5G信令网SCP引入策略及部署建议分析

服务发现 网元通过服务发现向 NRF 获取路由数据
由 SCP 代理服务发现。SCP 也可以直接根据本地配置路由， 无需服务发现
网元演进 工作量较小，业务流程变化小，增加支持选择 SCP 进行信 工作量较大，业务流程变化较大，所有业务信令默认发送
改造难度 令消息发送
给 SCP
SCP 性能 仅实现信令消息转发，可部分消息经过 SCP，部分消息不 除转发信令消息外，还需要代理服务发现，订阅其它网元
电信工程技术与标准化
系统与方案
5G信令网SCP引入策略及部署建议分析
张乐1，张逆逆2，马洪源3，吴星培2
(1 中国移动通信集团河南有限公司, 郑州 450008；2 中国移动通信集团设计院有限公司河南 分公司, 郑州 450008；3 中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080)
摘 要 信令网是移动通信的神经网络，随着5G网络部署网元规模的增加，现有网元通信模式出现局限性。本文通过
此模式下，客户端查询 NRF，根据发现结果选择目标 协同实现 5G 网络自治，更有利于运营商大规模组网。
网元 Set 或网元 Instance，将包含此结果的请求发送给 目前 Model B 的直接通信模式存在诸多弊端，需结合
SCP，由 SCP 转发给服务端。如果携带的信息是一组 各网元和 NRF 的能力考虑引入 SCP，实现信令功能增
各网元需支持 R16，网元需支持解析服务发现时 NRF 返回的 SCP Profile，服务端网元需配置为自己服 务的 SCP 信息，网元需要配置近端 SCP 地址。
（1）Model C ：对网元要求高。要求网元进行服务 发现，并能够缓存服务发现的结果 ；订阅并处理客户端 的状态和 Profile 变更 ；支持灵活的路由策略 ；支持对 客户端网元的过载保护 ；配置 SCP 地址，将服务请求 消息发送给 SCP。
系统与方案
类别
表1 直接通信与间接通信组网模式对比 NRF: 直接路由模式
Model B
SCP: 间接路由模式 Model C/D
通过服务发现的标准消息获取路由结果，根据协议定义 根据消息中任何信息扩展路由功能（如号码、切片 ID、DNN、
灵活路由 的信息路由，新增路由方式困难。NRF 故障下，惯性 IP，域名主机名等）。路由能力、号段缓存集中在 SCP，惯性
路由失败定位复杂，在 NRF 选择和网元负载均衡 / 路
问题定位
路由失败在 SCP 定位即可，定位简单
由难以快速定界定位
有号码归属的服务仍然需要配置号段归属关系才能提供 方案 1：SCP 静态配置对接和号段路由数据，或共享 DRA 数据；
服务发现
服务（当前 NRF 存在号段重叠难以校验问题）
方案 2 ：SCP 获取到 NRF 号段路由信息
2 融合信令网部署建议
2.1 SCP 引入建议 引入 SCP 对所有 5GC 网元都有影响。Model C 需
要网元根据服务发现的结果将消息路由到 SCP，对网元 的改动要求相对较少。Model D 让网元可以从服务发现 的流程中解放出来，SCP 可以通过静态配置或者缓存服 务发现结果的方式，减少到 NRF 服务发现的次数，提 高消息转发效率。
（2）信令网元运维简化 ：融合后减少网元数量和平台 数量，统一运维，同时因为后端网元可能相同（如 UDM/ HSS 融合网元），STP/DRA/SCP 融合部署可共享号段 路由数据，统一维护路由规则和流控规则，简化运维。
通过 2G/4G/5G 信令网融合部署建设，可共享硬 件资源，统一维护，降低整网复杂度，提升运维效率和 核心网整网的可靠性。
Model D
星型组网 ：所有网元和 NRF 互联，进行服务注册 / 注销
网络结构
星型组网 ：所有网元通过 NRF 进行服务注册 / 注销
和服务发现
链路管理 链路汇聚，链路数量较少
进一步简化，链路数量最少
路由管理 网元查询 NRF 上的路由数据并进行路由决策
SCP 查询 NRF 上的路由数据，并进行路由决策
3 结束语
本文结合网络情况和 5G 信令路由优化需求，通过 Model C/D 对比分析，为运营商提供了融合信令网的 建设思路，充分考虑了 5G 业务和功能需求的多样性， 以及网络连接的复杂性，化繁为简，帮助运营商迎接网 络调整的巨大挑战。
引入 SCP 后，随着 5G 规模发展，各网元无需根据 连接数 / 号段数发展而持续提升自身规格，减少各网元 资源消耗，同时兼容传统信令网，简化网络部署，提升 运维效率。引入 SCP 的 5G 信令网是网络的一次重构， 也是运营商打造一个支持多种不同信令协议可持续演进 5G 信令网的一次良机。
5G SA 网络大规模建设阶段，用户数量增加，网络规 模不断扩大，基于用户码号的寻址涉及跨省 / 大区互通（主 要涉及 AMF-UDM、SMF-PCF、CHF 间寻址），链路数 量、局数据数量不断增加，网元全交叉直连，由 NRF 提 供集中的路由管理，这种直接通信路由模式存在以下弊端。
（1）网状网组网，HTTP 连接数多，不利于网络管 理和运维管理。
收稿日期 ：2020-12-18
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2021年7月 第 7 期（第34卷 总第287期）月刊
系统与方案
电信工程技术与标准化
NRF 进行服务发现，并根据选择
参数将请求路由到目标网元。
Model A/B 为 直 接 通 信，
Model C/D 为引入了 SCP 的间
接通信。Model A 没有推广意义，
路由下新号段用户无法路由
路由成功率高
负载均衡 负载均衡、流控策略需要在所有网元实施，对网元能力 负载均衡、流控策略在 SCP 实施，提供实时流控能力
过载控制 要求较高，无法做到实时流控能力
路由统一 网间由 SEPP 路由，网内由 NRF 路由，NRF 负担较重 省内和省间路由均由 SCP 完成，路由数据集中管理
问题及 5GC 的过载控制处理等问题。3GPP 在 R16 版 本引入了服务通信代理（SCP）功能实体，为 5GC 各 网元提供 HTTP 信令消息路由及转发。SCP 在 5GC 的 总线架构中位置如图 1 所示。
1 SCP 引入及组网方案分析
1.1 引入 SCP 驱动力 3GPP 23.501 提供了网元之间相互交互的不同通信
此模式下，客户端不进行服务查询和选择，客户端在请
分析 SCP 引入策略，R16 标准定义的 Model C/D
求中携带必要的服务发现参数，发送给 SCP。SCP 到 两种组网模式对比见表 2。
图2 网元相互交互的通信模式
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2021年7月 第 7 期（第34卷 总第287期）月刊
电信工程技术与标准化
服务端，SCP 需要选择一个服务端进行发送，此情况下 强。由于 R16 版本已冻结，各个厂家及网元对协议版本
SCP 可能与 NRF 进行交互，根据位置、容量等信息选 支持度高，已具备 5G 信令网建设的基础。建议尽快引
择目标网元。
入 SCP，避免未来改造对现有网络调整产生较大影响。
（4）Model D ：有代理服务发现间接通信模式。在 1.2 Model C/D 组网模式对比分析
Model C 的 客 户 端 网 元 和 R15 Model B 方 案 兼 容，对网络影响较小，便于网络演进，且即使 SCP 下 线也不影响网络运行。Model D 简化了网络架构，可以 有效的降低信令风暴，统一网元的发现和选择机制。但 Model D 对网元影响较大，要求所有的网元作为客户端 都要升级，同时对网络架构进行巨大调整。Model C 目 前标准已经成熟，Model D 尚在成熟中，各厂家的 5G 网元产品对于 Model D 的支持也尚在路标中。
分析SCP引入必要性及组网模式，结合网络特点，从业务需求、与周边网元对接、运维管理和网络演进等因
素，给出初期组网模式、节点设置和网络架构建议。
关键词 5G信令网；SCP；Model C；Model D；R16
中图分类号 TN919.2
文献标识码 A
文章编号 1008-5599（2021）07-0055-05
（2） 无法统一管理全网信令链路的负荷性能状态。 （3） 单网元故障，全网感知。 （4） 缺乏集中跟踪的信令监控和故障分析能力。 （5） 无法实现实时精准流控和过载保护。 （6） 随着用户规模增长，单点异常可能引发系统级 信令风暴。 3GPP R16 目标是对 SBA 增强进行研究，其中一 个研究方向是对公共服务框架功能集和服务框架相关的 优化。同时要解决为多个可用实例提供相同服务的选择
响，初期不建议 SCP 与 STP/DRA 合设。未来随着云 化大区化建设，4G/5G 深度融合，在目标信令网方案中， SCP 可 以 考 虑 和 STP/DRA 融 合 部 署。SCP 和 STP/ DRA 合设有如下优势。
（1）硬件资源共享 ：随着 5G 发展，4G 用户逐步往 5G 迁移，4G/5G 信令网融合可以在业务此消彼长过程 中，通过扩缩容满足业务需求，无需增加资源。
链路汇聚 所有网元全互联，无链路汇聚能力
SCP 支持链路汇聚，减少流表，简化运维
大区容灾 业务区倒换，用户集中在容灾大区上线，冲击 NRF 和 用户集中上线，SCP 缓存大部分数据，单点与 NRF 通信，集
倒换 UDM，恢复慢
中流程降低冲击，加快恢复
表2 Model C/D组网模式对比
类别
Model C
， 确保网络平滑演进。 2.2 SCP 网络架构建议
建议参考 DRA 部署方式，按照 5GC 大区设置，每个 大区一对 HSCP，双平面组网，负荷分担，分省部署 LSCP。
（1）保持与 5GC 网络架构一致性，减少时延。 （2）保持与虚拟化 STP/ DRA 网络架构一致性， 方便 2G/4G/5G 融合。 （3）与 5GC 硬件资源共同管理运维，维护组织统一。 2.3 STP/DRA/SCP 融合部署建议 5GC 引入 SCP，对接操作比较多，STP/DRA 虚 拟化商用，同样存在大量对接割接操作。为避免互相影
不予考虑。Model B 为目前网络
通信模式，对比分析见表 1。
5G SA 引 入 SCP 进 行 链 路
汇聚，减少流表，提供集中流控
图1 5G SA核心网基于服务化接口的网络架构（非漫游）
等管理手段，可以降低网元的信
令连接管理复杂度和 NRF 的处
（3）Model C ：无代理服务发现间接通信模式。在 理负荷。SCP+NRF 配合完成 5GC 的消息路由，两者
（2）Model D ：对 SCP 要 求 高。SCP 接 收 到 网 元
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2021年7月 第 7 期（第34卷 总第287期）月刊
系统与方案
电信工程技术与标准化
业务请求后，根据请求中携带的发现参数，调用 NRF 接口 进行服务发现，并根据服务发现结果选择目标网元，进行 转发信令 ；当传输路径上有多个 SCP 时，SCP 可以基于本 地策略将代理发现参数传递至下一 SCP，由下一 SCP 进行 代理发现处理 ；SCP 应可支持向 NRF 订阅相关网元信息。
（2）Model D ：对网元要求低。要求网元配置 SCP 地址，将服务请求消息发送给 SCP。
1.3.2 对 SCP 技术要求
（1）Model C ：对 SCP 要求低。SCP 基于 3GPPSbi-Target-apiRoot 选择进行路由转发。当转发下一 跳为 SCP 时，“:authority”参数修改为下一跳 SCP 的 地址信息 ；当转发下一跳为目标网元时，“:authority” 为目标网元的地址信息，同时删除 HTTP header 中的 3GPP-Sbi-Target-apiRoot 参数。
模式，如图 2 所示。 （1）Model A ：无 NRF 交互的直接通信模式。在
此模式下，没有 NRF 也没有 SCP。客户端配置了目标 网元的“网元 profiles”，并直接与目标网元进行通信。
（2）Model B ：有 NRF 交互的直接通信模式。在 此模式下，客户端通过 NRF 进行服务发现。根据发现 结果选择目标网元，并将请求发送给目标网元。
要求 经过 SCP，性能要求较低
状态，需处理的信令消息多，性能要求高
SCP 故障后，网元仍可通过简单机制直接选择目标网元完 SCP 故障后，由于业务流程不同，网元无法直接选择目标
故障风险
成业务流程处理，风险小
网元，导致业务失败，风险较大
1.3 Model C/D 下的技术要求
1.3.1 对周边网元技术要求