本文研究Session Management Function （SMF）的功能
SMF的概念
對於free5gc各NF的研究來到了最終階段，只剩SMF和AMF兩個功能，是時候回顧一下TS23.501中的這幾張網路架構圖。首先是這一張經典的非漫遊情境下各NF的互動架構：
這張圖裡，核心網所有的NF透過SBI匯流排相連，本質上就是說所有NF都可以透過HTTP協議呼叫其他NF提供的服務。核心網中的SMF和AMF兩個功能比較特殊，因為它們除了與核心網中其他NF互動，還與核心網外的其他實體互動：AMF要與使用者裝置和接入網通訊，而SMF則要與使用者面通訊。下面這張圖也展示了5G的系統架構，不過把各NF之間的存在的互動全部顯式的展示了出來，所以看起來會有點雜亂。而且留意圖中兩個藍色的SMF和兩個綠色的UPF，這是說明一個網路中每一個NF可以有多個例項。這張圖描述的場景是使用者裝置與網路建立多個PDU session進行通訊，每個PDU session由一個SMF和一個UPF來維護。
下面這張圖則更有利於我們全面地理解SMF的功能：漫遊情境下兩個網路間各NF地互動。
這張圖除了看起來更雜亂以外，還多了幾個新名詞。首先是PLMN （Public Land Mobile Network，公共陸地行動網路），這是指為公眾提供行動通訊服務的網路，它包括行動網路運營商的無線接入網路（RAN）和核心網（Core Network），國內的比如中國移動和中國聯通、國外的包括橙子(前法國電信)和沃達豐等。區別一下DN和PLMN，DN（Data Network 資料網路）指的是使用者裝置（UE）希望透過5G網路訪問的外部網路或服務提供者網路。這些網路可以是網際網路、企業內部網路、特定的內容提供網路或其他服務網路。
假如我在國內用的是中國聯通的服務，出國以後不在聯通的服務範圍，也可以透過先連線國外的PLMN，比如沃達豐，然後委託沃達豐幫忙連線國內的聯通網路，這樣我就能在國外也能使用聯通的服務了。這種情境就叫漫遊（Roaming），聯通就是我們家網路（Home PLMN，H-PLMN），沃達豐是我的訪問網路（Visited PLMN，V-PLMN）。
從後兩張架構圖我們可以看出SMF的重要地位，尤其是在管理會話時的作用。Session Management Function中的Session指的是PDU Session，因而SMF的核心任務是管理PDU Session，也就是其建立、變更、和釋放。PDU Session的概念我們在前文PCF研究裡已經有所提及，是使用者裝置與資料網路之間的一種邏輯連線，用於承載QoS流；而QoS流指的就是服務質量得到保證的傳輸資料流，本質上是由同一個QoS ID標記的所有資料包，他們在網路傳輸中會得到相同的對待（是否優先處理，是否使用稀有網路資源等）。這個QoS流也是5G網路中處理顆粒度最小（Finest granurity）的傳輸物件。一方面，由於PDU和QoS體系有諸多引數可以設定，另一方面，SMF要控制UPF的行為，甚至還要處理有AMF轉發過來的UE和RAN的請求，所以SMF的程式邏輯也是一等一的複雜——僅次於AMF的複雜。
在TS29.502中，SMF的功能被劃分為3組，其中最重要的自然是Nsmf_PDUSession，負責管理PDU Session的建立、維護、和刪除。而其他兩組服務都是補充性的功能：Nsmf_EventExposure是定義了PDU Session中一些重要事件，其他NF可以訂閱這些事件，當事件發生時由SMF去通知它們；而Nsmf_NIDD指的是不透過IP協議棧的資料送達服務（Non-IP Data Delivery），主要功能就是支援從網路端向裝置端傳送簡訊，比如最常用的手機驗證碼。然而這個NIDD服務在free5gc中並未實現，至少我沒有找到/pdu-sessions/{pduSessionRef}/deliver這類路由。
SMF的實現
SMF的程式碼結構與前面研究過的NF略有不同，其一是internal/目錄下多了一個pfcp/目錄，一個看起來很重要但又不知道是個什麼東西的子目錄；其二是context/目錄下定義了非常多東西，預示中SMF的全生命週期中將會需要使用和管理異常多的重要資料，以及理解SMF需要下異常多功夫。
$ ls NFs/smf/internal/
context logger pfcp sbi util
$ ls NFs/smf/internal/context/
bp_manager.go nf_profile.go pfcp_rules.go sm_context_policy.go traffic_control_data.go ulcl_group.go
charging.go ngap_build.go pfcp_session_context.go sm_context_policy_test.go ue_datapath.go upf.go
config.go ngap_handler.go pool snssai.go ue_datapath_test.go upf_test.go
context.go pcc_rule.go qos_flow.go snssai_dnn_smf_info.go ue_defaultPath.go user_plane_information.go
datapath.go pco.go session_rules.go timer.go ue_ip_pool.go user_plane_information_test.go
gsm_build.go pfcp_reports.go sm_context.go timer_test.go ue_ip_pool_test.go
PFCP
首先我們來解決PFCP的問題。PFCP全稱Packet Forwarding Control Protocol，在TS29.244中詳細定義，是SMF和UPF之間的控制協議，SMF透過PFCP協議配置各種規則（PDR、FAR、QER、URR、BAR），以控制和管理UPF的資料面轉發行為。
為什麼之前研究的NF之間互動不需要專門的通訊協議，而SMF與UPF之間卻需要？這自然是因為UPF不在核心網控制面之內，不對外暴露HTTP服務介面。free5gc/upf/internal/內部甚至都找不到一個sbi/子目錄。控制面與使用者面之間的互動只能透過SMF與UPF之間專門的介面，PFCP定義的通訊協議就是這其中之一，而smf/internal/pfcp與upf/internal/pfcp則是此協議的實現。
$ tree NFs/smf/internal/pfcp/
NFs/smf/internal/pfcp/
├── dispatcher.go
├── handler
│ ├── handler.go
│ └── handler_test.go
├── message
│ ├── build.go
│ ├── send.go
│ └── send_test.go
├── reliable_pfcp_request_test.go
└── udp
├── udp.go
└── udp_test.go
Nsmf_PDUSession
接下來是重頭戲，SMF中的PDU session管理，即其建立、刪除、和更新。
可以看到Nsmf_PDUSession中有兩組增刪改操作，分別針對SMcontext以及PDUSession，它們有什麼異同？從概念上看，SMContext是SMF內部維護的一個資料結構，用於儲存和管理單個PDU Session的所有相關資訊，包含了PDU Session的配置、狀態、QoS規則、UPF選擇、IP地址分配等完整資訊，是SMF用來管理PDU會話的內部實現機制。而PDU Session則是UE和資料網路之間的邏輯連線，代表實際的使用者資料傳輸通道。可以認為，SMContext的建立過程包含了PDU Session的建立。在非漫遊場景下，SMContext的建立和PDU Session的建立是一體的，由AMF觸發；只有在漫遊場景下，這兩個物件才會分開：訪問網路的V-SMF維護SMContext，家網路的H-SMF透過PDU Session介面控制實際的會話建立。不過free5gc目前沒有支援漫遊場景，所以PDU Session相關的介面都是"Not Implemented"：
// https://github.com/free5gc/smf/blob/v1.2.5/internal/sbi/api_pdusession.go#L63
func (s *Server) PostPduSessions(c *gin.Context) {
c.JSON(http.StatusNotImplemented, gin.H{})
}
func (s *Server) UpdatePduSession(c *gin.Context) {
c.JSON(http.StatusNotImplemented, gin.H{})
}
func (s *Server) ReleasePduSession(c *gin.Context) {
c.JSON(http.StatusNotImplemented, gin.H{})
}
free5gc目前只支援非漫遊場景，而SMContext及其PDU Session的增刪改三個操作都寫在smf/internal/sbi/processor/pdu_session.go這個千行程式碼的檔案裡。
以下程式碼是SMContext的建立操作。留意它的邏輯不止在於建立了一個SMContext型別smf_context.NewSMContext(createData.Supi, createData.PduSessionId)和一個PDU Session型別HandlePDUSessionEstablishmentRequest(smContext, establishmentRequest)，還有與PCF互動獲取相關策略規則，應用這些規則，對PDU Session開始計費，與UPF互動啟用資料面等一系列操作。
// https://github.com/free5gc/smf/blob/v1.2.5/internal/sbi/processor/pdu_session.go#L24
func (p *Processor) HandlePDUSessionSMContextCreate(
c *gin.Context,
request models.PostSmContextsRequest,
isDone <-chan struct{},
) {
var response models.PostSmContextsResponse
response.JsonData = new(models.SmContextCreatedData)
// 建立SMContext並初始化基本資訊
createData := request.JsonData
smContext := smf_context.NewSMContext(createData.Supi, createData.PduSessionId)
smContext.SetState(smf_context.ActivePending)
smContext.SmContextCreateData = createData
smContext.SmStatusNotifyUri = createData.SmContextStatusUri
// 獲取使用者簽約資料
smContext.DNNInfo = smf_context.RetrieveDnnInformation(smContext.SNssai, smContext.Dnn)
p.Consumer().SendNFDiscoveryUDM()
// smDataParams <- Dnn, PlmnId, SingleNssai
sessSubData, rsp, err := p.Consumer().GetSmData(ctx, smContext.Supi, smDataParams)
smContext.DnnConfiguration = sessSubData[0].DnnConfigurations[smContext.Dnn]
if smContext.DnnConfiguration.UpSecurity != nil {
smContext.UpSecurity = smContext.DnnConfiguration.UpSecurity
}
// 處理PDU Session的建立，主要處理PDU Session建立的初始化配置
// 完整的建立過程還要配合而後續的IP地址分配、資料路徑建立、UPF啟用等
m := nas.NewMessage()
m.GsmMessageDecode(&request.BinaryDataN1SmMessage)
establishmentRequest := m.PDUSessionEstablishmentRequest
HandlePDUSessionEstablishmentRequest(smContext, establishmentRequest)
// Discover and new Namf_Comm client for use later
p.Consumer().SendNFDiscoveryServingAMF(smContext)
for _, service := range *smContext.AMFProfile.NfServices {
if service.ServiceName == models.ServiceName_NAMF_COMM {
smContext.CommunicationClientApiPrefix = service.ApiPrefix
}
}
// 給使用者裝置分配IP地址
smContext.AllocUeIP()
// 與PCF建立會話關聯,獲取策略
p.Consumer().PCFSelection(smContext)
smPolicyID, smPolicyDecision, err := p.Consumer().SendSMPolicyAssociationCreate(smContext)
smContext.SMPolicyID = smPolicyID
// 針對PDU Session計費
p.Consumer().CHFSelection(smContext)
p.CreateChargingSession(smContext)
// 應用PCF的策略規則
smContext.ApplySessionRules(smPolicyDecision)
smContext.ApplyPccRules(smPolicyDecision)
// 選擇預設資料路徑（沒有就會建立一個）
smContext.SelectDefaultDataPath()
// 啟用UPF會話(建立使用者面/資料面)
go func() {
smContext.SendUpPathChgNotification("EARLY", SendUpPathChgEventExposureNotification)
handler := func(smContext *smf_context.SMContext, success bool) {
p.EstHandler(isDone, smContext, success)
}
ActivateUPFSession(smContext, handler)
smContext.SendUpPathChgNotification("LATE", SendUpPathChgEventExposureNotification)
smContext.PostRemoveDataPath()
}()
c.Render(http.StatusCreated, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
}
SmContextCreateData，HandlePDUSessionEstablishmentRequest
// https://github.com/free5gc/openapi/blob/v1.0.8/models/model_sm_context_create_data.go
type SmContextCreateData struct {
Supi string `json:"supi,omitempty"`
UnauthenticatedSupi bool `json:"unauthenticatedSupi,omitempty"`
Pei string `json:"pei,omitempty"`
Gpsi string `json:"gpsi,omitempty"`
PduSessionId int32 `json:"pduSessionId,omitempty"`
Dnn string `json:"dnn,omitempty"`
SNssai *Snssai `json:"sNssai,omitempty"`
HplmnSnssai *Snssai `json:"hplmnSnssai,omitempty"`
ServingNfId string `json:"servingNfId"`
Guami *Guami `json:"guami,omitempty"`
ServiceName ServiceName `json:"serviceName,omitempty"`
ServingNetwork *PlmnId `json:"servingNetwork"`
RequestType RequestType `json:"requestType,omitempty"`
N1SmMsg *RefToBinaryData `json:"n1SmMsg,omitempty"`
AnType AccessType `json:"anType"`
RatType RatType `json:"ratType,omitempty"`
PresenceInLadn PresenceState `json:"presenceInLadn,omitempty"`
UeLocation *UserLocation `json:"ueLocation,omitempty"`
UeTimeZone string `json:"ueTimeZone,omitempty"`
AddUeLocation *UserLocation `json:"addUeLocation,omitempty"`
SmContextStatusUri string `json:"smContextStatusUri"`
HSmfUri string `json:"hSmfUri,omitempty"`
AdditionalHsmfUri []string `json:"additionalHsmfUri,omitempty"`
OldPduSessionId int32 `json:"oldPduSessionId,omitempty"`
PduSessionsActivateList []int32 `json:"pduSessionsActivateList,omitempty"`
UeEpsPdnConnection string `json:"ueEpsPdnConnection,omitempty"`
HoState HoState `json:"hoState,omitempty"`
PcfId string `json:"pcfId,omitempty"`
NrfUri string `json:"nrfUri,omitempty"`
SupportedFeatures string `json:"supportedFeatures,omitempty"`
SelMode DnnSelectionMode `json:"selMode,omitempty"`
BackupAmfInfo []BackupAmfInfo `json:"backupAmfInfo,omitempty"`
TraceData *TraceData `json:"traceData,omitempty"`
UdmGroupId string `json:"udmGroupId,omitempty"`
RoutingIndicator string `json:"routingIndicator,omitempty"`
EpsInterworkingInd EpsInterworkingIndication `json:"epsInterworkingInd,omitempty"`
IndirectForwardingFlag bool `json:"indirectForwardingFlag,omitempty"`
}
// https://github.com/free5gc/smf/blob/v1.2.5/internal/sbi/processor/gsm_handler.go#L25
func HandlePDUSessionEstablishmentRequest(
smCtx *smf_context.SMContext, req *nasMessage.PDUSessionEstablishmentRequest,
) error {
// Retrieve PDUSessionID
smCtx.PDUSessionID = int32(req.PDUSessionID.GetPDUSessionID())
logger.GsmLog.Infoln("In HandlePDUSessionEstablishmentRequest")
// Retrieve PTI (Procedure transaction identity)
smCtx.Pti = req.GetPTI()
// Retrieve MaxIntegrityProtectedDataRate of UE for UP Security
switch req.GetMaximumDataRatePerUEForUserPlaneIntegrityProtectionForUpLink() {
case 0x00:
smCtx.MaximumDataRatePerUEForUserPlaneIntegrityProtectionForUpLink = models.
MaxIntegrityProtectedDataRate__64_KBPS
case 0xff:
smCtx.MaximumDataRatePerUEForUserPlaneIntegrityProtectionForUpLink = models.
MaxIntegrityProtectedDataRate_MAX_UE_RATE
}
switch req.GetMaximumDataRatePerUEForUserPlaneIntegrityProtectionForDownLink() {
case 0x00:
smCtx.MaximumDataRatePerUEForUserPlaneIntegrityProtectionForDownLink = models.
MaxIntegrityProtectedDataRate__64_KBPS
case 0xff:
smCtx.MaximumDataRatePerUEForUserPlaneIntegrityProtectionForDownLink = models.
MaxIntegrityProtectedDataRate_MAX_UE_RATE
}
// Handle PDUSessionType
if req.PDUSessionType != nil {
requestedPDUSessionType := req.PDUSessionType.GetPDUSessionTypeValue()
if err := smCtx.IsAllowedPDUSessionType(requestedPDUSessionType); err != nil {
logger.CtxLog.Errorf("%s", err)
return &GSMError{
GSMCause: nasMessage.Cause5GSMPDUSessionTypeIPv4OnlyAllowed,
}
}
} else {
// Set to default supported PDU Session Type
switch smf_context.GetSelf().SupportedPDUSessionType {
case "IPv4":
smCtx.SelectedPDUSessionType = nasMessage.PDUSessionTypeIPv4
case "IPv6":
smCtx.SelectedPDUSessionType = nasMessage.PDUSessionTypeIPv6
case "IPv4v6":
smCtx.SelectedPDUSessionType = nasMessage.PDUSessionTypeIPv4IPv6
case "Ethernet":
smCtx.SelectedPDUSessionType = nasMessage.PDUSessionTypeEthernet
default:
smCtx.SelectedPDUSessionType = nasMessage.PDUSessionTypeIPv4
}
}
return nil
}
SMContext的刪除（釋放）也不僅僅在於刪掉一個SMContext物件releaseSession(smContext)，還需要刪除其與PCF中policy的聯絡，修改狀態機的狀態，刪除相應的計費過程，告知所有NF自己已經下線等。
// https://github.com/free5gc/smf/blob/v1.2.5/internal/sbi/processor/pdu_session.go#L841
func (p *Processor) HandlePDUSessionSMContextRelease(
c *gin.Context,
body models.ReleaseSmContextRequest,
smContextRef string,
) {
smContext := smf_context.GetSMContextByRef(smContextRef)
smContext.StopT3591() // TS24.501 Table-10.3.3: Timers of 5GS session management
smContext.StopT3592()
// remove SM Policy Association
if smContext.SMPolicyID != "" {
p.Consumer().SendSMPolicyAssociationTermination(smContext) // to PCF
smContext.SMPolicyID = ""
}
if smContext.UeCmRegistered {
p.Consumer().UeCmDeregistration(smContext)
}
if !smContext.CheckState(smf_context.InActive) {
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
}
pfcpResponseStatus := releaseSession(smContext)
switch pfcpResponseStatus {
case smf_context.SessionReleaseSuccess:
p.ReleaseChargingSession(smContext)
smContext.SetState(smf_context.InActive)
c.Status(http.StatusNoContent)
case smf_context.SessionReleaseFailed:
// Update SmContext Request(N1 PDU Session Release Request)
// Send PDU Session Release Reject
smContext.SetState(smf_context.Active)
buf, err := smf_context.BuildGSMPDUSessionReleaseReject(smContext)
errResponse.BinaryDataN1SmMessage = buf
errResponse.JsonData.N1SmMsg = &models.RefToBinaryData{ContentId: "PDUSessionReleaseReject"}
c.JSON(int(problemDetail.Status), errResponse)
default:
smContext.SetState(smf_context.Active)
buf, err := smf_context.BuildGSMPDUSessionReleaseReject(smContext)
errResponse.BinaryDataN1SmMessage = buf
errResponse.JsonData.N1SmMsg = &models.RefToBinaryData{ContentId: "PDUSessionReleaseReject"}
c.JSON(int(problemDetail.Status), errResponse)
}
p.RemoveSMContextFromAllNF(smContext, false)
}
稍微解釋一下StopT3591()和StopT3591()。這是一個簡單的計時器機制，用於確保PDU會話修改過程的可靠性。T3591計時器在SMF傳送PDU SESSION MODIFICATION COMMAND訊息給UE後啟動，收到UE的PDU SESSION MODIFICATION COMPLETE響應後停止。如果計時器超時還沒收到響應，SMF會重傳PDU SESSION MODIFICATION COMMAND訊息給UE。如果多次重傳後仍然失敗，SMF會認為修改操作失敗並採取相應措施。T3592同理，不過處理的訊息是PDU SESSION RELEASE COMMAND。
後續函式呼叫鏈：releaseSession
func releaseSession(smContext *smf_context.SMContext) smf_context.PFCPSessionResponseStatus {
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
for _, res := range ReleaseTunnel(smContext) {
if res.Status != smf_context.SessionReleaseSuccess {
return res.Status
}
}
return smf_context.SessionReleaseSuccess
}
func ReleaseTunnel(smContext *smf_context.SMContext) []SendPfcpResult {
resChan := make(chan SendPfcpResult)
deletedPFCPNode := make(map[string]bool)
for _, dataPath := range smContext.Tunnel.DataPathPool {
var targetNodes []*smf_context.DataPathNode
for node := dataPath.FirstDPNode; node != nil; node = node.Next() {
targetNodes = append(targetNodes, node)
}
dataPath.DeactivateTunnelAndPDR(smContext)
for _, node := range targetNodes {
curUPFID, err := node.GetUPFID()
if err != nil {
logger.PduSessLog.Error(err)
continue
}
if _, exist := deletedPFCPNode[curUPFID]; !exist {
go deletePfcpSession(node.UPF, smContext, resChan)
deletedPFCPNode[curUPFID] = true
}
}
}
// collect all responses
resList := make([]SendPfcpResult, 0, len(deletedPFCPNode))
for i := 0; i < len(deletedPFCPNode); i++ {
resList = append(resList, <-resChan)
}
return resList
}
func (p *Processor) RemoveSMContextFromAllNF(smContext *smf_context.SMContext, sendNotification bool) {
smContext.SetState(smf_context.InActive)
// remove SM Policy Association
if smContext.SMPolicyID != "" {
p.Consumer().SendSMPolicyAssociationTermination(smContext)
smContext.SMPolicyID = ""
}
go p.sendSMContextStatusNotificationAndRemoveSMContext(smContext, sendNotification)
}
func (p *Processor) sendSMContextStatusNotificationAndRemoveSMContext(
smContext *smf_context.SMContext, sendNotification bool,
) {
smContext.SMLock.Lock()
defer smContext.SMLock.Unlock()
if sendNotification && len(smContext.SmStatusNotifyUri) != 0 {
p.SendReleaseNotification(smContext)
}
smf_context.RemoveSMContext(smContext.Ref)
}
func (p *Processor) SendReleaseNotification(smContext *smf_context.SMContext) {
problemDetails, err := p.Consumer().SendSMContextStatusNotification(smContext.SmStatusNotifyUri)
}
func RemoveSMContext(ref string) {
var smContext *SMContext
value, ok := smContextPool.Load(ref)
smContext = value.(*SMContext)
if smContext.SelectedUPF != nil && smContext.PDUAddress != nil {
GetUserPlaneInformation().ReleaseUEIP(smContext.SelectedUPF, smContext.PDUAddress, smContext.UseStaticIP)
smContext.SelectedUPF = nil
}
for _, pfcpSessionContext := range smContext.PFCPContext {
seidSMContextMap.Delete(pfcpSessionContext.LocalSEID)
}
ReleaseTEID(smContext.LocalULTeid)
ReleaseTEID(smContext.LocalDLTeid)
smContextPool.Delete(ref)
canonicalRef.Delete(canonicalName(smContext.Supi, smContext.PDUSessionID))
}
UpdateSmContextRequest, SmContextUpdateData
type UpdateSmContextRequest struct {
JsonData *SmContextUpdateData `json:"jsonData,omitempty" multipart:"contentType:application/json"`
BinaryDataN1SmMessage []byte `json:"binaryDataN1SmMessage,omitempty" multipart:"contentType:application/vnd.3gpp.5gnas,ref:JsonData.N1SmMsg.ContentId"`
BinaryDataN2SmInformation []byte `json:"binaryDataN2SmInformation,omitempty" multipart:"contentType:application/vnd.3gpp.ngap,ref:JsonData.N2SmInfo.ContentId"`
}
type SmContextUpdateData struct {
Pei string `json:"pei,omitempty"`
Gpsi string `json:"gpsi,omitempty"`
ServingNfId string `json:"servingNfId,omitempty"`
Guami *Guami `json:"guami,omitempty"`
ServingNetwork *PlmnId `json:"servingNetwork,omitempty"`
BackupAmfInfo []BackupAmfInfo `json:"backupAmfInfo,omitempty"`
AnType AccessType `json:"anType,omitempty"`
RatType RatType `json:"ratType,omitempty"`
PresenceInLadn PresenceState `json:"presenceInLadn,omitempty"`
UeLocation *UserLocation `json:"ueLocation,omitempty"`
UeTimeZone string `json:"ueTimeZone,omitempty"`
AddUeLocation *UserLocation `json:"addUeLocation,omitempty"`
UpCnxState UpCnxState `json:"upCnxState,omitempty"`
HoState HoState `json:"hoState,omitempty"`
ToBeSwitched bool `json:"toBeSwitched,omitempty"`
FailedToBeSwitched bool `json:"failedToBeSwitched,omitempty"`
N1SmMsg *RefToBinaryData `json:"n1SmMsg,omitempty"`
N2SmInfo *RefToBinaryData `json:"n2SmInfo,omitempty"`
N2SmInfoType N2SmInfoType `json:"n2SmInfoType,omitempty"`
TargetId *NgRanTargetId `json:"targetId,omitempty"`
TargetServingNfId string `json:"targetServingNfId,omitempty"`
SmContextStatusUri string `json:"smContextStatusUri,omitempty"`
DataForwarding bool `json:"dataForwarding,omitempty"`
EpsBearerSetup []string `json:"epsBearerSetup,omitempty"`
RevokeEbiList []int32 `json:"revokeEbiList,omitempty"`
Release bool `json:"release,omitempty"`
Cause Cause `json:"cause,omitempty"`
NgApCause *NgApCause `json:"ngApCause,omitempty"`
Var5gMmCauseValue int32 `json:"5gMmCauseValue,omitempty"`
SNssai *Snssai `json:"sNssai,omitempty"`
TraceData *TraceData `json:"traceData,omitempty"`
EpsInterworkingInd EpsInterworkingIndication `json:"epsInterworkingInd,omitempty"`
AnTypeCanBeChanged bool `json:"anTypeCanBeChanged,omitempty"`
}
SMContext的更新是SMF中的一個核心功能，負責處理PDU會話的各種狀態更新和轉換。它需要處理多種不同型別的更新請求，並確保會話狀態的正確轉換。理解與之相關的HandlePDUSessionSMContextUpdate函式也需要一些前置知識，比如AMF與SMF之間的N1、N2介面，各種狀態機的狀態轉移等。
// https://github.com/free5gc/smf/blob/v1.2.5/internal/sbi/processor/pdu_session.go#L245
func (p *Processor) HandlePDUSessionSMContextUpdate(
c *gin.Context,
body models.UpdateSmContextRequest,
smContextRef string,
) {
smContext := smf_context.GetSMContextByRef(smContextRef)
var sendPFCPModification bool
var pfcpResponseStatus smf_context.PFCPSessionResponseStatus
var response models.UpdateSmContextResponse
response.JsonData = new(models.SmContextUpdatedData)
smContextUpdateData := body.JsonData
// 處理N1介面的訊息（AMF轉發）
if body.BinaryDataN1SmMessage != nil {
m := nas.NewMessage()
switch m.GsmHeader.GetMessageType() {
case nas.MsgTypePDUSessionReleaseRequest:
// release PDU Session
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
pfcpResponseStatus = releaseSession(smContext)
case nas.MsgTypePDUSessionReleaseComplete:
// PDU Session released, wrap up things
smContext.CheckState(smf_context.InActivePending)
smContext.SetState(smf_context.InActive)
response.JsonData.UpCnxState = models.UpCnxState_DEACTIVATED
smContext.StopT3592()
// If CN tunnel resource is released, should
if smContext.Tunnel.ANInformation.IPAddress == nil {
p.RemoveSMContextFromAllNF(smContext, true)
}
case nas.MsgTypePDUSessionModificationRequest:
// modify PDU session
p.HandlePDUSessionModificationRequest(smContext, m.PDUSessionModificationRequest)
p.sendGSMPDUSessionModificationCommand(smContext, buf)
smf_context.BuildPDUSessionResourceModifyRequestTransfer(smContext)
c.Render(http.StatusOK, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
return
case nas.MsgTypePDUSessionModificationComplete:
smContext.StopT3591()
case nas.MsgTypePDUSessionModificationReject:
smContext.StopT3591()
}
}
/* ================================================================ */
// 變更連線狀態（UE與UPF之間的資料傳輸通道）
switch smContextUpdateData.UpCnxState {
case models.UpCnxState_ACTIVATING:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
n2Buf, err = smf_context.BuildPDUSessionResourceSetupRequestTransfer(smContext)
smContext.UpCnxState = models.UpCnxState_ACTIVATING
case models.UpCnxState_DEACTIVATED:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
smContext.UpCnxState = body.JsonData.UpCnxState
// Set FAR and AN, N3 Release Info
// 修改FAR規則,停止轉發,開啟快取
farList = []*smf_context.FAR{}
for _, dataPath := range smContext.Tunnel.DataPathPool {
ANUPF := dataPath.FirstDPNode
DLPDR := ANUPF.DownLinkTunnel.PDR
if DLPDR == nil {
smContext.Log.Warnf("Access network resource is released")
} else {
DLPDR.FAR.State = smf_context.RULE_UPDATE
DLPDR.FAR.ApplyAction.Forw = false
DLPDR.FAR.ApplyAction.Buff = true
DLPDR.FAR.ApplyAction.Nocp = true
farList = append(farList, DLPDR.FAR)
sendPFCPModification = true
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
}
}
}
/* ================================================================ */
// 處理N2介面的訊息（AMF轉發）
switch smContextUpdateData.N2SmInfoType {
// setup PDU session resource
case models.N2SmInfoType_PDU_RES_SETUP_RSP:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
pdrList = []*smf_context.PDR{}
farList = []*smf_context.FAR{}
for _, dataPath := range tunnel.DataPathPool {
if dataPath.Activated {
ANUPF := dataPath.FirstDPNode
DLPDR := ANUPF.DownLinkTunnel.PDR
DLPDR.FAR.ApplyAction = pfcpType.ApplyAction{
Buff: false,
Drop: false,
Dupl: false,
Forw: true,
Nocp: false,
}
DLPDR.FAR.ForwardingParameters = &smf_context.ForwardingParameters{
DestinationInterface: pfcpType.DestinationInterface{
InterfaceValue: pfcpType.DestinationInterfaceAccess,
},
NetworkInstance: &pfcpType.NetworkInstance{
NetworkInstance: smContext.Dnn,
FQDNEncoding: factory.SmfConfig.Configuration.NwInstFqdnEncoding,
},
}
DLPDR.State = smf_context.RULE_UPDATE
DLPDR.FAR.State = smf_context.RULE_UPDATE
pdrList = append(pdrList, DLPDR)
farList = append(farList, DLPDR.FAR)
}
}
smf_context.HandlePDUSessionResourceSetupResponseTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
sendPFCPModification = true
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
case models.N2SmInfoType_PDU_RES_SETUP_FAIL:
smf_context.HandlePDUSessionResourceSetupUnsuccessfulTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
case models.N2SmInfoType_PDU_RES_MOD_RSP:
smf_context.HandlePDUSessionResourceModifyResponseTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
// release PDU session resource
case models.N2SmInfoType_PDU_RES_REL_RSP:
// remove an tunnel info
smContext.Tunnel.ANInformation = struct {
IPAddress net.IP
TEID uint32
}{nil, 0}
p.RemoveSMContextFromAllNF(smContext, true)
case models.N2SmInfoType_PATH_SWITCH_REQ:
smf_context.HandlePathSwitchRequestTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
smf_context.BuildPathSwitchRequestAcknowledgeTransfer(smContext)
for _, dataPath := range tunnel.DataPathPool {
if dataPath.Activated {
ANUPF := dataPath.FirstDPNode
DLPDR := ANUPF.DownLinkTunnel.PDR
pdrList = append(pdrList, DLPDR)
farList = append(farList, DLPDR.FAR)
}
}
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
case models.N2SmInfoType_PATH_SWITCH_SETUP_FAIL:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
smf_context.HandlePathSwitchRequestSetupFailedTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
case models.N2SmInfoType_HANDOVER_REQUIRED:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
response.JsonData.N2SmInfo = &models.RefToBinaryData{ContentId: "Handover"}
}
/* ================================================================ */
// 處理HoState（Handover State，指UE在不同基站/接入網之間遷移過程中的狀態）
switch smContextUpdateData.HoState {
case models.HoState_PREPARING:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
smContext.HoState = models.HoState_PREPARING
smf_context.HandleHandoverRequiredTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
smf_context.BuildPDUSessionResourceSetupRequestTransfer(smContext)
response.JsonData.HoState = models.HoState_PREPARING
case models.HoState_PREPARED:
smContext.SetState(smf_context.ModificationPending)
smContext.HoState = models.HoState_PREPARED
response.JsonData.HoState = models.HoState_PREPARED
smf_context.HandleHandoverRequestAcknowledgeTransfer(
body.BinaryDataN2SmInformation, smContext)
// request UPF establish indirect forwarding path for DL
if smContext.DLForwardingType == smf_context.IndirectForwarding {
ANUPF := smContext.IndirectForwardingTunnel.FirstDPNode
IndirectForwardingPDR := smContext.IndirectForwardingTunnel.FirstDPNode.UpLinkTunnel.PDR
pdrList = append(pdrList, IndirectForwardingPDR)
farList = append(farList, IndirectForwardingPDR.FAR)
// release indirect forwading path
if err = ANUPF.UPF.RemovePDR(IndirectForwardingPDR); err != nil {
logger.PduSessLog.Errorln("release indirect path: ", err)
}
sendPFCPModification = true
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
}
smf_context.BuildHandoverCommandTransfer(smContext)
response.JsonData.HoState = models.HoState_PREPARING
case models.HoState_COMPLETED:
for _, dataPath := range tunnel.DataPathPool {
if dataPath.Activated {
ANUPF := dataPath.FirstDPNode
DLPDR := ANUPF.DownLinkTunnel.PDR
pdrList = append(pdrList, DLPDR)
farList = append(farList, DLPDR.FAR)
}
}
// remove indirect forwarding path
if smContext.DLForwardingType == smf_context.IndirectForwarding {
indirectForwardingPDR := smContext.IndirectForwardingTunnel.FirstDPNode.GetUpLinkPDR()
indirectForwardingPDR.State = smf_context.RULE_REMOVE
indirectForwardingPDR.FAR.State = smf_context.RULE_REMOVE
pdrList = append(pdrList, indirectForwardingPDR)
farList = append(farList, indirectForwardingPDR.FAR)
}
smContext.SetState(smf_context.PFCPModification)
smContext.HoState = models.HoState_COMPLETED
response.JsonData.HoState = models.HoState_COMPLETED
}
/* ================================================================ */
// 根據PDU Session狀態機的轉移採取行動
switch smContext.State() {
case smf_context.PFCPModification:
pfcpResponseStatus = p.updateAnUpfPfcpSession(
smContext, pdrList, farList, barList, qerList, urrList)
// 處理PFCP更新的結果
switch pfcpResponseStatus {
case smf_context.SessionUpdateSuccess:
smContext.SetState(smf_context.Active)
c.Render(http.StatusOK, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
case smf_context.SessionUpdateFailed:
smContext.SetState(smf_context.Active)
updateSmContextError := models.UpdateSmContextErrorResponse{
JsonData: &models.SmContextUpdateError{
Error: &Nsmf_PDUSession.N1SmError,
},
} // Depends on the reason why N4 fail
c.JSON(http.StatusForbidden, updateSmContextError)
case smf_context.SessionReleaseSuccess:
p.ReleaseChargingSession(smContext)
smContext.SetState(smf_context.InActivePending)
c.Render(http.StatusOK, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
case smf_context.SessionReleaseFailed:
// Update SmContext Request(N1 PDU Session Release Request)
// Send PDU Session Release Reject
smContext.SetState(smf_context.Active)
// problemDetail := models.ProblemDetails{
// 。。。。。。
c.JSON(int(problemDetail.Status), errResponse)
}
smContext.PostRemoveDataPath()
case smf_context.ModificationPending:
smContext.SetState(smf_context.Active)
c.Render(http.StatusOK, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
case smf_context.InActive, smf_context.InActivePending:
c.Render(http.StatusOK, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
default:
c.Render(http.StatusOK, openapi.MultipartRelatedRender{Data: response})
}
}
- GSM
- UPF：使用者面功能，承載資料轉發的網路功能
- ngap
- H-SMF, I-SMF, V-SMF
- NAS message
QoS機制就是透過NAS層面和AS層面的資料對映實現對使用者底層資料的分類；根據業務特徵來標記其QoS特徵（5QI或QFI），並將這些特徵分發給網路傳輸節點，比如透過QoS配置來實現NG-RAN的QoS控制，根據PCC規則（UPF的PDR）來實現在UPF處的QoS控制。