隨著5G應(yīng)用的持續(xù)拓展并不斷向垂直行業(yè)延申，5G網(wǎng)絡(luò)逐步實現(xiàn)了從“樣板間”到“商品房”的轉(zhuǎn)變。作為運營商服務(wù)垂直行業(yè)的橋頭堡，5G用戶面在滿足訪問資源隔離、業(yè)務(wù)本地分流等需求時發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，但也不可避免地遇到一些問題和挑戰(zhàn)。基于此我們對當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)的用戶面機制進行了分析，并結(jié)合未來技術(shù)革新與應(yīng)用場景拓展對下一代網(wǎng)絡(luò)的用戶面發(fā)展進行了思考與展望。

引言

用戶面是移動通信網(wǎng)中連接用戶、基站、核心網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的分組數(shù)據(jù)路由、處理和轉(zhuǎn)發(fā)鏈路。而用戶面功能（User Plane Function，UPF）則是負(fù)責(zé)分組數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵功能模塊，它不僅負(fù)責(zé)分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和統(tǒng)計上報，還需具備特定業(yè)務(wù)識別、QoS策略執(zhí)行等多項關(guān)鍵功能。

5G用戶面鏈路通常由基站以及一個或多個UPF組成，網(wǎng)元間通過GTP-U協(xié)議連接，并由接入和移動性管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）和會話管理功能（Session Management Function，SMF）等網(wǎng)元聯(lián)合建立、維護。

在很多業(yè)務(wù)場景（尤其是邊緣分流、雙域?qū)＞W(wǎng)場景）下，用戶個性化業(yè)務(wù)要求用戶面路由的精確規(guī)劃，其規(guī)劃結(jié)果直接影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可用性、安全性和可靠性。因此為用戶進行精確的路由規(guī)劃是滿足其業(yè)務(wù)需求的必要前提和保障，更是運營商獲取差異化市場競爭優(yōu)勢、提升用戶滿意度和忠誠度的有力手段。

5G網(wǎng)絡(luò)用戶面問題淺析

在支撐5G網(wǎng)絡(luò)運營運維過程中，我們深入分析了當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)用戶面演進趨勢和路由選擇機制的痛點問題及挑戰(zhàn)，并進行了系統(tǒng)的梳理與總結(jié)。

（一）公用UPF設(shè)備功能臃腫：隨著5G業(yè)務(wù)不斷向千行百業(yè)延伸，為支持廣域接入的特殊業(yè)務(wù)需求（如雙域?qū)＞W(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等），現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的UPF設(shè)備功能不斷疊加（如業(yè)務(wù)分流、反向分流、切片隔離、5G LAN等），未來還將引入NPU、GPU等硬件以支持智能識別及體驗感知等需求。上述情況將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)、運營運維的難度持續(xù)增加。

（二）用戶面服務(wù)化不夠徹底：目前5G控制面已基本實現(xiàn)服務(wù)化，但5G用戶面的服務(wù)化進程相對滯后，依然停留在AMF選擇SMF、SMF選擇UPF的間接選擇機制，無法借助服務(wù)化提升網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性和服務(wù)的開放性，難以滿足愈發(fā)精細(xì)化、多樣化的場景需求。

（三）路由規(guī)劃復(fù)雜度持續(xù)增加：當(dāng)前5G用戶面規(guī)劃參數(shù)已達(dá)20余個，隨著業(yè)務(wù)的持續(xù)增加以及場景的不斷復(fù)雜，用戶面規(guī)劃參數(shù)還將繼續(xù)增加。當(dāng)前基于DNN、切片等傳統(tǒng)參數(shù)進行簡單條件匹配的處理邏輯過于單一，如需進行精細(xì)化業(yè)務(wù)設(shè)計則要通盤考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)部署情況，并進行繁雜的規(guī)劃和配置，網(wǎng)絡(luò)的運營和運維負(fù)擔(dān)持續(xù)增加。

（四）轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議自路由能力不足：當(dāng)前用戶面網(wǎng)元間主要依靠GTP-U協(xié)議連接，但上述用戶面連接過程需要借助控制面網(wǎng)元居中傳遞GTP-U隧道信息，這不僅會給控制面網(wǎng)元帶來不必要的信令開銷，也會使用戶面路徑選擇結(jié)果受制于控制面路徑，限制了選擇靈活性。

（五）核心網(wǎng)用戶面與其他網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動不足：GTP-U協(xié)議自2G/3G時代啟用以來雖在QoS保障、性能優(yōu)化等方面取得了顯著進展，但也逐漸暴露出無法與底層承載網(wǎng)聯(lián)動以實現(xiàn)端到端的全生命周期SLA體驗保障的缺點，未來可能難以滿足超高可靠、超低時延以及超高帶寬等更加嚴(yán)苛的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求。

下一代網(wǎng)絡(luò)演進思考

針對以上用戶面存在的問題，下一代網(wǎng)絡(luò)用戶面需要考慮向能力敏捷提供、規(guī)劃服務(wù)調(diào)用、維護智能提升、路由協(xié)議優(yōu)化、網(wǎng)間互聯(lián)互動五大方向演進：

（一）能力敏捷提供:未來UPF可通過硬件資源靈活共享、功能角色快速轉(zhuǎn)換等新能力、趨同產(chǎn)品適當(dāng)合并等新設(shè)計實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，對外敏捷提供智能感知、業(yè)務(wù)保障等多樣化服務(wù)，降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的難度，并有效避免因軟硬件的煙囪式堆疊導(dǎo)致的資源浪費。

（二）規(guī)劃服務(wù)調(diào)用：下一代網(wǎng)絡(luò)用戶面可考慮獨立設(shè)置用戶面路由規(guī)劃服務(wù)以供控制面網(wǎng)元靈活調(diào)用，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繁雜的UPF間接選擇機制，推動用戶面路由規(guī)劃實現(xiàn)粒度可控、流程解耦、隨時調(diào)用。

（三）維護智能提升：未來用戶面需與人工智能等技術(shù)相結(jié)合共同參與用戶面的管理、規(guī)劃和維護，以實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)體驗提升、網(wǎng)絡(luò)運維復(fù)雜度降低等多方面的優(yōu)化。

（四）路由協(xié)議優(yōu)化：需考慮對現(xiàn)有GTP-U協(xié)議進行升級或替換以實現(xiàn)用戶面的自路由，基于新協(xié)議無需控制面網(wǎng)元參與其中即可自動打通核心網(wǎng)內(nèi)部的路由轉(zhuǎn)發(fā)全路徑，降低控制面信令開銷并提升路由組織的靈活性。

（五）網(wǎng)間互聯(lián)互動：未來核心網(wǎng)用戶面協(xié)議需支持與承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)聯(lián)動，綜合考慮承載網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷、路徑負(fù)荷等信息建立并實時調(diào)整用戶面數(shù)據(jù)的傳輸路徑，以提升端到端SLA體驗。

結(jié)語

隨著6G應(yīng)用場景的逐步清晰和標(biāo)準(zhǔn)化進程的不斷加速，圍繞“三體四層五面”的6G總體架構(gòu)，下一代用戶面架構(gòu)、流程及協(xié)議研究也正緊鑼密鼓地展開。本文基于目前5G網(wǎng)絡(luò)商用過程中遇到的痛點問題，對下一代網(wǎng)絡(luò)的用戶面發(fā)展進行了思考與展望，旨在為下一代網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用提供更加高效、靈活、可靠的用戶面技術(shù)支撐。