5G UPF的分流技术和部署方式 3

liuyu

✦小结

5G 网络将业务流分流至MEC 平台，主要应用的是UL CL 方案。UL CL 方案适用于商业综合体、博物馆、体育场馆、酒店等公众用户使用手机终端访问MEC 应用的场景，如视频直播、云游戏等，可同时支持公众访问Internet 应用。

IPv6 Multi-homing 方案适用于物联网、高可靠性专网等场景，但由于要采用IPv6，目前实施难度较

LADN 属于5G 新引入特性，对终端有新的功能要求，包括支持在特定TA 区域下发起或释放LADN 会话、支持URSP（UE Route Selection Policy，UE路由选择策略）用于配置LADN DNN 并将应用流绑定到LADN DNN 上。根据对产业链的调研，5G 核心网设备已支持LADN 功能，而终端对该功能的支持还要视商业需求而定，因此端到端LADN 方案的成熟还需要一段时间的开发测试及验证。

UPF 部署方式

在实际部署时，UPF 需要按照不同业务场景对时延、带宽、可靠性等差异化的需求灵活部署，典型的部署位置包括：中心、区域、边缘、企业园区。

中心级UPF

中心级UPF，适用于时延不敏感，吞吐量需求较高且相对集中的业务，如普通互联网访问、VoNR、NB-IoT 等业务，中心级UPF 需具备如下特点。

一是满足ToC 网络的2G/3G/4G/5G/Fixed 全融合接入、报文识别、内容计费等功能需求。在实际网络部署中，在一定时间内会存在多种接入网络并存的情况，UPF 须同时支持多种无线接入，满足全融合接入需求；当用户跨接入网络移动时，实现相同会话IP 地址不变，保证业务连续性。

二是具备虚拟运营商网络共享能力，通过网络切片、网关核心网络（GWCN，GateWay Core Network）等网络技术，支持多UPF 实例、多租户、分权分域运维，满足不同虚拟运营商的差异化业务需求。

三是针对集中建设带来的高带宽转发能力要求，可通过扩展计算资源规模叠加单根I/O 虚拟化（SR-IOV，Single Root I/O Virtualization） + 矢量转发技术来提升转发效率，或者采用基于智能网卡的异构硬件来实现转发能力提升。

四是提供面向N6/Gi/SGi 接口流量的安全防护以及网络地址转换（NAT，Network Address Transform）功能，可以选用外置硬件防火墙、虚拟化防火墙以及UPF内置防火墙功能等方式进行部署。其中防火墙以及NAT 作为UPF 的业务功能组件存在，提升集成度，降低部署成本。

区域级UPF

区域级UPF，通常部署于地市级区域，主要承载地市区域范围的用户面业务，包括互联网访问、音视频以及本地企业业务等。区域级UPF 实现用户面下沉部署，有助于减少数据流量回传对承载网的传输压力；也可实现本地数据业务下沉，降低业务时延。较为典型的应用场景为大视频业务，为了提升用户体验，需要在各地市部署区域UPF，就近接入本地视频业务服务端，还可以通过在区域数据中心联合部署UPF 和CDN/Cache 节点的方式来缩短传输路径，如图7 所示。

图7. 区域级UPF 本地分流方案

区域级UPF 部署带来了运维管理方面的复杂度，存在集中运维管理的需求，可以通过网元管理系统（EMS，Element Management System）拉远的方式来接入区域级UPF 或者通过扩展N4/Sx 接口的方式来实现配置下发以及运维数据上报，考虑到未来对N4/Sx 接口解耦的需要，目前业界更倾向于前者的实现方式。

边缘级UPF

边缘级UPF，通常部署于区县边缘，应对高带宽、时延敏感、数据机密性强等业务。将UPF 下沉到移动边缘节点，可基于数据网络标识（DNN，Data Network Name）或IP 地址等识别用户，并根据分流策略对用户流量进行分流，对需要本地处理的数据流进行本地转发和路由，避免流量迂回，降低数据转发时延，提升用户体验。边缘业务分流场景如图8 所示。

图8. 边缘业务分流场景

使用到的分流策略分为以下几种，其中网元级和会话级分流已在前面章节中说明：

边缘级UPF 在部署运维上可通过软硬件预装、自动纳管、配置自动下发等方式实现设备即插即用；在正常运维中，可通过EMS 进行集中配置下发和运维管理。

边缘级UPF 下沉部署，通过N4 接口对接中心的SMF，需要考虑N4 接口安全，一般可以通过将N4 接口划分成独立的网络平面，或者通过部署防火墙/IPSEC 进行安全策略增强。

企业级UPF

企业级UPF，部署于企业机房，通过超高带宽、超低时延和超高可靠的连接提升工业控制的效率和自动化水平；同时生产数据能够在园区内终结，与公众网数据安全隔离，确保生产的安全可靠。

行业应用和工业环境与公众网有很大的不同，企业级UPF 除了满足基本的流量转发、本地分流以外，还需要重点满足以下要求：

基于5G LAN 实现的私网接入和管理能力。通过UPF 内的本地交换和UPF 间的N19 隧道技术，构建企业专属的“局域网”，如图9 所示。

图9. 5G LAN 企业跨分支通信应用

基于时间敏感网络（TSN，Time Sensitive Networking）技术，通过对传输时延和抖动的控制，实现确定性网络。针对TSN 场景，增强支持高精度时钟，以及在高精度时钟管理下的报文排队和调度机制；UPF 下沉到企业现场，实现纳秒级授时精度、毫秒级端到端时延和99.9999%的可靠性。

基于uRLLC 技术的超高传输可靠性。通过在N3/N9 接口建立双GTP-U 隧道，实现用户面冗余传输；或者建立端到端双PDU 会话，将相同的报文在两个会话中传输，确保连接的可靠性，如图10 所示。

图10. 5G uRLLC 多路径超高可靠性传输

企业级UPF需要解决起步成本高、设备功能复杂、部署和运维难度高等问题，需要引入轻量化的最简UPF解决方案，功能更有针对性，可以根据场景需求灵活搭配，并且实现出厂预安装、现场开箱即用，同时支持本地运维和远程运维。

企业级UPF通常部署于运营商网络之外，需要考虑运营商网络和企业网络的双重安全，需要提供安全过滤、双向数字鉴权、数据加密、防恶意攻击等能力。

全场景UPF部署

在“5G 新基建”引领下，中国移动为满足分布式建网、集约化运维需求，5G 核心网采用大区制建设方案，提供全场景UPF。因为ToC 和ToB 网络在产业成熟度、网络功能、市场应用上存在较大差异，采用两张网独立建设，UPF 也进行分开建设。为满足业务差异及各行业碎片化需求，UPF 采用分布式多级部署，如图11 所示。

图11. 中国移动全场景UPF 说明

ToC UPF 部署在中心级和区域级，兼顾业务时延和传输成本，满足大带宽、低时延需求，从成本和长期演进维度，全部采用100G 智能网卡加速，配置一步到位，更加契合5G 长期业务发展需求。

ToB UPF部署在中心级、区域级、边缘级和企业园区级，ToB UPF的选型主要考虑四个方面：