5G核心网之UE初始注册关键流程分析
1. UE初始注册的关键流程为：
（1）UE向AMF发送注册请求
（2）AMF查询NRF得到AUSF，获取归属地的AUSF可以发起鉴权请求
（3）获取到AUSF地址后，AMF请求AUSF对UE进行鉴权，AUSF通过UDM获取鉴权向量返回给AMF
（4）AMF对UE合法性进行鉴权，UE通过鉴权向量计算得到鉴权结果RES转发到AMF
（5）AMF首先站在拜访地对UE进行鉴权，鉴权通过后转发UE计算的鉴权结果到AUSF进行再次鉴权
（6）鉴权通过后，AMF对UE发起安全流程，用于NAS消息的加密和完整性保护（防止被篡改）
（7）AMF到UDM中做注册登记，完成UE和AMF的绑定，同时获取UE的签约数据
（8）AMF根据GPSI（手机号）向NRF查询，获取PCF地址
（9）得到PCF地址后，向PCF发送请求获取接入管理策略am-policy
（10）AMF向UE回复注册接受请求
1.1 UE发给AMF的注册请求（UE-ID为SUCI）
注册请求中的主要参数：
（1）Messagetype:Registrationrequest。这个是5GNAS消息类型。这里是注册请求。
（2）5GS registration type:initialregistration。表示因为开机发起的初始注册。和周期性注册、移动性注册更新、紧急注册这几种注册类型区分出来。
（3）Security header type取值为0，表示未加密的明文NAS消息。即5G-EA0算法。
（4）NAS keyset identifier：用于安全上下文的标识。本例取值为7。另外子参数TSC表示NAS安全上下文的类型。Native表示是5GAMF原生的安全上下文（而不是4-->5映射过来的）
（5）5GS mobile identity：5G用户标识。可以是5G-GUTI或者SUCI。这里是SUCI。SUCI包括了RoutingIndicator（本例为0，用于回归属地AUSF/UDM的寻址）、HomeNetworkpublickeyid（本例为3，表示UE加密SUCI用到的公钥标识）、Schemeoutput（是SUPI加密以后的密文输出）、ProtectionschemeId（取值为1表示采用ECIESprofileA加密算法，中文叫椭圆曲线加密算法）。
（6）UE security capability：UE所支持的加密和完整性保护算法。用于和AMF的算法协商，取交集。
1.2 AMF查NRF得到AUSF
AMF根据UE注册请求中提供的Routing Indicator查NRF，得到归属地AUSF。这样可以发起鉴权请求。AMF调用NRF的Discovery服务，发起AUSF的查询。用的是HTTP Get方法。但Get方法是不允许通过JSON来封装参数的。只能把参数部分放在request uri里，多个参数用&分隔。在Get请求中携带了多个参数。包括：
（1）service-names=nausf-auth。我要选择的网元是AUSF，并支持AUTH这个服务。
（2）requester-nf-type=AMF。请求者也就是我是谁？我是AMF。
（3）routing-indicator=0。这就是查询条件。拿RI来换AUSF的nfprofile（网元档案）。
NRF返回200 OK，包括了AUSF的nf profile（寻址信息和能力信息），主要参数有：
（1）validity Period：结果的有效期，这里是180秒。
（2）nf Instances：网元实例名。每个实例就代表一个活的网元，通常是uuid格式。
（3）nf Type：网元类型，这里返回AUSF。
（4）nf Status: REGISTERED。表示在NRF中的注册状态。这里是已注册。
（5）plmnList：目标网元支持的PLMN列表。-capacity：AUSF的静态容量。
（6）sNssais：AUSF所支持的切片。
（7）FQDN：AUSF的域名
（8）priority：AUSF优先级。
（7）nf Services：AUSF所支持的服务。-ipEndPoints：AUSF的IP和端口号。
（8）ausfinfo：ausf网元的特有参数。包括AUSF所支持的supi range：也就是用户IMSI号段。AUSF对应的group、以及关联的Routing indicator。
1.3 AMF请求AUSF进行鉴权并获取鉴权参数
AMF调用AUSF的authentication服务，请求AUSF对UE进行鉴权，该服务是HTTP Post方法。AUSF通常和UDM是合设的，因此AUSF会把SUPI或SUCI发给UDM，UDM据此选择UE的鉴权方法，并返回相关的鉴权向量组（如果收到的是SUCI，UDM需要先根据本地的私钥解密成SUPI。）。AUSF发201 Created响应，并把鉴权向量组返回给AMF。AMF给AUSF的请求消息：
（1）Request-uri是：/nausf-auth/v1/ue-authentications，是AUSF的鉴权服务入口。
参数包括SUCI和AMF的拜访地serving network name。AUSF回的201 created。主要参数有：
选择的鉴权算法authType：5G_AKA 表示UDM为UE选择的鉴权算法是5G AKA。
5g AuthData是鉴权参数组中的rand（随机数，要发给UE，用于UE计算鉴权结果）、autn（发给UE，用于UE对网络侧的鉴权）、hxresStar（发给AMF，用于AMF站在拜访地角度，比对鉴权结果。）
1.4 AMF向AUSF转发UE计算结果，AUSF进行鉴权比对
AMF站在拜访地角度对UE进行鉴权后（比对HRES*和HXRES*），再次调用AUSF的auth服务（PUT方法）将UE的计算结果RES*发给AUSF进行比对。AUSF比对成功后返回200 OK。AMF-->AUSF的PUT请求，主要参数有：
（1）request-uri：/nausf-auth/v1/ue-authentications/112233/5g-aka-confirmation。其中112233是authctxid
（2）res*：UE计算出的鉴权结果。
AUSF给AMF的响应参数包括
（1）authresult：鉴权结果。本例取值为success表示鉴权成功。
（2）Kseaf：用于密钥派生的Kseaf。
（3）supi：UDM解密后的SUPI，由AUSF发给AMF。
1.5 AMF对UE发起安全流程（加密和完整性保护）
AMF接下来可以对UE发起安全流程，用于NAS消息的加密和完整性保护（防止被篡改），对应的NAS消息是Security mode Command和Security mode Complete。
AMF-->UE的Security mode Command主要参数有：
（1）NAS security algorithms：网络侧选择的加密和完整性保护算法。本例取值是5G-EA0和128-5G-IA1
（2）UE security capability：UE的安全能力。其实也是之前从UE收到的。
（3）IMEISV request：AMF可以借此向UE要求提供IMEISV。
（4）ngKSI：NAS安全上下文标识。
UE-->AMF UE的Security mode Complete主要参数有：
（1）Security header type取值为4，表示带有新5G安全上下文和完保、加密的消息。
（2）Message authentication code：消息摘要码。用于完整性保护。
（3）5GS mobile identity：UE返回的IMEISV。
1.6 AMF根据SUPI查NRF得到UDM
AMF接下来要去到UDM中做注册登记(UECM服务）和获取签约数据（SDM服务）。因此，AMF调用NRF的Discovery服务，发起UDM的查询。用的是HTTP Get方法。NRF返回200 OK，包含了UDM的nfprofile。
Get请求中的主要参数包括：
（1）service-names=nudm-sdm，我要选择的网元是UDM，并支持SDM这个服务。
（2）requester-nf-type=AMF，请求者也就是我是谁？我是AMF。
（3）SUPI=imsi。这就是查询条件，拿SUPI来换UDM的nfprofile（网元档案）。
UDM返回的信息包括：
（1）所有网元的公共参数：validity Period（结果有效期）、nfInstances（网元实例名）、nfType（网元类型，本例为UDM）、nfStatus（注册状态）、priority（网元的优先级）、capacity（网元的静态容量值）、nfServices（UDM所支持的服务）
（2）UDM特有的参数udminfo：包括supirange（UDM支持的UE号段）、routing-indicator（UDM支持的Routing Indicator的范围）
1.7 AMF在UDM中做注册登记
AMF接下来要去到UDM中做注册登记(UECM服务）。在请求消息中，AMF需要提供自己的GUAMI和SUPI信息给UDM，从而完成AMF和UE的绑定（这种绑定关系登记在UDM里）。UDM检查如果AMF之前注册过，返回204 no content。如果没有，则返回201 created。AMF到UDM的PUT请求消息的主要参数：
（1） AMF的GUAMI、SUPI、amfInstanceId（AMF实例标识）、ims Over PS（AMF是否支持IMS的指示）、deregCallbackUri（AMF提供的用于接收后续通知的回调地址）、pei（可选登记UE的imei）等。
1.8 AMF从UDM获取am-data签约数据
AMF接下来要去到UDM中获取接入管理相关的签约数据即am-data(SDM服务）。
HTTP Get请求（AMF到UDM）：Request-URI：/nudm-sdm/v1/imsi-4600x1112223333/am-data，HTTP响应200 OK（UDM到AMF）返回am-data，用于接入限制和移动性管理，包含以下主要参数。
（1）gpsis：用户的手机号
（2）nssai：UE签约的切片。可以有多个，并且包含一个缺省的nssai。
（3）subscribedUeAmbr：签约的UE-AMBR。分上下行。本例为下行1.2Gbps，上行125Mbps
（4）subsRegTimer：签约的周期性注册计时器，本例为3600秒。
（5）ueUsageType：用于DCN（dedicated core network）的选择（即eDECOR），本例取值为1。
（6）ratRestriction：RAT的限制，本例取值为EUTRA，表示禁止4G接入。
（7）areaRestrictions：区域限制，即不允许UE访问的TA。本例取值为SAR_NOT_ALLOWED_AREA，以及TAC1和TAC2不允许访问。
除此以外，AMF还要到UDM获取smf-select-data（用于接下来的PDU会话建立流程中SMF的选择，包括了SMF支持的切片和DNN等信息。am-data和smf-select-data都是UDM中的签约数据，消费者也都是AMF。AMF可以单独发两个Get请求去获取，也可以合并成一次Get请求获取。）
1.9 AMF根据GPSI查NRF得到PCF
AMF接下来可根据签约数据中的用户的手机号GPSI作为查询条件，查询NRF得到PCF的地址。 同样也是一对Get/200 OK消息。Get请求中的主要参数都在request-uri部分，多个参数用&分隔。消息中用gpsi的信息。具体消息举例：Get /nnrf-disc/v1/nf-instances?service-names=npcf-am-policy-control&target-nf-type=PCF&requester-nf-type=AMF&snssais=XXX&gpsi=msisdn-8613X55667788，NRF返回的200 OK消息主要参数包括：
（1）plmnList：PCF支持的PLMN列表。-sNssais：PCF所支持的切片。
（2）ipEndPoints：PCF的IP和端口号。
（3）pcfInfo：PCF网元所特有的参数。包括支持的DNN、支持的GPSI号段，还可以携带PCF的Rx接口的diameter主机名和realm（因为PCF和4G的PCRF是合设的。）
1.10 AMF从PCF获取am-policy（接入管理策略）
AMF接下来到PCF中获取am-policy也就是接入管理策略。PCF提供的接入管理策略，要比UDM中签约数据am-data中指定的接入管理策略优先级更高。也就是PCF提供的策略可以覆盖掉UDM的签约数据。因为签约数据是静态数据，PCF提供的策略则是根据时间（忙/闲时）、地点（忙/闲小区）、人物（VIP或普通）动态制定的。优先级理应更高。AMF通过调用PCF的npcf-am-policy-control服务获取am-policy，对应到一对消息：Post和201 Created。201响应中包含了JSON封装的接入管理策略。AMF发给PCF的Post请求主要参数：
（1）用户的SUPI和GSPI；-userLoc：用户的位置信息，包括TAC和NCGI；
（2）servingPlmn：AMF的服务PLMN；-ratType：当前的接入类型，这里取值NR。
（3）AMF的GUAMI。-servingNfId：服务网元的ID，这里是AMF的ID。
PCF给AMF回的201 Created消息中的主要参数有：
（1）servAreaRes：UE的服务区域限制，有没有不允许访问的区域。本例中为空值。即不受限。
（2）triggers：PCF向AMF订阅的触发条件。当条件发送，AMF需要向PCF报告并更新策略。这里的LOC_CH是指UE的位置发生变化，AMF需立即向PCF报告。
1.11 AMF给UE回注册接受
AMF最后给UE回注册接受消息，主要参数有分配的周期性更新计时器T3512、5G-GUTI、UE的注册区（TA列表）、允许的切片ID、网络侧的特性参数（如是否支持N26口、是否支持IMS等）等参数。
