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UPF

Name: UPF
Brand: IPLOOK

UPF(User Plane Function), 用戶數據面功能實體，是 5GC 核心網中負責用戶數據報文處理的單元，支持 GTP-U/C 與 PFCP 等協議接口與 5GC 其他網元通信。

隨著?5G?的商用推進，4K/8K?高清視頻、云游戲、遠程駕駛、工業控制等?eMBB/URLLC?應用需求也日趨緊迫，它們對網絡提出了超低時延、超大帶寬的要求。而這些性能需求與?UPF?緊密相關，需要?UPF?提供高效的數據處理和轉發。

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產品優勢

高吞吐量
單個UPF實例吞吐量可達100Gbps

云原生設計
遵循3GPP標準，基于NFV和容器化架構，實現資源高效利用

高性能
具備高性能DPI能力，采用DPDK實現高速數據轉發處理

低時延
完全自動化，實現端到端低時延和更高的成本效益

多場景靈活部署
支持5G邊緣云、混合4G/5G組網、分布式、虛擬化按需部署

99.999%高可靠性
采用統一軟件平臺架構，保證系統的高穩定性和可靠性

UPF 分流技術

UPF 網元在整個 5GC 核心網中，是唯一處理用戶數據面數據的網元，通過 N3 與 gNB 進行連接，通過 N4 接口與 SMF 進行連接，通過 N6 接口與互聯網連接，通過 N9 接口與其他的 UPF 連接。

UPF 作為 5G 網絡和多接入邊緣計算（MEC，Multi-Access Edge Computing）之間的連接錨點，所有核心網數據必須經過 UPF 轉發，才能流向外部網絡。MEC 是5G 業務應用的標志能力。基于 5GC 的 C/U 分離式架構，控制面 NF 在中心 DC 集中部署，UPF 下沉到網絡邊緣部署，這樣可以減少傳輸時延，實現數據流量的本地分流，緩解核心網的數據傳輸壓力，從而提升網絡數據處理效率，滿足垂直行業對網絡超低時延、超高帶寬以及安全等方面的訴求。

UPF 用戶面按需下沉部署

5GC 網絡中，綜合各場景對業務時延和地域覆蓋的需要，可以將用戶面 UPF 下沉部署在城域、邊緣，或部署在中心位置。

UPF 與歸屬的 SMF 通過 IP 承載網實現 Full Mesh 全互聯組網。UPF 通過組 Pool 方式實現容災，Pool 內的各 UPF 部署在不同站點的不同機房，單機房故障不影響 Pool 內其他 UPF 正常工作。

5G 場景下，2C（to Consumer）業務的 UPF 一般都下沉到城域，可以縮短 RTT 時延，提升業務體驗。
2B（to Business）業務的 UPF 一般部署在邊緣或城域，可以減少流量迂回，節省網絡傳輸。對時延或網絡安全要求高的業務，例如工業控制、場館 AR/VR 賽事，建議部署在邊緣。對時延和安全要求不高的企業園區業務，可以部署在城域和 Internet 業務或其他企業園區業務共享 UPF ，提高資源利用率。

功能列表

作為移動基礎設施，例如RAN和DN之間的互連點
» 完成 UP 上 GTP-U（GRPS 隧道協議）協議的封裝和解封裝

用于 RAT內部、或 RAT 之間移動性的 PDU會話錨點
» 包括向 gNB（NG-RAN 節點）發送一個或多個 End 標記包（End Marker Packets）

分組路由和轉發
» 當 UPF 在多個 PSA（PDU session anchor）之間時，即 UPF 作為 I-UPF（Intermediate UPF，中間 UPF）時，會充當上行鏈路分類器（Uplink Classifier，UL-CL）和分支點的角色以支持多宿主 PDU 會話。作為前者時，會基于 traffic matching filters 將數據流導向到特定 DN

數據包檢查
» QER Qos Enforcement Rule Qos 實施規則
» FAR Fowwarding Action Rule 轉發行為規則
» BAR Buffering Action Rule 緩沖行為規則
» URR Usage Reporting Rules 用量上報規則

用戶平面部分策略規則實施
» 上行鏈路（UL）和下行鏈路（DL）的傳輸層數據段實施速率限制
» 分組標記
» 在 DL 上處理反射 QoS（DSCP）標記，在 UL 上處理流量驗證（SDF 到 QoS 流量映射）

數據包檢查
» 使用 SDF（Service Data Flow，服務數據流）的 traffic filter templates 或者接收從 SMF 發出的 3-tuple（協議、以及服務端的 IP 地址和端口）PDF（Packet Flow Description）來對應用流程進行檢測

用戶平面部分策略規則實施
» 門控
» 重定向
» 流量轉向

3GPP標準接口
» N3：RAN（gNB）和 Initial UPF 之間的接口
» N4：SMF 和 UPF 之間的接口
» N6：DN 和 UPF 之間的接口，即連接外部 PDU 和 DN
» N9：兩個 UPF 之間的接口，例如：I-UPF 和 UPF of PDU Session Anchor（簡稱：錨 UPF）之間

在 DL 上處理反射 QoS（DSCP）標記，在 UL 上處理流量驗證（SDF 到 QoS 流量映射）

支持IPv4和IPv6

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SMF

SMF，Session Management Function，會話管理功能，負責處理用戶的業務，能夠當作是 MME 承載管理部分以及 SGW 和 PGW 的控制面功能的組合。

5GC SMF 相當于 4G MME 會話管理功能和 SGW-C / PGW-C緩存。

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AMF（Access and Mobility Management Function），5GC接入和移動性管理功能，執行注冊、連接、可達性、移動性管理。為UE和SMF提供會話管理消息傳輸通道，為用戶接入時提供認證、鑒權功能，終端和無線的核心網控制面接入點。類似于4G MME中移動性管理。

AMF分配5G-GUTI，AMF選擇SMF。

BSF

BSF 的主要功能是作為 PDU 會話和 AF 之間的綁定中間件，確保在多個可單獨尋址的 PCF/NEF/AF/MBSF/NWDAF/TSCTSF 部署中，可以通過BSF查詢到某個 PDU 會話的會話信息，從而支持策略控制和會話管理。

SEPP

SEPP（Security Edge Protection Proxy）是5G核心網絡架構中用于跨網絡邊界保護的關鍵安全組件。它主要部署在運營商之間的邊界（即PLMN對接點），負責對通過N32接口進行的信令消息進行加密和完整性保護，確保PLMN之間的通信安全可靠。

SEPP是5G SBA（Service-Based Architecture）安全機制的重要組成部分，支持網絡間的端到端信令保護，是實現5G漫游與互聯互通的安全基礎。

NEF

網絡開放功能（NEF）,位于 5G 核心網和外部第三方應用功能體之間（可能也有部分內部 AF），負責管理對外開放網絡數據的，所有的外部應用，想要訪問 5G 核心網內部數據，都必須要通過 NEF。

NEF 提供相應的安全保障來保證外部應用到 3GPP 網絡的安全，提供外部應用 QoS 定制能力開放、移動性狀態事件訂閱、AF 請求分發等功能。

UDM/AUSF

UDM作為統一數據管理中心，能夠為運營商提供2/3/4/5G多種組網場景下融合的數據管理，具備高效的用戶數據處理能力，簡化組網，既能兼容原有業務，又可拓展5G業務，保護了運營商的投資，并且提供了用戶網絡切換連續無感知的可能。

UDM具備存量平滑演進能力。支持ATCA局點平滑演進至5G UDM，通過新部署云化UDM，與原ATCA組成混合部署組網，將用戶平滑遷移到云化UDM，并保障遷移過程用戶數據完整。

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SMSF的主要功能是在5G核心網中，通過控制面NAS信令實現傳統短信在5G用戶設備與外部短信網絡之間的路由和協議轉換。它接收并路由短信消息，查詢UDM獲取用戶訂閱數據及服務AMF信息，通過N20接口將短信轉發至AMF以基于NAS信令傳遞給UE（無需建立用戶面數據會話）

5G 輕量級核心網

N3IWF

NSSF

NRF

PCF

SMF

AMF

BSF

SEPP

NEF

UDM/AUSF

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