<!-- title: 5G AMF过载控制机制深度解读 -->
<!-- domain: core-network -->

# 5G核心网AMF过载控制机制深度解读：NGAP OVERLOAD START与NAS T3346/T3502双级限流全景

## 一、为什么AMF需要专门的过载控制机制

在5G SBA架构中，AMF（Access and Mobility Management Function）是全网的信令汇聚点：所有UE的Registration、Service Request、Mobility Registration Update、Paging响应等N1/N2信令都要经过AMF处理。在物联网大规模部署（mMTC场景下单AMF可管理数百万NB-IoT终端）、灾害后网络恢复（海量终端同时开机重注册）、或核心网软件升级重启等异常场景下，瞬时信令洪峰可能直接压垮AMF进程。

更危险的是**信令风暴（Signalling Storm）的正反馈效应**：AMF因过载而响应变慢或宕机 → gNB重传/UE重试 → 信令量进一步放大 → 雪崩式瘫痪。3GPP在TS 23.501 §5.19.5.2中明确指出，当"AMF已达到过载状态，或基于TS 23.288 §6.22描述的NWDAF信令风暴分析判断信令风暴发生概率很高"时，AMF必须启动拥塞控制。

为此，3GPP设计了一套**双级过载控制体系**，从两个不同的关口拦截信令：

| 层级 | 控制关口 | 协议载体 | 核心机制 | 规范依据 |
|------|---------|---------|---------|---------|
| **RAN级（N2过载控制）** | gNB入口 | NGAP（SCTP/38412端口） | OVERLOAD START / OVERLOAD STOP，gNB按比例/类别拒绝UE的RRC连接请求 | TS 23.501 §5.19.5.2、TS 38.413 §8.7.7/§8.7.8 |
| **NAS级（MM拥塞控制）** | AMF入口 | 5GMM NAS消息 | REGISTRATION REJECT / SERVICE REJECT + 5GMM cause #22 + T3346退避定时器 | TS 23.501 §5.19.7、TS 24.501 §5.3.9 |

两级控制的精髓在于**将拒绝动作尽可能前移**：最理想的状况是UE根本不发NAS信令出来——由gNB在RRC层直接拒绝（UE侧由统一接入控制UAC barring阻止后续尝试），这样AMF完全不受影响；漏网的NAS请求到达AMF后，AMF用cause #22 + T3346告知UE"X分钟后再来"，避免UE立即重试形成风暴。

```mermaid
flowchart TB
    subgraph UE["UE"]
        A1["REGISTRATION REQUEST<br/>(5GMM NAS)"]
        A2["RRC Connection Request"]
    end
    subgraph GNB["gNB (NG-RAN)"]
        B1["UAC统一接入控制<br/>按Access Category拒绝<br/>RRC Reject + wait time"]
        B2["NAS转发决策"]
    end
    subgraph AMF["AMF"]
        C1["NAS级拥塞检测<br/>CPU/内存/会话数阈值"]
        C2["拒绝列表判定<br/>豁免: 紧急/MT/高优先级"]
        C3["NGAP过载决策<br/>minor / major / critical"]
    end
    D["5GMM cause #22 Congestion<br/>+ T3346退避定时器"]
    E["NGAP OVERLOAD START<br/>Overload Response +<br/>Traffic Load Reduction Indication"]
    F["NGAP OVERLOAD STOP"]

    A1 -->|"①漏网NAS请求"| C2
    C2 -->|"拒绝"| D
    D -.->|"T3346运行期<br/>禁止发起新注册/业务请求"| A1
    C3 -->|"过载开始"| E
    E -->|"②全量/按比例发送"| B1
    B1 -->|"RRC层拒绝"| A2
    C3 -->|"过载恢复"| F
```

## 二、N2过载控制：NGAP OVERLOAD START / STOP 详解

### 2.1 流程定位与消息特征

OVERLOAD START属于TS 38.413定义的**NGAP非UE关联（non-UE associated）信令**，方向为**AMF → NG-RAN节点**。dstest.info的NGAP字典对该消息的官方定义是：

> "The purpose of the Overload Start procedure is to inform an NG-RAN node to reduce the signalling load towards the concerned Core Access and Mobility Management Function (AMF). The procedure uses non-UE associated signalling. This message is sent by the AMF and is used to indicate that the AMF is overloaded. Direction: AMF --> NG-RAN node."

TS 38.413 §8.7.7 / §8.7.8分别定义了Overload Start和Overload Stop过程。按照规范要求，NG-RAN节点收到OVERLOAD START后"shall consider the AMF as being in an overloaded state"（视该AMF为过载状态），并根据Traffic Load Reduction Indication"reduce the signalling traffic by the indicated percentage"（按指示百分比削减信令流量）；收到OVERLOAD STOP后清除该过载状态。

一个容易被忽视的细节：TS 23.501 §5.19.5.2要求，当**同一PLMN内多个AMF（或同一AMF Set内的AMF）**都向同一个gNB发送OVERLOAD START时，"应当确保信令负载在PLMN内和每个AMF Set内均匀分布"——这意味着gNB不能把所有过载AMF的流量都丢给同一个"健康"AMF，否则过载只是被转移而非消除。

### 2.2 关键Information Element解析

| IE名称 | 存在性 | 编码/取值 | 作用与设计意图 |
|--------|-------|----------|--------------|
| **Overload Response** | 必选 | 枚举型 | 告知gNB拒绝/放行哪类会话，是过载策略的核心载体 |
| **Traffic Load Reduction Indication** | 可选 | 百分比（1–99） | 指示gNB按该百分比削减发往本AMF的连接请求，实现"渐进式泄洪" |
| **Overload Start NSSAI** | 可选 | S-NSSAI列表 | 仅限制指定网络切片的NAS信令，实现切片粒度的精准限流 |

根据TS 23.501 §5.19.5.2，AMF通过OVERLOAD START可以请求gNB对**本AMF正在服务的UE**施加以下五种行为之一：

- **a)** 限制**非紧急、非异常报告、非高优先级MO业务**的5G-AN信令连接请求；
- **b)** 限制**发往本AMF的上行NAS信令传输**类连接请求；
- **c)** 限制**AS层Requested NSSAI仅包含指定S-NSSAI**的连接请求——该限制同样适用于RRC_INACTIVE恢复过程（当RAN侧存储UE上下文中的Allowed NSSAI仅包含OVERLOAD START所列S-NSSAI时）；
- **d)** **仅允许紧急会话和移动被叫（MT）业务**；
- **e)** **仅允许高优先级会话、异常报告和MT业务**。

这五种选项构成了一个从"全面封堵"到"保底放行"的策略光谱。设计意图非常清晰：**紧急呼叫和被叫业务永远不能被过载控制杀死**——用户欠费可以限速，但110/119电话和寻呼响应在任何拥塞等级下都必须放行（TS 23.501 §5.19.5.2特别要求"During an overload situation, the AMF should attempt to maintain support for emergency services and for MPS"）。

### 2.3 完整N2过载信令时序

```mermaid
sequenceDiagram
    autonumber
    participant UE as UE
    participant gNB as gNB (NG-RAN)
    participant AMF as AMF

    Note over AMF: 系统负载超阈值<br/>(如 critical: 95%)
    AMF->>gNB: NGAP OVERLOAD START<br/>Overload Response = reject-non-emergency-sessions<br/>Traffic Load Reduction = 60%
    Note over gNB: 标记该AMF为过载状态<br/>激活UAC按比例barring

    UE->>gNB: RRC Connection Request<br/>(Access Category判定)
    gNB-->>UE: RRC Reject (wait time)<br/>注: 也可在SIB1广播barring参数

    Note over UE: UE按wait time退避<br/>不再立即重试

    UE->>+AMF: RRC/Initial UE Message<br/>REGISTRATION REQUEST (漏网流量)
    AMF-->>UE: REGISTRATION REJECT<br/>cause #22 + T3346 (双保险)

    Note over AMF: 负载降至阈值以下
    AMF->>gNB: NGAP OVERLOAD STOP<br/>(清除过载状态)
    Note over gNB: 恢复正常接纳策略
    AMF->>-AMF: 恢复处理全量NAS信令
```

恢复阶段有个细腻的设计：TS 23.501 §5.19.5.2规定AMF恢复时**有两种选择**——发送新的OVERLOAD START（把百分比调高，允许更多连接成功）或直接发OVERLOAD STOP。这允许AMF做**灰度恢复**而不是一步到位，避免恢复瞬间积压UE涌入再次触发过载。

## 三、NAS级拥塞控制：cause #22 与 T3346 的攻防博弈

### 3.1 AMF侧：谁能拒绝，谁必须放行

TS 24.501 §5.3.9规定，当通用NAS级拥塞控制激活时，AMF**不应拒绝**以下7类请求：

| 序号 | 豁免请求类型 | 豁免理由 |
|------|------------|---------|
| a | 紧急业务请求 | 人身安全红线 |
| b | 紧急业务回退（Emergency Services Fallback）请求 | 同上 |
| c | 高优先级接入UE（如MPS/MCX、 firefighting）在所选PLMN/SNPN的请求 | 关键业务保障 |
| d | **DEREGISTRATION REQUEST（去注册请求）** | 若拒绝，UE会无限重试去注册，且网络需清理上下文 |
| e | **MT业务请求（paging或notification触发）** | 被叫不能因网络拥塞丢失 |
| f | lower layers指示紧急的初始注册/移动性与周期性注册更新 | 支撑紧急注册 |
| g | 报告不连续覆盖不可用性信息的MRU（NTN卫星场景） | 覆盖状态上报保障 |

这份豁免清单是排错时的"金标准"——凡是AMF在拥塞期拒绝了e)类paging触发的Service Request，都是违反规范的实现缺陷。

对于其余请求（初始注册、CM-IDLE态的Service Request、CM-IDLE态的MRU、周期性注册更新等），AMF拒绝时在REGISTRATION REJECT / SERVICE REJECT中携带**5GMM cause #22 "Congestion"** 以及**T3346 value IE**。UE收到后启动T3346，在定时器运行期间禁止发起新的Registration/Service Request（豁免场景除外）。

一个关键的工程细节（TS 24.501 §5.3.9原文）：**"To avoid that large numbers of UEs simultaneously initiate deferred requests, the AMF should select the value for the timer T3346 for the rejected UEs so that timeouts are not synchronised."**——AMF必须为不同UE随机化T3346取值，否则所有被拒UE会在同一毫秒集体重试，退避机制反而制造了第二波同步风暴。这是典型的分布式系统"抖动（jitter）"设计在电信协议中的体现。

### 3.2 T3346的七条特殊行为规则

TS 24.501 §5.3.9对UE侧T3346的处理定义了大量边界情况，以下几条是开发和测试中最容易踩坑的：

1. **双接入绑定**：UE在3GPP接入和non-3GPP接入同时注册到同一PLMN时，AMF下发的T3346对**两种接入同时生效**；
2. **Paging打断退避**：T3346运行中收到paging或NOTIFICATION消息，UE**停止两种接入的T3346**并立即响应——被叫优先级永远高于退避；
3. **去注册后仍继续**：T3346运行中UE进入5GMM-DEREGISTERED态，但只要保持开机且USIM不变，**T3346继续运行**（防止去注册-重注册循环绕过退避）；
4. **关机-开机续跑**：设t1为关机时T3346剩余时间、t为关机到开机的间隔——若t1 > t，开机后以(t1 − t)重启定时器；若t1 ≤ t则无需重启；若UE无法确定t，则以t1重启。这条规则堵死了"重启手机绕过拥塞退避"的漏洞；
5. **换非等效PLMN则失效**：UE在T3346运行中进入一个**非等效**的新PLMN/SNPN并发起5GMM过程时，停止T3346——因为退避只针对发出它的那个网络；
6. **注册状态联动**：注册区域改变后，若T3346在运行且5GS update status为5U1 UPDATED，UE须将状态改为5U2 NOT UPDATED并进入5GMM-REGISTERED.ATTEMPTING-REGISTRATION-UPDATE（确保定时器到期后能完整重注册）；
7. **豁免穿透**：高优先级UE、紧急业务/紧急回退、不连续覆盖不可用性报告，即使T3346运行中也允许发起5GMM过程。

### 3.3 UE状态机视图

```mermaid
stateDiagram-v2
    [*] --> T3346_Idle: 初始状态
    T3346_Idle --> T3346_Running: 收到REJECT<br/>cause #22 + T3346
    T3346_Running --> T3346_Running: 3GPP/non-3GPP接入同时受限
    T3346_Running --> T3346_Idle: 定时器到期<br/>发起重注册
    T3346_Running --> T3346_Idle: 收到paging/NOTIFICATION<br/>(停止并响应被叫)
    T3346_Running --> T3346_Running: 进入5GMM-DEREGISTERED<br/>(开机+USIM不变则继续)
    T3346_Running --> T3346_Suspended: 关机 (保存t1)
    T3346_Suspended --> T3346_Running: 开机 (t1>t时以t1-t续跑)
    T3346_Running --> T3346_Idle: 切换到非等效PLMN/SNPN
    T3346_Running --> Emergency_Path: 紧急业务/高优先级/异常报告<br/>(豁免穿透)
    Emergency_Path --> T3346_Running: 过程完成后定时器继续
```

### 3.4 T3502：注册尝试层面的第二道闸门

除T3346外，REGISTRATION REJECT中还可能携带**T3502 value IE**，同时gNB也可以在SIB1中广播T3502值（另见TS 38.331）。T3502是**周期性注册尝试定时器**：当UE因cause #22被拒或收到特定拒绝原因后，除了单次退避T3346，还需等待T3502才能进行下一次注册尝试。3glteinfo的排错文档描述了典型现场表现："Registration Reject received with cause #22 - T3346 or T3502 is present"，解读为"network is applying explicit retry control"（网络正在施加显式重试控制）。

T3346与T3502的分工：**T3346管"这一次被拒后多久能再试"**（UE本地定时器，网络点对点下发）；**T3502管"整个区域内注册尝试的节奏"**（可在小区广播层面统一约束），两者叠加构成双层重试节流。

### 3.5 一个致命的交互：T3346 vs T3512 + 隐式去注册

Cisco AMF实现文档披露了一个标准要求但容易被实现忽略的边界：**若AMF下发的T3346值大于UE的周期性注册定时器T3512与隐式去注册定时器之和，AMF必须相应调整自身的mobile reachable timer和implicit deregistration timer**，否则会出现荒谬的局面——UE还在老老实实等T3346退避，AMF却因"太长时间没有周期性注册更新"把它隐式去注册了，定时器到期后的重注册反而变成了全新注册，信令开销更大且用户上下文丢失。

## 四、为什么这样设计：三重设计意图剖析

**意图一：拒绝动作逐级前移，保护最昂贵的资源。** AMF的处理能力（CPU/内存/事务上下文）是最稀缺资源，gNB的处理能力次之，UE自身的重试行为最廉价。N2过载控制在gNB层用RRC Reject拦截（每条被拦消息不消耗任何AMF资源），NAS控制在AMF层用T3346换取"延迟到达"而非"丢弃"。两级配合下，AMF只需要处理极小比例的漏网流量。

**意图二：百分比削峰 + 定时器随机化 = 分布式流量整形。** Traffic Load Reduction Indication（1–99%）允许AMF像调节水阀一样渐进泄洪；T3346取值的去同步化要求，则防止"锯齿形"流量脉冲。两者结合，把无序的信令洪峰整形为可平滑消化的稳态负载。

**意图三：过载不等于降级安全与可达性。** 无论哪一级控制，紧急业务、MT业务、高优先级用户（MPS）、异常报告都被硬性豁免。这反映了3GPP的一贯立场：拥塞控制优化的目标是"多数人的普通业务让路"，而不是"所有人的所有业务陪葬"。

## 五、与其他方案对比

| 对比维度 | 5G NGAP OVERLOAD START（TS 38.413 §8.7.7） | 5G NAS拥塞控制（TS 24.501 §5.3.9） | LTE S1 OVERLOAD START（TS 36.413） | gNB独立UAC barring（TS 38.331） |
|---------|-----------|-----------|-----------|-----------|
| 控制发起方 | AMF | AMF | MME | gNB自主/运营商配置 |
| 拒绝位置 | gNB（RRC层） | AMF（NAS层） | eNB（RRC层） | gNB（RRC层） |
| UE侧退避载体 | RRC Reject wait time | T3346 / T3502 | T3346（GMM层同名机制） | wait time / barring参数 |
| 切片粒度 | 支持（Overload Start NSSAI / S-NSSAI） | 标准支持per DNN/S-NSSAI SM拥塞（TS 23.501 §5.19.7，REJECT中携带SM back-off timer） | 不适用（无切片） | 有限（按Access Category/Identity） |
| 标准化豁免 | 紧急/MT/MPS/异常报告 | 紧急/MT/MPS/去注册等7类 | 紧急/MT类似豁免 | 按ACM准入等级 |
| 消息方向 | AMF → NG-RAN，非UE关联 | AMF → UE，点对点 | MME → eNB，非UE关联 | gNB → UE广播/单播 |

## 六、实战：抓包识别、故障排查与厂商实现

### 6.1 抓包如何识别

N2侧在SCTP 38412端口上抓包，Wireshark中直接使用以下过滤式：

- `ngap.OverloadStart` / `ngap.OverloadStop` —— 定位过载开始/停止消息；
- `ngap.TrafficLoadReductionIndication` —— 查看AMF要求的削峰百分比；
- `ngap.OverloadResponse` —— 确认gNB被要求执行的拒绝策略（枚举值对应§2.2的五种行为）。

NAS侧在N1信令（经Initial UE Message / Downlink NAS Transport封装）中过滤：

- `nas-5gs.mm.message_type == 0x45`（REGISTRATION REJECT类消息）附近配合
- `nas-5gs.mm.cause == 22` —— 5GMM cause #22 "Congestion"；
- 同一条REJECT中的T3346 value IE采用GPRS Timer 3式编码（TS 24.501 §9.11.2），解码时注意单位换算（分钟为最小粒度）。

健康网络中OVERLOAD START应当**几乎不出现**；若在稳定期反复看到，大概率是阈值配置过低（Cisco实现中minor默认可配置为85%负载）而非真实过载。

### 6.2 常见故障点与排错思路

1. **UE反复注册失败，REJECT带cause #22**：先查AMF负载监控（如Cisco的`amf_overload_status`指标，取值minor/major/critical）；确认是真实拥塞还是阈值误配；再查T3346取值是否被正确随机化——若所有REJECT中T3346值完全相同，说明AMF实现违反了去同步化要求，退避到期时会形成同步重试脉冲；
2. **过载期间被叫丢失**：检查AMF是否拒绝了paging触发的Service Request（违反§3.1豁免表e项）；同时检查gNB是否把UAC barring错误地施加到了被叫接入尝试上；
3. **OVERLOAD START只发给部分gNB**：这可能是AMF的刻意设计（TS 23.501 §5.19.5.2允许通过控制发送比例来匹配削峰需求），但如果目标是全量限制而只发了部分，属于AMF过载扩散逻辑缺陷；
4. **T3346到期后UE仍未注册成功且状态为5U2**：核对UE是否正确执行了"注册区域改变后置5U2 NOT UPDATED"规则，以及AMF是否在T3346 > T3512+隐式去注册定时器之和时调整了自身的可达性定时器；
5. **SNPN本地业务场景的误判**：SNPN提供本地化服务时，AMF可能用cause #74 "Temporarily not authorized for this SNPN"且**不带T3346**（TS 24.501 §5.3.9），让UE进入PLMN-SEARCH重选网络——不要把它当拥塞故障处理。
## 常见问题

**Q1: OVERLOAD START（N2级）和REGISTRATION REJECT cause #22 + T3346（NAS级）同时存在吗？谁是主力？**
A: 两者通常级联出现但分工不同。N2级是"预防性"的——gNB在RRC层直接拒绝，NAS请求根本到不了AMF；NAS级是"兜底"的——漏网请求到达AMF后被拒并下发T3346。一个完整过载事件中，你会先看到AMF发出OVERLOAD START，随后gNB侧大量RRC Reject，只有少量NAS REJECT（漏网流量）。若只看到NAS REJECT而没有OVERLOAD START，说明AMF只启用了NAS拥塞（N2功能未配置或未触发）。

**Q2: T3346和T3502的区别是什么？**
A: T3346是**UE本地的MM退避定时器**，由AMF在REGISTRATION REJECT/SERVICE REJECT中针对该UE单独下发，运行期内禁止发起新的注册/业务请求（豁免除外）；T3502是**注册尝试级定时器**，可在REJECT中下发、也可由gNB在SIB1中小区级广播，约束的是下一次注册尝试的时机。T3346粒度是"这个UE + 这类请求"，T3502粒度是"这个小区/网络 + 注册动作"。

**Q3: UE收到cause #22 + T3346后强制关机再开机，能绕过退避吗？**
A: 不能。TS 24.501 §5.3.9明确要求：开机后若t1（关机时剩余时间）大于关机经过时间t，则以t1 − t重启T3346；无法确定t则以t1重启。且T3346运行中去注册（保持开机、USIM不变）也不会停止定时器。这条规则专门封堵"重启绕过"漏洞，测试用例中应覆盖。

**Q4: 过载时紧急呼叫会不会被拒绝？MT业务（别人打给我的电话）呢？**
A: 不会被拒绝。两级控制都有硬性豁免：N2级OVERLOAD START的d)/e)选项明确"only permit emergency sessions and mobile terminated services"；NAS级TS 24.501 §5.3.9的a)/e)项禁止拒绝紧急请求和paging触发的请求。且T3346运行中收到paging，UE必须停止定时器并立即响应。若现场出现紧急呼叫或被叫因拥塞失败，属于违规实现，可直接对照规范提缺陷。

**Q5: Overload Start NSSAI（切片级限流）现网能用吗？**
A: 标准完全支持——TS 23.501 §5.19.5.2允许AMF在OVERLOAD START中携带S-NSSAI列表，只限制指定切片的信令，甚至覆盖RRC_INACTIVE恢复场景。但商用实现进度不一：Cisco AMF 2026.03版文档明确将其列为局限（"N2 Overload Control is applied at the system-level and not supported at individual S-NSSAI"）。在多切片专网项目中，该能力需纳入POC验证项而非默认假设可用。

## 参考来源

1. [TS 23.501 Section 5.19.5.2 — AMF Overload Control（iTecSpec在线规范）](https://itecspec.com/3gpp/23.501/s/5.19.5.2) — N2过载控制五种Overload Response行为、S-NSSAI限制、百分比削峰、恢复策略的规范原文
2. [TS 24.501 Section 5.3.9 — Handling of NAS level mobility management congestion control（iTecSpec在线规范）](https://itecspec.com/3gpp/24.501/s/5.3.9) — T3346全部行为规则、7类豁免清单、cause #22/#74定义
3. [3GPP TS 24.501 V18.8.0（ETSI PDF，Rel-18）](https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/124500_124599/124501/18.08.00_60/ts_124501v180800p.pdf) — NAS协议正式版本，含消息IE编码
4. [3GPP TS 38.413 V16.2.0 — NG-RAN; NG Application Protocol（ETSI PDF）](https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138400_138499/138413/16.02.00_60/ts_138413v160200p.pdf) — OVERLOAD START/STOP过程定义（§8.7.7/§8.7.8）
5. [Cisco UCC 5G AMF配置管理指南 Release 2026.03 — Overload Control for N2 and NAS](https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/ucc/amf/2026-03/config-and-admin/ucc-5g-amf-config-and-admin-guide-2026-03/m_overload-control-n2-nas.html) — 商用AMF的三级阈值、action profile配置与实现局限性
6. [OVERLOAD START Message — dstest.info NGAP字典](https://dstest.info/NgapDict/Dictionary/OVERLOAD_START.html) — NGAP消息方向与非UE关联信令定义
7. [5G Registration Reject Cause Analysis — 3glteinfo](https://www.3glteinfo.com/troubleshooting/5g/registration-and-access-failures/registration-reject-cause-analysis/) — cause #22现场排错流程
8. [LTE EMM Cause #22: Congestion and T3346 Back-off Timer — hicelltek](https://hicelltek.com/en/blog/lte-emm-cause-22-congestion-t3346/) — LTE同名机制背景，用于4G/5G对照
9. [NextgCoreLab/nextgsim issue #41 — NGAP Overload Start实现缺陷](https://github.com/NextgCoreLab/nextgsim/issues/41) — 开源gNB实现OVERLOAD START的规范引用与缺陷记录

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