中興通訊全場景UPF　極簡設(shè)計(jì)，隨需而動

劉西亮　張帆

5G核心網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的大腦和樞紐，為用戶提供用戶接入、認(rèn)證鑒權(quán)、策略控制、網(wǎng)絡(luò)切片、能力開放等關(guān)鍵功能。中興通訊基于服務(wù)化架構(gòu)和云原生設(shè)計(jì)的全融合Common Core產(chǎn)品，旨在提供面向未來業(yè)務(wù)演進(jìn)，滿足萬物互聯(lián)，全場景的行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品解決方案。

5G核心網(wǎng)是一個(gè)全新架構(gòu)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，引入了SBA（Service Based Architecture）、無狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)功能化、CUPS（Control and User Plane Separation，控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離）等關(guān)鍵設(shè)計(jì)理念和方法，其中CUPS，將網(wǎng)絡(luò)劃分為控制面和用戶面，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)分離。用戶面核心能力聚焦在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)上，其作為聯(lián)結(jié)終端、無線、行業(yè)應(yīng)用及互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)高速公路，直接決定了5G網(wǎng)絡(luò)能力的優(yōu)劣，是核心網(wǎng)最為關(guān)鍵的組件之一。

5G高帶寬低時(shí)延業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，驅(qū)動流量逐步從大區(qū)中心向邊緣延伸和流動，單一的UPF（User Plane Function，用戶面功能）形態(tài)已經(jīng)難以滿足5G靈活的商用部署的需求，中興通訊根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢，設(shè)計(jì)了一系列的UPF/GW-U產(chǎn)品，用來滿足不同地域和不同流量的差異化業(yè)務(wù)部署要求。

中興通訊UPF/GW-U秉承“極簡用戶面”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在業(yè)界率先推出基于“一個(gè)極簡產(chǎn)品、兩種加速技術(shù)、多種部署形態(tài)”的全場景UPF，全面滿足運(yùn)營商及行業(yè)應(yīng)用的高帶寬低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)需求。

一個(gè)極簡用戶面，簡約而不簡單

中興通訊UPF/GW-U提供的極簡融合的用戶面體現(xiàn)在三個(gè)方面：簡化拓?fù)洹⒑喕Y源、簡化運(yùn)維。

第一，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)用戶面和控制面之間的全連接組網(wǎng)，極大簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嵘到y(tǒng)可靠性。5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，5G話務(wù)處于快速增長期，短時(shí)間內(nèi)大概率出現(xiàn)流量激增，中興通訊用戶面可以做到動態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、快速彈性伸縮、流量實(shí)時(shí)負(fù)載均衡，確保整網(wǎng)能自適應(yīng)地對外部變化做出實(shí)時(shí)調(diào)整和擴(kuò)展。

第二，在資源層面實(shí)現(xiàn)深度融合，支持同時(shí)接入多種制式無線，并支持用戶在多制式無線變化時(shí)，錨點(diǎn)唯一。當(dāng)用戶在不同無線制式下移動時(shí)，中興通訊UPF/GW-U作為統(tǒng)一的用戶面錨點(diǎn)，能夠確保用戶不掉線、會話不中斷，打造極致用戶體驗(yàn)。

第三，在運(yùn)維方面提供極簡運(yùn)維，解決運(yùn)營商在引入5G網(wǎng)絡(luò)后引入的運(yùn)維難問題。5G用戶面由于流量大、分布廣、節(jié)點(diǎn)多，且采用CUPS，傳統(tǒng)的運(yùn)維方式很難滿足5G復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維要求。中興通訊UPF/GW-U通過提供一系列自動化、智能化和批量化的運(yùn)維手段和運(yùn)維工具，減少手工干預(yù)、預(yù)設(shè)規(guī)格參數(shù)、智能根因分析、批量更新配置等，運(yùn)維效率可提升30%以上。

兩種加速技術(shù)，打造業(yè)界最強(qiáng)5G轉(zhuǎn)發(fā)

衡量5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)之一在于用戶面轉(zhuǎn)發(fā)能力，具體指標(biāo)包括吞吐量、轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延、每bit的功耗和成本。傳統(tǒng)提升用戶面性能的方案主要依賴于CPU核數(shù)和網(wǎng)卡能力兩個(gè)因素，但這種單純依賴于硬件的更新?lián)Q代來提升性能的方案不再具有可持續(xù)性，而且采用軟件加速算法，性能也已基本到達(dá)瓶頸，難以再有實(shí)質(zhì)性的提升。

中興通訊UPF/GW-U在軟件加速的基礎(chǔ)上，率先在業(yè)界推出了基于FPGA的智能網(wǎng)卡加速解決方案，通過策略編排并結(jié)合智能分流技術(shù)，把移動網(wǎng)絡(luò)的GTPU流量從傳統(tǒng)的CPU處理器按需卸載到智能網(wǎng)卡，然后通過FPGA和加速網(wǎng)卡來共同完成高速轉(zhuǎn)發(fā)。由于用戶面流量全程采用硬件轉(zhuǎn)發(fā)，突破現(xiàn)有的軟件加速算法瓶頸，性能可達(dá)到傳統(tǒng)用戶面轉(zhuǎn)發(fā)性能的數(shù)倍，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延可以降低到1/10，完全能夠滿足工業(yè)控制、車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)等需要超高帶寬和超低時(shí)延的5G應(yīng)用場景的技術(shù)要求。

多種部署形態(tài)，打造業(yè)界最全場景UPF

在傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)里，用戶面的部署形態(tài)相對單一和固定，主要就是體現(xiàn)為SGW和PGW兩個(gè)網(wǎng)元。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到5G SA以后，由于引入了網(wǎng)絡(luò)融合、分布式DC、CUPS、UPF間互轉(zhuǎn)以及MEC等新技術(shù)，5G用戶面部署形態(tài)也呈現(xiàn)出了多樣性、靈活性和組件化的特點(diǎn)，用戶面網(wǎng)絡(luò)功能由傳統(tǒng)的集中部署方式演進(jìn)到層次化的離散部署，用戶面的部署位置也由集中部署逐步下沉到地市甚至邊緣。

中興通訊UPF/GW-U在同一套產(chǎn)品架構(gòu)體系下，根據(jù)軟件配置和部署位置的不同靈活編排要部署的網(wǎng)絡(luò)功能形態(tài)，并可以根據(jù)需要動態(tài)插入、更新和刪除用戶面UPF，隨時(shí)選擇最優(yōu)流量轉(zhuǎn)發(fā)路徑，真正把用戶面做到即插即用并隨需而動。

中興通訊UPF/GW-U滿足但不限于以下部署形態(tài)：UPF （PSA），PDU會話錨定點(diǎn);UPF（UL-CL），上行分類器;UPF （Branching Point），用于IPv6 multi-homing的分流點(diǎn);UPF （SGW-LBO），用于4G EPC下的MEC分流點(diǎn);I-UPF，3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)新引入的Intermediate UPF。

值得強(qiáng)調(diào)的是，中興通訊UPF/GW-U在產(chǎn)品上基于兼容并濟(jì)的設(shè)計(jì)理念，在充分滿足當(dāng)下3GPP R15的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，不斷擴(kuò)展外延。一方面在原有4G EPC的SGW功能上做了功能擴(kuò)展，提供SGW-LBO（Local Breakout）功能形態(tài)用于滿足4G MEC的特定應(yīng)用場景，幫助運(yùn)營商充分挖掘存量網(wǎng)絡(luò)價(jià)值，開創(chuàng)適用于4G網(wǎng)絡(luò)的MEC應(yīng)用。另一方面提前引入R16標(biāo)準(zhǔn)中定義的I-SMF/I-UPF，快速部署ETSUN（Enhancing Topology of SMF and UPF in 5G Networks），滿足用戶在更大范圍內(nèi)移動下的業(yè)務(wù)連續(xù)性問題。

5G用戶面在5G商用的部署過程中相對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)了新的變化、新的難題，我們迫切需要一個(gè)能夠靈活滿足各種部署形態(tài)的極簡用戶面，迎接即將到來的5G萬千產(chǎn)業(yè)的多樣化需求。中興通訊UPF/GW-U在全融合Common Core框架下，以其極簡的設(shè)計(jì)、領(lǐng)先的硬件加速能力和全場景部署形態(tài)，必將為客戶及行業(yè)伙伴加速部署5G優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)做出積極的推動作用。