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    5G核心网中ToB,UPF的部署策略

    时间：2023-01-12 22:55:02 来源：东东创业网 本文已影响人 东东创业网手机站

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    王高欢

    （中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广东 广州 510000）

    5G时代的到来，不仅改变了人们的生活习惯，也为产业发展带来新机遇。5G网络具有低延时、大带宽、广连接的特点，不仅实现了万物互联，而且是数字化转型的有力助手。随着5G网络的普及应用，发展面向行业（ToB）业务是运营商当前的重点任务[1]。具体来看，在5G网络的支持下，运营商为用户提供专业通信服务，涉及组织、生产、管理、调度等环节；
    依赖于边缘计算、云边协同等新技术，还能提供定制化专网服务。

    1.1 5G网络的SBA架构

    5G网络采用SBA架构，见图1。SBA架构的特点是：点对点双向接口转变为单向服务接口，一个网元提供的服务能被其他网元调用。信令面管控由SBA架构实施，会话管理功能由SMF负责，与基站、终端、认证管理功能（AMF）、通信处理设施（CHF）等交互信令，连同UPF可实现用户面管理功能。

    图1 5G网络架构示意图

    5G核心网中的SMF所具备的功能，等同于4G核心网中网络节点（MME）的会话管理功能+SGW-C的功能+PGW-C的功能，不仅支持多种会话类型，还能实现非IP类型的分组数据单元（PDU）会话。站在用户的角度，注册时不用建立PDU会话，开展业务时再建立，且PDU会话属性在整个生命周期内不会改变[2]。

    1.2 5G网络的业务分流方式

    1.2.1 上行分流

    1.2.2 IPv6多归属分流

    多归属分流Multi-homing，是在单个PDU会话中，根据不同地址前缀的业务，选择对应的UPF。该方式依赖于IPv6前缀的上行业务流，经BP UPF转发至不同的PDU会话锚点，并将所有的业务流合并到UE。

    1.2.3 DNN分流

    DNN（数据网络名称）分流，是用户经专用DNN发起会话，根据5G终端提供的专用DNN，以及所在的TA，最终由SMF选择目的边缘UPF，建立会话即可接入MEC平台。DNN分流方式对终端、网络的要求较低，可实现MEC业务的快速上线。

    2.1 UPF网络架构

    在5G核心网架构中，基本网元就是UPF，其位置和接口见图2。其中，UE是用户终端，RAN是无线接入网，DN是数据网络。UPF接受SMF的管理控制，执行SMF下发的指令，常用功能有业务流识别、数据包处理、信息收集上报等。

    图2 UPF在5G核心网架构中的位置和接口

    2.2 UPF的多样性

    UPF的多样性体现在三个方面：①形态方面。UPF使用专用设备形态，或进行云化部署。前者的优点是性能稳定、运行维护简单，方便快速开通；
    后者的优点是资源利用率较高，可实现共享性[3]。②功能方面。不同应用场景有不同的需求，为了满足这些需求，出现了不同功能集的UPF，常见的如中继UPF（I-UPF）、分支点UPF（BP-UPF）、分流UPF（UL

    CL UPF）、锚定UPF（Anchor UPF）等。③行业环境 方面。在行业现场部署UPF，要想实现超高带宽、超低时延的业务，还要满足防尘、防潮、防爆、防高温等要求。

    2.3 UPF部署技术关键

    对用户数据流进行分流，是UPF和ToB业务深度融合的关键[4]。结合5G网络的业务分流方式，可采用的方案有：

    实践中，网约车的产生凭借新的技术条件和经营方式突破了专营的市场藩篱，构成对传统出租车经营的巨大冲击。我国传统的出租车经营在诞生之初因其国营性质而采取行政许可专营方式，造成了出租车行业的自然垄断属性。当政府在对自然垄断行业实行边际成本定价管制时，为了分摊行业的平均成本，政府需要对其进行适度补贴或者赋予其垄断地位。在面对网约车侵蚀原有出租车经营者的利益时，政府不应继续通过严厉的管制来排斥、压制网约车的发展，而应以促进出租车市场健康发展和满足广大民众出行需求为出发点改革原有的行政管理模式，充分发挥负面清单前述的自发管理、自由发展等积极因素，实现交通服务于民众的经济、社会目的。

    2.3.1 ULCL方案

    在5G核心网中，采用UL CL方案，可将数据流量分流至多接入边缘计算平台（MEC），适用于体育馆、博物馆、大型商场等场所，能满足用户访问MEC的需求，进行云游戏、视频直播等活动。

    2.3.2 DNN方案

    采用DNN会话分流数据流量，站在运营商的角度，虽然DNN方案可促使MEC业务快速上线，但5G网络支持的DNN数量多少，会限制该业务的实际使用情况。

    2.3.3 IPv6多归属方案

    由网元SMF在PDU会话中插入/删除多归属会话分支点（BP），只能支持IPv6对话。采用IPv6多归属方案，可在物联网、专网等场景中应用，因实际应用范围较窄，今后仍有较大的发展空间。

    3.1 UPF部署位置

    发展ToB业务，要满足灵活性、安全性、敏捷性的核心需求，5G网络架构就可以满足。①灵活性方面，5G采用多种形式和ToB应用相结合，能提供无线连接方式。②安全性方面，UPF靠近用户侧，遵循就近接入的原则，可实现本地分流，从而保护数据安全。③敏捷性方面，5G架构依靠微服务粒度进行更新，可满足行业的实际需求。结合5G网络的架构特点、ToB业务的不同场景需求，UPF部署主要分为省级、地市、园区三个类型，部署位置见图3。

    图3 UPF部署位置示意图

    3.2 UPF部署策略

    面向ToB业务的UPF部署，应全面分析用户的需求，然后选择、制定部署方案。其中，用户需求包括：特性要求、可靠性要求、带宽要求、时延要求等，在选择制定部署方案时，要考虑业务数据特征（共享/专享）、UPF部署位置（省级/地市/园区）、UPF分流方式（ULCL/IPv6多归属/LAND/DNN）。结合实践，不同层面的UPF部署策略总结如下：

    3.2.1 省级UPF部署策略

    省级ToB UPF承载部分ToB业务，例如，允许数据出园区的业务、4G与5G互操作的业务等。综合分析业务量要求，为承担ToB业务流量，可建设省级UPF。

    3.2.2 地市UPF部署策略

    地市ToB UPF承载允许数据出园区的ToB业务。地市ToB UPF部署工作既可在网络部署初期，结合园区业务流量一次部署完成，也可等待ToB业务快速发展，出现传输时延问题时再进行部署。

    3.2.3 园区UPF部署策略

    园区ToB UPF承载有明确数据管控要求的ToB业务。在园区ToB UPF部署时，最好先选用轻量级设备，按照用户实际需求进行容灾部署。因UPF多部署在运营商网络以外，安全问题是一个关键，必须加强安全防护措施[5]。

    4.1 业务需求

    在ToB业务中，不同企业的业务类型有差异，对应的业务需求也就不同。同一个企业内，可能有多个业务类型；
    不同企业之间，相同业务类型的要求可能也不同。例如，移动办公业务，端到端时延为20～100 ms，数据传输速率为1～100 Mbps；
    远程医疗业务，端到端时延20～50 ms，数据传输速率为15～100 Mbps；
    视频监控业务，端到端时延为20～50 ms，数据传输速率为10～100 Mbps。

    4.2 设备选型

    设备选型的一个关键因素是UPF容量，主要包括吞吐量和会话处理能力两个指标。

    面向ToB业务的UPF属于轻量级UPF，主要有五种规格，吞吐量分别是5 Gbps、10 Gbps、20 Gbps、50和100 Gbps，会话处理能力标配分别是0.5万、0.5万、1万、10万和20万PDU会话。

    4.3 组网方案

    某大型集团公司开发的车联网业务，从省UPF接入，支持用户漫游接入，在UDM签约用户QoS保障带宽。某生产企业的厂区和办公区在同一城市的不同地点，为实现生产数据互联互通，采用地市UPF部署方案、ULCL+DNN分流。某生产基地建成工业数字化和先进制造工艺平台，部署园区UPF，采用LADN+DNN分流，生产数据只能在园区内网访问。这三个组网方案的主要技术参数见表1。

    表1 典型场景的部署案例

    综上所述，UPF是5G网络的重要功能，目前ToB业务是主要发展方向。文章详细阐述了UPF的部署位置、技术关键和部署策略，为了更好地满足企业的实际需求，应优化组网方案，提高数据的安全性，充分发挥5G核心网的技术优势，推动整个行业健康快速发展。■

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