5G SSC模式三PSA重选机制与Make-Before-Break信令全链拆解

一、为什么5G需要重新定义"会话连续性"

在4G EPC架构中，一条PDN连接自始至终锚定在同一个PGW上，无论终端（UE）如何移动，分配到的IP地址全程保持不变。这种"锚点固定、IP不变"的模型虽然保证了会话连续性，却把整个用户面的回程流量都强行拉回中心PGW，无法适应5G的边缘计算（MEC）与本地分流需求。

5G核心网（5GC）将用户面功能（UPF）从集中式演进为分布式可编程节点，要求锚点UPF能够跟随UE的移动而动态重选，使业务流量就近卸载。但"换锚点"必然带来一个问题：IP地址要不要变？业务要不要断？ 3GPP在TS 23.501 clause 5.6.9中用三种会话与服务连续性（Session and Service Continuity, SSC）模式来精确回答这两个问题，SSC mode 3就是其中工程上最复杂、对边缘计算最关键的一种。

本文聚焦TS 23.501 §5.6.9.3与TS 23.502 §4.3.2定义的SSC模式三PSA（PDU Session Anchor）重选机制，拆解其Make-Before-Break（先建后拆）信令全链、关键IE（TS 24.501）、SMF决策逻辑，以及抓包识别与排错方法。

二、三种SSC模式的设计哲学

SSC模式的本质是"当锚点UPF需要更换时，网络以何种方式完成过渡"。三者的差异集中在IP是否保持与业务是否中断两个维度上。

下面的状态图刻画了同一DNN+S-NSSAI下三条PDU会话在SSC模式三PSA重选过程中的生命周期与锚点迁移：

stateDiagram-v2
    direction LR
    [*] --> SessA_Old: PDU会话A建立(SSC mode3)\n锚点=PSA-Old
    SessA_Old --> SessB_New: SMF触发新建会话B\n锚点=PSA-New
    note right of SessB_New
        Make-Before-Break窗口
        会话A与会话B短暂并存
        用户面双路径同时在线
    end note
    SessB_New --> SessA_Released: 新会话B用户面就绪\nSMF释放会话A
    SessA_Released --> SessB_Stable: 旧PSA-Old N4拆除
    SessB_Stable --> [*]: 锚点迁移完成\nIP前缀已更新

设计意图可以归纳为三点：第一，把"IP保持"和"路由最优"解耦——mode 1要IP保持就牺牲路由，mode 2/3要路由最优就接受IP变化；第二，用"双会话并存窗口"换取零中断——这是mode 3区别于mode 2的核心代价（需要UE支持同时维护两条到同一DN的PDU会话）；第三，把锚点选择权交给SMF的策略决策（SSC模式选择、UPF重选触发条件均由SMF依据签约与本地策略决定）。

三、SSC模式三完整信令时序拆解

下图是SSC模式三PSA重选的完整信令流，假设UE已存在一条锚定在PSA-Old的PDU会话（PSS ID=5，SSC mode 3）。SMF在检测到重选条件后，先建立一条锚定在PSA-New的新会话（PSS ID=6），再释放旧会话，整个过程UE短暂持有两条PDU会话。

sequenceDiagram
    autonumber
    participant UE
    participant AN as (R)AN/gNB
    participant AMF
    participant SMF
    participant PSA_O as PSA-Old
    participant PSA_N as PSA-New
    participant NRF
    participant PCF

    Note over UE,PSA_O: 阶段0：已有会话A(PSS=5)锚定PSA-Old, SSC mode3

    Note over SMF: 阶段1：SMF决策PSA重选(UE移动/DNAI变化/本地策略)
    SMF->>NRF: Nnrf_NFDiscovery(UPF, DNAI, S-NSSAI)
    NRF-->>SMF: 返回候选UPF列表
    SMF->>SMF: 选择PSA-New为新锚点

    Note over SMF,PSA_N: 阶段2：建立新会话B(PSS=6)的N4用户面
    SMF->>PSA_N: N4 Session Establishment Request(F-TEID, PDR/FAR/QER)
    PSA_N-->>SMF: N4 Session Establishment Response(N9 F-TEID)
    SMF->>PCF: Nsmf_SMPolicyControl_Update(DNAI变更通知)
    PCF-->>SMF: 更新后的PCC规则(可选新ULCL/I-UPF)

    Note over SMF,UE: 阶段3：网络触发新会话B建立(Make)
    SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer\nN2=PDU Session Resource Setup\nN1=PDU SESSION ESTABLISHMENT ACCEPT\n(新IP前缀, PSS=6, SSC mode3)
    AMF->>AN: N2 PDU Session Resource Setup Request
    AN->>UE: RRC Reconfiguration(含N1 SM容器)
    Note over UE: UE获得新IP前缀, 会话B用户面就绪\nUE现同时持有会话A+B

    Note over AN,SMF: 阶段4：新会话B用户面激活
    AN-->>AMF: N2 PDU Session Resource Setup Response(AN隧道F-TEID)
    AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(AN隧道)
    SMF->>PSA_N: N4 Session Modification(下发AN N3 F-TEID)

    Note over SMF,PSA_O: 阶段5：释放旧会话A(Break旧锚点)
    SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer\nN1=PDU SESSION RELEASE COMMAND(PSS=5)\nN2=PDU Session Resource Release
    AMF->>AN: N2 PDU Session Resource Release Command
    AN->>UE: RRC释放PSS=5相关资源
    UE-->>AN: 释放确认
    AN-->>AMF: N2 Release Response
    AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(释放)
    SMF->>PSA_O: N4 Session Release Request
    PSA_O-->>SMF: N4 Session Release Response

    Note over UE,PSA_N: 完成：会话B(PSS=6)锚定PSA-Old已迁移至PSA-New, 零中断

逐步解析关键交互：

步骤1-3（决策与发现）：SMF的PSA重选触发源有三类——UE移动导致跟踪区（TA）变化、应用触发的DNAI（Data Network Access Identifier）变化、或运营商本地策略周期评估。SMF通过Nnrf_NFDiscovery按DNAI+S-NSSAI+UPF能力发现候选PSA-New，这里的关键查询参数是upf_info中的pdu_session_types与dnai_list。

步骤4-6（N4预建）：SMF在通知UE之前，先与PSA-New完成N4会话建立，这是Make-Before-Break能在用户面层无缝衔接的前提。N4 Session Establishment Request中携带检测规则（PDR）、转发规则（FAR）、QoS执行规则（QER）。注意此时N9侧F-TEID已分配，但N3侧（到AN的隧道）尚未激活——因为新会话的N2信令还没下发。

步骤7-10（网络触发新会话建立）：这是SSC模式三最核心的一步。普通PDU会话建立是UE主动发起（Request type=initial request），而SSC模式三是网络主动触发。SMF通过Namf_Communication_N1N2MessageTransfer一次性下发N2（给AN的PDU Session Resource Setup）和N1（给UE的PDU SESSION ESTABLISHMENT ACCEPT，内含新的IP前缀与PSS ID=6）。UE收到后即获得新IP，两条会话的用户面在AN侧短暂并存。

步骤11-13（新会话用户面激活）：AN完成空口资源分配后，将AN侧N3隧道F-TEID通过N2 Response回传，AMF经Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext转发给SMF，SMF再用N4 Session Modification把AN隧道写入PSA-New的FAR，新会话B用户面正式激活。

步骤14-20（释放旧会话）：新会话B激活后，SMF才触发旧会话A（PSS=5）的释放——PDU SESSION RELEASE COMMAND给UE，N4 Session Release给PSA-Old。至此Make-Before-Break窗口关闭，锚点迁移零中断完成。

四、关键IE结构解析（TS 24.501）

SSC模式三在空口NAS信令上的识别，依赖几个核心IE。下图是PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST消息中与SSC相关的IE结构：

graph TD
    A[PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST] --> B[PDU Session Identity]
    A --> C[PTI Procedure Transaction Identity]
    A --> D[Integrity protection maximum data rate]
    A --> E[PDU session type]
    A --> F[SSC mode]
    A --> G[5GSM capability]
    A --> H[Maximum number of supported packet filters]
    A --> I[DNN]
    A --> J[S-NSSAI]
    A --> K[Request type]
    A --> L[SM PDU DN request container]

    F --> F1["值=3 → SSC mode 3"]
    K --> K1["值=0 initial request<br/>值=1 existing PDU session<br/>值=4 modification request"]
    E --> E1["IPv4 / IPv6 / IPv4v6 / Ethernet / Unstructured"]

下表给出关键IE的取值与SSC模式三的关联：

值得强调的设计点：为什么新会话必须用新的PSS ID？ 因为TS 23.501规定一条PDU会话由(UE ID, PDU Session ID)唯一标识，UE与SMF都不能为同一PSS ID同时维护两条N4会话。所以Make-Before-Break的"双会话窗口"在信令层面表现为两个PSS ID并存，而非一条会话挂两个锚点。这一点是抓包时区分SSC mode 3与mode 1/2的关键判据。

SMF侧在Namf_Communication_N1N2MessageTransfer中还有一个隐含的决策字段——PduSessionId与TEID的新旧配对。SMF在签约数据（UDM的SessionManagementSubscriptionData）中查询该DNN+S-NSSAI的allowed SSC modes，若签约仅允许mode 1而UE请求mode 3，SMF会以5GSM cause #67（SSC mode not allowed）拒绝。

五、SMF的SSC模式三决策逻辑

PSA重选不是随时发生，SMF有一套明确的触发与决策逻辑。下图刻画SMF在判定是否启动SSC mode 3重选时的状态流转：

flowchart TD
    Start([SMF持续监测触发源]) --> T1{触发源到达?}
    T1 -->|UE移动到新TA| E1[位置变化事件]
    T1 -->|AF/NEF通知DNAI变化| E2[应用重定位事件]
    T1 -->|本地策略周期评估| E3[运营商策略事件]
    E1 & E2 & E3 --> T2{会话SSC mode==3?}
    T2 -->|否, mode1| R1[保持锚点不变]
    T2 -->|否, mode2| R2[Break-Before-Make\n释放旧会话让UE重建]
    T2 -->|是| T3{签约允许该DNN\n使用mode3?}
    T3 -->|否| R1
    T3 -->|是| T4{UE支持多PDU会话\n且资源充足?}
    T4 -->|否| F1[降级为mode2处理]
    T4 -->|是| T5{存在更优DNAI的\n候选PSA-New?}
    T5 -->|否| R1
    T5 -->|是| Act[启动Make-Before-Break\n建新会话B]
    Act --> Fin([完成锚点迁移])
    R1 --> Fin
    R2 --> Fin
    F1 --> Fin

关键决策点解读：

• 触发源（E1/E2/E3）：E1是UE移动导致的TAU/注册更新；E2是应用通过AF-NEF-PCF-SMF链路（TS 23.502 §4.3.6）请求业务重定位到新的DNAI；E3是SMF本地策略（如基于时间/负载的锚点优化）。

• SSC模式校验（T2）：只有签约为mode 3的会话才走Make-Before-Break；mode 1永不重选锚点，mode 2走Break-Before-Make。

• 能力降级（T4→F1）：如果UE在5GSM capability中未声明支持同时多PDU会话（常见于受限IoT终端），SMF无法维持双会话窗口，必须降级为mode 2处理——这是实际部署中容易被忽略的兼容性坑。

• SSC模式选择与协商：TS 23.501 §5.6.7规定，UE在PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST中带SSC mode为建议值，SMF以签约allowed SSC modes为准做最终裁决。同一DNN+S-NSSAI的签约可以是{mode1}、{mode2,mode3}、{mode1,mode2,mode3}等组合。

六、与SSC模式二的深度对比

mode 2与mode 3都会换锚点、都会换IP，区别在于过渡方式，这直接决定了中断时长与UE实现复杂度。

一个高频疑问：既然mode 3零中断更好，为什么不全部用mode 3？ 因为mode 3峰值占用双倍空口与N4资源，且要求UE具备多会话能力。对于海量mIoT终端或纯无连接类业务，mode 2的资源效率更高。运营商通常按业务类型在UDM签约中预设：IMS类用mode 1，普通宽带用mode 2，MEC/URLLC用mode 3。

七、抓包识别实战

在端到端抓包（NGAP/NAS/N4/PFCP）中识别SSC模式三，可按以下特征定位。

NAS层识别（N1接口，经NGAP透传）： - 用Wireshark过滤 nas-5gs.message_type == 0xc1（PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST）与 0xc2（ACCEPT）。在同一DNN下连续看到两条ESTABLISH，且PSS ID不同、均带ssc_mode == 3，即可初步判定为mode 3重选。 - 关键判据：检查request_type——新会话B的request_type == initial request (0)，而它并非由UE主动发起（无对应的前序UE ESTABLISH REQUEST，而是网络下发的ACCEPT）。 - 对比mode 2：会先看到PDU SESSION RELEASE COMMAND（消息类型0xc6），其后再见UE发起的ESTABLISH。

N4/PFCP层识别（SMF↔UPF）： - 过滤 pfcp.msg_type == 50（Session Establishment Request）。SSC mode 3的特征是：对同一UE同一DNN，先出现一条指向PSA-New的Session Establishment，随后才出现指向PSA-Old的Session Deletion（msg_type == 54）。这个"先建后删"顺序与mode 2的"先删后建"恰好相反，是最可靠的判据。 - 检查PDR/FAR中的F-TEID：新会话B的N9 F-TEID指向PSA-New，与旧会话A的N9 F-TEID指向PSA-Old形成对照。

NGAP层识别（N2接口）： - 过滤 ngap.procedureCode == 37（PDU Session Resource Setup）与 ngap.procedureCode == 38（PDU Session Resource Release）。mode 3下同一UE的Setup与Release会针对不同PDU Session ID成对出现，且Setup在前。

八、常见故障点与排错思路

排错优先级建议：先确认NAS层SSC模式协商（UE请求 vs 签约允许），再确认N4层"先建后删"顺序，最后定位用户面F-TEID配对。多数mode 3问题集中在签约配置与双会话资源窗口两个环节。

常见问题

Q: SSC mode 3能否做到IP地址不变？ A: 标准定义下mode 3允许IP变化，但工程上有"同会话PSA变更"的实现变体，可在IP不变的前提下完成锚点迁移（更接近mode 1的IP保持+mode 3的锚点可变）。是否支持取决于厂商与场景，TS 23.501 §5.6.9.3将其作为可选实现。

Q: Make-Before-Break的双会话窗口最长能持续多久？ A: 标准未规定硬性时长，但要求SMF在新会话用户面激活后"尽快"释放旧会话。实际部署中通常在秒级内完成，过长的双会话窗口会造成空口与N4资源浪费，运营商一般通过SMF定时器（如数秒）兜底强制释放。

Q: UE如何感知需要发起mode 3的新会话建立？ A: mode 3下新会话建立是网络主动触发的——SMF经AMF下发PDU SESSION ESTABLISHMENT ACCEPT（携带新IP与PSS ID），UE被动接收。这区别于mode 2（UE感知旧会话释放后由应用层主动重建）。

Q: SSC mode 3与边缘计算ULCL分流是什么关系？ A: 二者互补。ULCL是在单一锚点会话内插入分流规则实现本地卸载（IP不变）；mode 3是迁移整个锚点PSA。MEC场景中常组合使用：mode 3把锚点迁到本地PSA，再在该PSA配置ULCL规则。DNAI是连接两者的纽带。

Q: 为什么我的抓包里mode 3看起来像两次普通会话建立？ A: 因为信令层面mode 3的双会话窗口本质上就是"两条普通PDU会话建立"。区分关键在于：① 两条会话DNN/S-NSSAI相同；② PSS ID不同；③ N4侧"先建新PSA后删旧PSA"的顺序；④ 新会话由网络主动触发而非UE主动发起。

参考来源

1. 3GPP TS 23.501 V18.x — System architecture for the 5G System — clause 5.6.9 SSC modes, clause 5.6.7 SSC mode selection
2. 3GPP TS 23.502 V18.x — Procedures for the 5G System — clause 4.3.2 PDU Session management procedures, SSC mode 3 re-establishment
3. 3GPP TS 24.501 V18.x — NAS protocol for 5G — PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST message, SSC mode IE, Request type values
4. ShareTechnNote — 5G SSC Modes — SSC mode 1/2/3 流程与场景对比解读
5. 3GPP TS 29.244 V18.x — Interface between SMF and UPF (N4/PFCP) — PDR/FAR/QER 规则与 PSA 重选的 N4 交互

本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵爱卫生（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。

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