UPF

UPF(User Plane Function), 用户数据面功能实体, 是 5GC 核心网中负责 用户数据报文处理的单元,支持 GTP-U/C 与 PFCP 等协议接口与 5GC 其他网元通信。

随着 5G 的商用推进,4K/8K 高清视频、云游戏、远程驾驶、工业控制等 eMBB/URLLC 应用需求也日趋紧迫,它们对网络提出了超低时延、超大带宽的要求。而这些性能需求与 UPF 紧密相关,需要 UPF 提供高效的数据处理和转发。

5GC用户面功能设备(UPF)工信部入网设备许可证书
UPF
产品优势
高吞吐量,单个UPF实例吞吐量可达100Gbps
高吞吐量
单个UPF实例吞吐量可达100Gbps
云原生设计,遵循3GPP标准,基于NFV和容器化架构,实现资源高效利用
云原生设计
遵循3GPP标准,基于NFV和容器化架构,实现资源高效利用
高性能,具备高性能DPI能力,采用DPDK实现高速数据转发处理
高性能
具备高性能DPI能力,采用DPDK实现高速数据转发处理
低时延,完全自动化,实现端到端低时延和更高的成本效益
低时延
完全自动化,实现端到端低时延和更高的成本效益
多场景灵活部署,支持5G边缘云、混合4G/5G组网、分布式、虚拟化按需部署
多场景灵活部署
支持5G边缘云、混合4G/5G组网、分布式、虚拟化按需部署
高可靠性,采用统一软件平台架构,保证系统的高稳定性和可靠性
99.999%高可靠性
采用统一软件平台架构,保证系统的高稳定性和可靠性
 UPF 分流技术
UPF 网元在整个 5GC 核心网中,是唯一处理用户数据面数据的网元,通过 N3 与 gNB 进行连接,通过 N4 接口与 SMF 进行连接,通过 N6 接口与互联网连接,通过 N9 接口与其他的 UPF 连接。   
UPF 作为 5G 网络和多接入边缘计算(MEC,Multi-Access Edge Computing)之间的连接锚点,所有核心网数据必须经过 UPF 转发,才能流向外部网络。MEC 是5G 业务应用的标志能力。基于 5GC 的 C/U 分离式架构,控制面 NF 在中心 DC 集中部署,UPF 下沉到网络边缘部署,这样可以减少传输时延,实现数据流量的本地分流,缓解核心网的数据传输压力,从而提升网络数据处理效率,满足垂直行业对网络超低时延、超高带宽以及安全等方面的诉求。 
5GC专网
 UPF 用户面按需下沉部署
5GC 网络中,综合各场景对业务时延和地域覆盖的需要,可以将用户面 UPF 下沉部署在城域边缘,或部署在中心位置。 
UPF 与归属的 SMF 通过 IP 承载网实现 Full Mesh 全互联组网。UPF 通过组 Pool 方式实现容灾,Pool 内的各 UPF 部署在不同站点的不同机房,单机房故障不影响 Pool 内其他 UPF 正常工作。
5G 场景下,2C(to Consumer)业务的 UPF 一般都下沉到城域,可以缩短 RTT 时延,提升业务体验
2B(to Business)业务的 UPF 一般部署在边缘或城域,可以减少流量迂回,节省网络传输。对时延或网络安全要求高的业务,例如工业控制、场馆 AR/VR 赛事,建议部署在边缘。对时延和安全要求不高的企业园区业务,可以部署在城域和 Internet 业务或其他企业园区业务共享 UPF ,提高资源利用率。 
5GC UPF
功能列表 
 
作为移动基础设施,例如RAN和DN之间的互连点
»  完成 UP 上 GTP-U(GRPS 隧道协议)协议的封装和解封装
用于 RAT内部、或 RAT 之间移动性的 PDU会话锚点
»  包括向 gNB(NG-RAN 节点)发送一个或多个 End 标记包(End Marker Packets)
分组路由和转发
»  当 UPF 在多个 PSA(PDU session anchor)之间时,即 UPF 作为 I-UPF(Intermediate UPF,中间 UPF)时,会充当上行链路分类器(Uplink Classifier,UL-CL)和分支点的角色以支持多宿主 PDU 会话。作为前者时,会基于 traffic matching filters 将数据流导向到特定 DN
数据包检查
»  QER Qos Enforcement Rule Qos 实施规则
»  FAR Fowwarding Action Rule 转发行为规则
»  BAR Buffering Action Rule 缓冲行为规则
»  URR Usage Reporting Rules 用量上报规则
用户平面部分策略规则实施
»  上行链路(UL)和下行链路(DL)的传输层数据段实施速率限制
»  分组标记
»  在 DL 上处理反射 QoS(DSCP)标记,在 UL 上处理流量验证(SDF 到 QoS 流量映射)
数据包检查
»  使用 SDF(Service Data Flow,服务数据流)的 traffic filter templates 或者接收从 SMF 发出的 3-tuple(协议、以及服务端的 IP 地址和端口)PDF(Packet Flow Description)来对应用流程进行检测
用户平面部分策略规则实施
»  门控
»  重定向
»  流量转向
3GPP标准接口
»  N3:RAN(gNB)和 Initial UPF 之间的接口
»  N4:SMF 和 UPF 之间的接口
»  N6:DN 和 UPF 之间的接口,即连接外部 PDU 和 DN
»  N9:两个 UPF 之间的接口,例如:I-UPF 和 UPF of PDU Session Anchor(简称:锚 UPF)之间
在 DL 上处理反射 QoS(DSCP)标记,在 UL 上处理流量验证(SDF 到 QoS 流量映射)
支持IPv4和IPv6
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5GC SMF 相当于 4G MME 会话管理功能和 SGW-C / PGW-C缓存。

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AMF(Access and Mobility Management Function),5GC接入和移动性管理功能,执行注册、连接、可达性、移动性管理。 为UE和SMF提供会话管理消息传输通道,为用户接入时提供认证、鉴权功能,终端和无线的核心网控制面接入点。 类似于4G MME中移动性管理。

AMF分配5G-GUTI,AMF选择SMF。

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NEF 提供相应的安全保障来保证外部应用到 3GPP 网络的安全,提供外部应用 QoS 定制能力开放、移动性状态事件订阅、AF 请求分发等功能。
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UDM具备存量平滑演进能力。支持ATCA局点平滑演进至5G UDM,通过新部署云化UDM,与原ATCA组成混合部署组网,将用户平滑迁移到云化UDM,并保障迁移过程用户数据完整。

5GC鉴权服务器(AUSF)和统一数据管理(UDM)设备,工信部入网设备许可证书
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