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中兴通讯全场景UPF 极简设计,随需而动
通信产业网|2019-11-25 12:42:56
作者:刘西亮 张帆来源:中兴通讯

5G核心网是网络的大脑和枢纽,为用户提供用户接入、认证鉴权、策略控制、网络切片、能力开放等关键功能。中兴通讯基于服务化架构和云原生设计的全融合Common Core产品,旨在提供面向未来业务演进,满足万物互联,全场景的行业领先产品解决方案。

5G核心网是一个全新架构设计的网络,引入了SBA(Service Based Architecture)、无状态、网络功能化、CUPS(Control and User Plane Separation,控制和转发分离)等关键设计理念和方法,其中CUPS,将网络划分为控制面和用户面,实现网络的计算和转发分离。用户面核心能力聚焦在网络转发上,其作为联结终端、无线、行业应用及互联网的转发高速公路,直接决定了5G网络能力的优劣,是核心网最为关键的组件之一。

5G高带宽低时延业务的快速发展,驱动流量逐步从大区中心向边缘延伸和流动,单一的UPF(User Plane Function,用户面功能)形态已经难以满足5G灵活的商用部署的需求,中兴通讯根据业务发展趋势,设计了一系列的UPF/GW-U产品,用来满足不同地域和不同流量的差异化业务部署要求。

中兴通讯UPF/GW-U秉承“极简用户面”的设计目标,在业界率先推出基于“一个极简产品、两种加速技术、多种部署形态”的全场景UPF,全面满足运营商及行业应用的高带宽低时延转发需求。

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一个极简用户面,简约而不简单

中兴通讯UPF/GW-U提供的极简融合的用户面体现在三个方面:简化拓扑、简化资源、简化运维。

第一,在网络架构层面实现用户面和控制面之间的全连接组网,极大简化网络拓扑,提升整系统可靠性。5G网络部署初期,5G话务处于快速增长期,短时间内大概率出现流量激增,中兴通讯用户面可以做到动态加入网络服务、快速弹性伸缩、流量实时负载均衡,确保整网能自适应地对外部变化做出实时调整和扩展。

第二,在资源层面实现深度融合,支持同时接入多种制式无线,并支持用户在多制式无线变化时,锚点唯一。当用户在不同无线制式下移动时,中兴通讯UPF/GW-U作为统一的用户面锚点,能够确保用户不掉线、会话不中断,打造极致用户体验。

第三,在运维方面提供极简运维,解决运营商在引入5G网络后引入的运维难问题。5G用户面由于流量大、分布广、节点多,且采用CUPS,传统的运维方式很难满足5G复杂网络的运维要求。中兴通讯UPF/GW-U通过提供一系列自动化、智能化和批量化的运维手段和运维工具,减少手工干预、预设规格参数、智能根因分析、批量更新配置等,运维效率可提升30%以上。

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两种加速技术,打造业界最强5G转发

衡量5G网络优劣的关键指标之一在于用户面转发能力,具体指标包括吞吐量、转发时延、每bit的功耗和成本。传统提升用户面性能的方案主要依赖于CPU核数和网卡能力两个因素,但这种单纯依赖于硬件的更新换代来提升性能的方案不再具有可持续性,而且采用软件加速算法,性能也已基本到达瓶颈,难以再有实质性的提升。

中兴通讯UPF/GW-U在软件加速的基础上,率先在业界推出了基于FPGA的智能网卡加速解决方案,通过策略编排并结合智能分流技术,把移动网络的GTPU流量从传统的CPU处理器按需卸载到智能网卡,然后通过FPGA和加速网卡来共同完成高速转发。由于用户面流量全程采用硬件转发,突破现有的软件加速算法瓶颈,性能可达到传统用户面转发性能的数倍,同时转发时延可以降低到1/10,完全能够满足工业控制、车联网、无人机等需要超高带宽和超低时延的5G应用场景的技术要求。

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多种部署形态,打造业界最全场景UPF

在传统的4G网络里,用户面的部署形态相对单一和固定,主要就是体现为SGW和PGW两个网元。当网络演进到5G SA以后,由于引入了网络融合、分布式DC、CUPS、UPF间互转以及MEC等新技术,5G用户面部署形态也呈现出了多样性、灵活性和组件化的特点,用户面网络功能由传统的集中部署方式演进到层次化的离散部署,用户面的部署位置也由集中部署逐步下沉到地市甚至边缘。

中兴通讯UPF/GW-U在同一套产品架构体系下,根据软件配置和部署位置的不同灵活编排要部署的网络功能形态,并可以根据需要动态插入、更新和删除用户面UPF,随时选择最优流量转发路径,真正把用户面做到即插即用并随需而动。

中兴通讯UPF/GW-U满足但不限于以下部署形态:UPF (PSA),PDU会话锚定点;UPF(UL-CL),上行分类器;UPF (Branching Point),用于IPv6 multi-homing的分流点;UPF (SGW-LBO),用于4G EPC下的MEC分流点;I-UPF,3GPP R16标准新引入的Intermediate UPF。

值得强调的是,中兴通讯UPF/GW-U在产品上基于兼容并济的设计理念,在充分满足当下3GPP R15的标准基础上,不断扩展外延。一方面在原有4G EPC的SGW功能上做了功能扩展,提供SGW-LBO(Local Breakout)功能形态用于满足4G MEC的特定应用场景,帮助运营商充分挖掘存量网络价值,开创适用于4G网络的MEC应用。另一方面提前引入R16标准中定义的I-SMF/I-UPF,快速部署ETSUN(Enhancing Topology of SMF and UPF in 5G Networks),满足用户在更大范围内移动下的业务连续性问题。

5G用户面在5G商用的部署过程中相对于传统网络,出现了新的变化、新的难题,我们迫切需要一个能够灵活满足各种部署形态的极简用户面,迎接即将到来的5G万千产业的多样化需求。中兴通讯UPF/GW-U在全融合Common Core框架下,以其极简的设计、领先的硬件加速能力和全场景部署形态,必将为客户及行业伙伴加速部署5G优质网络做出积极的推动作用。

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责任编辑:杨欢庆

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