5G 核心网 PDU Session Modification 信令流程

      下面来整理一下 TS 23.502 中的 UE or network requested PDU Session Modification (non-roaming and roaming with local breakout)。

     首先是信令流程图：

      

     接着是信令流程图的解读：

      为什么会有modify这个procedure呢？协议上说，在当UE 和 network 之间的QOS参数发生改变时会执行这个procedure。

其中，在TS 23.501 5.7节中定义了何时使用此过程进行QoS更改的条件以及UE和网络之间交换的QoS参数。

      观察上面信令流程图的第一步，第一步中使用了1a,1b,1c,1d,1e这样的描述方式，表明触发这个modify procedure 的情况是有多种的。

      概括起来有以下几种触发：

               UE发起PDU会话修改过程，携带新的QoS参数，报文过滤器。

               PCF发起PDU会话策略修改过程，通过SM Policy Association Modification通知SMF触发PDU会话修改。

               UDM更新用户会话签约数据，通过Nudm_SDM_Notification通知SMF。

               SMF本地操作触发，或者SMF发现AMF故障，修改一个PDU会话。

               RAN指示SMF，一个具体的QoS流资源已经释放，RAN发送N2消息到AMF，包括QFI，用户位置信息以及QoS流释放指示。

      以下为各个步骤的简单摘要，详情请参考 23.502 4.3.3.2

（注：下文的发xxxx消息，其实是调用对应网元的相关服务，例如SMF提供的服务，可以在TS  29502 查询到对应的uri）

              1a UE 发起的 modification

                   UE 通过一个NAS消息：PDU Session Modification Request 发起modification procedure。

                   这个NAS消息带有以下IE:

                   N1 SM container(PDU Session Modification Request (PDU session ID, Packet Filters, Operation, Requested QoS, Segregation, 5GSM Core Network Capability, Number Of Packet Filters, [Always-on PDU Session Requested])),

                   PDU Session ID， UE Integrity Protection Maximum Data Rate

                   NAS消息由（R）AN转发给AMF，并带有用户位置信息的指示。AMF 收到PDU Session Modification Request后，发送Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext到SMF。

                  Note:

                    1. 当UE在LADN的可用范围之外时，UE不得触发针对与LADN对应的PDU会话的PDU会话修改过程。
                    2. 如果更改了PS Data Off Status，则应将其包含在PDU会话修改请求消息的PCO中。
                    3. 对于在EPS中建立的PDU会话，当UE第一次从EPS移动到5GS时，如果UE想要改变PDU会话，则UE在PDU Session Modification Request message 中包括 Always-on PDU Session Requested 指示。。
                    4. 当部署了PCF时，如果提供了PS Data Off事件触发器，则SMF将进一步向PCF报告PS Data Off状态，TS 23.503 中定义了用于3GPP PS Data Off的SMF和PCF的其他行为。
                    5. 5GSM核心网络功能由UE提供，并由SMF进行处理。(Core Network Capability)
                    6. UE完整性保护最大数据速率(UE Integrity Protection Maximum Data Rate)指示UE可以支持的UP完整性保护的最大数据速率。

             1b SMF requested modification

                   PCF发起PDU会话策略修改，PCF 通过发起SM Policy Association Modification procedure去通知SMF有关策略的修改。在4.16.5.2中有如下图：

             1c SMF requested modification

                UDM通过Nudm_SDM_Notification（SUPI，会话管理订阅数据）更新Session Management Subscription Data 。 SMF更新会话管理订阅数据，并通过返回带有（SUPI）的Ack来确认UDM

             1d SMF requested modification

                 SMF可以决定修改PDU会话。 

                 1 基于本地配置的策略触发此过程，

                 2 从（R）AN触发此过程（请参见第4.2.6节和第4.9.1节）。

                 3 如果激活了UP连接（如服务请求过程中所述），并且SMF已标记5GC中的一个或多个QoS流的状态已删除但尚未与UE同步 (QoS Flows are deleted in the 5GC but not synchronized)

注意：

如果SMF收到步骤1b〜1d中的其中一种触发器，则SMF将启动SMF请求的PDU会话修改过程。

             2 SMF 可能执行SM Policy Asso Modify

                这一步中，SMF可能需要通过执行SMF触发的SM Policy Asso Modify procedure 来向PCF报告某些已订阅的事件。

                需要注意的是,如果PDU会话修改过程由步骤1b（pcf 触发修改）或1d(smf本身触发）触发，则可以跳过此步骤。

                如果未部署动态PCC，则SMF可以应用本地策略来决定是否更改QoS配置文件。

                当PDU会话修改仅需要在UPF处action时，不调用步骤3至7。

                该步骤的主要作用是请求pcf对QOS进行授权

              2a SMF 发送N4 Modification Req 给upf

                如果尚未向PDU会话激活冗余传输，并且SMF决定对新的QoS流执行冗余传输，则如果SMF分配了CN(core network)                  隧道信息，则SMF会分配一个附加的CN隧道信息。 附加的CN隧道信息通过N4会话修改请求提供给UPF。 SMF还指                  示UPF对QoS流执行数据包复制和消除。
                如果在PDU会话上激活了冗余传输，并且SMF决定停止冗余传输，则SMF指示UPF释放用作PDU会话的冗余隧道的CN 隧道信息，并且还指示UPF停止 对应的QoS流的数据包复制和消除。
                

               2b Upf 发送N4 Modification Rsp 给SMF

                  如果在步骤2a中尚未激活对PDU会话的冗余传输，并且SMF在步骤2a中指示UPF对QoS流执行数据包复制和消除，如果UPF分配了CN隧道信息，则UPF会分配一个额外的CN隧道信息。 额外的CN隧道信息将提供给SMF。
                 如果在步骤2a中尚未激活向PDU会话的冗余传输，并且SMF决定对具有两个I-UPF的新QoS流执行冗余传输，则如果CN隧道信息由UPF分配，则UPF会分配CN Tunnuel Info。 将两个I-UPF的CN隧道信息提供给SMF。

               3a SMF 回复 Nsmf Pdusession updateSmcontext

                  3a是对应于UE或者AN发起的modify. 这个回复所带的IE非常丰富：

                  Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext (N2 SM information (PDU Session ID, QFI(s), QoS Profile(s), Session-AMBR), N1 SM container (PDU Session Modification Command (PDU Session ID, QoS rule(s), QoS rule operation, QoS Flow level QoS parameters if needed for the QoS Flow(s) associated with the QoS rule(s), Session-AMBR, [Always-on PDU Session Granted])))

                  如果UE请求PDU Session Modification以将PDU会话修改为始终在线的PDU会话(Always-on PDU Session)，则SMF在PDU Session Modification command 中应包括“始终在线的PDU会话授权”指示(Always-on PDU Session Granted indication)，以指示PDU会话是否更改为始终在线的PDU会话。

                  AMF 应该将上面信息中的N2 SM information转发给R(AN). 这个N2 SM information的作用如下：

                 1. It may include the QoS profiles and the corresponding QFIs to notify the (R)AN that one or more QoS flows were added, or modified.

                 2. It may include only QFI(s) to notify the (R)AN that one or more QoS flows were removed.   

                 3 .如果在步骤1e中由（R）AN 版本触发了PDU会话修改，则N2 SM information携带对（R）AN版本的acknowledgement。 如果UE针对没有建立的用户平面资源的PDU会话请求PDU会话修改，则提供给（R）AN的N2SM信息包括用于建立用户平面资源的信息。         

                  AMF 应该将上面信息中的N1 SM container转发给UE. 它的作用如下：

                  It may include the QoS rules, QoS Flow level QoS parameters if needed for the QoS Flow(s) associated with the QoS rule(s) and corresponding QoS rule operation and QoS Flow level QoS parameters operation to notify the UE that one or more QoS rules were added, removed or modified

              3b SMF 发起 N1N2MessageTransfer

                 3b 是对应于smf发起的modify。该消息的IE为：

                    N2 SM information (PDU Session ID, QFI(s), QoS Profile(s), Session-AMBR),

                    N1 SM container (

                          PDU Session Modification Command (

                                 PDU Session ID, QoS rule(s),

                                 QoS Flow level QoS parameters if needed for the QoS Flow(s) associated with the QoS rule(s),

                                 QoS rule operation and QoS Flow level QoS parameters operation, Session-AMBR

                          )

                    )，

                如果UE处于CM-IDLE状态且ATC已激活，则AMF基于Namf_Communication_N1N2MessageTransfer更新并存储UE                    上下文，并跳过步骤4、5、6和7。

                当UE reachable 时， 例如：当UE进入CM-CONNECTED状态时，AMF转发N1消息以使UE上下文与UE同步。

 

            3c SMF 发送 Nsmf PduSession SMContextStatusNotify

               3c是对应于UDM数据更新而导致的SMF 发起的modify请求。

               the SMF may provide the SMF derived CN assisted RAN parameters tuning to the AMF. The SMF invokes Nsmf_PDUSession_SMContextStatusNotify (SMF derived CN assisted RAN parameters tuning) towards the AMF. The AMF stores the SMF derived CN assisted RAN parameters tuning in the associated PDU Session context for this UE.

            4. The AMF may send N2 PDU Session Request Message to the (R)AN.

               The IE of this messages:

               (   

                    N2 SM information received from SMF,

                    NAS message (PDU Session ID, N1 SM container (PDU Session Modification Command))

              )

              这是一条NGAP消息，消息名称叫：Pdu session resource Modify Request

            5 （R)AN may issue AN specific signalling exchange with the UE

            The (R)AN may issue AN specific signalling exchange with the UE that is related with the information received from SMF.      这是nas消息： PDU Session Modification Command

            6  The (R)AN 回复 N2 PDU Session Request 给AMF

                gnb不用等UE的回复，可以直接发RSP给AMF ，消息名称是：PDU Session Resource Modify Rsp

                该消息包含有：

                N2 PDU Session Ack (N2 SM information (List of accepted/rejected QFI(s), AN Tunnel Info, PDU Session ID, Secondary RAT usage data), User location Information)

                In case of Dual Connectivity, if one or more QFIs were added to the PDU Session, the Master RAN node may assign one or more of these QFIs to a NG-RAN node which was not involved in the PDU Session earlier.

                In this case the AN Tunnel Info includes a new N3 tunnel endpoint for QFIs assigned to the new NG-RAN node.                        Correspondingly,

                if one or more QFIs were removed from the PDU Session, a (R)AN node may no longer be involved in the PDU Session anymore, and the corresponding tunnel endpoint is removed from the AN Tunnel Info. The NG-RAN may reject QFI(s) if it cannot fulfil the User Plane Security Enforcement information for a corresponding QoS Profile

            7 AMF 发送 Nsmf_PDUSession_UpfateSMContext 给SMF     

               AMF通过Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext服务操作将从AN接收到的N2 SM information和User location Information转发到SMF。

               SMF 回复Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext Response. N2 SM information may include Secondary RAT Usage Data.

               If the (R)AN rejects QFI(s)【QOS flow id】 the SMF is responsible of updating the QoS rules and QoS Flow level QoS parameters if needed for the QoS Flow(s) associated with the QoS rule(s) in the UE accordingly.

           8 SMF 发送 Nsmf_PDUSession_Modification 给UPF

              smf 通过上面提到的消息，去更新UPF中的N4消息 。如果有新的QoS Flow(s)创建，那么SMF使用UL Packet Detection Rules of the new QoS Flow去更新UPF。

             注意：

             This allows the UL packets with the QFI of the new QoS Flow to be transferred.

      If an additional AN Tunnel Info is returned by RAN in step 6, the SMF informs the UPF about this AN Tunnel Info for redundant transmission. In the case of redundant tramsmission with two I-UPFs, the SMF provides AN Tunnel Info to two I-UPFs. If CN Tunnel Info of two I-UPFs is allocated by the UPFs in step 2b, the SMF also provides the DL CN Tunnel Info of two I-UPFs to the UPF (PSA).

  9 UE acknowledges

       The UE acknowledges the PDU Session Modification Command by sending a NAS message (PDU Session ID, N1 SM container (PDU Session Modification Command Ack)) message

 10 The (R)AN forwards the NAS message to the AMF.

 注意： 第9，第10步在协议上只是一笔带过，其实这两步就是UE 回复一个nas消息：PDU session Modify complete 给基站，然后g-nb 发起一个UL Nas Transport 给AMF。

 11  AMF 发送 Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext 给SMF

      AMF 收到第10步的消息后，通过Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext 将NAS消息打包给SMF。

      主要是告知smf, UE侧已经确认了对QOS的修改。

      If the SMF initiated modification is to delete QoS Flows (e.g. triggered by PCF) which do not include QoS Flow associated with the default QoS rule and the SMF does not receive response from the UE, the SMF marks that the status of those QoS Flows is to be synchronized with the UE.

 12  SMF 发送 N4 session Modify req 给UPF

       For a PDU Session of Ethernet PDU Session Type, the SMF may notify the UPF to add or remove Ethernet Packet Filter Set(s) and forwarding rule(s).

       NOTE 4:  The UPFs that are impacted in the PDU Session Modification procedure depends on the modified QoS parameters and on the deployment. For example in case of the session AMBR of a PDU Session with an UL CL changes, only the UL CL is involved. This note also applies to the step 8

 13 SMF 与PCF的交互

      如果smf在步骤1b或者2中有交互，那么smf会回复pcf这次modify是否成功。