5G网络用户面路由挑战及下一代网络思考

随着5G应用的持续拓展并不断向垂直行业延申，5G网络逐步实现了从“样板间”到“商品房”的转变。作为运营商服务垂直行业的桥头堡，5G用户面在满足访问资源隔离、业务本地分流等需求时发挥了至关重要的作用，但也不可避免地遇到一些问题和挑战。基于此我们对当前5G网络的用户面机制进行了分析，并结合未来技术革新与应用场景拓展对下一代网络的用户面发展进行了思考与展望。

引言

用户面是移动通信网中连接用户、基站、核心网以及互联网（Internet）的分组数据路由、处理和转发链路。而用户面功能（User Plane Function，UPF）则是负责分组数据处理的关键功能模块，它不仅负责分组数据转发和统计上报，还需具备特定业务识别、QoS策略执行等多项关键功能。

5G用户面链路通常由基站以及一个或多个UPF组成，网元间通过GTP-U协议连接，并由接入和移动性管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）和会话管理功能（Session Management Function，SMF）等网元联合建立、维护。

在很多业务场景（尤其是边缘分流、双域专网场景）下，用户个性化业务要求用户面路由的精确规划，其规划结果直接影响网络服务的可用性、安全性和可靠性。因此为用户进行精确的路由规划是满足其业务需求的必要前提和保障，更是运营商获取差异化市场竞争优势、提升用户满意度和忠诚度的有力手段。

5G网络用户面问题浅析

在支撑5G网络运营运维过程中，我们深入分析了当前5G网络用户面演进趋势和路由选择机制的痛点问题及挑战，并进行了系统的梳理与总结。

（一）公用UPF设备功能臃肿：随着5G业务不断向千行百业延伸，为支持广域接入的特殊业务需求（如双域专网、工业互联网等），现有网络的UPF设备功能不断叠加（如业务分流、反向分流、切片隔离、5G LAN等），未来还将引入NPU、GPU等硬件以支持智能识别及体验感知等需求。上述情况将导致网络规划建设、运营运维的难度持续增加。

（二）用户面服务化不够彻底：目前5G控制面已基本实现服务化，但5G用户面的服务化进程相对滞后，依然停留在AMF选择SMF、SMF选择UPF的间接选择机制，无法借助服务化提升网络架构的灵活性和服务的开放性，难以满足愈发精细化、多样化的场景需求。

（三）路由规划复杂度持续增加：当前5G用户面规划参数已达20余个，随着业务的持续增加以及场景的不断复杂，用户面规划参数还将继续增加。当前基于DNN、切片等传统参数进行简单条件匹配的处理逻辑过于单一，如需进行精细化业务设计则要通盘考虑现有网络部署情况，并进行繁杂的规划和配置，网络的运营和运维负担持续增加。

（四）转发协议自路由能力不足：当前用户面网元间主要依靠GTP-U协议连接，但上述用户面连接过程需要借助控制面网元居中传递GTP-U隧道信息，这不仅会给控制面网元带来不必要的信令开销，也会使用户面路径选择结果受制于控制面路径，限制了选择灵活性。

（五）核心网用户面与其他网络联动不足：GTP-U协议自2G/3G时代启用以来虽在QoS保障、性能优化等方面取得了显著进展，但也逐渐暴露出无法与底层承载网联动以实现端到端的全生命周期SLA体验保障的缺点，未来可能难以满足超高可靠、超低时延以及超高带宽等更加严苛的网络质量要求。

下一代网络演进思考

针对以上用户面存在的问题，下一代网络用户面需要考虑向能力敏捷提供、规划服务调用、维护智能提升、路由协议优化、网间互联互动五大方向演进：

（一）能力敏捷提供:未来UPF可通过硬件资源灵活共享、功能角色快速转换等新能力、趋同产品适当合并等新设计实现资源的优化配置，对外敏捷提供智能感知、业务保障等多样化服务，降低网络规划建设的难度，并有效避免因软硬件的烟囱式堆叠导致的资源浪费。

（二）规划服务调用：下一代网络用户面可考虑独立设置用户面路由规划服务以供控制面网元灵活调用，用来代替传统繁杂的UPF间接选择机制，推动用户面路由规划实现粒度可控、流程解耦、随时调用。

（三）维护智能提升：未来用户面需与人工智能等技术相结合共同参与用户面的管理、规划和维护，以实现用户业务体验提升、网络运维复杂度降低等多方面的优化。

（四）路由协议优化：需考虑对现有GTP-U协议进行升级或替换以实现用户面的自路由，基于新协议无需控制面网元参与其中即可自动打通核心网内部的路由转发全路径，降低控制面信令开销并提升路由组织的灵活性。

（五）网间互联互动：未来核心网用户面协议需支持与承载网、传输网联动，综合考虑承载网节点负荷、路径负荷等信息建立并实时调整用户面数据的传输路径，以提升端到端SLA体验。

结语

随着6G应用场景的逐步清晰和标准化进程的不断加速，围绕“三体四层五面”的6G总体架构，下一代用户面架构、流程及协议研究也正紧锣密鼓地展开。本文基于目前5G网络商用过程中遇到的痛点问题，对下一代网络的用户面发展进行了思考与展望，旨在为下一代网络的广泛应用提供更加高效、灵活、可靠的用户面技术支撑。