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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xié)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(tǒng)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