5G與各行各業(yè)的“連接點”：UPF

5G最大的價值之一，在于助力各行各業(yè)數字化網絡化智能化轉型。隨著運營商前期諸多行業(yè)典型項目的沉淀以及5G SA的規(guī)模商用，預計在即將到來的2021年，政企客戶對于5G專網的需求將逐步呈現出爆發(fā)的發(fā)展態(tài)勢。

政企客戶對于應用的大帶寬、低時延、高可靠、高安全有很大需求，從而迫切需要能夠實現拉近距離降時延、本地計算省帶寬、數據隔離保安全、算力卸載降成本的解決方案。如下圖所示，5G SA核心網具有顛覆性的架構設計，通過基于服務的架構（SBA）、切片、控制面和用戶面分離等，結合云化技術，實現網絡的定制化、開放化、服務化，支持本地化、大流量、廣連接和低時延的萬物智聯需求。

筆者在上圖中把一個5G核心網網元用紅色框標識了出來，即UPF。作為5G核心網的用戶面功能，UPF最為核心的功能是系統內外移動性錨點、分組數據的路由與轉發(fā)——將流量路由到數據網絡。——在上行鏈路，承載用戶數據的信號從UE發(fā)出后經過無線信道傳輸到5G基站，5G基站將用戶數據封裝到GTP-U報文中然后通過N3接口發(fā)送給UPF，UPF從GTP-U報文中得到UE發(fā)出的業(yè)務數據，根據路由信息進行轉發(fā)，通過N6接口發(fā)送到數據網絡（DN）；下行鏈路反之。

上圖所示的架構中，5G核心網采用服務化網絡架構和SDN/NFV技術實現網絡重構，將控制面功能（包括AMF和SMF等）和用戶面功能（UPF）分離。統一的控制面功能部署在中心云，實現集中管控運營；分布式的UPF則可根據業(yè)務需要部署在省級中心、城域中心、區(qū)縣中心和企業(yè)園區(qū)，部署在邊緣的UPF可以通過與MEC平臺融合，實現業(yè)務數據本地卸載分流，滿足低時延業(yè)務場景需求，有利于按需快速部署業(yè)務。

由此可見UPF擁有不可或缺的重要性。作為5G數據處理和轉發(fā)的核心，UPF常被形象地比喻為5G用戶數據流量接入行業(yè)客戶網絡的“橋梁”、5G與垂直行業(yè)的連接點、運營商服務垂直行業(yè)的“橋頭堡”、運營商拓展5G ToB市場的“鑰匙”、5G驅動垂直行業(yè)發(fā)展的發(fā)力點等等。

隨著5G邊緣計算落地與拓展，UPF已逐漸從運營商網絡的核心網走向接入層并下沉到網絡邊緣，成為運營商服務垂直行業(yè)的“第一窗口”，在更接近網絡邊緣的地方進行數據處理，提高帶寬效率、減少網絡阻塞和延遲、提升用戶體驗并簡化網絡、節(jié)省運維，有著巨大的潛在市場空間。

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Open UPF：釋放出5G 2B的最大潛力

不少垂直行業(yè)出于對網絡安全考量，對管理控制有著極高要求，但運營商傳統移動通信網絡完備的核心網體系和軟件功能非常龐大且復雜，導致有很高的技術門檻和昂貴的價格。行業(yè)專網的需求本質是希望建設一張可獨享、安全可靠、低成本的定制網絡，因此行業(yè)專網內的網元功能要求相對簡單且某些性能要求不高——以UPF為例，現階段主流廠家的UPF相對厚重、研發(fā)成本高、價格昂貴，不利于5G在垂直行業(yè)的拓展，垂直行業(yè)客戶需要定制化、低成本、輕量級的UPF，從而在不同場景的應用中可以按需裁剪掉UPF中的一些可選功能（比如DPI、內容計費、支持接入IMS等）。

在上圖所示的5G網絡架構中，5G核心網的控制面與UPF分離，UPF與5G核心網的控制面會話管理功能SMF通過N4接口通信。垂直行業(yè)客戶迫切需要運營商具備快速滿足其定制化需求的能力。但是傳統核心網的控制面與用戶面之間的接口實質上是設備內部（私有）接口，是完全耦合的，UPF和SMF之間的N4接口也是如此，這種緊耦合降低了UPF與5G網絡部署的靈活性，被控制面云化所綁定的UPF無法按場景、按需求來部署，不同廠家的SMF和UPF以及網管系統難以實現互聯互通，運營商在向垂直行業(yè)的拓展中也極易被傳統的核心網設備廠商綁定，無法向垂直行業(yè)實現網絡與能力開放，極大限制了5G網絡服務各行各業(yè)客戶的生態(tài)發(fā)展。

解耦N4接口對于運營商快速、降本增效的滿足垂直行業(yè)的多樣化需求可產生“神助攻”。比如，大規(guī)模企業(yè)為不同地域的工廠/園區(qū)/分部辦公地點部署UPF，引入5G LAN等功能，可降低高成本定制不同廠家UPF以及后期運維復雜度，進而基于解耦和開放的N4接口以一種類型UPF即可滿足需求。

此外，邊緣計算對于5G核心網的要求就是SMF與UPF之間支持N4接口開放，來滿足異廠家的互操作。為了滿足垂直行業(yè)客戶對于網絡專用化、功能定制化、設備輕量化、部署靈活化等的迫切需求，5G微信公眾平臺（ID：angmobile）觀察到，今年1月3日，中國移動啟動了一項重要的5G開放合作伙伴計劃——Open UPF（面向垂直行業(yè)的5G UPF及N4接口開放合作伙伴計劃），致力于打造可靠、可管、靈活、開放的5G OpenUPF，構建開放產業(yè)生態(tài)，助力5G賦能垂直行業(yè)。在3月11日，中國移動正式發(fā)布《5G OpenUPF白皮書暨N4解耦規(guī)范（Phase 1）》，明確了5G OpenUPF可管、可控、靈活、開放的發(fā)展目標，努力解決UPF融入垂直行業(yè)存在的設備功能復雜、容量起步過大、與SMF同廠家綁定“三大障礙”，期望最終能降本增效地滿足垂直行業(yè)客戶的多樣化訴求。

據了解，新華三集團作為第一批參與到中國移動Open UPF規(guī)范的討論和制定的科技企業(yè)，以開放的姿態(tài)積極推動UPF設備的功能和性能實現按需簡化、統一架構、接口開放等創(chuàng)新突破，助力中國移動UPF解耦工作，為運營商未來面向各行各業(yè)的5G業(yè)務拓展打開局面。

在中國移動面向5G專網所明確的“優(yōu)享”、“專享”、“尊享”三種服務模式中，開放的輕量化UPF可為專享模式提供更靈活的網絡方案。5G微信公眾平臺（ID：angmobile）了解到，在第一批參與到中國移動的Open UPF計劃后，新華三集團積極響應Open UPF功能和性能實現按需簡化、統一架構、接口開放，依托中國移動N4解耦系列規(guī)范積極推進Open UPF相關設備的技術研發(fā)工作，成為了業(yè)內第一家完成N4接口解耦測試的5G UPF提供商——今年9月份，在中國移動的組織下，新華三UPF與其他5G核心網主設備廠商共同完成業(yè)內首對 N4接口商用設備解耦的測試，充分驗證了異廠家UPF和SMF的N4接口解耦對接的可行性，以及新華三UPF網元的網絡連接、策略管理、計費和數據轉發(fā)能力，成為中國移動推進Open UPF服務政企客戶道路上的一個“里程碑”事件，為未來中國移動面向政企行業(yè)提供邊緣計算業(yè)務與算力資源奠定了堅實的基礎。

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與MEC共平臺，Open UPF讓5G邊緣更加輕量化

一方面，5G+千行百業(yè)迫切要求新業(yè)務能夠快速開發(fā)并上線，并要求基于實際業(yè)務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等，這要求UPF支持面向第三方業(yè)務的能力開放，對外提供IaaS與PaaS能力。可以預見將來海量部署于網絡邊緣側的UPF，采用通用硬件可實現對資源的充分靈活共享、降低5G核心網建設難度、打破傳統封閉的網絡架構，將邊緣網絡基礎設施的多種能力開放給第三方應用，極大激活邊緣智能的價值。

另一方面，運營商5G邊緣云節(jié)點在空間、供電、承重等方面存在著很強的物理約束，這個特點使得邊緣無法復制核心云端的大量資源、大規(guī)模部署模式，在邊緣云具體部署實現時，必須要考慮在有限空間、供電資源、承重能力這些前提下滿足業(yè)務對UPF的性能需求。

通過引入虛擬化技術，可使UPF部署在通用服務器資源池內，不再依賴于專用硬件，獲得對資源的充分靈活共享、新業(yè)務的快速開發(fā)和上線等優(yōu)點，并基于實際業(yè)務需求實現自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等功能。此外，MEC為應用和服務打開了網絡邊緣，使得通信網絡可以轉變?yōu)槠渌袠I(yè)和特定客戶群的多功能服務平臺，因此邊緣UPF的建設方案需要同時考慮MEC場景中的業(yè)務需求——下沉到邊緣機房的UPF如果與邊緣計算業(yè)務共資源池部署，通過云化可實現業(yè)務的靈活部署和資源最大程度的共享，從而能夠從容應對邊緣機房的空間、環(huán)境和承重等物理約束。5G微信公眾平臺（ID：angmobile）了解到，新華三移動邊緣計算網關（Open UPF）以邊緣云資源池（通用OTII服務器）提供的計算和存儲能力實現5G網絡UPF用戶面網關功能與MEC共平臺部署。

此外，部署在5G網絡邊緣的UPF應具備電信級安全防御能力。在網絡安全方面支持網絡不同安全域隔離功能、支持內置接口安全功能和支持信令數據流量控制。在組網安全方面支持業(yè)務平面、存儲平面、管理平面的物理或邏輯隔離，根據業(yè)務需求實施安全域的物理/邏輯隔離，根據業(yè)務訪問需求設置DMZ區(qū)，設置UPF與行業(yè)應用的安全邊界。在業(yè)務安全方面支持防御移動終端發(fā)起的DDoS等攻擊行為、協議控制功能、移動終端地址偽造檢測、同一個UPF下的終端互訪策略、UPF流量控制、內置安全功能和支持海量終端異常流量檢測。據悉，新華三作為三大運營商5G核心網主要安全供應商，也提供了整套的邊緣云安全防御解決方案。

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Open UPF：將迎來5G+各行各業(yè)新氣象

2021年將是5G SA專網規(guī)模商用落地的元年。5G原生的邊緣計算融合網絡、計算、存儲在網絡的邊緣側提供連接+計算服務，而UPF下沉到網絡邊緣側乃至園區(qū)為邊緣計算的落地和發(fā)展提供了良好的網絡基礎。在實現按需簡化、統一架構、接口開放的5G Open UPF之后，電信網絡運營商將能夠在網絡邊緣側形成更加完善的行業(yè)場景化解決方案，打通面向政企客戶的5G網絡最優(yōu)數據通道，為面向各行各業(yè)的5G融合創(chuàng)新應用拓展打開全新局面。

原文標題：來了！5G向垂直行業(yè)拓展的殺手锏

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責任編輯：haq