1 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦白 皮 书（ 第 一 版 ）2020年 3 月 中 国 移 动 研 究 院 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ）前 言本 白 皮 书 从 垂 直 行 业 的 典 型 业 务 场 景 需 求 出 发 ， 旨 在 提 出 中 国 移动 OpenUPF 合 作 伙 伴 计 划 的 驱 动 力 、 面 向 行 业 的 5GUPF 的 功 能 要 求 、安 全 要 求 、 产 业 推 进 计 划 、 行 业 组 织 建 议 以 及 对 未 来 的 展 望 。 希 望 能够 为 产 业 在 规 划 设 计 5G UPF 的 相 关 技 术 、 产 品 和 解 决 方 案 时 提 供 参考 和 指 引 。本 白 皮 书 的 版 权 归 中 国 移 动 所 有 ， 未 经 授 权 ， 任 何 单 位 或 个 人 不 得 复 制 或 拷 贝 本 建 议 之 部 分 或 全 部 内 容 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 1 目 录1 UPF 是 5G 拓 展 行 业 市 场 的 钥 匙 .12 典 型 应 用 场 景 .22.1 生 产 制 造 .22.2 数 字 园 区 .22.3 智 慧 安 防 .32.4 车 联 网 .3 3 OPEN UPF 愿 景 .53.1 总 体 目 标 及 愿 景 .53.2 统 一 架 构 、 开 放 接 口 .53.3 规 范 平 台 、 开 放 设 备 .83.4 面 向 行 业 、 开 放 服 务 .103.5 面 向 演 进 、 开 放 智 能 .124 OPEN UPF 安 全 要 求 .14 5 产 业 合 作 与 推 进 .155.1 产 业 推 进 计 划 .155.2 行 业 组 织 建 议 .166 展 望 和 愿 景 .18缩 略 语 列 表 . 19编 写 人 员 . 21 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 1 1 UPF是5G拓展行业市场的钥匙UPF 是 连 接 运 营 商 和 垂 直 行 业 的 桥 梁 ， 是 5G 拓 展 行 业 市 场 的 钥 匙 。 5G 作 为新 一 代 信 息 技 术 推 动 着 各 产 业 链 的 创 新 与 变 革 。 众 多 行 业 纷 纷 探 寻 5G+行 业 的 融合 发 展 路 径 ， 实 现 数 字 化 、 智 能 化 转 型 升 级 。 UPF 作 为 5G 核 心 网 的 重 要 网 络 功能 ， 担 负 着 数 据 处 理 、 路 由 等 核 心 功 能 。 随 着 5G 边 缘 计 算 技 术 的 拓 展 ， 为 更 好的 满 足 5G 行 业 应 用 的 需 求 ， UPF 已 逐 渐 从 运 营 商 的 核 心 层 走 向 行 业 客 户 的 接 入层 。 面 向 行 业 应 用 场 景 ， 需 要 轻 量 化 、 低 成 本 、 灵 活 部 署 的 UPF。 当 前 ， UPF 与控 制 面 （ SMF） 的 接 口 （ N4） 尚 未 完 全 开 放 、 服 务 化 能 力 尚 未 完 全 实 现 ， 一 定 程 度 上 影 响 了 5G 响 应 行 业 客 户 需 求 的 能 力 。 运 营 商 网 络 核 心 侧 的 UPF 需 要 承 载 全量 现 网 业 务 ， 用 户 数 为 百 万 级 以 上 、 业 务 功 能 要 求 全 面 、 容 量 和 性 能 要 求 高 。 这使 得 UPF 部 署 和 维 护 成 本 相 对 较 高 。 UPF 与 SMF 同 厂 商 绑 定 无 法 满 足 边 缘 UPF 轻量 化 、 低 成 本 和 灵 活 的 部 署 需 求 ， 制 约 了 运 营 商 在 垂 直 行 业 对 5G 的 拓 展 。中 国 移 动 提 出 的 Open UPF 合 作 伙 伴 计 划 从 开 放 接 口 、 开 放 设 备 、 开 放 服 务和 开 放 智 能 四 个 方 面 定 义 可 靠 、 可 管 、 灵 活 、 开 放 的 UPF。 本 计 划 通 过 构 建 完 整的 技 术 体 系 以 推 动 产 业 成 熟 、 增 强 网 络 能 力 、 提 升 业 务 开 展 灵 活 性 ， 助 力 5G 融入 百 业 、 服 务 大 众 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 2 2典型应用场景2.1生产制造智 能 制 造 领 域 主 要 的 应 用 场 景 包 括 数 据 采 集 分 析 、 设 备 控 制 ， 产 品 质 量 智 能检 测 等 。数 据 采 集 分 析 。 通 过 现 场 设 备 或 传 感 器 实 现 数 据 实 时 、 准 确 、 完 整 的 传 输 ，处 理 过 程 在 本 地 完 成 ， 这 将 大 大 提 升 处 理 效 率 ， 减 轻 云 端 的 负 荷 。 由 于 更 加 靠 近末 端 设 备 ， 还 可 为 末 端 设 备 提 供 更 快 的 响 应 。 大 流 量 数 据 采 集 的 本 地 处 理 ， 更 可节 约 网 络 传 输 资 源 。 生 产 数 据 属 于 工 厂 的 保 密 信 息 ， 因 此 对 网 络 的 安 全 性 、 隔 离 性 要 求 高 。设 备 控 制 。 生 产 设 备 （ 如 室 外 设 备 ， 机 械 臂 ， 智 能 小 车 ） 的 自 动 控 制 可 以 把劳 动 力 从 恶 劣 、 危 险 的 工 作 环 境 中 解 放 出 来 ， 提 高 劳 动 生 产 率 。 对 于 此 类 生 产 设备 的 控 制 要 求 较 低 的 时 延 与 较 高 的 可 靠 性 ， 以 实 现 精 确 、 灵 敏 的 控 制 。产 品 质 量 智 能 检 测 。 通 过 部 署 工 业 相 机 ， 捕 捉 流 水 线 产 品 图 像 或 视 频 并 传 送至 计 算 平 台 。 结 合 平 台 AI 视 频 识 别 能 力 ， 实 现 图 像 快 速 识 别 、 资 料 分 析 ， 完 成产 品 质 量 检 测 。 高 清 的 视 频 传 输 需 要 网 络 支 持 高 带 宽 的 能 力 。2.2数字园区 数 字 园 区 如 产 业 园 区 、 物 流 园 区 、 都 市 工 业 园 区 、 科 技 园 区 、 创 意 园 区 等 ，信 息 化 改 造 需 求 较 强 ， 通 过 引 入 5G 可 以 为 园 区 提 供 更 精 细 化 的 管 理 和 服 务 手 段 。本 地 数 据 访 问 。 用 户 希 望 通 过 5G 访 问 园 区 数 据 中 心 中 的 业 务 ， 如 校 园 内 网中 的 课 件 、 企 业 私 有 云 的 ERP 系 统 、 公 共 服 务 /政 务 园 区 内 的 医 疗 等 数 据 业 务 。实 时 定 位 。 在 信 息 化 管 理 场 景 中 ， 系 统 希 望 对 进 出 人 员 、 车 辆 信 息 以 及 园 内的 人 员 分 布 有 一 个 全 面 、 及 时 、 准 确 的 掌 握 ， 避 免 安 全 隐 患 、 乃 至 事 故 的 发 生 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 3 接 入 管 理 。 园 区 内 不 同 用 户 对 各 种 业 务 的 访 问 权 限 不 同 ， 出 于 对 安 全 和 保 密的 考 虑 ， 部 分 业 务 需 要 在 5G 网 络 接 入 鉴 权 的 基 础 上 由 企 业 自 主 进 行 二 次 鉴 权 。用 户 接 入 网 络 的 IP 地 址 ， 也 可 按 园 区 内 网 情 况 自 主 分 配 。连 接 管 理 。 在 校 园 内 ， 由 于 有 大 量 的 青 少 年 用 户 ， 因 此 对 网 络 环 境 的 安 全 纯净 提 出 了 特 别 的 要 求 。 当 有 用 户 恶 意 散 布 违 反 国 家 法 律 、 有 害 国 家 安 全 、 不 利 于青 少 年 成 长 的 内 容 时 ， 需 要 及 时 定 位 用 户 并 在 第 一 时 间 切 断 不 健 康 业 务 的 访 问 。2.3智慧安防随 着 5G、 AI 技 术 的 不 断 发 展 ， 安 防 行 业 越 来 越 多 的 数 据 从 云 中 心 迁 移 到 摄 像 头 、 传 感 器 等 “ 边 缘 ” 位 置 ， 用 以 节 省 带 宽 、 提 升 服 务 响 应 速 度 与 可 靠 性 ， 降低 成 本 。 5G 带 给 安 防 4K/8K 等 超 高 清 体 验 ， 并 使 海 量 终 端 接 入 网 络 。近 端 业 务 处 理 。 减 少 在 云 端 之 间 来 回 传 输 数 据 的 需 要 ， 可 实 现 生 物 识 别 、 人群 分 析 等 结 果 的 高 效 处 理 ， 提 高 智 能 安 防 的 落 地 效 率 和 复 制 速 度 ； 摄 像 头 也 可 以将 海 量 监 控 数 据 就 近 存 储 起 来 ， 为 用 户 就 近 提 供 高 速 可 存 可 分 析 的 业 务 体 验 。数 据 安 全 。 业 务 侧 收 集 和 处 理 本 地 数 据 ， 而 不 必 将 这 些 数 据 包 括 敏 感 信 息 经由 网 络 传 输 到 云 端 ， 即 便 云 遭 到 网 络 攻 击 ， 影 响 也 有 限 ， 从 而 保 证 数 据 的 安 全 。实 时 处 理 海 量 数 据 流 。 智 慧 安 防 领 域 接 入 设 备 的 规 模 大 ， 其 中 监 控 摄 像 头 的 监 控 视 频 、 人 脸 识 别 等 大 流 量 业 务 ， 更 是 加 大 了 海 量 的 数 据 流 传 递 ， 同 时 还 需 要分 析 结 果 可 以 实 时 返 回 ， 就 要 求 较 强 的 业 务 数 据 转 发 处 理 能 力 以 及 低 时 延 保 障 。2.4车联网车 联 网 领 域 中 ， 车 载 应 用 、 车 路 协 同 、 自 动 驾 驶 是 典 型 的 应 用 场 景 。车 载 应 用 。 以 辅 助 驾 驶 所 需 的 高 精 度 导 航 地 图 为 例 ， 其 高 实 时 性 的 绘 制 处 理需 要 低 时 延 的 保 障 ， 同 时 该 地 图 数 据 量 是 普 通 地 图 的 105 倍 甚 至 更 多 ， 若 将 大量 数 据 传 回 集 中 部 署 的 云 端 分 析 不 仅 影 响 时 延 ， 也 增 加 了 传 输 成 本 ， 这 就 需 要 网络 支 持 将 流 量 本 地 处 理 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 4 车 路 协 同 。 场 景 需 要 对 弯 道 信 息 （ 弯 道 位 置 ， 速 度 建 议 ， 当 前 路 面 情 况 ， 弯道 曲 率 等 ） 、 临 时 施 工 道 路 、 十 字 路 口 通 行 信 息 、 停 车 场 入 口 控 制 、 车 辆 远 程 诊断 等 各 类 交 通 事 件 进 行 实 时 提 示 ， 则 需 要 网 络 提 供 低 时 延 保 障 ， 避 免 发 生 行 驶 意外 。 车 载 应 用 、 车 路 协 同 场 景 中 ， 都 存 在 需 要 传 输 大 流 量 的 业 务 ， 如 高 清 的 路 况视 频 等 。自 动 驾 驶 ， 高 移 动 性 下 的 业 务 连 续 性 。 自 动 驾 驶 场 景 分 为 车 队 行 驶 、 半 自 动/自 动 驾 驶 、 远 程 驾 驶 、 扩 展 传 感 器 四 大 类 ， 除 了 在 时 延 、 传 输 成 功 率 、 传 输 速率 等 业 务 指 标 方 面 均 有 较 高 外 要 求 （ 各 个 场 景 的 要 求 存 在 一 定 的 差 异 性 ） ， 自 动驾 驶 场 景 的 共 同 点 是 在 于 覆 盖 范 围 广 、 移 动 速 率 快 ， 因 此 要 求 网 络 提 供 高 移 动 性 下 的 连 续 性 保 障 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 5 3 Open UPF愿景3.1总体目标及愿景面 向 行 业 的 UPF 与 传 统 核 心 侧 UPF 具 有 显 著 的 差 异 。 从 第 2 章 节 的 业 务 场 景分 析 可 以 看 出 ， 很 多 行 业 用 户 对 于 流 量 本 地 处 理 、 低 时 延 、 数 据 隔 离 等 都 存 在 不同 程 度 的 需 求 。 从 UPF 的 业 务 能 力 要 求 角 度 分 析 主 要 是 本 地 分 流 、 策 略 管 控 等 ，功 能 要 求 相 对 单 一 。 从 网 络 部 署 的 角 度 则 是 要 求 UPF 进 一 步 下 沉 至 用 户 侧 ， 相 应的 ， UPF 的 服 务 范 围 和 服 务 的 用 户 数 量 也 会 同 步 减 少 。 当 前 运 营 商 部 署 的 UPF 一般 都 是 面 向 全 网 用 户 ， 因 此 功 能 要 求 多 且 需 支 持 较 多 定 制 的 企 标 功 能 ， 对 用 户 体 量 大 、 业 务 类 型 复 杂 的 运 营 商 来 说 ， UPF 的 设 备 容 量 和 性 能 指 标 要 求 也 非 常 高 ，这 些 因 素 直 接 导 致 了 单 台 UPF 的 部 署 价 格 （ 包 括 硬 件 和 软 件 价 格 ） 居 高 不 下 ， 间接 推 高 了 单 用 户 成 本 ， 已 成 为 运 营 商 发 展 行 业 用 户 的 瓶 颈 。中 国 移 动 的 OpenUPF 合 作 伙 伴 计 划 ， 通 过 接 口 开 放 、 设 备 开 放 、 服 务 开 放 、智 能 开 放 ， 促 进 UPF 在 行 业 场 景 中 的 应 用 。 其 核 心 诉 求 是 聚 焦 场 景 、 简 化 UPF功 能 ， 使 得 N4 接 口 的 解 耦 成 为 可 能 。3.2统一架构、开放接口统 一 UPF 架 构 设 计 ， 打 造 开 放 、 标 准 的 5G 控 制 面 和 用 户 面 之 间 的 N4 接 口 ， 构 建 统 一 的 测 试 认 证 体 系 。传 统 核 心 网 的 控 制 面 （ C Plane） 和 用 户 面 (U Plane)未 分 离 。 C/U 之 间 的 接口 为 设 备 内 部 接 口 ， 4G 网 关 实 现 了 C/U 分 离 （ CPUS） 后 ， 仍 然 沿 袭 同 厂 家 部 署的 模 式 。 5G 的 UPF 和 SMF 之 间 的 N4 接 口 亦 如 此 。运 营 商 在 发 展 行 业 客 户 时 ， 其 对 UPF 的 选 择 受 制 于 部 署 位 置 的 控 制 面 功 能（ SMF） 。 即 使 同 一 个 行 业 用 户 ， 当 其 不 同 地 域 的 工 厂 /园 区 选 择 部 署 UPF 时 ， 也需 要 根 据 所 属 地 域 的 控 制 面 选 择 相 应 厂 家 （ 可 能 是 不 同 厂 家 ） 的 UPF。 这 降 低 了 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 6 网 络 部 署 的 灵 活 性 ， 增 加 了 网 络 管 理 的 复 杂 度 ， 限 制 了 5G 网 络 服 务 行 业 客 户 的生 态 发 展 。Open UPF 聚 焦 特 定 场 景 的 、 简 化 的 UPF 能 力 ， 实 现 N4 接 口 解 耦 。（ 1） UPF 基 础 功 能 要 求我 们 建 议 面 向 行 业 用 户 的 UPF 需 支 持 的 基 本 功 能 如 表 3.2.1 所 示 。表 3.2.1 行 业 UPF需 支 持 的 基 本 功 能业 务 功 能 功 能 介 绍 数 据 转 发 IP（ 包 括 IPv4 和 IPv6） 会 话 的 数 据 转 发 、 GTP-U 隧 道 加 解 封 装N4 偶 连 管 理 UPF 和 SMF 偶 连 关 系 的 建 立 、 更 新 、 释 放 以 及 上 报PFCP 会 话 管 理 PFCP 会 话 的 建 立 、 修 改 和 删 除 ， 基 于 会 话 的 信 息 上 报 ， IP 地 址和 F-TEID 分 配用 户 面 管 理 DiffServ 功 能 ， 下 行 数 据 缓 存 ， Endmarker 构 造 ， 精 确 路 由QoS 支 持 基 于 QoS 参 数 的 QoS 控 制 、 传 输 参 数 映 射 ， QoS Flow 标 记业 务 规 则 处 理 业 务 规 则 下 发 的 接 收 和 处 理报 文 识 别 支 持 对 报 文 进 行 不 同 协 议 层 次 （ 从 三 层 到 七 层 ） 的 业 务 分 析 以 及 识 别 规 则 配 置 ， 七 层 协 议 识 别 支 持 HTTP 等 常 见 协 议本 地 分 流 行 业 专 享 本 地 UPF 或 UL CL 分 流移 动 性 管 理 N2/Xn 切 换 、 业 务 请 求 时 插 入 、 更 改 和 删 除 I-UPF 的 能 力门 控 对 数 据 报 文 执 行 转 发 或 丢 弃 、 带 宽 控 制计 费 基 于 流 量 的 计 费 测 量 ， 包 括 离 线 计 费 和 在 线 计 费故 障 管 理 对 节 点 故 障 、 会 话 故 障 和 路 径 故 障 的 处 理 和 恢 复除 以 上 基 本 功 能 外 ， 还 可 根 据 行 业 客 户 的 需 求 按 需 支 持 以 太 网 数 据 传 输 、 头 增 强 、 白 名 单 、 重 定 向 、 Framed Routing、 GRE/L2TP/IPSec 隧 道 等 功 能 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 7 为 匹 配 不 同 业 务 场 景 的 业 务 规 模 ， 行 业 UPF 应 可 提 供 不 同 吞 吐 量 规 格 的 设 备 。对 于 行 业 业 务 类 型 相 对 简 单 的 情 况 ， 可 降 低 UPF 的 性 能 指 标 要 求 ， 如 减 少 业 务 规则 配 置 的 数 量 要 求 等 。 表 3.2.2 是 中 国 移 动 建 议 的 初 期 四 种 行 业 UPF 配 置 模 型 的设 备 指 标 。 表 3.2.2 行 业 UPF在 不 同 配 置 模 型 下 的 性 能 要 求设 备 性 能 要 求 模 型 一 模 型 二 模 型 三 模 型 四PFCP 会 话 数 0.1 万 0.5 万 10 万 50 万系 统 吞 吐 量 5Gbps 10Gbps 50Gbps 100Gbps DNN/APN 个 数 300 个 300 个 3000 个 3000 个（ 2） N4 接 口 解 耦当 前 3GPP 标 准 对 N4 接 口 的 定 义 存 在 多 种 可 选 实 现 ， 定 义 不 完 整 全 面 ， 导 致不 同 产 品 在 协 议 实 现 上 的 差 异 。 为 实 现 N4 接 口 的 解 耦 ， 在 面 向 行 业 简 化 的 UPF功 能 的 基 础 上 ， 通 过 如 下 三 个 途 径 达 到 ： 对 于 标 准 中 定 义 了 多 种 可 选 方 案 的 功 能 ， 进 行 方 案 对 比 后 选 择 更 优 方 案 ，统 一 技 术 实 现 ， 如 IP 地 址 分 配 、 F-TEID 分 配 、 传 递 等 ； 对 于 标 准 定 义 不 清 晰 的 功 能 或 字 段 ， 明 确 使 用 方 法 ， 如 NetworkInstance字 段 、 预 定 义 规 则 和 动 态 规 则 下 发 等 ； 对 于 标 准 定 义 无 法 满 足 需 求 或 未 定 义 的 功 能 ， 通 过 复 用 已 有 字 段 或 扩 展Vendor IE 实 现 ， 如 头 增 强 功 能 、 L2TP 功 能 等 。N4 接 口 的 功 能 、 信 令 流 程 以 及 参 数 要 求 具 体 可 参 见 中 国 移 动 企 业 标 准 面向 垂 直 行 业 的 N4 接 口 规 范 。UPF 的 功 能 定 制 和 N4 接 口 的 解 耦 会 对 SMF 有 相 关 功 能 要 求 。 而 考 虑 到 网 络建 设 和 维 护 成 本 等 因 素 ， SMF 通 常 需 要 同 时 管 理 通 用 UPF 和 简 化 的 行 业 UPF。 为 此 ， 需 要 在 一 些 基 础 功 能 上 尽 量 使 得 运 营 商 网 内 UPF 保 持 一 致 ， 避 免 对 控 制 面 功 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 8 能 频 繁 的 定 制 化 改 造 。 此 外 ， 在 网 络 运 维 中 ， UPF 和 SMF 解 耦 后 在 问 题 定 位 、 网络 规 划 等 方 面 也 需 要 考 虑 诸 如 二 者 更 好 的 协 同 等 问 题 。3.3规范平台、开放设备合 作 开 展 软 硬 件 参 考 设 计 ， 规 范 面 向 不 同 典 型 场 景 的 硬 件 规 格 ， 共 同 定 义UPF 功 能 基 线 要 求 ； 实 现 UPF 灵 活 的 按 需 定 制 能 力 。行 业 客 户 往 往 存 在 定 制 需 求 ， 功 能 迭 代 频 繁 ， 针 对 突 发 需 求 要 求 网 络 能 随 业务 快 速 生 成 、 扩 容 、 迭 代 、 更 新 。 部 分 场 景 还 有 边 缘 计 算 的 需 求 ， 要 求 UPF 支 持面 向 第 三 方 业 务 的 能 力 开 放 ， 对 外 提 供 IaaS 与 PaaS 能 力 。 因 此 ， 边 缘 UPF 建 议 按 照 虚 拟 化 （ 包 括 容 器 化 ） 形 态 部 署 。 在 硬 件 形 态 选 择 上 ， 可 根 据 不 同 的 业 务 场景 选 择 服 务 器 与 交 换 机 两 种 硬 件 方 案 。服 务 器 形 态 UPF 以 通 用 CPU+专 用 加 速 芯 片 （ ASIC、 SOC、 FPGA、 NP 等 ） 为 核心 处 理 单 元 。 这 既 适 用 于 功 能 复 杂 ， 性 能 要 求 较 高 的 场 景 ， 又 可 用 于 功 能 较 简 单 ，性 能 要 求 一 般 的 场 景 ， 当 前 业 界 主 流 核 心 网 厂 商 产 品 均 以 此 形 态 呈 现 。交 换 机 形 态 UPF主 要 用 于 中 低 端 通 用 CPU加 交 换 芯 片 的 白 盒 交 换 机 硬 件 架 构中 。 通 过 通 用 CPU 实 现 虚 拟 化 ， 利 用 交 换 芯 片 卸 载 UPF 部 分 转 发 功 能 ， 适 合 在 多端 口 、 低 成 本 、 低 功 耗 的 场 景 中 应 用 。 （ 一 ） 服 务 器 方 案（ 1） 服 务 器在 部 分 园 区 场 景 下 ， 机 房 在 防 尘 、 空 间 、 供 电 、 承 重 方 面 条 件 受 限 ， 服 务 器需 考 虑 数 据 中 心 的 尺 寸 、 较 苛 刻 的 温 湿 度 、 腐 蚀 气 体 、 清 洁 度 、 抗 震 、 抗 电 磁 干扰 的 条 件 要 求 。 按 照 不 同 的 业 务 场 景 统 一 不 同 CPU 平 台 的 配 置 模 型 ， 使 硬 件 更 亲和 业 务 。 服 务 器 需 要 具 备 扩 展 性 ， 包 括 内 存 插 槽 与 PCIE 插 槽 的 扩 展 。（ 2） 虚 拟 层 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 9 为 满 足 UPF 电 信 级 管 理 、 可 靠 性 要 求 ， VIM 建 议 具 备 轻 量 化 、 认 证 管 理 、 虚拟 机 模 板 /规 格 /生 命 周 期 管 理 、 裸 机 管 理 、 秘 钥 管 理 、 存 储 卷 及 快 照 管 理 、 网 络资 源 管 理 、 加 速 器 管 理 等 功 能 。 VIM 版 本 建 议 基 于 开 源 社 区 OpenStack Train 版本 ， 或 北 向 接 口 匹 配 OpenStack Train 版 本 的 商 业 虚 拟 化 管 理 器 。Hypervisor 建 议 采 用 实 时 性 内 核 ， 支 持 实 时 性 Guest OS、 CPU 模 式 设 定 、CPU 核 绑 定 、 NUMA/PCINUMA 亲 和 性 、 虚 拟 机 亲 和 性 /反 亲 和 性 组 、 虚 拟 网 卡 多 队列 、 VLAN 透 传 、 加 速 器 （ SR-IOV,GPU,FPGA） 等 功 能 ， 按 需 满 足 行 业 UPF 的 功 能和 性 能 要 求 。 （ 3） 容 器 层容 器 层 管 理 软 件 建 议 采 用 基 于 开 源 Kubernetes 并 增 强 。 建 议 运 行 容 器 的 操作 系 统 基 于 开 源 标 准 Linux进 行 增 强 ， 支 持 满 足 标 准 OCI和 CRI标 准 的 容 器 运 行 。容 器 平 台 需 支 持 应 用 及 各 种 资 源 对 象 的 编 排 ， 底 层 网 络 、 存 储 的 编 排 ， 以 及 租 户管 理 等 功 能 ， 以 实 现 针 对 容 器 化 UPF 的 整 个 生 命 周 期 管 理 。 UPF 的 容 器 平 台 应 具备 数 据 库 、 消 息 队 列 ， 中 间 件 、 微 服 务 间 通 信 及 治 理 等 服 务 能 力 ， 构 建 可 对 外 提供 平 台 通 用 服 务 能 力 的 开 放 的 PaaS 平 台 。（ 4） 硬 件 加 速 在 对 UPF 吞 吐 与 时 延 要 求 不 高 的 场 景 ， 可 考 虑 使 用 软 硬 件 结 合 的 加 速 方 案 。建 议 采 用 标 准 网 卡 的 自 动 散 列 等 功 能 与 CPU 具 备 的 频 率 负 载 调 配 功 能 提 升 UPF性 价 比 。 在 对 UPF 各 项 指 标 要 求 严 格 的 场 景 ， 可 考 虑 使 用 硬 件 加 速 技 术 ， 加 速 硬件 的 选 型 需 考 虑 该 款 硬 件 的 高 并 发 、 低 时 延 处 理 的 能 力 ， 支 持 加 速 功 能 的 灵 活 调整 ， 因 此 推 荐 使 用 FPGA 智 能 网 卡 作 为 标 准 加 速 硬 件 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 10 （ 二 ） 交 换 机 方 案现 代 交 换 机 设 计 包 含 CPU 和 交 换 芯 片 两 大 组 件 。 利 用 交 换 芯 片 来 卸 载 CPU的 部 分 数 据 处 理 任 务 则 可 以 在 提 升 系 统 的 处 理 能 力 的 同 时 释 放 CPU 资 源 用 于 核心 任 务 处 理 。考 虑 到 边 缘 机 房 在 物 理 空 间 有 限 、 电 源 供 给 不 足 、 通 风 状 况 不 佳 等 现 实 问 题 ，尤 其 是 对 于 下 沉 到 工 厂 矿 区 的 边 缘 设 备 ， 采 购 成 本 和 运 维 成 本 将 直 接 影 响 业 务 方案 是 否 能 够 落 地 。 基 于 白 盒 交 换 机 的 UPF 方 案 可 以 提 升 部 署 效 率 。 同 时 ， 合 理 利用 交 换 机 内 部 的 CPU 和 交 换 芯 片 可 实 现 高 效 的 面 向 垂 直 行 业 的 行 业 UPF。 基 于 交 换 机 实 现 的 UPF 方 案 在 分 组 路 由 和 转 发 、 GTP 隧 道 处 理 以 及 根 据 用 户 面 策 略 进 行分 流 等 方 面 都 具 有 优 势 。 综 合 功 耗 、 散 热 以 及 空 间 等 因 素 ， 交 换 机 方 案 有 助 于 降低 整 体 成 本 和 功 耗 ， 同 时 提 升 系 统 的 处 理 能 力 。3.4面向行业、开放服务通 过 UPF 开 放 更 多 网 络 基 础 能 力 ， 如 位 置 、 认 证 、 数 据 采 集 等 为 行 业 提 供 增值 服 务 。 实 现 定 制 的 功 能 模 块 、 开 放 的 API 让 UPF 为 行 业 客 户 赋 能 。从 不 同 场 景 的 差 异 化 需 求 可 以 看 出 ， 仅 仅 满 足 基 础 功 能 的 行 业 UPF 是 不 够 的 。UPF 还 需 进 一 步 增 强 定 制 化 能 力 ， 因 此 我 们 提 出 通 过 开 放 服 务 来 满 足 行 业 用 户 多 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 11 样 化 的 需 求 ， 为 行 业 用 户 提 供 基 础 以 及 增 值 服 务 。图 3.4.1 UPF 开 放 服 务 架 构 图 如 图 3.4.1， 我 们 提 出 了 UPF 开 放 服 务 的 架 构 图 。 UPF 的 服 务 开 放 分 为 两 部分 ， 基 础 服 务 与 增 值 服 务 。基 础 服 务 ， 是 基 于 3GPP 标 准 提 供 的 5GUPF 基 础 能 力 ， 即 表 3.2.1 中 需 要 支持 的 功 能 ， 包 括 GTP 隧 道 封 装 及 解 封 装 ， PFCP 偶 联 建 立 、 更 新 、 释 放 、 心 跳 检测 等 N4 节 点 管 理 功 能 ， N4 会 话 建 立 、 更 新 、 释 放 等 会 话 管 理 功 能 ， 本 地 分 流 ，转 发 策 略 、 QoS 策 略 等 策 略 控 制 功 能 ， 数 据 包 缓 存 及 转 发 等 基 础 功 能 。增 值 服 务 ， 是 网 络 信 息 以 及 网 络 配 置 能 力 的 开 放 。 通 过 动 态 及 预 配 置 策 略 确认 可 开 放 的 网 络 配 置 能 力 开 放 给 企 业 用 户 ， 给 予 企 业 更 丰 富 的 能 力 ， 更 大 的 自 主 控 制 权 。 其 中 ， 能 力 开 放 功 能 NEF 可 以 按 需 部 署 在 核 心 或 网 络 边 缘 。UPF 获 取 的 信 息 如 定 位 信 息 ， 通 过 网 络 能 力 开 放 功 能 NEF 开 放 给 第 三 方 。 当园 区 网 AAA 服 务 器 需 要 对 用 户 进 行 二 次 鉴 权 ， 则 在 会 话 建 立 过 程 中 UPF 从 SMF处 获 取 用 户 的 二 次 鉴 权 信 息 并 转 发 给 企 业 服 务 器 。 类 似 的 ， 还 可 以 配 置 支 持 企 业用 户 自 主 分 配 IP 地 址 的 策 略 ， 即 UPF 开 放 地 址 分 配 的 服 务 。 在 用 户 接 入 企 业 园区 网 络 时 ， 企 业 服 务 器 为 其 分 配 IP 地 址 。 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 12 对 于 需 要 网 络 高 可 靠 保 障 的 工 厂 场 景 ， UPF 可 以 扩 展 支 持 TSN 来 保 障 生 产 需要 。 在 硬 件 允 许 的 情 况 下 ， 可 以 通 过 软 件 升 级 的 方 式 ， 让 企 业 自 主 完 成 UPF 功 能更 新 、 升 级 。UPF 将 通 过 统 一 接 口 的 方 式 来 完 成 企 业 用 户 对 开 放 服 务 的 订 阅 与 调 用 。 同 时 ，UPF 的 开 放 服 务 还 可 以 提 供 给 边 缘 计 算 平 台 MEP、 能 力 开 放 平 台 ， 支 持 边 缘 计 算平 台 将 开 放 服 务 直 接 提 供 给 边 缘 应 用 或 者 对 服 务 数 据 进 行 加 工 后 提 供 给 边 缘 应用 。 UPF 获 取 的 数 据 在 获 得 授 权 后 ， 也 可 以 反 馈 给 NEF、 NWDAF、 网 管 平 台 ， 作 为 基 础 数 据 助 力 核 心 网 智 能 信 息 分 析 及 处 理 ， 灵 活 调 整 网 络 开 放 能 力 ， 加 强 大 数 据平 台 分 析 结 果 的 准 确 性 ， 更 好 的 优 化 网 络 配 置 策 略 。3.5面向演进、开放智能共 同 研 究 面 向 更 加 灵 活 和 智 能 化 的 UPF 架 构 ， 实 现 接 口 、 功 能 、 网 络 可 编 程 。将 智 能 融 合 到 UPF 的 设 计 中 ， 用 网 络 的 智 能 化 为 产 业 界 的 发 展 打 开 想 象 的 空 间 。5G 网 路 中 多 中 接 入 方 式 并 存 协 同 、 云 化 分 层 解 耦 故 障 定 位 、 业 务 服 务 化 后状 态 的 全 息 感 知 、 承 载 网 的 按 需 适 配 调 度 等 ， 使 得 网 络 管 理 和 优 化 的 复 杂 度 、 难度 都 将 大 大 增 加 ， 需 要 引 入 AI 提 升 管 理 的 自 动 化 和 智 能 化 水 平 ， 降 低 人 工 干 扰 因 素 ， 提 升 网 络 的 服 务 质 量 和 业 务 体 验 。 UPF 作 为 衔 接 接 入 侧 和 数 据 网 络 侧 的 枢纽 ， 更 是 成 为 网 络 智 能 调 控 的 关 键 节 点 ， 将 智 能 开 放 融 合 到 UPF 的 设 计 中 ， 可 利用 网 络 的 智 能 化 助 力 行 业 的 发 展 。 如 UPF 需 要 能 够 提 供 多 功 能 、 细 小 粒 度 的 接 口 ，配 合 智 能 网 络 模 型 完 成 数 据 的 监 控 采 集 和 优 化 策 略 下 发 ， 同 时 需 要 提 供 智 能 运 维手 段 ， 包 括 智 能 故 障 定 位 、 智 能 性 能 异 常 检 测 、 智 能 网 络 巡 检 。为 了 支 持 丰 富 的 业 务 场 景 ， 满 足 不 同 场 景 迥 异 的 业 务 需 求 ， 需 研 究 面 向 更 加灵 活 和 智 能 化 的 UPF 架 构 ， 实 现 接 口 、 功 能 、 网 络 可 编 程 ， 实 现 在 降 低 成 本 的 同时 还 兼 顾 数 据 面 的 高 性 能 和 控 制 面 的 高 度 灵 活 性 。 通 过 开 放 转 发 面 网 元 硬 件 加 速接 口 ， UPF 实 现 将 稳 定 和 逻 辑 简 单 的 功 能 卸 载 到 智 能 网 卡 ， 将 计 算 资 源 预 留 给 逻 中 国 移 动 5G Open UPF 及 N4 接 口 解 耦 白 皮 书 （ 第 一 版 ） 13 辑 复 杂 的 场 景 适 配 。 同 时 ， 可 进 一 步 开 放 UPF 控 制 面 和 数 据 面 之 间 的 南 向 接 口 ，促 进 数 据 面 模 块 化 、 白 盒 化 ， 从 而 减 低 研 发 难 度 ， 减 少 研 发 周 期 ， 降 低 研 发 成 本 ，进 而 调 动 新 业 务 新