从UDM获取）
target-plmn 是 目标PLMN标识
tai 是 UE所在的跟踪区标识
nf-type 否 请求方NF类型
slice-info-request-for-registration 否 注册场景标识

关键输出参数：

参数 说明
targetAmfSet 目标AMF Set标识
allowedNssai 允许的NSSAI
configuredNssai 配置的NSSAI（可选）
rejectedNssaiInPlmn PLMN内拒绝的NSSAI
rejectedNssaiInTa TA内拒绝的NSSAI
candidateAmfList 候选AMF列表（可选）

7.2 切片选择的决策流程

NSSF在进行切片选择时，执行以下决策流程：

步骤1：验证Requested NSSAI


Requested NSSAI: {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506}

Subscribed NSSAI: {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506, SST=3/SD=070809}

验证结果: Requested NSSAI全部在签约范围内

步骤2：确定Allowed NSSAI


Allowed NSSAI = Requested NSSAI ∩ Subscribed NSSAI

= {SST=1/SD=010203, SST=2/SD=040506}

步骤3：确定目标AMF Set


NSSF配置:

  TAI=0001, 切片=1 -> AMF Set 1

  TAI=0001, 切片=2 -> AMF Set 1

  TAI=0001, 切片=3 -> AMF Set 2

Allowed NSSAI需要的切片: {1, 2}

匹配的AMF Set: AMF Set 1（支持切片1和2）

步骤4：生成Configured NSSAI


Configured NSSAI = Subscribed NSSAI ∩ Configured NSSAI（NSSF配置）

= {SST=1, SST=2, SST=3}

7.3 AMF间重定向机制

在本场景中，Initial AMF通过RAN重定向方式将UE引导到Target AMF：

方案一：通过RAN重定向（本场景使用）

  1. Initial AMF -> RAN：NGAP Route NAS Request（携带目标AMF信息）

  2. RAN -> Target AMF：NGAP Initial UE Message（转发NAS消息）

  3. 优点：RAN能够正确建立与Target AMF的NG连接

  4. 缺点：需要RAN支持Route NAS Request流程

方案二：AMF间直接转发

  1. Initial AMF -> Target AMF：Namf_Communication_N1MessageNotify

  2. 优点：不依赖RAN的重定向能力

  3. 缺点：需要Initial AMF与Target AMF之间建立SBI连接

7.4 完整信令流程时序


时间轴     方向                  消息

---------------------------------------------------------------

T0       UE -> RAN              RRC Setup Complete + Registration Request

T1       RAN -> Initial AMF     NGAP Initial UE Message

T2       Initial AMF -> UDM     Nudm_SDM_Get (签约数据)

T3       UDM -> Initial AMF     Nudm_SDM_Get Response (签约NSSAI)

T4       Initial AMF            判断无法支持UE请求切片

T5       Initial AMF -> NSSF    Nnssf_NSSelection_Get

T6       NSSF -> Initial AMF    Nnssf_NSSelection_Get Response (目标AMF Set)

T7       Initial AMF -> RAN     NGAP Route NAS Request (RAN重定向)

T8       RAN -> Target AMF      NGAP Initial UE Message (转发)

T9       Target AMF             处理注册流程

T10      Target AMF -> UE       Registration Accept (Allowed NSSAI)

7.5 NRF查询目标AMF地址

Initial AMF在收到NSSF返回的Target AMF Set信息后，可能需要通过NRF查询具体的目标AMF地址：

Nnrf_NFDiscovery请求：


GET /nnrf-disc/v1/nf-instances

  ?target-nf-type=AMF

  &requester-nf-type=AMF

  &amf-set-id=XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX

  &target-plmn-list=%5B%7B%22mcc%22:%22460%22,%22mnc%22:%22XX%22%7D%5D

Host: 10.XX.XX.XX:8443

Accept: application/json

Nnrf_NFDiscovery响应：


{

  "nfInstances": [

    {

      "nfInstanceId": "XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX",

      "nfType": "AMF",

      "nfStatus": "REGISTERED",

      "sbi": {

        "addresses": [

          {"ipv4Address": "10.XX.XX.XX", "port": 8443}

        ]

      }

    }

  ]

}

八、常见问题与排查

8.1 NSSF返回空的目标AMF Set

现象：AMF向NSSF查询切片选择后，NSSF返回的targetAmfSet为空。

可能原因：

  • NSSF配置的TAI -> AMF Set映射缺少对应条目

  • S-NSSAI格式不匹配（如SD值大小写问题）

  • NSSF数据库中无匹配的切片配置

排查步骤：

  1. 检查NSSF的切片配置是否包含UE请求的S-NSSAI

  2. 确认TAI值在NSSF配置中有对应的AMF Set映射

  3. 检查S-NSSAI的SST和SD值格式

8.2 RAN重定向失败

现象：Initial AMF发送Route NAS Request后，RAN未能将消息转发到Target AMF。

可能原因：

  • RAN与Target AMF之间的NG连接未建立

  • Target AMF地址不可达

  • RAN不支持Route NAS Request流程

排查步骤：

  1. 检查RAN与Target AMF之间的NG连接状态

  2. 验证NRF返回的Target AMF地址是否正确

  3. 检查RAN是否支持NGAP Route NAS Request

九、测试结论

本测试用例验证了AMF收到请求NSSAI与签约NSSAI存在交集但当前AMF不支持时，通过NSSF进行切片选择的完整流程。测试结果表明：

  1. UE发送Registration Request消息中携带了GUTI和Requested NSSAI，RRC消息中也携带了GUTI信息；

  2. 由于NG链路故障，RAN将注册请求路由到不支持UE请求切片的Initial AMF；

  3. Initial AMF向UDM获取UE的签约数据，确定签约NSSAI；

  4. Initial AMF判断无法为UE提供切片服务后，向NSSF发送Nnssf_NSSelection_Get请求；

  5. NSSF返回目标AMF Set信息和Allowed NSSAI（Requested NSSAI与Subscribed NSSAI的交集）；

  6. Initial AMF通过NGAP Route NAS Request消息经RAN重定向到Target AMF；

  7. Target AMF完成注册流程，在Registration Accept中携带了Allowed NSSAI和Configured NSSAI。

该测试用例验证了3GPP TS 29.531和TS 23.502中定义的切片选择与AMF重定向机制的正确实现。

数据脱敏声明：本文中所有SUPI、IP地址、NF Instance ID等敏感信息均已做脱敏处理（如SUPI显示为"imsi-460XX00000XXXX"，IP显示为"10.XX.XX.XX"，Instance ID显示为"XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX"），不影响技术原理的理解与分析。

关于作者：爱卫生，从事通信教学18年，出版过《5G核心网原理与实践》等4本专业书籍。学5G核心网、IMS，来51学通信就对了！知识星球：200+小时视频、3000+精华文章、1年答疑群。公众号/知识星球：51学通信，微信：gprshome201101

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