5G向垂直行业拓展的杀手锏

5G与各行各业的“连接点”：UPF

5G最大的价值之一，在于助力各行各业数字化网络化智能化转型。随着运营商前期诸多行业典型项目的沉淀以及5G SA的规模商用，预计在即将到来的2021年，政企客户对于5G专网的需求将逐步呈现出爆发的发展态势。

政企客户对于应用的大带宽、低时延、高可靠、高安全有很大需求，从而迫切需要能够实现拉近距离降时延、本地计算省带宽、数据隔离保安全、算力卸载降成本的解决方案。如下图所示，5G SA核心网具有颠覆性的架构设计，通过基于服务的架构（SBA）、切片、控制面和用户面分离等，结合云化技术，实现网络的定制化、开放化、服务化，支持本地化、大流量、广连接和低时延的万物智联需求。

笔者在上图中把一个5G核心网网元用红色框标识了出来，即UPF。作为5G核心网的用户面功能，UPF最为核心的功能是系统内外移动性锚点、分组数据的路由与转发——将流量路由到数据网络。——在上行链路，承载用户数据的信号从UE发出后经过无线信道传输到5G基站，5G基站将用户数据封装到GTP-U报文中然后通过N3接口发送给UPF，UPF从GTP-U报文中得到UE发出的业务数据，根据路由信息进行转发，通过N6接口发送到数据网络（DN）；下行链路反之。

上图所示的架构中，5G核心网采用服务化网络架构和SDN/NFV技术实现网络重构，将控制面功能（包括AMF和SMF等）和用户面功能（UPF）分离。统一的控制面功能部署在中心云，实现集中管控运营；分布式的UPF则可根据业务需要部署在省级中心、城域中心、区县中心和企业园区，部署在边缘的UPF可以通过与MEC平台融合，实现业务数据本地卸载分流，满足低时延业务场景需求，有利于按需快速部署业务。

由此可见UPF拥有不可或缺的重要性。作为5G数据处理和转发的核心，UPF常被形象地比喻为5G用户数据流量接入行业客户网络的“桥梁”、5G与垂直行业的连接点、运营商服务垂直行业的“桥头堡”、运营商拓展5G ToB市场的“钥匙”、5G驱动垂直行业发展的发力点等等。

随着5G边缘计算落地与拓展，UPF已逐渐从运营商网络的核心网走向接入层并下沉到网络边缘，成为运营商服务垂直行业的“第一窗口”，在更接近网络边缘的地方进行数据处理，提高带宽效率、减少网络阻塞和延迟、提升用户体验并简化网络、节省运维，有着巨大的潜在市场空间。

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Open UPF：释放出5G 2B的最大潜力

不少垂直行业出于对网络安全考量，对管理控制有着极高要求，但运营商传统移动通信网络完备的核心网体系和软件功能非常庞大且复杂，导致有很高的技术门槛和昂贵的价格。行业专网的需求本质是希望建设一张可独享、安全可靠、低成本的定制网络，因此行业专网内的网元功能要求相对简单且某些性能要求不高——以UPF为例，现阶段主流厂家的UPF相对厚重、研发成本高、价格昂贵，不利于5G在垂直行业的拓展，垂直行业客户需要定制化、低成本、轻量级的UPF，从而在不同场景的应用中可以按需裁剪掉UPF中的一些可选功能（比如DPI、内容计费、支持接入IMS等）。

在上图所示的5G网络架构中，5G核心网的控制面与UPF分离，UPF与5G核心网的控制面会话管理功能SMF通过N4接口通信。垂直行业客户迫切需要运营商具备快速满足其定制化需求的能力。但是传统核心网的控制面与用户面之间的接口实质上是设备内部（私有）接口，是完全耦合的，UPF和SMF之间的N4接口也是如此，这种紧耦合降低了UPF与5G网络部署的灵活性，被控制面云化所绑定的UPF无法按场景、按需求来部署，不同厂家的SMF和UPF以及网管系统难以实现互联互通，运营商在向垂直行业的拓展中也极易被传统的核心网设备厂商绑定，无法向垂直行业实现网络与能力开放，极大限制了5G网络服务各行各业客户的生态发展。

解耦N4接口对于运营商快速、降本增效的满足垂直行业的多样化需求可产生“神助攻”。比如，大规模企业为不同地域的工厂/园区/分部办公地点部署UPF，引入5G LAN等功能，可降低高成本定制不同厂家UPF以及后期运维复杂度，进而基于解耦和开放的N4接口以一种类型UPF即可满足需求。

此外，边缘计算对于5G核心网的要求就是SMF与UPF之间支持N4接口开放，来满足异厂家的互操作。为了满足垂直行业客户对于网络专用化、功能定制化、设备轻量化、部署灵活化等的迫切需求，5G微信公众平台（ID：angmobile）观察到，今年1月3日，中国移动启动了一项重要的5G开放合作伙伴计划——Open UPF（面向垂直行业的5G UPF及N4接口开放合作伙伴计划），致力于打造可靠、可管、灵活、开放的5G OpenUPF，构建开放产业生态，助力5G赋能垂直行业。在3月11日，中国移动正式发布《5G OpenUPF白皮书暨N4解耦规范（Phase 1）》，明确了5G OpenUPF可管、可控、灵活、开放的发展目标，努力解决UPF融入垂直行业存在的设备功能复杂、容量起步过大、与SMF同厂家绑定“三大障碍”，期望最终能降本增效地满足垂直行业客户的多样化诉求。

据了解，新华三集团作为第一批参与到中国移动Open UPF规范的讨论和制定的科技企业，以开放的姿态积极推动UPF设备的功能和性能实现按需简化、统一架构、接口开放等创新突破，助力中国移动UPF解耦工作，为运营商未来面向各行各业的5G业务拓展打开局面。

在中国移动面向5G专网所明确的“优享”、“专享”、“尊享”三种服务模式中，开放的轻量化UPF可为专享模式提供更灵活的网络方案。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，在第一批参与到中国移动的Open UPF计划后，新华三集团积极响应Open UPF功能和性能实现按需简化、统一架构、接口开放，依托中国移动N4解耦系列规范积极推进Open UPF相关设备的技术研发工作，成为了业内第一家完成N4接口解耦测试的5G UPF提供商——今年9月份，在中国移动的组织下，新华三UPF与其他5G核心网主设备厂商共同完成业内首对 N4接口商用设备解耦的测试，充分验证了异厂家UPF和SMF的N4接口解耦对接的可行性，以及新华三UPF网元的网络连接、策略管理、计费和数据转发能力，成为中国移动推进Open UPF服务政企客户道路上的一个“里程碑”事件，为未来中国移动面向政企行业提供边缘计算业务与算力资源奠定了坚实的基础。

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与MEC共平台，Open UPF让5G边缘更加轻量化

一方面，5G+千行百业迫切要求新业务能够快速开发并上线，并要求基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等，这要求UPF支持面向第三方业务的能力开放，对外提供IaaS与PaaS能力。可以预见将来海量部署于网络边缘侧的UPF，采用通用硬件可实现对资源的充分灵活共享、降低5G核心网建设难度、打破传统封闭的网络架构，将边缘网络基础设施的多种能力开放给第三方应用，极大激活边缘智能的价值。

另一方面，运营商5G边缘云节点在空间、供电、承重等方面存在着很强的物理约束，这个特点使得边缘无法复制核心云端的大量资源、大规模部署模式，在边缘云具体部署实现时，必须要考虑在有限空间、供电资源、承重能力这些前提下满足业务对UPF的性能需求。

通过引入虚拟化技术，可使UPF部署在通用服务器资源池内，不再依赖于专用硬件，获得对资源的充分灵活共享、新业务的快速开发和上线等优点，并基于实际业务需求实现自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等功能。此外，MEC为应用和服务打开了网络边缘，使得通信网络可以转变为其它行业和特定客户群的多功能服务平台，因此边缘UPF的建设方案需要同时考虑MEC场景中的业务需求——下沉到边缘机房的UPF如果与边缘计算业务共资源池部署，通过云化可实现业务的灵活部署和资源最大程度的共享，从而能够从容应对边缘机房的空间、环境和承重等物理约束。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，新华三移动边缘计算网关（Open UPF）以边缘云资源池（通用OTII服务器）提供的计算和存储能力实现5G网络UPF用户面网关功能与MEC共平台部署。

此外，部署在5G网络边缘的UPF应具备电信级安全防御能力。在网络安全方面支持网络不同安全域隔离功能、支持内置接口安全功能和支持信令数据流量控制。在组网安全方面支持业务平面、存储平面、管理平面的物理或逻辑隔离，根据业务需求实施安全域的物理/逻辑隔离，根据业务访问需求设置DMZ区，设置UPF与行业应用的安全边界。在业务安全方面支持防御移动终端发起的DDoS等攻击行为、协议控制功能、移动终端地址伪造检测、同一个UPF下的终端互访策略、UPF流量控制、内置安全功能和支持海量终端异常流量检测。据悉，新华三作为三大运营商5G核心网主要安全供应商，也提供了整套的边缘云安全防御解决方案。

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Open UPF：将迎来5G+各行各业新气象

2021年将是5G SA专网规模商用落地的元年。5G原生的边缘计算融合网络、计算、存储在网络的边缘侧提供连接+计算服务，而UPF下沉到网络边缘侧乃至园区为边缘计算的落地和发展提供了良好的网络基础。在实现按需简化、统一架构、接口开放的5G Open UPF之后，电信网络运营商将能够在网络边缘侧形成更加完善的行业场景化解决方案，打通面向政企客户的5G网络最优数据通道，为面向各行各业的5G融合创新应用拓展打开全新局面。

原文标题：来了！5G向垂直行业拓展的杀手锏

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责任编辑：haq