李雪馨 謝沛榮 呂振華

【摘 ?要】

3GPP 5GC系統(tǒng)架構(gòu)引入SCP網(wǎng)元，同時(shí)將網(wǎng)元間通信區(qū)分為直接通信和間接通信，間接通信又分為無(wú)代理發(fā)現(xiàn)模式（Model C）和代理發(fā)現(xiàn)模式（Model D），對(duì)5G信令組網(wǎng)架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。從服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、NF間通信等多方面對(duì)間接通信兩種模式進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，并基于無(wú)代理發(fā)現(xiàn)模式，對(duì)5G SA信令初期及演進(jìn)組網(wǎng)方案提出建議。

【關(guān)鍵詞】5GC;間接通信;SCP

[Abstract]

The 3GPP 5GC system architecture has introduced the SCP network element， and inter-element communication is divided into direct and indirect communications， and the indirect communication further is divided into agentless discovery mode （Model C） and agent discovery mode （Model D）， which has a profound effect on 5G SA signaling network architecture. This paper deeply analyzes and compares the two indirect communication modes in terms of service registration， service discovery， inter-NF communication， etc. Based on agentless discovery mode， this paper provides suggestions for initial stage and evolution of 5G SA signaling network solutions.

[Key words]5GC; indirect communication; SCP

0 ? 引言

為滿足5G萬(wàn)物互聯(lián)的需求，更方便靈活地適應(yīng)垂直行業(yè)應(yīng)用，5G核心網(wǎng)借鑒IT行業(yè)的通信模式，采用服務(wù)化架構(gòu)（SBA， Service Based Architecture）。服務(wù)化架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)功能（NF， Network Function）進(jìn)一步拆分成若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)（NF Service），NF/NF Service的注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)以及功能服務(wù)之間的通信都需要通過(guò)控制面網(wǎng)元NRF完成，NF間的信令交互采用HTTP2.0協(xié)議進(jìn)行直接通信。由于基于純NRF的信令組網(wǎng)方案存在NF間鏈路數(shù)量多，鏈路維護(hù)工作量大等問(wèn)題[4]，3GPP 5G系統(tǒng)的R16版本規(guī)范引入SCP（Service Communication Proxy，服務(wù)通信代理），使HTTP信令得到匯聚，減少NF間的信令鏈路連接，并且標(biāo)準(zhǔn)化了廠家私有HTTP Proxy方案。

1 ? SCP的功能

3GPP對(duì)SCP功能的定義主要包含以下方面。

1.1 ?間接通信

3GPP于5G系統(tǒng)的R16版本規(guī)范引入間接通信（Indirect Communication）概念，同時(shí)也引入新網(wǎng)元SCP，即NF或NF服務(wù)之間，可以通過(guò)SCP進(jìn)行間接通信，如圖1所示。

間接通信分為兩種模式[1]，無(wú)代理發(fā)現(xiàn)模式（Indirect Communication Without Delegated Discovery， Model C）和代理發(fā)現(xiàn)模式（Indirect Communication With Delegated Discovery， Model D）。無(wú)代理發(fā)現(xiàn)模式如圖2所示，NF消費(fèi)者（NF Consumer）通過(guò)NRF進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)，并且基于服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果選擇目標(biāo)NF生產(chǎn)者（NF Producer）的實(shí)例信息或者NF Set。NF消費(fèi)者向SCP發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求消息（NF消費(fèi)者需對(duì)SCP的地址進(jìn)行本地配置），消息中攜帶目標(biāo)NF的FQDN或IP地址，SCP基于目標(biāo)NF的地址信息進(jìn)行路由選擇和信令轉(zhuǎn)發(fā)。

代理發(fā)現(xiàn)模式是指NF消費(fèi)者不進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)或服務(wù)選擇，而是向SCP發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求的同時(shí)，攜帶服務(wù)發(fā)現(xiàn)和選擇的相關(guān)信息。SCP通過(guò)與NRF交互或者本地配置信息進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)，基于發(fā)現(xiàn)結(jié)果選擇目標(biāo)NF實(shí)例，刪除業(yè)務(wù)請(qǐng)求中的服務(wù)發(fā)現(xiàn)參數(shù)后根據(jù)目標(biāo)NF實(shí)例的FQDN或IP地址進(jìn)行信令轉(zhuǎn)發(fā)，如圖3所示：

NF消費(fèi)者可以根據(jù)配置決定，是由自己完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能（C模式），還是由SCP代理服務(wù)發(fā)現(xiàn)（D模式）。無(wú)論哪種方式，NF消費(fèi)者需本地配置SCP地址。SCP的主要功能是信令轉(zhuǎn)發(fā)和代理服務(wù)發(fā)現(xiàn)，自身并不對(duì)外提供服務(wù)。

同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以使用直接通信、間接通信或者直接通信和間接通信共存。NF消費(fèi)者基于自身配置，決定采用直接通信還是間接通信[1]。

1.2 ?信令轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇

SCP支持FQDN、IP地址、用戶標(biāo)識(shí)（如SUPI等）以及本地?cái)?shù)據(jù)配置進(jìn)行路由策略選擇。如果目標(biāo)網(wǎng)元和SCP不在同一個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)域（或數(shù)據(jù)中心），SCP應(yīng)能將請(qǐng)求消息路由至其他區(qū)域的SCP或者SEPP（國(guó)際漫游場(chǎng)景）。

SCP支持對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行緩存，D模式下緩存NF Profile、NF/NF Service Set信息，在信息有效期內(nèi)，NF發(fā)送的服務(wù)請(qǐng)求直接根據(jù)緩存信息路由，減少到NRF的發(fā)現(xiàn)/選擇流程，提升路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)效率。

1.3 ?負(fù)載均衡

SCP可根據(jù)運(yùn)營(yíng)商部署需求，具備負(fù)載均衡功能，降低對(duì)NF消費(fèi)者的要求;SCP按照負(fù)載情況，選擇將業(yè)務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至負(fù)載較輕的NF生產(chǎn)者，以達(dá)到全網(wǎng)負(fù)載均衡的目的。

2 ? 兩種間接通信模式的比較分析

無(wú)代理發(fā)現(xiàn)模式（C模式）和代理發(fā)現(xiàn)模式（D模式）兩種間接通信模式的共同點(diǎn)主要包括以下方面：

（1）服務(wù)注冊(cè)：NF與NRF互聯(lián)，進(jìn)行服務(wù)注冊(cè)/去注冊(cè);

（2）NF間通信：NF與SCP互聯(lián)，完成NF間的通信;

（3）鏈路管理：通過(guò)SCP實(shí)現(xiàn)鏈路匯聚，NF間鏈路減少;

（4）路由管理：由SCP完成路由決策;

（5）信令監(jiān)控：在SCP上部署信令監(jiān)控功能;

（6）流量控制和過(guò)載保護(hù)：可以部署在SCP上，降低對(duì)NF的要求。

差異點(diǎn)主要在服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果緩存和對(duì)NF的要求上。

（1）服務(wù)發(fā)現(xiàn)。C模式主要由NF通過(guò)NRF進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)，也可以由NF消費(fèi)者指定目標(biāo)NF Set，由SCP通過(guò)查詢NRF完成目標(biāo)NF的選擇;D模式主要由NF通過(guò)SCP進(jìn)行代理服務(wù)發(fā)現(xiàn)，但對(duì)于部分NF生產(chǎn)者的發(fā)現(xiàn)，可能需要NF消費(fèi)者、SCP與NRF共同協(xié)助完成，例如，I-SMF的發(fā)現(xiàn)可能需要AMF、SCP與NRF共同協(xié)助完成[2]。

（2）服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果緩存。C模式的服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果（目標(biāo)NF Profile）緩存在NF，減少NF與NRF間服務(wù)發(fā)現(xiàn)的交互;D模式的服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果（目標(biāo)NF Profile）緩存在SCP，減少SCP與NRF間服務(wù)發(fā)現(xiàn)的交互。

（3）對(duì)NF的要求。C模式下，NF無(wú)需升級(jí)，只要把SCP設(shè)置為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，無(wú)需區(qū)分場(chǎng)景，服務(wù)發(fā)現(xiàn)都通過(guò)NRF完成;D模式下，NF需升級(jí)，發(fā)送的Service Request消息中，需要攜帶目標(biāo)NF的發(fā)現(xiàn)和選擇參數(shù)。D模式下NF的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能依然保留，在AMF發(fā)現(xiàn)I-SMF場(chǎng)景，如果通過(guò)SCP代理發(fā)現(xiàn)失敗，則需要AMF修改發(fā)現(xiàn)參數(shù)（刪除UE位置信息）后，直接通過(guò)NRF先發(fā)現(xiàn)錨定SMF，再通過(guò)SCP發(fā)現(xiàn)I-SMF[1-2]。

可以看出，C模式下，NF和SCP在各類應(yīng)用場(chǎng)景中的分工更清晰，定位更明確，服務(wù)發(fā)現(xiàn)主要通過(guò)NRF完成，SCP則完成信令轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇。D模式的好處是減輕NF消費(fèi)者的功能，降低維護(hù)成本，SCP緩存NRF查詢結(jié)果，減少信令交互，降低時(shí)延，但在不同場(chǎng)景下服務(wù)發(fā)現(xiàn)方式還需進(jìn)一步明確。

因此，5G SA核心網(wǎng)商用初期，主要基于R15的服務(wù)化架構(gòu)進(jìn)行部署，建議采用C模式，對(duì)NF消費(fèi)者沒(méi)有額外的要求，只需配置SCP地址;后期根據(jù)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)情況及全國(guó)部署規(guī)模，考慮引入D模式，進(jìn)一步簡(jiǎn)化NF消費(fèi)者的功能。后續(xù)的組網(wǎng)方案將基于C模式展開(kāi)討論。

3 ? 5G SA信令組網(wǎng)方案建議

2019年3月，3GPP SA2#83會(huì)議為5GC SBA引入SCP和間接通信，預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)最快需要到2020年9月的版本。各主流通信設(shè)備廠家預(yù)計(jì)會(huì)在2020年底或2021年初提供第一代商用產(chǎn)品，但負(fù)載均衡、過(guò)載保護(hù)、流量控制、信令跟蹤等非標(biāo)準(zhǔn)化功能，各自開(kāi)發(fā)進(jìn)度以及實(shí)現(xiàn)方式會(huì)有所不同，異廠家NF與SCP間的調(diào)測(cè)尚需時(shí)間。因此，5G SA信令網(wǎng)的建設(shè)，建議分步實(shí)施。

3.1 ?初期組網(wǎng)方案

5G SA商用初期，建議選擇試點(diǎn)省部署一級(jí)SCP，根據(jù)業(yè)務(wù)量至少部署一對(duì)SCP，通過(guò)1+1負(fù)荷分擔(dān)進(jìn)行容災(zāi)備份，省間SCP網(wǎng)狀互聯(lián)，如圖4所示。在SCP上部署信令監(jiān)控、負(fù)載均衡、過(guò)載保護(hù)等功能，在試點(diǎn)省內(nèi)以及省間對(duì)SCP的功能進(jìn)行驗(yàn)證，并推動(dòng)產(chǎn)品的成熟和完善。

以A省AMF（下稱A-AMF）與B省UDM（下稱B-UDM）為例，說(shuō)明跨省NF間的發(fā)現(xiàn)與相互通信流程：

（1）NRF建立兩級(jí)組網(wǎng)架構(gòu)，骨干H-NRF連接各省L-NRF，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接跨省的網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)查詢與應(yīng)答消息。

（2）A-AMF的服務(wù)發(fā)現(xiàn)消息，通過(guò)兩級(jí)NRF組網(wǎng)，到達(dá)B省L-NRF;B省L-NRF返回的B-UDM的IP地址或FQDN經(jīng)過(guò)H-NRF、L-NRF的傳遞后到達(dá)A-AMF，完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程。

（3）由于A省SCP已設(shè)置為NF消息轉(zhuǎn)發(fā)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，因此，A-AMF根據(jù)服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果，將服務(wù)請(qǐng)求消息發(fā)送給A省SCP，A省SCP轉(zhuǎn)發(fā)至B省SCP，最后到達(dá)B-UDM，完成NF間通信流程。

3.2 ?演進(jìn)組網(wǎng)方案

隨著SCP功能的完善與成熟，后期建議建設(shè)兩級(jí)SCP組網(wǎng)架構(gòu)，即各省部署L-SCP，省間按需建設(shè)多對(duì)骨干H-SCP，調(diào)整L-SCP數(shù)據(jù)配置，省間NF通信通過(guò)骨干H-SCP轉(zhuǎn)接，簡(jiǎn)化跨省組網(wǎng)，骨干H-SCP全互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信令匯聚，提升網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作效率，如圖5所示。

4 ? 結(jié)束語(yǔ)

SCP的引入可以簡(jiǎn)化信令組網(wǎng)，使NF間的信令鏈路得到匯聚，減輕網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和維護(hù)的工作量，間接通信模式還有許多值得深入考慮的方面。例如，SCP與周邊網(wǎng)元的定位、SCP與4G信令網(wǎng)元DRA在4G/5G網(wǎng)絡(luò)融合過(guò)程中如何演進(jìn)、NF與SCP如何配合完成基于號(hào)段尋址、D模式優(yōu)勢(shì)的深度挖掘、直接通信模式與間接通信模式的混合使用、SCP在融合計(jì)費(fèi)中的應(yīng)用等等，有待在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步明確。

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