5G_Open_UPF及N4接口解耦白皮书_24页_894kb

5G Open UPF 及 N4 接口解耦白皮书总结

核心内容概述

本白皮书由中国移动研究院发布，旨在阐述Open UPF（用户面功能）及其与N4接口解耦的重要性，从垂直行业的典型业务场景出发，提出Open UPF合作伙伴计划的驱动力、功能要求、安全要求、产业推进计划及未来展望。该计划通过接口开放、设备开放、服务开放、智能开放四个维度，推动UPF在行业场景中的灵活部署与应用。

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主要观点

1. UPF是5G拓展行业市场的关键

• UPF作为5G核心网的重要功能，负责数据处理、路由等核心任务，是连接运营商与垂直行业的桥梁。
• 随着5G边缘计算的发展，UPF逐渐下沉至行业客户接入层，以满足本地分流、低时延、数据隔离等需求。
• 当前UPF与SMF同厂商绑定，限制了部署灵活性，增加了网络管理复杂度，成为运营商拓展行业应用的瓶颈。

2. Open UPF合作伙伴计划的愿景

• 通过接口开放、设备开放、服务开放、智能开放，打造灵活、开放、可管、可靠的UPF体系。
• 重点聚焦行业场景需求，简化UPF功能，实现N4接口解耦，提升网络对行业应用的响应能力。

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关键信息

1. 典型应用场景

场景	核心需求
生产制造	数据本地处理、低时延、数据隔离
数字园区	本地数据访问、实时定位、接入管理、连接管理
智慧安防	本地分流、大流量处理、数据安全、实时分析
车联网	流量本地处理、高移动性下的连续性保障

2. Open UPF 基础功能要求

功能模块	功能描述
数据转发	支持IP（IPv4/IPv6）会话数据转发及GTP-U隧道加解封装
N4偶连管理	UPF与SMF偶连关系的建立、更新、释放及上报
PFCP会话管理	支持PFCP会话的建立、修改、删除，以及IP地址和F-TEID分配
用户面管理	DiffServ功能、下行数据缓存、精确路由、Endmarker构造
QoS	支持QoS控制、传输参数映射、QoS Flow标记
本地分流	支持行业专享本地UPF或ULCL分流
移动性管理	支持N2/Xn切换、业务请求时插入、更改和删除I-UPF的能力
门控	支持数据报文转发或丢弃、带宽控制
计费	支持基于流量的计费测量，包括离线和在线计费
故障管理	支持节点、会话、路径故障的处理与恢复

3. N4接口解耦策略

• 统一技术实现标准，优化协议实现。
• 明确标准定义不清晰的功能使用方式。
• 对标准未定义的功能，通过复用字段或扩展VendorIE实现。

4. 服务器与交换机两种部署方案

• 服务器方案：通用CPU+专用加速芯片（如ASIC、FPGA等），适用于高性能、高复杂度场景。
• 交换机方案：中低端CPU+交换芯片，适合多端口、低成本、低功耗场景，支持白盒交换机架构。

5. 服务开放与智能开放

• 基础服务：包括GTP隧道封装、PFCP会话管理、本地分流、QoS策略等。
• 增值服务：支持企业二次鉴权、IP地址分配、TSN扩展等。
• 智能开放：通过开放南向接口、构建可编程UPF、实现数据面与控制面解耦，提升运维自动化和智能化水平。

6. Open UPF 安全要求

安全维度	要求说明
组网安全	支持管理、业务、存储三平面隔离，支持IPSec和虚拟防火墙功能
物理安全	防拆、防盗、防恶意断电、防篡改等，支持可信启动与远程度量
基础设施安全	对操作系统、中间件、数据库等进行安全加固，支持虚拟机/容器安全隔离
接口安全	支持SMF等通信对端认证，API调用认证与授权
数据安全	支持传输数据的机密性和完整性保护，敏感数据加密存储，访问控制
策略冲突检查	支持SMF下发策略的冲突检查
信令过载限制	限制SMF与UPF之间的信令流，防止过载

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产业推进计划

阶段一：启动与规范发布

• 2020年1月3日，中国移动启动Open UPF与N4解耦合作伙伴计划。
• 发布技术白皮书与规范要求，制定UPF最简功能集与N4接口标准。

阶段二：接口与设备开放

• 推动N4接口互通测试，优化接口规范，完善原型产品。
• 推进试点部署，选择可商用场景，验证产品能力与服务模式。
• 发布参考设计，统一软件功能与硬件规格，降低部署难度。

阶段三：服务与智能开放

• 构建面向行业可设计的服务开放架构，提升UPF的敏捷性与智能化。
• 推动UPF智能架构设计，实现网络可编程与数据面独立升级。
• 建立行业开放平台，促进生态繁荣。

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行业组织建议

1. 制定更明确的行业规范：建议3GPP等组织在标准制定中减少可选方案，明确参数与格式定义，以适应行业需求。
2. 推动跨行业合作：借助GSMA、5GACIA、5GAA等组织影响力，推动跨厂家UPF与SMF对接测试，明确垂直行业对UPF的功能、接口、管理与安全需求。

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展望与愿景

• 5G SA网络及其支持的网络切片、边缘计算、专网、虚拟网络等特性，为行业应用提供了广阔的发展空间。
• Open UPF计划将推动5G与垂直行业的深度融合，助力行业数字化、智能化转型。
• 通过分阶段推进，逐步实现UPF的灵活部署、开放接口、智能运维，增强运营商对行业的服务能力。