5G SA专线就近接入实现方案研究

平军磊，贺晓博，刘凡栋，刘 扬（中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007）

1 概述

随着国内5G网络的商用及终端模组的不断成熟，以智能汽车、个人穿戴为代表的业务迅速增长，未来5G 终端用户将是这些行业客户的核心用户群体。为了保障服务质量、提升网络安全并对终端进行线上管理，行业客户普遍选择专线的形式接入运营商的移动网络。另一方面，随着云计算技术的发展及国内大型数据中心的建设，越来越多的企业客户选择了云服务。从业务均衡和业务安全性角度考虑，服务提供者更倾向于将应用分散部署在不同的数据中心，而运营商的5G 核心网通常按大区或省部署，UPF部署位置与行业客户的应用节点不完全一致。从成本角度考虑，企业不可能与运营商所有的UPF 建立专线链路，只能与最近的省分UPF 开设专线，该场景下如何实现用户就近选择UPF 接入企业云端应用，成为运营商亟待解决的问题。

1.1 业务需求分析

以B汽车公司为例，其企业应用部署在甘肃、上海数据中心，拟通过L运营商开设移动专线业务，为全国汽车用户提供5G 车联网服务。如图1 所示，L 运营商5G 核心网控制面分8个大区部署，UPF 分省设置。客户在甘肃及上海的应用分别与L 运营商甘肃UPF、上海UPF 开设专线，要求全国范围内车辆按照所在地理位置分东西两大区域就近接入固定省份的UPF，进而通过预先配置的专线访问云端应用。例如车辆在内蒙需通过甘肃UPF 与客户开设的专线访问云端应用，车辆漫游至海南省时自动通过上海UPF 与客户开设的专线访问云端应用。

图1 车联网专线业务就近接入示意图

该需求场景中用户本身及用户所在位置都是随机的，专线就近接入无法基于用户签约（如不同用户签约不同DNN）实现。

1.2 5G普通专线业务实现方案

移动网络专线业务通常基于客户专用APN/DNN实现业务路由，以5G专线为例，实现方案如图2所示。

图2 5G普通专线业务示意图

a）签约配置：给专线用户签约专用DNN，并根据客户应用位置就近选择核心网出口UPF，在SMF 和UPF网元上配置相应的DNN参数及隧道参数（按需）。

b）注册：终端开机接入5G 网络，发起注册请求，AMF 根据终端签约及请求参数完成鉴权认证流程，给终端返回注册成功消息。

c）PDU Session 建立：终端发起会话建立请求，AMF根据请求消息中的S-NSSAI、DNN、TAC参数查询NRF，获取可提供相应服务的SMF网元信息（SMF已自动向NRF 完成服务信息注册），AMF 携带上述参数请求SMF 建立会话，SMF 根据请求信息及预先配置数据指示UPF完成会话建立。

d）终端通过建立好的PDU Session，经NR、UPF 及专线与客户应用之间传输业务数据。

2 5G SA 专线就近接入实现方案

相较于EPC，5GC 最核心的变化就是采用了SBA架构，网元之间的交互都是基于服务注册、服务发现、服务订阅的模式，服务化架构极大降低了组网复杂度，用于服务注册和服务查询的NRF 网元就显得至关重要，但SA 初期NRF 能力不够灵活，不能满足专线就近接入的业务需求。

5G 专线业务最核心的3 个服务参数就是TAC、SNSSAI、DNN，其中TAC 标识用户漫游接入位置信息，S-NSSAI 代表用户端到端SLA 能力需求，DNN 用于选择用户业务出口网关。

本文对5G网络架构、信令流程及标准规范进行了分析，提出了以下3个专线就近接入实现方案。

a）服务模拟注册方案：建设1 个虚拟VNF 节点，模拟SMF向不同的NRF进行不同的服务能力注册。

b）合理规划ServingScope参数，实现就近接入。

c）部署智能解析NRF，根据用户接入TAC 选择SMF/UPF，实现就近接入。

2.1 服务模拟注册方案

以L 运营商为代表，大型网络通常采用二级NRF的组网方式，以降低互联链路复杂度。二级NRF 负责本大区NF 注册管理、服务发现，一级NRF 负责跨大区信令路由。为实现专线就近接入运营商需在全国集中部署虚拟NF，仅负责模拟SMF向各大区的二级NRF进行服务注册。具体方案如图3所示。

a）部署SMF模拟网元，与八大区二级NRF互联。

图3 服务模拟注册方案示意图

b）为客户规划专用DNN 参数BQCZX，并为客户终端签约BQCZX、切片S1。

c）甘肃UPF1-2、上海UPF1-2 分别与客户甘肃云端平台、上海云端平台配置专线数据，SMF 及UPF 配置专用DNN 参数BQCZX，全国AMF、SMF、UPF网元配置切片参数S1。

d）各NF正常向本大区二级NRF进行服务注册。

e）服务模拟注册（模拟SMF 网元）：新建虚拟NF模拟GS-SMF1 向北京、四川、河南三大区二级NRF 进行服务注册，注册参数BQCZX、S1，并模拟SH-SMF1向山东、江苏、广东三大区二级NRF 进行服务注册，注册参数BQCZX、S1。

f）UE 在陕西大区下辖省接入5G 网络，AMF 携带参数BQCZX、S1、TAC_甘肃发起服务查询请求，陕西二级NRF 返回GS-SMF1，进而为终端建立PDU Sers⁃sion，UE 通过GSUPF1-2 与B 公司甘肃数据中心应用通信。

g）UE在北京、四川、河南大区任意下辖省接入5G网络，相应大区AMF 携带参数BQCZX、S1、TAC_XX 省发起服务查询请求，大区二级NRF 返回失败消息，AMF 携带BQCZX、S1再次进行A-SMF 服务发现查询，大区二级NRF 返回GS-SMF1 信息，AMF 再次携带S1、TAC_XX 省进行I-SMF 服务发现查询，进而为终端建立PDU Session，UE 通过GSUPF1-2 与B 公司甘肃数据中心应用通信。

h）UE 在上海大区接入5G 网络，AMF 携带参数BQCZX、S1、TAC_上海发起服务查询请求，上海二级NRF 返回SH-SMF1，进而为终端建立PDU Session，UE通过SHUPF1-2与B公司上海数据中心应用通信。

i）UE 在山东、江苏、广东大区任意下辖省接入5G网络，相应大区AMF 携带参数BQCZX、S1、TAC_YY 省发起服务查询请求，大区二级NRF 返回失败消息，AMF 携带BQCZX、S1再次进行A-SMF 服务发现查询，大区二级NRF 返回SH-SMF1信息，AMF 再次携带S1、TAC_YY 省进行I-SMF 服务发现查询，进而为终端建立PDU Session，UE 通过SHUPF1-2 与B 公司上海数据中心应用通信。

本方案中SMF 模拟网元可根据不同客户的业务需求，向不同大区的二级NRF 进行不同的模拟服务注册。

2.2 基于ServingScope的就近接入实现方案

3GPP R16 标准中定义了ServingScope 参数，标识NF的服务范围，该参数可以代表服务的地理位置范围如TAC，也可以表征其他维度的服务范围。

针对专线就近接入业务场景，运营商可按照省的颗粒度提前规划相应专线SMF 的服务范围，即Serv⁃ingScope 参数。同时，AMF 提前按照DNN 维度绑定ServingScope参数，具体实现方案如图4所示。

图4 ServingScope方案示意图

a）SMF 携带ServingScope 参数（指明该SMF 的服务范围）进行注册。如图4所示，GS-SMF1注册时携带的ServingScope 是A、M，SH-SMF1 注册时携带的Serv⁃ingScope是N、B。

b）AMF 携带ServingScope 参数发现SMF，NRF 将该参数也作为匹配条件之一，选择注册了该Serving⁃Scope值的SMF。

c）西部区域服务发现流程（图4 中虚线）：AMF 携带自身的ServingScope 值（A、M）查询NRF 发现SMF，其中AMF 在陕西大区下辖省发现流程为大区AMF→陕西大区二级NRF→GS-SMF1；AMF 在其他省份发现流程为北京、四川、河南大区下辖省AMF→大区二级NRF→全国一级NRF→GS-SMF1。

d）西部区域业务流程（图4 中实线）：陕西大区业务流程为大区AMF→GS-SMF1→GSUPF1-2；北京、四川、河南大区业务流程为本大区AMF→本大区SMF（I-SMF）→本大区UPF（I-UPF）→陕西大区GS-SMF1（A-SMF）→陕西大区GSUPF1-2（A-UPF）。

e）UE 在上海大区接入5G 网络，业务流程参考流程c）。

f）UE 在山东、江苏、广东大区任意下辖省接入5G网络，业务流程参考流程d）。

2.3 智能解析NRF方案

标准NRF 收到服务查询请求时，根据请求消息中的所有参数进行完全匹配式数据查询，自动返回所有匹配结果，无法智能优选。针对专线就近接入业务，运营商可以集中部署智能解析NRF，针对不同的DNN，智能解析NRF 按照AMF 源地址参数智能匹配SMF，具体如图5所示。

a）集中部署智能解析NRF，各NF 不向其进行服务注册，当开通专线业务时同步手工配置专线SMF 的服务信息，并按照DNN 维度与服务请求NF 的源地址进行关联，本案例中GS-SMF1 关联西部区域的所有AMF 源地址段，SH-SMF1 关联东部区域所有AMF 源地址段。

b）运营商为专线就近接入业务规划通用DNN 后缀，如BQCZX.JJJR、DQCZX.JJJR。

c）甘肃UPF1-2、上海UPF1-2 分别为客户甘肃云端平台、上海云端平台配置专线数据，SMF 及UPF 配置专用DNN参数BQCZX.JJJR，全国AMF、SMF、UPF网元配置切片参数S1。

图5 智能解析NRF方案示意图

d）UE 在陕西大区下辖省接入5G 网络，AMF 携带参数BQCZX.JJJR、S1、TAC_甘肃发起服务查询请求，陕西二级NRF 返回GS-SMF1，进而为终端建立PDU Session，UE 通过GSUPF1-2 与B 公司甘肃数据中心应用通信。

e）UE在北京、四川、河南大区任意下辖省接入5G网络，相应大区AMF 携带参数BQCZX.JJJR、S1、TAC_XX 省发起服务查询请求，大区二级NRF 返回失败消息，AMF 携带BQCZX.JJJR、S1 向大区NRF 进行A-SMF 服务发现查询（非标功能），大区NRF 向一级NRF 转发查询请求，一级NRF 将带有“.JJJR”DNN 后缀的请求统一转发给智能解析NRF，智能解析NRF 根据AMF 源地址返回GS-SMF1信息，AMF 再次携带S1、TAC_XX 省向大区二级NRF 发起I-SMF 服务发现查询，进而为终端建立PDU Session，UE 通过GSUPF1-2与B公司甘肃数据中心应用通信。

f）UE在上海大区接入5G网络，业务流程参考d）。

g）UE在山东、江苏、广东大区任意下辖省接入5G网络，业务流程参考e）。

2.4 方案对比

上述3 个方案均可实现5G 专线就近接入，下面分别从方案标准性、成熟度、改造工作量、投资等角度进行对比分析，具体如表1所示。

综合实施难度及改造工作量，本文建议优先采用服务模拟注册方案。

表1 5G专线就近接入实现方案对比

3 5G用户4G接入场景下就近接入实现方案

SA 初期5G 网络覆盖不完善，需考虑5G 用户4G接入场景下的专线就近进入实现方案，EPC 网络SGW、PGW 的选择基于DNS 解析实现，针对PGW 的选择可以参照智能NRF 的方案，集中部署智能解析DNS，针对特定DNN 后缀的N-S-A 查询，统一转发给智能解析DNS，智能解析DNS 根据源地址智能匹配PGW记录，具体方案如图6所示。

a）集中部署智能解析DNS，根据源地址解析分流。

b）运营商为专线就近接入业务规划通用DNN 后缀，如BQCZX.JJJR、DQCZX.JJJR。

图6 5G专线用户4G接入场景下就近接入实现方案示意图

c）智能解析DNS利用源地址智能解析功能，将不同区域业务解析到最近的PGW。

d）UE漫游至西部区域各省接入4G网络，MME携带BQCZX.JJJR 查询本省DNS 获取PGW 信息，本省DNS无解析记录转发至根DNS，根DNS将.JJJR 后缀的查询统一转发给智能解析DNS，智能解析DNS 根据MME 源地址返回GSPGW1 解析记录，MME 基于TAC查询DNS选择本地SGW 建立会话，用户数据流程为本地SGW→GSPGW1→甘肃数据中心B公司应用。

e）UE 在东部区域各省接入5G 网络，业务流程参考d）。

4 结束语

本文通过深入研究分析5G网络架构及业务流程，给出了5G 专线就近接入业务的3 种实现方案，并进行了对比分析，为运营商的网络建设和新功能引入提供了有效参考。同时，本文对5G 用户4G 接入场景下的业务实现方案也进行了阐述，为SA初期的业务一致性体验提供了技术保障。另一方面，5G时代定制化政企需求日益凸显，本文提出的服务模拟注册、Serving⁃Scope 及智能NRF 解析方法对5GC 其他场景下的服务注册和发现机制具有重要借鉴意义，有助于打造更灵活的网络能力。