隨著5G應用的持續(xù)拓展并不斷向垂直行業(yè)延申，5G網絡逐步實現(xiàn)了從“樣板間”到“商品房”的轉變。作為運營商服務垂直行業(yè)的橋頭堡，5G用戶面在滿足訪問資源隔離、業(yè)務本地分流等需求時發(fā)揮了至關重要的作用，但也不可避免地遇到一些問題和挑戰(zhàn)。基于此我們對當前5G網絡的用戶面機制進行了分析，并結合未來技術革新與應用場景拓展對下一代網絡的用戶面發(fā)展進行了思考與展望。
引言
用戶面是移動通信網中連接用戶、基站、核心網以及互聯(lián)網（Internet）的分組數(shù)據(jù)路由、處理和轉發(fā)鏈路。而用戶面功能（User Plane Function，UPF）則是負責分組數(shù)據(jù)處理的關鍵功能模塊，它不僅負責分組數(shù)據(jù)轉發(fā)和統(tǒng)計上報，還需具備特定業(yè)務識別、QoS策略執(zhí)行等多項關鍵功能。
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）等網元聯(lián)合建立、維護。
在很多業(yè)務場景（尤其是邊緣分流、雙域專網場景）下，用戶個性化業(yè)務要求用戶面路由的精確規(guī)劃，其規(guī)劃結果直接影響網絡服務的可用性、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網絡用戶面問題淺析
在支撐5G網絡運營運維過程中，我們深入分析了當前5G網絡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。
（一）公用UPF設備功能臃腫：隨著5G業(yè)務不斷向千行百業(yè)延伸，為支持廣域接入的特殊業(yè)務需求（如雙域專網、工業(yè)互聯(lián)網等），現(xiàn)有網絡的UPF設備功能不斷疊加（如業(yè)務分流、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。上述情況將導致網絡規(guī)劃建設、運營運維的難度持續(xù)增加。
（二）用戶面服務化不夠徹底：目前5G控制面已基本實現(xiàn)服務化，但5G用戶面的服務化進程相對滯后，依然停留在AMF選擇SMF、SMF選擇UPF的間接選擇機制，無法借助服務化提升網絡架構的靈活性和服務的開放性，難以滿足愈發(fā)精細化、多樣化的場景需求。
（三）路由規(guī)劃復雜度持續(xù)增加：當前5G用戶面規(guī)劃參數(shù)已達20余個，隨著業(yè)務的持續(xù)增加以及場景的不斷復雜，用戶面規(guī)劃參數(shù)還將繼續(xù)增加。當前基于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，如需進行精細化業(yè)務設計則要通盤考慮現(xiàn)有網絡部署情況，并進行繁雜的規(guī)劃和配置，網絡的運營和運維負擔持續(xù)增加。
（四）轉發(fā)協(xié)議自路由能力不足：當前用戶面網元間主要依靠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元居中傳遞GTP-U隧道信息，這不僅會給控制面網元帶來不必要的信令開銷，也會使用戶面路徑選擇結果受制于控制面路徑，限制了選擇靈活性。
（五）核心網用戶面與其他網絡聯(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苛的網絡質量要求。
下一代網絡演進思考
針對以上用戶面存在的問題，下一代網絡用戶面需要考慮向能力敏捷提供、規(guī)劃服務調用、維護智能提升、路由協(xié)議優(yōu)化、網間互聯(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、功能角色快速轉換等新能力、趨同產品適當合并等新設計實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，對外敏捷提供智能感知、業(yè)務保障等多樣化服務，降低網絡規(guī)劃建設的難度，并有效避免因軟硬件的煙囪式堆疊導致的資源浪費。
（二）規(guī)劃服務調用：下一代網絡用戶面可考慮獨立設置用戶面路由規(guī)劃服務以供控制面網元靈活調用，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、隨時調用。
（三）維護智能提升：未來用戶面需與人工智能等技術相結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)務體驗提升、網絡運維復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)議無需控制面網元參與其中即可自動打通核心網內部的路由轉發(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）網間互聯(lián)互動：未來核心網用戶面協(xié)議需支持與承載網、傳輸網聯(lián)動，綜合考慮承載網節(jié)點負荷、路徑負荷等信息建立并實時調整用戶面數(shù)據(jù)的傳輸路徑，以提升端到端SLA體驗。
結語
隨著6G應用場景的逐步清晰和標準化進程的不斷加速，圍繞“三體四層五面”的6G總體架構，下一代用戶面架構、流程及協(xié)議研究也正緊鑼密鼓地展開。本文基于目前5G網絡商用過程中遇到的痛點問題，對下一代網絡的用戶面發(fā)展進行了思考與展望，旨在為下一代網絡的廣泛應用提供更加高效、靈活、可靠的用戶面技術支撐。
