摘要：6G不仅仅是对5G简单的代际升级替换，更应是从技术到应用的全方位蝶变。人们对5G曾经有过很多期望：低至1毫秒的延迟，会让高清视频实时播放、云游戏、远程医疗手术等成为现实；认为将引发工业、医疗、交通、教育等众多行业的深刻变革，比如打造智能工厂实现自动化生产、通过
基站原生分流是拯救6G的关键出路。
文 | 特约专家 童羽
6G不仅仅是对5G简单的代际升级替换，更应是从技术到应用的全方位蝶变。人们对5G曾经有过很多期望：低至1毫秒的延迟，会让高清视频实时播放、云游戏、远程医疗手术等成为现实；认为将引发工业、医疗、交通、教育等众多行业的深刻变革，比如打造智能工厂实现自动化生产、通过远程医疗解决医疗资源不均衡问题等；将催生出大量全新的商业模式和业务形态，为运营商、设备商、内容提供商等产业链各方带来丰厚的收入和利润增长，如基于5G的高清视频付费业务、工业互联网平台的服务收费、智能交通中的车联网应用收费等，甚至有人预测5G将开启一个万亿美元级别的市场。然而，实际的商用表现却很“骨感”，让人们期望过高的泡沫逐渐破灭。
5G基站覆盖范围、信号干扰、网络拥堵等，用户往往难以持续稳定地获得超高速率和超低延迟的体验。像云游戏等对网络要求极高的应用，目前仍未实现大规模的普及，其发展还面临着内容生态、终端设备性能等多方面的制约。在工厂中催生出了机器视觉质检、远程设备操控等典型应用场景，仍未达到全面变革行业的程度。
当前，5G的商业变现能力仍未充分发挥，全球前40大运营商近十年来主营收入平均增长率只有0.3%，5G增收并不显著，且流量经营难度增大，难有增幅。5G业务模式正进入同质化竞争，传统按量计费的模式已经走到尽头，导致用户的移动业务收入增长乏力，运营商仍在探索如何通过5G网络实现收入增长、提升盈利能力和投资回报。5G基站的覆盖范围还不够广泛，在一些偏远地区和室内环境中，5G信号的覆盖仍然存在薄弱环节，导致用户的5G使用体验不够稳定和连续。
6G时代有着令人憧憬的愿景：泛在连接让万物互联更加紧密，几乎所有物体都能无缝接入网络;超高速率实现更惊人的数据传输速度，让信息传递几乎无延迟；全息通信带来身临其境的沉浸式体验，如全息会议、全息教学等；智能交通实现车辆与基础设施的智能互联，提升交通效率和安全性；智慧医疗让远程手术、医疗监测等成为现实，改善医疗资源分配；赋能工业助力工业自动化和智能化升级，提升生产效率和质量等。若6G不想重蹈5G挑战的覆辙，那么对接入数据进行分流便成为其成功的关键因素。而依靠以5G用户面架构为主导的分流方案，无疑会给6G带来致命的困扰。在此情况下，基站原生分流乃是拯救6G的关键出路。
为什么：
5G数据分流架构的致命缺陷
依据5G网络架构，终端与数据网络(DNN)之间的数据通信需经由用户面进行传输。在进行上行数据传输时，用户设备(UE)的用户数据通过接入技术(例如5G新空口NR)的用户面连接被传输至无线接入网(RAN)，接着在N3参考点处借助通用分组无线服务隧道协议——用户面(GTP-U)隧道传输至核心网中的用户面功能(UPF)。UPF会按照SMF所提供的规则对上行数据予以处理，比如数据包的路由与转发、策略规则的执行以及QoS处理等。
在下行数据传输过程中，来自数据网络(DN)的数据通过N6参考点到达用户面功能(UPF)。UPF对下行数据进行相应处理后，经由N3参考点和无线接入网(RAN)将数据传输给用户设备(UE)。如下图示：
数据传输必须经过UPF，由此带来了以下难以克服的问题：
●大量UPF节点部署挑战
为了实现有效的分流，可能需要在网络中部署多个UPF节点，尤其是在靠近用户侧的边缘位置。这会增加网络的部署成本和管理复杂度，包括节点的配置、监控、维护和升级等方面。例如，在一个大型城市的5G网络中，如果要为不同区域的用户提供低时延的服务，需要部署多个边缘UPF，这对运营商的网络管理团队提出了较高的要求。
不同的UPF节点之间需要协同工作，以确保数据的正确分流和转发。这涉及到复杂的信令交互和协调机制，容易出现信令风暴、时延增加等问题，影响网络的性能和稳定性。而且，当网络拓扑发生变化时，UPF之间的协同工作可能会受到影响，需要进行重新配置和调整。
尽管UPF负责用户数据的转发，但在面对大量高速数据流量时，可能会出现处理能力不足的情况。特别是在6G时代，数据流量将呈爆炸式增长，UPF的硬件性能和处理能力可能无法满足需求，导致数据转发时延增加、丢包率上升等问题。
UPF需要对一些数据进行缓存，以便在网络拥塞或用户设备暂时离线的情况下能够继续提供服务。然而，大量的数据缓存会占用大量的存储空间，增加硬件成本，并且可能会影响UPF的处理性能。对于一些实时性要求较高的应用，缓存数据的处理也可能会引入额外的时延。
●集中转发使UPF成为数据安全焦点
UPF作为用户数据的转发节点，存储和处理着大量的用户信息。如果UPF的安全防护措施不足，可能会导致用户数据泄露，给用户的隐私和安全带来威胁。例如，黑客可能通过攻击UPF来获取用户的个人信息、通信内容等。
DDoS(分布式拒绝服务)攻击：攻击者通过控制大量的僵尸网络向UPF发送海量的请求，使得UPF的资源被耗尽，无法正常处理合法用户的请求。例如，攻击者利用物联网设备组成的僵尸网络，对UPF发动大规模的UDPflood攻击，导致UPF的带宽和处理能力被占用，正常的5G用户的数据传输受到严重干扰，如无法正常浏览网页、观看视频等。
中间人攻击：攻击者在用户和UPF之间或者UPF与其他网络组件之间插入自己的设备，截获和篡改数据。例如，在数据传输过程中，攻击者通过伪造的基站设备与UPF通信，获取用户的隐私数据，包括用户的位置信息、通话内容等。
错误配置安全风险：如果UPF的配置出现错误，可能会导致安全漏洞。例如，错误的访问控制配置可能会使得未经授权的用户或设备能够访问UPF的某些功能。比如，将原本应该限制访问的计费数据接口错误地设置为可访问状态，可能会导致计费信息泄露。
软件漏洞风险：UPF软件可能存在代码漏洞。像缓冲区溢出漏洞，攻击者可以利用这些漏洞向UPF系统写入恶意代码，从而控制UPF的部分功能或者获取系统权限。这些软件漏洞可能是由于开发过程中的编码错误或者后期没有及时更新安全补丁导致的。
重要的一点是，UPF(用户平面功能)在数据集中转发过程中起着关键节点的作用。一旦UPF被成功攻破，那么与其相连的所有基站都将面临威胁，甚至有可能引发全网或者整片区域的断网情况。
●用户面隧道技术增加数据回传协议栈复杂度
为了传输用户数据，基站和UPF节点之间建立GTP-U隧道，将用户数据封装在GTP-U数据包中进行传输。GTP-U通常运行在IP网络之上，IP层负责寻址和路由，将GTP-U数据包从源节点传输到目的节点。它需要处理IP地址分配、路由选择、网络地址转换等问题。
在IP层之上，通常使用UDP作为传输层协议来传输GTP-U数据包。UDP是一种无连接的协议，具有较低的开销和延迟。但它也缺乏可靠性保证，需要GTP-U自身来处理错误检测和恢复。
需要指出的是，这里的IP不是用户数据包原来的IP，而是在用户原来IP之外添加的IP协议栈，包括UDP，GTP-U等协议都是基站和UPF添加的。协议栈如下图示：
隧道建立和管理：GTP-U协议栈需要在基站和UPF之间建立隧道，以传输用户数据。隧道的建立和管理涉及到多个步骤，包括隧道端点的发现、协商隧道参数、分配隧道标识符等。隧道的管理还包括隧道的维护、更新和拆除。例如，当用户移动时，需要更新隧道的端点信息，以保证数据的连续传输。隧道建立和管理的复杂性在于需要协调多个网络节点之间的操作，确保隧道的正确性和可靠性。
数据封装和解封装：GTP-U将用户数据封装在特定的格式中，以便在隧道中传输。封装过程包括添加隧道标识符、序列号、长度指示等字段，以及对用户数据进行加密和压缩等处理。在接收端，需要对GTP-U数据包进行解封装，提取出用户数据，并进行相应的解密和解压缩等处理。数据封装和解封装的复杂性在于需要处理不同类型的用户数据，以及适应不同的网络环境和安全要求。
与核心网其他协议的交互：GTP协议栈通常与核心网中的其他协议协同工作，如S1AP(S1 Application Protocol)、X2AP(X2 Application Protocol)等。这些协议之间需要进行交互和协调，以实现用户数据的传输和网络的管理。例如，S1AP用于在基站和核心网之间建立连接，而GTP-U则在这个连接上传输用户数据。与其他协议的交互增加了GTP协议栈的复杂性，需要确保不同协议之间的兼容性和互操作性。
综上所述，用户面GTP-U协议栈的复杂性主要体现在协议层次结构、功能特性以及与其他协议的交互等方面。这些复杂性使得用户面协议栈的设计、实现和维护都具有一定的挑战。
●“千军万马”过承载网
所有用户数据皆需经由承载网方可汇聚至UPF，从而形成承载网犹如千军万马过独木桥之态势。在此情形下，承载网或许需要持续进行硬件设备的升级与扩容。这涵盖了提升光传输设备、路由器、交换机等的容量与性能，同时还需部署更多的边缘节点设备。例如，为满足流量增长之需求，可能需更换容量更高的光传输模块；为提高网络性能，或许要升级路由器的处理芯片等等。依据5G的用户面架构，用户数据在抵达UPF之前无法进行分流，所有用户数据需经UPF迂回后才可被转发至目的数据网，这将致使基站至核心网之间的承载网容量永远成为限制6G业务拓展的瓶颈所在。
而且低时延业务，诸如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)游戏以及工业自动化中的实时控制等，对时延要求极为严格，通常要求端到端时延控制在几十毫秒乃至几毫秒以内。而当前通过UPF的架构，使得数据无法从基站靠近用户的边缘节点直接分流，既不能缩短数据从基站到UPF的传输路径长度，也无法降低时延。
是什么：
基站原生分流引爆的突破与机遇
随着5G技术的广泛应用和6G技术的研发推进，基站原生分流被认为具有引爆6G全场景的潜力。
●基站原生分流的概念及优势
基站原生分流是指基站接收到用户数据后，不建立与UPF之间GTP-U隧道，也不需要对数据多次封装或者解封装，而是根据用户数据包头的目标IP地址，按照IP路由规则直接传输出去。原生分流使用户数据无需依赖UPF的集中式处理，也不需要MEC的边缘计算，而是本地路由转发。原生分流减少了基站的处理负担，使其可以专注于无线信号的接收和发送，提高了基站的稳定性和可靠性。同时，也降低了基站的硬件和软件复杂度，减少了成本和维护难度。如下图示：
基站原生分流摒弃了基站与UPF之间的GTP-U隧道，去除了二层IP协议栈，使得数据处理效率显著提升。它能够依据不同的业务需求、用户需求以及网络状况，将数据流量导向不同的目的地，例如本地服务器、数据网络或者网络数据处理单元。基站原生分流具有以下优势：
接入即分流：用户数据一旦接入基站便会被立即分流。基站会依据接收数据包头中的目标IP地址，查找IP路由表并进行直接转发。数据接入即实现分流的这一方式有助于构建更为清晰的数据处理架构。当数据依照IP路由规则进行分流后，各个处理模块的职责将更加明晰。例如，负责处理用户行为分析的数据模块只需专注于从行为数据分流过来的那些数据。如此一来，在系统升级以及故障排查等维护工作当中，便能够更具针对性地进行操作。
消除了基站和UPF之间的传输时延：基站原生分流能够确保用户数据在接入基站后，无需经过UPF进行集中和迂回，而是直接传输至数据网络。如此一来，便削减了基站至核心网的传输路径，直接消除了不必要的路径时延。这一特性对于6G时代诸如自动驾驶、远程医疗以及工业自动化等超低时延应用而言至关重要。
灵活性：基站能够依据实时的网络状况和业务需求进行动态分流，极大地提高了网络的灵活性与适应性。并且，结合AI技术后，更易于进行各类智能运算。例如，当网络出现拥塞时，可以将部分流量分流至本地服务器或边缘计算节点，从而缓解核心网的压力。
安全性：对于部分敏感数据，可借助基站原生分流功能，将其直接传送至安全的本地服务器或者边缘计算节点，进而提升了数据的安全性。即便个别基站遭受攻击，威胁也仅仅局限于该基站自身，不会扩散至其他基站，更不会对核心网造成冲击，能够有效规避局部乃至全网的风险。●基站原生分流将引爆6G全场景
终端之间数据直传：在6G网络架构中，终端之间的数据直传将成为一项极具突破性的功能。通过基站原生分流技术的有力支撑，终端设备能够跳过传统的集中到UPF的复杂传输链路，通过基站原生分流直接建立起高效的数据传输通道。这意味着，无论是海量数据的快速交换，还是对低时延要求极高的实时交互场景，都能得到极大的优化。例如，在智能物联网环境下，众多传感器终端之间通过基站即可直接传输数据，减少数据中转环节，提升数据传输效率与实时性，为实现更加智能、高效的万物互联奠定坚实基础。
基站自回传：在6G网络架构中，基站自回传将成为一项极具突破性的功能。通过基站原生分流技术的有力支撑，基站利用自身的无线通信模块或者其他内置的传输资源来建立回传链路。这可能包括使用毫米波频段、太赫兹频段或者其他频段的无线链路。
例如，基站可以通过与相邻基站之间的无线中继链路，将数据逐跳地传输回核心网。在这个过程中，基站会根据链路质量、带宽可用性等因素，动态地选择最佳的回传路径。如果附近有可用的卫星通信链路，基站也可以利用卫星通信来实现自回传，将数据发送到卫星，再由卫星转发到地面的核心网接入节点。
为了确保数据的准确性，基站会采用一系列的纠错技术。例如，前向纠错(FEC)编码，在发送数据之前，对数据进行编码，添加冗余信息。当接收端(如核心网节点)收到数据后，如果发现有错误，可以通过冗余信息来纠正错误。同时，还会采用自动重传请求(ARQ)机制，接收端如果检测到无法纠正的错误，会向基站发送请求，要求重新发送错误的数据块。
当核心网节点或其他目标节点接收到基站自回传的数据后，会向基站发送确认信息。基站收到确认信息后，就知道数据已经成功传输。
同时，基站会持续监测自回传链路的状态。如果发现链路质量下降，如信号强度减弱、误码率增加等情况，基站会采取相应的措施来维护链路。这可能包括调整发射功率、切换到备用频段或者重新选择回传路径等操作，以确保数据能够持续、稳定地回传。
家庭专网：6G家庭专网是指利用6G技术构建的家庭内部网络，它将为家庭用户提供高速、低延迟、高可靠性的网络连接，满足家庭用户在娱乐、办公、智能家居等方面的多样化需求。与传统的家庭网络相比，6G家庭专网具有更高的带宽、更低的延迟、更强的安全性和更好的智能化水平。
6G家庭专网充分利用现有的PON网络资源，引入基站原生分流这一黑科技。在无需升级家庭宽带资源的情况下，即可建设家庭专网。家庭专网用户数据沿用当前WIFI的传输路径，流量规模与现有WIFI保持一致。基站原生分流使得回传数据无需抵达核心网的UPF节点，在城域网便能完成数据的目标分流，可实现与数据中心、APP服务器或者互联网服务的连接。此举释放了城域网和核心网打通节点的压力，维持了城域网和回传承载网的流量均衡，无需产生新的扩容需求。
借助基站原生分流，未来6G家庭专网将与人工智能深度融合，拓展更多应用场景，实现全球无缝覆盖，推动数字经济发展，为家庭用户带来更加美好的生活体验。
工业专网LAN：“工业专网”是专门为工业场景设计的独立网络。与公共网络相比，工业专网可以根据工业生产的特定需求进行定制化配置，具有更高的安全性、可靠性和稳定性。它能够满足工业生产中对实时数据传输、精准控制和大规模设备连接的严格要求。
在工业环境中，6G工业专网LAN可以覆盖一个工厂、工业园区或特定的工业生产区域。它将各种工业设备、传感器、控制器、计算机等连接在一起，实现高效的数据通信和协同工作。
例如，在智能工厂中，6G工业专网LAN可以实现生产设备的实时监控和远程控制，提高生产效率和质量。通过高速的数据传输，工厂管理者可以及时获取设备运行状态、生产进度等信息，做出准确的决策。同时，工业专网LAN还可以支持工业机器人之间的协同作业，提高生产的灵活性和自动化程度。
在工业物联网应用中，6G工业专网LAN可以连接大量的传感器和设备，实现对生产过程的全面监测和数据分析。通过对数据的实时处理和反馈，可以优化生产流程、降低能源消耗、提高产品质量。
怎么干：
基站原生分流需要解决的技术难题
●移动性和业务连续性
更高的移动速度支持：6G预计将支持用户设备在更高的移动速度下保持稳定的通信。与5G支持500km/h的移动速度相比，6G的目标是能够支持高达1000km/h的移动速度，这对于未来高速飞行的交通工具(如超音速飞机)、高速磁悬浮列车等场景下的通信需求提供了有力保障。在这样的高速移动环境中，用户仍然可以流畅地进行高清视频通话、实时在线办公、高速数据下载等业务，极大地拓展了移动通信的应用场景。
空天地一体化网络下的无缝移动性：6G网络将构建空天地一体化的三维立体网络，融合地面通信网络、卫星通信网络以及高空平台通信等多种通信方式。在这种网络架构下，用户设备可以在不同的网络环境中实现无缝切换和漫游。比如，当用户从城市地面进入山区等地面网络信号较弱的区域时，卫星通信网络可以自动接管通信服务，确保通信的连续性;当飞机在飞行过程中，也可以通过空天地一体化网络随时保持与地面的高效通信，为乘客提供高速的网络服务。
●终端全球统一IP编址和路由
智能终端统一分配全球唯一的IPv6地址具有多方面的重要意义和影响：
IPv6海量地址空间：IPv6拥有巨大的地址空间，能够为每一个智能终端分配一个全球唯一的IP地址。这意味着即使未来智能终端的数量呈爆发式增长，也不会出现地址短缺的问题。例如，在物联网场景中，从智能家居设备到工业传感器，都可以轻松获得独立的IPv6地址，实现直接的互联互通。
相比之下，IPv4地址资源有限，随着智能终端的普及，地址匮乏问题日益突出，需要采用网络地址转换(NAT)等技术来共享有限的地址资源，这增加了网络的复杂性和管理难度。
简化网络架构：统一分配IPv6地址可以简化网络架构。由于每个智能终端都有独立的IP地址，不再需要NAT等地址转换设备，减少了网络中的中间环节，降低了网络延迟，提高了网络性能。
同时，也便于网络管理和故障排查，因为可以直接通过IP地址定位和管理每个智能终端，而不需要通过复杂的NAT转换关系来确定终端的位置。
物联网应用：在物联网领域，智能终端的数量庞大且种类繁多。统一分配IPv6地址为物联网的发展提供了坚实的基础。每个物联网设备都可以直接通过IPv6地址进行通信和管理，实现真正的万物互联。
例如，智能家电可以通过IPv6地址与用户的智能手机进行直接通信，实现远程控制和智能化管理;工业物联网中的传感器和设备可以通过IPv6地址实时上传数据，实现生产过程的智能化监控和优化。
云计算和本地计算：智能终端统一分配IPv6地址有助于云计算和边缘计算的发展。在云计算环境中，用户可以通过IPv6地址直接访问云端的服务和资源，实现更加高效的计算和存储。
边缘计算中，智能终端可以与边缘服务器直接通信，减少数据传输的延迟和带宽消耗。IPv6地址的统一分配使得边缘计算节点能够更方便地识别和管理智能终端，提高边缘计算的效率和可靠性。
总结：基站原生分流作为一种新兴的技术，具有终端之间直接数据传输，基站自回传，回传路径时延消除、基站本地分流、灵活性和安全性等优势，能够满足6G全场景的需求。虽然目前还面临着技术标准化和成本投资等挑战，但随着技术的不断发展和成熟，基站原生分流有望引爆6G全场景，推动新兴应用的发展，促进边缘计算的发展，提升网络的智能化水平。未来，需要产业链各方共同努力，加快技术研发和标准化进程，降低成本，提高投资回报率，为6G时代的到来做好准备。
作者简介
童羽，高级工程师，在通信领域工作超过20多年，长期深耕产品一线，有丰富的产品开发和规划经验。先后在中华通信系统设计院、华为、中兴通讯工作担任相关技术产品负责人，曾参与或主持参与中国联通江西省CDMA网络规划、Tbit路由器主控板硬件开发、光网络产品(MSTP，PTN，IPRAN等)通信协议栈开发、无线基站(4G，5G)规划等。目前担任主导通信企业产品规划总工。
来源：通信产业报
