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网络切片 实践篇 #02

5GC实践篇之切片篇第11篇:RAN间直接重定向

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5GC实践篇之切片篇第11篇:RAN间直接重定向

作者:爱卫生


1 测试背景与用例简介

在前面的第5篇至第8篇中,我们详细讨论了AMF/NSSF在不同条件下确定目标AMF与Allowed NSSAI的切片重选机制。那些场景关注的是"AMF层面的决策与重选"——AMF通过查询UDM签约数据和自身支持的切片信息,决定是否需要将UE重定向到其他AMF。

本篇将聚焦一个更具实践价值的场景:当初始AMF不支持UE请求的NSSAI时,AMF如何通过NSSF获取目标AMF信息,并采用AMF/RAN直接重定向方式(而非间接重定向)将NAS消息转发给目标AMF。

所谓"直接重定向"(Direct Reroute),是指初始AMF在获取到目标AMF信息后,通过Namf_Communication_N1MessageNotify接口将NAS消息直接发送给目标AMF,再由目标AMF通过UE CONTEXT MODIFY REQUEST消息通知RAN更新UE的关联关系。与间接重定向(通过RAN发Reroute NAS消息)不同,直接重定向是AMF之间直接交互,RAN感知较晚。

这种场景在实际网络中经常发生,常见触发条件包括:

  1. RAN链路故障导致的路由偏差:RAN因与目标AMF的NG链路故障,将UE的初始NAS消息路由到了一个不支持UE请求切片的AMF;

  2. RAN配置不完整:RAN未配置所有AMF的切片支持信息,导致初始路由不够精确;

  3. AMF Set扩容后信息未同步:新增AMF实例后,RAN未及时更新NG Setup中的切片映射信息。

理解直接重定向流程对于网络运维人员排查"UE注册失败"或"切片不可用"等问题至关重要。

2 协议规范与关键技术

2.1 相关协议规范

本篇涉及的协议规范重点在于AMF重选与NSSF交互:

  • TS 23.501 第6.3.5节:AMF发现与选择机制,定义了AMF重选的触发条件和处理方式。

  • TS 23.502 第4.2.2.2.3节:Registration with AMF re-allocation流程,详细描述了初始AMF向NSSF查询并重定向到目标AMF的完整步骤。

  • TS 29.531:Nnssf_NSSelection服务接口,定义了Nnssf_NSSelection_Get请求和响应的消息格式。

  • TS 29.507:Namf_Communication服务接口,定义了N1MessageNotify等AMF间通信消息。

  • TS 38.413:NGAP协议,定义了UE CONTEXT MODIFY REQUEST/RESPONSE等消息,用于RAN更新UE与AMF的关联。

  • TS 29.510:NRF服务接口,AMF通过Nnrf_NFDiscovery查找目标AMF的NF Profile。

2.2 直接重定向与间接重定向

5G系统定义了两种AMF重定向方式:

对比维度 直接重定向(Direct Reroute) 间接重定向(Indirect Reroute)
NAS消息传递 初始AMF直接发送给目标AMF 初始AMF通过RAN中转
使用的接口 Namf_Communication_N1MessageNotify NGAP Reroute NAS Request
RAN感知时机 较晚(目标AMF通知RAN时) 较早(初始AMF通知RAN时)
初始AMF角色 主动将NAS消息转发给目标AMF 让RAN重新发起Initial UE Message
信令开销 较少(无需RAN中转) 较多(RAN需要重新路由)
适用场景 初始AMF与目标AMF可达 RAN需要参与路由决策

本篇聚焦直接重定向方式。

2.3 Nnssf_NSSelection_Get的关键参数

初始AMF在判断自己无法为UE服务后,向NSSF发起Nnssf_NSSelection_Get请求,获取目标AMF信息:

请求参数 说明
targetNssai UE请求的S-NSSAI列表
homePlmnId UE归属PLMN标识
tai UE当前所在的跟踪区
nfType 请求的NF类型(AMF)
subscriptionInfo UE签约切片信息

NSSF响应中返回的关键信息:

响应参数 说明
targetAmfSet 推荐的目标AMF Set
targetAmfService 目标AMF服务实例
candidateAmfList 候选AMF列表(含GUAMI和NF Profile)
allowedNssai 在目标AMF中允许的NSSAI

3 消息流程与详细解读

3.1 整体流程概览


sequenceDiagram

    participant UE as UE终端

    participant RAN as NG-RAN

    participant IAMF as Initial AMF

    participant NSSF as NSSF

    participant NRF as NRF

    participant TAMF as Target AMF

    participant UDM as UDM

    UE->>RAN: RRC Setup + NAS Registration Request<br/>携带Requested NSSAI

    Note over UE,RAN: RAN因链路故障等原因<br/>将消息路由到Initial AMF

    RAN->>IAMF: NGAP Initial UE Message<br/>NAS Registration Request + Requested NSSAI

    IAMF->>IAMF: 解析Requested NSSAI<br/>判断本AMF不支持该切片

    IAMF->>UDM: Nudm_SDM_Get(SUPI)<br/>获取UE签约数据

    UDM-->>IAMF: Subscribed NSSAI

    Note over IAMF: 校验Requested NSSAI在签约中<br/>但本AMF不支持<br/>需要查询NSSF

    IAMF->>NSSF: Nnssf_NSSelection_Get<br/>携带targetNssai + TAI

    NSSF-->>IAMF: 返回targetAmfSet + candidateAmfList

    IAMF->>NRF: Nnrf_NFDiscovery_Request<br/>查询目标AMF的NF Profile

    NRF-->>IAMF: 返回Target AMF地址

    IAMF->>TAMF: Namf_Communication_N1MessageNotify<br/>转发NAS Registration Request

    Note over IAMF,TAMF: 直接重定向<br/>初始AMF将NAS消息直接发给目标AMF

    TAMF->>TAMF: 处理Registration Request<br/>确定Allowed NSSAI

    TAMF->>RAN: NGAP UE CONTEXT MODIFY REQUEST<br/>通知RAN更新AMF关联

    Note over TAMF,RAN: 目标AMF接管UE<br/>RAN更新下行路径

    RAN-->>TAMF: NGAP UE CONTEXT MODIFY RESPONSE

    TAMF->>RAN: NGAP Downlink NAS Transport<br/>Registration Accept + Allowed NSSAI

    RAN->>UE: NAS Registration Accept<br/>Allowed NSSAI + 新5G-GUTI

3.2 流程详细解读

步骤1:UE发起注册请求

UE开机或触发移动性注册更新,在RRC Setup中携带Requested NSSAI。假设UE请求的切片为SST=2(URLLC),这是一个需要专用AMF支持的切片类型。

步骤2:RAN路由到Initial AMF

正常情况下,RAN应该根据NG Setup时获取的AMF切片支持信息,将UE路由到支持SST=2的AMF。但由于以下原因之一,RAN将消息路由到了不支持SST=2的Initial AMF:

  • RAN与目标AMF之间的NG链路故障;

  • RAN的切片路由配置不完整;

  • RAN负载均衡策略选择了其他AMF。

步骤3:Initial AMF解析并判断

Initial AMF收到NAS Registration Request后:

  1. 从Initial UE Message中提取Requested NSSAI(SST=2);

  2. 查询本地配置,发现本AMF不支持SST=2(仅支持SST=1和SST=3);

  3. 但SST=2可能是合法的(在UE签约数据中),AMF不能直接拒绝。

步骤4:Initial AMF向UDM获取签约数据

AMF通过Nudm_SDM_Get向UDM获取UE的签约NSSAI数据,确认SST=2确实在签约列表中。这证明UE的请求是合法的,只是当前AMF不支持该切片。

步骤5:Initial AMF向NSSF查询目标AMF

AMF确认自己无法为UE服务后,向NSSF发起Nnssf_NSSelection_Get请求:


Nnssf_NSSelection_Get Request:

  targetNssai: [{"sst": 2}]

  homePlmnId: {"mcc": "460", "mnc": "88"}

  tai: {"plmnId": {"mcc": "460", "mnc": "88"}, "tac": "A001"}

NSSF根据切片部署拓扑和AMF能力信息,返回目标AMF Set和候选AMF列表。

步骤6:Initial AMF通过NRF获取Target AMF地址

AMF通过Nnrf_NFDiscovery_Request查询目标AMF的具体地址信息,包括:

  • AMF的NF Instance ID

  • AMF的IP地址和端口号

  • AMF支持的S-NSSAI列表(验证用)

步骤7:直接重定向——Initial AMF转发NAS消息

这是本篇的核心步骤。Initial AMF通过Namf_Communication_N1MessageNotify接口将NAS Registration Request消息直接转发给Target AMF:


Namf_Communication_N1MessageNotify:

  n1MessageContainer:

    n1MessageClass: "5GMM"

    n1MessageContent:

      contentType: "application/nas"

      content: <NAS Registration Request原始消息>

  ueContextId: "imsi-4608800000XXXXXX"

Target AMF收到后,相当于直接接收了UE的Registration Request,开始正常的注册处理流程。

步骤8:Target AMF处理注册并发起UE Context Modify

Target AMF处理注册请求,确定Allowed NSSAI。由于Target AMF支持SST=2,UE请求的切片被允许。

关键的是,Target AMF需要通知RAN更新UE的AMF关联关系。因为此时RAN仍然认为UE的Serving AMF是Initial AMF。Target AMF通过NGAP UE CONTEXT MODIFY REQUEST消息通知RAN:


UE CONTEXT MODIFY REQUEST:

  AMF UE NGAP ID: <新分配>

  RAN UE NGAP ID: <从NAS消息中获取>

  Allowed NSSAI: SST=2

  ServeNFForAmfSet: <Target AMF信息>

RAN收到后更新本地UE上下文,将后续的下行NAS消息路由到Target AMF。

步骤9:Target AMF下发Registration Accept

Target AMF通过NGAP Downlink NAS Transport消息向UE发送Registration Accept,携带Allowed NSSAI(含SST=2)和新分配的5G-GUTI。

3.3 AMF直接重定向决策流程


flowchart TD

    A[Initial AMF收到Registration Request] --> B[提取Requested NSSAI]

    B --> C{本AMF是否支持Requested NSSAI}

    C --> D[支持:继续正常注册流程]

    C --> E[不支持:获取UDM签约数据]

    E --> F{Requested NSSAI是否在签约数据中}

    F --> G[不在签约中:拒绝或排除]

    F --> H[在签约中:需要AMF重选]

    H --> I[向NSSF查询Nnssf_NSSelection_Get]

    I --> J[NSSF返回目标AMF Set和候选列表]

    J --> K[通过NRF查询目标AMF具体地址]

    K --> L{采用何种重定向方式}

    L --> M[直接重定向:N1MessageNotify转发NAS]

    L --> N[间接重定向:通过RAN Reroute]

    M --> O[Target AMF处理注册]

    O --> P[Target AMF通知RAN更新UE Context]

    P --> Q[Registration Accept下发]

4 关键信令参数分析

4.1 NGAP Initial UE Message参数

参数名称 说明
RAN UE NGAP ID 0x0001 RAN侧分配
User Location Information TAI: 46088-A001, Cell: 0x01 UE位置
NSSAI SST=2 RRC层携带的切片信息
FiveG-S-TMSI N/A 本次未携带

4.2 Nudm_SDM_Get Response(签约数据)


{

  "nssai": {

    "defaultSingleNssais": [

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

      {"sst": 2}

    ],

    "singleNssais": [

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

      {"sst": 2},

      {"sst": 3}

    ]

  }

}

分析:SST=2在签约列表中,证明UE的请求合法,但Initial AMF不支持。

4.3 Nnssf_NSSelection_Get请求与响应

请求参数:

参数 说明
targetNssai [{"sst": 2}] UE请求的目标切片
homePlmnId {"mcc":"460","mnc":"88"} 归属PLMN
tai {"plmnId":{"mcc":"460","mnc":"88"},"tac":"A001"} UE当前位置
nfType AMF 请求查询的NF类型

响应参数:


{

  "targetAmfSet": "460-88-02-01",

  "allowedNssai": [

    {"allowedSnssai": {"sst": 2}}

  ],

  "candidateAmfList": [

    {

      "amfInstance": "amf-02-set01-instance01",

      "guami": {

        "plmnId": {"mcc": "460", "mnc": "88"},

        "amfRegionId": "02",

        "amfSetId": "01",

        "amfPointer": "00"

      }

    }

  ]

}

4.4 Namf_Communication_N1MessageNotify消息

参数名称 说明
n1MessageClass 5GMM NAS消息类型

contentType | application/nas | 消息格式 |

ueContextId imsi-4608800000XXXXXX UE标识
n1MessageContent NAS Registration Request 转发的原始NAS消息

4.5 UE CONTEXT MODIFY REQUEST参数

参数名称 说明
AMF UE NGAP ID 0x1001 Target AMF分配的新ID
RAN UE NGAP ID 0x0001 与原RAN UE NGAP ID一致
Allowed NSSAI SST=2 允许的切片
Security Key <新的安全密钥> Target AMF的安全上下文

4.6 AMF CLI验证数据

Initial AMF重定向日志(脱敏):


# Initial AMF Reroute Log

Time: 2026-04-17 14:30:01.100

SUPI: imsi-4608800000XXXXXX

GPSI: 86138000XXXXXX

Received Initial UE Message:

  RAN UE NGAP ID: 0x0001

  NSSAI: SST=2 (URLLC)

  TAI: 46088-A001

Local Slice Capability Check:

  AMF Supported NSSAI: [SST=1, SST=3]

  Requested SST=2: NOT SUPPORTED

UDM Subscription Verification:

  Subscribed NSSAI: [SST=1/SD=010203, SST=2, SST=3]

  SST=2 in Subscription: YES

  Decision: AMF Reallocation Required

NSSF Query:

  Request: targetNssai=[SST=2], TAI=46088-A001

  Response: targetAmfSet=460-88-02-01

    candidateAmf: amf-02-set01-instance01

    GUAMI: 460-88-02-01-00

NRF Discovery:

  Target AMF FQDN: amf02.set01.mnc088.mcc460.5gc.mnc.mobilenetwork

  Target AMF IP: 10.x.x.x

  Target AMF Port: 8443

Direct Reroute Action:

  Method: Namf_Communication_N1MessageNotify

  Target: amf-02-set01-instance01

  NAS Message: Registration Request (forwarded as-is)

  Result: 200 OK

Target AMF注册处理日志(脱敏):


# Target AMF Registration Log

Time: 2026-04-17 14:30:01.350

SUPI: imsi-4608800000XXXXXX

Received N1MessageNotify from AMF amf-01-set01-instance01

  NAS Message: Registration Request

  Requested NSSAI: SST=2 (URLLC)

Local Slice Capability Check:

  AMF Supported NSSAI: [SST=2, SST=4]

  Requested SST=2: SUPPORTED

Allowed NSSAI Calculation:

  SST=2: in Subscribed=YES, AMF Supported=YES -> ALLOWED

  Allowed NSSAI: [SST=2]

UE Context Modify to RAN:

  RAN UE NGAP ID: 0x0001

  New AMF UE NGAP ID: 0x1001

  Allowed NSSAI: SST=2

  Result: UE CONTEXT MODIFY RESPONSE received

Registration Accept sent:

  New 5G-GUTI: 460-88-02-01-00-0xNewTMSI001

  Allowed NSSAI: [SST=2]

5 测试验证与数据解读

5.1 测试预置条件

本场景的测试预置条件包括:

  • 部署至少两组AMF,分别支持不同的切片组合;

  • Initial AMF支持SST=1和SST=3,不支持SST=2;

  • Target AMF支持SST=2和SST=4;

  • NSSF已配置切片与AMF Set的映射关系;

  • RAN与Target AMF之间的NG链路存在故障或RAN配置不完整,导致初始路由到Initial AMF;

  • UE在UDM中签约了SST=2切片。

5.2 验证要点

验证点1:Initial AMF正确识别不支持Requested NSSAI

在Initial AMF的消息跟踪中确认:

  • AMF正确解析了Requested NSSAI中的SST=2;

  • AMF查询本地配置发现不支持SST=2;

  • AMF没有直接拒绝UE(因为SST=2在签约中)。

验证点2:NSSF正确返回目标AMF信息

在Nnssf_NSSelection_Get接口跟踪中确认:

  • NSSF返回了正确的targetAmfSet;

  • candidateAmfList中包含支持SST=2的AMF实例;

  • Allowed NSSAI包含SST=2。

验证点3:直接重定向成功

在Namf_Communication接口跟踪中确认:

  • Initial AMF通过N1MessageNotify将NAS消息转发给Target AMF;

  • Target AMF返回200 OK;

  • NAS消息被完整转发(未被修改)。

验证点4:RAN更新UE Context

在NGAP消息跟踪中确认:

  • Target AMF向RAN发送UE CONTEXT MODIFY REQUEST;

  • RAN返回UE CONTEXT MODIFY RESPONSE;

  • 后续下行NAS消息通过Target AMF发送。

验证点5:UE最终获得正确的Allowed NSSAI

在NAS消息跟踪中确认:

  • Registration Accept中的Allowed NSSAI包含SST=2;

  • UE分配到了Target AMF的5G-GUTI(GUAMI中的AMF Region/Set ID与Target AMF一致)。

5.3 数据解读

通过分析测试数据,可以得出以下关键结论:

  1. 直接重定向对UE透明:UE全程不知道发生了AMF重定向。UE发送了Registration Request,最终收到了Registration Accept,与正常注册流程体验一致。唯一的线索是5G-GUTI中AMF信息的变化。

  2. Initial AMF的"善意中转"角色:Initial AMF虽然不能为UE提供服务,但它承担了"中转站"的角色——获取签约数据、查询NSSF、转发NAS消息。这体现了5G网络中AMF间协作的设计理念。

  3. UE CONTEXT MODIFY的关键作用:直接重定向流程中,RAN在最后阶段才通过UE CONTEXT MODIFY REQUEST感知到AMF变更。在此之前,RAN可能仍向Initial AMF发送UE的上行消息。实际部署中需要注意这个时间窗口可能导致的消息丢失问题。

  4. NSSF作为切片路由的核心:NSSF在网络中扮演着"切片路由表"的角色,维护着切片与AMF Set的映射关系。NSSF的配置准确性直接决定了AMF重定向的效率。

6 小结与思考

6.1 本篇小结

本篇详细分析了5G切片场景中AMF/RAN直接重定向的完整流程。关键要点如下:

  1. 触发条件:初始AMF不支持UE请求的切片,但该切片在UE签约数据中。典型原因是RAN路由偏差(链路故障、配置不完整等)。

  2. 核心流程:Initial AMF获取签约数据 -> 查询NSSF获取目标AMF -> 通过NRF获取目标AMF地址 -> 通过N1MessageNotify转发NAS消息 -> Target AMF通知RAN更新UE Context。

  3. 直接重定向的特点:AMF之间直接交互,RAN感知较晚,信令开销较少,适合AMF间网络可达的场景。

  4. UE透明性:UE不知道发生了AMF重定向,Registration Accept中的Allowed NSSAI和新5G-GUTI是UE可感知的唯一变化。

6.2 延伸思考

思考1:直接重定向的时间窗口问题

在直接重定向流程中,从Initial AMF转发NAS消息到Target AMF发送UE CONTEXT MODIFY REQUEST之间存在一个时间窗口。在这个窗口内,RAN仍然认为Initial AMF是UE的Serving AMF。如果此时UE有上行数据(如NAS消息),RAN会将消息发送给Initial AMF而非Target AMF。Initial AMF需要将收到的消息也转发给Target AMF,或者丢弃。不同厂商的实现策略可能不同,这是运维排障时需要注意的。

思考2:NSSF配置与AMF部署的协同

NSSF的切片-AMF映射配置必须与实际AMF部署保持同步。当运营商新增AMF实例或调整AMF支持的切片时,NSSF配置也需要同步更新。否则可能导致AMF重定向到错误的AMF,形成"重定向循环"。建议在网络规划时建立AMF切片配置与NSSF映射表的联动更新机制。

思考3:直接重定向 vs 间接重定向的选择

选择哪种重定向方式取决于网络拓扑和运维策略。直接重定向信令开销小但RAN感知晚,间接重定向RAN感知早但需要RAN参与路由。在实际部署中,两种方式通常都被支持,运营商可以根据网络条件选择。部分厂商支持配置优先使用哪种方式。


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