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网络切片 实践篇 #16

5GC实践篇之切片篇第6篇:AMF确定目标AMF与Allowed NSSAI(未收到请求NSSAI可为所有默认签约S-NSSAI提供服务)

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5GC实践篇之切片篇第6篇:AMF确定目标AMF与Allowed NSSAI(未收到请求NSSAI,可为所有默认签约S-NSSAI提供服务)

作者:爱卫生


1 测试背景与用例简介

在前几篇切片系列文章中,我们详细讨论了5G网络切片的基本概念、NSSAI的结构以及切片选择的基本框架。从本篇开始,我们将聚焦于一个更加实际的场景:当AMF收到UE的注册请求后,如何根据不同条件确定目标AMF与Allowed NSSAI。

本篇讨论的是切片选择中最简洁的一个子场景:UE发起注册请求时未携带Requested NSSAI,且当前AMF可以为UE所有默认签约S-NSSAI提供服务。在这种场景下,AMF无需求助NSSF,可以自行完成切片选择并生成Allowed NSSAI。

这个场景在实际网络中非常常见。例如,一个新入网的用户首次开机注册,终端尚未保存任何Configured NSSAI信息,因此Registration Request消息中不会携带Requested NSSAI。如果该用户签约了eMBB和URLLC两种默认切片,而当前服务的AMF恰好同时支持这两种切片,那么AMF可以独立完成整个切片选择流程,无需触发NSSF查询。

理解本场景是掌握更复杂切片选择流程的基础。后续第7篇、第8篇将逐步引入NSSF参与的场景,形成完整的切片选择知识体系。

2 协议规范与关键技术

2.1 相关协议规范

本篇涉及的3GPP协议规范主要包括:

  • TS 23.501:5G系统架构描述,定义了NSSAI、切片选择框架、Allowed NSSAI生成规则等核心概念。第5.15节详细描述了网络切片选择的总体机制。

  • TS 23.502:5G系统流程,第4.2.2.2.2节描述了注册过程中切片选择的详细步骤,包括AMF自行确定Allowed NSSAI的条件。

  • TS 29.509:NSSF服务的API定义,虽然本场景不涉及NSSF,但理解其接口有助于对比后续场景。

  • TS 24.501:NAS协议规范,定义了Registration Request、Registration Accept等消息中NSSAI相关信元的编码格式。

  • TS 29.503:UDM服务接口,定义了Nudm_SDM_Get服务操作,用于AMF获取UE签约的NSSAI数据。

2.2 关键技术概念

NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information)是5G切片选择的核心数据结构。一个NSSAI由一个或多个S-NSSAI组成,每个S-NSSAI包含:

  • SST(Slice/Service Type):切片服务类型,取值范围0-255。标准化SST值包括:1(eMBB)、2(URLLC)、3(MIoT)、4(V2X)等。

  • SD(Slice Differentiator):切片区分标识,可选字段,用于在同一SST下区分不同运营商自定义的切片。

Default NSSAI是运营商为UE在签约数据中配置的默认切片集合。当UE未携带Requested NSSAI时,AMF使用签约数据中的Default NSSAI作为UE的请求切片。这是本场景的关键处理逻辑。

Allowed NSSAI是网络侧最终授权给UE使用的切片集合。其生成规则为:Requested NSSAI(或Default NSSAI)与UE签约的S-NSSAI以及AMF支持的S-NSSAI三者的交集。

2.3 AMF自行确定Allowed NSSAI的条件

根据TS 23.502第4.2.2.2.2节,当满足以下所有条件时,AMF可以不查询NSSF,自行确定Allowed NSSAI:

  1. AMF未从UE收到Requested NSSAI(即Requested NSSAI为空);

  2. AMF可以为UE签约数据中所有Default S-NSSAI提供服务;

  3. 不存在需要NSSF参与的运营商策略触发条件。

这三个条件缺一不可。本篇场景恰好满足全部条件,因此AMF可以独立完成处理。

3 消息流程与详细解读

3.1 整体流程概览


sequenceDiagram

    participant UE

    participant RAN as NG-RAN

    participant AMF

    participant UDM

    UE->>RAN: RRC Connection + NAS Registration Request(SUCI)

    Note over UE,RAN: 未携带Requested NSSAI

    RAN->>AMF: Initial UE Message(NAS Registration Request)

    AMF->>UDM: Nudm_SDM_Get(SUPI/NSSAI)

    Note over AMF,UDM: 获取UE签约切片数据

    UDM-->>AMF: Nudm_SDM_Get Response(Subscribed NSSAI)

    Note over AMF: 将Default NSSAI作为<br/>Requested NSSAI<br/>判断本AMF可支持<br/>所有Default S-NSSAI<br/>无需查询NSSF

    AMF->>RAN: NGAP Initial Context Setup Request

    Note over AMF,RAN: 携带Allowed NSSAI<br/>和Configured NSSAI(可选)

    RAN->>UE: NAS Registration Accept(GUTI,Allowed NSSAI,Configured NSSAI)

    UE-->>RAN: NAS Registration Complete

    RAN-->>AMF: NGAP Initial Context Setup Response

3.2 流程详细解读

步骤1:UE发起注册请求

UE开机或从无覆盖区域恢复后,发起Registration Request消息。本场景的关键特征是UE在NAS消息中不携带Requested NSSAI。这种情况通常发生在以下几种场景:

  • 新用户首次注册,终端尚未保存Configured NSSAI;

  • 用户清除终端数据后重新注册;

  • 终端未实现Requested NSSAI的存储逻辑。

UE在Registration Request中携带SUCI(Subscription Permanent Concealed Identifier),用于身份标识。由于未携带Requested NSSAI,RAN侧无法基于切片信息选择AMF,将根据默认策略或负载均衡策略选择AMF。

步骤2:AMF向UDM获取签约数据

AMF收到Registration Request后,发现本地没有该UE的签约上下文(新注册场景),需要向UDM获取签约数据。AMF调用Nudm_SDM_Get服务操作,请求路径为/{supi}/nssai,获取UE签约的NSSAI信息。

UDM返回的签约数据中包含:

  • Subscribed NSSAI:UE签约的所有S-NSSAI列表;

  • Default NSSAI:运营商为UE配置的默认S-NSSAI子集。

步骤3:AMF判断切片服务能力

AMF收到签约数据后,执行以下判断逻辑:

  1. 由于UE未携带Requested NSSAI,AMF将签约数据中的Default NSSAI作为UE的隐式Requested NSSAI;

  2. AMF检查自身配置的切片支持列表,确认是否支持Default NSSAI中的所有S-NSSAI;

  3. 本场景下,AMF确认可以支持所有Default S-NSSAI,无需查询NSSF。

步骤4:AMF生成Allowed NSSAI

AMF通过以下交集运算生成Allowed NSSAI:

  • 输入集合:Default NSSAI(来自签约数据);

  • 过滤条件:AMF支持的S-NSSAI;

  • 结果:Default NSSAI与AMF支持切片的交集。

同时,AMF可选地生成Configured NSSAI。Configured NSSAI是AMF配置的NSSAI与UE签约的NSSAI的交集,用于后续UE发起PDU会话或重注册时作为Requested NSSAI使用。

步骤5:下发Registration Accept

AMF通过Registration Accept消息将Allowed NSSAI和Configured NSSAI(可选)下发给UE。同时消息中还携带5G-GUTI,用于后续UE的身份标识。

步骤6:UE完成注册

UE收到Registration Accept后,保存Allowed NSSAI和Configured NSSAI,并回复Registration Complete消息确认注册完成。

3.3 AMF内部决策流程


flowchart TD

    A[收到Registration Request] --> B[检查Requested NSSAI]

    B --> C[Requested NSSAI为空]

    C --> D[向UDM获取签约数据]

    D --> E[将Default NSSAI作为隐式Requested NSSAI]

    E --> F[检查本AMF是否支持所有Default S-NSSAI]

    F --> G[是:AMF可独立处理]

    F --> H[否:需查询NSSF - 见第8篇]

    G --> I[生成Allowed NSSAI]

    I --> J[生成Configured NSSAI可选]

    J --> K[下发Registration Accept]

    K --> L[注册完成]

4 关键信令参数分析

4.1 Registration Request消息参数

参数名称 是否携带 说明
SUCI UE的身份标识,用于首次注册或GUTI无效场景
Requested NSSAI 本场景关键特征:UE未携带请求切片信息
5G-GUTI 首次注册或无有效GUTI时不携带
Registration Type 初始注册
UE security capability UE支持的安全算法列表

4.2 Nudm_SDM_Get请求/响应参数

请求消息(Nudm_SDM_Get Request):

参数 说明
Supi imsi-4608800000XXXXXX UE的签约永久标识(已脱敏)
data-type nssai 请求数据类型为NSSAI

响应消息(Nudm_SDM_Get Response):

参数 示例值 说明
Subscribed NSSAI [SST:1, SST:2, SST:1/SD:000001] UE签约的全部S-NSSAI列表
Default NSSAI [SST:1, SST:2] 运营商配置的默认S-NSSAI子集

4.3 Registration Accept消息参数

参数名称 是否携带 说明
5G-GUTI AMF分配的临时标识
Allowed NSSAI 网络授权的切片集合
Configured NSSAI 可选 网络配置的切片集合
Rejected NSSAI 本场景无被拒绝的切片

Allowed NSSAI示例:


Allowed NSSAI:

  - S-NSSAI 1: SST=1 (eMBB)

  - S-NSSAI 2: SST=2 (URLLC)

在本场景中,由于AMF支持UE的所有Default S-NSSAI,Allowed NSSAI等于Default NSSAI,不存在被拒绝的切片。

4.4 CLI验证数据(AMF侧)

以下是AMF上查询UE上下文的脱敏输出示例:


# AMF UE Context Query

IMSI: 4608800000XXXXXX

GPSI: 86138000XXXXXX

RM State: RM-REGISTERED

CM State: CM-CONNECTED

Serving AMF: AMF-1

GUAMI: PLMN(460-88), AMF Region(1), AMF Set(1), AMF Pointer(0)

Subscribed NSSAI:

  [1] SST=1 (eMBB), SD=N/A

  [2] SST=2 (URLLC), SD=N/A

  [3] SST=1, SD=000001 (Custom-eMBB)

Default NSSAI:

  [1] SST=1 (eMBB)

  [2] SST=2 (URLLC)

Allowed NSSAI:

  [1] SST=1 (eMBB)

  [2] SST=2 (URLLC)

Configured NSSAI:

  [1] SST=1 (eMBB)

  [2] SST=2 (URLLC)

  [3] SST=1, SD=000001 (Custom-eMBB)

NSSF Query: Not Required (AMF supports all Default S-NSSAI)

Target AMF Redirect: None

从上述输出可以看出,AMF在未查询NSSF的情况下,成功为UE生成了Allowed NSSAI。Allowed NSSAI等于Default NSSAI,说明AMF支持UE的所有默认签约切片。

5 测试验证与数据解读

5.1 验证要点

本场景的验证主要关注以下几个关键点:

验证点1:Registration Request不含Requested NSSAI

在NAS消息跟踪中确认UE发送的Registration Request消息中未携带Requested NSSAI信元。这是触发本场景处理逻辑的前提条件。

验证点2:AMF成功获取签约数据

在Nudm_SDM_Get接口跟踪中确认:

  • AMF向UDM成功发起Nudm_SDM_Get请求,路径包含/{supi}/nssai

  • UDM返回200 OK,消息体中包含Subscribed NSSAI和Default NSSAI;

  • Default NSSAI中至少包含一个S-NSSAI。

验证点3:AMF未查询NSSF

在Nnssf_NSSelection_Get接口跟踪中确认该接口未被调用。这是判断AMF自行处理切片选择的关键证据。

验证点4:Registration Accept包含正确的Allowed NSSAI

在NAS消息跟踪中确认:

  • Registration Accept消息中包含Allowed NSSAI信元;

  • Allowed NSSAI中的S-NSSAI列表与Default NSSAI一致;

  • 可选地包含Configured NSSAI。

验证点5:UE上下文状态正确

在AMF上查询UE上下文,确认:

  • RM State为RM-REGISTERED;

  • Allowed NSSAI已正确保存。

5.2 数据解读

通过对消息跟踪数据的分析,可以得出以下结论:

  1. AMF的切片匹配逻辑:AMF将Default NSSAI中的每个S-NSSAI与自身配置的支持列表进行逐一比对。本场景中,Default NSSAI包含SST=1(eMBB)和SST=2(URLLC),AMF的切片支持列表中也包含这两种SST值,匹配结果为全部支持。

  2. Allowed NSSAI的生成规则:由于不存在不支持的情况,Allowed NSSAI直接等于Default NSSAI,无需任何过滤操作。这从侧面验证了AMF的交集运算逻辑是正确的。

  3. Configured NSSAI的作用:虽然本场景中Configured NSSAI为可选下发,但建议在实际部署中始终下发,以便UE在后续注册或PDU会话建立时可以主动携带Requested NSSAI,提高切片选择效率。

5.3 常见异常与排查

异常现象 可能原因 排查方法
UE注册失败 UDM签约数据未配置NSSAI 检查UDM中UE的切片签约数据
Allowed NSSAI为空 AMF配置的切片支持列表不包含Default NSSAI 检查AMF的切片配置
UE收到Rejected NSSAI AMF仅支持部分Default S-NSSAI 检查AMF切片配置与签约数据的匹配情况
NSSF被意外调用 AMF判断逻辑触发NSSF查询条件 检查运营商策略配置

6 小结与思考

6.1 本篇小结

本篇详细分析了5G切片选择中最基础的一个子场景:UE未携带Requested NSSAI,且AMF可以为所有默认签约S-NSSAI提供服务。在这个场景下:

  1. AMF收到不携带Requested NSSAI的Registration Request后,向UDM获取签约数据;

  2. AMF将Default NSSAI作为UE的隐式请求切片;

  3. AMF检查自身能力,确认支持所有Default S-NSSAI后,直接生成Allowed NSSAI;

  4. 整个过程无需NSSF参与,流程最为简洁。

这是理解切片选择的起点。掌握了本场景中AMF的处理逻辑,后续理解NSSF参与的复杂场景将事半功倍。

6.2 延伸思考

思考1:为什么需要Default NSSAI?

Default NSSAI的存在确保了即使UE不携带Requested NSSAI,网络也能为其分配合适的切片。这是5G切片机制的一个重要设计理念:网络侧始终有兜底方案。在4G网络中,没有类似的切片概念,所有用户默认使用相同的"切片"(即PDN连接类型),而5G通过Default NSSAI实现了更加灵活的默认服务策略。

思考2:AMF如何知道自身支持哪些切片?

AMF在出厂配置或网管配置时,会设定自身支持的S-NSSAI列表。这个列表与GUAMI(Globally Unique AMF Identifier)关联。在NG Setup流程中,AMF会将GUAMI与支持切片的对应关系通知给RAN,以便RAN在后续Initial UE Message路由时可以基于切片信息选择合适的AMF。

思考3:与后续场景的对比预告

本场景是AMF独立处理的"理想"情况。在实际网络中,尤其是多AMF组网场景下,UE经常会被路由到不支持其请求切片的AMF。第7篇将讨论UE携带了Requested NSSAI但AMF无法提供服务的场景,第8篇将讨论UE未携带Requested NSSAI且AMF无法提供服务的场景。这两个场景都需要NSSF介入,流程将明显复杂化。


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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