5GC核心网之UPF

1、5G核心网网元

2、UPF接口

UPF 相关的由 4 个标准参考点：

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

3、UPF功能

• 作为移动基础设施（Mobile Infrastructure，例如：RAN）和 DN（Data Network）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（Radio Access Technologies，无线接入技术）内部、或 RAT 之间移动性的 PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）会话锚点（Session Anchor Point），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：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，例如门控，重定向，流量转向。
• 提供 UP 的 Pre-Flow QoS 功能，对包括上行链路（UL）和下行链路（DL）的传输层数据段实施速率限制（Rate Limiting）以及分组标记，以及在 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）。
• 为计费（Billing）以及合法拦截（LI，Lawful Intercept）提供 UP 流量收集接口以及流量使用报告。

3.1 数据包检查

UPF 通过 N4 参考点从 SMF 接收 用户面规则，并最终根据规则实现数据分流。N4 采用了 PFCP（Packet Forwarding Control Protocol，报文转发控制协议）。外部可以使用 UPF 建立的 PFCP Session 来识别（PDRs，Packet Detection Rules，数据包发现规则）、转发（FARs，Forwarding Action Rules）、处理（BARs，Buffering Action Rules）、标记（QERs，QoS Enforcement Rules）、报告（URRs，Usage Reporting Rules）数据包。

3.1.1 FAR Fowwarding Action Rule 转发行为规则

CP 应该在一个 PFCP 会话中规定每个 PDR 仅提供一个 FAR，FAR 为 UP 提供如何处理与 PDR 匹配的指令。

通过在FAR中的Apply Action IE 中设置相应的 flag，CP 可以控制 UP 的功能：

• 通过设置 DROP flag 丢弃数据包
• 通过设置 FORW flag 来转发数据包
• 通过设置 BUFF flag 缓冲下行链路分组
• 通过设置 NOCP flag 通知 CP 关于第一个下行数据包达到进行缓存
• 通过设置 DUPL flag 复制数据包，提供复制参数指令怎么转发复制的数据包

3.1.2 BAR Buffering Action Rule 缓冲行为规则

BAR 提供指令以控制 PFCP 会话集的所有 FAR 的 UP 功能的缓冲行为。CP 功能可以修改 BAR 中提供的以下缓冲指令：
在一个 PFCP 会话修改请求的下行链路数据通知延迟 。
在一个 PFCP 会话报告响应消息下行链路数据通知延迟 （用于EPC），DL 缓冲持续时间和/或 DL 缓冲建议的分组计数。

3.1.3 QER Qos Enforcement Rule Qos 实施规则

3.1.4 URR Usage Reporting Rules 用量上报规则

4、名词解释

缩写	英文名称	中文名称
UPF	User Plane Function	用户面功能
PFCP	Packet Forwarding Control Protocol	报文转发控制协议
SDF	Service Data Flow	业务数据流
PDRs	Packet Detection Rules	数据包检测规则
FARs	Forwarding Action Rules	转发操作规则
BARs	Buffering Action Rules	缓冲操作规则
QERs	QoS Enforcement Rules	Qos实施规则
URRs	Usage Reporting Rules	用量上报规则
QFI	Qos Flow Identifier	QoS流标识符