Mobility Management

CM-Connected网络注册更新注册Handover切换服务可达性按需出行业务区域限制LADN(本地数据网络)MICO非激活RRC中的移动性管理[RRC Inactive]

这一篇博文默认您已经了解5GC 的架构与基本NF构造，如果对此块预备知识准备不充足，请移步该博文：[5G 核心网络架构] 5GC: Architecture。该博文对5GC的架构进行了详解，是本文的基本先修课程。

CM-Connected

CM-Connected: 用户在切换数据服务时(Connection Management)，让用户感觉不出服务终端的连接方式。

收信要求：网络可以“联系”用户，例如，通知用户有消息或来电。即AMF应该已经找到UE的位置且建立起连接

发信要求：用户可以发起与其他用户或服务(如Internet访问)的通信，在服务开始之前要进行初始化操作

当用户在访问技术内部或访问技术之间移动时，可以维护连接和正在进行的会话

随需应变的移动性:3GPP为不需要移动性支持或只需要有限的移动性支持的进一步用例开发了支持。4G时代的设计理念，是默认可以支持所有设备移动性，即开发比较死板。从5G开始，开始着手设计某些智能设备按需求指定移动性管理功能；即像智能体重秤，这种东西好像没有什么去移动位置的必要，对这种物品进行移动性支援开发会导致浪费生产预算。5G中也支持了多种多样的指定区域内连接指定服务器的服务，设备一旦超出某区域即无法连接某些服务器。

新的可选5GS移动管理

服务区域限制，上面一段话说的就就是这个。

局域网数据网(LADN，Local Area Data Network)，只有某个领域的设备可以使用无线网或者访问本地服务器。是以边缘计算为服务对象设计的。

仅限移动发起连接(MICO，Mobile Initiated Connection Only )，有一些服务可能不需要给应答消息，只需要用户发送某些数据给对方，既然不需要回信，那么基站对于终端的位置也就不是必须掌握的了。

网络注册

网络发现和选择属于初始化注册。

UE需要与5GS建立连接（5GS=5G NR+5GC,5G System）

UE首先选择一个网络/PLMN(即运营商网络)和一个5G-AN

对于3GPP访问，即NG-RAN(BS,基站的另一种名称), UE选择一个cell，然后与NG-RAN建立RRC连接

NG-RAN根据终端建立RRC连接时提供的内容(如选中的PLMN、Network Slice信息)，选择一个AMF，通过N2参考点将UE NAS MM消息转发给5GC中的AMF

通过AN连接(即RRC连接)和N2, UE和5GS完成注册程序

注册程序完成后，终端将在5GC注册

UE是已知的，并且UE与AMF有一个NAS MM连接。MM是移动管理，NAS消息是指设备与5GC通信相关的网络消息，AS消息是指与设备与BS通信相关的消息。

5GS的空闲模式移动性管理

UE定期更新网络位置信息

由于信令数量的原因，每次终端在不同cell之间移动时，都要在空闲模式下跟踪终端是不实际的

TA（Tracking Area）：由事业单位规定的cell组成的一个区域集合

RA (Registration Area):网络搜索终端和终端上报位置的基地。

一个或多个TA可以分配给终端作为RA，每个终端的RA可以不同大小。当基站离开某一个RA时，向5GC报告一次。

注册程序

gNB/ng-eNB在每个小区广播TA身份

UE将此信息与先前存储的一个或多个TA进行比较

如果广播TA不属于分配的RA，终端将启动注册程序

网络将分配给UE一个新的RA, UE在继续移动时将存储和使用该RA

RA由一个或多个TA组成

RA允许终端属于一个不同的终端列表

通过向不同终端分配不同的TAs列表，运营商可以给终端不同的RA边界，从而减少注册更新信号的峰值，例如，当火车通过TA边界时，已经有用户注册到RA了，那一部分用户就不需要更新注册。减少数据峰值流量

定期登记更新

基于计时器定期更新注册，即使它仍然在RA中

用于清除网络中覆盖范围外的资源，或在不通知网络的情况下关闭终端

传呼

当终端处于空闲状态，网络需要到达终端(如发送下行流量)时，TA的所有基站会查找终端。网络页面会在RA中终端存储，查找终端时需AMF调度。AMF拥有RA的信息，通过RA找到对应终端，因此有多少个基站参与寻找设备的paging流程，与终端把多少TA加入了RA有关。

TAs越大，单元中的传呼负载越高，但由于终端四处移动，用于注册更新的信号将更少。一个UE的RA随着经过TA的数量越来越大，随着时间的增长其几乎不会再需要新的注册，因此注册信号会大幅减少

初始化注册：终端注册到无线网络。

周期性注册：用于处于CM-IDLE状态的终端，向网络显示终端仍然存在。周期性是基于从AMF接收到的时间值

移动注册：当终端离开注册区域时使用。或当UE需要更新其能力或在注册程序中协商的其他参数时，或不更改新的TA

紧急注册：紧急呼叫服务，不计入计费过程的服务。

总结一下整个过程：

以单元为单位对TA进行定义与标识，每个设备会在本地存储一定量的TA，这些TA被称为这个设备的RA。RA可以有复数个TA，且每个设备的RA规模可以不同。每当设备移动到一个新的单元，就会将该单元的TA存储到RA中，并在此刻报告给5GC。当在RA中移动时，即便切换单元也不需要再次向5GC进行切换报告，仍然需要发送周期性注册否则5GC会认为设备已关闭。

更新注册

MRU（注册更新）

如果广播TA ID不在RA的TA列表中，UE向网络发起MRU过程，NG-RAN将MRU路由到服务新区域的AMF在收到来自UE的MRU消息后，AMF检查该特定UE的上下文是否可用;如果没有，AMF检查UE的临时标识符(5G-GUTI，全局唯一临时标识符)，以确定哪个AMF保留UE上下文。一旦确定了这一点，AMF就会向旧的AMF询问UE上下文旧的AMF将UE上下文转移到新的AMF。一旦新的AMF接收到旧的UE上下文，它就通知udm与6一致UDM在旧的AMF中注销UE上下文。UDM承认新的AMF，并在新的AMF中插入新的用户数据。新AMF通知UE, MRU是成功的，AMF提供了一种新的5G-GUTI

Handover切换服务

UE通过handover切换cell

当设备切换单元，进入一个新的单元后。会对两个单元内的信号服务作比较。如果是提供比当前小区更好服务的辐射范围内，会择优选择更好的

UE一次只需要听一个gNB/ng-eNB

测量时间间隔

用于UE将接收机调到其他单元，并测量信号强度

如果另一个单元的信号强度明显较强，NG-RAN启动的切换过程

Xn-based交接(HO)

NG-RAN节点之间通过直接接口(称为Xn接口)进行直接切换，即终端切换前后，其虽然切换了基站但是各基站连接的始终是一个AMF。

源NG-RAN节点和目标NG-RAN节点准备并执行HO过程

HO执行结束时，目标NG-RAN节点请求AMF将下行数据路径从源NG-RAN节点切换到目标NG-RAN节点

AMF依次请求每个SMF将数据路径切换到新的NG-RAN节点，由SMF更新服务PDU Session的UPF

如果DL报文在UPF切换路径到新的NG-RAN节点之前发送，源NG-RAN节点将通过Xn接口转发报文。当新老基站切换准备工作未完成之前，由于HO而导致的设备暂时服务中断，此时设备不能够接收数据且网络中可能仍然存在正在向设备发送的数据，这些数据会发到原来的NG-RAN。当切换服务完成，新NG-RAN的AMF与设备连接后，新NG-RAN会通过AMF接收新数据，而老NG-RAN会在本地缓存切换过程中收到的数据并通过Xn接口传输给新的NG-RAN。最后新NG-RAN会把缓存 数据和新接受的数据，一起发送给设备。

N2-based交接

如果NG-RAN节点之间的Xn接口不可用，涉及通过5GC网络信令的HO。即终端切换后，新基站使用不同于旧基站的新的AMF。

它通过AMF发送信号，可能包括AMF和/或SMF/UPF的变化。因为基站间无直连接口，此时在旧基站缓存的数据需要通过AMF来转发。

可达性

传呼（paging）：基站查找设备的过程

当UPF收到一个发送到空闲终端的DL报文时，没有NG-RAN用户平面隧道地址可以发送该报文。N3接口此时还未开启

UPF将缓存来自网络的数据包，并通知SMF下行数据包已经到达

SMF要求AMF为PDU Session设置User Plane资源，AMF知道RA UE所在的位置，向RA内的NG-RAN发送寻呼请求

NG-RAN计算在什么情况下需要传呼UE，然后NG-RAN计算UE

终端收到寻呼报文后，响应AMF，激活用户平面资源，DL报文转发到终端

MICO(只适用于移动启动连接)

当终端处于MICO模式时，AMF认为终端不可达，即此时传呼不可达。该模式设备只能发信不能收信，因此基站也不知道设备具体在哪

按需出行

业务区域限制

定义了控制是否允许终端发起业务通信的区域。大体有如下三种

允许区域: Allowed Area

根据订阅的要求，允许UE发起与网络的通信。一旦到达该区域可以使用某些服务，往往是免费的。

不允许区域:Non-Allowed Area

UE为“服务区受限”，即既不允许UE也不允许网络发起信令来获取用户业务(无论是在CM-IDLE状态还是在CM-CONNECTED状态)。

UE照常执行与移动性相关的信令，例如: 移动注册更新时，搬出RA

非允许区域的终端会回复5GC发起的消息，这使得可以通知终端，例如现在区域有变动，现在是允许的，可以收发数据。

禁止区域：Forbidden Area： 区域内不允许任何通信

LADN(本地数据网络)

LADN：

允许访问一个或多个特定区域的DN(和DNN[PDU会话提供连接的DN名称])

在该区域之外，终端无法访问DNN

LADN业务区域:由AMF在网络中配置为跟踪区域的集合,这也是为了服务边缘计算，非特定区域内不提供服务的特性（避免处理过多不必要的数据导致紧急事务处理能力下降）。

UE向网络发送PDU Session建立请求

AMF将向SMF提供一个指示，告诉SMF UE是在LADN区域内部还是外部

这允许SMF决定是否接受或拒绝请求

如果终端在LADN服务区内，SMF可以接收用户请求，否则SMF将拒绝用户请求。

MICO

允许为不需要对移动网络可用的终端保存传呼资源

终止通信

当终端处于MICO模式时，当终端处于CM-IDLE状态时，AMF认为终端不可达，MICO模式的使用并不适用于所有类型的终端

MICO模式在注册程序中协商(和重新协商)。即终端可以表明其对MICO模式的偏好，AMF通过考虑终端的偏好以及用户的订阅、网络策略等其他信息来决定是否启用MICO模式

非激活RRC中的移动性管理[RRC Inactive]

从上面各个状态的特征可以看出，RRC_INACTIVE状态是RRC_IDLE和RRC_CONNECTED的一个“组合”，INACTIVE态下的移动性和IDLE态下的相同都是由UE控制移动性（通过小区重选），INACTIVE态和CONNECTED态一样保持5GC—NG-RAN的连接和AS层的上下文。

在5G以外的RRC 有两种状态，分别是空闲和连接状态。（IDLE/CONNECTED)。介于二者中间的一种状态就是是5G独有的状态——Inactive。

在RRC Inactive状态下，UE保持CM-CONNECTED状态(即NAS级别)，可以在NG-RAN (RAN Notification area - RNA，由AMF分配的RA中的一个子集)配置的区域内移动，而不通知网络.

在RRC Inactive状态下，

UE可达性由NG-RAN管理，5GC提供帮助信息

UE寻呼由NG-RAN管理

UE监控使用部分UE的5GC和NG-RAN标识符进行传呼

最后服务的NG- RAN节点保持UE上下文和UE关联的NG (N2和N3)连接与服务的AMF和UPF

在发送用户平面数据之前，终端不需要向5GC发送信号，所有细节操作由基站辅助完成，AMF不参与其中。

下面是一个例子：

注册区域与RNA (RAN Notification area - RNA，由AMF分配的RA中的一个子集)

UE可以在RNA(图中深灰色单元)中自由移动，不需要通知网络

如果UE在RA中移动到RNA之外(例如，显示为不同的深灰色单元格)，UE执行一个RNA更新，允许NG-RAN更新UE上下文和UE相关的连接

如果UE移动到RA(浅灰色单元)之外，那么UE还需要通过注册手续通知5GC进行移动注册更新