本文目標

• 理解核心網路在移動網路中扮演的角色
• 認識核心網路中常見的功能

進入正題

3GPP TS 23.502 針對核心網路中大量不同的流程做出定義以適應所有場景，其中有四個 Procedure 是在核心網路中觸發次數最頻繁的。
了解這四個主要流程可以幫助我們更加了解核心網路溝通協作的方式：

Registration

Registration procedure 是 UE 啟動後一定會發起的流程（Initial Registration），UE 必須向核網端完成註冊才能順利的使用其他功能：

• Authorization
• Services
• Mobility tracking
• Reachability

除了 Initial Registration 以外，還有針對不同場景需要觸發的 Registration procedure，像是：

• 當 UE 與 RAN 停止連線（CM-IDLE），但需要定期向核心網路回報自身位置的 Periodic Registration。
• 當 UE 離開核網分配的 Registration Area 並抵達新的 Tracking Area，需要更新 UE Mobility 時所發起的 Mobility Registration。
• 當 UE 需要使用緊急服務時發起的 Emergency Registration。

Session Management

5G 核心網路提供 UE 與 Data Network 連線的能力，包含：

• IMS (IP Multimedia Subsystem)
• Internet

UE 為了向 Data Network 傳輸與接收資料，會向核心網路發起 PDU Session 的建立請求，待建立完成後，UE 才有能力收送 User Plane 上的網路封包。
考慮到 UE 會隨著使用者移動，過程中不一定會一直由相同的 RAN 或是 UPF 服務，所以核心網路除了要能夠受理 PDU Session 的建立請求，還必須要處理 Modification & Release Request。

Session Management 的相關流程包含 Establishmen、Modification、Release，細部流程請參考 TS 23.502（點擊超連結可以線上觀看）：

• PDU Session Establishment
• PDU Session Modification
• PDU Session Release

Handover

考慮到 UE 的可移動性，電信商會在陸地上廣泛部屬基地台以保證使用者的 QoS（Quality of Service）。
對於處在移動狀態的 UE，隨著距離移動得越多，與服務中的基地台之間的訊號便會持續衰弱。為了保持服務品質，UE 與核心網路端都有對應的機制，當服務中的基地台訊號與周圍的其他基地台訊號之間的強度有足夠的落差，UE 或是核心網路端就會依據策略觸發 Handover procedure。

參考上圖，UE 原本由左邊的基地台服務，當車輛駛離原先的基地台並且進入其他 Serving Cell 時，UE 會比較不同 Cell 的訊號強度，當訊號差通過一個門檻時，handover 就會被觸發！

Handover 相關流程可以分成兩大類：

• Xn handover
• N2 handover

兩者最大的差異是 Xn handover 主要是由兩個基地台（Source gNB 以及 Target gNB）主導 handover，等到大致的工作完成後再向 AMF 發送 N2 Path Switch Request 告知 AMF 結果：

當 AMF 收到 Path Switch Request 以後，會需要告知 SMF 有關 SMContext 的資料需要更新，SMF 會根據這些訊息做 UPF Selection，決定目前服務 UE 的 UPF 是否會替換：

• 當 UPF Selection 結束，SMF 會透過 PFCP 訊息向 UPF 更新 Packet 的 flow rule（如何轉發、保存封包或是與該 PDU Session 關聯的 QoS 參數是否發生變化）。
• Target UPF 會發送 N3 End marker 通知 target gNB UPF Selection 已經結束，如果 target gNB 有收到這則訊息，會回覆 N3 End marker 給 Target UPF，到這部分結束，Downlink data 的傳輸會由新的 gNB 負責。
• 至於 Uplink 的傳輸會需要等到 SMF 處理完一開始 AMF 發出的 SBI 請求，等到 AMF 收到回覆，會向 Target gNB 回覆 N2 Path Switch Request Ack，這時 Target gNB 就能夠通知原本服務 UE 的 Source gNB，讓它可以釋出原先保留給 UE 的資源。

而 N2 handover 主要由核心網路主導整個換手流程：

上圖為 N2 handover 的上半段，不難發現 Target gNB 以及 T-UPF（Target UPF）的選擇工作都是由核心網路決定，換句話說，當 N2 handover 觸發時，服務 UE 的 AMF、UPF 以及 gNB 都會改變。

Service Request (Paging)

在現實世界中，我們的手機並不會時刻與基地台保持連線（節省電力），所以只有必要時會保持 UE 與 gNB 之間的連線。參考上方的示意圖，當 UE 沒有與基地台保持連線，但是核心網路接收到了屬於該 UE 的封包時該怎麼辦呢？
若 UE 需要連上核心網路會需要發起 Service Request 流程，但在發起之前核心網路必須要有能力通知 UE，而這個流程就是 paging：

當 UE 處於 CM-IDLE 的狀態，但在網路端這邊有要傳送給 UE 的 Packet，核心網路就必須透過 Paging（尋呼）的方式通知 UE。等到 UE 收到通知，便會向核心網路發起 Service Request 以建立 PDU Session。

考慮到能源管理，UE 會在 CM-CONNECTED 與 CM-IDLE 之間做切換已漸少能量消耗。
對核心網路與 RAN 來說，減少非必要的持續連線也可以降低負擔。

總結

本文簡單介紹核心網路中最主要的系統流程，這些流程保證了 UE 與核心網路之間的 Mobility Management、Session Management 以及 Connection Management。也就是說，如果要實作一個具有基本功能的核心網路（不考慮計費功能、穩定性、可靠性）必須要能夠處理這幾個流程。
考慮到讀者會想要更近一步的了解流程中的每一個步驟，筆者會在明天的文章中以 General Registration 為例，帶大家一步一步的閱讀並且思考為何在每個步驟中需要做哪些判斷，讓大家能夠使用日前所學的基礎來閱讀 3GPP 規格書。

References

• 3GPP TS 23.502