<!-- title: ATSSS多接入分流机制拆解 -->
<!-- domain: slicing-mec -->

# 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：

| 阶段 | 标准 | 关键能力 |
|------|------|---------|
| Rel-16 ATSSS | TS 23.316 R16 | 四种 steering mode（Active-Standby / Smallest Delay / Load-Balancing / Priority-based），两种 steering functionality（MPTCP / ATSSS-LL） |
| Rel-17 eATSSS | TS 23.316 R17 | 新增 **Autonomous 自主分流模式**（UE/UPF 可独立决策如何分流）、新增 **MPQUIC** steering functionality、引入 **PMF** 性能测量 |
| Rel-18 ATSSS | TS 23.316 R18 | **冗余传输（Redundant Steering）**——同一包在双接入复制发送（GBR 与非 GBR 均可）；研究同一运营商内**两条非 3GPP 路径间切换** |

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。

```mermaid
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）。

| Steering Mode | 行为 | 典型场景 | 关键参数 |
|--------------|------|---------|---------|
| **Active-Standby** | 主路径承载全部流量，备路径待命；主路径故障/劣化时切换到备路径 | 业务连续性保障（主备切换） | 主路径接入类型（3GPP / 非 3GPP） |
| **Smallest Delay** | 流量走**实时 RTT 最小**的接入；RTT 变化则迁移 | 时延敏感应用（云游戏、V2X） | 依赖 PMF 测量结果 |
| **Load-Balancing** | 流量按**百分比权重**在两路间分裂（如 70%/30%） | 吞吐叠加、带宽扩展 | 路径百分比权重 |
| **Priority-based** | 流量走**优先级最高**的可用接入；高优先级不可用/拥塞时才用低优先级 | 计费/策略偏好（如优先走运营商自有 Wi-Fi） | 优先级指示 |
| **Autonomous（R17 新增）** | UE 与 UPF **自主、独立**决定如何跨两路分布 | 充分利用实时链路质量、最大化吞吐 | 无固定权重（按本地算法） |

```mermaid
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。

| Functionality | 工作层 | 适用流量 | 工作方式 | 限制 |
|--------------|--------|---------|---------|------|
| **MPTCP** | 传输层（TCP 之上） | 仅 TCP | UE↔UPF 跑 **Multipath TCP**，每条接入一个 subflow；UPF↔DN 跑普通单路径 TCP，UPF 作 **MPTCP Proxy** 做转换 | 非不支持 MPTCP 的 TCP 应用、UDP、以太网流量均无法用 |
| **ATSSS-LL** | IP 以下（底层） | UDP / TCP / 以太网全部 | 在 IP 层之下直接把包分流到两路 leg，对应用完全透明 | 需 UE 与 UPF 同时支持；分裂粒度受限于底层 |
| **MPQUIC（R17）** | QUIC 层 | 仅 QUIC 流量 | 类似 MPTCP，但针对 QUIC 多路径；UPF 同样作 proxy | 仅 QUIC；R17 起 |

```mermaid
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

```text
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）**

| IE | 含义 | ATSSS 相关作用 |
|----|------|---------------|
| Request type | "initial request" 或 "existing PDU session" | 标识新建或为已有会话加 leg |
| **MA PDU session indicator** | 指示这是 **MA-PDU 请求**（非普通 PDU） | 触发 SMF 按 MA-PDU 流程处理、准备双 leg |
| DNN / S-NSSAI | 数据网络名 / 切片 | UPF/SMF 选择与切片约束 |
| PDU session type | IPv4 / IPv6 / IPv4v6 / Ethernet | MA-PDU 支持的类型 |
| SSC mode | 会话与服务连续性模式 | 与 MA-PDU 交互（SSC Mode 1/3） |
| UE ATSSS 能力 | UE 支持的 steering functionality（MPTCP/ATSSS-LL/MPQUIC） | 网络据此选择可用的 functionality |

**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）**

| IE | 含义 |
|----|------|
| MA PDU session indicator（确认） | 确认该会话已升级为 MA-PDU |
| **ATSSS Rules** | 下发给 UE 的 UL 分流规则（与 UPF 侧对称） |
| **MPTCP Proxy 信息** | UPF 侧 MPTCP Proxy 的 IP 地址 + 端口（仅当使用 MPTCP functionality） |
| PMF 相关参数 | 测量周期、PMF 地址（R17） |
| QoS Rules | 与普通 PDU 会话一致的 QoS 规则 |

**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。

```mermaid
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]
```

| 字段 | 取值/说明 |
|------|----------|
| Traffic Description | QFI、IP description（源/目的 IP、端口、协议号）、OS App Id、Ethernet description、DNN、S-NSSAI 的组合，用于精确匹配待分流的业务流 |
| Steering Mode | Active-Standby(0) / Standby-Active(1) / Smallest Delay(2) / Load-Balancing(3) / Priority-based(4) / Autonomous(R17) |
| Steering Functionality | MPTCP / ATSSS-LL / MPQUIC（可组合：MPTCP 管 TCP，ATSSS-LL 管其余） |
| 完整性参数 | Load-Balancing 模式下两路的百分比（如 Path=3GPP 70%, Path=非3GPP 30%） |

## 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

| 故障现象 | 可能原因 | 排查思路 |
|---------|---------|---------|
| MA-PDU 建立失败 | UE 未支持 ATSSS 能力、PCF 未配置 ATSSS 策略、UDM 签约未开通 | 查 N1 Request 中 ATSSS 能力指示、查 PCF SM Policy 是否含 ATSSS Rules |
| 双路建立了但流量只走一路 | Steering Mode 配为 Active-Standby 且主路径正常 | 属正常行为；若要并发应改 Load-Balancing/Smallest Delay |
| MPTCP subflow 起不来 | UPF 未启用 MPTCP Proxy、Proxy 地址未下发、NAT/MTU 截断 MPTCP option | 查 Accept 中 Proxy 地址、抓包看 MP_CAPABLE 是否完成 |
| 分流比例与配置不符 | PMF 测量异常、ATSSS-LL 实现差异 | 查 PMF 周期/可达性；不同厂商 ATSSS-LL 分包算法有差异 |
## 常见问题

**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](https://www.3gpp.org/dynareport?spec=23316.htm) — 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](https://www.3gpp.org/dynareport?spec=23501.htm) — 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](https://www.3gpp.org/dynareport?spec=23502.htm) — MA-PDU 会话建立信令流程。
4. [ETSI TS 124 193 — Access Traffic Steering, Switch and Splitting; UE procedures](https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/124100_124199/124193/18.05.00_60/ts_124193v160200p.pdf) — ATSSS Rules 结构、UE 侧行为（R18）。
5. [ATSSS in 5G networks — RomARS](https://romars.tech/en/pubblications/atsss/) — 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](https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/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](https://www.rohde-schwarz.com/us/solutions/wireless-communications-testing/landingpages/white-paper-5g-interworking-and-atsss_258297.html) — 网络融合、MPTCP Proxy 与测试视角。

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> 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。
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