AI带我学5G第23集：深入解析5G核心网SMS over NAS流程与维护要点

深入解析5G核心网SMS over NAS流程与维护要点

读者须知： 本文旨在为通信行业5G核心网维护工程师提供一份关于“SMS over NAS”（通过非接入层传输短信）的深度技术总结，内容严格基于3GPP规范中的相关流程（例如：Registration, Deregistration, MO/MT SMS）。

1. SMS over NAS 注册流程深度剖析 (4.13.3.1)

SMS over NAS功能允许用户设备（UE）通过5G核心网的非接入层（NAS）信令面发送和接收短消息服务（SMS）。为了启用这项功能，UE必须在注册过程中明确表明其能力，并且网络侧需要进行相应的配置和资源分配。

1.1 流程概述与关键消息

SMS over NAS的注册流程是在标准的5GS注册流程（图4.2.2.2.2-1）的基础上扩展的。

UE的意图表达：在注册过程的第一步，即UE发送Registration Request消息时，如果UE支持通过NAS传输SMS，它必须在请求中包含一个“SMS supported”指示，表明其具备SMS over NAS传输的能力。

AMF与UDM/UDR的交互：在标准注册流程的第4步到第14步执行期间，接入和移动性管理功能（AMF）可能会通过Nudm_SDM_Get服务操作从统一数据管理（UDM）检索用户的SMS订阅数据（SMS Subscription data）和UE Context in SMSF数据。为了完成数据检索，UDM可能需要通过Nudr_DM_Query服务操作从统一数据存储库（UDR）获取这些信息。

如果UDM存储的短信功能服务器（SMSF）信息与AMF位于同一公共陆地移动网络（PLMN），UDM会在Nudm_SDM_Get响应消息中包含该SMSF信息。如果成功接收到响应且允许SMS服务，AMF还会使用Nudm_SDM_Subscribe操作订阅SMS订阅数据变更通知，而UDM也可能通过Nudr_DM_Subscribe向UDR订阅通知。

注意： AMF也可以选择使用带有“Immediate Report Indication”（即时报告指示）的Nudm_SDM_Subscribe服务操作，这样可以立即触发UDM返回订阅数据，前提是AMF和UDM都支持此功能。

AMF重分配与上下文转移：如果在注册过程中发生AMF重分配（AMF re-allocation），旧的AMF会将包含SMSF信息的UE上下文作为注册流程第5步的一部分，转移给新的AMF。

AMF的逻辑判断与SMSF选择：如果Registration Request中包含“SMS supported”指示，AMF会检查第2步接收到的SMS订阅数据，确认该UE是否允许使用SMS服务。

1. 如果允许SMS服务，并且接收到的UE上下文中包含服务PLMN内可用的SMSF地址，AMF将激活此SMSF地址并继续注册流程。
2. 如果允许SMS服务，但第2步中未接收到服务PLMN的SMSF信息，AMF则需要根据TS 23.501的6.3.10条款描述，发现并选择一个SMSF来服务该UE。

AMF与SMSF的激活：AMF一旦确定了要使用的SMSF信息（在第3步中得出），就会执行标准的注册步骤15到20。随后，AMF调用SMSF的Nsmsf_SMService_Activate服务操作。

SMSF的操作与注册：SMSF首先会发现一个UDM（根据TS 23.501的6.3.8条款）。

• 接入类型（Access Type）检查：
• 如果SMSF中已经存在当前接入类型的UE上下文，SMSF将用新的AMF地址替换旧的AMF地址。
• 否则，SMSF将其视为来自新接入类型的注册请求。SMSF使用该接入类型（Access Type）向UDM注册，调用Nudm_UECM_Registration服务操作。UDM将存储UE Context in SMSF数据，包括：SUPI、SMSF身份、SMSF地址以及接入类型。UDM还可能通过Nudr_DM_Update将SMSF信息存储在UDR中。
• 如果Nsmsf_SMService_Activate请求包含两种接入类型，且其中一种已在SMSF中注册，SMSF会替换该接入类型的旧AMF地址，然后使用Nudm_UECM_Registration请求注册另一种接入类型。

SMSF订阅管理数据：SMSF通过Nudm_SDM_Get检索SMS管理订阅数据（例如，SMS电信服务、SMS禁止列表），这可能需要UDM通过Nudr_DM_Query从UDR获取信息。成功响应后，SMSF使用Nudm_SDM_Subscribe订阅该数据变更通知，UDM也可能通过Nudr_DM_Subscribe向UDR订阅通知。SMSF还会创建一个UE上下文，存储SMS订阅信息和为该UE服务的AMF地址。

注意： 类似于AMF，SMSF也可以选择使用带有“Immediate Report Indication”的Nudm_SDM_Subscribe操作来获取SMS管理订阅数据。

流程结束与UE通知：SMSF使用Nsmsf_SMService_Activate服务操作响应AMF。AMF将收到的SMSF信息存储在其UE上下文中。只有在第8步AMF从选定的SMSF收到积极指示后，AMF才会在注册接受消息（Registration Accept，即标准流程的第21步）中包含“SMS allowed”指示，通知UE网络是否允许通过NAS传输SMS消息,。

1.2 关键接口与参数总结（注册）

1.3 SMS over NAS 注册信令流程 (重绘)

2. SMS over NAS 去注册流程 (4.13.3.2)

当UE不再希望使用或网络认为UE已去注册时，将触发SMS over NAS去注册流程，以释放相关网络功能（NF）中的资源和订阅。

2.1 触发条件与步骤

去注册流程的触发条件包括：

1. UE侧发起： UE在后续的Registration Request消息中不再包含“SMS supported”指示，表明其不再希望发送和接收SMS over NAS。
2. AMF侧判定： AMF认为UE在特定接入类型上已去注册。
3. UDM通知： AMF接收到来自UDM的去注册通知，通知中指出UE的初始注册、订阅被撤销，或发生5GS到EPS的移动性（针对特定接入类型）。

去注册步骤：

1. AMF取消订阅： 如果UE在AMF上不再注册任何其他接入类型，AMF可能通过Nudm_SDM_Unsubscribe服务操作，向UDM取消订阅SMS订阅数据变更通知。
2. AMF请求SMSF停用服务： AMF调用SMSF的Nsmsf_SMService_Deactivate服务操作，触发SMSF释放受影响的接入类型上的SMS UE上下文（基于本地配置）。
3. AMF删除SMSF地址： 如果UE在AMF上不再注册任何其他接入类型，AMF可能会删除或停用存储在其UE上下文中的SMSF地址。
4. SMSF取消订阅： 如果UE在SMSF上不再注册任何其他接入类型的SMS over NAS服务，SMSF将通过Nudm_SDM_Unsubscribe服务操作向UDM取消订阅SMS管理订阅数据变更通知。
5. SMSF向UDM去注册： SMSF必须调用UDM的Nudm_UECM_Deregistration服务操作（包含SUPI, NF ID, Access Type），以触发UDM删除受影响接入类型上的UE的SMSF地址。同时，SMSF也会移除受影响接入类型上的SMS UE上下文，包括AMF地址。
6. UDM更新数据： UDM可能会通过Nudr_DM_Update（SUPI, Subscription Data, SMS Subscription data, SMSF address）更新UDR中的UE Context in SMSF信息。UDM也可能通过Nudr_DM_Unsubscribe服务操作移除UDR中对应的数据变更通知订阅。

2.2 关键接口与参数总结（去注册）

2.3 SMS over NAS 去注册信令流程 (重绘)

假设触发条件为AMF判定UE去注册特定接入类型。

3. 移动始发（MO）SMS over NAS (4.13.3.3 & 4.13.3.5)

移动始发（MO）SMS流程描述了UE如何通过5GS核心网发送短信。流程根据UE的连接管理（CM）状态有所不同：CM-IDLE状态需要先建立NAS信令连接，而CM-CONNECTED状态则直接发送。

3.1 CM-IDLE状态下的流程 (4.13.3.3)

如果UE处于CM-IDLE状态，准备发送上行SMS消息，UE和网络必须首先执行UE Triggered Service Request流程（如4.2.3.2节所定义），以建立到AMF的NAS信令连接。

消息封装与传输：

1. UE构建SMS消息，其格式符合TS 23.040的定义（包括CP-DATA/RP-DATA/TPDU/SMS-SUBMIT等部分）。
2. 该SMS消息被封装在一个NAS消息中，并带有指示，表明此NAS消息用于SMS传输。UE将此NAS消息发送给AMF。

AMF与SMSF的交互：

1. AMF调用Nsmsf_SMService_UplinkSMS服务操作，将SMS消息和SUPI转发给服务该UE的SMSF（通过N20消息）。
2. 为了确保SMSF能够创建准确的计费记录，AMF必须添加IMEISV（国际移动设备身份/软件版本）、UE的当前ULI（UE Location Information，根据TS 23.501的5.6.2节定义）。如果UE是通过3GPP接入发送的SMS，AMF还需添加本地时区（local time zone）。

确认消息（ACK）回传：

1. SMSF调用Namf_Communication_N1N2MessageTransfer服务操作，将SMS确认（SMS ack）消息转发给AMF。
2. AMF使用下行单元数据消息（downlink unit data message）将SMS ack消息从SMSF转发给UE。

短信交付与报告：

1. SMSF检查SMS管理订阅数据。如果允许SMS交付，则应用TS 23.040或TS 23.540 中定义的流程（第3-5步）。
2. SMSF通过调用Namf_Communication_N1N2MessageTransfer服务操作，将提交报告（submit report）转发给AMF，AMF再通过Downlink NAS transport转发给UE。

“最后消息”指示：如果SMSF知道该提交报告是发送给UE的最后一条消息，它应在Namf_Communication_N1N2MessageTransfer服务操作中包含一个“last message indication”（最后消息指示），以便AMF知晓不再有SMS数据需要转发给UE。

注意： AMF基于“last message indication”的行为是具体实现相关的。

CP-ack确认：当没有更多的SMS要发送时，UE将返回一个CP-ack（根据TS 23.040定义）给SMSF。AMF通过调用Nsmsf_SMService_UplinkSMS服务操作，将SMS ack消息转发给SMSF。

3.2 CM-CONNECTED状态下的流程 (4.13.3.5)

CM-CONNECTED状态下的MO SMS流程复用了CM-IDLE状态下的流程，但不需要执行UE Triggered Service Request流程，因为NAS信令连接已经存在。

3.3 关键接口与参数总结（MO SMS）

3.4 MO SMS 信令流程 (CM-IDLE, 重绘)

4. 移动终结（MT）SMS over NAS (4.13.3.6, 4.13.3.7, 4.13.3.8, 4.13.3.9)

移动终结（MT）SMS流程描述了如何将短信从网络侧（如短信中心SC）发送给UE。

4.1 CM-IDLE状态下的流程 (4.13.3.6)

当UE处于CM-IDLE或RRC_INACTIVE状态并通过3GPP接入进行CN基于MT通信时，MT SMS流程发生。

寻址与可达性：

1. MT SMS在SC/SMS-GMSC/UDM之间的交互遵循TS 23.040或TS 23.540 定义的流程。
2. 如果UDM/UDR中存储了多个SMSF地址（例如，一个用于3GPP接入，一个用于非3GPP接入），UDM应返回所有SMSF地址。
3. SMSF检查SMS管理订阅数据，如果允许交付，SMSF调用Namf_MT_EnableUEReachability服务操作通知AMF。
4. AMF使用4.2.3.3节定义的流程对UE进行寻呼（Paging）。UE通过Service Request流程响应寻呼。

不可达性处理：如果AMF指示SMSF UE不可达（包括UE应用省电增强功能的情况，如TS 23.501的5.31.7节所述），则执行不成功MT SMS交付重试流程（4.13.3.9节），并跳过后续步骤。在省电增强的情况下，AMF会存储收到的Namf_MT_EnableUEReachability请求信息，并在UE被认为可达时对其进行寻呼。

跨接入类型选择：如果UE通过3GPP和非3GPP接入都接入了AMF，AMF将根据运营商的本地策略决定通过哪个接入类型传输MT-SMS。

消息传输与确认：

1. SMSF调用Namf_Communication_N1N2MessageTransfer服务操作，将SMS消息（包含CPDATA/RPDATA/TPDU/SMSDELIVER部分，根据TS 23.040定义）转发给AMF。AMF将SMS消息传输给UE。
2. UE确认收到SMS消息给SMSF。AMF对于发往SMSF的上行单元数据消息，调用Nsmsf_SMService_UplinkSMS服务操作进行转发。

计费信息传输：为了计费，AMF再次包含IMEISV、UE的当前ULI（UE Location Information），如果SMS是通过3GPP接入交付给UE的，还需包含本地时区。

交付报告与CP ack：

1. UE返回一个交付报告（Delivery Report，根据TS 23.040定义），该报告封装在NAS消息中发送给AMF，AMF通过调用Nsmsf_SMService_UplinkSMS服务操作转发给SMSF。
2. SMSF使用Namf_Communication_N1N2MessageTransfer服务操作向AMF发送SMS CP ack消息，确认收到交付报告。AMF将SMS消息封装并通过NAS消息传输给UE。

“最后消息”指示：如果SMSF知道该SMS CP ack是发送给UE的最后一条消息，它应包含一个“last message indication”。

报告交付至SC：SMSF将交付报告传送给SC（同时进行，与6c和6d步并行），遵循TS 23.040或TS 23.540 的定义。

4.2 CM-CONNECTED状态下的MT SMS (4.13.3.7)

CM-CONNECTED状态下的MT SMS流程复用了CM-IDLE状态的流程，但进行了以下修改：

1. AMF无需对UE进行寻呼，可以直接通过N20消息继续流程，允许SMSF开始转发MT SMS。
2. 如果包含SMS的NAS PDU交付失败（例如，UE处于RRC_INACTIVE状态且NG-RAN寻呼不成功），NG-RAN会启动在AN侧释放UE上下文的流程，并向AMF提供未交付的通知。AMF将未交付指示提供给SMSF。

4.3 通过非3GPP接入的MT SMS (4.13.3.8)

通过非3GPP接入的MT SMS流程复用了CM-CONNECTED状态下通过3GPP接入的MT SMS流程，但有以下修改：

• 如果在第4步中，UE通过3GPP和非3GPP接入都接入了网络，且AMF根据运营商策略决定通过非3GPP接入交付MT-SMS，则NAS消息是通过非3GPP接入网络传输的。

4.4 不成功MT SMS交付重试机制 (4.13.3.9)

当MT SMS交付失败时，将触发特定的重试和通知流程。

失败重试策略：

• 跨接入类型重试： 如果UE通过3GPP和非3GPP接入在同一AMF注册（即在同一PLMN注册了两种接入类型）：
• 如果在一个接入类型上MT-SMS交付失败，AMF可以根据运营商本地策略，尝试通过另一个接入类型重新尝试交付，然后再向SMSF指示失败。
• 如果两个接入类型上的MT-SMS交付都失败，AMF应立即通知SMSF。
• SMS-GMSC重试： 如果AMF通知SMSF无法向UE交付MT-SMS（包括省电增强导致的不可达），SMSF会向第一个SMS-GMSC发送失败报告。如果SMS-GMSC有多个实体用于SMS传输，它可能会根据运营商本地策略通过其他实体重试MT-SMS交付。

UDM/HSS处理不可达：

• 在第一个SMS-GMSC通知UDM/HSS UE无法接收MT-SMS后，UDM应设置URRP-AMF（UE Reachability Request Parameter - AMF）标志，并将SC地址存储在MWD list（Memory Waiting for Delivery list）中。
• 如果UE已在AMF注册，但UDM尚未在AMF订阅UE可达性通知，UDM会立即启动订阅程序。
• 当AMF检测到UE活动时，它会通过UE Activity Notification通知UDM。
• 如果UE已在SMSF注册，UDM会清除其URRP-AMF标志，UDM/HSS清除MWD list，并提醒相关的SC重试MT-SMS交付。
• 如果UE未在SMSF注册，UDM清除其URRP-AMF标志，但UDM/HSS保留MWD list，以便在UE后续注册SMSF时通知SC。

UE Absent（缺席）处理：当SMS-GMSC向UDM/HSS请求路由信息时，如果UE未在5GC注册，或已注册但尚未注册SMS服务，UDM/HSS会响应SMS-GMSC，告知UE缺席（absent），存储SC地址到MWD list（如果尚未存储），并通知SC。当UDM收到来自SMSF的Nudm_UECM_Registration Request时，如果该UE存储了MWD list且未设置URRP-AMF标志，UDM/HSS会提醒相关的SC重试MT-SMS交付，并清除MWD list。

4.5 关键接口与参数总结（MT SMS）

4.6 MT SMS 信令流程 (CM-IDLE, 重绘)

5. 维护实例：工程师“李工”的一天

假设我们的维护工程师“李工”正在监控他负责小区的一台5G基站（gNB）和核心网NF。

人物： 李工（维护工程师），王女士（5G用户）。场景： 王女士进入5G覆盖区域，开机注册，并向丈夫发送了一条短信。

5.1 场景一：开机注册与SMSF激活

王女士在上午9点打开了她的5G手机。手机随即向AMF发起注册流程。

1. UE发起注册： 王女士的手机在Registration Request消息中包含了“SMS supported”指示，表明她希望使用SMS over NAS服务。李工在AMF的信令跟踪中看到了这个关键指示。
2. AMF获取上下文： AMF接收到请求后，立即通过Nudm_SDM_Get向UDM查询王女士的SMS订阅数据和已存储的SMSF信息。UDM返回了数据，显示王女士的SMS服务被允许（SMS service is allowed）。
3. AMF激活SMSF： AMF根据查询结果，选择了SMSF，并调用Nsmsf_SMService_Activate服务操作。该操作中携带了AMF address、王女士的SUPI、以及Access Type（3GPP access）等核心参数。
4. SMSF注册： SMSF收到激活请求后，判断这是新的一次注册，于是通过Nudm_UECM_Registration向UDM注册了自己的身份和地址，确保UDM知道哪个SMSF服务于王女士的SUPI和当前接入类型。同时，SMSF通过Nudm_SDM_Get获取了她的SMS管理订阅数据（如禁发列表）。
5. 流程完成： SMSF成功响应后，AMF在发送给王女士手机的Registration Accept消息中，加入了“SMS allowed”指示,，王女士的手机成功注册了SMS over NAS服务。

李工的维护关注点： 如果王女士的注册失败，李工会重点检查：Registration Request中“SMS supported”指示是否正确发送，AMF是否成功从UDM/UDR获取了SMS订阅数据，以及Nsmsf_SMService_Activate过程中传递的SUPI和Access Type是否准确。

5.2 场景二：移动始发MO SMS

注册成功后，王女士立即发送了一条“我到家了”的短信给她的丈夫（CM-CONNECTED状态）。

1. UE发送短信： 由于王女士处于CM-CONNECTED状态，她的手机直接将封装好的SMS消息（包含CP-DATA/RP-DATA/TPDU/SMS-SUBMIT）通过Uplink NAS message发送给AMF,。
2. AMF转发： AMF收到NAS消息后，立即调用Nsmsf_SMService_UplinkSMS服务操作，将短信内容转发给之前激活的SMSF。特别注意的是，AMF在转发时，为了计费的目的，必须包含了王女士的IMEISV、当前ULI（位置信息）和本地时区。
3. SMSF处理与确认： SMSF处理短信并向网络侧SC转发，同时通过Namf_Communication_N1N2MessageTransfer向AMF发送SMS ack。
4. 最终报告： SMSF将提交报告（Submit report）传回，并通过AMF中转到UE。由于王女士只发了这一条短信，SMSF在发送最后的Namf_Communication_N1N2MessageTransfer时，明确加入了“last message indication”，暗示AMF此SMS传输流程结束。

李工的维护关注点： 如果短信发送失败，李工需要查看Nsmsf_SMService_UplinkSMS接口中AMF是否正确携带了SUPI和ULI等信息，以确保SMSF能够进行正确的路由和计费。如果发现SMSF长时间未返回Submit report，则可能需要检查SMSF与外部SC/SMS-GMSC之间的通信。

6. 附录：常见问题解答 (FAQ)

本节总结了5G维护工程师在处理SMS over NAS流程时可能遇到的常见问题。