Open5GS项目中SGsAP协议行为异常问题的分析与修复

背景概述

在移动通信网络中，SGsAP(SGs Application Protocol)协议负责LTE(4G)核心网(EPC)与2G/3G电路交换(CS)核心网之间的交互，主要支持CSFB(Circuit Switched Fallback)功能。Open5GS作为开源5G核心网实现，其MME(Mobility Management Entity)模块需要正确处理SGsAP协议行为。

问题现象

在Open5GS项目中发现SGsAP协议存在两个关键问题：

1. 当HSS中配置的Network Access Mode(NAM)为"Packet only"时，MME仍然尝试建立SGs关联，这违反了3GPP TS 29.118规范第4.1节的规定。

2. 当NAM设置为"Packet and Circuit"时，如果CS核心网拒绝了SGs关联请求，MME错误地导致整个UE附着过程失败，而按照规范，这应该只影响SGs关联本身，不影响PS(Packet Switched)域的附着。

技术分析

问题1：NAM模式处理不当

根据3GPP规范，Network Access Mode有三种可能值：

• ONLY_PACKET：仅支持分组交换业务
• ONLY_CIRCUIT：仅支持电路交换业务
• PACKET_AND_CIRCUIT：同时支持两种业务

当NAM为ONLY_PACKET时，MME不应尝试建立任何SGs关联，因为UE明确指示不支持CS业务。原始实现中缺少这一判断逻辑。

问题2：SGs关联失败处理不当

当NAM为PACKET_AND_CIRCUIT时，虽然MME需要尝试建立SGs关联，但SGs关联失败不应影响PS域的附着过程。原始实现中错误地将SGs关联失败传播到了整个附着流程。

深层原因

通过分析发现，问题还涉及多个技术细节：

• PTI(Procedure Transaction Identity)处理不当：在SGsAP启用时，Create Bearer Request处理顺序错误导致PTI被错误设置为0
• 多承载处理问题：原始实现在添加第一个会话的流时错误地断言了承载数量
• NAS消息构建问题：Attach Accept消息中的LAI和MS Identity信息处理不当

解决方案

开发团队通过多次迭代修复了这些问题，主要修改包括：

1. 正确识别和处理HSS下发的NAM模式，在ONLY_PACKET时跳过SGs关联建立

2. 解耦SGs关联失败与PS附着流程，确保SGs问题不影响基本分组业务

3. 修复PTI处理逻辑，确保正确的消息处理顺序

4. 改进多承载场景下的断言检查

5. 优化NAS消息构建，正确处理LAI和MS Identity信息

验证结果

修复后经过全面测试验证了以下场景：

• NAM设置为PS only且SGsAP启用：UE成功附着，不尝试SGs关联
• NAM设置为PS+CS且SGsAP启用：UE成功附着，正确建立SGs关联
• NAM设置为PS+CS但HLR账户无效：UE成功附着PS域，SGs关联失败不影响
• NAM设置为PS+CS且SGsAP禁用：UE成功附着

技术启示

这一案例展示了核心网实现中几个重要原则：

1. 必须严格遵循3GPP规范中对各种模式的定义和处理要求
2. 不同域(PS/CS)的业务应该适当解耦，避免错误传播
3. 协议状态机和消息处理顺序对系统稳定性至关重要
4. 全面的测试用例对验证复杂场景非常必要

Open5GS通过这次修复不仅解决了具体问题，还提高了整个MME模块的健壮性，为后续功能扩展奠定了更好基础。