锚点UPF和I-UPF(中间UPF)区别

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‌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。