5g信令流程详解_4G和5G互操作流程详解——5G知识分享

引言

5G的商用部署进程将是一个基于4G系统进行的长期的替换、升级、迭代的过程，而在5G网络部署的前中期阶段，4G系统也是在5G覆盖不完善的情况下，作为保障用户业务连续性体验这一目的的最好补充。因此4G/5G融合组网，以及互操作技术将是各大运营商在网络演进中需要重点考虑的问题之一。基于3GPP现阶段的结论，本文主要讨论4G和5G互操作技术和流程，主要参考3GPP协议24501。

1. 注册方式介绍

为支持4G/5G间的互操作，5G系统针对同时支持5GC 和EPC 的UE定义了单注册和双注册两种注册模式，其中对UE来说，单注册是必选功能，而双注册为可选功能，运营商可根据具体的网络部署情况和业务需求进行UE能力的要求。在UE注册过程中，UE通过UE能力上报信息向网络侧发送指示，表明UE同时具备5GC NAS和EPC NAS能力，以支持后续网络的互操作处理。

1.1 单注册模式

单注册(Single Registration)：同一时间只能在4G or 5G任意一个系统上注册，仅仅保存一套UE MM上下文状态，可以是5GC的注册管理状态，或EPC的EPS移动性管理状态其中之一，对于单注册模式依据网络下发的标识“是否支持N26接口”处理不同的流程(其中N26为MME和AMF之间的接口)。以下针对两种不同的网络模式分别介绍单注册流程。

1.1.1未部署N26接口的互操作流程

(1)当UE从5GC到EPC移动：UE携带由5G-GUTI映射而来的EPS-GUTI在MME网络执行类型为“handover”注册流程，同时指示UE的源网络为5GC,UE向EPC网络发起attach request注册。

(2)当UE从EPC到5GC移动：UE携带由EPS-GUTI映射而来的5G-GUTI在5GC执行类型为“移动性注册更新”的注册流程，同时指示UE的源网络为EPC，AMF由此可以感知UE之前的注册节点是MME，但仍会以5G注册的要求来完成注册流程。AMF会在注册接受消息中下发网络侧支持双注册模式的指示，基于该指示，UE可以执行携带“已存在的PDU会话”指示的PDU会话建立流程，将所有UE存在的PDN连接迁移到5GC，也可以根据UE在EPC网络已经存在的PDN连接信息，重新建立PDU会话，但在这种情况下无法保障UE的IP地址连续性。

1.1.2 部署N26接口的互操作流程

(1)当网络中部署了N26接口时，N26接口的存在将能够支持在互操作过程中，在源网络和目标网络之间传送移动性管理状态和会话管理状态，因此当运营商部署了N26接口时，UE仅需以单注册模式运行，同时网络仅需同时保持UE的一种可用的移动性管理状态，即可保证用户无缝的业务和会话连续性

(2)UE从5GC移动到EPC时，由SMF基于EPS能力以及运营商具体的管理策略决定哪些PDU会话可以重定位到目标EPS，并释放无法迁移到EPS的那部分PDU会话

(3)当UE处于空闲态时，如果发生5GC到EPC的移动，UE可以选择使用由5G-GUTI映射而来的EPS-GUTI进行跟踪区更新流程或4G附着流程完成移动性处理，MME通过N26接口获取UE在5G的移动性管理上下文和会话管理上下文。在此过程中，MME并不感知跨系统互操作过程，整个处理过程中，N26接口从MME处理的角度来说等同于S10接口。如果空闲态下UE发生EPC到5GC的移动，UE将使用由EPS-GUTI映射而来的5G-GUTI执行移动性注册(Mobility Registration)流程，并且向网络指示该UE的源网络是EPC，同时AMF通过N26接口获取UE在4G的移动性管理上下文和会话管理上下文，并将会话部分的信息发送给SMF

(4)当UE处于连接态时，无论是发生5GC到EPC的移动，还是发生EPC到5GC的移动，都将执行跨系统切换流程，在切换过程中，HSS+UDM将不再受理针对该UE的由AMF或由MME发来的注册请求。

1.2 双注册模式

(1)在双注册模式中，UE能够同时独立处理到5GC和EPC的注册流程，同时存储5G-GUTI和EPC-GUTI，并且5G-GUTI和EPC-GUTI均是由5GC或EPC系统分配的，而不是互相映射得来的。支持双注册模式的UE可以单独地注册到5GC或EPC，也可以同时注册到5GC和EPC。

(2)以双注册模式运行的UE发生5GC和EPC之间的互操作时，整个互操作流程以及UE的IP地址连续性不再依赖于N26接口，同时UE可以在互操作流程触发前提前注册到目标网络。不过提前注册对EPC网络有一定的要求，即在5GC到EPC的移动中，要求EPC网络支持无PDN连接建立的EPS附着流程，如果EPC不支持这一流程，则UE无法提前注册到EPC网络，同时在互操作的过程中MME会在PDN连接全部迁移完成后将用户在EPC中注销。

2. 4G和5G之间交互基本流程

2.1 连接态5G->4G移动流程说明

步骤1-4(测量阶段)：UE在NR小区中建立连接，并且gNodeB将配置A2测量事件给UE,UE在测量满足A2事件之后，gNodeB向UE配置基于RAT的B1/B2事件，UE满足B1/B2事件之后上报B1/B2事件的测量报告，

步骤5-9(判决阶段):gNodeB过滤测量报告中的邻区信息，并根据信号强度形成目标切换列表，并从切换列表中选择最优的小区作为目标小区以启动切换请求handover required。

步骤10-13(执行阶段)：UE执行切换并驻留在eNodeB上以建立承载，eNodeB删除UE上下文，切换完成。

2.2 连接态4G->5G移动流程说明

步骤1-4(测量阶段)：UE在LTE小区中建立连接，并且eNodeB将配置A2测量事件给UE,UE在测量满足A2事件之后，eNodeB向UE配置基于RAT的B1/B2事件，UE满足B1/B2事件之后上报B1/B2事件的测量报告，

步骤5-7(判决阶段):gNodeB过滤测量报告中的邻区信息，并发送RRC release消息给UE

步骤7-9(执行阶段)：UE向目标小区发起随机接入流程，然后驻留在目标小区上。

2.3 空闲态5G->4G移动流程说明

步骤1-2：当NR小区配置有LTE小区重选参数和相邻LTE频率信息时，gNodeB在小区系统信息SIB5中传递相邻LTE小区的小区重选参数

步骤3-4：基于小区重选参数，UE在满足小区重选条件时，选择到LTE邻区

2.4 空闲态4G->5G移动流程说明

步骤1-2：当LTE小区配置有NR小区重选参数和相邻LTE频率信息时，eNodeB在小区系统信息SIB24中传递相邻LTE小区的小区重选参数

步骤3-4：基于小区重选参数，UE在满足小区重选条件时，选择到NR邻区