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深度解析 3GPP TR 21.917：9.3 ATSSS (让5G与Wi-Fi“无缝合体”)

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深度解析 3GPP TR 21.917：9.3 ATSSS (让5G与Wi-Fi“无缝合体”)

本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.917 V17.0.1 (2023-01) Release 17规范中，关于“9.3 Access Traffic Steering, Switch and Splitting support in the 5G system architecture; Phase 2 (ATSSS Phase 2)”的核心章节。本章是5G网络融合战略的关键一步，旨在为读者揭示Rel-17如何通过一系列精妙的增强，将5G和Wi-Fi从两个独立的网络，真正“合体”为一个统一、智能、无缝的连接体验。

1. 市长的“移动办公室”：一场对无缝连接的终极考验

“滨海智慧新区”总设计师林工，今天迎来了一项特殊的保障任务。王市长将乘坐新区的“未来一号”智能驾驶贵宾车，从市中心前往港口，途中需要与海外的投资方进行一场至关重要的视频会议。

“林工，这次会议的每一秒钟都不能中断，画面和声音必须绝对流畅。”市长的秘书长向林工下达了“死命令”。

林工的团队立刻行动起来，但他们很快发现，这条路线是保障“无缝连接”的“地狱模式”：

  • CBD商务区：5G毫米波覆盖，信号极佳，但车辆穿梭于高楼之间，信号可能会有瞬时抖动。

  • 历史文化街区：建筑密集，5G信号有部分遮挡，但新区部署的市政Wi-Fi 6网络覆盖完美。

  • 沿海高速公路：路段开阔，但部分区域的5G覆盖尚未完全优化，存在一些弱信号点。更复杂的是，这条高速公路的蜂窝网络，仍由部分遗留的4G EPC核心网在提供服务。

“我们需要的不只是5G，也不只是Wi-Fi。”林工的得力干将，网络优化专家小刘说，“我们需要的是一张融合的网络。当5G强时用5G，当Wi-Fi优时用Wi-Fi，当两者都可用时，甚至可以‘双管齐下’，而王市长的视频会议，必须对这一切切换和调度‘毫无察觉’。”

这个看似不可能完成的任务，正是ATSSS（Access Traffic Steering, Switching and Splitting，接入流量导向、切换和分流） 所要实现的终极目标。Rel-16引入了ATSSS的基础框架，而Rel-17的“ATSSS Phase 2”，则是将这个框架从“可用”推向了“好用”和“智能”的全新高度。现在，让我们登上“未来一号”，看看小刘是如何运用Rel-17的“黑科技”，保障这场“无缝会议”的。

2. ATSSS的基石：多接入PDU会话 (MA PDU Session)

在车辆出发前，小刘首先向团队科普了ATSSS的核心基础——MA PDU Session（Multi-Access PDU Session）。

The Access Traffic Steering, Switching and Splitting (ATSS) feature in 5G networks enables the establishment of a Multi Access (MA) PDU Session, which supports multipath data communication between the UE and UPF, by simultaneously exchanging data over a 3GPP access network (e.g., NG-RAN) and over a non-3GPP access network (e.g., WLAN).

【深度解读】

这段话是理解ATSSS的“总纲”。MA PDU会话，从根本上改变了UE的联网方式。

  • 传统PDU会话：你的手机在某一时刻，要么通过5G上网，要么通过Wi-Fi上网，两者是“非此即彼”的关系。当你从5G切换到Wi-Fi时，IP地址会改变，所有正在进行的连接（如下载、视频通话）都会中断重连。

  • MA PDU会话：UE（如“未来一号”的CPE）可以同时与5G网络和Wi-Fi网络建立连接，并且，这两条连接在5G核心网的UPF侧被“汇合”到同一个PDU会话中。

    • 结果：UE拥有一个稳定不变的IP地址。无论数据包是从5G链路发出，还是从Wi-Fi链路发出，对于上层应用（如视频会议软件）来说，都是完全透明的。

“简单来说，”小刘打了个比方，“MA PDU会话，就像是为王市长的会议同时铺设了‘5G’和‘Wi-Fi’两条高速公路，但它们通往的是同一个目的地，并且对外只有一个统一的‘地址’。我们的任务，就是当好‘智能交通调度员’。”

Rel-16已经定义了三种基本的“调度规则”：

  1. 主动-备用 (Active-Standby)：主要用5G，Wi-Fi作为备份，5G断了Wi-Fi立刻顶上。

  2. 负载均衡 (Load-Balancing)：将一条业务流（如视频）的数据包，按一定比例（如50/50）同时从两条路发出，提升总带宽。

  3. 最小化时延 (Lowest Latency)：哪条路当时的时延最低，数据包就从哪条路走。

然而，Rel-16的这些规则还比较“粗糙”。这正是Rel-17 ATSSS Phase 2需要“精装修”的地方。

3. 从“粗糙”到“精细”：Rel-17的转向模式增强

车辆驶入了高楼林立的CBD商务区，5G毫米波信号偶尔会因建筑遮挡而抖动。小刘的监控屏幕上，ATSSS系统开始展现它的“Phase 2”新能力。

3.1 为“视频通话”量身定制的“探路针”：PMF per QoS flow

PMF measurements per QoS flow: To decide how to steer the traffic of a data flow, access network performance measurements may need to be taken, to estimate the RTT and/or the Packet Loss Rate… The access network performance measurements… were enhanced to support RTT measurements and Packet Loss Rate (PLR) measurements over a certain QoS flow (aka access performance measurements per QoS flow).

【深度解读】

PMF（Performance Measurement Function）是ATSSS的“探路针”，它通过在数据流中插入特殊的探测包，来测量5G和Wi-Fi两条链路的实时性能（如RTT、丢包率）。

  • Rel-16的“粗糙”：PMF测量只能在默认QoS Flow上进行。这意味着，无论王市长的视频会议（高优先级GBR流）还是后台的新闻App（低优先级非GBR流），网络都只能通过测量那条“大路货”的默认链路质量，来为所有业务做决策。这显然不够精确。

  • Rel-17的“精细”：ATSSS Phase 2实现了per-QoS flow的PMF。网络可以针对王市长的视频会议这条特定的QoS Flow，单独发起PMF测量。

    • 效果：小刘的系统现在能够精确地知道，对于“视频会议”这个业务来说，当前时刻5G链路的RTT是20ms，Wi-Fi链路是35ms。这个决策依据，变得前所未有的精准。

3.2 从“固定配给”到“智能分流”：自治负载均衡

车辆进入历史文化街区，这里的市政Wi-Fi信号非常强，而5G信号则时好时坏。系统决定启用负载均衡模式，将视频流同时在5G和Wi-Fi上传输。

Load-Balancing without pre-defined split percentages: …In Rel-16, the network always provides split percentages… In Rel-17, however, the network may provide an “autonomous load-balance indicator” in which case the UE and the UPF can freely and independently select their own percentages for each access type.

【深度解读】

  • Rel-16的“固定配给”：网络会下发一个固定的分流比例，例如“上行流量70%走5G，30%走Wi-Fi”。这个比例是静态的，无法适应链路质量的动态变化。

  • Rel-17的“智能分流”：网络可以只下发一个“允许自治负载均衡”的指示。之后，UE和UPF就可以根据自己实时测量的链路质量，动态地、独立地调整分流比例。

    • 效果：“未来一号”的CPE检测到Wi-Fi信号质量极好，而5G信号正在衰落，它就自主地将上行分流比例从70/30调整为20/80，将更多的数据包导向Wi-Fi链路。而远端核心网的UPF，也在做着同样智能的下行调整。整个过程无需核心网的频繁干预，响应更迅速，效率更高。

3.3 终端的“话语权”：UE辅助信息

Load-Balancing with the UE-assistance indication: …the network may also provide a “UE-assistance indication” which indicates that (a) the UE may decide how to distribute the UL traffic… based on the UE’s internal state (e.g., based on UE’s battery level)…

【深度解读】

这是Rel-17赋予终端的“话语权”。网络在下发转向策略时，可以附带一个“允许UE辅助”的指示。

  • 效果：“未来一号”的车载CPE检测到备用电池电量较低。尽管此时5G信号质量很好，但CPE知道5G模组的功耗远高于Wi-Fi。于是，它自主决定，违背“质量最优”原则，将大部分上行流量都转向功耗更低的Wi-Fi链路，以优先保证续航。并且，它还会将这个决定通知给UPF，以便UPF协同调整下行策略。

3.4 精细化的“游戏规则”：门限值 (Threshold values)

Threshold values: A steering mode can be linked with a threshold condition, which specifies how the steering mode should be applied according to this condition. For example, if the threshold condition “RTT < 100ms” is applied…

【深度解读】

这为转向策略增加了更精细的“开关”。网络可以下发这样的规则：“只有当Wi-Fi链路的RTT低于50毫秒 并且 丢包率低于0.1%时，才启用负载均衡模式。” 这确保了只有在两条链路都“足够好”的情况下，才会进行流量分片，避免了因某条链路质量突然恶化而导致的整体体验下降。

4. 跨越时代的“握手”：支持EPC+5GC混合组网

车辆终于驶上了沿海高速。这里的蜂窝覆盖，由老旧的4G EPC网络提供。而路边部署的市政Wi-Fi，其认证和流量出口，则已经接入了最新的5GC核心网。王市长的会议仍在继续。

Supporting an MA PDU Session with a 3GPP access leg over EPC:

…instead of using a 3GPP access connected to 5GC, a 3GPP access (e.g., E-UTRAN) connected to EPC may be used by the MA PDU Session. This enables a scenario where a MA PDU Session can simultaneously send traffic over a 3GPP access connected to EPC and over a non-3GPP access connected to 5GC.

【深度解读】

这是ATSSS Phase 2实现的另一个重大突破：支持跨代核心网的MA PDU会话。

  • 场景：“未来一号”的CPE，此刻正处于一种奇妙的“混合”状态：

    • 它的3GPP接入，通过LTE基站，连接到了4G EPC的核心网元（PGW-C）。

    • 它的non-3GPP接入，通过路边的Wi-Fi AP，连接到了5GC的核心网元（SMF/UPF）。

  • 如何实现？ 这需要UE、SMF和PGW-C之间的紧密协同。UE在5GC侧发起MA PDU会话建立时，会向SMF表明自己有能力支持这种“混合组网”。SMF在与UE协商ATSSS策略后，会通过PCF等网元，将这些策略传递给EPC侧的PGW-C。最终，UE在两条链路上，遵循着一套统一的、由5GC主导的流量调度规则。

  • 价值何在？ 这极大地保护了运营商的投资，并提供了平滑的演进路径。运营商可以在不着急全面淘汰4G EPC的情况下，依然能为用户提供先进的ATSSS融合体验。这对于5G建设初期，覆盖尚不完善的阶段，具有巨大的现实意义。

小刘看着监控屏幕上，一条链路指向EPC，一条链路指向5GC，但王市长的视频会议IP地址始终如一，画面稳定如初。他知道，ATSSS Phase 2最难的一关，也顺利通过了。

5. 总结：ATSSS，从“两条路”到“一座智能立交桥”

随着“未来一号”平稳抵达港口，王市长的跨国会议圆满结束。他对整个过程中的无缝通信体验大加赞赏。林工和小刘相视一笑，他们知道，是ATSSS Phase 2这位“智能交通调度员”，完美地完成了任务。

TR 21.917的9.3章节，向我们展示了5G网络融合的智慧。Rel-17的ATSSS Phase 2，不再是简单地在5G和Wi-Fi之间“修了两条路”，而是建造了一座功能强大的“智能立交桥”：

  • 它有更准的“路况探测器” (PMF per QoS Flow)，能够为不同类型的车辆（业务）提供专属的路径评估。

  • 它有更聪明的“分流算法” (Autonomous Load-Balancing)，能够根据实时路况，动态调整匝道的车流量。

  • 它能听取“司机”的建议 (UE Assistance)，将车辆自身的状态（如油耗）也纳入调度决策。

  • 它还兼容“国道”与“高速” (EPC+5GC Interworking)，实现了新老路网的无缝衔接。

ATSSS Phase 2，是5G“融合网络”理念的集中体现。它最大限度地利用了现有的异构网络资源，为用户提供了“1+1>2”的连接体验，同时也为运营商的网络演进和投资回报，提供了最大的灵活性。

FAQ

Q1：ATSSS和我们手机上的“WLAN+”或“智能网络切换”功能有什么本质区别？

A1：本质区别在于会话的连续性。手机上的“WLAN+”通常是在检测到Wi-Fi质量差时，断开Wi-Fi连接，切换到移动数据，反之亦然。这个过程会导致IP地址改变，应用连接中断。而ATSSS的核心是建立一个MA PDU会话，它同时维持着3GPP和non-3GPP两条链路的连接，拥有一个稳定的IP地址。它可以在两条链路之间无缝地切换、分流、聚合流量，而上层应用的连接完全不中断。

Q2：什么是MA PDU会话？

A2：MA PDU会话（Multi-Access PDU Session）是一种特殊的PDU会话，它允许一个UE同时通过多个不同的接入网络（如5G和Wi-Fi）连接到5G核心网的同一个UPF，并共享同一个IP地址。这使得网络可以在这些不同的接入链路之间，对该会话的流量进行智能的导向、切换和分流。

Q3：ATSSS中的流量导向，是由网络决定的，还是由终端决定的？

A3：主要由网络决定，但终端在Rel-17中获得了更大的“话语权”。网络（通过PCF/SMF）会根据业务类型和运营商策略，制定一个总体的ATSSS策略。但在具体执行时，Rel-17的“自治负载均衡”和“UE辅助信息”机制，允许终端（UE）可以根据自己实时的链路测量结果和自身状态（如电池电量），在网络允许的框架内，自主地、动态地调整上行流量的分配策略。

Q4：ATSSS只能用于5G和Wi-Fi的融合吗？

A4：不完全是。ATSSS的标准定义是“3GPP接入”和“非3GPP接入（non-3GPP access）”之间的协同。目前，最典型的应用就是5G/4G（3GPP接入）和Wi-Fi（non-3GPP接入）的融合。但从理论上讲，未来如果出现新的、可信的非3GPP接入技术（如卫星、有线宽带等），也有可能被纳入ATSSS的框架中。

Q5：为什么支持EPC+5GC混合组网的ATSSS功能很重要？

A5：这对运营商的网络平滑演进至关重要。全球5G的部署是一个渐进的过程，在很长一段时间内，4G EPC网络和5G SA网络将长期并存。如果ATSSS只能在“纯5G”环境下使用，将大大限制其应用范围。支持EPC+5GC混合组网，意味着即使用户的蜂窝连接还落在4G网络上，他依然可以享受到与5GC Wi-Fi接入协同的ATSSS服务。这保护了运营商的4G投资，并使得新业务的推出可以不完全依赖于5G的覆盖进度。

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