UPF（User Plane Function，用户面功能）： ts 29.244 23.501[5.8]
1. UPF User Plane Function 用户平面功能
- 用于RAT内/ RAT间移动性的锚点 Anchor point for Intra-/Inter-RAT Mobility
- 外部PDU与数据网络互连的会话点 External PDU Session point of interconnect to Data Network.
- 分组路由和转发（例如支持上行链路分类器以将业务流路由到数据网络的实例，支持分支点以支持多宿主PDU会话） Packet routing & forwarding (e.g. support of Uplink classifier to route traffic flows to an instance of a data network, support of Branching point to support multi-homed PDU Session).
- 数据包检查（例如基于服务数据流模板的应用程序检测以及从SMF接收的可选PFD） Packet inspection (e.g. Application detection based on service data flow template and the optional PFDs received from the SMF in addition).
- 用户平面部分策略规则实施，例如门控，重定向，流量转向 User Plane part of policy rule enforcement, e.g. Gating, Redirection, Traffic steering).
- 合法拦截（UP收集） Lawful intercept
- -流量使用报告 Traffic usage reporting.
- 用户平面的QoS处理，例如UL / DL速率实施，DL中的反射QoS标记 QoS handling for user plane, UL/DL rate enforcement, Reflective QoS marking in DL.
- 上行链路流量验证 Uplink Traffic verification
- 上行链路和下行链路中的传输级分组标记 Transport level packet marking in the uplink and downlink.
- Downlink packet buffering and downlink data notification triggering.
- Sending and forwarding of one or more "end marker" to the source NG-RAN node.
- ARP proxying and / or IPv6 Neighbour Solicitation Proxying functionality for the Ethernet PDUs. The UPF responds to the ARP and / or the IPv6 Neighbour Solicitation Request by providing the MAC address corresponding to the IP address sent in the request.
看考： http://www.freedomtutorials.com/5GSystem/use_plane_function.php
SMF 执行 UPF 的选择，详情在 TS 23501 章节 6.3.3，对于一个 PDU 会话支持的 UPF 数量没有限制
UPF 流量检测能力可以被 SMF 用来控制，如下功能列表：
- 流量检测（按照流量 IP 类型，以太网类型，非结构化类型分类）
- 流量报告（允许 SMF 支持付费）
- QoS实施
- 流量路由
2. UPF 功能详情
2.1 UE IP 地址管理
UE IP 地址管理包括分配以及释放 UE IP 地址，也包括从新分配 IP 地址
当在 PDU 会话中没有使用静态 IP 地址， 实际分配 IP 地址有如下机制：
- SMF 从地址池分配并关联到所选择的 UPF 锚点
- UE IP 地址从 UPF 获得，SMF 与 UPF 通过 N2 接口交互获得一个合适的 IP 地址
- UE IP 地址从外面数据网络获取
2.2 管理 CN 隧道信息
核心网隧道信息是 PDU session 中的 N3 / N9 隧道，包括 TEID 和 IP 地址
当一个新的 PDU 会话需要建立或者释放，分配或释放 CN 隧道信息
- 在 SMF 中管理核心网隧道信息
- 在 UPF 中管理核心网隧道信息
2.3 流量检测
SMF 负责指示 UPF 怎么检测用户数据流量，这个定义 PDR（Packet Detection Rule），SMF 控制 UPF 的流量检测，其提供每个 PDR 的检测信息。
IPv4 IPv6 IPv4v6 类型的 PDU Session，检测信息包括：
- CN tunnel info.
- Network instance.
- QFI.
- IP Packet Filter Set as defined in clause 5.7.6.2.
- Application Identifier: The Application ID is an index to a set of application detection rules configured in UPF.
以太网类型的 PDU Session，检测信息包括：
- CN tunnel info.
- Network instance.
- QFI.
- Ethernet Packet Filter Set as defined in clause 5.7.6.3.
2.4 控制用户平面的转发
UPF 转发功能如下：
- Apply N3 /N9 tunnel related handling, i.e. encapsulation.
- Forward the traffic to/from the SMF, e.g. as described in Table 5.8.2.5.2-1.
- Forward the SM PDU DN Request Container from SMF to DN-AAA server
- Forward the traffic according to locally configured policy for traffic steering.
- Forward the traffic according to N4 rules of a 5G VN group for 5G VN group communication.
| Scenario description |
Data forwarding direction |
|
| 1 |
Forwarding of user-plane packets between the UE and the SMF e.g. DHCP signalling. |
UPF to SMF SMF to UPF |
| 2 |
Forwarding of packets between the SMF and the external DN e.g. with DN-AAA server |
UPF to SMF SMF to UPF |
| 3 |
Forwarding of packets subject to buffering in the SMF. |
UPF to SMF SMF to UPF |
| 4 |
Forwarding of End Marker Packets constructed by the SMF to a downstream node. |
SMF to UPF |
| 5 |
Forwarding of user data using Control Plane CIoT 5GS Optimisation |
UPF to SMF SMF to UPF |
Table 5.8.2.5.1-1: Scenarios for data forwarding between the SMF and UPF
2.5 收费和使用监控处理
在 UPF 激活使用报告
向 SMF 提供报告使用信息
2.6 PDU 会话和 Qos 流策略
2.7 PCC 相关功能
2.8 发送 “End marker” 功能
UPF 构造 “End marker” 包
SMF 构造 “End marker” 包
2.9 UP 隧道管理
5GC 支持每一个 PDU 会话隧道建立在 (R)AN 和 UPF 的 N3 接口，以及 UPF 之间的 N9 接口
2.10 N4 会话管理参数
SMF 向 UPF 发送的 N4 参考点接口包括：
- - N4 会话 ID
- - PDR Packet Detection Rules 包检测规则，用来在 UPF 分类流量
- - FAR Forwarding Action Rules 转发行为规则，信息是否转发，丢弃或者缓存
- - MAR Multi-Access Rules，信息怎样对于多接入 PDU 会话处理流量导向，转换，分流
- - URR Usage Reporting Rules，使用报告规则
- - QER Qos Enforment Rules Qos 实施规则，
- - Trace Requirements
- - port Management Information Container in 5GS
- - Bridge Information
2.11 在 PDU 会话报告 UE MAC 地址
在 N4 接口报告 UE MAC 地址
2.12 支持 5G VN 组通信
Support for unicast traffic forwarding of a 5G VN
Support for unicast traffic forwarding update due to UE mobility
Support for user plane traffic replication in a 5G VN
3 PDR Packet Detection Rule 包检测规则
Figure 5.2.1-1: Packet processing flow in the UP function
3.1 FAR Fowwarding Action Rule 转发行为规则
CP 应该在一个 PFCP 会话中规定每个 PDR 仅提供一个 FAR，FAR 为 UP 提供如何处理与 PDR 匹配的指令。
通过在FAR中的Apply Action IE 中设置相应的 flag，CP 可以控制 UP 的功能：
- 通过设置 DROP flag 丢弃数据包
- 通过设置 FORW flag 来转发数据包
- 通过设置 BUFF flag 缓冲下行链路分组
- 通过设置 NOCP flag，通知 CP 功能有关缓冲的第一个 DL 数据包的到达
-
通过设置 DUPL flag，来提供有关如何转发重复数据包的说明，从而复制数据包
3.2 BAR Buffering Action Rule 缓冲行为规则
BAR 提供指令以控制 PFCP 会话集的所有 FAR 的 UP 功能的缓冲行为。CP 功能可以修改 BAR 中提供的以下缓冲指令
- 在一个 PFCP 会话修改请求的下行链路数据通知延迟 （用于EPC）
- 在一个 PFCP 会话报告响应消息下行链路数据通知延迟 （用于EPC），DL 缓冲持续时间和/或 DL 缓冲建议的分组计数
注意：目前版本的规范中，每个 PFCP 会话最多可以创建一个 BAR
CP功能可以在BAR中提供以下缓冲参数：
- 对以 EPC，下行链路数据通知延迟 IE，用于请求 UP 在接收下行链路数据分组和通知 CP 之间延迟发送 PFCP 会话报告请求
- DL 缓冲持续时间 IE，用于请求 UP 在延长的持续时间内缓冲下行链路数据分组，而不向 CP 发送关于 DL 数据分组的到达的任何进一步通知
- DL 缓冲建议分组计数，用于在 UP 中需要扩展缓冲下行链路数据分组时请求 UP 缓冲建议的下行链路数据分组数
- 建议的缓冲包计数 IE，如果 UP 已指示支持功能 UDBC，则指示 CP 建议在 UP 中缓冲的包的数量（包括上行链路或下行链路），直到从 CP 接收到新的指令，例如何时授予新配额
3.3 QER Qos Enforcement Rule Qos 实施规则
CP 应在 PFCP 会话建立请求或 PFCP 会话修改请求中为 PFCP 会话提供 QER，来请求 UP 应用用户平面业务的 QoS
| Scenario description |
Data forwarding direction |
For EPC applicable to |
For 5GC applicable to |
|
| 1 |
Forwarding of user-plane packets between the UE and the CP function. |
UP to CP function |
PGW |
UPF to SMF |
| 2 |
Forwarding of packets between the CP function and the external PDN (over SGi) / DN (over N6). |
UP to CP function |
PGW |
UPF to SMF |
| 3 |
Forwarding of packets subject to buffering in the CP function. |
UP to CP function |
SGW |
UPF to SMF |
| 4 |
Forwarding of End Marker Packets constructed by the CP function to a downstream node. |
CP to UP function |
SGW, PGW |
SMF to UPF |
| 5 |
Forwarding of user data using Control Plane CIoT 5GS Optimisation |
UP to CP function |
- |
UPF to SMF |
表5.3.1-1：CP和UP功能之间的数据转发方案
3.4 MAR Multi-Access Rule 多接入规则
| Attribute |
Description |
Comment |
|
| N4 Session ID |
Identifies the N4 session associated to this MAR. |
||
| Rule ID |
Unique identifier to identify this rule. |
||
| Steering functionality |
Indicates the applicable traffic steering functionality: Values "MPTCP functionality", "ATSSS-LL functionality". |
||
| Steering mode |
Values "Active-Standby", "Smallest Delay", "Load Balancing" or "Priority-based". |
||
| Per-Access Forwarding Action information (NOTE 1) |
Forwarding Action Rule ID |
The Forwarding Action Rule ID identifies a forwarding action that has to be applied. |
|
| Weight |
Identifies the weight for the FAR in case steering mode is "Load Balancing" |
The weights for all FARs need to sum up to 100 |
|
| Priority |
Values "Active or Standby" or "High or Low" for the FAR |
"Active or Standby" for "Active-Standby" steering mode and "High or Low" for "Priority-based" steering mode |
|
| List of Usage Reporting Rule ID(s) |
Every Usage Reporting Rule ID identifies a measurement action that has to be applied. |
This enables the SMF to request separate usage reports for different FARs (i.e. different accesses) |
|
| NOTE 1: The Per-Access Forwarding Action information is provided per access type (i.e. 3GPP access or Non-3GPP access). |
|||
Table 5.8.2.11.8-1: Attributes within Multi-Access Rule琳
5.15.2 身份证明以及选择网络切片 S-NSSAI NSSAI
S-NSSAI Single Network Slice Selection Assistance Information 的简称，标识了一个网络切片，其组成包括：
- SST（Slice/Service type），切片/服务类型，在功能和服务方面的预期网络切片行为
- SD（Slice Differentiator），切片差分器，这是可选信息，补充切片/服务类型，以区分相同切片/服务类型的多个网络切片。
| Slice/Service type |
SST value |
Characteristics |
| eMBB |
1 |
Slice suitable for the handling of 5G enhanced Mobile Broadband. |
| URLLC |
2 |
Slice suitable for the handling of ultra- reliable low latency communications. |
| MIoT |
3 |
Slice suitable for the handling of massive IoT. |
| V2X |
4 |
Slice suitable for the handling of V2X services. |
Table 5.15.2.2-1 - Standardised SST values
S-NSSAI可以是标准值（SST取值为标准值，SD不存在），也可以是非标准值（也就是SST和SD同时存在、或者仅有SST但其取值为非标准值）。
Figure 4.1-2: User Plane stack over Sxa, Sxb, combined Sxa/Sxb and N4.2 PFCP 消息格式
| Bits |
||||||||||
| Octets |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
||
| 1 to m |
PFCP message header |
|||||||||
| m+1 to n |
Zero or more Information Element(s) |
|||||||||
Figure 7.2.1-1: PFCP Message Format
| Bits |
||||||||||
| Octets |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
||
| 1 to m |
PFCP message 1 header |
|||||||||
| m+1 to n |
Zero or more Information Element(s) |
|||||||||
| n+1 to p |
PFCP message 2 header |
|||||||||
| p+1 to q |
Zero or more Information Element(s) |
|||||||||
| … |
… |
|||||||||
| … |
… |
|||||||||
| r to s |
PFCP message N header |
|||||||||
| s+1 to u |
Zero or more Information Element(s) |
|||||||||
Figure 7.2.1A-1: PFCP messages bundled in one UDP/IP packet
7.2.2 PFCP 消息头格式
| Bits |
|||||||||
| Octets |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
| 1 |
Version |
Spare |
Spare |
FO |
MP |
S |
|||
| 2 |
Message Type |
||||||||
| 3 |
Message Length (1st Octet) |
||||||||
| 4 |
Message Length (2nd Octet) |
||||||||
| m to k(m+7) |
If S flag is set to "1", then SEID shall be placed into octets 5-12. Otherwise, SEID field is not present at all. |
||||||||
| n to (n+2) |
Sequence Number |
||||||||
| (n+3) |
Spare |
||||||||
Figure 7.2.2.1-1: General format of PFCP Header
- 字节 1，最高 3 位是 Version（当前版本1），MP 是 message priority 的 flag，S 是 SEID 的 flag
- 字节 2，消息类型
- 字节 3 4，消息长度，
- 可选项SEID，占8字节
- 最后 3字节，序列号.
名词解释：
UDBC： UL/DL Buffering Control UL / DL 缓冲控制
URSP： UE Route Selection Policy UE 路由选择策略 TS 23.503 [45] clause 6.6.2
OAM：
DNAI：
TEID：Tunnel endpoint ID，隧道端点标识符。
参考：
http://www.freedomtutorials.com/5GSystem/use_plane_function.php