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1、1/35摘摘 要要随着 6G 通信网络的快速发展，负责数据转发和处理的核心功能模块用户面面临着多样化服务场景、超高吞吐量、超低延迟和动态资源调度带来的前所未有的挑战。本白皮书重点介绍了可编程技术支持的 6G 用户面，系统地探讨了其需求、架构设计和关键技术，旨在为未来的 6G 网络提供灵活、智能、高效的用户面解决方案。白皮书首先分析了 6G 移动通信网络对可编程用户平面的核心要求，包括支持多种服务场景（如智能交互、全息通信和工业互联网）、网络资源的动态适应、差异化的服务质量保证以及计算和通信的深度集成。在此基础上，它提出了可编程用户面架构的设计原则，强调开放性、面向服务的设计、软硬件协同和智能编

2、排能力。本文进一步构建了一个具有协议可定义性和功能可扩展性的分层解耦架构系统。关于关键技术，白皮书强调了四个关键方向：1、在网络计算中：通过将计算能力深度嵌入用户平面，实现了近边缘数据处理和实时响应。2、动态协议可编程性：支持按需定制和动态加载协议栈，以满足垂直行业的异构需求。3、功能服务化：通过基于微服务的架构将用户平面功能解耦，增强部署灵活性和资源利用率。4、路径可编程性：利用意图驱动和基于人工智能的动态路径优化来确保端到端的传输性能。此外，本文还验证了可编程用户面在提高网络效率、减少延迟和通过典型应用场景增强智能方面的潜力。最后，它概述了未来的研究方向，呼吁全行业合作推进标准开发、开源生

3、态系统建设和跨领域技术集成，加快 6G 可编程用户面的商业化。本白皮书为 6G 网络架构的演进提供了重要参考，有助于构建开放、智能和按需的面向服务的未来通信基础设施。关键词：关键词：6G；可编程；AI；UPF；服务化2/35AbstractWith the rapid development of 6G communication networks,the user planea core functional moduleresponsible for data forwarding and processingfaces unprecedented challenges posed by

4、diverse servicescenarios,ultra-high throughput,ultra-low latency,and dynamic resource scheduling.This white paperfocuses on the programmable technology-enabled 6G user plane,systematically exploring its requirements,architectural design,and key technologies,aiming to provide flexible,intelligent,and

5、 efficient user planesolutions for future 6G networks.The white paper first analyzes the core requirements of 6G mobile communication networks forprogrammable user planes,including support for diverse service scenarios(e.g.,intelligent interaction,holographiccommunication,andindustrialinternet),dyna

6、micadaptationofnetworkresources,differentiatedquality-of-serviceguarantees,anddeepintegrationofcomputingandcommunication.Building on this foundation,it proposes design principles for programmable user planearchitectures,emphasizing openness,service-oriented design,software-hardware synergy,and intel

7、ligentorchestration capabilities.The paper further constructs a hierarchical,decoupled architecture system withprotocol definability and functional extensibility.Regarding key technologies,the white paper highlights four critical directions:1、In-network computing：By deeply embedding computing capabi

8、lities into the user plane,near-edge dataprocessing and real-time response are achieved.2、Dynamic protocol programmability：Enables on-demand customization and dynamic loading of protocolstacks to meet vertical industries heterogeneous demands.3、Functional servitization：Decouples user plane functions

9、 through a microservice-based architecture,enhancing deployment flexibility and resource utilization.4、Path programmability：Leverages intent-driven and AI-based dynamic path optimization to ensureend-to-end transmission performance.Additionally,the paper validates the potential of programmable user

10、planes in improving networkefficiency,reducing latency,and enhancing intelligence through typical application scenarios.Finally,itoutlines future research directions,calling for industry-wide collaboration to advance standardsdevelopment,open-source ecosystem building,and cross-domain technology int

11、egration,accelerating thecommercialization of 6G programmable user planes.This white paper serves as a critical reference for the evolution of 6G network architectures,contributing tothe construction of open,intelligent,and on-demand service-oriented future communication infrastructure.Keywords:6G;P

12、rogrammable;AI;UPF3/35目目 录录摘摘 要要.1 1AbstractAbstract.2 21 1 6G6G 可编程用户面的需求及应用场景可编程用户面的需求及应用场景.4 41.1研究进展.41.26G 移动通信网络对可编程用户面新需求.51.3相关技术.82 2 基于可编程技术的基于可编程技术的 6G6G 用户面架构用户面架构.12122.1可编程用户面设计原则.122.2可编程用户面架构.133 3 可编程用户面关键技术可编程用户面关键技术.16163.1用户面协议动态可编程技术.163.26G 用户面功能可编程技术.183.2.16G CN 用户面功能可编程.183.

13、2.26G RAN 可编程.193.36G 用户面智能可编程技术.233.46G 用户面路径可编程技术.243.4.16G 用户面可编程能力获取.243.4.26G 用户面路径可编程.253.56G 用户面新能力可编程技术.263.6基于可编程的用户面在网计算.274 4 展望展望.2929参考文献参考文献.3030缩略语缩略语.3131主要贡献单位主要贡献单位.33334/331 6G 可编程用户面的需求及应用场景可编程用户面的需求及应用场景1.1 研究进展研究进展当前，业界已开启对下一代移动通信技术（6G）的研究探索。面向 2030 年及未来，人类社会将进入智能化时代，6G 将构建人机物智

14、慧互联、智能体高效互通的新型网络，在大幅提升网络能力的基础上，具备智慧内生、多维感知、数字孪生、安全内生等新功能面对如此愿景，6G 的网络架构和功能也会变得越来越复杂。为了使网络适应未来多变的需求，在 6G 网络中应通过引入端到端可编程网络技术，让网络更加智能和灵活。谈到可编程网络，最具代表性的当属 SDN 技术。2008 年，Nick McKeown 教授等人在 ACMSIGCOMM 发表了题为OpenFlow:Enabling Innovation in Campus Networks的论文，首次详细地介绍了 OpenFlow 和 OpenFlow 交换机的概念。OpenFlow 交换机相

15、较于传统交换机有着本质不同。OpenFlow 交换机将控制权上交给集中控制器，集中式控制器通过 OpenFlow 协议对 OpenFlow 交换机中的流表进行控制，它会为特定的工作负载计算最佳路径，从而提高转发的效率。这种控制转发分离的架构由集中式控制器对网络中的各种交换机设备进行综合管理，这种行为就像对网络进行整体“编程”一样。2009 年，基 OpenFlow 为网络带来的可编程特性，Nick McKeown 教授团队与加州大学伯克利分校的 Scott Shenker 教授进一步提出了 SDN 的概念。由 OpenFlow 带来了两项革命性的网络创新成就：“控制转发分离架构”和“可编程”，

16、也成为了 SDN 思想的核心理论。2019 年的 ONF Connect 2019 演讲中，Nick McKeown 教授定义了 SDN 发展的 3 个阶段：图1：SDN发展阶段图20102020 年：通过 OpenFlow 将控制面和数据面分离，用户可以通过集中的控制端去控制每个交换机的行为；20152025 年：通过 P4 编程语言以及可编程 FPGA 或 ASIC 实现数据平面可编程，这样，在包处理流水线加入一个新协议的支持，开发周期从数年降低到数周；20202030 年：展望未来，网卡、交换机以及协议栈均可编程，整个网络成为一个可编程平台。在 SDN 的架构中，由控制平面、数据平面和南

17、向接口的一系列相关技术和接口协议实现网络的5/33可编程。Openflow 作为南向协议为控制器和数据平面提供可动态交互的渠道，开启了网络可编程时代，被称为 SDN 1.0，此时的网络可编程也被称为控制面可编程；但随着网络的发展和网络从业者对可编程的需求持续增大，Openflow 所提供的控制面可编程已远远不够，无法完全达到目标无关的可编程，更深刻的需求是做到协议无关的可编程；而 P4 可编程技术是一种协议无关的可编程处理器，提出了创新性的数据包处理逻辑架构，给予网络从业者定义数据包处理逻辑的控制权，使其进而可控制整个网络，P4 可应用于多种网络场景，如负载均衡、边缘计算、安全等方面，此时，P

18、4 时代被称为 SDN 2.0 时代，也被叫做用户面可编程。从可编程技术的发展来看，其是一个从控制面可编程到用户面可编程的进化史，其是随着网络时代发展而发展的。4G 时代的用户面（SGW 和 PGW）已经引入了控制面和用户面分离的思想，主要负责用户数据的路由和转发，以及用户平面数据包的传输。它不涉及会话管理的控制功能，这些功能由 MME 负责，用户面功能相对简单；到了 5G，UPF 不仅负责用户数据的路由和转发，还支持更复杂的网络功能，如网络切片、低时延通信等。5G UPF 可以支持多种应用场景，包括视频传输、虚拟现实和物联网等，并且能够提供更高的数据传输速率和更低的网络延迟，其中，控制面与用

19、户面分离更加彻底，用户面功能更加独立，可以下沉到靠近用户的边缘网络，以降低网络延迟，提高整体网络性能；迈入 6G 时代，6G 业务的多维性（通信、感知、AI、计算等）对用户面提出了更高的要求，从单一处理用户数据到处理多维业务数据发生了天翻覆地的变化，无论是对用户面处理多维数据(通、感、智、算等)的能力，还是对用户面处理多维业务数据的性能（峰值速率、用户体验速率、区域流量等）都提出了极高的要求。面对不同的应用场景，也对用户面功能可弹性重构、服务化、可编程等也提出了进一步的需求。基于以上描述，可以得出可编程技术的发展与网络用户面的发展可谓是有异曲同工之妙，两者存在着极大的相似性和耦合性，其发展轨迹

20、是极其吻合的，从另一个角度也可以说明，可编程技术与网络用户面是你中有我，我中有你，可编程技术与用户面技术的结合，将做到 1+12 的效果，为网络提供源源不断的动能。1.2 6G 移动通信网络对可编程用户面新需求移动通信网络对可编程用户面新需求ITU-R 发布的IMT 面向 2030 及未来发展的框架和总体目标建议书提出了 6G 相对于 5G 三角形能力需求，已转变为了六边形战士，在 5G eMBB、uRLLC、mIOT 的基础上，演变为了沉浸式通信、AI 与通信的融合、超高可靠低时延通信、泛在连接、大规模通信、感知与通信融合六大场景，在此基础上，对网络性能各个指标提出了更高的要求，比如数据峰值

21、速率、用户体验数据速率、区6/33域流量能力、连接密度、移动性、时延、可靠性、覆盖性等，从这些 KPI 可以看出，其主要是对用户面的要求，用户面处理数据的能力是与峰值速率、用户体验速率、时延、可靠性等密切相关的。6G 用户面对数据的转发不再限于用户数据，而是包含通感智算数安等多维度新业务的数据转发和传输，其传输的数据量也是成指数级增长的；对数据也不再是简简单单的路由和转发，而是对数据在一定程度上做到随路计算、随路处理等多种复杂操作。由于网络中的数据不再限于用户的业务数据，引入了大量的 AI、计算、感知数据，数据之间的传输拓扑也不再限于 UE-RAN-UPF-DN 之间，而是可任意拓扑的，即存在

22、 UE-UE、UE-RAN、RAN-RAN、RAN-CN NF、CN NF-CN NF 等多种数据传输场景，不同的数据类型也对传输数据的协议提出了不同的需求，如 AI 和感知数据量较大，传统的 GTP-U 协议是否能高效的传输此种类型的数据，也存在着很大的疑问和挑战。在 IMT-2030(6G)的数据服务测试中，基于核心网网元 AIEF 与UPF 之间传输 AI 模型数据的场景，对 HTTP 2.0 和基于 QUIC 协议的 HTTP 3.0 在数据传输方面做了协议效率对比，实验结果体现了基于 QUIC 协议数据传输的巨大优势。在 6G 引入多种类型数据的同时，为了更好的适应和解决数据传输的高

23、效性，6G 网络的服务化道路也一直在不断前进，R18 UPF 支持 event exposure 服务是用户面服务化的重要开端，但当前标准中 UPF 的服务化，仅向 AF/NEF 等开放信息订阅/通知接口，N4 接口未做服务化转换。当前对应的UPF 服务化接口 Nupf 也未在协议规范的总体架构图中有所体现。N4 接口服务化的目标为 UPF 对控制面统一提供 Nupf 的服务化接口，满足不同控制面网元调用UPF 各类服务的诉求。例如 UPF 对 SMF 提供会话转发控制服务、UPF 对 PCF 提供策略控制服务；同时，UPF 可以为SMF、PCF、AF、NEF 等提供信息订阅/通知服务。在 N

24、4 接口服务化的同时，RAN 与核心网之间的 N2 接口服务化也在不断尝试和探索，长期以来，基站一直以集成单体的方式进行开发，以保证“最后一公里”的极致性能。多出于性能担忧，学术界和产业界对 N2 接口服务化持保守态度。但性能担忧不应该成为探索 N2 接口服务化路上的绊脚石。面对未来不确定的新业务和新场景需求，移动通讯更应该着眼于提升网络的全场景适应能力。总之，基于云原生技术的端到端服务化架构是打造网络全场景适应能力的必要技术手段，为了最大限度提升网络的适应能力，N2 接口服务化的研究是未来网络架构设计的重中之重。不论是新型数据的引入导致传输协议的变化和多协议可按需共存，还是不同网络多接口服务

25、化演进都在透露出对可编程的需求，传输协议多样性和接口服务化既是可编程的一部分，也是可编程最形象的一种具象体现，尤其是网络用户面作为数据传输和处理的载体，其传输协议升级和接口服7/33务化更是可编程的具化体现，处处无不在表达出对用户面可编程的渴求。为了服务多样化的场景，6G 网络架构和功能也变得越来越复杂，这也对传统用户面的转发和传输功能提出了挑战：1.2.1 多样化的业务数据流多样化的业务数据流面向多样化的场景，6G 网络中除了传统的通信业务的数据流，还会存在多种业务的数据流，如AI、感知等。以感知数据为例，感知数据流通常包含大量的实时数据，可能来自于不同类型的传感器和设备，这些设备可能具有不

26、同的数据格式和传输协议。用户面需要具备高效的数据处理能力和多样化的服务接口，以支持各种通信协议、数据格式和传输速率，以及提供灵活的数据路由和转发机制。细粒度的细粒度的 QoS 需求需求不同类型的业务流因其独特的特性而对网络提出了多样化的要求。例如对于沉浸式通信的业务来说，数据流量非常大，但是可能对时延不敏感，而工业控制类的业务对时延、抖动等可靠性的要求极高，但是数据流量相对较小。6G 网络需要从不同业务的 QoS 需求的角度出发，需要增强在数据转发方面的细粒度的配置能力，实现可定制，才能更好的满足不同的需求。分布式的算力分布式的算力为了满足高可靠、低时延等 QoS 需求和感知、智能等应用场景的

27、需求，6G 需要在网络内提供丰富的异构算力。而基于通信网络的点多面广的特点，其算力资源也将是分布式部署的。分布的算力对数据转发的需求不同于传统的通信网络，数据通路将不只是从终端设备到核心网用户面节点的一对一的方式，还需要实现终端设备到不同算力节点之间多点到多点的数据交换方式。6G 网络需要进一步增强数据转发的灵活性来满足这种需求。自动化智能化的管理编排自动化智能化的管理编排随着网络架构和功能的变化，6G 网络的编排管理也会变得更加复杂，自动化和智能化也是其发展的趋势之一，旨在通过先进的技术和方法来简化网络操作、优化资源配置并提升服务质量。6G 网络的数据转发能力也是如此，需要提高配置和调度能力

28、，与其它编排管理功能配合，实现对数据转发进行编排、配置和反馈的闭环，并通过自动化和智能化的方式，更好的实现网络的管理和维护工作。8/331.3 相关技术相关技术控制面技术控制面技术控制平面的技术主要是 SDN 控制器的实现。SDN 控制器是 SDN 控制器管理网络的软件，控制器中包含大量业务逻辑，以获取和维护不同类型的网络信息、状态详细信息、拓扑细节、统计详细信息等。控制器还需要掌握控制逻辑，如交换、路由、防火墙安全规则、DNS 等。网络管理员可以方便地使用应用程序实现 SDN 控制器的配置、管理和监控网络。目前市场上的 SDN 控制器解决方案大致可以分为两类：大型网络设备厂商提供商业方案，例

29、如 Cisco Open SDN controller,JuniperContrail,Brocade SDN controller 等；社区组织提供的开源方案，例如 OpenDaylight,ONOS,Floodlight等。1.3.1 OpenFlowOpenFlow 是第一个开放的南向接口协议，也是目前最流行的南向协议。OpenFlow 起源于Nick McKeown 等在 2008 年发表的OpenFlow:enabling innovation in campus networks论文，次年1.0 版本的协议发布了。2011 年成立的 ONF 进一步规范和推动 OpenFlow 的发

30、展，并将 OpenFlow 的协议规范发布在 ONF 网站，随后陆续制定了 OpenFlow 协议的 多个版本版本，目前仍在继续完善中。OpenFlow 应用于 SDN 架构中控制器和转发器之间的通信。软件定义网络 SDN 的一个核心思想就是“转发、控制分离”，要实现转、控分离，就需要在控制器与转发器之间建立一个通信接口标准，允许控制器直接访问和控制转发器的转发平面。OpenFlow 引入了“流表”的概念，转发器通过流表来指导数据包的转发。控制器正是通过 OpenFlow 提供的接口在转发器上部署相应的流表，从而实现对转发平面的控制。OpenFlow 的思路很简单，网络设备维护一个 FlowT

31、able，并且只按照 FlowTable 进行转发，FlowTable 本身的生成、维护、下发完全由外置的控制器来实现，注意这里的 FlowTable 并非是指 IP五元组，事实上 OpenFlow 1.0 定义的了包括端口号、VLAN、L2/L3/L4 信息的 10 个关键字，但是每个字段都是可以通配的，网络的运营商可以决定使用何种粒度的流，比如运营商只需要根据目的 IP进行路由，那么流表中就可以只有目的 IP 字段是有效的，其它全为通配。随着版本的更新，每次都有新的匹配字段出现，使可编程场景更丰富，功能更强大。P4P4 是一种针对网络设备领域的特定语言，用于指定数据平面设备（如交换机、网卡

32、、路由器、9/33过滤器等）如何处理数据包，现在 P4 由 ONF 进行维护与更新。传统的数据平面设备是供应商提供的，供应商定义并实现其支持的功能，而新功能的推出（例如 VXLAN）通常需要经历数年时间。P4 可以由应用程序开发人员和网络工程师定义并实现在网络中特定的行为，并且可以在更短的时间内实现。P4 最初设计是用于可编程的交换机（尤指其所使用的交换芯片 ASIC），目前已经扩展到了许多设备，如 DPU 等。网络设备包含控制平面和数据平面，P4 用于对设备的数据平面进行编程。P4 可编程交换机的优势在于数据平面的功能并不是固定的，而是由 P4 程序定义。所以 P4 是协议无关的，由程序员通

33、过编程来使数据平面能够处理各种协议以及其他数据平面功能。P4 技术主要有两个版本，分别为 P414和 P416。它们的名字是根据发行版本的年限来确定的，P414是 2014 发行的版本，P416是 2016 年发行的版本。P416技术由以下五部分组成：首部(Header)、解析器(Parser)、控制流程序(Control Ingress)、流表(Table)、动作集合(Action)。P4 的可编程性主要体现在三个方面，分别为可重配置性、协议无关性、跨平台性。(1)可重配置性：P4 应用经过编译器编译后部署到具体的平台上，进而按照代码定义的处理转发逻辑处理数据包。当有了功能扩展和其它需求，可

34、以在不更改平台设备的情况下，重新定义 P4 应用对报文的处理逻辑，进而达到灵活定义数据面的处理行为。这样极大降低了开发的时间成本和硬件升级的资金成本。(2)协议无关性：P4 的协议无关性是指它不绑定任何协议，用户只要根据 P4 技术要素结合目标平台的特性就可以自定义协议栈；同时，现在的传统交换机和 SDN 交换机在出厂之前功能已经固化，绑定了很多协议，但不是所有的协议都能用到，这样增加了协议的复杂度，增大了设备的负荷和消耗。P4 的使用可以消除协议的冗余，按需使用协议，减少额外的开销，并提高设备的资源利用率。(3)跨平台性：在 P4 的世界里，数据面 BMv2 就像是一个黑盒子，用户无需关注这

35、个黑盒子的底层处理细节，只需根据对数据报文的处理需求逻辑编写代码，代码经过设备对应的编译器编译后可以快速的在 BMv2、硬件交换机、FPGA、SmartNIC 等不同目标上部署。P4 的技术优势主要体现在协议无关性和完全可编程性。用户可以通过编写代码来编程交换机，将其与特定的协议和特定的数据包头解耦，从而定义了一组与协议无关的数据包处理管道。与传统的设备需要开发新的协议栈和更改其内部配置相比，这种通过软件可编程的方式极大极大降低了开发的时间成本和硬件升级的资金成本。SRv6用户面作为 5G 核心网体系架构中唯一提供用户数据流量处理和转发功能的面，是实现用户业务极致体验的核心，是实现以“用户”为

36、中心的窗口，更是网络各层以智简的服务为产业界的发展打开想象空间的重要抓手。面向未来通信、感知、算力、智能、数据、安全等多样化业务规则的需求，10/33用户面通过跨层跨域的可编程能力，支持新协议或功能的快速部署和技术创新。用户面可编程可使用 SRv6、APN6 等新技术来替代传统 GTP-U 协议栈，利用 SRv6 的三层可编程空间灵活定义用户面的分组处理逻辑，以支撑不同业务对用户面的不同要求。同时基于 SRv6 的用户面协议栈可实现用户至数据中心的 Native IP 端到端通道拉通，简化网络层级，使网络变得更加简单、可控和灵活。2013 年，由思科公司提出的 Segment Routing

37、协议是在已有的网络基础上进行演进式的扩展，提供了网络可编程能力。Segment Routing 是一种源路由协议，支持在路径的起点，向报文中插入转发操作指令来指导报文在网络中的转发，从而支持网络可编程。Segment Routing 的核心思想是将报文转发路径切割为不同的分段，并在路径起始点往报文中插入分段信息指导报文转发。这样的路径分段，称之为“Segment”，并通过 SID 来标识。目前 Segment Routing 支持 MPLS 和 IPv6 两种数据平面，基于 MPLS 数据平面的 Segment Routing 称为 SR-MPLS，其 SID 为 MPLS 标签（Label）

38、；基于IPv6 数据平面的 Segment Routing 称为 SRv6，其 SID 为 IPv6 地址。SRv6 结合了 SR-MPLS 头端编程和 IPv6 报文头可扩展性两方面的优势。SRv6 具有比 SR-MPLS更强大的网络编程能力，主要体现在以下三个方面。第一层是 Segment 序列。它可以将多个 Segment组合起来，形成 SRv6 路径。第二层是对 SRv6 SID 的 128 bit 地址的运用。MPLS 标签封装主要是分成四个段，每个段都是固定长度（包括 20 bit 的标签，8 bit 的 TTL，3 bit 的 Traffic Class 和 1 bit 的栈底标

39、志）。而 SRv6 的每个 Segment 长度是 128 bit，可以灵活分为多段，每段的长度也可以变化，由此具备灵活编程能力。第三层是紧接在 Segment 序列之后的可选 TLV。报文在网络中传送时，如果需要在转发平面封装一些非规则的信息，可以通过消息头中 TLV 的灵活组合来完成。SRv6 通过三层编程空间，具备了更强大的网络编程能力，可以更好地满足不同的网络路径需求，如网络切片、确定性时延等。结合 SDN 的全局网络管控能力，SRv6 可以实现灵活的编程功能，便于更快地部署新的业务。为了简化 SRv6 在用户面的应用，提出了两种不同的模式。第一种是传统模式，它继承了当前的 3GPP

40、移动架构。在这种模式下，SRv6 取代了 GTP-U 协议，但是 N3、N9 和 N6 接口仍然是点对点接口。第二种模式是增强模式。这是从传统模式演变而来的。在这种模式下，N3、N9 或N6 接口有中间节点 SID，这些中间节点用于流量工程或 VNF，对 3GPP 功能透明。在传统模式和增强模式中，假设 gNB 和 UPF 是 SR 感知的（N3、N9 和 N6 接口是 SRv6）。除了这两种模式外，还引入了两种机制，用于与传统接入网（那些 N3 接口未经修改的网络）互通。其中一个机制是为了与使用 GTP-U/IPv4 的传统 gNB 互通。第二个机制被设计为与使用 GTP-U/IPv6 的传

41、统 gNB 协同工作。11/33OVS除了硬件可编程技术外，还有多种软件可实现交换和路由功能，OpenvSwitch 是使用最广泛的一种多层虚拟交换软件，它简称 OVS，其目的是通过编程扩展支持大规模网络自动化，方便管理和配置虚拟机网络。OVS 支持跨物理服务器分布式管理、扩展编程、大规模网络自动化和标准化接口，实现了与硬件交换机功能类似的软件交换机。OVS 具备很强的灵活性，可以作为软件交换机运行，也可以直接部署到硬件设备上作为控制层。OVS 支持标准的管理接口，并将转发功能开放给程序扩展和控制。OVS 非常适合在虚拟机环境中作为虚拟交换机使用。除了向虚拟网络层暴露标准的控制和可见性接口外，

42、它还被设计为支持分布在多个物理服务器上。OVS 支持多种基于 Linux 的虚拟化技术，包括 KVM 和 VirtualBox。12/332 基于可编程技术的基于可编程技术的 6G 用户面架构用户面架构2.1 可编程用户面设计原则可编程用户面设计原则智能数据采集用户面设计智能数据采集用户面设计传统的网络数据采集流程通常是通过建表、过滤、采集到入库的单一步骤来完成，缺少对数据按需加工和处理的灵活性。在传统数据采集方法中，常见的方式包括路测、信令数据硬采和信令数据软采等。这些方法获取的数据可以分为实时数据和非实时数据。然而，随着网络需求的日益复杂，特别是在移动通信领域，单一的、静态的数据采集模式已

43、无法满足日益变化的应用需求。为了提升数据采集和传输效率，新的设计思路应当注重根据不同的移动通信智能优化应用场景和网络部署，进行灵活、弹性、可定制的数据采集。在这种背景下，用户面可编程性将成为提升数据采集效能的关键因素之一。通过可编程的用户面架构，数据采集过程可以根据具体场景的需求进行定制化设计，不仅在时间和空间上进行精确的按需调度，同时还能够动态调整采集策略，保证数据采集的精确性与高效性。不同的网络场景，如高密度用户区、大规模物联网场景或低延迟要求的应用场景，都能够通过用户面灵活的可编程特性，支持多种数据采集模式，以适应不同的数据需求和传输要求。为了实现这一目标，采集的数据可以按需存储在基础数

44、据仓库中，为后续的数据分析、处理和应用提供便利。借助 6G 网络的强大能力，数据采集模块可以在无线数据仓库的基础上，提供实时采集、分析、追踪等全方位的数据支持。通过可编程的架构，用户面能够根据实时的网络状态和需求，对采集过程进行动态调整，使得数据采集不仅具备高效性，还能灵活应对各种变化。图2：6G智能内生数据采集分析体系示意图如图 2-1 所示，网络数据采集模块的架构可以分为三层：第一层是知识图谱构建，第二层是数据分析，第三层是特征数据集。这三层架构能够提供强大的数据处理和可视化能力，通过对网络数13/33据的深入分析，实现对网络运行状态的全面监控与优化。在数据采集的过程中，主要通过硬采、软采

45、、路测等方式来获取来自不同来源的数据，包括无线空口用户终端（UE）侧数据、无线空口基站侧数据、核心网数据和网管数据。具体而言，空口 UE 侧和基站侧数据涵盖了物理层（L1）、数据链路层（L2）、网络层（L3）的多类信息。基站侧通过提取这些信息，组建消息包并建立通信接口，将实时数据传输到外部平台，实现基站侧数据的实时采集。核心网数据则包括控制面数据和用户面数据，其中控制面数据用于处理控制信令协议类型的信息，支持业务流程的建立、维护与释放。用户面数据则涵盖了真正的业务数据，包括语音、分组数据、即时通信、邮件以及视频等多种业务类型。此外，网管数据包括性能数据、告警数据和配置数据，主要用于对网络设备的

46、性能监控、故障预警以及拓扑管理。通过将这些数据采集方式与智能化、可编程的用户面架构相结合，网络能够在不同的环境和场景下，灵活调整采集策略和传输机制，确保数据采集既具备高效性，也能满足不同应用场景的需求。这一设计原则弹性、灵活、可定制不仅提升了网络的智能化水平，也为未来 6G 网络中更加复杂和多变的数据需求提供了强大的支撑。2.2 可编程用户面架构可编程用户面架构基于可编程技术的 6G 用户面将会实现新控制面和新用户面的新连接。同时使用可编程网络用户面替代固定功能用户面，因固定功能的用户面设备会内置许多协议组合的超集，导致一些珍贵的用户面资源被用到了一些不需要的协议上。使用可编程用户面可精简协议

47、，减少出错率，提高利用率。同时，6G 系统中控制面节点和用户面节点之间的 N4 接口服务化、用户面功能的服务化，实现核心网的全服务化。6G 可编程用户面的架构如下：图3：可编程用户面总体架构14/33在传统的移动网络和数据网络中，通常通过边界网关实现基本的互联能力，依赖 N6 接口将不同网络层次隔离。然而，这种架构在设计、业务服务质量（QoS）保证及管理编排方面仍存在明显的割裂性。在用户跨多接入边缘计算（MEC）节点切换时，常常会遇到业务分割和离散、网络切换异常等问题。因此，为了应对这些挑战，未来的网络架构需要秉持灵活开放、智能自治的设计理念，重点考虑用户面与边缘节点的深度融合，打破传统方案中

48、的层间和域间壁障。通过这种融合，新的用户面架构能够实现按需定制、灵活编排，并具备更高的互操作能力，从而突破 5G 时代“逐点打通”的工程困境，推动 6G 网络逐步走向现场自适应柔性网络。6G 云网融合用户面架构云网融合用户面架构6G 网络的设计将进一步推动通信与计算、连接与智能的深度融合，推动云网融合在网络边缘的普及。这一过程中，超级边缘节点将成为核心，通过提供连接、计算、存储和智能服务，为网络提供强大的支撑。对于垂直行业的应用场景，超级边缘节点能够满足超高可靠性、低时延、高安全性等多重要求，支持数字孪生、元宇宙等复杂应用场景的实现。通过这种云网融合架构，边缘节点不仅提升了网络数据承载能力，还

49、增强了隐私保护能力，成为实现 6G 业务的关键设施。在这一架构下，用户面可编程性发挥着至关重要的作用。借助可编程用户面（UPF）功能，网络能够灵活地根据用户需求动态调整数据流的处理、传输和存储方式。这种灵活的用户面架构支持不同的接入方式和服务模式，并能够根据场景需求优化网络资源的配置。例如，边缘节点不再是单一的通信功能执行点，而是集成了计算、智能、存储等多项功能，通过软件定义的网络控制方式进行资源的灵活分配与调度。用户面可编程性使得不同的服务功能可以根据业务需求进行动态部署和优化，从而提供更具弹性、定制化的网络服务。如图 2-3 所示，6G 云网融合架构的核心设计可以分为三个层次：非实时层、近

50、实时层和实时层。非实时层主要负责全网的控制与管理，核心节点包括云端大数据平台和高性能计算平台，通过智能算法实现非实时的网络自治，通过智能算法实现非实时的网络自治，实现全局用户面资源的动态编排（如流量策略优化与 QoS 保障），为近实时层的超级边缘节点提供资源调度依据。而近实时层则由超级边缘节点构成，作为用户面数据处理的核心承载层，负责提供面向用户和任务的敏捷边缘服务，如图 3 中服务化、多维能力、多维数据处理和转发、路径可编程等。在这一层中，边缘节点将通过集成用户面功能（UPF）等下沉核心网功能以及部分基带处理功能（BBU）来处理来自用户的实时多维业务数据流。每个边缘节点的资源和能力（如计算、

51、存储、AI 处理）将根据任务需求进行灵活分配，在边缘节点内实现本地数据卸载、流量分流、业务锚定及任务计算等，结合 AI 驱动的动态资源切片技术，为工业控制、全息通信等高要求场景提供毫秒级响应与高可靠性保障。实时层则由分布式单元（DU）作为用户面接入锚点，直接连接终端设备，完成物理层信号编解码与空口调度，15/33并与近实时层 UPF 协同实现业务数据本地闭环（如车联网实时交互），形成“终端DU边缘 UPF核心网”的低时延数据管道。通过非实时层的全局调控、近实时层的智能处理与实时层的敏捷接入，用户面功能在多层架构中无缝贯通，最终支撑 6G 网络在算力感知、业务本地化与极致性能上的突破。图4：6G

52、云网融合架构示意图这种基于任务为中心的边缘服务，不仅提升了用户体验，还降低了传统网络架构中的延迟和成本，并有效规避了数据传输中的安全风险。随着网络功能逐步从核心节点向边缘节点转移，边缘节点将具备更强的 AI 推理能力，能够快速响应用户需求并优化业务流程。通过这种以任务为中心的可编程用户面架构，6G 网络能够在边缘网络中实现更高效的资源调度与服务提供，支持更加灵活的服务编排和高效的网络资源利用，从网元形态、协议栈、用户面路径、业务链管理等多维度发展可编程用户面方向。最终，6G 的云网融合架构将形成一个以连接、智能、大数据、存储和安全为核心的整体体系。通过高度集成的边缘节点和可编程用户面，6G 网

53、络不仅能够满足当前和未来的业务需求，还能在网络架构上实现更高效、更智能的资源调度和服务创新，从而推动全球通信网络向更加灵活、开放和自适应的方向发展。16/333 可编程用户面关键技术可编程用户面关键技术3.1 用户面协议动态可编程技术用户面协议动态可编程技术目前，3GPP 标准协议规定了 UE 的多种 PDU 会话类型，主要有 IPv4、IPv6、IPv4v6、Ethernet和 Unstructured，不同的会话类型代表用户面承载不同的协议，但应用于数据传输的协议为 GTP-U协议，不同的会话类型是指 GTP-U 协议承载的底层协议为 IPv4 或 IPv6 或 Ethernet 等，所以

54、用户面传输协议比较固定且单一；虽然，近些来也提出了其他多种用户面协议，其中呼声比较高的是 SRv6协议，其相关协议也在 IETF 组织进行了标准化，也在 3GPP 进行了其替换 GTP-U 协议的讨论，但由于某些原因未通过 SRv6 协议应用于用户面数据传输的提案。而非结构化会话类型是指不限制具体的用户面数据传输协议类型，而是给予一定的协议定制化或私有化，更大化的开放用户面数据传输协议的类型，这也是 3GPP 对用户面协议动态可编程的初步尝试。6G 网络相比于 5G 网络，不再是只提供连接功能的单一网络，而是具备通、感、智、算等多种网络能力的完备性网络，其数据类型也不在限于连接数据，而是通信、

55、感知、AI、计算等多样化多维数据，用户面传输的数据类型及数据量发生了翻天覆地的变化。针对 6G 多维数据的差异化数据转发需求，研究如何基于用户业务请求类型，去动态编排用户面协议栈的相关机制，以满足 6G 多要素数据的转发能力，使网络自上而下的适配用户需求。本章将介绍一种基于动态编排配置可编程用户面协议栈方案，主要思想如下：UE 在发起会话建立时，在现有参数 S-NSSAI、DNN、SSC Mode 等基础上携带新的参数，即业务类型和/或协议栈的能力参数，其业务类型和/或协议栈的能力参数可以以新的切片参数体现，即在现有切片的参数基础上，重新增加定义新的切片参数，用于标识 UE 在发起 PDU 会

56、话建立时的业务类型和/或协议栈需求，SMF 在收到 UE 发起的 PDU 会话请求时，根据其业务类型参数和/或协议栈能力参数向协议编排生成器发起协议栈编排配置请求，协议编排生成器根据其协议栈需求，动态编排生成协议栈，然后把其配置到对应的可编程用户面上，进而把配置的可编程用户面信息反馈给 SMF，SMF 基于此完成 UPF 的选择和建路过程；若只携带业务类型参数，需在 SMF 或其他模块内进行业务类型参数与协议栈能力的映射，SMF 再基于映射关系向协议编排生成器发起协议栈编排配置请求，协议编排生成器根据其协议栈需求，动态编排生成协议栈。协议编排生成器生成协议栈以后，协议编排生成器对可编程用户面进

57、行配置，其配置过程既可以是直接配置，也可以是间接配置，直接配置就是，协议编排生成器把17/33协议栈能力配置到可编程用户面；间接配置就是协议编排生成器把协议栈能力文件发送给 SMF，再由 SMF 配置到可编程用户面上。具体的用户面协议动态可编程应用，可参见下面的流程图示例：图5：动态编排配置可编程用户面协议栈流程图步骤 1、终端通过无线功能接入网络，并向发起业务请求流程，此信令中在原有参数的基础上，携带新的参数：业务类型和/或协议栈参数能力参数步骤 2、会话管理功能收到终端发送的业务建立请求流程后，解析此信令中携带的参数，若携带了业务类型和切片能力参数，则进行协议编排生成器的选择；若只携带了业

58、务类型参数，则先在本地查询业务类型参数与其协议栈能力地映射关系，再进行协议编排生成器的选择，具体的选择方法可以是去 NRF 中查询步骤 3、会话管理功能向协议编排生成器发送协议栈编排生成请求，携带的信息主要有：可编程用户面的属性、可编程用户面之间的拓扑关系、所需的协议栈能力等步骤 4、协议编排生成器收到会话管理功能的请求后，进行协议栈的编排和生成步骤 5、协议编排生成器向会话管理功能发送协议编排生成响应消息，其中携带可编程用户面的标识等属性信息，以及其所对应的协议栈功能配置文件步骤 6、会话管理功能收到协议编排生成器发送的消息后，向对应的可编程用户面发送会话建立请求，请求其分配用户面资源，并把

59、协议栈功能配置文件进行下发，完成协议栈功能的配置步骤 7、可编程用户面收到会话管理功能发送的会话建立请求后，完成用户面资源的分配，并向会话管理功能发送会话建立响应18/33步骤 8、会话管理功能收到可编程用户面的会话建立响应以后，向终端发送业务建立响应消息，指示业务建立成功3.2 6G 用户面功能可编程技术用户面功能可编程技术3.2.1 6G CN 用户面功能可编程用户面功能可编程用户面的服务化有助于 6G 网络灵活、敏捷、全云化部署组网。作为移动通信网络数据处理的主要功能，服务化设计将为构建具备极致灵活性、高效性与智能性的 6G 生态奠定根基。服务化用户面支持模块化设计和部署，包括新模块/功

60、能的设计（如，数据存储，数据处理），以及现有模块/功能的拆分。用户面的原子服务包括但不限于：数据处理与转发：接收数据包后，面向网络中数据报文多种协议格式进行识别、上报和处理，识别 IPv4、IPv6、Ethernet 等多种协议包头，提取定制化 QoS 策略、数据处理策略等信息。基于数据处理规则，对数据包进行转发、丢弃、缓存、本地处理等操作，按需将数据包转发至控制面、数据面进行二次处理。策略管理与控制：按照用户套餐、网络负载、应用规则等运营商策略，确定不同用户的带宽配额、丢包策略、服务质量保证。可信第三方可以按需对用户或者用户组的数据处理、QoS 保证策略进行查看与更新。会话隧道管理与锚点：隧

61、道的建立与维护，根据用户设备和业务等信息建立从 UE 到数据网络的隧道；隧道的切换与更新，以应对 UE 移动等情况；隧道资源的管理与分配，保障不同业务的 QoS。锚点功能则作为数据转发、移动性及流量聚合与分流的关键节点，确保数据准确转发、会话稳定及流量灵活调度。数据服务：数据处理与分析，收集、转换、存储用户业务数据、网络运行数据等，并对数据进行分析、挖掘和可视化。将原始数据、处理后数据共享开放给不同的网络功能，以及可信第三方。通过这些服务，可以将原始数据转化为有价值的信息和知识，为决策提供支持。安全服务：保障用户数据安全，包括安全机制、安全连接、安全协议和安全策略等为用户数据和隐私提供全方位保

62、护，保障网络服务的安全性与可靠性。能力开放服务：向可信第三方或者网内其他网络功能开放会话、节点信息，用户业务与行为数据，流量统计、网络资源分配信息等。根据用户面反馈，灵活调整网络资源配置与策略，提升应用的性能和用户体验。智能服务：考虑按需引入智能服务，对流量数据进行智能分析预测，分析历史流量数据，预测19/33未来的流量模式。根据时间序列、用户行为模式等因素，提前调整网络资源分配。定制化服务：面向垂直行业的特殊诉求，按需剪裁功能模块、调整服务流程，为智能工厂、远程医疗等场景量身定制专属网络用户面，全方位释放用户面微服务分解效能，赋能网络进阶。服务化用户面还需要考虑设计服务化接口替代传统的包转发

63、控制协议接口，基于 RESTful 架构或其他轻量级的服务接口设计原则，具有更好的灵活性和扩展性。有利于第三方应用快速、敏捷的调用用户面服务，如获取流量统计信息、请求特定的数据处理功能等。3.2.2 6G RAN 可编程可编程5G 核心网已经引入服务化架构（Service Based Architecture,SBA），网络功能间采用轻量级服务化接口，利用 SBA 模块化、无状态化、独立化、扁平化、自主化的优势，推动网络走向开放化、虚拟化、云化和微服务化。但目前 RAN 依旧采用传统的“烟囱”式协议栈结构和专用的点对点接口，协议栈每一层只对相邻层负责，缺乏针对不同场景的灵活性以及整体内部功能的

64、联系，无法支持网络功能的灵活动态部署和剪裁以及网络能力开放。此外，当前 RAN 固有、封闭式的架构难以与云计算进行深度融合，难以实现端到端的服务化，进而难以原生支持 AI、安全等特性。因此 RAN 架构需要做出变革，相比于服务化，微服务化架构更强调网络功能间相对独立和低耦合，以达到服务自治、独立演进，6G RAN 的微服务化技术是实现网络高效弹性、内生设计、开放生态的重要一环。微服务化 RAN 驱动力未来 6G 新型应用的涌现对 RAN 性能提出了更高要求，促使无线网络向云原生、AI 内生、智简可编程等方向演进。当前体系架构难以适应技术发展趋势，主要体现在以下几方面：移动通信网元软件架构无法支

65、持未来网络异构化及服务多样化：电信网元自身的软件架构变革程度不高，未能充分利用缓存、消息队列、数据库、编排自动化等中间件能力，无法支持灵活快速部署、弹性伸缩和高效管理，限制了无线网络提供差异化、高性能业务的能力；无线网络内生设计需求：未来 6G 网络对云原生、智能化、安全、编排管理等具备内生设计需求，网络架构需要从烟囱式的协议栈架构转为基于服务的架构，促进云网在部署、架构和业务上的深度融合；构建无线网络开放生态的需求：当前 RAN 架构无法支持能力开放和可编程，6G 无线网络需做出变革，来满足服务提供商、应用程序开发商、终端用户（包括消费者和垂直用户）对模块化架构、开放系统和解决方案的需求。基

66、于此，需要对现有 RAN 架构进行改进或重构，以实现 RAN 功能灵活部署和动态扩缩容，支持网络功能的升级和定制化，促进实现 RAN 云原生、智简可编程、异构资源灵活编排。20/33微服务化 RAN 设计与演进给当前层级化的协议栈架构、点对点接口带来革新，从而可能引发通信标准的相应改动，甚至带来 RAN 架构与协议栈的深度重构，因此需要合理探索微服务化的研究路线和设计准则：微服务化 RAN 的演进不能一蹴而就，需充分结合业务特征和需求，进行针对性的研究，因此微服务化 RAN 设计方案要支持按需按序的迭代演进；微服务化 RAN 涉及无线网络功能的模块化切分，服务功能定义和划分需要高效低耦合，网络

67、功能间交互流程简洁可重用，最终实现端到端统一的微服务化框架以及管理编排框架；微服务化 RAN 需实现控制功能与执行功能分离，处理流程与数据存储分离（支持“无状态”控制），实现灵活弹性部署和动态扩缩容。微服务化 RAN 在设计时，需要针对不同的具体功能，合理分析服务化的深度和广度，包括是否服务化，以及服务化功能切分的颗粒度，并且要适应不同场景的差异化业务需求。同时，在微服务化单元的设计时，要满足服务链的模式，在逻辑上合理编排微服务化单元，实现对应功能。微服务化 RAN 的演进路线可能涉及控制面接口微服务化、控制面功能微服务化、RAN 协议栈重构以及 RAN 与核心网（Core Network，C

68、N）融合等多个阶段，对当前协议架构和信令/业务流程的改动也愈加深入。1）控制面接口微服务化）控制面接口微服务化控制面接口微服务化即针对现有架构，进行微服务化接口增强，可考虑 RAN 与接入和移动管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）之间的 N2 接口、集中单元（Centralized Unit，CU）与分布单元（Distributed Unit，DU）之间的 F1 控制面接口微服务化。由此，可实现 RAN 与核心网网元的直接通信，降低交互时延和流程复杂度；并利用无状态特性，增强 RAN 功能，例如可实现基于 CU 的用户迁移，而非现有

69、基于小区的用户迁移。对于当前网络架构，接口微服务化最易于实现，但 RAN 内部功能还未达到模块化解耦以及敏捷部署，云网能力也并未深度融合。2）RAN 协议栈重构及微服务化架构协议栈重构及微服务化架构基于微服务化 RAN 驱动力的分析，以及现有核心网微服务化架构，构建端到端的微服务化无线网络是未来发展趋势之一。微服务化 RAN 作为其中重要一环，已成为产业界和学术界的研究共识。微服务化 RAN 架构依托云原生技术，以边缘节点为实现形态，除了 RAN 功能以外，还包含下沉的核心网功能，如图 9 所示。依托边缘节点的微服务化 RAN 架构顶层为智简可编程模块和服务管理模块，均与服务总线连接。智简可编

70、程模块构建面向微服务化的智简可编程体系框架。服务管理模块则用于对 RAN 及分布式CN 所提供的服务进行管理，包括服务注册、服务发现、服务鉴权验证、负载管理、状态保持等。21/33服务总线连接 RAN 和 CN 的多种服务，CN 服务包括连接管理控制和安全保障服务、会话管理服务、数据传输处理服务等，可按需部署和提供。RAN 服务包括四大类，分为无线连接服务应用程序接口（Application Programming Interface，API）、无线会话服务 API、无线 AI 服务 API 以及能力开放服务 API，每一类服务 API 提供多种服务，支持实时动态调整。架构横向分为三层，即计算

71、层、控制层和处理层，每一层都包含具体的功能组件，纵向服务 API针对提供的具体服务，可对横向每一层的功能组件进行灵活编排，统一提供相应服务。图6：基于边缘节点的微服务化RAN架构在微服务化 RAN 的深度融合架构中，有如下关键技术特征：RAN 与分布式核心网深度融合：5G 核心网已采用控制面与用户面分离架构，并实现用户处理及转发功能下沉到边缘侧。面向 6G 需求，控制面相关功能可能进一步下沉至边缘侧提升网络运行效率。下沉服务与 RAN 服务一起，统一被管理控制。AI 作为关键服务：考虑到与智能内生、智简可编程等技术的深度融合，RAN 内生 AI 作为关键能力，提供无线 AI 服务 API，增加

72、计算层，并在控制层和处理层中均会新增 AI 处理组件。对于无线协议栈微服务化重构，图 4-4 对边缘节点中的服务 API 和三层功能组件进一步细化。图7：基于边缘节点的协议栈微服务化重构22/33无线连接服务 APIa)接入服务：提供多种类型智能终端用户接入，包括初始接入、随机接入、连接重建/重同步等。b)移动性管理：支持多种类型智能终端移动性，包括切换、移动性限制、移动性更新。c)资源管理：提供资源管理调度，包括空口无线资源，面向后续 RAN 与 CN 的融合，还会涉及 RAN 与分布式 CN 的系统资源调度。d)安全服务：保障无线连接的安全性，包括空口安全以及支持后续演进的端到端安全服务。

73、无线会话服务 APIa)数据处理：提供无线数据处理服务，保障多种数据业务需求。b)数据资源管理：为多种数据业务提供数据资源管理与分配。无线 AI 服务 APIa)网络自优化：利用 AI/机器学习（Machine Learning，ML）提前对网络状态的变化趋势进行预测，并针对可能发生的问题快速响应并下发解决策略，保证网络整体性能。b)网络自治：旨在提供网络规划、建设、监控、优化和自愈等运维全生命周期的网络自治。能力开放服务 APIa)业务保障：通过无线网络能力开放，提供用户业务实时性能监控管理，保障用户体验。b)感知服务：通过无线网络能力开放，支持基于业务服务质量（Quality of Ser

74、vice，QoS）智能的感知服务。无线协议栈横向重构为计算层、控制层、处理层三层。计算层提供数据模型、算法调用、算力提供等组件；控制层则包含连接控制、数据无线承载控制、切换控制、载波聚合、多连接、功率控制、无线接入技术间（Inter-Radio Access Technology，Inter-RAT）控制、AI、资源调度、安全策略、可靠性控制等组件；处理层包含安全处理、传输处理、可靠性处理、测量处理、比特级处理、符号级处理、同步、AI、系统消息处理等组件。在微服务化 RAN 的研究过程中，单纯互联网中的服务化技术不一定完全适用于 RAN 侧，需要结合 RAN 本身的功能、业务及信令合理研究服务

75、化程度和颗粒度。此外，依托深度边缘节点，需要考虑 RAN 功能以及下沉核心网功能的管理、协同、甚至融合的技术方案。目前产业界对微服务化RAN 还未达到统一的基本共识，微服务化 RAN 重构的标准化推动难度大，需要与产业界一同推进解决。23/333.3 6G 用户面智能可编程技术用户面智能可编程技术6G 智能内生，是在云网融合的基础上，引入智能化元素，根据需求对网络内部的网元和外部的应用提供 AI 服务，最终实现智能融入网络，智能遍及网络和智能服务网络。6G 用户面将通过深度嵌入智能化能力实现自优化与自适应服务。在架构设计上，用户面功能将依托超级边缘节点的智能内生机制，构建数据平面与智能平面的双

76、向闭环：通过实时采集空口状态、网络负载及业务特征等多维数据，运用知识图谱技术构建动态特征数据集，结合分布式的边缘 AI 模型进行实时推理，实现无线资源调度、计算任务编排、QoS 保障的智能决策。例如，针对 XR 业务的高带宽低时延需求，用户面可基于 AI 驱动的网络感知预测模型，动态调整分组转发策略与边缘计算节点选择，在 10s级时延内完成跨域协作的端到端路径优化。用户面的协议栈将通过微服务化重构与可编程接口开放，支持智能算法的模块化嵌入。引入基于 P4 语言的数据面编程能力，允许在网络功能单元（如 PDCP 层）动态部署轻量化 AI 推理引擎，实现细粒度的业务流识别与处理策略生成。同时，结合

77、无蜂窝架构的分布式节点特性，用户面能依托智能决策系统实施动态锚点切换与冗余传输策略，在满足工业互联网确定性时延需求的同时提升频谱效率达 3 倍以上。这种智能化的用户面还将通过意图驱动的网络切片管理，为数字孪生、全域覆盖等 6G 新场景提供差异化 SLA 保障，使网络能够自动解析用户语义需求并生成匹配的转发策略树，显著降低人工运维复杂度。另外，6G 网络将是涵盖各种应用的复杂网络，同时接入的设备和应用场景千差万别，这需要网络不断优化自身模型和工作方式适应多种场景的需求，智能调整自身状态和外部设备的工作方式满足场景定制化的切换，使网络总是朝着最完美的工作状态下逼近。首先，采用分层解耦的用户面柔性协

78、议栈机制，基于原子化组件库实现功能按需编排。在边缘节点部署轻量化 UPF 实例，自动支持协议栈动态裁剪：针对大规模物联网场景，简化 PDCP/RLC 层冗余功能，保留核心报头压缩与分段重组模块；面向工业互联网场景强化确定性传输组件，集成时间敏感网络（TSN）调度算法，实现微秒级时隙分配。同步推进 SRv6 在用户面演进，以 IPv6 分段路由替代传统 GTP-U 隧道，通过 128比特流标签构建可编程转发路径。针对异构网络共存需求设计 SRv6/GTP-U 双栈模式，在高可靠场景启用 SRv6 原生可编程能力，在传统接入场景保留 GTP-U 兼容隧道。其次，构建跨层确定性传输框架，在边缘节点部

79、署智能 QoS 控制器，实现无线资源调度、网络切片与业务感知的深度协同。基于强化学习的动态路径优化模块实时分析用户面流量特征（如图传指令流、触觉反馈流等），自主调整无线信道绑定策略与前传链路选择，将端到端时延波动控制在10s 级。在用户面数据面实施多重可靠性保障机制：部署双活 UPF 实例实现毫秒级会话迁移，采用24/33多径冗余传输架构同时激活 3 条物理链路，结合自适应前向纠错（A-FEC）编码策略，确保在单链路中断时可于 1ms 内完成业务流重建，达成 99.9999%超高可靠传输目标。O-RAN 联盟对网络智能化的研究主要从架构和接口角度出发，通过设计非实时 RAN 智能控制器（Non

80、-Real-Time RAN Intelligent Controller，Non-RT RIC）和 近 实 时 RAN 智 能 控 制 器（Near-Real-Time RAN Intelligent Controller，Near-RT RIC）构建能够引入 AI 算法的架构。其中，Non-RT RIC 位于服务管理编排（Service Management Orchestrator，SMO）内，时延要求大于 1 秒，满足对实时性要求不高的应用需求；Near-RT RIC 可以与基站部署在同一位置，时延要求小于 1 秒，对无线接入网提供近实时策略控制和能力开放。在设计智能内生时需要兼顾：（

81、1）数据存储：构建针对智能内生需求的数据库，根据数据特征分类，定时上传新数据和清理旧数据；（2）算力分配：需要根据算法的需求，合理、就近地调度算力满足算法的需求；（3）关联网络连接：设计时需关联网络连接，通过网络的连接能力提供 AI 服务；（4）数据算力匹配：智能内生的数据和算力是紧耦合关系，数据的部署可以伴随算力的分配，算力的分配亦可跟随数据的生产者；（5）AI 训练和推理：匹配场景的差异性和需求，合理确定 AI训练和推理的发生点。3.4 6G 用户面路径可编程技术用户面路径可编程技术3.4.1 6G 用户面可编程能力获取用户面可编程能力获取在 6G 网络中，可编程用户面突破了传统用户面的限

82、制，并推动了软件定义网络新一代能力的演进。这种技术不仅为网络及其设备提供了自上向下、真正意义上的用户开放，还带来了前所未有的灵活性和控制力。当具备不同能力（如 SRv6、OpenFlow、P4 等）的多个 UPF 同时存在时，使 SMF能精准的选定合适的 UPF 去处理相关业务流程是至关重要的。在这一过程中，可编程用户面所提供的能力（以下简称“UPF 能力”）成为了衡量选择可编程用户面的关键指标。在实际应用中，“UPF 能力”可以是所支持的协议（例如 OpenFlow 协议），可以是所支持的可编程能力（例如，P4），也可以为所支持的技术（例如，SRv6 技术）。目前现有方案是不支持 SMF 获

83、取到“UPF 能力”，这无疑阻碍了 UE 业务的发起和建立。因此，如何让 SMF 有效的获取可编程 UPF 的能力，为后续流程选择合适的用户面节点，从而为确保 6G 网络 UE 业务的高效、灵活与可靠性是一个值得深思的问题。本章节提出了一种 SMF 能够获取 UPF 能力的方法，主要方案思想如下：UPF 向 NRF（Network Repository Function，网络存储功能）注册，UPF 将“UPF 能力”上报给NRF，SMF 向 NRF 订阅“UPF 能力”，NRF 后续将“UPF 能力”推送给 SMF，以及在“UPF 能力”发生25/33更新时，将更新后的“UPF 能力”推送给

84、SMF；或 SMF 通过服务发现的方式向 NRF 获取“UPF 能力”。SMF 和 UPF 建立 N4 关联，UPF 通过 N4 接口向 SMF 上报“UPF 能力”。NWDAF 收集“UPF 能力”参数，SMF 向 NWDAF 订阅“UPF 能力”，NWDAF 后续将“UPF 能力”推送给 SMF，以及在“UPF 能力”发生更新时，将更新后的“UPF 能力”推送给 SMF。通过在 SMF 本地配置“UPF 能力”，当 SMF 存在获取“UPF 能力”参数的需求时，在 SMF 本地查询配置。3.4.2 6G 用户面路径可编程用户面路径可编程6G 以 5G 提出的三大应用场景（大带宽、海量连接、

85、超低延迟）为基础，对业务场景和网络性能提出了更高的要求。在 6G 网络中，可编程用户面能够克服传统用户面的局限性、发展新一代 SDN的能力，使网络及设备自上而下地、真正地向用户开放。对于用户面可编程，基于可编程技术可将不同协议的可编程用户面设备融合在一起，使得用户面存在多种不同的类型。此种情况下，SMF 需要更进一步选择合适的 UPF 去做处理和转发。现有 SMF 是根据 DNN 和网络切片等参数进行 UPF的选择，面对融合后的多种类型的 UPF，UE 的业务需求和 UPF 能力也应是用户面选择的重要参数。本章节提出了一种基于可编程技术融合架构的用户面选路机制，具体方案思想如下：一、UE 在发

86、起会话建立流程时，在现有参数 S-NSSAI、DNN、SSC Mode 等基础上携带新的参数，即“UE 的业务需求”（可选）和“UPF 的能力”（可选）。UE 的业务需求是建立会话时的用户面可编程能力需求（例如 OpenFlow、SRv6、P4 等），UPF 能力是网络中 UPF 具备的可提供的能力（例如转发、N4 管理、用户面管理、QoS、本地分流、移动性管理、门控、计费等）。有些场景需要“UE的业务需求”参数，有些场景需要“UPF 的能力”参数，有些场景需要两种参数。SMF 结合原有参数和新的参数选择更合适的不同类型的 UPF 为 UE 服务，把相应的业务卸载到选择的 UPF 上二、参数“

87、UE 的业务需求”和“UPF 的能力”不是一对一的，即相同的业务类型所需的 UPF 能力不一定是一样的；携带的业务可是单一类型，也可能是多业务类型。SMF 能够根据 UE 携带单种或多维的业务需求，以及单业务或多维业务所对应的 UPF 能力需求，为 PDU 会话选择一个或多个满足业务需求和 UPF 功能的 UPF 设备三、由于 UE 的业务需求发生改变，UE 发起 PDU 会话修改流程时，SMF 为 PDU 会话重新选择UPF四、由于所需的 UPF 能力发生改变，UE 发起 PDU 会话修改流程时，SMF 为 PDU 会话重新选择一个或多个 UPF。该方案不只是根据DNN和网络切片，还能够根据

88、UE的业务需求以及UPF提供的能力选择UPF。26/333.5 6G 用户面新能力可编程技术用户面新能力可编程技术6G 网络除了用户的连接数据以外，还衍生了其他新型数据，比如感知数据、智能数据、算力数据等，新型数据相比目前 UE 的连接数据产生了质和量的变化，如数据的类型、数据量的大小、数据源之间的拓扑关系以及数据消费对象等，需要 6G 网络通过对海量数据的深入分析、挖掘和处理，赋予其强大的智能决策和自我优化能力。那么，6G 网络首先需要建立高效的数据采集与传输机制，网络在采集数据时需要保证数据的实时性以及数据传输的质量，在 6G 泛在连接的基础上，采集到数据会提升，6G 通信网络也需要具备数

89、据采集质量保证机制，为不同需求的数据提供差异性保障。其次，针对大规模和多维度的数据，亦要采用一些数据分析技术如机器学习、深度学习和知识图谱等，对收集的数据进行智能处理，发掘数据内部规律，提取出有价值的网络规律。5G 网络，为了传输用户的业务或连接数据，其方法是 UE 先发起 PDU 会话建立，发起 PDU 会话的目的是为了建立 UE 数据传输的端到端用户面通道，即 UE-RAN-UPF，进而完成 UE 上下行业务或连接数据的传输。目前通过 PDU 会话建立端到端用户面通道的数据传输机制以及 UPF 本身的能力，已不能满足 6G 对新型数据（感知、智能、计算等）的随路计算、多模态传输和任意拓扑传

90、输要求等，如何基于 UPF 传输 6G 新型数据将是一个巨大的挑战和亟待解决的问题。针对如何增强 6G 用户面满足网络中产生的新型数据处理可以考虑以下几种方案：UPF 基于不同的数据类型，进而建立不同的数据传输隧道，用来传输数据，即采用两套或多套协议栈，不同的协议栈用来传输同类型或不同类型的数据。即可并行建立不同的隧道，也可并行建立相同的隧道修改目前 UPF 的 GTP-U 协议栈或设计新的协议栈，使其单套协议能满足传输多种新型数据对 UPF 的服务化程度进行增强，增加 UPF 数据服务的服务化接口，数据管理功能可通过此服务化接口与增强型用户面功能进行通信对 UPF 的增强主要有以下几点：协议

91、栈能力增强，由目前单一的协议栈增强至多协议栈，不同的协议栈可满足对同等类型的数据传输或不同类型的数据传输，在 UPF 属性中定义不同的参数表示不同的协议栈能力，由 SMF 与其建立连接时，消息中携带对应的参数使能对应的协议栈对 UPF 的服务化能力增强，增加与 DMF 之间的服务化接口，使 DMF 调用 UPF 之间的服务化接口与其直接交互，进而完成数据通道的建立对 UPF 数据感知和处理能力的增强，使其能感知数据的类型及其对数据的处理能力，如数据聚合、去重、去噪等27/33对 UPF 的分流能力进一步增强，即可识别数据的类型，把不同类型地数据分流到不同的目的地3.6 基于可编程的用户面在网计

92、算基于可编程的用户面在网计算为了满足业务对时延的严格要求，边缘计算在 5G 网络得到广泛推广和应用。6G 网络新型业务将会对数据的实时处理和时延提出更高的要求，为了满足这些需求，需使计算更加靠近用户，6G 网络中，通信与计算的融合将是一大飞跃。且随着近几年可编程网络设备及可编程网络技术的发展，网络和计算成为一体化生态系统成为可能。用户面作为移动网络数据转发的承载和管道，使能网内计算具有天然的优势，支持在网计算的用户面将会为 6G 网络带来更多的优势和可能。支持在网计算的 6G 用户面架构如下。由于本白皮书的重点在于用户面能力的创新，因此为方便说明，暂以 5G SBA 参考架构为例进行说明，6G

93、 网络同等功能的 NF 仍适用。本架构中用户面作为在网计算任务的执行体，同时支持两种类型：支持在网计算的 UPF 和普通 UPF。支持在网计算的eUPF 拥有丰富的计算资源，可按需配置或部署不同的在网计算应用，以提供差异化的计算能力。同时基于可编程技术的用户面还支持计算功能的自主升级和即插即用功能。控制面 SMF、PCF 等网络功能为支持用户面在网计算能力都需进行一定的增强，SMF 需要支持对在网计算任务的控制功能，能够提供针对在网计算特性的任务需求解析能力，也能结合 UPF 的在网计算能力、位置、负载情况等确定执行在网计算任务的 eUPF；PCF 需要能够基于在网计算任务需求制定执行策略。同

94、时由于eUPF 计算能力及计算功能的差异化，新增在网计算管理功能以灵活管理网络内的在网计算应用以及实现在网计算应用的动态部署。另外无线接入网 RAN 中 CU-UP 同样可支持在网计算能力，为网络提供端到端的用户面在网计算能力。图8：基于可编程用户面的在网计算架构用户面的在网计算能力并不是一成不变的，在网计算应用可通过在网计算管理功能注册至 6G28/33网络中，通过在网计算管理功能可动态部署新的在网计算应用或对已有在网计算应用进行升级，提升用户面计算能力的灵活性和可扩展性。用户请求在网计算任务的一般流程为：UE 向网络发起在网计算任务请求，eSMF 解析在网计算任务需求并向 ePCF 获取该

95、在网计算任务策略，eSMF 基于在网计算任务策略选择执行在网计算任务的 eUPF 和/或 UPF，并向 eUPF 下发针对在网计算任务的处理逻辑。支持在网计算的用户面将打破现有用户面端到端的原则，执行在网计算的用户面可根据需求和能力终结在 RAN 节点或任意 UPF，使计算更贴近用户，减少远程数据中心的流量处理和转发，提升网络传输效率，减少网络开销。用户面的计算能力并不局限于特定的应用，在网计算应用可以是简单的数据缓存功能，也可以是复杂的 AI 模型，得益于在网计算应用的多样性，6G 用户面将提供更多维更丰富的计算服务。29/334 展望展望目前，本白皮书介绍了基于可编程技术的 6G 用户面架

96、构、6G 可编程用户面的需求及应用场景及可编程用户面特性等，从需求到架构、再到特性做了相关详细的介绍和梳理，但还有许多方面未涉及到，如：1、可编程用户面与 6G 网络架构新提出数据面的关系？可编程用户面是否能取代或增强数据面关于数据路由、转发、存储和处理等功能2、可编程用户面的服务化只是初步的服务化，仅限于 N4 接口部分功能的服务化，后续要更深一步的探究用户面的服务化程度，比如在 N3、N6、N9、N19 接口、RAN 用户面进一步服务化3、可编程用户面如何更深一步的与 AI 结合，使用户面更加具备智能的能力。如 AI 模型如何在单 UPF 或多 UPF 上部署？如果在多 UPF 存在的场景

97、下，如何进行联邦学习等？进而基于部署的 AI模型，进而做到实时的、更细粒度的流量识别和数据上报等功能4、可编程用户面如何感知具体的业务和资源，进而针对不同的业务和资源负载情况，更好的完成节点选择和数据处理等5、针对 6G 网络引入的多维业务，如何设计更高效的 QoS 管控机制？针对不同的业务进行不同粒度的 QoS 控制，使其更好的满足业务的需求。6、针对 6G 网络引入的多维数据，如何设计新型的用户面协议栈，在付出极小代价的情况下，更大化的提升多维数据的传输和处理效率。30/33参考文献参考文献1 薛妍,杨立,谢峰.6G 时代新用户面设计和关键技术J.移动通信,2022,46(6):02-07

98、.2 IMT-2030(6G)推进组.6G 网络架构愿景与关键技术展望R.20213 ONF Connect 2019https:/opennetworking.org/wp-content/uploads/2019/09/Connect-2019-Nick-McKeown.pdf4 SDN architecture-Open Networking Foundationhttps:/opennetworking.org/wp-content/uploads/2013/02/TR_SDN_ARCH_1.0_06062014.pdf5 协议无关交换机架构技术与技术应用白皮书，2019 年 10 月

99、6 ITU-R WP5，Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond，November2023.7 未来网络关键技术趋势研究报告 3.0，2023 年 10 月8 3GPPTR23.501:SystemArchitecture for the 5G System;Stage 2(Release 16).9 3GPPTR23.502:Procedures for the 5G System;Stage 2(Release 16).10 6G 数据面白皮书，2024 年 5

100、 月11 McKeown N，Anderson T,Balakrishnan H,et al.OpenFlow:enabling innovation in campus networksJ.ACMSIGCOMM Computer Communication Review，2008，38(2):69-74.12 林耘森箫，毕军，周禹，张程，吴建平，刘争争，张乙然.基于 P4 的可编程数据平面研究及其应用J.计算机学报，2019:1-2113 中国移动，6G 服务化 RAN 白皮书R，2022，214 中信科移动通信技术股份有限公司.全域覆盖场景智联-星地融合通信白皮书，2023.31/33缩略

101、语缩略语缩写缩写英文全称英文全称中文翻译中文翻译3GPP3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴计划4G4th-Generation Mobile Communication Technology第四代移动通信技术5G5th-Generation Mobile Communication Technology第五代移动通信技术6G6th-Generation Mobile Communication Technology第六代移动通信技术AFApplication Function应用功能A-FECAdaptive Forward Error Corr

102、ection自适应前向纠错AIArtificial Intelligence人工智能AIaaSAI as a serviceAI 即服务AIEFArtificial Intelligence Execution FunctionAI 执行功能AMFAccess and Mobility Management Function接入与移动性管理功能ANAccess Network接入网APIApplication Program Interface应用程序编程接口APN6Application-aware IPv6 Networking应用感知型 IPv6 网络ASICApplication Sp

103、ecific Integrated Circuit专用集成电路芯片BBUBuilding Baseband Unit基带处理功能CNCore Network核心网CSIChannel State Information信道状态信息CUCentralized Unit集中单元DUDistributed Unit分布单元BMv2Behavior Model Version 2P4 交换机模拟引擎DNData Network数据网络DNData Network数据网络DNSDomain Name System域名系统DPUData Process Unit数据处理器eMBBEnhance Mobil

104、ity BroadBand增强移动宽带FPGAField Programmable Gate Array现场可编程门阵列gNBthe next Generation Node B（gNodeB）5G 基站GTP-UGPRS Tunneling Protocol-User Plane用户面 GPRS 隧道协议IPInternet Protocol网际互连协议IPv6Internet Protocol Version 6网际互连协议第 6 版Inter-RATInter-Radio Access Technology无线接入技术间ITU-RInternational Telecommunicati

105、on Union-Radiocommunication Sector国际电信联盟无线电通信部门KPIKey Performance Indicator关键绩效指标KVMKernel-based Virtual Machine基于内核的虚拟机MLMachine Learning机器学习MMEMobility Management Entity移动管理实体mMTCMassive Machine Type Communication海量物联网通信32/33MPLSMulti-Protocol Label Switching多协议标签交换Near-RTRICNear-Real-Time RAN Int

106、elligent Controller近实时 RAN 智能控制NFNetwork Function网络功能Non-RTRICNon-Real-Time RAN Intelligent Controller非实时 RAN 智能控制器NRNew Radio5G 新空口NRFNetwork Repository Function网络功能数据库功能NWDAFNetwork data analytic function网络数据分析功能OAMOperation Administration and Maintenance操作维护管理ONFOpen Networking Foundation开放网络基金会O

107、NOSOpen Network Operating System开放网络操作系统O-RANOpen Radio Access Network开放式无线接入网P4Programing Protocol-independent Packet Processors协议无关的可编程数据包处理器PCFPolicy Control Function策略控制功能PDCPPacket Data Convergence Protocol分组数据汇聚协议PDUProtocol Data Unit协议数据单元PGWPacket Data Network Gateway包数据网络网关PSAPDU Session An

108、chorPDU 会话锚点QoSQuality of Service服务质量RANRadioAccess Network无线接入网RLCRadio Link Control无线链路层控制协议SBAService-Based Architecture服务化架构SBIService-Based Interface服务化接口SDNSoftware define Network软件定义网络SGWServing GateWay服务网关SIDSegment Identifier段标识SLAService LevelAgreement服务等级协议SMFSession Management Function会话

109、管理功能SMOService Management Orchestrator服务管理编排SRv6Segment Routing IPv6段路由协议TLVTag(Type)Length Value标识、长度、值TSNTime-Sensitive Networking时间敏感网络UEUser Equipment用户设备UPFUser Plane Function用户面功能uRLLCUltra Reliable and Low Latency Communication超可靠低时延通信VLANVirtual Local Area Network虚拟局域网VNFVirtual Network Functions虚拟网络功能VXLANVirtual Extensible LocalArea Network虚拟扩展局域网XRExtended Reality扩展现实33/33主要贡献单位主要贡献单位公司贡献人员中信科移动通信技术股份有限公司徐晖、谷肖飞、曹彩红、程志密中国电信王栋、李振、尹美宇、田芮中国移动刘棠青、施南翔中国联通庞博、黄蓉、李静