5GC 本地分流方案

边缘业务本地分流作为 5G MEC 的关键技术之一，在 5G SA 组网场景下，支持以下三种本地分流的实现方式。

  • LADN

  • UL CL

  • BP

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I-UPF（ULCL/BP）与 PSA

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UPF 分为 I-UPF（Intermediate UPF，中间 UPF）和 Anchor UPF（锚 UPF），Anchor UPF 又称为 PSA（PDU Session Anchor）。作为 I-UPF 时，UPF 会充当 UL CL（Uplink Classifier，上行链路分类器）或 BP 分支点的角色，以支持 Multi-Home PDU Session 场景。UL CL 或 BP 基于 Traffic Rule（分流规则）将数据流导向到特定的 UPF，这是 MEC 边缘计算本地分流（LBO，Local Breakout，本地疏导）得以实现的关键。

DNN （数据网络标识方案）

DNN（Data Network Name，数据网络标识）方案中，需要 UE 配置专用 DNN 并在 UDM 上签约了专用的 DNN。UE 通过选择专用 DNN 发起 PDU Session 建立请求，SMF 选择 UPF 时，根据 5G UE 提供的专用 DNN 以及所在的 TA 选择目的边缘 UPF，完成边缘 PDU 会话的建立，即可接入与边缘 UPF 对接的 MEC 平台。这里面要求 UPF 具备 DNN 粒度的精确路由功能。

DNN 方案对终端、网络的要求较小，5G 商用初期可选择此方案实现 MEC 业务快速上线。但随着 5G 业务发展，如果为每个 MEC 客户分配独立 DNN，对核心网设备特别是 UPF 支持 DNN 的数量将会是极大挑战。

LADN（本地数据网络方案）

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LADN（Local Area Data Network，本地区域数据网）的 Local Area 指的其实就是一组特殊的 TA List，LADN 的分流方式指的是 基于特定的 DNN 及 TA 进行本地分流的一种实现方式。区别于 DNN 方案，LADN 方案还需要具备 SA（Service Area）属性，LADN SA 用一组 TA 标识，使用 LADN 用于边缘计算流量分流时，通常 LADN 的 TA 和边缘计算上应用的服务区域是对应的。

LADN 仅用于非漫游场景或者本地业务分流漫游场景，在实际部署中，用户通过 LADN 会话访问 MEC 业务，其余业务通过 Internet 会话访问。

UE 签约了 LADN DNN，并且 AMF 上配置 LADN 的 TA（Tracking Area，跟踪区）与 LADN DNN 的关系。AMF 会负责跟踪 UE 的位置信息，并通知 SMF，UE 的位置和 LADN SA 的关系，包括：在服务区、不在服务区和不确定在不在服务区等。当 UE 的位置不在 LADN SA 时，不能接入 LADN，即：通过 LADN PDU Session 接入的 DN 只在特定的 LADN SA 内有效。

  1. 5G UE 在向网络注册时，AMF 通过注册流程或 UE 配置更新流程告知 UE 其 LADN 信息，例如：LADN DNN 和 LADN SA。

  2. 当 5G UE 移动到 LADN SA 时，将会请求建立这个 LADN DNN 的 PDU Session；

  3. AMF 确定 5G UE 出现在该 LADN SA，且请求的 DNN 在 AMF 中配置为 LADN DNN 时，则转发给 SMF；

  4. SMF 根据 AMF 提供的 UE 实时位置信息，负责判断当前的 UE 是否能够接入 LADN。

  5. 若可以建立，SMF 通过选择合适的本地边缘 UPF，建立 Local PDU Session，实现本地网络接入和本地应用访问。

NOTE：LADN 方案中，UE 需要建立新的 PDU Session 接入 LADN 来用于边缘计算业务，即：此时的 5G UE 可能拥有两个 PDU Session，如下图所示。

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如上图，UE 先与中心 UPF2 建立公网的 PDU Session。当 UE 移动到 LADN 服务区域内且发起访问 LADN 的请求时，UE 会发起创建本地 PDU Session 流程，SMF 根据 UE 的位置选择本地 UPF1，将本地会话路由到 LADN。访问公网的 PDU Session 与访问 LADN 的 PDU Session 相互独立，互不干扰。当 UE 离开 LADN 服务区域后，SMF 应根据 AMF 上报的 UE 实时位置信息，发起 LADN 会话释放流程；此时，即使 UE 再次发起访问 LADN 的请求，SMF 也会拒绝这次请求。

可见，在 LADN 本地分流方案中，运营商需要为 MEC DN 规划处独立的 DNAI 和 TAI，让签约了 MEC DNAI 的 UE 在 TAI 区域内访问特定的 ME APP 时，业务数据走 LADN。UE 会建立多个 PDN Session，多个 PSA，以及拥有多个 IP 地址。AF（MEC）不需要对 CP 下发动态 PCC 规则来影响 UP 的路径，分流规则无法动态增删改，也就缺少了灵活性。

并且，该方案中也对 UE 的能力提出了要求，UE 需要支持 LADN，并且能感知并控制数据分流。举一个例子：一个手机，两个 PSA，两个 IP，两个 DNS，大网 DNS 和 MEC DNS。两个 DNS 都能解析百度域名，那么当 UE APP 查询百度域名的时候，我希望他到 MEC DNS 上进行解析，这个需求怎么做到呢？

这就取决于 UE 本身或 UE APP 是怎么区别要接入哪个 DNN 的了，如果接入 LADN 时有个特定的 UE APP 发起业务，那么该 APP 的 DNS 会在 LADN PDU Session 里。MEP 可以通过配置 Edge PSA 根据 Domain 或 DNS Server IP 来判断是否接受该 DNS 查询请求。若接受，则解析。若不接受，则返回拒绝，然后 UE APP 可以转向大网 DNS 再次发出请求。

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ULCL（上行链路分类器方案）

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ULCL（Uplink Classifier，上行链路分类器）分流方式指的是 基于 dstIP 地址 进行本地分流的一种实现方式。

当 PDU Session Type 为 IPv4、IPv6、IPv4v6 或 Ethernet 时，可以采用 UL CL 方案。在 PDU Session 建立过程中或建立完成后，SMF 可以决定在 PDU Session 的 UP Path（用户面路径）中插入一个或多个 ULCL。支持 ULCL 功能的 UPF 通过执行 SMF 提供的 PDR 流量检测和 FAR 流量转发规则向不同的 PSA 转发上行业务流，并且将来自链路上的不同 PSA 的下行业务流合并到 UE。

ULCL 采用 Stream filtering rules（流过滤规则），例如：基于 dstIP/dstPrefix 地址的分流规则，来决定将符合分流规则的流量进行分流。

NOTE：ULCL 方案虽然存在 2 个 PSA，但 UE 只需保持一个 PDU Session 就能同时支持与中心业务锚点（PSA1）和本地业务锚点（PSA2）的业务往来。UE 只有一个 IP 地址，不感知 UL CL 的分流，也不参与 UL CL 的插入和删除，对 UE 也没有特别要求。

ULCL 的分流方式在实现上非常灵活，AF（MEC）可以通过 NEC N33 接口动态的下发分流规则，并支持动态增删改。因此，在现阶段这种分流实现方式是优选方案。

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例如上图，UE 注册后首先与 PSA1 建立 PDU Session，数据流量经由 PSA1 访问 DN1。为了应对边缘计算的业务需求，当 UE 移动到某个位置（TAI）时触发 TAU 流程，SMF 根据在 PCF 上预定义的 PCC Rule，执行 ULCL 的插入流程以及 PSA2 的 PDU Session 建立流程（注：ULCL 与 PSA2 通常是合设的）。ULCL 再根据 SMF 下发的分流规则过滤上行数据包的 dstIP 地址，将符合规则的数据包分流到本地 DN2，其它数据包继续发送至 PSA1。DN1 与 DN2 下行的数据包，分别经过 PSA1、PSA2 在 ULCL 汇聚后，发送给 UE。

基于不同的触发条件，UL CL 方案可以分为以下几种：

  1. 特定位置 UL CL 方案：分流策略配置在 SMF。在用户移动到 MEC 区域时，SMF 根据配置策略和 AMF 上报的用户位置信息，触发 UL CL 插入流程。特定位置触发 UL CL 和 LADN 场景类似，都是用户移动到特定位置时触发分流，触发条件简单易实现，适用于对公众用户开放的 MEC 场景。由于 MEC 区域所有用户（即使不使用 MEC 业务）都会接入边缘 UPF，可能会对边缘 UPF 造成压力。

  2. 特定位置及用户签约 UL CL 方案：分流策略配置在 PCF，需要用户在 PCF 上签约支持使用 MEC 业务。在用户移动到 MEC 区域时，AMF 通过 SMF 向 PCF 上报用户位置信息，PCF 根据用户位置信息及签约信息，触发 UL CL 插入流程，新增边缘 UPF 锚点并插入 UL CL。当在 MEC 区域内要区分用户群体时，可采用位置及用户签约触发 UL CL 的方案，避免 MEC 区域所有用户都占用边缘 UPF 资源。

  3. 特定位置及应用检测 UL CL 方案：分流策略配置在P CF，需要将应用相关信息（五元组信息、应用 URL）配置在 PCF。在用户移动到 MEC 区域并使用特定应用时，UPF 根据应用标识对应的过滤器检测出业务流，通过 SMF 上报 PCF。PCF 结合用户位置信息及应用流检测结果，触发 UL CL 插入流程。位置及应用检测 UL CL 方案可按应用触发分流策略，可控粒度更细；缺点是缺乏合适的 UL CL 删除触发机制。

  4. 网络能力开放 UL CL 方案：分流策略配置在 MEC/APP。在用户移动到 MEC 区域时，AMF 通过 NEF 把用户位置信息通知给 MEC/APP。MEC/APP 通过 N5/N33 接口与 PCF/NEF 进行交互，将分流规则告知 PCF。PCF 结合用户位置信息及应用流检测结果，触发 UL CL 插入流程。能力开放 UL CL 是一种与应用紧耦合的方案，应用可根据业务需求动态地触发 UL CL 策略，更为灵活，但是能力开放接口的调用请求需提供用户标识（5GC 分配的私网 IP 地址），应用还需要感知用户位置信息，有一定开发门槛。

IPv6 Multi-homing（BP，IPv6 多归属方案）

IPv6 Multi-homing（IPv6 多宿主）本地分流技术，是一种重要的网络服务，具有提高网络可靠性、实现均衡复杂、增加网络带宽、保证传输层存活性等优点。

IPv6 Multi-homing 分流得以实现的前提是 IPv6 地址多到不可能重复，每个 UE 都可以拥有多个完全不同的 IPv6 地址。

IPv6 Multi-homing 分流是 基于 srcIP 地址 进行本地分流的一种实现方式。仅适用于 IPv6 或 IPv4v6 类型的 PDU Session。

UE 在 PDU Session 请求建立的过程中，要告知 5GC 其自身是否支持 IPv6 Multi-homing PDU Session。若支持，5GC 则将会为 UE 分配多个 IPv6 前缀地址，UE 则对不同业务使用不同的 IPv6 前缀地址，例如：一个 IPv6 地址访问远端业务，一个 IPv6 地址访问本地 MEC 业务。

可见，该方案利用了 IPv6 Multi-homing 的特性，一个 PDU Session 关联到多个 IPv6 前缀地址，这就是 Multi-homing PDU Session。Multi-hoeing PDU Session 除了被应用到 MEC 场景中，还可以用于支持 SSC mode 3 的 Make-before-break 业务的连续性。

Multi-homing PDU Session 提供通过多个 PSA 接入到不同的 DN。到不同 PSA 的不同的 UP Path，在 BP（Branching Point，分支点）形成分支。BP 根据 SMF 下发的过滤规则，通过检查数据包 srcIP 地址进行分流，将不同 IPv6 前缀的上行业务流转发至不同的 PSA，再接入 DN。并汇聚从不同 PSA 下行发送到 UE 的数据流。

NOTE：IPv6 Multi-homing 机制下 UE 需要支持 IPv6 Multi-homing，一个 PDU Session 分配两个 IPv6 前缀，并且 UE 能感知并控制数据分流。这种分流实现方式需要 UE 侧和网络侧同时支持 IPv6，在现阶段实现难度较大。

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如上图，UE 注册后首先与 PSA1 建立 PDU Session，数据流量经由 PSA1 访问 DN1。为了应对边缘计算的业务需求，当 UE 移动到某个位置时 SMF 根据 PCF 的（预定义或动态）的 PCC 策略要求，执行添加本地的 BP 及 PSA2 进行数据分流（两者通常也是合设的），访问本地 DN。

典型应用场景

企业园区通过部署边缘 MEC 服务器及应用，可实现本地数据流量不出园区，既保证了本地局域网访问的高带宽和低时延，也可保证局域网数据的安全性要求。本地分流方式采用 ULCL 方式，典型应用场景如下图所示：

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场景描述：

  • 业园区用户需在 PCF 签约本地访问策略。

  • 在企业园区基站覆盖范围内划分独立跟踪区 TA1（上图绿色部分）。

  • UPF ULCL 可根据 dstIP 地址或 DNS 进行本地分流。

  • 非园区用户即使进入 TA1 也无法访问本地网络。

处理流程：

  1. 用户在企业园区外（上图红色区域，TA2/TA3/TA4）进行 5G 用户注册。

  2. UE 发起 PDU Session 创建流程，AMF 根据 TAI 选择 SMF。

  3. SMF 根据 DNN 选择 UPF PSA1 作为公网的业务锚点接入 DN。

  4. 园区用户移动到园区内，AMF 把 UE 位置信息上报通知 SMF，SMF 根据用户实时位置以及从 PCF 获取的用户签约策略，触发在原有会话基础上添加 UPF ULCL 和 UPF PSA2 的流程。

  5. 用户数据通过 UPF ULCL 进行分流，根据访问 dstIP 地址或 DNS 分流规则，满足分流规则即为本地业务，数据流量经 UPF PSA2 访问本地应用或本地网络；不满足分流规则即为公网业务，数据流量经 UPF PSA1 访问公网。

  6. 园区用户移动到 TA1 以外的区域，AMF 把 UE 位置信息上报通知 SMF，SMF 根据用户实时位置以及从 PCF 获取的用户签约策略，触发 UPF ULCL 和 UPF PSA2 的删除流程。因此，园区用户在 TA1 以外区域无法访问本地应用或本地网络。

  7. 非园区用户移动到园区内，SMF 触发流程中检测到该用户为非 PCF 签约用户，终止 ULCL 添加流程，因此非园区用户无法访问本地应用或本地网络。