N4 接口是 5G 产业价值的金线

短命女 2023-10-05 21:20 24阅读 0赞

## 目录 ##

#### 文章目录 ####

*  目录
 *  基于 PFCP 协议的 N4 接口
 *  支持 N4 解耦的轻量化 UPF 功能要求
 *  N4 接口解耦技术要求
 *   *  做选择
     *  去歧义
     *  定方案
     *  补缺失

## 基于 PFCP 协议的 N4 接口 ##

5G 网络采用了 SBA 服务化架构，控制面 NF 的 NFS 之间的交互均基于服务化接口的调用方式。虽然服务化接口在信息交互、可读性等方面具有优势，但传输上冗余内容较多，且对于设备编码解读有较大的性能消耗。因此，5G 网络在部分接口上仍保持使用非服务化接口，尤其对于 SMF 和 UPF 之间需要传递大量的业务和策略信息的 N4 接口，逻辑相对复杂，使用 PFCP（Packet Forwarding Control Protocol，报文转发控制协议）协议的非服务化接口可以有效提升传输效率。

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## 支持 N4 解耦的轻量化 UPF 功能要求 ##

当前大网的通用 UPF 设备功能要求多且需支持众多运营商定制的增强功能，如：DPI、业务白名单、APN 融合、协议优化、重定向、2G/3G/4G 融合等，同时要求 200Gbit/s 设备容量以及万级的业务规则等性能指标。

针对垂直行业定制化、多样化需求，需将 UPF 设备的功能和性能进行分档分级和灵活组合。

*  **在功能上**：将 UPF 的功能进行裁剪，聚焦基本功能，行业 UPF 需支持的基本功能如下表所示。除基本功能外，还可根据行业客户的需求支持以太网数据传输、ULCL（Uplink Classifier，上行分类）分流、头增强、白名单、重定向、Framed Routing（框架路由）、GRE/L2TP/IPSec 隧道等推荐功能，按需部署。  
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 *  **在性能上**：对于行业业务类型相对简单的情况，可降低指标要求，如：减少业务规则配置的数量要求等；
 *  **在容量上**，提供不同吞吐量规格的设备，匹配不同场景的业务规模。行业 UPF 应可提供不同吞吐量规格的设备，下表是中国移动建议的初期四种行业 UPF 配置模型的设备指标。  
    ![在这里插入图片描述][20210308234305493.png]

## N4 接口解耦技术要求 ##

N4 接口解耦需要完成 “选择、去歧义、定方案、补缺失” 这四方面的技术要求。

### 做选择 ###

为满足不同运营商的需求，3GPP 标准为部分功能提供了多种可选技术方案，为保证 N4 接口正常对接，需要明确一种方案实现流程拉通。

**示例**：UE IP 地址和 GTP-U 隧道 ID 分配方案。

对于 UE IP 地址分配、用户面的 GTP-U 隧道 ID 分配，均有 CP 分配和 UP 分配两种方案。对于 UE IP 地址的分配，考虑到和 4G 网络的协同以及 UPF 暂未开启服务发现功能，建议仍由 SMF 分配，而用户面隧道 ID 属于 UP 资源，由 UPF 分配可以更好的协调和管理。

注：在 2020 年 3 月发布的 TS 29.244 g30 版本中，已删除控制面分配用户面隧道 ID 的方案。

### 去歧义 ###

对于标准中对定义不清晰的功能或字段，在产品实现时各设备商的理解不同，会引起业务对接问题，需明确使用方法。

**示例 1**：Network Instance IE（信元）的定义。

3GPP 标准中在 PDI 和 FAR 中定义了 Network Instance IE，但是对其用法未明确定义，导致产品实现中其携带的内容不尽相同，结合已有 IE 和实际应用场景，中国移动明确了将该 IE 携带内容为子网类型标识（子网之间网络隔离）的技术方案。

**示例 2**：业务规则类型定义。

在现网中有多种类型的业务规则，包括静态（预定义）规则、动态规则等。3GPP 标准协议在 PDR 中也定义了 SDF、APP ID、Predefined Rules、PFD 等多类 IEs 的灵活传递方式，这也使得各设备商在产品实现时存在差异，因此中国移动明确了基于不同业务场景和业务识别粒度的信元使用方案：

*  **SDF Filter**：为动态流规则，指示五元组，一般由 PCF 下发；
 *  **APP ID**：为业务规则，指示业务标识，一般由 PCF 或 SMF 下发，也可在 UPF 本地配置；
 *  **Predefined Rules**：为预定义规则，指示识别规则 + 业务策略，一般在 UPF 本地配置；
 *  **PFD**：为报文检测规则，可指示五元组、URL 等多种，一般为能力开放场景中由第三方下发。

### 定方案 ###

对 3GPP 标准中有定义但是各设备商因技术实现方案差异导致业务对接问题，需要研究分析最优方案，从而明确对设备和接口的要求，主要包括流程要求、信元要求和兼容性要求。

**示例 1**：离线和在线共存的 URR 方案。

UPF 的计费功能包含离线和在线两种计费模式，设备商在产品实现时，对于两种计费模式使用一个还是两个 URR ID 存在差异。经深入分析，中国移动明确了对于相同的包检测规则的不同用户计费模式使用同一 URR ID 的技术方案，具体流程如下图所示，即在 SMF 和 UPF 上分别预配置 URR，当 UPF 检测到预定义 URR 对应的流量时上报 SMF，SMF 基于用户当前的计费模式下发不同的 URR 规则给 UPF。

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**示例 2**：QoS 控制基本方案。

QoS 控制是指 UPF 在 SMF 的指示下为不同的会话、QoS Flow 等提供不同的服务质量，进而实现为不同用户提供不同的业务体验。3GPP 标准中对 QoS 控制策略的实现机制定义描述较模糊，各设备厂商理解不一致，因此中国移动明确了如下几个 QoS 控制关键技术方案：

*  根据 QER 中携带的字段以及 PDR 和 QER 的绑定关系区分：会话级、QoS Flow 级、SDF 级粒度的 QoS 控制策略。
 *  对于传输层的 QoS 控制方案，需由 SMF 根据本地配置将 5QI 和 ARP 映射为 DSCP（Differentiated Services Code Point，差异化服务代码点）值，并通过 FAR 将其传递给 UPF，UPF 根据本地配置的 DSCP 和 VLAN Priority 的映射关系，完成数据流的传输层标记和转发功能。

### 补缺失 ###

对于当前 3GPP 标准定义无法满足需求甚至未定义的能力（大部分为运营商定制功能），需要通过复用已有字段或扩展 Vendor IE 完善接口和设备实现方案。

**示例 1**：头增强信息携带方案。

对于在统一认证业务、个性化页面、漫游接入控制等方面有广泛应用的头增强功能，其主要原理就是 UPF 数据包中基于添加 SMF 提供的用户手机号、位置等信息，服务器端基于收到的用户信息完成一键免认证登录、个性化推送等功能。而标准对该 IE 的协议类型定义不完整且部分信息可在其他标准信元中获取，因此结合传递效率和网元兼容性，中国移动明确了头增强信息字段的携带方式，详见下表：

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示例 2：支持 L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol，层二隧道协议）隧道方案。

L2TP 是一种基于二层交换的虚拟隧道协议，在垂直行业中有着广泛的应用需求，但是当前 3GPP 标准中并未定义 SMF、UPF 及 N4 接口上如何实现 L2TP 相关功能。中国移动结合 IETF 协议，通过增加 L2TP User Info、L2TP Tunnel Info、LNS Push Info 和 L2TP Session Release 等定制 IE 完成隧道的信息交互和管理，制定了完整的 L2TP 隧道功能的 N4 接口方案。

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