possible_usage.md

Перечень направлений прикладного использования

5G SBA предоставляет возможности для разработки новых приложений в 5G сетях за счет следующих преимуществ:

− Гибкое взаимодействие через стандартизированные интерфейсы.

− Разделение функций и комбинирование сервисов.

− Открытый доступ для сторонних разработчиков.

Как следствие, в 5G возможна быстрая адаптация к требованиям рынка.

UPF является ключевой функцией, обрабатывающий пользовательский трафик на входе/выходе из мобильной сети. 5G SBA создает возможности для сторонних разработчиков разрабатывать и выносить UPF на платформу пользователя. Сторонний UPF (по отношению к поставщику продуктов ядра 5G сети) может быть создан для соответствия конкретным требованиям приложений и услуг, в том числе может включать оптимизацию трафика, безопасность, кэширование данных и другие функции, специфичные для потребностей клиента. Особую ценность сторонний UPF может иметь в сценариях с использованием network slicing - концепции, которая позволяет разделять единую физическую инфраструктуру сети на несколько виртуальных слайсов (нарезок) с индивидуальными характеристиками и ресурсами. Каждый сетевой слайс представляет собой логически отдельную и независимую сеть, которая может быть настроена и оптимизирована для поддержки конкретных требований и приложений.

К общим направлениям прикладного использования UPF относят:

1. Использование UPF совместно с MEC в следующих сценариях:

   a. Оптимизация трафика: UPF в сочетании с MEC-платформами может выполнять функции оптимизации трафика, такие как кэширование данных, сжатие и фильтрация. Это позволяет снизить использование ресурсов сети и улучшить качество обслуживания для конечных пользователей.

   b. Расширение возможностей приложений: MEC-платформы предоставляют вычислительные ресурсы и сервисы, которые могут быть использованы приложениями. При интеграции с UPF, приложения могут получать прямой доступ к обработке пользовательского трафика, что позволяет им предоставлять персонализированные услуги и функции, оптимизированные для конкретных требований пользователей.

2. Использование UPF внутри локальных коммерческих ЦОД:

   a. Оптимизация трафика: UPF может выполнять функции оптимизации трафика, такие как кэширование данных, сжатие и фильтрация в рамках локального ЦОД. Это позволяет снизить использование пропускной способности сети и снизить нагрузку на магистральные каналы данных.

   b. Обработка множества пользовательских соединений: UPF может обрабатывать множество параллельных пользовательских соединений, обеспечивая высокую производительность и низкую задержку для каждого соединения. Это особенно важно в сценариях, где множество пользователей и приложений требуют одновременного доступа к локальным ресурсам.

3. Использование UPF для изоляции корпоративных приложений и создания защищенного контура сети:

   a. Управление трафиком: UPF позволяет управлять трафиком корпоративных приложений, обеспечивая оптимальное распределение ресурсов и приоритетную обработку данных. Это позволяет предоставлять более высокую производительность и надежность при использовании приложений, особенно в условиях повышенной загрузки сети.

   b. Изоляция трафика: UPF позволяет создавать виртуальные сетевые слайсы, что обеспечивает изоляцию и безопасность данных между различными корпоративными приложениями. Каждое приложение может работать в своей собственной виртуальной сетевой среде, что предотвращает конфликты ресурсов и повышает безопасность данных.

   c. Обработка различных типов трафика: UPF поддерживает обработку различных типов трафика, включая голосовой, видео, данных и других приложений. Он может обеспечивать оптимальную обработку и приоритезацию трафика в соответствии с требованиями каждого приложения.

4. Создание дополнительных (наложенных) функций внутри UPF:

   a. Мониторинг и аналитика: UPF позволяет собирать данные о трафике и производительности приложений, предоставляя ценную информацию для мониторинга и анализа. Это помогает выявлять проблемы и оптимизировать работу приложений в реальном времени.

   b. Балансировка нагрузки: UPF может выполнять функцию балансировки нагрузки, распределяя трафик между различными сервисами и ресурсами. Это позволяет обеспечить равномерное распределение нагрузки и предотвратить перегрузку отдельных узлов сети.

   c. Информационная безопасность: UPF может быть использован для реализации функций информационной безопасности, таких как фильтрация трафика, обнаружение и предотвращение атак, контроль доступа и шифрование данных. Это помогает защитить сеть и приложения от угроз и несанкционированного доступа.

Кроме этого, eUPF как продукт с открытым исходным кодом может использоваться в различных лабораторных исследованиях и при тестировании сетей связи, поскольку eBPF предоставляет широкие и гибкие возможности по диагностике и отладке, а концепция OpenSource продукта даст пользователю возможность для доработки под конкретный сценарий использования:

1. Тестирование и оценка производительности: UPF позволяет проводить тестирование и оценку производительности сети, анализируя задержки, пропускную способность и другие параметры передачи данных. Это может быть полезным при исследовании различных параметров сети и оптимизации производительности.
2. Исследования в области QoS (Quality of Service): UPF играет важную роль в обеспечении требуемого уровня качества обслуживания в 5G сетях. Исследования в этой области могут включать анализ влияния различных параметров UPF на QoS, разработку и тестирование алгоритмов управления трафиком и приоритезации ресурсов.
3. Разработка новых сервисов и приложений: UPF предоставляет гибкую платформу для разработки и внедрения новых сервисов и приложений, основанных на возможностях 5G сетей. Исследования могут быть направлены на создание инновационных сервисов, использующих функциональность UPF, и исследование их потенциала в различных сценариях использования.
4. Безопасность и конфиденциальность: UPF играет важную роль в обеспечении безопасности и конфиденциальности данных в 5G сетях. Исследования могут быть сосредоточены на анализе и совершенствовании механизмов безопасности UPF, разработке новых алгоритмов шифрования и аутентификации, а также исследовании уязвимостей и методов их предотвращения.
5. Оптимизация ресурсов сети: UPF может быть использован для оптимизации использования ресурсов сети, таких как пропускная способность и энергия. Исследования могут быть направлены на разработку и анализ алгоритмов оптимизации ресурсов UPF, с учетом различных факторов, таких как трафик, нагрузка и требования к QoS.

Среди компаний, развивающих UPF как отдельный (или входящий в состав решений продукт), можно отметить следующие:

1. Гонконгская (китайская) компания IPLOOK является разработчиком инновационных решений в области программно-конфигурируемых сетей. Одним из ключевых компонентов их портфолио является высокопроизводительная платформа UPF (User Plane Function) для сетей 5G.
2. Канадская компания Kaloom разработала инновационное программно-определяемое решение для эффективной маршрутизации трафика в сетях 5G - Kaloom Software Defined Fabric (SDF). Важным компонентом SDF является Kaloom UPF (User Plane Function) - это высокопроизводительная платформа пользовательской плоскости для сетей нового поколения.
3. Французская компания firecell поставляет промышленные решения для частных 5G сетей, в том числе комплекты для лабораторных стендов с поддержкой O-RAN, в состав которых входит UPF собственной разработки.
4. В составе облачных решений Microsoft Azure и Amazon AWS имеется возможность заказать функционал облачного 5G ядра, в состав которого входят сервисы для обработки трафика мобильных устройств абонентов, реализующие функции UPF.

Таким образом, все компании, предоставляющих 5G ядро в облачном или on-premise варианте, реализуют функцию UPF тем или иным образом. Наличие на рынке качественного продукта с открытым исходным кодом, доступного для проработки, поддерживающего работу в облачных средах и контейнерах за счет использования eBPF, позволяет использовать его как основу для будущих решений и разработок.

Отдельно необходимо указать возможности для развития аналогичных функций в сетях следующего поколения 6G. Ожидается, что в сетях 6G продолжиться движение в сторону микросервисной архитектуры сети, а также запуска приложений по возможности ближе к границе сети (edge computing). В этих сценариях приложение UPF, созданное под возможности использования в контейнерах и, как следующие поддерживающее микросервисную архитектуру, будет иметь следующие возможности:

1. Встроенная в продукт возможность к масштабированию (scalability), ограниченная только возможностями самой сети;
2. Заложенные инструменты для интеграции с широким кругом системам оркестрации;
3. Механизмы интеграции с различными системами автоматизации управления сетью, в том числе с использованием AI/ML, подход AI-native-подход и т.п.

Ниже представлена выдержка из отчета Ericsson Technology Review за октябрь 2023 года в отношении возможного развития ядра мобильной сети следующего поколения:

Core network architecture evolution

Cloud-native design and deployment has provided new implementation technologies and improved ways of working such as software LCM. This development inspired the introduction of the Service-Based Architecture (SBA) of the 5G Core (5GC) network in the 3GPP (3rd Generation Partnership Project), which has made the functional architecture more suitable for cloud deployment by, for example, adopting cloud-friendly protocols. In the SBA, the network functions (NFs) expose services through ServiceBased Interfaces (SBIs) instead of using point-to-point protocols, as in previous generations. The purpose of this change was also to create a more flexible and extensible architecture.

The extensibility of the 5GC that the SBA has enabled is demonstrated by the continuous increase in the number of NFs in the 5GC, which has risen from 22 in 3GPP release 15 to 45 in release 17. The number of SBIs has increased at almost twice the rate as the NFs, reaching more than 110 in release 17. The increase of NFs and NF services is strongly related to the introduction of new features and functions in the 5GC.

The flexibility of the 5GC also drives complexity in standardization, development and operational deployment in commercial networks, however. For example, the Service Communication Proxy introduced in release 16 added several modes of operation of the inter-NF communication [7] that need to be applied per SBI and NF service consumer. With different NFs supporting different modes of operation, this leads to a configuration complexity for multi-vendor SBIs of networks in operation.

While continuing to take advantage of the flexibility of the 5GC, further evolution of the architecture should aim to minimize complexity at system level when introducing new functionalities. The ability to manage the complexity in all the steps from design and development to operations will require greater reliance on automation techniques.

By combining existing 5GC extensibility with the potential improvements to the 5GC architecture proposed above, we believe that an evolved 5GC could support a new 6G RAT