5G ATSSS 多接入流量分流机制与 MA-PDU 信令全链拆解

聚焦 TS 23.316 / TS 23.502 §4.12.2 / TS 24.193，拆解"单 PDU 会话、双接入、按规则分流"的核心机制、信令时序与关键 IE。

一、ATSSS 是什么：从"二选一切换"到"双路同时发"

在 5G 之前，3GPP 对"蜂窝 + Wi-Fi"的整合是排他性的——某个时刻只用一种接入，流量在两者间切换（offload），典型如 LTE 时代的 ANDSF 与 MAPCON。这种"二选一"模型浪费了一条链路，也无法满足工业 4.0、沉浸式视频对吞吐叠加和业务连续性的苛刻要求。

ATSSS（Access Traffic Steering, Switching and Splitting，接入流量引导、切换与分裂）在 3GPP Release 16 被引入（定义于 TS 23.316，并在 TS 23.501 §5.32 给出系统架构支持），其核心创新在于：让一个 MA-PDU Session（多接入 PDU 会话） 同时跨越 3GPP 接入（NR/LTE）与非 3GPP 接入（Wi-Fi，经 N3IWF/TNGF 接入 5GC），UE 和 UPF 两侧的转向功能（Steering Functionality）依据网络下发的 ATSSS Rules，在两条用户面路径上同时（simultaneous） 进行流量的引导、分裂和切换。

ATSSS 的三阶段演进清晰地反映了诉求的升级：

这种演进的本质是：从"网络用固定权重指路"走向"UE/UPF 基于实时链路质量自主决策"，最终达到"双路复制保可靠"。

二、核心架构：MA-PDU 会话与双锚点用户面

ATSSS 的载体是 MA-PDU Session。一个 MA-PDU 会话在 UE 侧表现为单一逻辑会话，但在 5GC 侧拥有两个用户面 leg：一个走 3GPP 接入（N3 GTP-U），一个走非 3GPP 接入（N3IWF/TNGF 经 N3'-Y1 GTP-U，UE 与 N3IWF 间是 IPsec 隧道）。两条 leg 锚定在同一个 UPF（PSA）上，UPF 作为唯一的 N6 出口对接数据网络。

flowchart TD
    UE[UE<br/>含 Steering Func + PMF]
    subgraph 3GPP接入
        NR[(NG-RAN)]
    end
    subgraph 非3GPP接入
        N3IWF[N3IWF/TNGF<br/>IKEv2/IPsec隧道]
        WIFI[(Wi-Fi / 有线)]
    end
    AMF[(AMF)]
    SMF[(SMF<br/>下发ATSSS Rules)]
    PCF[(PCF<br/>SM Policy)]
    UPF[(UPF / PSA<br/>含 Steering Func + MPTCP Proxy + PMF)]
    DN[(DN / Internet)]

    UE <-->|3GPP leg: NAS via N1/N2| AMF
    UE <-->|GTP-U N3| NR
    UE -.->|非3GPP leg: IPsec| N3IWF
    WIFI --- N3IWF
    UE <-->|NAS via N3IWF| AMF
    N3IWF <-->|GTP-U N3'| UPF
    NR <-->|N3| UPF
    SMF -->|N4 PFCP: ATSSS Rules + PMF| UPF
    SMF <-->|N7| PCF
    AMF <-->|N11| SMF
    SMF -->|N1 NAS: ATSSS Rules| UE
    UPF <-->|N6 单路径| DN

关键设计意图有三个：

1. 统一 PSA 锚点：两条 leg 共用一个 UPF，使下行分流（DL steering）有了"汇聚决策点"——UPF 看到完整会话状态，可基于 ATSSS Rules 决定把 DL 流量从 N3 还是 N3' 送出。这是与"两个独立 PDU 会话"的根本区别。
2. 转向功能双侧部署：Steering Functionality 部署在 UE（负责 UL）和 UPF（负责 DL），二者基于同一套 ATSSS Rules 独立但对称地工作，避免信令频繁交互。
3. PMF（Performance Measurement Function）：UE 与 UPF 在两条接入上持续测量 RTT 与丢包（Rel-17 引入），为 Smallest Delay 模式提供实时输入。

三、五种 Steering Mode：流量如何在两路间分布

TS 23.316 定义了分流策略（注意：是策略/意图，由网络配置；具体如何发包取决于下文的 Steering Functionality）。

flowchart TD
    R[ATSSS Rule<br/>Steering Mode] --> C{模式?}
    C -->|Active-Standby| AS[主路径全发<br/>备路径待命<br/>故障即切换]
    C -->|Smallest Delay| SD[PMF测RTT<br/>走最小延迟路径]
    C -->|Load-Balancing| LB[按百分比<br/>两路并发分流]
    C -->|Priority-based| PB[走高优先接入<br/>不可用则降级]
    C -->|Autonomous R17| AU[UE/UPF自主<br/>按实时质量分配]
    AS --> OUT[3GPP leg & 非3GPP leg]
    SD --> OUT
    LB --> OUT
    PB --> OUT
    AU --> OUT

设计要点：Active-Standby 与 Priority-based 是"非同时"模型（同一时刻只用一路），Load-Balancing 与 Smallest Delay 是"同时"模型（两路并发）。Autonomous 则把决策权下放，是网络运维"管策略、不管细节"的体现。

四、三种 Steering Functionality：流量在协议栈哪一层被分流

这是最容易混淆、也最能体现 ATSSS 工程精巧之处的地方。同一个 steering mode，靠不同的 functionality 来落地——后者决定了流量在哪一层被打散。

flowchart TB
    subgraph UE侧
        APP[应用程序]
        TCP[TCP流] -.MPTCP功能.-> U1[MPTCP subflow1: 3GPP]
        TCP -.MPTCP功能.-> U2[MPTCP subflow2: 非3GPP]
        UDP[UDP/非TCP流] -.ATSSS-LL.-> U3[底层分流到双路]
        APP --> TCP
        APP --> UDP
    end
    subgraph UPF侧
        P[MPTCP Proxy<br/>多路径↔单路径TCP转换]
        LL[ATSSS-LL<br/>DL底层分流]
    end
    U1 & U2 --> P
    U3 --> LL
    P --> N6[→ DN 单路径TCP]
    LL --> N6

MPTCP Proxy 的精妙设计（TS 23.316）：UE 与 UPF 之间用 MPTCP 协商出多条 subflow（每个接入一条），UPF 作为代理把这些 subflow 上的数据重组后，用标准的单路径 TCP发往 DN——这样对应用服务器完全透明，服务器无需改造。为区分 ATSSS 的 MPTCP 与普通 MPTCP，UPF 使用约定的 MPTCP option 交互（如私有 option 0x1E/MP-ATSSS 相关），并在 MA-PDU 会话建立时把 MPTCP Proxy 的 IP 地址/端口下发给 UE。

ATSSS-LL 的价值：解决了 MPTCP 管不到 UDP 的问题（云游戏、视频、DNS 都是 UDP），以及非 MPTCP-capable 应用的分流，是 ATSSS 实用化的关键。值得注意的是，UE 可同时支持 MPTCP 与 ATSSS-LL——TS 23.316 规定 MPTCP 用于 TCP 流量、ATSSS-LL 用于其余流量，二者按流的传输层协议自动分工，互不干扰。

五、MA-PDU 会话建立信令全链拆解（TS 23.502 §4.12.2）

这是本文的核心。典型的 ATSSS 部署流程是：UE 先经 3GPP 接入注册并建立 PDU 会话，再经非 3GPP 接入注册，然后通过 MA-PDU 请求为该会话添加非 3GPP leg（也支持直接建立 MA-PDU 会话）。

前置：非 3GPP 接入注册（TS 23.502 §4.12 / TS 24.502）

UE 经 N3IWF 接入 5GC：① UE 与 N3IWF 建立 IKEv2 SA（认证 UE 身份）；② 建立 IPsec 隧道作为信令承载；③ 在该隧道内发起 5G Registration（NAS over IKEv2/IPsec），AMF 为 UE 建立非 3GPP 接入的 RM 连接。这一步是 ATSSS 的"第二通道"基础。

MA-PDU 会话建立主流程

sequenceDiagram
    participant UE
    participant AMF
    participant SMF
    participant PCF
    participant UDM
    participant UPF
    participant N3IWF

    Note over UE: 已有3GPP PDU会话; 已经非3GPP接入注册
    UE->>AMF: UL NAS TRANSPORT<br/>(PDU Session Establishment Request)<br/>MA PDU Req=1, ATSSS能力指示, SSC, DNN, S-NSSAI
    AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_CreateSMContext<br/>(含 MA PDU指示, ATSSS能力)
    SMF->>UDM: Nudm_SDM_Get (订阅数据/会话信息)
    SMF->>PCF: Npcf_SMPolicyControl_Create (N7)
    PCF-->>SMF: SM Policy + ATSSS Rules<br/>(steering mode/functionality/traffic desc)
    SMF->>UPF: N4 PFCP Session Establishment Request<br/>(ATSSS Rules + PMF参数 + MPTCP Proxy信息)
    UPF-->>SMF: N4 PFCP Session Establishment Response
    SMF-->>AMF: Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Response<br/>(N2 SM Info: 非3GPP leg用户面)
    AMF->>N3IWF: N2 PDU Session Resource Setup (非3GPP leg)
    N3IWF-->>AMF: N2 PDU Session Resource Setup Response
    AMF-->>UE: DL NAS TRANSPORT<br/>PDU Session Establishment Accept<br/>ATSSS Rules + MPTCP Proxy地址
    Note over UE,UPF: 用户面双leg就绪, UE(UL)与UPF(DL)<br/>按ATSSS Rules在两路分流

关键信令 IE 解析

① UL NAS TRANSPORT — PDU Session Establishment Request（UE→AMF）

② N7 SM Policy（PCF→SMF）

PCF 基于用户签约、URSP 策略生成 ATSSS Rules，随 SM Policy 经 N7 下发。每条 ATSSS Rule 包含：steering mode + steering functionality + traffic description（见下节 IE 结构）。这是 ATSSS 规则的源头——运维在 PCF/UDM 侧配置分流意图，PCF 翻译为下发规则。

③ N4 PFCP Session Establishment（SMF→UPF）— TS 29.244

SMF 通过 PFCP 把 ATSSS Rules 安装到 UPF 的 DL 方向，并下发 PMF 测量参数（测量周期、测量接入集合）。关键 IE 在 IE Type 中扩展：ATSSS Steering information、ATSSS Measurement information。UPF 收到后建立对应的下行分流逻辑与 PMF 探测逻辑。

④ DL NAS TRANSPORT — PDU Session Establishment Accept（→UE）

设计意图：UE 与 UPF 拿到同一套 ATSSS Rules，各自独立工作，无需在数据面频繁信令交互——这是"控制面集中下发、数据面分布式执行"思想的体现，兼顾了灵活性与效率。

六、ATSSS Rules 的 IE 结构（TS 24.193 / TS 29.244）

ATSSS Rule 是 ATSSS 的"指挥棒"。其结构在 TS 24.193（UE 侧过程）与 TS 29.244（N4 接口，UPF 侧）中定义，二者对称。

flowchart TD
    RULE[ATSSS Rule] --> S1[1. Traffic Description<br/>匹配哪些流量]
    RULE --> S2[2. Steering Mode<br/>用什么策略]
    RULE --> S3[3. Steering Functionality<br/>在哪层落地]
    RULE --> S4[4. Mode 相关参数]
    S1 --> T1[QFI 可选]
    S1 --> T2[IP Description<br/>五元组: IP/端口/协议]
    S1 --> T3[OS Id + App Id 可选]
    S1 --> T4[Non-IP / Ethernet Description]
    S1 --> T5[DNN / S-NSSAI 可选]
    S2 --> M1[Active-Standby / Smallest Delay<br/>/ Load-Balancing / Priority / Autonomous]
    S3 --> F1[MPTCP / ATSSS-LL / MPQUIC]
    S4 --> P1[Load-Balancing: 百分比权重]
    S4 --> P2[Active-Standby: 主路径接入类型]
    S4 --> P3[Priority: 优先级]

七、PMF 性能测量机制（Rel-17）

Smallest Delay 模式依赖准确的链路时延测量。PMF（Performance Measurement Function） 运行在 UE（UL 侧）与 UPF（DL 侧），通过在两条 leg 上交换测量包来估算 RTT 与丢包率。

• 工作方式：UE 向 UPF 发送测量请求（携带时间戳），UPF 立即回送测量响应，据此算出每条 leg 的 RTT。
• 触发：周期性（由 PDU 会话建立时下发的测量周期决定）或事件触发（链路质量突变）。
• 用途：Smallest Delay 模式据此在两路间动态迁移流量；Autonomous 模式据此自主分配比例。

PMF 是 Rel-16 ATSSS"只用固定权重、不看实时质量"短板的补丁——arxiv 论文 2302.05439 明确指出 Rel-16 的分流"基于运营商 PCF 预设权重，无法根据实时链路状态灵活分布"，这正是 Rel-17 引入 PMF + Autonomous 的动机。

八、抓包识别与故障排错

抓包如何识别 ATSSS 流程

• N1 NAS 层（3GPP 与非 3GPP leg 各有一套 NAS）：在 PDU Session Establishment Request/Accept 中查找 MA PDU session indicator = 1，以及 Accept 中的 ATSSS Rules 信息单元、MPTCP Proxy 地址。这是 ATSSS 启用的决定性证据。
• N4 PFCP 层：用 TShark 过滤 pfcp，查看 Session Establishment Request 中是否携带 ATSSS Steering/Measurement information IE（TS 29.244 定义的 IE Type）。
• 用户面：对 UE↔UPF 抓包，若看到 MPTCP 的 MP_CAPABLE/MP_JOIN 选项且同时存在两条接入路径的 subflow，说明 MPTCP functionality 生效；若 UDP 也被分流，说明 ATSSS-LL 生效。
• IPsec/N3IWF 层：非 3GPP leg 经 IPsec ESP 封装，需先解密（需有 IKEv2 SA 密钥）才能看到内层 GTP-U。

常见故障点

Q1：MA-PDU 会话与两个独立 PDU 会话有什么本质区别？ A：MA-PDU 是"一会话双 leg 共锚点"——两条用户面路径锚定同一 UPF/PSA，下行有统一汇聚决策点，能真正按比例/延迟在同一 IP 流内分裂。两个独立 PDU 会话则是"两套独立用户面、各自 N6"，下行无法在一个流内分流，只能按"业务流整体"分配到不同会话，做不到包级分裂和 MPTCP subflow 合并。

Q2：MPTCP 和 ATSSS-LL 能否同时使用？ A：可以，且这是推荐组合。TS 23.316 规定 UE 可同时支持二者：MPTCP 负责处理 TCP 流量（利用 MPTCP Proxy 做透明多路径），ATSSS-LL 负责 UDP/以太网等非 TCP 流量。两者按传输层协议自动分工，互不干扰。UE 在 PDU 会话建立时会上报支持哪些 functionality，网络据此选择。

Q3：Smallest Delay 模式如何知道哪条路时延更小？ A：靠 PMF。UE（上行）与 UPF（下行）在两条 leg 上周期性交换测量包，算出每条 leg 的 RTT，选择 RTT 较小的一路承载流量；RTT 动态变化时流量随之迁移。这正是 Rel-17 eATSSS 相对 Rel-16"固定权重"的核心增强。

Q4：ATSSS 与 UL CL 本地分流（MEC）是同一回事吗？ A：不是。UL CL 是单接入内用上行分类器把流量分流到本地 DN（边缘计算本地卸载），解决"流量就近出网"。ATSSS 是多接入间用同一会话的双 leg 做流量引导/分裂/切换，解决"双路叠加与冗余"。两者可叠加：例如 MA-PDU 的某条 leg 上再叠加 UL CL 做本地分流。

Q5：Rel-18 的"冗余传输"和 Load-Balancing 都用双路，有何不同？ A：Load-Balancing 是把不同的包按比例分到两路（带宽叠加）；Rel-18 Redundant Steering 是把同一个包在两路都发一份（复制），接收侧去重，用于超高可靠性场景（类似 URLLC 端到端冗余，但作用在接入层）。前者为吞吐，后者为可靠。

参考来源

1. 3GPP TS 23.316 — Wireless and wireline convergence access support for the 5G System — ATSSS 总体机制、steering mode/functionality、PMF、MPTCP Proxy 定义（Rel-16/17/18）。
2. 3GPP TS 23.501 §5.32 — System architecture: Support for ATSSS — MA-PDU 会话架构与 ATSSS 系统支持。
3. 3GPP TS 23.502 §4.12.2 — UE-requested PDU Session Establishment for MA PDU Session — MA-PDU 会话建立信令流程。
4. ETSI TS 124 193 — Access Traffic Steering, Switch and Splitting; UE procedures — ATSSS Rules 结构、UE 侧行为（R18）。
5. ATSSS in 5G networks — RomARS — MA-PDU Request 标志、steering functionality 与 UPF MPTCP Proxy 工程解读。
6. Enhanced ATSSS with Utility-Based Decisioning — arXiv:2302.05439 — Rel-16/17/18 三阶段演进、Autonomous 模式与 PMF 动机分析。
7. White paper: 5G interworking and ATSSS — Rohde & Schwarz — 网络融合、MPTCP Proxy 与测试视角。

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。

[!tip] 51学通信知识星球 星主：爱卫生（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。 星球定位：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。 当前规模：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。 加入福利：加入星球后请加爱卫生微信，拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题，另有群内分享。 AI 加持：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。