Open5GS与srsRAN集成中的PDU会话建立问题分析与解决方案

问题背景

在5G核心网(5GC)与无线接入网(RAN)的集成测试中，使用Open5GS作为核心网和srsRAN作为无线接入网时，经常会遇到PDU会话建立失败的问题。本文针对一个典型场景进行分析：当UE成功建立RRC连接后，约10秒后连接断开，核心网AMF日志显示"SmContextCreateError"错误，同时SMF服务未能正常运行。

系统架构

该测试环境采用分布式部署，包含四个主要组件：

1. Open5GS控制面(5GC C-Plane)：负责信令处理
2. Open5GS用户面(5GC U-Plane)：负责数据转发
3. srsRAN gNodeB：基站功能
4. srsRAN UE：用户设备模拟

各组件间通过标准接口通信，其中gNB与UE间采用ZeroMQ进行基带信号传输。

问题现象分析

从日志和现象观察，系统表现出以下异常行为：

1. UE侧现象：

• 能够完成随机接入过程
• 成功建立RRC连接
• 约10秒后收到RRC Release消息断开连接

2. 核心网侧现象：

• AMF日志显示SMF上下文创建失败
• SMF服务处于不断重启状态(exit-code 255)
• 前期出现NSI选择错误(403错误)，后期表现为SMF发现失败(400错误)

根本原因

经过深入分析，问题主要由以下因素导致：

1. SMF服务配置问题：

• SMF配置文件(smf.yaml)中的网络切片配置与NSSF不一致
• SMF未能正确启动导致AMF无法发现可用的SMF实例

2. 网络切片配置不一致：

• 初始配置中NSSF未包含SD(切片区分符)信息
• 后期添加SD信息后，各网元间的切片配置仍不完全匹配

3. 服务依赖关系：

• SMF依赖NRF进行服务注册，但配置中NRF客户端配置被注释
• 各网元间的服务发现机制未能正常工作

解决方案

针对上述问题，建议采取以下解决措施：

1. 统一网络切片配置：

• 确保AMF、SMF和NSSF中的切片配置完全一致
• 检查S-NSSAI(SST+SD)在所有配置文件中的匹配性

2. 修复SMF配置：

• 检查SMF的启动参数和配置文件路径
• 确保PFCP接口配置正确，特别是UPF地址
• 验证DNN配置与实际网络拓扑匹配

3. 启用服务发现：

• 取消NRF客户端配置的注释
• 确保各网元能够通过NRF相互发现
• 检查SCP(服务通信代理)配置是否正确

4. 日志分析建议：

• 同时收集AMF、SMF和UPF日志进行关联分析
• 关注SMF启动失败的具体原因(exit-code 255通常表示配置错误)
• 检查系统资源限制(如文件描述符、内存等)

配置优化建议

基于经验，提供以下配置优化建议：

1. SMF配置优化：

smf:
  sbi:
    client:
      nrf:
        - uri: http://127.0.0.10:7777
  pfcp:
    client:
      upf:
        - address: 192.168.83.130
          dnn: internet
  session:
    - subnet: 10.45.0.0/16
      gateway: 10.45.0.1
      dns: [8.8.8.8, 8.8.4.4]
      mtu: 1400

2. 切片配置一致性检查：

• AMF中配置的S-NSSAI必须与SMF、NSSF完全匹配
• 确保DNN在SMF和UPF中一致定义

3. 服务依赖配置：

• 确保NRF正常运行并能被其他网元发现
• 检查各网元的SBI接口配置是否可达

验证方法

问题解决后，可通过以下方法验证PDU会话是否正常建立：

1. 核心网侧验证：

• 检查SMF服务状态确认正常运行
• 查看AMF日志确认无SmContextCreateError
• 在UPF验证GTP-U隧道建立

2. UE侧验证：

• 观察UE是否保持RRC连接状态
• 检查UE是否获取到IP地址(10.45.0.x)
• 尝试基本的网络连通性测试

3. 系统整体验证：

• 使用Open5GS WebUI查看注册UE信息
• 检查各网元间的接口通信状态
• 验证端到端的数据面连通性

经验总结

在Open5GS与srsRAN的集成测试中，PDU会话建立失败通常源于以下方面：

1. 配置一致性：各网元的网络切片、DNN等配置必须严格一致
2. 服务依赖：确保NRF正常运行且各网元能正确注册和发现服务
3. 日志分析：多维度关联分析各组件日志，特别是错误代码和异常信息
4. 逐步排查：从底层服务状态(如SMF是否运行)到高层信令流程逐步验证

通过系统化的配置管理和严谨的验证流程，可以有效解决此类PDU会话建立问题，为5G网络的功能测试和性能优化奠定基础。