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网络切片 实践篇 #17

5GC实践篇之切片篇第7篇：NSSF确定目标AMF与Allowed NSSAI（AMF收到请求NSSAI但不能为所有签约S-NSSAI提供服务）

《5G核心网原理与实践》实践篇 · 网络切片 网元功能

5GC实践篇之切片篇第7篇：NSSF确定目标AMF与Allowed NSSAI（AMF收到请求NSSAI，但不能为所有签约S-NSSAI提供服务）

作者：爱卫生

1 测试背景与用例简介

在上一篇文章（第6篇）中，我们讨论了AMF独立完成切片选择的场景：UE未携带Requested NSSAI，且AMF可以为所有默认签约S-NSSAI提供服务。那是最简单的场景，AMF无需任何外部协助。

但从本篇开始，情况变得复杂了。本篇讨论的场景是：UE在Registration Request中携带了Requested NSSAI，但由于NG-RAN链路故障等原因，消息被路由到一个不支持UE请求切片的AMF（Initial AMF）上。Initial AMF判断自身无法为UE提供所请求的切片服务，需要向NSSF查询目标AMF信息，由NSSF确定目标AMF并生成Allowed NSSAI。

这是一个在多AMF组网环境中非常典型的场景。例如，某运营商部署了两套AMF：AMF1支持eMBB切片（SST=1），AMF2支持URLLC切片（SST=2）。UE签约了eMBB和URLLC两种切片，在注册请求中携带了这两种切片的Requested NSSAI。正常情况下，RAN应将UE路由到同时支持两种切片的AMF或根据优先级选择。但如果NG-RAN与AMF1之间的链路发生故障，RAN可能将UE路由到AMF1，而AMF1并不支持URLLC切片。此时，AMF1需要向NSSF查询，获取支持URLLC切片的目标AMF（AMF2）信息，然后将UE的注册请求重定向到AMF2。

理解本场景对于掌握5G切片选择的重定向机制至关重要，这也是TS 23.502第4.2.2.2.2节描述的核心流程之一。

2 协议规范与关键技术

2.1 相关协议规范

本篇涉及的3GPP协议规范比第6篇显著增加，因为引入了NSSF和NRF两个新的网元交互：

  • TS 23.501 第5.15节：网络切片选择的总体框架，定义了NSSF在切片选择中的角色和职责。

  • TS 23.502 第4.2.2.2.2节：注册过程中的切片选择详细流程，步骤5描述了NSSF查询和AMF重定向。

  • TS 29.531：NSSF服务的API定义，定义了Nnssf_NSSelection_Get服务操作，包括请求参数、响应结构和错误处理。

  • TS 29.510：NRF服务的API定义，定义了Nnrf_NFDiscovery服务操作，AMF通过NRF发现目标AMF的地址信息。

  • TS 29.518：AMF服务的API定义，定义了Namf_Communication_N1MessageNotify服务操作，用于AMF之间转发NAS消息。

  • TS 24.501：NAS协议规范，定义了Registration Request中Requested NSSAI的编码。

  • TS 38.413：NGAP协议规范，定义了NG Setup流程中AMF切片能力与GUAMI对应关系的交互。

2.2 NSSF的核心角色

NSSF（Network Slice Selection Function）是5GC中专门负责切片选择的网元。在本场景中，NSSF承担以下职责：

  1. 接收切片选择请求：从Initial AMF接收Nnssf_NSSelection_Get请求，包含UE的Requested NSSAI、签约S-NSSAI、SUPI的PLMN ID、TAI和NF类型等信息。

  2. 确定目标AMF：根据UE请求的切片、签约切片以及NSSF上配置的切片与AMF映射关系，确定能够服务UE的目标AMF集合。

  3. 生成Allowed NSSAI：NSSF将UE的Requested NSSAI与签约NSSAI取交集，生成Allowed NSSAI。

  4. 生成Configured NSSAI：NSSF将签约的NSSAI与NSSF上配置的NSSAI取交集，可选地生成Configured NSSAI。

  5. 返回切片选择结果：通过Nnssf_NSSelection_Get Response将目标AMF信息、Allowed NSSAI和Configured NSSAI返回给Initial AMF。

2.3 AMF重定向机制

当Initial AMF确定自身无法为UE提供切片服务时，有两种方式将UE的注册请求重定向到目标AMF：

方式一：直接转发（AMF-to-AMF）

Initial AMF通过Namf_Communication_N1MessageNotify接口直接将UE的NAS Registration Request消息转发给目标AMF。目标AMF收到后继续执行注册流程。这种方式不需要RAN参与重定向。

方式二：通过RAN转发

Initial AMF向RAN发送N2消息（如Namf_Communication_N2MessageNotify），指示RAN将UE的NAS消息转发到目标AMF。RAN收到后，通过Initial UE Message将NAS消息发送给目标AMF。

两种方式的选择取决于运营商配置和网络拓扑。直接转发方式效率更高，但要求两个AMF之间有可达的Service Based Interface；通过RAN转发方式兼容性更好，但增加了RAN侧的处理负担。

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 IAMF as Initial AMF

    participant NSSF

    participant NRF

    participant TAMF as Target AMF

    participant UDM

    UE->>RAN: RRC Connection(NAS Registration Request with GUTI + Requested NSSAI)

    Note over UE,RAN: UE携带Requested NSSAI

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

    Note over RAN,IAMF: RAN因链路故障路由到<br/>不支持请求切片的AMF

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

    Note over IAMF,UDM: 步骤3a：获取UE签约切片数据

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

    Note over IAMF: 步骤4：判断本AMF无法提供<br/>UE请求的切片服务

    IAMF->>NSSF: Nnssf_NSSelection_Get(Requested NSSAI, Subscribed S-NSSAI, PLMN ID, TAI, NF Type)

    Note over IAMF,NSSF: 步骤5a：向NSSF查询切片选择信息

    NSSF-->>IAMF: Nnssf_NSSelection_Get Response(AuthorizedNetworkSliceInfo)

    Note over NSSF,IAMF: 步骤5b：返回目标AMF信息<br/>Allowed NSSAI和Configured NSSAI

    IAMF->>NRF: Nnrf_NFDiscovery_Request

    Note over IAMF,NRF: 步骤6a：查询目标AMF地址

    NRF-->>IAMF: Nnrf_NFDiscovery_Response

    alt 方式一：AMF直接转发

        IAMF->>TAMF: Namf_Communication_N1MessageNotify(NAS Registration Request)

        Note over IAMF,TAMF: 步骤7a：直接转发NAS消息

    else 方式二：通过RAN转发

        IAMF->>RAN: N2 Message(Reroute NAS Message)

        Note over IAMF,RAN: 步骤7b：指示RAN转发

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

        Note over RAN,TAMF: 步骤7c：RAN转发到目标AMF

    end

    Note over TAMF: 目标AMF判断可接入切片<br/>继续执行Registration流程

    TAMF->>RAN: Registration Accept(Allowed NSSAI, Configured NSSAI)

    RAN->>UE: NAS Registration Accept

3.2 流程详细解读

步骤1：UE发起携带Requested NSSAI的注册请求

UE发起Registration Request，消息中携带以下关键信息：

  • 5G-GUTI：UE此前注册时获得的临时标识（非首次注册场景）；

  • Requested NSSAI：UE希望使用的切片集合，例如[SST=1(eMBB), SST=2(URLLC)]。

UE在RRC消息中也携带GUTI信息，以便RAN基于GUAMI选择AMF。

步骤2：RAN路由到Initial AMF

正常情况下，RAN应基于NG Setup时获得的AMF切片能力与GUAMI映射关系，将UE路由到支持其Requested NSSAI的AMF。但由于NG-RAN与目标AMF之间的链路故障（如AMF2不可达），RAN将Registration Request路由到当前可用的AMF1（Initial AMF），而AMF1并不支持UE请求的全部切片。

步骤3：Initial AMF获取签约数据

Initial AMF收到Registration Request后，检查本地是否有该UE的签约上下文。如果没有（或签约数据已过期），AMF向UDM发起Nudm_SDM_Get请求，获取UE签约的NSSAI数据。这一步也可以获取完整的签约数据，不仅仅限于NSSAI。

步骤4：Initial AMF判断无法提供服务

Initial AMF将UE的Requested NSSAI、签约的S-NSSAI以及本AMF支持的切片信息进行综合判断。在本场景中，UE请求的Requested NSSAI包含SST=2（URLLC），但Initial AMF仅支持SST=1（eMBB）。因此，Initial AMF判定无法为UE提供完整的切片服务，需要向NSSF查询。

步骤5：Initial AMF向NSSF查询

Initial AMF调用Nnssf_NSSelection_Get服务操作，请求参数包括：

  • Requested NSSAI：UE请求的切片集合；

  • Subscribed S-NSSAI：UE签约的切片集合（从UDM获取）；

  • PLMN ID of SUPI：可选，用于PLMN级别的切片策略；

  • TAI：UE当前所在的跟踪区域标识；

  • NF Type：请求方网元类型（AMF）。

步骤5b：NSSF响应

NSSF根据请求参数，执行以下处理：

  1. 计算Allowed NSSAI = Requested NSSAI与Subscribed NSSAI的交集；

  2. 计算Configured NSSAI = Subscribed NSSAI与NSSF配置的NSSAI的交集；

  3. 根据Allowed NSSAI中的S-NSSAI，查找支持这些切片的AMF集合；

  4. 通过AuthorizedNetworkSliceInfo返回目标AMF信息、Allowed NSSAI和Configured NSSAI。

步骤6：查询NRF获取目标AMF地址

Initial AMF根据NSSF返回的目标AMF信息（如AMF Set ID或GUAMI），向NRF发起Nnrf_NFDiscovery_Request，获取目标AMF的具体地址信息（FQDN或IP地址）。

步骤7：AMF重定向

Initial AMF通过两种方式之一将UE的注册请求重定向到目标AMF：

  • 方式一（AMF直接转发）：Initial AMF调用Namf_Communication_N1MessageNotify，将UE的NAS Registration Request直接转发给Target AMF。

  • 方式二（通过RAN转发）：Initial AMF向RAN发送N2消息，指示RAN将NAS消息转发到Target AMF。RAN收到后，通过新的Initial UE Message将NAS消息发送给Target AMF。

步骤8：Target AMF继续注册流程

Target AMF收到转发的Registration Request后，判断自身可以接入UE请求的切片，继续执行正常的注册流程。后续处理与初始注册场景相同：鉴权、安全模式、注册接受等。

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非空]

    C --> D[向UDM获取签约数据]

    D --> E[获取Subscribed NSSAI和Default NSSAI]

    E --> F[检查本AMF是否支持所有请求的S-NSSAI]

    F --> G[不支持：需查询NSSF]

    F --> H[支持：AMF可独立处理]

    G --> I[调用Nnssf_NSSelection_Get]

    I --> J[获取目标AMF信息和Allowed NSSAI]

    J --> K[查询NRF获取目标AMF地址]

    K --> L[选择重定向方式]

    L --> M[方式一：AMF直接转发]

    L --> N[方式二：通过RAN转发]

    M --> O[Target AMF继续注册流程]

    N --> O

    O --> P[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
5G-GUTI 是 UE此前注册获得的临时标识
Requested NSSAI 是 本场景关键特征：UE主动携带请求切片
Registration Type 是 移动性注册更新
UE security capability 是 UE支持的安全算法列表

RRC消息中的关键参数：

参数 值 说明
5G-GUTI 含AMF Region/Set/Pointer信息 RAN用于AMF选择
PLMN Identity 460-88 UE选择的PLMN

4.2 Nudm_SDM_Get请求/响应参数

请求消息：

参数 值 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（200 OK）：

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
Default NSSAI [SST:1, SST:2] 默认S-NSSAI子集

4.3 Nnssf_NSSelection_Get请求/响应参数

请求消息（关键参数）：

参数 示例值 说明
Requested-NSSAI [SST:1, SST:2] UE请求的切片集合
Subscribed-S-NSSAI [SST:1, SST:2, SST:1/SD:000001] UE签约的切片集合
PLMN-ID 460-88 SUPI所属PLMN（可选）
TAI TAC=0001, PLMN=460-88 UE当前跟踪区域
NF-Type AMF 请求方网元类型

响应消息（AuthorizedNetworkSliceInfo）：

参数 示例值 说明
Allowed NSSAI [SST:1, SST:2] 请求与签约的交集
Configured NSSAI [SST:1, SST:2, SST:1/SD:000001] 签约与NSSF配置的交集
Target AMF Set AMF-Set-2 目标AMF集合标识
Target AMF Address amf2.5gc.mnc088.mcc460.3gppnetwork.org 目标AMF地址

4.4 AMF重定向相关参数

方式一：Namf_Communication_N1MessageNotify

参数 值 说明
N1MessageContainer NAS Registration Request 转发的NAS消息
Target AMF amf2.5gc.mnc088.mcc460.3gppnetwork.org 目标AMF地址

方式二：N2 Message（RAN转发）

参数 值 说明
NAS Message Registration Request 待转发的NAS消息
Target AMF AMF Set ID / GUAMI 目标AMF标识

4.5 CLI验证数据

Initial AMF日志（脱敏）：


# Initial AMF - Slice Selection Log

Time: 2026-04-17 10:30:15.123

SUPI: imsi-4608800000XXXXXX

GPSI: 86138000XXXXXX

Received Registration Request:

  GUTI: 460-88-1-1-0-0000000001

  Requested NSSAI: [SST=1, SST=2]

  Registration Type: Mobility Registration Update

AMF Slice Support: [SST=1]

Requested S-NSSAI not supported: SST=2

Action: Query NSSF for target AMF

Nnssf_NSSelection_Get Request:

  Requested-NSSAI: [SST=1, SST=2]

  Subscribed-S-NSSAI: [SST=1, SST=2, SST=1/SD=000001]

  TAI: TAC=0001, PLMN=460-88

  NF-Type: AMF

Nnssf_NSSelection_Get Response (200 OK):

  Allowed NSSAI: [SST=1, SST=2]

  Configured NSSAI: [SST=1, SST=2, SST=1/SD=000001]

  Target AMF: AMF-Set-2

Action: Redirect to Target AMF via RAN forwarding

Target AMF日志（脱敏）：


# Target AMF - Registration Processing

Time: 2026-04-17 10:30:15.456

SUPI: imsi-4608800000XXXXXX

Source: Initial AMF (RAN Forwarding)

Received Redirected Registration Request:

  NAS: Registration Request

  Allowed NSSAI: [SST=1, SST=2]

AMF Slice Support: [SST=1, SST=2]

All Requested S-NSSAI supported: YES

Action: Continue Registration Processing

Registration Accept Sent:

  Allowed NSSAI: [SST=1, SST=2]

  Configured NSSAI: [SST=1, SST=2, SST=1/SD=000001]

  GUTI: 460-88-2-1-0-0000000002

UE RM State: RM-REGISTERED

5 测试验证与数据解读

5.1 验证要点

验证点1：UE携带Requested NSSAI

在NAS消息跟踪中确认UE发送的Registration Request中携带了Requested NSSAI。通过RRC消息确认GUTI信息也已携带。

验证点2：RAN将消息路由到不支持请求切片的AMF

在NGAP消息跟踪中确认Initial UE Message被发送到AMF1（不支持SST=2）。可通过以下方式构造该场景：

  • 配置NG-RAN与AMF2之间的链路故障；

  • 确认RAN的AMF选择表中AMF1的GUAMI覆盖UE的GUTI。

验证点3：Initial AMF向UDM获取签约数据

在Nudm_SDM_Get接口跟踪中确认：

  • 请求路径包含/{supi}/nssai；

  • UDM返回200 OK，包含Subscribed NSSAI和Default NSSAI。

验证点4：Initial AMF向NSSF查询

在Nnssf_NSSelection_Get接口跟踪中确认：

  • 请求消息包含Requested NSSAI、Subscribed S-NSSAI、TAI等关键参数；

  • NSSF返回200 OK，包含目标AMF信息、Allowed NSSAI和Configured NSSAI。

验证点5：AMF重定向成功

根据重定向方式的不同，验证：

  • 方式一：Namf_Communication_N1MessageNotify消息成功发送到Target AMF；

  • 方式二：RAN成功将NAS消息转发到Target AMF（通过新的Initial UE Message）。

验证点6：Registration Accept包含正确的Allowed NSSAI

在NAS消息跟踪中确认最终的Registration Accept消息中：

  • Allowed NSSAI包含[SST=1, SST=2]；

  • Configured NSSAI可选包含[SST=1, SST=2, SST=1/SD=000001]。

5.2 数据解读

通过对比Initial AMF和Target AMF的日志，可以清晰地看到切片重定向的完整过程：

  1. 切片不匹配的检测：Initial AMF通过比对UE的Requested NSSAI（SST=1, SST=2）与自身支持列表（SST=1），快速识别出SST=2无法服务，触发NSSF查询。

  2. NSSF的决策逻辑：NSSF收到的Requested NSSAI为[SST=1, SST=2]，签约NSSAI为[SST=1, SST=2, SST=1/SD=000001]。NSSF计算Allowed NSSAI为请求与签约的交集[SST=1, SST=2]，并找到支持这两个切片的AMF Set（AMF-Set-2）。

  3. 重定向路径选择：本测试采用通过RAN转发的方式。Initial AMF向RAN发送N2消息，RAN通过新的Initial UE Message将NAS消息转发到Target AMF。这种方式虽然多经过一次RAN，但避免了AMF之间直接通信的依赖。

5.3 与第6篇场景的对比

对比维度 第6篇（AMF独立处理） 本篇（NSSF参与）
UE是否携带Requested NSSAI 否 是
AMF是否支持请求切片 全部支持 部分不支持
是否需要查询NSSF 否 是
是否需要查询NRF 否 是
是否需要AMF重定向 否 是
流程复杂度 低 高
涉及网元数量 UE+RAN+AMF+UDM UE+RAN+AMF+NSSF+NRF+UDM

6 小结与思考

6.1 本篇小结

本篇详细分析了5G切片选择中涉及NSSF的核心场景：UE携带Requested NSSAI注册，但Initial AMF无法为所有请求切片提供服务。关键流程包括：

  1. UE携带Requested NSSAI和GUTI发起注册，RAN因链路故障将其路由到不支持请求切片的AMF；

  2. Initial AMF向UDM获取签约数据，判断自身无法提供服务；

  3. Initial AMF向NSSF查询，NSSF返回目标AMF信息和Allowed NSSAI；

  4. Initial AMF通过直接转发或RAN转发方式将注册请求重定向到目标AMF；

  5. 目标AMF继续执行注册流程，完成切片选择。

这个场景完整展示了5G切片选择中"发现不匹配 - 查询NSSF - 重定向"的三段式处理逻辑。

6.2 延伸思考

思考1：链路故障是否是触发NSSF查询的唯一原因？

不是。除了链路故障，以下情况也可能触发NSSF查询：

  • RAN的AMF选择策略基于负载均衡而非切片匹配；

  • UE移动到新的TA区域，当前AMF不支持新TA中可用的切片；

  • 网络配置变更导致AMF切片支持范围变化。

思考2：两种重定向方式如何选择？

直接转发（AMF-to-AMF）效率更高，减少了一跳RAN交互。但在以下情况下通过RAN转发更合适：

  • AMF之间没有直接的Service Based Interface连接；

  • 运营商策略要求RAN参与AMF选择；

  • 需要RAN更新UE的AMF绑定关系。

思考3：与第8篇的对比预告

第8篇将讨论另一个NSSF参与的场景：UE未携带Requested NSSAI，且AMF无法为所有默认签约S-NSSAI提供服务。与本篇的关键区别在于：第8篇中Requested NSSAI为空，AMF需要先将Default NSSAI作为隐式请求，再判断是否需要NSSF。NSSF收到的请求中Requested NSSAI参数也为空，需要在没有UE明确请求的情况下做出切片选择决策。

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