5G UPF与MEC

主题：5G UPF与MEC
简介：介绍了UPF在不同场景下的配置方案以及UPF的功能
参考：
TS23.501 5.8
5G核心网规划与应用
5G UPF分流技术和部署方式（CM Labs）
5G MEC分流方案
5G UPF用户面功能
5G Tutorial
作者：ybb
时间：2021年8月22日

一、5G核心网规划与应用（5.5.6）

1.UPF配置方案

UPF主要负责数据包的路由和转发、数据包的检测、用户面策略的实施、Qos的执行等。
UPF的能力指标包括同时处理的吞吐量和流数量；

2.UPF网络组织

5G UPF需要满足eMBB、URLLC以及大带宽的MEC场景，需要具备灵活的网络部署机制。
（1）eMBB场景：核心UPF。
针对移动用户，UPF的设置还需要考虑4G/5G的互操作和融合组网的需求，即UPF与PGW-U融合设置，5G的语音业务由IMS解决，而IMS的接入设备SBC/P-CSCF通常会设置在省会城市，为了将语音业务接入IMS，UPF也需要同SBC/P-CSCF一样相对集中的设置在省会城市。
（2）针对MEC场景，考虑到MEC的低时延、大带宽需求，UPF需要就近接入MEC，一般UPF需要与MEC紧密关联部署在一起，此类UPF称为边缘UPF，UPF需要像MEC一样部署在网络的边缘。
eMBB场景和MEC场景下UPF组网方式对比如下图

5G网络支持上行链路分类器和分支点功能，允许用户的业务刘静多个UPF，即为不同的业务设置不同的锚点UPF。
对于边缘计算的业务直接由边缘UPF到DN;
对于用户的语音业务，可由边缘UPF到核心UPF，再由核心UPF到IMS网络。
5G 不同场景下UPF的流量示意图如下图所示

注：5G为什么需要MEC
在工业园区的网络还存在数据安全，以及内网访问的需求，MEC可以作为运营商和企业内网之间的桥梁，实现内网数据不出园区，本地流量本地消化。

MEC和UPF联合起来可以进行灵活的数据分流，内网数据直接走内网通道，私密数据不出园区；外网数据也可直通互联网

二、5G核心网规划与应用（6.2）

6.2UPF功能

UPF是处理PDU会话的用户平面路径的网元，支持UE业务数据的转发、通过N4接口受SMF的控制和管理、依据SMF下发的各种策略执行业务面业务流的处理。
主要诸恶的功能如下：
RAT内/间移动性锚点
响应SMF为UE分配IP地址
PDU会话和数据网络的连接点
数据包路由和转发
数据包家名册
合法拦截
用户面策略执行
QoS处理

6.2.1用户面功能

1.移动性管理
UPF能辅助AMF、SMF完成以下移动性管理流程：
基于Xn接口的切换；
基于N2接口的切换；
5GC和EPS之间的切换；
2.IP地址分配
UE IP地址管理包括UE IP地址的分配和释放以及IP地址分配之后的更新。UPF由SMF控制没在PDU会话建立过程中为UE分配IP地址，支持IPv4、IPv6

11.数据包转发及路由
UPF具有把来自外部数据网的PDU用GTP包头和UDP/IP包头进行封装的功能，并以包头的相关地址信息作为标识。利用一条点到点的双向隧道来传输封装数据给终端，对于去往外部数据网的GTP-U PDU，应该去除其封装包头后在转发给外部数据网。

UPF应支持静态路由、策略路由、备份路由。备份路由之间可以进行负荷分担。

UPF应支持OSPF、BGP等开放的标准路由协议。

UPF应支持路由映像定义、路由引入、分发定义，以及路由的前缀、自治系统路径、团体属性、访问列表等限制规则。

12.用户面数据转发
SMF向UPF提供FAR，从而根据PDR流量检测信息控制用户面数据包转发。
FAR中包括转发操作信息和转发目标信息，因此UPF应具备下列功能：
N3/N9隧道相关处理，例如封装;
从SMF转发流量或者将流量转发到SMF；
将SM PDU DN请求从SMF转发到DN-AAA服务器；
根据本地配置的流量导向策略转发流量；

三、5G UPF 用户面功能

5G UPF用户面功能
RAN—N3—UPF
UPF—N9—UPF

N3和N9参考点采用了以下协议：
（1）带5G扩展协议头的GTPv1-U协议
（2）SRv6
（3）ICN

PDU Session的转发模型：
PDU进入-UPF(N4 Session、PDR、FAR、BAR、QER、URR)-发出PDU

四、UPF分流技术和部署方式

5G UPF分流技术和部署方式（CM Labs）
UPF负责UE业务数据的路由和转发、数据和业务识别、动作和策略执行。

（1）RAN——UPF——DN
UPF作为RAN和DN的互联点，用于用户面的GTP的封装和解封装
（2）PSA
作为PDU Session Anchor，用于在无线接入时提供移动性
（3）UPCL/BP
5G SA数据包的路由和本地分流，作为中继UPF，充当上行分类器或者分支结点UPF

N6 接口是UPF 和外部DN 之间的接口，在特定场景下（例如企业专用MEC 访问），N6 接口要求支持专线或L2/L3 层隧道，可基于IP 与DN 网络通信。

UPF下沉到网络边缘，可以减少传输时延，实现数据流量的本地分流、缓解核心网的传输压力，从而提升网络数据处理效率、满足垂直行业对时延、带宽、安全的需求。

常见的分流技术：
UL-CL：（应用广泛）
（单PDU会话的本地分流、用户数据的分流在网络侧进行）
UL-CL支持基于SMF提供的流量检测和流量转发规则向不同的PSA UPF转发上行业务流、分流至MEC平台。
并且将来自链路上不同PSA UPF下行业务流合并到5G 终端。
①特定位置UL-CL方案
②位置和用户签约UL-CL方案
③位置和应用检测UL-CL方案
④能力开放UL-CL方案（开发量大）

IPv6多归属方案（物联网、高可靠专网）
（单PDU会话的本地分流、用户数据的分流在网络侧进行）
只能用于IPv6类型的PDU会话；

LADN（受限于终端的支持程度）
（多PDU会话的本地分流，用户数据的分流从终端开始）
用户签约LADN DNN，AMF上配置LADN TA和LADN DNN的关系。
5G终端向网络注册时，可以从核心网获取LADN信息；
当5G终端移动到LADN TA，将会请求建立这个LADN DNN的PDU会话。
AMF确定5G终端出现在该LADN区域，且请求的DNN在AMF中配置为LADN DNN，则转发给SMF。

DNN(企业小网)
（多PDU会话的本地分流，用户数据的分流从终端开始）
DNN需要终端配置专用DNN并在核心网UDM上签约专用的DNN.