5G关键技术：控制面和用户面分离CUPS

dikeyboy

在5G的系统架构中将传统媒体网关设备的控制面和用户面分离（CUPS），具体表现为SMF负责会话管理、IP地址分配、UPF的选择和控制等控制面的功能，UPF负责数据包的路由和转发、数据包检测、策略实行等用户面的功能。为了更早、更广泛地发挥CUPS技术的价值，3GPP把5G的CUPS技术理念引入到4G EPC核心网。相对传统用户面和控制面一体的S/PGW设备（SGW和PGW的合体），EPC的CUPS是指S/PGW的用户面和控制面在架构上分离，即分为S/PGW-C和S/PGW-U。CUPS架构的S/PGW增加了网络部署和运营的弹性和灵活性，用户面和控制面可以分布式部署也可以集中部署，控制面和用户面设备还可以独立建设；CUPS技术可将用户面的S/PGW-U设备靠近无线侧设置，用户可以就近通过S/PGW-U出移动网访问业务，从而缩短业务路径、降低业务应用的时延；另外CUPS架构下网络扩容更简单，用户面和控制面相互独立，可以各自按需分别扩容，两者没有必然的同时扩容关系，如果用户增长、流量未增长，只需扩容控制面设备；此外控制面和用户面可以独立演进发展，不受彼此的约束，如控制面可以向SDN发展，用户面可以向云化、虚拟化方向发展，两者互不影响。

在CUPS架构中，S/PGW的控制面S/PGW-C负责用户IP地址分配和管理以及承载绑定等功能；S/PGW的用户面S/PGW- U负责IP包的转发、承载/APN的流量管制、业务检测（DPI）等功能，其他更多的处理是控制面和用户面共同分工完成。控制面和用户面间的接口为Sx接口（具体Sxa为SGW-C与SGW-U的接口，Sxb为PGW-C与PGW-U的接口），控制面通过Sx接口终结GTP-C以及Gx、Gy、Gz等接口的Diameter信令，通过Sx接口控制面向用户面下发数据包配置规则，如数据包检测规则、包处理规则（如转发、复制、缓存、丢弃等）、QOS策略规则、流量使用报告规则等，此外Sx接口还负责控制面和用户面关联的建立、更新、释放，控制面和用户面间的心跳检测、控制面对用户面负载的控制等。CUPS架构的控制面和用户面并没有严格的一一对应的关系，一个控制面可以管理多个用户面，同样一个用户面可以被多个控制面分享，一个终端用户可以被一个控制面控制，可以通过多个用户面访问不同的PDN。图1和图2分别是SGW、PGW分设时及合设时的CUPS架构图，其中TDF是可选设备。

图1 SGW和PGW分设的CUPS架构图

图1 SGW和PGW分设的CUPS架构图

图2 SGW和PGW合设的CUPS逻辑架构图

图2 SGW和PGW合设的CUPS逻辑架构图