5G SA VPDN漫游应用

2022年 4月 April 2022
Digital Technology &Application 第40卷 第4期Vol.40 No.4数字技术与应用
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中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2022)04-0051-03DOI:10.19695/12-1369.2022.04.17
5G SA VPDN漫游应用
中国联通济南分公司 崔向伟 姜明 朱大鹏
随着国内基础运营商5G SA网络覆盖逐渐完善，为了增强核心网络的利用效率，减低运维成本，推动价值输出，许多3G、4G核心网中承载的部分移动网业务逐步割接/融合至5G核心网进行实现，且5G核心网具有云化架构、服务化接口、控制与用户平面分离和网络切片等技术特点，能够为用户提供高灵活性、高扩展性、高可靠性的移动网络服务。

VPDN业务就是其中之一，但由于3G&4G与5G SA网络架构的差异性问题，造成VPDN业务在漫游场景下存在与现网不同实现方式。

为保证VPDN业务的顺利迁移和融合，以及在后续用户问题受理时能够及时、有效的处理，有必要对VPDN漫游实现方式进行深入分析。

1 业务介绍
1.1 4G网络基本架构
4G网络架构中，控制面信令与用户面数据分离：控制面信令用于完成用户附着、移动性管理等功能；用户面S1-U数据通道通过eNodeB直连S-GW、P-GW到达PDN网络，如图1所示。

收稿日期:2022-01-14
作者简介:崔向伟(1978—),男,山东济南人,本科,通信工程师,研究方向:移动核心网维护。

图1 4G网络基本架构
Fig.1 4G network basic architecture
图2 5G基本网络架构
Fig.2 5G basic network architecture
1.2 5G网络基本架构
5G网络架构中控制面信令与用户面数据分离：控制面信令用于完成用户注册、移动性管理等功能；用户面N3数据通道通过NGRAN直连UPF到达PDN网络，如图2所示。

1.3 VPDN介绍
VPDN业务是移动终端利用专有APN和运营商网络,在互联网基础上开放的基于拨号方式的虚拟专有网络业务。

采用专用的网络加密和通信协议，可以使企业在公共网络上构建一条虚拟的、不受外界干扰的专用通
道，从而安全访问企业网内部数据资源的业务。

以4G为例网络构架，如图3所示。

2 场景分析
(1)对于5G SA VPDN业务，只有特定区域UPF可访问对应业务，当用户跨区域漫游时怎么访问？如图4所示。

(2)不同区域的UPF和RAN 无法跨区域互通，SMF无法跨区域管理UPF，用户在初始区域接
入后，跨区域移动至目的区域，初始区域的SMF无法控
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图3 VPDN基本业务逻辑Fig.3 VPDN basic business logic
图4 漫游时的问题
Fig.4 Problems while roaming
图5 跨区域存在的问题
Fig.5 Problems existing across regions
图6 4G/5G VPDN漫游解决方案对比
Fig.6 4G/5G VPDN roaming solution comparison
制目的区域的UPF。

用户业务如何持续？如图5所示。

3 解决方案
为解决VPDN业务跨区域漫游场景，3GPP提出了I-SMF（Intermediate SMF，中间SMF，下同）的概念：当用户在其他区域接入时，为用户插入I-SMF （基于TAI/切片），由接入区域的I-SMF控制I-UPF （Intermediate UPF，下同）为用户提供服务；用户跨区域移动至目的区域，在目的区域同时插入I-SMF，由I-SMF控制目的区域的I-UPF继续服务用户，解决了VPDN业务跨区域漫游问题。

I-SMF具体分两个场景：
(1)通用业务场景下的跨区域漫游架构。

I-SMF/I-UPF仅做桥接；I-SMF与SMF之间使用N16a接口对接；I-UPF与UPF之间使用N9接口对接。

(2)ULCL/BP场景下的跨区域漫游架构。

I-SMF下插入ULCL+PSA2 UPF部分业务流量在拜访地卸载。

4 4G/5G SA VPDN 跨区域漫游解决方案
对比4G VPDN用户在Region A激活，携带的APN 仅Region B部署的PGW支持。

MME基于用户激活请
求所在TAI选择SGW，APN选择PGW，基于优选合一的原则，无法选择到合一的SPGW，最终选择了Region A的SGW和Region B的PGW解决漫游问题。

5G SA VPDN用户在Region A激活，携带的S-NSSAI/DNN 仅Region B部署的SMF支持。

AMF基于用户激活请求的DNN/S-NSSAI/TAI发现SMF，发现结果中的SMF 仅满足DNN/S-NSSAI要求，AMF将其作为A-SMF，同时再基于S-NSSAI/TAI发现SMF，将发现的SMF用作I-SMF解决漫游问题，如图6所示。

从以上可以看出：
(1)SGW是4G网络中的用户锚点，无论是否漫游，都存在该角色；5G的I-SMF仅为互通桥接，非必选。

(2)I-SMF作为N11和NAS信令锚点，架构上和SP 分离场景的SGW的作用类似，演进相对平滑。

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图7 5G VPDN漫游解决方案Fig.7 5G VPDN roaming solution
(3)单用户多会话场景，SGW作为用户锚点，不支持改变；I-SMF无此限制。

5 具体应用案例
5.1 用户需求
客户使用2C号码，既可以访问2C业务（个人使用），也可以访问2B业务（工作使用）。

业务实现方式是：2C号码同时签约公用DNN和专用DNN,客户通过更换DNN,来访问不同的网络。

5.2 解决方案
非漫游方案本文不再赘述，用户漫游方案如下：（1）用户LBO激活后移动至其他区域：当前会话无I-SMF，拜访区域AMF从原AMF获取SMF信息后，确认锚点SMF无法覆盖用户接入位置，AMF基于
S-NSSAI/TAI选择拜访区域的SMF作为I-SMF插入，如图7所示。

(2)用户已经插入I-SMF后移动至其他区域：当前会话有I-SMF，当前区域AMF从原AMF获取锚点SMF 和I-SMF信息后，确认二者均无法覆盖用户接入位置，AMF基于S-NSSAI/TAI选择当前区域的SMF作为I-SMF，替换当前会话的I-SMF。

(3)用户已经插入I-SMF后移动回接入区域（2C）/归属区域（2B）：当前会话有I-SMF，移动回归属区
域，归属区域AMF从原AMF获取锚点SMF信息后，确认移动后锚点SMF可以覆盖用户接入位置，AMF删除当前会话的I-SMF。

6 结语
综上，5G SA VPDN的跨区域漫游场景通过I-SMF 来实现，需要在AMF打开(支持)I-SMF功能，在跨区域进行业务时基于用户位置和切片选择并插入I-SMF 保持业务连续性或业务可达，I-SMF负责I-UPF的插入、修改和移除，以确保本地流量控制。

用户IP地址仍有归属区域SMF/UPF分配,可减少UPF新上线时SMF 地址池配置频繁更改，有利于VPDN/边缘UPF的快速部署和应用的快速推广。

对于基础运营商的核心网运维工作具有一定的参考价值。

图像选择MATLAB图像库中自带的低照度图像，实验结果如图3所示。

5 结语
本文利用四元数理论，把彩色图像表示为一个四元数矩阵，整体做傅里叶变换，并设计频域滤波器，对图像做滤波处理。

实验结果表明，此算法原理简单，实现方便，增强效果较好。

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