5G网络移动性管理与过载控制解析

# 5G网络移动性管理与过载控制详解 ## 1. 跟踪区域（TA）与允许区域 当用户同意订阅仅限其家庭区域的服务时，运营商会为该订阅确定一个跟踪区域（TA），例如根据用户的家庭地址确定为TA2。此外，运营商可能会添加允许的最大TA数量，如设置为三个，以确保建筑物的整个区域都被覆盖。 用户在家中（如TA1）注册时，用户设备（UE）可能会收到TA1的路由区域（RA）以及TA1和TA2作为允许区域的回复。网络会记录允许区域中包含的TA数量，并与允许的最大TA数量进行比较。 当用户移动到TA2和TA4时，UE可能会收到TA1、TA2、TA4的RA以及相同的允许区域。若用户移出家庭区域，如到TA5，UE会获得新的RA（TA5），并得知TA5是不允许区域，此时用户无法使用UE进行正常服务。当用户再次回到家中，UE可能会收到TA1、TA2和TA4的RA，且得知这些是允许区域的一部分，用户可再次使用UE。 TA的大小取决于多个方面，如使用的小区数量和是否使用更高的无线电频率。虽然建筑物跨越三个TA的情况并不常见，因为TA通常比单个建筑物大，但5GS使用三个字节来识别TA（而EPS使用两个字节），结合高无线电频率的使用，使得5GS更有可能部署更小的TA。 ## 2. 5GS过载控制机制 5GS支持通过不同机制控制UE对5GS产生的负载量。5GC平衡NF之间负载以及扩展NF资源消耗的机制通常足以应对影响5GC的正常负载波动。为了保护自身免受过载情况的影响，5GC支持多种机制： - **NAS退避定时器**：指示UE通过NAS退避定时器（用于移动性管理和会话管理消息）进行退避，使得UE在退避定时器运行时不会重新尝试连接。 - **向NG - RAN发送过载消息**：5GS还支持向NG - RAN发送NGAP过载开始消息，使用不同标准指示需要减少对AMF的负载，这与EPC的规定类似。 NG - RAN支持使用无线电资源管理（RRM）技术引导UE，以便有效利用NG - RAN资源。5GC可以通过为每个UE向NG - RAN提供RAT/频率选择优先级（RFSP）来影响NG - RAN的RRM策略，告知NG - RAN如何为特定UE优先分配资源。 ### 2.1 NG - RAN处理过载的技术 NG - RAN支持不同技术来处理过载情况下的UE流量，具体取决于系统负载： - **控制信道资源拥塞**：基于5QI的调度用于控制当等待调度的用户数量超过可接纳用户数量，导致随机接入过程失败的情况。随机接入过程是UE发起通信时使用的低层过程。 - **随机接入信道（RACH）资源拥塞**：随机接入退避，当RACH上的接入尝试过多，无法检测到UE提供的前导码时，将一些UE推入更长的退避时间。 - **释放/拒绝UE RRC连接**：如果没有足够的资源来处理RRC连接请求，可以释放或拒绝RRC连接尝试。RRC连接释放用于缓解NG - RAN的拥塞，而RRC拒绝可应用于尝试初始接入的UE。 - **严重且无法控制的拥塞**：在极端情况下，如随机接入过载或NG - RAN控制平面过载无法通过上述机制降低时，可以使用统一接入控制（UAC）来防止UE尝试建立连接。UAC是EPS中各种限制机制的演进，是一种更灵活的解决方案，但应仅在其他方法都用尽时使用，因为它会影响更广泛的UE。 ### 2.2 统一接入控制（UAC） EPS支持多种接入限制机制，而5GS支持一种称为统一接入控制（UAC）的机制。UAC具有可扩展性和灵活性，每个运营商可以定义自己的接入控制类别，并支持多种场景。UAC影响处于所有RRC状态（RRC_IDLE、RRC_INACTIVE和RRC_CONNECTED）的UE。 当UE想要访问5GS时，首先进行接入控制检查： 1. UE的NAS层将请求映射到一个或多个接入身份和一个接入类别。 2. NAS层将接入身份和接入类别告知较低层（AS层）。 3. AS层根据确定的接入身份和接入类别对该请求进行接入限制检查。 4. 如果AS层指示接入尝试被允许，NAS层启动该过程；如果被禁止，NAS层不启动该过程。 5. AS层按接入类别运行限制定时器，定时器到期时，AS层会告知NAS层相应接入类别的接入限制已缓解。 #### 2.2.1 接入身份定义 | 接入身份编号 | 描述 | 有效范围 | | ---- | ---- | ---- | | 0 | UE未配置此列表中的任何参数 | - | | 1 | UE配置了多媒体优先服务（MPS） | - | | 2 | UE配置了关键任务服务（MCS） | - | | 3 - 10 | 保留供未来使用 | - | | 11 | 接入类别11（用于PLMN）在UE中配置 | HPLMN或等效HPLMN | | 12 | 接入类别12（安全服务）在UE中配置 | HPLMN和UE所在国家的拜访PLMN | | 13 | 接入类别13（公共事业，如水/气供应商）在UE中配置 | HPLMN和UE所在国家的拜访PLMN | | 14 | 接入类别14（紧急服务）在UE中配置 | HPLMN和UE所在国家的拜访PLMN | | 15 | 接入类别15（PLMN员工）在UE中配置 | HPLMN或等效HPLMN | #### 2.2.2 接入类别定义 | 接入类别编号 | 描述 | | ---- | ---- | | 0 | 对非3GPP接入上的寻呼或通知的响应，或用于LPP消息 | | 1 | 对延迟容忍服务的接入尝试 | | 2 | UE尝试接入紧急会话 | | 3 | 接入尝试用于MO信令 | | 4 | MO MMTel语音呼叫 | | 5 | MO MMTel视频呼叫 | | 6 | 通过