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5G NAS去注册(Deregistration)信令流全链拆解

一、机制概述:为什么需要Deregistration

5G系统中的Deregistration(去注册)是UE与5GC之间终止注册关系的核心信令流程,对应4G EPS中的Detach过程。该流程并非简单的"断开连接",而是一个涉及NAS层、NGAP层、SBI服务化接口三个协议层面的多步协调过程,需要依次完成PDU会话释放、UDM签约数据去订阅、N2上下文释放、NAS信令连接拆除等一系列操作。

TS 23.502 V18.x在Section 4.2.2.3和4.2.2.4分别定义了UE发起的Deregistration和网络侧发起的Deregistration两种场景。与4G Detach相比,5G Deregistration引入了接入类型(Access Type)区分——UE可以仅去注册3GPP接入而保留non-3GPP接入的注册状态,也可以同时去注册两种接入,这种设计源于5G多接入融合架构的需求。

此外,5G还定义了隐式去注册(Implicit Deregistration)机制:当AMF检测到UE长时间不可达(Mobile Reachable Timer超时)后,无需UE参与即可由网络侧单方面执行去注册,释放所有相关资源。

二、Deregistration的分类体系

2.1 四种Deregistration场景

类型 TS 23.502章节 发起方 典型触发场景
UE发起的正常去注册 4.2.2.3.2 UE UE关机、用户手动关闭5G、飞行模式
UE发起的重新注册去注册 4.2.2.3.2 UE 切片变更、注册区域变更需重新注册
网络发起的去注册 4.2.2.4 AMF O&M操作、签约变更、AMF过载
隐式去注册 5.4.4.2(TS 23.501) AMF UE不可达、周期注册超时

2.2 Deregistration Reason(去注册原因值)

TS 24.501 Section 9.11.3.7定义的5GS Registration Type IE中包含Deregistration相关值:

值(二进制) 含义 网络是否回复Accept UE后续行为
001 正常去注册 ✅ 回复 UE进入5GMM-DEREGISTERED
010 重新注册需要 ✅ 回复 UE立即发起新注册
011 关机(Switch-off) ❌ 不回复 UE直接关机

设计意图:关机场景下UE不等待网络响应,这是合理的——关机是用户行为,UE不可能等待网络确认后再关机。而正常去注册和重新注册需要网络确认,确保AMF正确清理了UE上下文。

三、UE发起的Deregistration完整信令流

3.1 总体信令时序图

sequenceDiagram
    participant UE
    participant RAN as (R)AN
    participant AMF
    participant SMF
    participant UDM
    participant PCF
    participant UPF

    Note over UE,UPF: Step 1: UE发起Deregistration Request
    UE->>RAN: NAS Deregistration Request<br/>(Access type, 5G-GUTI, Deregistration reason)
    RAN->>AMF: N2: Initial UE Message<br/>(包含NAS Deregistration Request)

    Note over UE,UPF: Step 2: AMF验证并处理
    AMF->>AMF: 验证5G-GUTI,识别UE上下文<br/>检查Access Type确定去注册范围

    Note over UE,UPF: Step 3: UDM去订阅(条件执行)
    AMF->>UDM: Nudm_SDM_Unsubscribe<br/>(SUPI, Unsubscribe Data Types)
    UDM-->>AMF: Nudm_SDM_Unsubscribe Response
    AMF->>UDM: Nudm_UECM_Deregistration<br/>(SUPI, Access Type)
    UDM-->>AMF: Nudm_UECM_Deregistration Response

    Note over UE,UPF: Step 4: 逐个释放PDU Session
    loop 对每个活跃的PDU Session
        AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext Request<br/>(SUPI, PDU Session ID, Cause)
        SMF->>UPF: N4 Session Release Request
        UPF-->>SMF: N4 Session Release Response
        SMF->>PCF: Npcf_SMPolicyControl_Delete<br/>(条件执行)
        PCF-->>SMF: Delete Response
        SMF-->>AMF: Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext Response
    end

    Note over UE,UPF: Step 5: AMF发送Deregistration Accept
    AMF->>RAN: N2: NAS Transport<br/>(Deregistration Accept)
    RAN->>UE: NAS Deregistration Accept

    Note over UE,UPF: Step 6: N2 UE上下文释放
    AMF->>RAN: NGAP: UE Context Release Command<br/>(Cause: deregistration)
    RAN-->>AMF: NGAP: UE Context Release Complete

3.2 各步骤IE详解

Step 1:NAS Deregistration Request

UE向网络发送的Deregistration Request消息(TS 24.501 Section 8.2.9),其IE结构如下:

IE名称 类型 存在性 说明
Extended Protocol Discriminator M 必选 值为0x7E,标识5GS Mobility Management消息
Spare Half Octet M 必选 填充位,值为0
Deregistration Request Message Identity M 必选 消息类型标识,区分UE发起/网络发起
5GS Registration Type M 必选 含Deregistration类型值(见上表)
Mobile Identity M 必选 5G-GUTI或SUCI,标识UE身份
Access Type O 可选 指示去注册的接入类型:3GPP/non-3GPP/两者
NAS Message Container O 可选 携带额外的NAS容器信息

Step 3:UDM交互的条件性

AMF与UDM的交互并非总是执行,关键条件:

Step 4:PDU Session释放的级联效应

AMF对每个活跃PDU Session发起Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext,SMF收到后执行:

  1. N4会话释放:向UPF发送N4 Session Release Request,UPF删除对应的PDR/FAR/QER规则
  2. PCF策略删除:若SMF之前通过Npcf_SMPolicyControl建立了策略关联,需执行Delete操作
  3. RAN侧N3释放:若PDU Session有N3隧道,SMF通过AMF间接通知RAN释放N3资源
  4. SM Context清除:SMF删除该PDU Session的完整上下文

IE结构图——Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext Request:

graph TD
    A[Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext Request] --> B[SUPI]
    A --> C[PDU Session ID]
    A --> D[Cause]
    A --> E[N2 SmInfo<br/>条件包含]
    E --> E1[n2InfoContent]
    E1 --> E2[NgapCause]
    E1 --> E3[SNSSAI]
    D --> D1["deregistration<br/>(正常去注册)"]
    D --> D2["#23;initial_reg_required<br/>(重新注册)"]

四、网络发起的Deregistration信令流

4.1 信令时序图

sequenceDiagram
    participant UE
    participant RAN as (R)AN
    participant AMF
    participant SMF
    participant UDM

    Note over AMF: 触发条件:O&M操作/签约变更/AMF过载/隐式去注册

    AMF->>AMF: 确定去注册原因和范围<br/>(全部/部分接入类型)

    alt UE处于CM-CONNECTED状态
        AMF->>RAN: N2: NAS Transport<br/>(NAS Deregistration Request)
        RAN->>UE: NAS Deregistration Request<br/>(Deregistration type, Access type)
        UE-->>RAN: NAS Deregistration Accept
        RAN-->>AMF: N2: NAS Transport<br/>(NAS Deregistration Accept)
    else UE处于CM-IDLE状态
        AMF->>RAN: NGAP: Paging
        RAN->>UE: Paging
        UE->>RAN: Service Request
        RAN->>AMF: N2: Initial UE Message<br/>(Service Request)
        AMF->>RAN: N2: NAS Transport<br/>(NAS Deregistration Request)
        RAN->>UE: NAS Deregistration Request
        UE-->>AMF: NAS Deregistration Accept<br/>(经RAN透传)
    end

    Note over AMF,UDM: 释放PDU Session和UDM交互(同UE发起流程)
    loop 每个PDU Session
        AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext
        SMF-->>AMF: Release Response
    end

    AMF->>UDM: Nudm_UECM_Deregistration<br/>(条件执行)
    UDM-->>AMF: Response

    AMF->>RAN: NGAP: UE Context Release Command
    RAN-->>AMF: NGAP: UE Context Release Complete

4.2 网络发起Deregistration的NAS消息IE

AMF向UE发送的Deregistration Request(TS 24.501 Section 8.2.10)IE结构:

IE名称 类型 存在性 说明
Extended Protocol Discriminator M 必选 0x7E
Spare Half Octet M 必选 填充
Deregistration Request Message Identity M 必选 网络发起的消息类型码
Deregistration Type M 必选 重新注册需要 / 关机
Access Type M 必选 指示去注册的目标接入类型
5G-GUTI C 条件 重新注册时可能分配新GUTI
T3346 Value O 可选 等待重试定时器,指示UE多久后可重新注册

设计意图:网络侧Deregistration通常携带T3346定时器值,用于控制UE重新注册的时间间隔,这在AMF过载场景下尤为重要——AMF可以驱逐部分UE并要求它们分散在不同时间重新注册,避免注册风暴。

4.3 CM-IDLE场景下的处理差异

当UE处于CM-IDLE状态时,网络侧必须先通过Paging将UE唤醒到CM-CONNECTED状态,然后才能发送Deregistration Request。但如果UE不可达(未响应Paging),AMF将启动隐式去注册流程,无需UE参与即可完成资源释放。

五、隐式去注册(Implicit Deregistration)

5.1 双定时器机制

TS 23.501 Section 5.4.4.2定义的隐式去注册依赖两个定时器:

graph TD
    A[UE停止周期注册] --> B["Mobile Reachable Timer<br/>(MRT) 启动"]
    B --> C["MRT超时<br/>AMF标记UE不可达"]
    C --> D["停止寻呼该UE<br/>启动Implicit Deregistration Timer"]
    D --> E["IDT超时<br/>执行隐式去注册"]
    E --> F["释放所有PDU Session<br/>更新UDM<br/>删除UE上下文"]
定时器 典型值 配置位置 超时后动作
Mobile Reachable Timer (MRT) 54分钟(略大于周期注册定时器) AMF本地配置 标记UE不可达,启动IDT
Implicit Deregistration Timer (IDT) 4分钟 AMF本地配置 执行隐式去注册

定时器关系设计:MRT必须大于UE的Periodic Registration Timer(通常54分钟),以确保UE在正常周期注册间隔内不会被误判为不可达。IDT提供一个宽限期,处理UE可能因无线信道质量差导致的短暂不可达。

5.2 隐式去注册与正常去注册的关键差异

维度 正常去注册 隐式去注册
UE参与 有NAS消息交互 无,UE完全无感知
NAS Accept UE/网络发送Accept 不发送
UDM更新 Nudm_UECM_Deregistration Nudm_UECM_Deregistration(purge标志)
RAN上下文 NGAP UE Context Release 可能RAN已自行释放
PDU Session 正常释放流程 强制释放,UPF丢弃缓存数据
计费影响 正常结束话单 产生异常话单

六、5GMM状态转换分析

6.1 UE侧状态转换

stateDiagram-v2
    [*] --> 5GMM_DEREGISTERED : 开机
    5GMM_DEREGISTERED --> 5GMM_REGISTERED_INITIATED : Registration Request
    5GMM_REGISTERED_INITIATED --> 5GMM_REGISTERED : Registration Accept
    5GMM_REGISTERED_INITIATED --> 5GMM_DEREGISTERED : Registration Reject
    5GMM_REGISTERED --> 5GMM_DEREGISTERED_INITIATED : Deregistration Request<br/>(UE发起)
    5GMM_REGISTERED --> 5GMM_DEREGISTERED : 收到Network<br/>Deregistration Request
    5GMM_DEREGISTERED_INITIATED --> 5GMM_DEREGISTERED : Deregistration Accept<br/>或超时
    5GMM_REGISTERED --> 5GMM_REGISTERED_INITIATED : 收到Network<br/>Deregistration Request<br/>(re-registration)

6.2 状态转换的协议约束

  1. 5GMM-REGISTERED → 5GMM-DEREGISTERED-INITIATED:UE发送Deregistration Request后进入此中间态,等待网络Accept
  2. Deregistration Accept超时:如果UE未在定时器T3521内收到Accept,UE仍然进入5GMM-DEREGISTERED状态——这体现了UE侧"自保"设计,不依赖网络响应
  3. 关机场景(Switch-off):UE发送Deregistration Request后直接进入5GMM-DEREGISTERED,不进入INITIATED状态,也不启动T3521
  4. 网络发起Deregistration:UE收到后立即转换到5GMM-DEREGISTERED(若reason不是re-registration)或回到5GMM-REGISTERED-INITIATED(若reason是re-registration需重新注册)

七、NGAP UE Context Release流程

无论哪种Deregistration场景,最终都需要通过NGAP协议释放RAN侧的UE上下文(TS 38.413 Section 8.6.4)。

7.1 NGAP消息IE

UE Context Release Command(AMF → gNB):

IE名称 说明
AMF UE NGAP ID 标识AMF侧的UE上下文
RAN UE NGAP ID 标识RAN侧的UE上下文
Cause 原因值:detach(去注册)、nas-detach等
IEs to be Released 需释放的资源:N2 signaling、S1-U(如有E-UTRAN互操作)

UE Context Release Complete(gNB → AMF):

IE名称 说明
AMF UE NGAP ID 对应的AMF侧标识
RAN UE NGAP ID 对应的RAN侧标识
Criticality Diagnostics 可选,异常诊断信息

7.2 RAN侧行为

gNB收到UE Context Release Command后的操作序列:

  1. 释放DRB(Data Radio Bearer)和SRB(Signaling Radio Bearer)
  2. 释放RRC连接(向UE发送RRC Release)
  3. 释放无线资源(PRB、CCE等)
  4. 删除UE上下文
  5. 回复UE Context Release Complete

八、实战抓包识别指南

8.1 Wireshark过滤表达式

# 过滤NAS Deregistration Request(UE发起)
nas-5gs.message_type == 0x41

# 过滤NAS Deregistration Request(网络发起)
nas-5gs.message_type == 0x42

# 过滤NAS Deregistration Accept
nas-5gs.message_type == 0x43

# 过滤NGAP UE Context Release Command
ngap.procedureCode == 41

# 过滤Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext
http2.headers.path contains "release-sm-context"

# 综合过滤Deregistration相关所有消息
nas-5gs.message_type >= 0x41 && nas-5gs.message_type <= 0x43 || ngap.procedureCode == 41

8.2 关键抓包观察点

观察维度 正常表现 异常表现
NAS Deregistration Request → Accept时延 < 100ms(无PDU Session时) > 1s 可能SMF释放慢
PDU Session释放数量 等于活跃PDU Session数 缺少释放 → 资源泄漏
NGAP UE Context Release Cause = detach Cause = nas-release → 可能是其他流程
UDM Deregistration 最后一个接入类型时执行 多余执行 → UDM数据不一致

8.3 常见故障场景

故障1:Deregistration Accept未到达UE

现象:AMF发送了Accept,但UE未收到,UE侧T3521超时后自行进入DEREGISTERED。

排错:检查N2链路状态、RAN是否正确转发NAS消息、是否存在N2中断导致消息丢失。

故障2:PDU Session释放失败

现象:AMF发送ReleaseSMContext后SMF无响应或超时。

排错:检查AMF→SMF的SBI连接性;查看SMF日志中N4 Session Release是否成功;确认UPF未返回错误码。

故障3:隐式去注册未触发

现象:UE长时间离线但AMF未执行隐式去注册,PDU Session仍占用资源。

排错:检查AMF的MRT/IDT配置是否合理;确认周期注册定时器协商值;排查AMF定时器管理模块是否正常。

故障4:部分去注册后NSSF状态不一致

现象:UE仅去注册3GPP接入,但NSSF中切片信息被错误清除。

排错:确认AMF正确区分Access Type;检查Nudm_UECM_Deregistration是否错误标记了non-3GPP接入。

十、4G Detach与5G Deregistration对比

维度 4G Detach(TS 23.401) 5G Deregistration(TS 23.502)
协议层 EMM NAS 5GMM NAS
消息名称 Detach Request/Accept Deregistration Request/Accept
接入类型区分 无(单接入) 支持3GPP/non-3GPP分别去注册
切片感知 不涉及 S-NSSAI相关PDU Session统一释放
UDM/HSS交互 HSS(Diameter) UDM(SBI/HTTP)
SBI接口 不适用 Nudm/Nsmf/Npcf SBI服务化
UP面释放 S1-U(GTP-U) N3/N4(GTP-U + PFCP)
隐式Detach定时器 Mobile Reachable Timer + Implicit Detach Timer Mobile Reachable Timer + Implicit Deregistration Timer
边缘计算感知 无 MEC场景下本地UPF会话需特殊处理

常见问题

Q1: UE发起Deregistration时,如果还有Emergency PDU Session怎么处理?

A: 根据TS 23.502 Section 4.2.2.3,Emergency PDU Session在正常去注册过程中不会被自动释放。AMF需要先完成非紧急PDU Session的释放,然后根据本地监管策略决定是否保留紧急会话。在某些国家/地区,紧急呼叫会话必须维持到UE显式释放或网络侧强制释放。

Q2: Deregistration和Registration能否同时进行?

A: 不能。TS 24.501规定,UE在5GMM-REGISTERED状态下收到网络发起的Deregistration Request(reason=re-registration required)时,UE先回复Deregistration Accept,然后重新进入5GMM-DEREGISTERED状态,再发起Registration Request。这两个过程是严格串行的。

Q3: AMF过载时如何利用Deregistration减轻负载?

A: AMF可以根据负载情况,选择性地向低优先级UE发送Network-Initiated Deregistration Request,携带T3346定时器值指示UE延迟重新注册。TS 23.502 Section 4.2.2.4允许AMF基于本地策略选择去注册目标UE。配合AMF的Overload Control机制(TS 23.502 Section 4.2.5),可以实现阶梯式负载削减。

Q4: 隐式去注册后UE重新开机,AMF如何区分是正常注册还是隐式去注册后的重注册?

A: UE开机后的Registration Request中Registration Type为"Initial Registration"。AMF通过查询UDM发现该SUPI之前有残留的AMF Registration记录(隐式去注册时仅做了purge标记),AMF会执行AMF Change流程,通知旧AMF清理残留上下文。对于UE而言,这个过程是透明的。

Q5: non-3GPP接入(如Wi-Fi)的Deregistration有什么特殊之处?

A: non-3GPP接入的Deregistration通过N3IWF/W-AGF转发NAS消息。关键差异在于:(1)N2接口替换为NWu/N2'接口;(2)IKEv2/IPsec隧道需要额外拆除;(3)PDU Session的N3隧道可能经过不同UPF。此外,non-3GPP去注册不影响3GPP接入的注册状态,反之亦然。

参考来源

  1. 3GPP TS 23.502 V18.10.0 — Section 4.2.2.3 (UE-Initiated Deregistration), Section 4.2.2.4 (Network-Initiated Deregistration)
  2. 3GPP TS 24.501 V18.x — Section 8.2.9/8.2.10 (NAS Deregistration Messages), Section 9.11 (IE Encodings)
  3. 3GPP TS 23.501 V18.x — Section 5.4.4.2 (Implicit Deregistration), Section 5.3.7 (CM States)
  4. 3GPP TS 38.413 V18.x — Section 8.6.4 (UE Context Release Procedure)
  5. 5G Deregistration Procedure Call Flow - 3glteinfo — UE与Network发起的Deregistration完整流程图
  6. Cisco Ultra Cloud Core 5G AMF Configuration Guide — Network-Initiated Deregistration配置说明
  7. TelecomTrainer - 5G Core Deregistration and SM Context Release — UDM/SMF交互详解

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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