51学通信

深度解析 3GPP TS 38.413：9.2.1 PDU Session Management Messages (PDU会话管理消息)

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本文技术原理深度参考了3GPP TS 38.413 V18.5.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“9.2.1 PDU Session Management Messages”的核心章节，旨在为读者提供一个关于5G网络中如何为用户建立、维护和拆除“数据管道”的详细信令交互视图。

深度解析 3GPP TS 38.413：9.2.1 PDU Session Management Messages (PDU会话管理消息)

大家好，欢迎回到我们的3GPP规范深度解析系列！在上一篇文章中，我们掌握了解读NGAP消息定义表格的“语法规则”。从今天起，我们将正式进入NGAP协议的“词汇与句法”学习，逐一剖析每一个具体的信令消息。我们将从与用户上网体验最息息相关的流程——PDU会话管理开始。

什么是PDU会话？你可以将它想象成你的手机与互联网（或其他数据网络）之间的一条专属“数据管道”。你手机上的所有应用程序，无论是刷短视频、玩在线游戏还是收发邮件，其数据流都必须通过这条管道进行传输。没有PDU会话，手机就无法“上网”。

PDU Session Management Messages正是NGAP协议中，AMF（作为信令中转）与gNB之间，用来协商和管理这条“数据管道”的一整套指令集。它们负责管道的建立（Setup）、修改（Modify）和释放（Release），确保了数据能够在无线接入网和核心网之间顺畅、高效且有质量保证地传输。

为了生动地理解这些消息是如何工作的，让我们引入今天的主角——科技视频博主Alex。他的一天充满了对高质量数据连接的各种需求。我们将跟随Alex从早上醒来到晚上休息的全过程，来深入剖析本章定义的九个核心消息，看看网络是如何为他量身打造和维护数据管道的：

  • 早晨：Alex醒来，拿起手机查看新闻，网络为他建立了一个基础的互联网PDU会话。

  • 上午：Alex收到一个VoNR高清语音电话，网络需要修改他现有的PDU会话，为其增加一条专用的语音QoS流。

  • 下午：Alex在咖啡馆直播，网络出现拥塞，gNB无法保证直播所需的带宽，于是主动向核心网通知（Notify）这一情况。

  • 傍晚：gNB检测到无线环境改善，可以提供更好的服务，于是主动向核心网提议修改（Modify Indication）Alex的会话参数。

  • 深夜：Alex的手机长时间处于非活动状态，网络决定释放他的PDU会话以节约资源。

通过这些场景，我们将逐一拆解PDU SESSION RESOURCE SETUP/MODIFY/RELEASE等核心消息的结构和关键信息元素（IE），真正看懂5G网络是如何“搭建”和“管理”我们赖以生存的数据连接的。

1. 建立数据通道的“开工请求”：PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST

这是PDU会话生命周期的起点，由AMF发起，请求gNB为一条或多条新的PDU会话分配无线资源。

9.2.1.1 PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST

This message is sent by the AMF and is used to request the NG-RAN node to assign resources on Uu and NG-U for one or several PDU session resources.

场景引入：

Alex的手机经过一夜的飞行模式后，在早上7点被重新连接到网络。手机在完成初始注册后，立即向核心网请求建立一个默认的互联网连接。这个请求最终由SMF（会话管理功能）决策，并通过AMF向当前为Alex服务的gNB发送PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST消息。

这个消息就像是SMF（通过AMF）发给gNB的一份详细的“管道施工任务书”。

表格 9.2.1.1-1: PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST 消息内容

| IE/Group Name | Presence | Range | IE type and reference | Semantics description | Criticality | Assigned Criticality |

| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |

| Message Type | M | | 9.3.1.1 | | YES | reject |

| AMF UE NGAP ID | M | | 9.3.3.1 | | YES | reject |

| RAN UE NGAP ID | M | | 9.3.3.2 | | YES | reject |

| RAN Paging Priority | O | | 9.3.3.15 | | YES | ignore |

| NAS-PDU | O | | 9.3.3.4 | | YES | reject |

| PDU Session Resource Setup Request List | 1 | | | | YES | reject |

| >PDU Session Resource Setup Request Item | | 1.. | | | - | |

| >>PDU Session ID | M | | 9.3.1.50 | | - | |

| >>PDU Session NAS-PDU | O | | NAS-PDU 9.3.3.4 | | - | |

| >>S-NSSAI | M | | 9.3.1.24 | | - | |

| >>PDU Session Resource Setup Request Transfer | M | | OCTET STRING | Containing the PDU Session Resource Setup Request Transfer IE specified in subclause 9.3.4.1. | - | |

| … | | | | | | |

| UE Aggregate Maximum Bit Rate | O | | 9.3.1.58 | | YES | ignore |

| UE Slice Maximum Bit Rate List | O | | 9.3.1.231 | | YES | ignore |

核心IE深度解读：

  • AMF UE NGAP ID / RAN UE NGAP ID: 这对ID是UE在NG-C接口上的唯一身份标识，确保了消息能够准确地关联到Alex的手机。

  • PDU Session Resource Setup Request List: 这是一个列表，意味着AMF可以在一条消息中，同时请求为同一个UE建立多个不同的PDU会话。例如，同时建立一个互联网会话和一个连接到企业内网的会话。

  • PDU Session ID: 这是PDU会话的唯一标识符（0-255）。在Alex的手机上，这个互联网连接可能被分配了ID=5。

  • S-NSSAI (Single Network Slice Selection Assistance Information): 这是网络切片的标识。如果Alex使用的是运营商的“电竞加速”套餐，这里就会携带电竞切片的S-NSSAI，gNB会据此在专属的切片资源上为他分配无线承载。

  • PDU Session Resource Setup Request Transfer: 这是整个消息中最核心的载荷。它是一个透明容器，里面装着从SMF发来的、关于这个PDU会话所有详细要求的“真正”任务书。AMF不解析其内容，只是原封不动地转发给gNB。这个IE内部（定义在9.3.4.1节）包含了QoS流的参数（5QI、ARP、GFBR、MFBR等）、上行用户面隧道的端点地址（UPF的GTP-TEID）等关键信息。gNB将根据这些信息来配置DRB（数据无线承载）和QoS策略。

2. gNB的“施工回执”：PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE

在收到AMF的“施工任务书”后，gNB需要进行资源分配，并将结果反馈给AMF。

9.2.1.2 PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE

This message is sent by the NG-RAN node as a response to the request to assign resources on Uu and NG-U for one or several PDU session resources.

场景演绎：

gNB收到了为Alex建立互联网连接的请求。经过检查，gNB拥有足够的无线资源。它成功地为这个PDU会话配置了一个DRB，并为下行数据流分配了一个本地的GTP隧道端点ID（GTP-TEID）。现在，它需要将这些结果报告给AMF。

表格 9.2.1.2-1: PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE 消息内容

| IE/Group Name | Presence | Range | IE type and reference | Semantics description | Criticality | Assigned Criticality |

| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |

| … | | | | | | |

| PDU Session Resource Setup Response List | 0..1 | | | | YES | ignore |

| >PDU Session Resource Setup Response Item | | 1.. | | | - | |

| >>PDU Session ID | M | | 9.3.1.50 | | - | |

| >>PDU Session Resource Setup Response Transfer | M | | OCTET STRING | Containing the PDU Session Resource Setup Response Transfer IE specified in subclause 9.3.4.2. | - | |

| PDU Session Resource Failed to Setup List | 0..1 | | | | YES | ignore |

| >PDU Session Resource Failed to Setup Item | | 1.. | | | - | |

| >>PDU Session ID | M | | 9.3.1.50 | | - | |

| >>PDU Session Resource Setup Unsuccessful Transfer | M | | OCTET STRING | Containing the PDU Session Resource Setup Unsuccessful Transfer IE specified in subclause 9.3.4.16. | - | |

| … | | | | | | |

核心IE深度解读：

  • PDU Session Resource Setup Response List: 用于上报成功建立的PDU会话列表。

  • PDU Session Resource Failed to Setup List: 用于上报建立失败的PDU会话列表。

    • 混合结果：这两个列表的存在，意味着gNB可以在一个响应中报告混合结果。例如，AMF请求同时建立两个PDU会话，一个成功，一个因资源不足而失败。

  • PDU Session Resource Setup Response Transfer: 同样是一个透明容器，是gNB写给SMF的“回执”。其内部（定义在9.3.4.2节）包含了至关重要的信息：下行用户面隧道的端点地址（gNB的GTP-TEID）。UPF（用户面功能）在收到这个信息后，才知道应该将下行数据包发往哪个gNB的哪个隧道。

  • PDU Session Resource Setup Unsuccessful Transfer: 如果建立失败，gNB会通过这个透明容器，向SMF报告失败的详细原因（Cause）。

3. 数据管道的“升级改造”：PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST / RESPONSE

这是整个PDU会话管理中最灵活、最常用的流程，用于在不中断会话的前提下，动态调整其承载的业务。

9.2.1.5 PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST

This message is sent by the AMF and is used to request the NG-RAN node to enable modifications of already established PDU session resources for a given UE.

场景引入：

上午10点，Alex正在浏览网页（使用着ID=5的互联网PDU会话）。此时，他的朋友打来一个VoNR高清语音电话。为了保证通话质量，IMS系统要求为这次通话建立一个专用的、具有低时延和高可靠性保障的QoS流（例如，5QI=1）。

SMF不会为此再建立一个新的PDU会话，而是在现有的ID=5的PDU会话上，增加一条新的QoS流。于是，它通过AMF向gNB发送PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST。

这个消息的结构与SETUP REQUEST非常相似，核心同样是**PDU Session Resource Modify Request Transfer** IE。但这个透明容器内部的内容（定义在9.3.4.3节）更加丰富，它主要包含：

  • QoS Flow Add or Modify Request List: 要新增或修改的QoS流列表。在Alex的场景中，这里会包含那个5QI=1的语音流的详细参数。

  • QoS Flow to Release List: 要释放的QoS流列表。例如，通话结束后，SMF会再次发起Modify流程，将这个语音流从列表中移除。

gNB收到后，会尝试为新的QoS流分配或调整无线资源（DRB），并将结果通过PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE消息反馈给AMF和SMF。

4. 其他PDU会话管理流程

除了建立和修改，还有一系列流程负责管道的拆除和状态通知。

  • PDU SESSION RESOURCE RELEASE COMMAND / RESPONSE (释放指令/响应)

    • 目的：由AMF发起，用于彻底拆除一条PDU会话。

    • 场景：深夜，Alex的手机长时间无任何数据活动。为了节省网络资源，SMF决定释放他的互联网PDU会话。AMF向gNB发送RELEASE COMMAND，gNB释放所有相关资源后回复RELEASE RESPONSE。

  • PDU SESSION RESOURCE NOTIFY (资源通知)

    • 目的：由gNB主动发起，用于向AMF/SMF通知某个GBR（Guaranteed Bit Rate）QoS流的状态变化。

    • 场景：Alex正在进行4K直播，使用的是一个GBR QoS流。突然，由于大量用户涌入，gNB-Mall-01的无线资源变得拥塞，无法再保证之前承诺给Alex的比特率。

    8.2.4.1 General

    The purpose of the PDU Session Resource Notify procedure is to notify that the already established QoS flow(s) or PDU session(s) for a given UE are released or not fulfilled anymore or fulfilled again by the NG-RAN node…

    gNB会发送PDU SESSION RESOURCE NOTIFY，告知SMF：“我暂时无法满足这个QoS流的要求了（not fulfilled anymore）”。SMF收到后，可能会通知PCF，PCF再根据策略决定是降低直播的分辨率，还是尝试将会话切换到其他更空闲的小区。

  • PDU SESSION RESOURCE MODIFY INDICATION / CONFIRM (修改指示/确认)

    • 目的：这是一个由gNB主动发起的修改流程。gNB“提议”修改，AMF/SMF“确认”。

    • 场景：拥塞过后，gNB-Mall-01的资源恢复充裕。它检测到Alex的直播应用仍然有大量上行数据要发送。于是，gNB可以主动发送MODIFY INDICATION，向SMF提议：“我现在有能力为Alex的直播流提供更高的上行带宽，你是否同意？” SMF如果同意，则回复MODIFY CONFIRM，完成一次由RAN侧驱动的业务体验优化。

FAQ

Q1: PDU会话（PDU Session）和QoS流（QoS Flow）到底是什么关系？

A1:

你可以把PDU会话想象成一根大的、中空的“水管”，它连接了你的手机和数据网络。而QoS流则是流淌在这根大水管里的、不同种类的“水流”。

  • 一个PDU会话可以承载一个或多个QoS流。

  • 每个QoS流都有自己的**服务质量（QoS）**要求，通过5QI来标识。例如，网页浏览的水流（QoS流）对延迟不敏感，而VoNR语音通话的水流（QoS流）则要求极低延迟和极低丢包率。

  • 网络通过管理同一个PDU会话下的不同QoS流，来实现对不同业务的差异化服务保障。

Q2: 为什么PDU Session Resource ... Transfer这些IE要设计成“透明容器”？

A2:

这是5G核心网控制面功能分离的体现。在5GC中，AMF负责移动性和接入管理，而SMF负责会话管理。

  • PDU会话管理的真正决策者是SMF，因为它掌握着用户的签约数据、策略和计费信息。

  • AMF在PDU会话管理流程中，扮演的是一个纯粹的信令路由器或代理。它只负责将SMF的请求（封装在Transfer IE中）转发给正确的gNB，再将gNB的响应转发回正确的SMF。

这种“透明传输”的设计，使得AMF无需理解复杂的QoS参数和用户面隧道细节，从而可以更专注于自己的核心职责，使得整个系统架构更加清晰和解耦。

Q3: 一条消息可以同时建立、修改或释放多个PDU会话吗？

A3:

一条消息可以同时处理（建立、修改、释放）同一个UE的多个PDU会话。例如，PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST消息中的PDU Session Resource Setup Request List就是一个列表，AMF可以在这个列表中放入对多个PDU会话的建立请求。gNB也会在响应中对列表中的每一项分别给出成功或失败的结果。这提高了信令效率，避免了为每个PDU会话都单独发送一条NGAP消息。

Q4: gNB发起的PDU SESSION RESOURCE NOTIFY和PDU SESSION RESOURCE MODIFY INDICATION有什么区别？

A4:

主要区别在于主动性和决策权。

  • NOTIFY是被动的状态报告。gNB只是在客观地向SMF陈述一个事实：“我无法满足之前承诺的QoS了”或者“之前无法满足的QoS现在又可以满足了”。后续如何处理（是降级业务还是切换），决策权完全在核心网（SMF/PCF）。

  • MODIFY INDICATION是主动的优化建议。gNB不仅仅是报告状态，它还在向SMF提出一个具体的“修改方案”，例如“我建议将这个QoS流的隧道切换到这条新的路径上”。SMF拥有最终的决定权，可以通过MODIFY CONFIRM来批准或拒绝这个建议。这个流程赋予了RAN侧更大的智能性和主动性。

Q5: 如果AMF请求建立一个PDU会话，但gNB没有足够的无线资源，会发生什么？

A5:

gNB会拒绝这个请求。它会在PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE消息中，使用PDU Session Resource Failed to Setup List来上报这个失败的会话。在对应的PDU Session Resource Setup Unsuccessful Transfer IE中，它会包含一个详细的Cause值，例如“Radio resources not available”（无线资源不可用）。

SMF收到这个失败的响应后，它可能会：1) 等待一段时间后重试；2) 通知PCF，可能触发策略调整；3) 如果这是UE的初始接入，可能会导致整个接入失败，UE会收到核心网下发的拒绝消息。

关系图谱