马来西亚5G NSA核心网SWN组网关键技术应用.pdf

17网络通信与安全Network Communication&Security电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering2022 年 10 月，马来西亚五家运营商宣布基于SWN(Single Wholesale Network)模 式 的 5G NSA 网 络商用，截止 2023 年 1 月已完成 50%人口覆盖1。马来西亚 5G 无线网络由单一运营商部署，使用 MOCN2方式同时对接多家移动网络运营商(Mobile Network Operators，以下简称 MNO)，这是全球 5G 网络一种新的共享建设模式3。中兴通讯作为主流通讯设备商，为马来西亚三家运营商提供了满足客户需求的 5G NSA 核心网技术交付解决方案，该方案在标准 5G NSA 核心网基础上增加了多项针对 SWN 模式的关键技术的应用。1 组网介绍在马来西亚 5G NSA 网络中，5G 无线运营商负责全国 L700MHz 频段 LTE 锚点网络和 NR3500MHz 频段5G NR 网络的部署，其锚点 eNodeB 通过 MOCN 方式对接多家 MNO 核心网。图 1 所示为马来西亚基于 SWN马来西亚 5G NSA 核心网 SWN 组网关键技术应用唐文斌（中兴通讯股份有限公司 江苏省南京市 210012）摘要：本文对马来西亚 5G NSA 核心网 SWN 组网关键技术的应用进行了详细分析。该组网方案在实际网络部署时遇到 5G 无线网络运营商无语音牌照无法提供语音服务、非 5G NSA 用户长期驻留锚点站、用户进入和离开 5G NSA 网络需精准上报、EPLMN 导致切换失败和运营商网络维护困难等问题和需求。中兴通讯作为主流核心网设备商，通过数据配置优化、新功能部署和智能运维工具引入等方式，为马来西亚三家运营商提供了满足客户需求的基于SWN 模式的 5G NSA 核心网技术交付解决方案。关键词：5G 无线网络；NSA；SWN；MOCN；核心网图 1：马来西亚基于 SWN 模式的 5G NSA 网络拓扑18网络通信与安全Network Communication&Security电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering模式的 5G NSA 网络拓扑。与标准 MOCN 组网相比，马来西亚在 MOCN 组网基础上叠加了 SWN 的网络运营方式，即 5G 无线网络由单一无线运营商部署。该组网方案在实际部署中遇到了本文描述的相关问题，最终由无线和核心网联合解决。2 关键技术一：专载流程缓存功能解决5G无线网络无法提供语音服务的问题问题描述：5G 无线网络运营商当前未获取马来西亚通讯及多媒体委员会（MCMC）颁发的 5G NSA 网络语音牌照，因此当 5G NSA 网络用户发起 VoLTE 语音业务时，需将用户推到 MNO 4G 网络完成 VoLTE 语音呼叫。解决方案：5G 无线网络针对 5G NSA 用户 VoLTE呼叫的 QCI1 专载流程回复特定失败码，MNO 核心网MME 和 PGW 针对该失败码进行 VoLTE 专载流程的缓存，待用户接入 MNO 4G 网络后，重新发起 VoLTE 专载建立流程。关键技术描述：2.1 Intra-MME Handover场景当 NSA 锚 点 eNodeB 与 MNO eNodeB 连 接 同 一MME 时，NSA 用户通过 Intra-MME S1 Handover 流程回到 MNO 4G 网络，具体流程如下：NSA 锚 点 eNodeB 收 到 QCI1 的 E-RAB Setup Request 消 息 后，给 MNO MME 回 复 E-RAB Setup Response 消息携带 S1-Intra-System-Handover-Trigger 原因值4。MME 收到该原因值后将专载流程挂起，并等待用户发起切入 MNO eNodeB 的 S1 Handover 流程。MME 收 到 Handover Required 消 息 后，判 断 是Intra-MME S1 Handover 流程，继续处理 S1 切换。当S1 Handover 流程完成后，MME 重新发起 E-RAB Setup Request 完成 QCI1 的专载建立，最终在 MNO 4G 网络建立 VoLTE 语音通话。2.2 Inter-MME Handover场景当 NSA 锚 点 eNodeB 与 MNO eNodeB 连 接 不 同MME 时，NSA 用户通过 Inter-MME S1 Handover 流程回到 MNO 4G 网络，具体流程如下：NSA 锚 点 eNodeB 收 到 QCI1 的 E-RAB Setup Request 消 息 后，给 MNO MME 回 复 E-RAB Setup Response 消息携带 S1-Intra-System-Handover-Trigger 原因值。MME 收到该原因值后将专载流程挂起，并等待用户发起切入 MNO eNodeB 的 S1 Handover 流程。MME 收 到 Handover Required 消 息 后，判 断是 Inter-MME S1 Handover 流程，MME 给 SGW/PGW 回 Create Session Response 携 带 GTP 原 因 值110 Temporarily rejected due to handover procedure in progress。PGW 将专载流程挂起5，等待 MME 完成Handover 流程处理。当 Inter-MME S1 Handover 流程完成后，PGW 重新触发 Create Bearer Request 专载流程，最终在 MNO 4G网络完成 VoLTE 语音通话。上述方案采用了协议中针对专载建立和 Intra-LTE切换流程冲突的失败原因值，通过无线和核心网的配合，解决了 5G 无线网络无法提供 VoLTE 语音服务的问题。采用该方案后 VoLTE 通话仍由 MNO 4G 无线网络提供服务，整个 VoLTE 通话接续时间增加了 0.51s，对用户的感知影响较小。3 关键技术二：基于用户的5G NSA接入限制功能解决非5G NSA用户长期驻留锚点站问题问题描述：5G 无线网络仅服务于 5G NSA 用户，当 4G 用户使用 5G NSA 终端时也可以接入 L700MHz锚点网络并完成附着流程，但无法使用 NSA 业务。此类用户占用了 5G 无线资源但不贡献任何 5G 流量，因此需尽快踢出 5G NSA 网络。解决方案：5G 无线网络运营商给出的方案是通过IFO（Inter-Frequency Offload)流程将此类用户卸载到MNO 4G 网络，该方案需 MNO 网络核心网启用“基于用户的 5G NSA 接入限制”功能配合。关键技术描述：MNO HSS 给非 5G NSA 用户签约 Access Restriction Data 限制 NR as Secondary RAT 接入,并通过 Update Location Answer 消息通知 MNO MME。MNO MME 通 过 Initial Context Setup Request 消 息 将 携 带DCNR 接入限制的 Handover Restriction List 信元通知锚19网络通信与安全Network Communication&Security电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering点 eNodeB，最终由锚点 eNodeB 执行 IFO 流程。通 过 该 方 案，使 用 5G NSA 终 端 的 4G 用 户 接L700Mhz 锚点网络后，立即被锚点 eNodeB 卸载到MNO eNodeB，避免了非 5G NSA 用户长期驻留在锚点网络占用资源。4 关键技术三：Presence Reporting Area6功能实现用户进入和离开5G NSA网络精准上报问题描述：MNO 网络规划了 5G NSA 相关的 PCC套餐，该套餐仅当用户接入5G NSA网络时才生效。因此，当用户进入或离开 5G NSA 网络时，核心网 PGW 网元需上报消息通知 PCRF 安装或删除 5G 套餐规则。解决方案：方案一：5G NSA 网络使用的 TAI 与 MNO 4G 网络不同，因此传统方案是 PGW 开启 TAI Change 上报CCRU 功能，经评估 MNO 网络 PGW 和 PCRF 需完成30%软硬件扩容才能应对开启该功能导致的信令负荷增长，且网络改造周期长达 2 个月。方案二：使用 PRA(Presence Reporting Area）方案，通过将 5G NSA 网络定义为一个完整的区域，实现精准上报，对网络信令负荷无影响，部署周期仅需 2 周。两种解决方案对比如表 1 所示。关键技术描述：PRA 功能涉及核心网 MME、PGW 和 PCRF 网元，本方案中 PRA ID 对应的区域由 MME 静态定义，MME和 PGW 负责 PRA ID 及其状态的上报，PCRF 负责根据PRA ID及其状态执行5G NSA套餐规则的安装和删除。如表 2 所示。开启 PRA 功能后的信令流程如下，PCRF 在 CCAI消息中下发需观察的 PRA ID 和对应的 Event Trigger，PGW/SGW 将 PRA ID 传递到 MME，最终由 MME 执行PRA ID 对应 PRA Value 变化的监测。当状态发生变化后 MME 通知 SGW/PGW，再由 PGW 通过 CCRU 消息通知 PCRF 网元，最终 PCRF 执行 5G NSA 规则的安装和删除动作。通过部署 PRA 功能，在不增加系统信令负荷的情况下，MNO 网络在最短时间内完成了 5G PCC 专属套餐商用。5 关键技术四：基于TA下发EPLMN列表功能解决由于EPLMN导致MNO用户切换失败问题问 题 描 述：MNO1 与 MNO2 存 在 国 内 2G 漫 游协议，MNO1 用户将 MNO2 网络作为等效归属网络（EPLMN=MNO2 PLMN），MNO1 用户可接入 MNO2的 2G 网络，但不允许接入 MNO2 的 4G 网络。在没有5G NSA 网络时，MNO1 4G 和 MNO2 4G 间不存在邻区，MNO1 用户不会尝试切换到 MNO2 4G 网络；但基于 SWN 模式的 5G NSA 网络商用后，接入 5G NSA 网络的 MNO1 用户尝试切换到 MNO2 4G 网络，最终切换失败并影响 MNO2 网络切换指标。表 1：两种解决方案对比方案描述MNO 网络改造部署周期方案一（传统方案）TAI Change 方案，用户进入/离开 NSA 网络、用户在MNO 或 NSA 内部两个不同 TAI 间移动，均会触发 CCRU上报。PGW 和 PCRF 网元软硬件扩容 30%2 个月方案二（创新方案）PRA 方案，仅当用户进入/离开 NSA 网络时触发 CCRU上报。仅需部署软件 Feature2 周表 2：PRA 规划表PRA IDS11 GTP PRA ValueGx Diameter PRA ValuePCRF ActionPRA ID=800002(MME 将 MNO 所有 5G NSA TAI 关联该 PRA ID)PRA ID=800002OPRA=1(out of area)PRA ID=800002PAR Value=1(out of area)5G NSA Rule RemovePRA ID=800002IPRA=1(in area)PRA ID=800002PAR Value=0(in area)5G NSA Rule Install20网络通信与安全Network Communication&Security电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering解决方案：MNO1 网络开启基于 TAI 下发 EPLMN的功能。关键技术描述：开启该功能后，MNO1 用户接入 MNO1 4G 网络时，正常获取 EPLMN。当 MNO1 用户接入 5G NSA 网络 时，MME 在 NAS-Attach/TAU Accept 消 息 和 S1AP-Initial Context Setup Request 消息均不再携带 EPLMN 信息。由于 5G NSA 锚点 eNodeB 未获取到 EPLMN 信息，因此不再触发MNO1用户向MNO2 4G网络的切换流程。通过该功能的部署，解决了 EPLMN 导致的 MNO1用户从 5G NSA 网络向 MNO2 4G 网络切换并失败的问题，MNO2 4G 网络切换指标恢复正常。6 关键技术五：智能定位工具EMS+(CHR)助力MNO运维团队实现NSA网络指标分析和优化问题描述：（1）马来西亚基于 SWN 的 5G NSA 网络上线 4 个月后，MNO 网络切换次数增长到原来的 3 倍。针对日益复杂的组网和成倍增加的信令，MNO 需要有高效的网络运维工具来协助故障定位和网络指标优化。（2）5G NSA 无线由单一 5G 无线运营商运营，MNO 运维团队无法及时掌握 5G NSA 无线各项网络指标数据，在网络维护方面存在较大的挑战7。MNO 运维团队希望有工具能辅助分析和观察 5G NSA 无线网络的各项呼损。解决方案：引入中兴通讯 EMS+(CHR)网络失败智能定位工具，支持 S1C 口失败日志自动记录、自动分析和多维度查询。关键技术：中兴通讯网络失败日志记录和分析工具 EMS+(CHR)，详细记录网络中每一次失败，包括附着、切换、TAU、专载等流程的失败场景，工具实现了失败原因自动关联。该工具提供 eNodeB 维度的失败统计，MNO 运维人员使用该工具可基于单个 NSA 锚点 eNodeB 或全网NSA 锚点 eNodeB 维度进行失败项分析。EMS+(CHR)网络失败智能定位工具为基于 SWN 的 5G NSA 组网场景下的故障处理和网络指标优化提供了高效的手段。基于上述各项关键技术，中兴通讯为马来西亚三家运营商提供了满足客户需求的基于 SWN 组网模式下 5G NSA 核心网技术交付解决方案。中兴通讯将继续和各MNO 深化合作，优化 NSA 网络 KPI 指标，并提供更智能的网络运维工具。参考文献1 RCR Wireless News,Malayisas 5G network ends 2022 with 50%population coverafe,3 January 2023.2 3GPP TS 32.130，“Network sharing”，V17.6.0，Mar.2023,4.1RAN sharing scenarios3 Digital-.my,DNB completes worlds first 5G RAN trial integration with five telcos,10 November 2021.4 3GPP TS 26.413,“Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)(Release 14)”,V14.9.0,July.2019,8.2.1 E-RAB Setup.5 3GPP TS 23.401,“General Packet Radio Service(GPRS)enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)access(Release 16)”,V16.12.0,Dec.2021,5.5.1.2 S1-Based Handover.6 3GPP TS 29.212,“Policy and Charging Control(PCC)(Release 17)”,V17.2.0,March,2022,B.3.16 Presence Reporting Area Information reporting.7 吴丽勇,张晓江.5G 网络共建共享机遇与挑战浅析J.中国新通信,2020(05):8.作者简介唐文斌（1982-），男，江苏省南京市人。研究生学历。研究方向为移动核心网故障定位技术、移动核心网技术交付方案等。