从2/3G过渡到4G网络时，需要用户终端更换新的USIM卡，一方面是USIM内存升级需要，另一方面是网络侧要将签约数据顺利迁移到融合HSS。5G网络进入大家的视野后，用户们很关心是不是也要更换新的5G卡才能使用5G业务。我们知道，5G网络的演进过程包含了NSA和SA两个阶段，我们将从这两个阶段来解析。
首先，我们来回顾一下当年2/3G用户升级4G业务的情景。对于2/3G用户，要想使用4G业务，必须更换USIM卡。如下图3G的网络架构中用户签约数据网元采用HLR：
2/3G核心网的用户签约数据网元由HLR换成了HSS。HSS与HLR相比，在安全性方面表现更突出，HSS支持新的四元组鉴权和128位算法，保密性更好。从2G升级到3G时，2G用的是四元组算法和32位加密，3G的五元组算法对2G的算法做了兼容，有转换协议支持，鉴权向量组在HLR中可以从2G的三元组映射到3G的五元组，SIM上报三元组可以自动转换成五元组，所以在2G到3G时可以不换卡。但4G采用的是四元组，没做兼容策略，所以需要将SIM卡换成USIM卡。2/3G到4G的换卡，不仅增加了运营商的成本，而且给用户带来不便，用户换了新的4G手机，如果不去营业厅换卡，这种情况下用户无法注册到4G网络，更无法使用VoLTE业务。
听起来是不是有些复杂呢？不要紧，我们通过以下一表三图来对2/3/4卡的鉴权功能进行对比和展示。
表一：2/3/4G卡鉴权对比那么4G用户升级到5G NSA网络时，对于核心网来说，依然采用4G EPC核心网，签约数据依然采用融合HSS进行，主要的增强是能提供更高带宽业务。所以EPC+引入了Extended QoS参数，使得用户上下行带宽从4G的0~4Gbps扩展到了5G NSA的0~4Tbps。对于运营商来说，要做的是升级MME、SGW、PGW、HSS等网元，并打上相应的License，使其支持高带宽业务。
图三：5G NSA网络新增Extended QoS参数同时HSS上也新增了网络制式限制参数，可以通过为单用户设置ARD（Access Restriction Data），识别并限制用户是否可以使用5G NSA业务。
图四：5G NSA网络新增ARD参数 也就是说，用户只需要通过APP或者发送开通5G业务的短信息，实现后台的HSS签约高带宽和接入限制数据配置后，原有的4G卡在支持5G NSA的手机终端中，就可以使用5G NSA业务，下行带宽可以达到1Gbps以上。
当然，由于4G网络本身已经支持0~4Gbps的带宽，所以部分运营商也可以选择不升级HSS，不签约Extended QoS字段，只升级MME、SGW和PGW以支持用户带宽至1Gbps。这种方案可以避免变更HSS网元的风险，但是无法签约ARD接入限制参数，导致无法从核心网限制用户接入5G NSA网络，用户只需要将4G卡插入5G手机就立即具备5G带宽。同时，5G终端发布后，大量终端更新换代，导致EPC网络涌入大量5G用户，对网络造成冲击。
综上所述，当网络为5G NSA架构时，我们不需要换卡换号，只需一部支持5G NSA的手机，就可以获得1Gbps的高带宽体验。那对于5G SA网络呢？5G SA网络中的核心网拥有一套全新的架构，我们称之为SBA（Service Based Architecture）架构。
图五：5G SA网络架构这种架构适用于控制面（Control Plane），使用HTTP/2协议，不再是GTP-C协议。此外，5G SA网络还引入了全新的用户标识，如用户全球唯一的永久标识SUPI和临时标识5G GUTI，类似于4G网络中的IMSI和GUTI；也引入了隐藏SUPI的一种临时标识SUCI，用于保证SUPI在无线信道传输过程中的安全性，SUCI由UE（USIM或ME）产生，在UDM中完成解码。
我们先来对比一下目前协议定义的4G老卡和5G SA新卡的区别，为适配5G安全及移动性等新功能标识，5G SIM卡中会新增几个文件，主要功能是存储5G MM信息，包含5G-GUTI、Last Visited TAI；存储用作鉴权的用户秘钥KAUSF以及KSEAF；存储用于寻址归属AUSF和UDM的Routing Indicator信息；存储用于构建SUCI的Protection Scheme ID和Home Network Public Key（如下图）；存储用户的IMSI或者NAI信息等，如果没有这些文件，协议要求5G UE将这些信息存储到手机非易失性存储区中，同时UE将用默认值0作为Routing Indicator部分，并采用null-scheme算法内部计算构建SUCI。
图六：5G用户SUCI结构也就是说，即使USIM卡没有这些5G新增的文件目录，插入5G SA终端依然可以使用5G业务。当然啦，前提是我们所在的区域有5G覆盖，且发送短信开通5G服务。
其次，我们再来看对于运营商来说，如何实现原有4G用户向5G用户的转换？这个问题应该是运营商自身最为关心的问题，因为存量4G用户数量庞大，且用于存储用户数据的HSS设备实为重要，不敢轻举妄动。
回顾在2/3G用户签约4G业务时，4G时代相比2/3G时代，不仅给用户带来了高带宽，同时也实现了基于IMS的VoLTE高清语音视频通话体验。我们引入了全新的IMS-HSS和SAE-HSS设备，对用户进行EPC域和IMS域的开户，这种场景下，运营商通常采用的是SAE/IMS-HSS/HLR的2/3/4G融合架构，将用户所有签约数据从原始HLR全部迁移到融合HSS/HLR中，用融合HSS/HLR替代现网HLR，为用户签约高带宽和VoLTE业务，同时通过IMS域的TAS设备实现域选方案，帮助网络找到回落到CS域的VoLTE用户。
图七：SAE/IMS-HSS/HLR融合由此可见，2/3G时代升级到4G时代，让运营商付出了巨大的成本，不仅需要为用户更换USIM卡，还需要用大量人力去完成用户数据的割接和迁移。5G NSA网络中我们继续使用4G网络中的HSS设备，所需要做的就是对HSS设备进行升级使其支持5G新增信元，如上述Extended QoS和ARD数据，来支持用户的高带宽体验，并实现核心侧对用户接入的限制，因此只涉及更新用户签约模板，不涉及用户数据迁移，用户通过发送短信即可更改签约模板，使用5G NSA业务。这对于运营商来说省时省力，能快速推广5G高带宽业务，对于用户来说，能提早享受分分钟下载一部电影的体验。
那么对于5G SA网络呢？5G SA核心网将使用UDM这一网络功能。实际上我们将4G网络的HSS和5G网络的UDM进行了融合，如下图所示，用于保证用户数据一致性，方便运营商进行用户数据迁移，同时保证4G用户不换卡不换号。
图八：4G核心网与5G核心网融合关系目前对于5G NSA到5G SA的用户数据迁移，我们有三种方案，分别是：
1.混合组网方案，主要用于HSS和UDM同厂家场景。
这种方案中我们部署UDM，并和现网HSS组成pool，客户营帐只连接UDM，当用户办理4G升5G业务时，需要客户营帐系统给UDM发签约指令，UDM BE将该用户在归属HSS上的用户属性和签约信息通过内部接口迁移到自身BE上，并在BE上完成5G策略签约，最后在HSS上完成用户销户动作。
图九：混合组网方案2.营帐双发方案，不局限HSS和UDM同厂家场景。
这种方案中我们部署UDM，但不用和现网HSS组成pool，客户营帐需要同时接HSS和UDM，当用户办理4G升5G业务时，需要客户营帐系统给UDM发签约指令，再去VoLTE AS、HSS/HLR上进行销户操作。
图十：营帐双发方案3.IWF（UTA）方案，不局限同厂家，主要在异厂家下存在优势。
（IWF：Subscriber Data Interworking Function，用户数据互通功能网元，华为解决方案中叫做UTA：UDM Translation Agent，UDM转换网关），如下图所示：
图九：IWF(UTA)方案这种方案中4G用户数据存储位置保持不变，通过集中新建UDM Agent，实现HSS与5GC之间鉴权及用户数据的转换，实现不换卡不换号，快速上线体验5G业务。该方案主要用于5GC部署初期，对现网影响小，而且Agent与营帐之间不需要连接。长期演进上看，现网用户按局点/号段逐渐迁移到新建UDM，最后UDM Agent退网。
这三种方案各有利弊，适用场景不同，但是终归都是要演进到UDM一统天下的网络，运营商根据自己的需求选择最适合自己的方案即可。
通过上述的分析，可以看出5G业务出现后，我们只需要购买支持5G NSA或SA的手机终端，把4G卡插入到手机中，移动到5G覆盖区域，就可以使用5G业务啦，运营商再也不用担心需要耗时耗力帮用户更换手机卡，也不用担心存量用户数据一次性割接的问题。与此同时，也给用户免去了很多麻烦，用户只需要发送短信即可以开通5G业务。当然5G卡相比4G卡，多了一些高级功能，如IMSI加密、5G新增加密和完整性保护算法等，但是不用担心哟，用户依旧可以使用5G业务。
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