5G至4G空闲态移动TAU流程解析

前言：本篇文章旨在深入探讨5G到4G空闲态移动时的TAU流程，帮助读者理解这一过程中的关键步骤和技术细节。

参考资料：51学通信《5G核心网基础、协议与信令流程》

以下内容基于课程笔记整理，并结合实际案例进行说明，如有雷同，纯属巧合，请勿用于商业用途。

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在规范中，该流程被称为“5GS to EPS Idle mode mobility using N26 interface”（TS 23.502, Section 4.11.1.3.2），指的是用户先在5G网络注册并建立PDU会话后，当处于空闲态（CM-IDLE）且移动到4G覆盖区域时触发的TAU流程。

主要触发过程如下：

1. UE已在5G网络注册并建立了PDU会话，并通过源gNB接入5GC。
2. 用户停止使用设备，进入空闲态。
3. UE发生位置变化，离开5G覆盖范围，进入4G覆盖范围（由eNodeB负责）。
4. UE发起TAU流程，在4G网络中注册，网络侧需将UE在5G的上下文信息迁移到4G。

在此过程中，哪些网络元素发生了变化？

• RAN侧：gNB→eNB
• 核心侧：AMF→MME
• HSS和UDM保持不变
• SMF/PGW-C保持不变
• UPF/PGW-U保持不变
• 选择新的SGW

该流程涉及的主要规范包括：

• EPC信令流程（23401）
• 4G NAS消息（24301）
• 5GC架构（23501）
• 5GC信令流程（23502）
• PFCP协议（29244）
• NGAP协议（38413）
• AMF服务（29518）
• SMF服务（29502）
• UDM服务（29503）
• GTP-v2（29274）

具体步骤如下：

1. UE空闲态进入4G覆盖，触发TAU。
2. MME向AMF请求UE的上下文（MM、SM上下文）。
3. AMF向SMF请求UE的SM上下文，SMF返回映射后的EPS承载。
4. SMF通知PGW-U/UPF为EPS承载分配用户面资源。
5. MME根据TA选择SGW创建S11会话。
6. SGW通知PGW-C更新S5会话。
7. PGW-C将SGW-U的信息告知PGW-U。
8. MME向HSS做位置更新。
9. UDM取消对AMF的位置更新。
10. TA更新完成，给UE分配GUTI。
11. 如需建立专用承载，PGW发起专用承载建立。

尽管规范中的信令流程图全面详尽，但仍存在一些不足之处：

• 未结合具体场景介绍，例如AMF和SMF的具体位置。
• 图中缺少协议及重要消息参数说明。
• 23502规范仅描述宏观流程，具体细节需查阅多个文档。
• 图中箭头上的文字并非实际消息名称，容易引起混淆。
• 多种场景合并在一个图中，导致某些步骤仅适用于特定场景。

针对上述问题，我们对规范中的TAU流程进行了定制化处理，主要包括：

• 加入场景介绍，并标明接口协议及重要消息参数。
• 结合国内EPC部署经验，简化不常见的流程，使其更贴近实际运营商网络。

定制化的场景示例：

1. UE在广州市天河体育场内观看比赛，场内有5G覆盖，场外为4G覆盖。

2. UE在场内上网（建立5G PDU会话），随后专心观赛，进入空闲态。

3. 离开球场后，UE不知不觉进入了4G覆盖区，触发TAU流程。

该流程涉及的主要步骤包括：

• UE需根据23501附录B的要求将5G-GUTI映射成4G-GUTI。
• MME需查询DNS获取AMF的N26地址。
• AMF需向SMF请求UE的SM上下文。
• SMF需将PDU会话的QoS Flow转换为EPS Bearer并返回给AMF。
• SMF/PGW-C需通知UPF/PGW-U分配S5-U用户面地址。
• AMF返回给MME的UE上下文中包含MM上下文和SM上下文。
• MME需根据当前TAI查询DNS选择一个新的SGW。
• MME需向HSS做位置更新，UDM需对AMF做去注册。

重点：由于是在空闲态发生的移动，因此网络侧只需迁移UE上下文（5→4），无需处理用户面通道的实时切换，后者是连接态移动的任务。