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标题: 锚点UPF和I-UPF(中间UPF)区别 [查看完整版帖子] [打印本页]

时间: 2025-12-15 18:50

作者: LXYLXYLXYLLL 标题: 锚点UPF和I-UPF(中间UPF)区别

‌I-UPF（Intermediate UPF）和UPF（User Plane Function）在5G网络中扮演不同的角色，主要区别在于它们在PDU会话中的位置和功能。

如果5G架构设计中存在I-UPF，那么gNB不能和UPF直连，必须经过I-UPF转发到UPF。

UPF 被称为锚点，核心是因为它扮演 PDU 会话锚点（PSA）等角色时，像现实中的船锚一样提供固定连接与稳定支撑，保障终端移动、数据传输等场景的连贯性

终端移动时接入的基站甚至无线接入技术（如从 5G 切换到 4G 等跨 RAT 场景）可能不断变化，对应的中间 UPF（I - UPF）也会随之调整，但锚点 UPF 始终保持不变。

一、UPF的基本概念和功能
UPF是3GPP 5G核心网系统架构的重要组成部分，主要负责5G核心网用户面数据包的路由和转发、数据和业务识别、动作和策略执行等。UPF通过N4接口与会话管理功能（SMF）进行交互，直接受SMF控制和管理，依据SMF下发的各种策略执行业务流的处理‌。

二、I-UPF的定义和作用
I-UPF（Intermediate UPF）是PDU会话中的一个中继UPF，当UE（用户设备）不在由该PDU会话的SMF服务的TA（跟踪区域）中时，AMF（接入和移动管理功能）会将I-SMF（中间会话管理功能）插入PDU会话的信令路径中，以控制终止与5G接入网的N3接口的I-UPF。I-UPF的主要作用是在不同的TA之间提供数据包的路由和转发，确保PDU会话的连续性‌。

三、两者之间的区别

‌位置和功能‌：UPF位于用户面，负责用户数据的处理和转发；而I-UPF位于PDU会话的中间位置，负责在不同TA之间提供数据包的路由和转发，确保PDU会话的连续性‌。

‌交互对象‌：UPF通过N4接口与SMF交互，而I-UPF通过N3接口与AMF和SMF交互‌。

‌应用场景‌：UPF适用于一般的用户数据处理场景；I-UPF适用于用户在不同TA移动时的数据包路由和转发，确保服务的连续性‌

四、UPF（User Plane Function，用户面功能）
是5G核心网（5G Core，5GC）的关键网元之一，主要负责用户数据的传输、处理和转发，并与控制面功能（如SMF）协同工作，实现灵活的业务路由和QoS（服务质量）保障。以下是UPF的详细解析：

UPF（User Plane Function，用户面功能） 是 5G 核心网（5G Core，5GC）的关键网元之一，主要负责 用户数据的传输、处理和转发，并与控制面功能（如 SMF）协同工作，实现灵活的业务路由和 QoS（服务质量）保障。以下是 UPF 的详细解析：

一、UPF 的协议定位与架构角色
1. 5G 核心网架构特点

控制面与用户面分离（CUPS）：

控制面：由 SMF（会话管理功能）、AMF（接入和移动性管理功能）等网元负责会话建立、策略控制、移动性管理等逻辑。

用户面：由 UPF 独立承担数据转发，支持按需灵活部署（如本地化、边缘计算场景）。* 优势：

控制面资源集中管理，用户面可根据流量需求动态扩展，提升网络效率。

支持用户数据就近转发（如边缘 UPF），降低时延，适配车联网、VR 等低时延业务。

2. UPF 的位置与接口

连接的接口：

N3 接口：连接 gNB（5G 基站）与 UPF，传输用户面数据（如手机上网流量）。

N9 接口：连接不同 UPF 之间的隧道（如漫游场景中本地 UPF 与受访 UPF 互通）。

N4 接口：连接 SMF 与 UPF，传输控制面信令（如 PFCP 协议，用于下发转发规则、QoS 策略）。

二、UPF 的核心功能
1. 用户数据转发与路由

基本功能：

基于 SMF 通过 PFCP 协议下发的 转发规则（Forwarding Rules），对用户数据包进行分类、封装和解封装（如 GTP-U 隧道）。

支持多宿主（Multi-Homing）：一个 UPF 可连接多个数据网络（如同时接入互联网和企业专网）。* 典型场景：

上行分类（Uplink Classifier）：将 UE 的上行流量按业务类型（如语音、视频）分流到不同路由（如语音走专用 APN，视频走公网）。

分支点（Local Breakout）：在边缘 UPF 直接将本地流量（如园区网流量）路由至本地网络，避免绕行核心网，减少时延。

2. QoS 保障与流量控制

功能细节：

解析 SMF 下发的 QoS 规则（如 QFI、ARP 优先级），对数据包进行标记、限速、队列管理。

支持基于业务的计费触发（如检测到视频流量时启动流量计费）。* 技术实现：

通过 数据包检测（PDR，Packet Detection Rule） 识别流量类型（如 HTTP、TCP 端口号）。

通过 流量转向（FAR，Forwarding Action Rule） 决定流量路由（如转发至特定 DNN 或边缘节点）。

通过 QoS 规则（QER，QoS Enforcement Rule） 实施带宽限制或优先级调度。

3. 会话管理与移动性支持

会话锚点功能：

作为 PDU 会话锚点（PDU Session Anchor），为 UE 提供固定 IP 地址，确保移动过程中业务连续性（如跨基站切换时 IP 不变）。* 移动性场景：

同一 UPF 内切换：UE 在同一 UPF 覆盖范围内移动时，仅需更新接入点信息，无需变更 UPF 锚点。

跨 UPF 切换：UE 移动到新 UPF 覆盖区域时，通过 SMF 协调完成会话迁移，UPF 之间通过 N9 接口转发缓存数据，避免丢包。

4. 安全与合规性功能

数据包过滤：

根据 SMF 下发的 应用检测规则（如 URL 过滤、恶意流量识别），对用户数据进行深度包检测（DPI），拦截非法流量。* 合法监听：

支持根据运营商策略，对特定用户的流量进行镜像复制，转发至监听系统（需符合隐私保护法规）。

三、UPF 的部署模式与应用场景
1. 部署模式

模式	特点	适用场景
集中式部署	UPF 位于核心网数据中心，覆盖大范围区域，统一管理流量。	普通用户互联网接入、全国性业务流量汇聚。
分布式部署	UPF 下沉至地市或边缘节点（如 MEC，多接入边缘计算），靠近用户终端或数据源。	低时延业务（如自动驾驶、工业物联网）、本地流量卸载。
分层级联部署	多个 UPF 形成层级结构（如省级 UPF 汇聚地市 UPF 流量），支持流量分级处理。	大型运营商多区域流量调度、漫

2. 典型应用场景

工业互联网：
UPF 部署在工厂边缘，本地处理传感器数据，避免上传至云端的时延和带宽消耗，同时保障数据隐私（如生产数据不出厂）。* 车联网（C-V2X）：
UPF 与路侧单元（RSU）联动，实时转发车辆位置、路况等低时延数据，支持自动驾驶的实时决策。* 云游戏 / VR：
UPF 靠近边缘服务器，将游戏数据流快速分发至用户终端，降低端到端时延（目标＜20ms），提升沉浸式体验。* 漫游场景：
拜访地 UPF（Visited UPF）处理本地流量，归属地 UPF（Home UPF）作为会话锚点，确保跨国漫游时用户 IP 不变，同时满足本地化合规要求（如数据不出境）。

四、UPF 与其他网元的协同流程
以 UE 建立 PDU 会话 为例，UPF 的协同流程如下：

AMF 触发会话创建：
UE 通过 gNB 向 AMF 发送接入请求，AMF 选择 SMF 负责会话管理。2. SMF 选择 UPF 并下发规则：

SMF 根据 UE 签约数据（如 APN、QoS 等级）和网络策略，选择合适的 UPF（如边缘 UPF 或集中式 UPF）。

通过 N4 接口向 UPF 发送 PFCP Session Establishment Request，携带：

转发规则（如允许 UE 访问的 IP 地址段）。

QoS 参数（如默认 QoS 流的带宽上限）。

TEID（隧道端点标识，用于 GTP-U 隧道标识用户面会话）。3. UPF 建立用户面隧道：

UPF 在 N3 接口（与 gNB 连接）和 N9 接口（与其他 UPF 连接）创建 GTP-U 隧道，使用 SMF 分配的 TEID 标识会话。

向 SMF 返回 PFCP Session Establishment Response，确认隧道建立完成。4. 数据转发：
gNB 将 UE 的上行数据封装入 GTP-U 隧道（携带 TEID），通过 N3 接口发送至 UPF；
UPF 根据转发规则处理数据（如分流至本地网络或核心网），下行数据则反向传输。

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