【5G核心网】 PDU Session Establishment 会话建立流程

小咪咪 2023-02-19 08:24 43阅读 0赞

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#      #

5G网络将终端和外部网络之间建立的通路，称为一个 PDU Session（会话）

# 5GC PDU 会话建立流程概述 #

与 4G 主要区别是 5GC 中没有 EPS 承载的概念，取而代之的是缺省 Qos Flow

PDU 会话建立可以是终端开机时伴随注册一起触发，也可 UE 在访问具体业务（点击 APP）单独触发（待考验，个人观点打开数据连接建立 PDU 会话）

# **PDU 会话建立建立流程涉及的主要子流程包括：** #

CUPS 会话建立以及规则下发，基于 NRF 的网元服务发现和选择，SMF 从 PCF 获取 PDU 会话的 Qos，SMF 在 UDM 中的位置登记，用户平面 N3 隧道建立

>  *        创建新的 PDU 会话
>  *        网络为 UE 分配 IP 地址，建立 UE 到 DN 网络隧道，UE 使用 IP 地址访问 DN

# 一. UE 请求的 PDU 会话建立 #

###     PDU 会话的建立可能对应于以下几种场景： ###

>  *  建立一个新的 PDU 会话 （可以不和注册流程绑定，可以单独发起）
>  *  将用户在 4G 创建的 PDU 连接转移到 5G 中
>  *  在非 3GPP 接入和 3GPP 接入之间切换过程中，核心网之间传递用户已经建立的 PDU 会话
>  *  为紧急业务请求建立 PDU 会话

**    通过 PDU 会话建立请求中的 request type 参数区分**

>  *  initial request
>  *  existing PDU session
>  *  initial emergency request
>  *  existing emergency PDU session
>  *  modification request
>  *  reserved

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**  Figure 4.3.2.2.1-1: UE-requested PDU Session Establishment for non-roaming and roaming with local breakout**

# 1. PDU Session Establishment Request  UE->AMF #

NAS 消息包括：

>  *  S-NSSAI(s),
>  *  UE Requested DNN,
>  *  PDU Session ID,
>  *  Request type,  如果建立一个新的 PDU 会话设置为 "Initial request"，如果存在则 "Existing PDU Session"，如果紧急业务服务设置为 "Emergency Request"，"Existing Emergency PDU Session"
>  *  Old PDU Session ID,
>  *  N1 SM container：PDU Session Establishment Request, \[Port Management Information Container\]

为了建立一个新的 PDU 会话，UE 产生一个新的 PDU 会话 ID。通过传输 NAS 消息其在“N1 SM container” 中包括 “PDU Session Establishment” 请求，UE 发起 PDU 会话建立流程，PDU 会话建立请求包括：

>     -  PDU session ID,
> 
>     -  Requested PDU Session Type, 
> 
>     -  a Requested SSC mode,
> 
>     -  5GSM Capability,  由 SMF 处理，详情在 TS 23.501 章节 5.4.4b
> 
>     -  PCO,
> 
>     -  SM PDU DN Request Container,   包含了外部 DN 授权 PDU 会话信息
> 
>     -  \[Number Of Packet Filters\],
> 
>     -  \[Header Compression Configuration\],
> 
>     -  UE Integrity Protection Maximum Data Rate,
> 
>     -  \[Always-on PDU Session Requested\]

如果 PDU 会话建立是请求来建立一个新的 PDU 会话，请求类型指示 “Initial request”，如果请求引用一个已经存在的 PDU 会话，其在 3GPP 和非 3GPP 接入的切换或者在已经连接到 EPC，请求类型指示 "Existing PDU Session"。

当紧急服务需要并且紧急 PDU 会话没有建立，UE 将发起一个请求类型是 "Emergency Request" 的 PDU 会话建立流程

被 UE 发送的 NAS 消息包裹在 AN 的 N2 消息，发送到 AMF 的消息应该包含用户位置信息和接入类型信息

# 2. SMF Selection #

AMF 根据切片信息，DNN 等为 PDU 会话选择 SMF

>     如果 NAS 消息没有包含 S-NSSAI，AMF 决定一个默认的 HPLMN S-NSSAI 为请求的 PDU 会话，或者通过 UE 的订阅。如果只包含一个默认的 S-NSSAI，或者基于供应商策略，在 LBO 的情况，一个服务 PLMN 的 S-NSSAI 匹配 HPLMN 的。 
> 
>     如果 NAS 消息包含一个服务 *PLMN 的 S-NSSAI*，但是没有包含 DNN，AMF 为请求的 PDU 会话决定 DNN，如果 DNN 存在 UE 的订阅信息则为 S-NSSAI 选择默认的 DNN；否则服务的 AMF 选择一个本地配置的 DNN
> 
>     如果 AMF 不能选择一个 SMF，AMF 将拒绝 PDU 会话建立请求以一个合适的原因
> 
>     如果请求类型是 "initial request" 以及在消息中包含旧的 PDU 会话 ID，AMF 选择一个 SMF 叙述在章节 4.3.5.2，存储新的 PDU 会话 ID， S-NSSAI(s)，已经选择的 SMF ID，接入类型
> 
>     如果请求类型是 "Existing PDU Session"，AMF 基于 SMF-ID 从 UDM 选择 SMF。

# 3. Nsmf\_PDUSession\_CreateSMContext Request  AMF->SMF #

***     Nsmf\_PDUSession\_CreateSMContext Request，***如果 AMF 没有 UE 提供的与 SMF 关联的 PDU 会话 ID（例如请求类型为 “initial request”），将调用 Nsmf\_PDUSession\_CreateSMContext

> SUPI,  用户永久标识符
> 
> selected DNN,
> 
> UE requested DNN,
> 
> S-NSSAI(s),
> 
> PDU Session ID,
> 
> AMF ID,
> 
> Request Type,
> 
> PCF ID,
> 
> Priority Access,
> 
> \[Small Data Rate Control Status\],
> 
> N1 SM container (PDU Session Establishment Request),
> 
> User location information,
> 
> Access Type,
> 
> RAT Type,
> 
> PEI,
> 
> GPSI,
> 
> UE presence in LADN service area,
> 
> Subscription For PDU Session Status Notification,
> 
> DNN Selection Mode,
> 
> Trace Requirements,
> 
> Control Plane CIoT 5GS Optimisation indication, 
> 
> Control Plane Only indicator)

***       Nsmf\_PDUSession\_UpdateSMContext*** Request，如果 AMF 已经拥有与 SMF 关联的 PDU 会话 ID（例如请求类型为 “existing PDU Session”）AMF 调用  Nsmf\_PDUSession\_UpdateSMContext

> SUPI,
> 
> DNN,
> 
> S-NSSAI(s),
> 
> SM Context ID,
> 
> AMF ID,
> 
> Request Type,
> 
> N1 SM container (PDU Session Establishment Request),
> 
> User location information,
> 
> Access Type,
> 
> RAT type,
> 
> PEI,
> 
> Serving Network (PLMN ID, or PLMN ID and NID, see clause 5.18 of TS 23.501 \[2\])

# 4. Subscription retrieval / Subscription for updates #

如果对应的 SUPI DNN S-NSSAI 的 HPLMN 会话管理订阅的数据不可用，然后 SMF 使用 Nudm\_SDM\_Get 检索会话管理订阅数据，包括如下：

> SUPI,
> 
> Session Management Subscription data,
> 
> selected DNN,
> 
> S-NSSAI of the HPLMN,
> 
> Serving PLMN ID,
> 
> \[NID\]

使用 Nudm\_SDM\_Subscribe 订阅。 UDM 使用 Nudr\_DM\_Query 从 UDR 获得信息，使用 Nudr\_DM\_subscribe 从 UDR 订阅通知

# 5. Nsmf\_PDUSession\_CreateSMContext Response SMF->AMF #

***Nsmf\_PDUSession\_CreateSMContex***t Response

> Cause,
> 
> SM Context ID
> 
> N1 SM container (PDU Session Reject (Cause))

## ##

### 6. PDU Session authentication/authorization 可选的 ###

>     如果请求类型是 “Existing PDU Session”，SMF 不会执行 secondary authentication/authorization
> 
>     如果请求类型是 “Emergency Requesst” 或者 “Existing Emergency PDU Session”，SMF 不会执行 secondary authentication/authorization

### 7a. PCF selection ###

>     如果动态 PCC 使用，SMF 执行 PCF 选择描述在 TS 23.501 章节 6.3.7.1，如果请求类型是 "Existing PDU Session" / "Existing Emergency PDU Session"，SMF 使用 PDU 会话中已经选择的 PCF，否则 SMF 使用本地策略

### 7b. SM Policy Association Establishment / SMF initiated SM Policy Association Modification ###

SMF 执行一个 SM Policy Association 建立流程，定义在 章节 4.16.4

# 8. UPF selection #

>     SMF 执行选择或者重选 UPF，依靠 UPF 的部署场景，比如集中式部署，分布式部署 UPF 靠近进入网站点。
> 
>     对于归属漫游的场景，UPF 在归属地 PLMN  由 SMF 在 HPLMN 选择，SMF 在 VPLMN 选择 VPLMN 的 UPF。 用于选择机制的确切参数集是特定于部署的，并由操作员配置控制
> 
>     UPF 的选择涉及：
> 
>  *     SMF 提供可用的 UPF
>  *     为特定的 PDU 会话选择 UPF

###    8.1 SMF 提供可用的 UPF ###

SMF 可本地配置可用的 UPF 信息，例如 OA 管理系统，UPF 实例化或者移除

UPF 选择可以利用 NRF 服务发现 UPF 实例，SMF 向 NRF 发起的请求包括的参数：

*     DNN  
 *     S-NSSAI
 *     SMF Area Identify

###   8.2 为特定 PDU 会话选择一个 UPF ###

如果由一个已经存在的 PDU 会话，SMF 接收另一个 PDU 会话请求到相同的 DNN 和 S-NSSAI，以及 UE 订阅数据其指示支持和 EPS 互通，应该选择相同的 UPF；否则，如果 UE 订阅数据其没有指示支持与 EPS 互通，应该选择不同的 UPF

对一相同的 DNN 和 S-NSSAI，如果在 5GC 选择不同的 UPF，如果 UE 移到 EPC 网路，旧没有需要来执行 APN-AMBR

对于 UPF 选择或者重选，下列参数 SMF 可以参照：

>  *    UPF 的动态负载
>  *    UPF 相关静态能力在 UPF 支持的相同 DNN
>  *    在 SMF 中 UPF 位置可用性
>  *    UE 位置信息
>  *    UPF 的能力以及特定 UE 会话的功能需求
>  *    DNN Data Network Name
>  *    PDU 会话类型
>  *    SSC 模式的选择
>  *    在 UDM 的 UE 订阅资料
>  *    包含在 PCC 规则的 DNAI
>  *    本地操作策略
>  *    S-NSSAI
>  *    UE 使用的接入技术
>  *    用户平面拓扑的相关信息和用户平面终端
>  *    UPF 用户平面相关接口，可以被 SMF 使用 N4 获取
>  *    服务 UE 的 AN 用户平面终端的 N3
>  *    UPF 用户平面终端的 N9
>  *    用户平面终端响应的 DNAI

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>     如果请求类型是 "Initial request"，*SMF 为 PDU 会话选择一个 SSC 模式详情参看 TS 23.501 章节 5.6.9.3*
> 
>     ***SMF 选择一个或者多个 UPF***，详情在 TS 23.501 章节 6.3.3

# 9. SMF initiated SM Policy Association Modification #

SMF 可执行一个 SMF 发起的 SM Policy Association 修改流程，其定义在章节 4.16.5.1

如果请求类型是 "initial request"，SMF 发起一个 N4 会话建立流程，否则发起一个 N4 会话修改流程

### 10a. N4 Session Establishment/Modification Request ###

>     SMF 发送一个 N4 会话建立/修改请求到 UPF，以及在安装的 UPF 为这个 PDU 会话提供包检测，强制执行和报告规则。
> 
>     如果 SMF 被配置请求 IP 地址分配从 UPF，详情参见 TS 23.501 章节 5.8.2，然后 SMF 指示 UPF 执行 IP 地址/前缀分配。
> 
>     如果对于这个 PDU 会话选择性的停用，SMF 决定不活动的计时器，并提供给 UPF
> 
>     如果对于 PDU 会话的一个或者多个 Qos Flows，SMF 决定执行冗余传输详情在 TS 23.501 章节 5.33.1.2
> 
>     如果 SMF 决定在 PSF UPF 和 NG-RAN 插入两个 I-UPF，冗余传输其详情 TS 23.501 章节 5.33.1.2

### 10b. N4 Session Establishment/Modification Response ###

UPF 确认发送一个 N4 会话建立修改响应。

# 11. Namf\_Communication\_N1N2MessageTransfer  SMF->AMF #

SMF 发送 Namf\_Communication\_N1N2MessageTransfer 到 AMF 包括，PDU Session ID，N2 SM information，N1 SM container

**  N2 SM information 包括：**

> PDU Session ID,
> 
> QFI(s),
> 
> QoS Profile(s),
> 
> CN Tunnel Info, 
> 
> S-NSSAI from the Allowed NSSAI,
> 
> Session-AMBR,
> 
> PDU Session Type,
> 
> User Plane Security Enforcement information,
> 
> UE Integrity Protection Maximum Data Rate,
> 
> RSN

**   N1 SM container 包括：**

>     PDU Session Establishment Accept 
> 
> \[QoS Rule(s) and QoS Flow level QoS parameters if needed for the QoS Flow(s) associated with the QoS rule(s)\],
> 
> selected SSC mode,
> 
> S-NSSAI(s),
> 
> UE Requested DNN,
> 
> allocated IPv4 address,
> 
> interface identifier,
> 
> Session-AMBR,
> 
> selected PDU Session Type,
> 
> \[Reflective QoS Timer\] (if available),
> 
> \[P-CSCF address(es)\],
> 
> \[Control Plane Only indicator\],
> 
> \[Header Compression Configuration\],
> 
> \[Always-on PDU Session Granted\],
> 
> \[Small Data Rate Control parameters\],
> 
> \[Small Data Rate Control Status\],
> 
> \[Serving PLMN Rate Control\]))

# 12. N2 PDU Session Request（NAS msg） AMF->(R)RAN #

N2 PDU 会话请求，N2 SM 信息，NAS 消息：

> PDU Session ID,
> 
> N1 SM container (PDU Session Establishment Accept)
> 
> \[CN assisted RAN parameters tuning\]

# 13.  AN-Specific resource setup（R）AN->UE #

>     (R)AN 也为 PDU 会话分配隧道信息，在双重连接的场景，主 RAN 节点可能分配一些 QFI 来建立一个主 RAN 节点，其他作为副 RAN 节点
> 
>     如果 (R)AN 接收两个 CN 隧道信息为的是冗余传输，(R)AN 也响应的分配两个隧道信息，向 SMF 指明了其中一个 AN 隧道用来作为冗余的隧道，其详情在 TS 23.501 章节 5.33.2.2
> 
>     (R)AN 转发 NAS 消息，包括：
> 
>             PDU Session ID,
> 
>             N1 SM container (PDU Session Establishment Accept)

# 14. N2 PDU Session Response (R)AN->AMF #

N2 PDU 会话响应包括：

> PDU Session ID,
> 
> Cause,
> 
> N2 SM information (PDU Session ID, AN Tunnel Info, List of accepted/rejected QFI(s), User Plane Enforcement Policy Notification)

# 15. Nsmf\_PDUSession\_UpdateSMContext Request  AMF->SMF #

Nsmf\_PDUSession\_UpdateSMContext 请求包括：

>  *  SM Context ID,
>  *  N2 SM information,
>  *  Request Type

AMF 从 (R)AN 解说 N2 会话管理信息并转发给 SMF

### 16a. N4 Session Modification Request  SMF->UPF ###

>     SMF 向 UPF 发起一个 N4 会话修改流程，SMF 提供 AN 隧道信息也包括响应的转发规则。
> 
>     如果对于一个或者多个 PDU 的 Qos Flow， SMF 决定执行冗余传输，在下行方向 SMF 依靠转发规则指示 UPF 执行包复制
> 
>     在为一个或者多个 Qos Flow，使用两个 I-UPF 的冗余传输场景，SMF 给两个 I-UPF 提供 AN 隧道信息，也指示了 UPF（PSA）在下行方向依靠转发规则执行包复制，SMF 也提供了 UL 隧道 UPF（PSA）到两个 I-UPF，以及从两个 I-UPF 到 UPF（PSA）的下行隧道

### 16b. N4 Session Modification Response  UPF->SMF ###

UPF 传输任何下行包到 UE，UPF 参考点 N3

### 16c. Registration ###

如果请求类型在步骤3指明了既不是 "Emergency Request" 也不是 "Existing Emergency PDU Session"，如果 SMF 还没有为这个 PDU 会话注册，SMF 会为给丁的 PDU 会话使用 ***Nudm\_UECM\_Registration***向 UDM 注册，包括信息：

> SUPI,
> 
> DNN,
> 
> S-NSSAI,
> 
> PDU Session ID,
> 
> SMF Identity,
> 
> Serving PLMN ID,
> 
> \[NID\]

UDM 进一步存储信息在 UDR，调用 ***Nudr\_DM\_Update***，信息包括：

> SUPI,
> 
> Subscription Data,
> 
> UE context in SMF data

对于没有认证的 UE 或者一个漫游的 UE，SMF 不会在 UDM 注册

# 17. Nsmf\_PDUSession\_UpdateSMContext Response SMF->AMF #

SMF 从 AMF 订阅 UE 移动性事件通知（例如位置报告，UE 移动到或者移出区域）

# 18. \[Conditional\] Nsmf\_PDUSession\_SMContextStatusNotify (Release)  SMF to AMF #

如果 PDU 会话建立没有成功，SMF 通知 AMF 调用 Nsmf\_PDUSession\_SMContextStatusNotify 进行释放，SMF 也释放创建的 N4 会话，分配的 PDU 会话地址，与 PCF 释放关联

# 19. IPv6 Address Configuration  SMF->UE #

在 PDU 会话类型是 IPv4 或者 IPv4v6 的场景，SMF 生成一个 IPv6 路由并发送给 UE，

# 20. SMF 发起 SM Policy Association Modification #

如果 UE 指明了支持 “transferring Port Management Information Containers”，SMF 通知 PCF 一个管理的以太网端口被探测到，

# 21. UnSubscription #

如果在步骤 4 后 PDU 会话建立失败，SMF 执行以下：

>  *  SMF 取消订阅修改会话管理订阅数据，包括：SUPI, DNN, S-NSSAI of the HPLMN
>  *  使用 Nudm\_SDM\_Unsubscribe，包括信息：SUPI, Session Management Subscription data, DNN, S-NSSAI of the HPLMN
>  *  如果 SMF 不再为 UE 处理 PDU 会话

### 名词解释 ###

**    LBO**：Local breakout 本地中断。PDU 会话的漫游场景，其中 PDU 会话锚点及其控制 SMF 位于服务 PLMN（VPLMN）中。

SUCI：用户隐藏标识符

SUPI：用户永久标识符

PEI：永久设备标识符

GPSI：通用公共用户标识符

CloT：蜂窝物联网

MICO：仅限移动发起的连接

**ARP：**分配和保留优先权

### 会话建立流程总结： ###

>    UE 可同时建立多个 PDU Session 接入一个或者多个数据网络
> 
>    支持同一个 PDU Session 通过不同接入方式访问同一个数据网路
> 
>    建立 PDU Session，外部数据网络可以对 PDU Session 鉴权/授权
> 
>    会话模式支持多宿主（multi-home）或者伤心分类（UL-CL）
> 
>    会话和业务连续性模式（SSC mode）

**    PDU Session 建立流程：**

> UE 发起 PDU Session，携带切片信息，DNN信息，PDU Session ID 等
> 
> AMF 选择 SMF，发送会话建立信息
> 
> SMF 到 UDM 获取用户签约会话信息
> 
> SMF 选择 UPF，对 PDU Session 进行授权和认证
> 
> 认证成功，SMF 选择 PCF，获取策略
> 
> SMF 选择 SSC 模式，分配 IP 地址
> 
> SMF 向 PCF 更新用户会话策略信息
> 
> SMF 将会话和策略信息下发到 UPF
> 
> SMF 发送会话建立接收给 AMF
> 
> AMF 通知基站建立无线承载
> 
> 无线分配承载，并通知 SMF 隧道信息，SMF 通知 UPF 下行隧道信息

**    UE 发起携带数据： TS 23.501  5.6.1**

> PDU Session ID
> 
> 请求 PDU 类型
> 
> SSC mode
> 
> 5G SM 能力
> 
> SM PDU DN 集和
> 
> 请求类型： Initial request / Existing PDU Session / Emergency request
> 
> S-NSSAI
> 
> old PDU Session ID

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