222-Rel16支持URLLC冗余传输

Rel-16支持URLLC冗余传输

从本文开始，将逐步接受R16在R15基础上新增的一些功能和要求，本文是第一篇（可能会与之前的文档重复），介绍的是在R16中支持Ultra Reliable Low Latency Communication，主要介绍的是高可靠性通信的冗余传输。

当PDU会话要为URLLC QoS流提供服务时，UE和SMF应在PDU会话上一如既往地建立PDU会话。

注：当触发PDU会话建立时，UE如何知道PDU会话是否服务于URLLC QoS流取决于UE的实现。

基于双连接的端到端冗余用户平面路径

为了支持高度可靠的URLLC服务，UE可以在5G网络上建立两个冗余PDU会话，使得5GS将两个冗余PDU会话的用户面路径设置为不相交。用户的订阅指示是否允许用户具有冗余PDU会话，并且此指示从UDM提供给SMF。

 RAN支持双连接，目标区域有足够的RAN覆盖范围以实现双连接。

 UE支持双连接。

 核心网络UPF部署与RAN部署一致，并支持冗余用户平面路径。

 底层传输拓扑与RAN和UPF部署一致，并支持冗余的用户面路径。

 物理网络拓扑和功能的地理分布还支持运营商认为必要的冗余用户面路径。

 冗余用户面路径的操作在操作员认为必要的范围内足够，例如电源。

图5.33.2.1-1显示了应用冗余时双PDU会话的用户面资源配置。一个PDU会话通过主NG-RAN从UE跨越到UPF1作为PDU会话锚定，另一个PDU会话从UE通过辅助NG-RAN跨越到UPF2作为PDU会话锚定。有一个指向AMF的N1接口。

基于这两个PDU会话，建立了两个的用户平路径。UPF1和UPF2连接到同一个数据网络（DN：Data Network），即使通过UPF1和UPF2的业务可以通过DN内不同的用户平节点进行路由。

为了建立两个冗余PDU会话，并将来自同一应用程序的复制业务与这些PDU会话相关联。

建立的冗余用户面适用于IP和以太网PDU会话。

NamfNsmfNsmfAMF N2SMF1 SMF2 N4 N3 N4 DN Master NG-RAN UE UPF1 N6Xn N3Secondary NG-RAN UPF2 N6

Figure 5.33.2.1-1: Example scenario for end to end redundant User Plane

paths using Dual Connectivity

对冗余PDU会话的支持包括：

 UE发起两个冗余PDU会话，并为每个PDU会话提供DNN（Data Network Name）和S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information）的不同组合。

 SMF确定PDU会话是否被冗余处理。该决定基于PCF为PDU会话提供的策略，结合S-NSSAI、DNN、用户订阅和本地策略配置。SMF使用这些输入来确定RSN（Redundancy Sequence Number），该RSN区分冗余处理的PDU会话，并指示NG-RAN中PDU会话的冗余用户面需求。

 UPF选择的操作配置确保了不相交路径的适当UPF选择。

 在建立PDU会话或转换到CM连接状态时，RSN参数向NG-RAN指示应通过双连接为给定PDU会话提供冗余用户面资源。RSN参数的值表示PDU会话的冗余用户面需求。这个冗余处理请求是通过在每个PDU会话粒度上向NG-RAN节点指示RSN来实现的。与不同RSN值相关联的PDU会话应通过不同的冗余UP资源实现。

按本版本定义，建立双连接的决定仍在NG-RAN中。NG-RAN考虑了CN提供的双连接设置的附加请求。

 使用NG-RAN本地配置，NG-RAN通过双连接确定是否满足为PDU会话建立RAN资源的请求，并考虑由RSN参数指示的用户面需求。如果为PDU会话建立RAN资源的请求可以由RAN完成，则即使RSN指示的用户面需求不能满足，也可以建立PDU会话。

如果NG-RAN确定建立RAN资源的请求无法完成，则应拒绝该请求，该请求最终触发SMF拒绝向UE建立PDU会话。每个PDU会话的决定都是的（即拒绝PDU会话请求不会释放先前建立的PDU会话）。

 SMF的计费记录可能反映RSN信息。

 在切换的情况下，RSN指示从源NG-RAN传输到目标NG-RAN。

支持N3/N9接口的冗余传输

如果NG-RAN节点、UPF和CP NF的可靠性足够高，能够满足这些NF服务的URLLC服务的可靠性要求，但单个N3隧道的可靠性不够高，例如由于回程网络的部署环境，冗余传输可以通过两个的N3隧道部署在PSA（PDU Session Anchor） UPF和NG-RAN之间，这两个隧道与单个PDU会话相关，通过不同的传输层路径来提高可靠性。

为确保两个N3隧道通过不相连的传输层路径进行传输，SMF或PSA UPF应在隧道信息中提供不同的路由信息（例如不同的IP地址或不同的网络实例），这些路由信息应根据网络部署配置映射到不相交的传输层路径。SMF指示NG-RAN和PSA UPF两个CN/AN隧道信息中的一个相应地用作PDU会话的冗余隧道。使用两个N3/N9隧道的冗余传输在QoS流颗粒度上执行，并且共享相同的QoS流ID。

在建立URLLC QoS流期间或之后，如果SMF决定根据授权的5QI、NG-RAN节点能力或运营商配置来执行冗余传输，则SMF通知PSA UPF和NG-RAN通过N4接口和N2信息执行冗余传输。在这种情况下，NG-RAN还应在隧道信息中提供不同的路由信息（例如不同的IP地址），并且这些路由信息应根据网络部署配置映射到不相交的传输层路

径。

如果在N3/N9接口上执行重复传输，则对于从DN接收到的PSA UPF的QoS流的每个下行分组，PSA UPF复制该分组数据，并为冗余传输分配相同的GTP-U序列号。NG-RAN基于GTP-U序列号消除重复的分组，然后将PDU转发给UE。

对于从UE接收到的NG-RAN的QoS流的每个上行链路分组，NG-RAN复制该分组数据，并为它们分配相同的GTP-U序列号以进行冗余传输。这些分组数据分别通过两个N3隧道传输到PSA UPF。PSA UPF相应地消除基于GTP-U序列号的重复分组。

PSA UPF和NG-RAN可以基于SMF指令通过每个QoS流的一个或两个隧道来发送分组数据。

在UE移动过程中，当UE从支持冗余传输的NG-RAN移动到不支持冗余传输的NG-RAN时，SMF可以释放冗余传输的QoS流。

图5.33.2.2-1说明了仅在N3接口上进行冗余传输的情况。这些数据包分别通过两个N3隧道传输到NG-RAN。RAN节点和PSA UPF应支持如上所述的数据包复制和消除功能。

AMFN2N11SMFN4N7PCFN3 Tunnel 1UENG-RANN3 Tunnel 2N3UPFN6DN

Figure 5.33.2.2-1: Redundant transmission with two N3 tunnels between the

PSA UPF and a single NG-RAN node

PSA UPF和NG-RAN之间的两个中间UPF（I-UPF）可用于支持基于单个NG-RAN节点和PSA UPF之间的两个N3和N9隧道的冗余传输。NG-RAN节点和PSA UPF应支持上述分组复制和消除功能。

AMFN2N11SMFN4N7PCFN3 Tunnel 1N3I-UPF1I-UPF2N9 Tunnel 1N9UENG-RANN3 Tunnel 2UPFN6DNN9 Tunnel 2 Figure 5.33.2.2-2: Two N3 and N9 tunnels between NG-RAN and PSA UPF for

redundant transmission

在图5.33.2.2-2中，NG-RAN和PSA UPF之间有两个N3和N9隧道，用于在建立URLLC QoS流期间或之后建立的同一PDU会话的URLLC QoS流。在下行链路业务的情况下，PSA UPF从DN复制QoS流的下行链路分组数据，并将相同的GTP-U序列号分配给它们。这些复制的分组包分别通过N9隧道1和N9隧道2传送到I-UPF1和I-UPF2。每个I-UPF分别通过N3隧道1和N3隧道2将从PSA UPF接收的具有相同GTP-U序列号的分组数据转发给NG-RAN。NG-RAN根据GTP-U序列号消除重复包。

在上行链路业务的情况下，NG-RAN从UE复制QoS流的分组数据，并将相同的GTP-U序列号分配给它们。这些复制的分组包分别通过N3隧道1和N3隧道2传输到I-UPF1和I-UPF2。每个I-UPF分别通过N9隧道1和N9隧道2将从NG-RAN接收到的具有相同GTP-U序列号的分组转发给PSA UPF。PSA-UPF根据GTP-U序列号消除重复的分组。

支持传输层的冗余传输

在5G系统中，无需假设在应用层（仅限DN）支持IEEE FRER等协议就可以支持冗余传输，同时，不需要N3上的冗余GTP-U隧道，也可以支持冗余传输。回程在UPF和NG-RAN之间提供两条不相交的传输路径。NG-RAN和UPF中的冗余功能利用传输层的路径。在传输层支持冗余传输不需要对3GPP协议产生影响。

以下是所需步骤：

 UE为URLLC服务建立PDU会话。基于DNN、S-NSSAI、支持传输层冗余传输的知识以及其他因素，SMF为PDU会话选择支持传输层冗余传输的UPF。在UPF和NG-RAN之间建立一条N3 GTP-U隧道。支持传输层冗余传输的知识可以在SMF中配置，也可以在UPF中配置，然后在N4关联设置过程中通过N4能力协商由SMF获得。

 支持传输层冗余传输的知识可以在SMF中配置，也可以在UPF中配置，然后在N4关联设置过程中通过N4能力协商由SMF获得。

 对于DL数据传输，UPF在N3 GTP-U隧道上发送DL包。UPF中的冗余功能在传输层上复制DL数据。NG-RAN中的冗余功能消除接收到的重复DL数据并发送到NG-RAN。

 对于UL数据传输，NG-RAN在N3 GTP-U隧道上发送接收到的UL包，NG-RAN中的冗余功能在回程传输层执行冗余处理。UPF中的冗余功能消除了接收到的重复UL数据并发送到UPF。