51学通信

深度解析 3GPP TS 23.501：5.15 Network Slicing (Part 2 - 选择、注册与会话建立)

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本文技术原理深度参考了3GPP TS 23.501 V18.9.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“5.15 Network Slicing”的核心章节，旨在为读者提供一个5G网络切片从“蓝图”到“现实”的完整生命周期视图。本文是解读“5.15 Network Slicing”系列的第二部分，聚焦于切片业务的动态实现过程：选择、注册与会话建立。

深度解析 3GPP TS 23.501：5.15 Network Slicing (Part 2 - 选择、注册与会话建立)

欢迎回到“解构5G核心网”系列。在Part 1中，我们共同描绘了5G网络切片的宏伟蓝图，理解了什么是网络切片实例，并认识了切片的“身份证”——S-NSSAI，以及UE如何通过签约和配置来获得自己的“切片菜单”（Configured NSSAI）。

然而，一份精美的菜单和一张合法的通行证，与真正享受到一顿“私人订制”的大餐之间，还隔着一系列复杂而智能的服务流程。当一个UE拿着它的“切片请求”敲开5G网络的大门时，网络是如何为它精准地引导到专属的“VIP包厢”（即服务于特定切片的AMF）？又是如何在这个包厢里，为它铺设好通往“后厨”（数据网络）的专属“上菜通道”（PDU会话）的？

今天，我们将深入5.15章节的核心操作部分，聚焦于网络切片生命周期中至关重要的两个动态环节：AMF的选择与注册，以及在切片中建立PDU会话。这正是将切片从一个静态的“概念”转化为一个动态的、正在运行的“服务”的关键步骤。

让我们再次回到**“未来城市国际马拉松比赛”**的现场。

  • 选手“ProGamer”的赛车（UE）刚刚开机，它需要立即接入为赛事定制的超低时延电竞切片，这是它能否赢得比赛的关键。
  • 初始AMF： 赛场区域的一个通用AMF（AMF-General-1）接收到了“ProGamer”的初始接入请求。
  • 目标AMF： 在网络的另一端，一个专门为电竞切片优化过的、部署在边缘数据中心的AMF-Esports-1正在待命。

网络将如何上演一出“乾坤大挪移”，将“ProGamer”从通用的AMF-General-1，精准无误地引导到专属的AMF-Esports-1，并为其建立起端到端的URLLC连接？这正是我们今天要解开的谜题。

1. 宏观蓝图：切片业务的“两步走”战略 (5.15.5 Detailed Operation Overview)

The establishment of User Plane connectivity to a Data Network via a Network Slice instance(s) comprises two steps:

  • performing a RM procedure to select an AMF that supports the required Network Slices.
  • establishing one or more PDU Session to the required Data network via the Network Slice instance(s).

规范在5.15.5节开篇就为我们指明了实现切片业务的“两步走”战略，这个过程逻辑清晰，环环相扣：

  1. 第一步：选择正确的“管家”——AMF选择。 这是UE注册管理（RM）流程的一部分。核心目标是确保UE被一个能够支持其所请求的网络切片的AMF来服务。如果初始接入的AMF不合适，网络必须有机制将其“重定向”到正确的AMF。
  2. 第二步：搭建正确的“通道”——PDU会话建立。 在被正确的AMF接管后，UE发起PDU会话建立流程。此时，AMF和SMF会协同工作，确保这个PDU会话的用户面路径（UPF）和无线资源（RAN）都与所选切片的特性相匹配。

接下来的内容，我们将严格按照这个“两步走”的战略，进行深度拆解。

2. 第一步：寻找专属“管家” - AMF的选择与重定向 (5.15.5.2)

当UE开机或进入新区域时，它需要向网络注册。在支持网络切片的环境下，这个注册过程的首要任务，就是找到对的AMF。

2.1 UE的“投名状”：Requested NSSAI

When a UE registers over an Access Type with a PLMN… the UE shall provide to the network… a Requested NSSAI containing the S-NSSAI(s) corresponding to the Network Slice(s) to which the UE wishes to register…

UE在发起注册时，会向网络提交一份“投名状”——Requested NSSAI。这份“投名状”告诉网络：“我这次来，是想使用这些切片服务”。

Requested NSSAI的内容从何而来？

  • Configured NSSAI: UE会从自己本地存储的、由网络配置的Configured NSSAI中，根据应用需求（由URSP规则决定）选择S-NSSAI。
  • Allowed NSSAI: 如果UE之前已经注册过，并持有一个Allowed NSSAI，它也可以从中选择。
  • Default Configured NSSAI: 如果UE没有任何特定于当前PLMN的配置，它会使用由HPLMN配置的Default Configured NSSAI。

场景代入： “ProGamer”的赛车开机，它的车载操作系统根据预置的URSP规则（“应用=RemoteDriving → S-NSSAI=Esports-Slice”），在RRC连接建立和初始NAS消息中，都包含了Requested NSSAI = [{SST: 2, SD: 000001}]。这个请求首先到达了RAN，并被RAN路由到了一个通用的AMF-General-1。

2.2 NSSF的“中央裁决”

AMF-General-1收到了“ProGamer”的请求。它检查了一下自己的“能力清单”，发现自己并没有被配置为服务于高规格的电竞切片。此时，它不能擅自决定，必须向“切片总调度”NSSF进行请示。

The AMF verifies whether the S-NSSAI(s) in the Requested NSSAI… are permitted based on the Subscribed S-NSSAIs… When the UE context in the AMF does not yet include an Allowed NSSAI for the corresponding Access Type, the AMF queries the NSSF…

AMF向NSSF发起的发现请求，包含了做出决策所需的所有信息：

  • UE请求的Requested NSSAI。
  • 从UDM获取的UE的Subscribed S-NSSAIs。
  • UE的当前位置（TAI）。
  • 漫游信息（如果适用）。

NSSF作为“切片大脑”，会执行一系列复杂的决策：

  1. 鉴权： 检查Requested NSSAI中的切片，是否在UE的Subscribed S-NSSAIs列表之内。
  2. 可用性检查： 检查这些切片在UE当前所在的TAI是否可用。
  3. AMF Set选择： 根据其全局的切片部署拓扑，为这组Allowed NSSAI（经过它批准的S-NSSAI）匹配一个最合适的AMF Set。
  4. 返回决策： NSSF将最终的Allowed NSSAI、Target AMF Set等信息返回给AMF。

2.3 “乾坤大挪移”：AMF重分配 (AMF Re-allocation)

If AMF Re-allocation is necessary, the current AMF reroutes the Registration Request or forwards the UE context to a target serving AMF as described in clause 5.15.5.2.3.

场景代入：

  1. AMF-General-1向NSSF查询后，收到了明确的指令：“批准该UE使用Esports-Slice，但服务该切片的应该是Gaming-AMF-Set”。
  2. AMF-General-1发现自己不属于Gaming-AMF-Set，于是启动AMF重分配流程。
  3. 它向初始的RAN节点发送一个Reroute NAS Request消息（或通过与目标AMF的直接接口），将UE的初始注册请求，连同UE的上下文，一起转发给了Gaming-AMF-Set中的一个实例，即AMF-Esports-1。
  4. AMF-Esports-1接手了这个注册流程，并最终完成了对“ProGamer”赛车的注册。

至此，“两步走”战略的第一步完成。“ProGamer”被成功地交由了专属的“管家”AMF-Esports-1进行管理。

3. 第二步：搭建专属“高速公路” - 在切片中建立PDU会话 (5.15.5.3)

现在，UE已经由正确的AMF服务，是时候建立真正的数据连接了。

The PDU Session Establishment in a Network Slice instance to a DN allows data transmission in a Network Slice instance. A PDU Session is associated to an S-NSSAI and a DNN.

3.1 从Allowed NSSAI到PDU会话

  1. UE发起请求： UE在Registration Accept中收到了由AMF-Esports-1下发的Allowed NSSAI = [{SST: 2, SD: 000001}]。它的车载遥控驾驶应用立即发起PDU Session Establishment Request，明确指定要使用这个S-NSSAI，并带上业务所需的DNN esports.arena.com。
  2. AMF选择SMF： AMF-Esports-1收到请求。现在，它需要为这个PDU会话选择一个SMF。它会再次利用NRF，但这次的查询条件更加精确：{S-NSSAI: {2, 000001}, DNN: esports.arena.com, Location: TAI-Arena, Capability: URLLC}。NRF精准地返回了SMF-Esports-1的地址。
  3. SMF选择UPF： SMF-Esports-1被选中后，它的任务是选择一个UPF。基于同样的DNN和S-NSSAI，以及对低时延的极致要求，它选择了位于赛场边缘机房的Edge-UPF-1。
  4. 端到端资源建立：
    • SMF向UPF下发N4规则，建立会话。
    • SMF通过AMF，向RAN发送PDU Session Resource Setup Request，其中包含了S-NSSAI = {2, 000001}。
  5. RAN的差异化处理： RAN收到了这个带有URLLC切片标识的资源建立请求。它立即“明白”了这个会话的极端重要性，于是：
    • 为其分配了专用的无线承载（DRB）。
    • 采用了超低时延的无线调度算法和高可靠的传输机制（如双连接冗余传输）。

最终，“ProGamer”的赛车与赛场边缘的遥控驾驶平台之间，一条端到端的、具有超低时延和高可靠性保障的“专属高速公路”被成功搭建起来。

5. FAQ

Q1: Requested NSSAI, Configured NSSAI, Allowed NSSAI, Subscribed S-NSSAIs，这几个概念有什么区别？

A: 这四个“NSSAI”是切片选择流程中不同阶段和不同角色的“切片列表”，理解它们的区别至关重要：

  • Subscribed S-NSSAIs (签约的S-NSSAIs): 存储在UDM中，是运营商与用户签订的“合同”，规定了用户有权使用的所有切片。这是所有策略的根本依据。
  • Configured NSSAI (配置的NSSAI): 存储在UE中，由网络下发，是UE在一个PLMN范围内的“可用切片菜单”。它告诉UE在这个网络里大致有哪些切片可选。
  • Requested NSSAI (请求的NSSAI): 由UE在注册时发送给网络，是UE当前希望使用的切片“愿望清单”。UE会从Configured/Allowed NSSAI中挑选出它想用的。
  • Allowed NSSAI (允许的NSSAI): 由AMF在注册成功后返回给UE，是网络在综合考虑了UE的请求、签约、当前位置和网络状态后，最终批准UE在当前注册区内可以使用的切片“通行证”。

关系链： UE从Configured中选择生成Requested → AMF/NSSF根据Subscribed和Requested来决定Allowed。

Q2: 如果我请求的切片在当前位置不可用，会发生什么？

A: 网络有几种可能的处理方式：

  1. 拒绝 (Reject): AMF/NSSF会拒绝这个S-NSSAI，并在Registration Accept中将其放入Rejected NSSAI列表，并告知拒绝原因，例如“S-NSSAI not available in the current Registration Area”。
  2. 部分允许 (Partially Allowed): 如果这个切片只在当前注册区（RA）的一部分TA可用，网络可能会返回一个Partially Allowed NSSAI，并附带一个可用的TA列表。
  3. 重定向 (Redirection): 在某些情况下（如规范5.3.4.3.3所述），如果NSSF知道这个切片在附近的其他频段或TA可用，它可能会指示AMF，让RAN尝试将UE重定向到一个能够支持该切片的小区。

Q3: AMF重分配（Re-allocation）听起来很复杂，它会影响我的注册速度吗？

A: 会的，它会轻微增加初次注册的信令延迟，但这是实现网络切片灵活性的必要代价。

  • 延迟增加： 相比于一次性就找到正确AMF的场景，AMF重分配增加了一次初始AMF与目标AMF之间的交互（通过RAN或直接的N14接口）。
  • 必要性： 这种机制是SBA解耦和灵活性的核心体现。它允许运营商部署一个通用的AMF池来处理初始接入，然后再根据业务需求，将UE智能地分发到专门的、优化的AMF Set中。如果没有这个机制，就需要RAN去感知和管理所有AMF的切片能力，这会大大增加RAN的复杂性和耦合度。

Q4: 每次建立PDU会话都需要AMF去查询一次SMF吗？

A: 是的，原则上每次建立新的PDU会话都需要进行一次SMF的发现和选择。因为不同的PDU会话可能对应不同的DNN和S-NSSAI，也就需要由不同的SMF来服务。然而，在实际操作中，有多种优化机制：

  • SMF选择结果缓存： AMF在一次发现后，可能会在本地缓存一段时间的SMF选择结果。
  • 签约指定： 签约数据中可能规定，某个用户的所有PDU会话都应由同一个SMF（或SMF Set）来处理，以简化流程。
  • SCP的委托发现： 如前文所述，AMF可以将这个任务委托给SCP，由SCP来高效地完成。

Q5: RAN是如何根据S-NSSAI来分配不同的无线资源的？

A: S-NSSAI是连接核心网策略和无线资源管理（RRM）的桥梁。

  1. CN通知RAN： AMF在建立UE上下文（Initial Context Setup）或PDU会话资源（PDU Session Resource Setup）时，会将Allowed NSSAI和每个PDU会话关联的S-NSSAI通知给RAN。
  2. RAN内部映射： RAN的OAM系统会预先配置好一套映射策略。这套策略将每个S-NSSAI映射到一组具体的无线资源管理参数。例如：
    • S-NSSAI={SST:2} (URLLC) → 调度器优先级=最高, HARQ次数=4, RLC模式=UM…
    • S-NSSAI={SST:1} (eMBB) → 调度器优先级=普通, HARQ次数=2, RLC模式=AM…
  3. 差异化调度： 当RAN的调度器需要为不同QoS Flow的数据包分配时频资源时，它会查看这个QoS Flow所属的S-NSSAI，然后根据预设的映射策略，采用不同的调度算法和参数，从而在空口上实现了切片间的资源隔离和差异化保障。

关系图谱