《中國信科:2023 6G網絡體系架構白皮書-全域覆蓋場景智聯(35頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《中國信科:2023 6G網絡體系架構白皮書-全域覆蓋場景智聯(35頁).pdf(35頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、6G 網絡體系架構本白皮書版權專屬中信科移動通信技術股份有限公司(以下簡稱“中信科移動”)所有,并受法律保護。如需基于非商業目的引用、轉載、傳播或以其他方式合理使用本白皮書的全部或部分內容,應完整注明來源。違反前述聲明者,中信科移動將追究其法律和商業道德之責任。白皮書第一章:6G網絡發展新需求 第二章:6G網絡體系架構設計新理念第三章:6G網絡“三層五面”智簡賦能體系架構第四章:6G網絡智簡賦能體系新三層第五章:6G網絡智簡賦能功能新五面展望與結論 CONTENTS目 錄4.1 基礎設施層4.2 網絡功能層4.3 服務與能力開放層5.1 賦能面5.2 數據面5.3 控制面5.4 用戶面5.5
2、編排管理面14152325272933020406101112126G網絡發展新需求NEW REQUIREMENTS OF 6G NETWORK DEVELOPMENT 036G網絡體系架構高需求商業模式科技發展與社會發展息息相關,沉浸式體驗現實、全息通信、數字孿生、智慧交通等業務需求不斷涌現,全面加快數字化轉型成為我國經濟增長的新趨勢。個人用戶,智能穿戴設備和智能家居等新型產品的普及化為用戶提供個性化需求,提高用戶生活質量和服務體驗;垂直行業,如今更多的是人機互聯、萬物互通的商業模式,數據應用服務為許多行業帶來新的發展機遇,數據型驅動產業成為未來企業主要存在形式。6G 網絡的高吞吐量、低時延
3、、超精確定位、安全內生、多網絡融合互通特點,為未來商業模式和垂直行業發展提供了更多可能性。持續型社會責任“雙碳”戰略的提出加速推動通信產業的節能和綠色化改革,目前網絡能耗較高且難以持續,不能滿足國家和行業對于網絡綠色節能、智能運維、柔性可編排、共享能力、安全內生的要求。極端天氣與疫情等重大不可抗力事件、低碳經濟社會發展需求和人類社會美好生活需求驅動建立更加穩定和低碳的智能網絡,推動 6G 網絡邁向綠色低碳集約通信方向。多樣化業務場景移動通信網絡從基礎的語音業務發展到 5G 時代的三大典型場景業務,業務場景逐步向通信感知融合和普惠智能的方向發展。面對豐富的業務形式和智能接入設備應用場景,未來網絡
4、架構需要設計重構和優化以提供更加優質的業務體驗。隨著無人駕駛、智能家居、虛擬現實等未來業務的發展,用戶需求不斷演進,人機交互愈加密切,網絡需要提供更高比特率、更低時延抖動和更高可靠性。6G 網絡努力實現空、天、地、海一體化無縫覆蓋,向全域萬物智聯的方向邁進。創新性技術融合DOICT(Data,Operational,Information,Communication Technology)融合驅動移動通信網絡變革和能力升級,打造智簡賦能 6G,形成智慧內生網絡。在未來的大數據時代,6G 網絡強大的計算能力需要更高的安全與隱私技術保駕護航,6G 網絡架構的設計將兼顧智能服務和可信安全機制,促進相
5、關領域發展。隨著人類社會逐漸進入數字化時代,數字世界與物理世界深度交互融合,6G網絡成為未來網絡的中流砥柱。6G 網絡架構的設計,既要考慮與現有網絡的兼容性和繼承性,又要考慮 6G 場景下的多樣化業務場景、新興垂直行業用戶的復雜通信需求以及網絡與應用的協同/適配能力。各類新技術融合發展,推動6G網絡向全域覆蓋、萬物智聯、可信安全、綠色低碳的方向發展。6G網絡體系架構設計新理念NEW CONCEPTS OF 6G NETWORK ARCHITECTURE DESIGN2056G網絡體系架構由于業務場景的多樣化、DOICT 技術的融合、高需求的商業模式、持續型的社會責任,使得 6G 網絡面臨新的挑
6、戰,因此中信科移動在進行 6G 網絡體系架構設計時,秉承智簡、可編程、內生、分布式、服務化、數字孿生的設計理念。隨著網絡接入規模不斷增大和網絡需求的多樣化,降低 6G 網絡架構的復雜度,可以達到輕量化網絡架構的目標,提高網絡運行效率,降低網絡運行維護成本。同時,6G 網絡將基于大數據和人工智能技術,不斷提高網絡的智能化水平,最終形成智能端到端體系,主要包括智能終端、智能邊緣網絡、智能核心網和智能業務應用。為了滿足多樣化場景的業務需求,6G 網絡將突破中心化的限制,構建分布式自治網絡,實現以用戶為中心的控制和管理,可以滿足天、地、空、海等多種異構接入場景和網絡性能需求。伴隨網絡規模的不斷增大,6
7、G 網絡呈現集中加分布式聯合部署方式,實現網絡資源互補和按需組網的目標。隨著 6G 網絡結構的多樣化和應用場景的定制化,可編程技術作為 6G 網絡的關鍵技術之一,得到了業界的廣泛關注。6G可編程網絡能夠消除網絡差異性,實現網絡按需編排、資源靈活部署、路由動態規劃、網絡故障快速定位與修復,使6G 網絡能夠滿足業務多樣化需求。同時,智能內生與可編程的深度融合,為6G網絡的編排與實現提供了助力。由于現有AI與移動通信網絡缺乏深度融合、算力網絡與移動通信網獨立管理、網絡防護方式缺乏動態性和靈動性等缺陷,6G 網絡體系架構需要融合智能內生、算力內生、安全內生的能力,實現網絡無所不達,算力無處不在,智能無
8、所不及。隨著人工智能的不斷發展,感知和信息的不斷泛在化,6G 網絡融入數字孿生技術,將基于物理世界形成一個虛擬化的數字孿生世界,實現虛實映射與交互。數字孿生世界可以精準反映和實時預測物理世界中每個智能體的狀態,提高了整個網絡的運行效率和資源效率。堅持智簡理念堅持分布式理念堅持可編程理念堅持服務化理念堅持內生理念堅持數字孿生理念5G 實現了網絡功能模塊化,控制面與用戶面的功能分離,但是 5G 的用戶面和無線底層架構虛擬化程度不高,網絡全場景適應能力有限,約束了網絡靈活部署的能力。通過增加接入網服務化和核心網用戶面服務化,使得軟硬資源充分解耦,靈活調配,有助于增加網絡柔性,最大限度地提升網絡的適應
9、能力。066G網絡體系架構6G網絡“三層五面”智簡賦能體系架構NEW ARCHITECTURE OF THREE-LAYER AND FIVE-PLANE INTELLIGENT SIMPLICITY EMPOWERMENT 6G NETWORK 076G網絡體系架構本著智簡、可編程、內生、分布式、服務化和數字孿生的設計理念,本白皮書提出三層五面的 6G 智簡賦能網絡體系架構,總體上呈現三層五面的體系結構及智簡賦能的網絡特性,架構如圖 1 所示:首先,從層次上自下而上分為三層,包括基礎設施層、網絡功能層和服務與能力開放層?;A設施層為網絡功能層的功能生成提供相應基礎設施和多維資源,涵蓋泛在的接
10、入設備、網絡設備和計算設備等基礎設施,以及可編程的計算、存儲、網絡、數據和 AI 等多維資源。網絡功能層基于下層的基礎設施層提供的泛在基礎設施,將動態分布式的資源互聯,通過對多維資源的統一協同調度,為上層的服務與能力開放層所需的服務或能力提供通感算智數安等網絡功能,支持不同網絡系統中用戶所需的拆分、組合或擴展的原子化功能。服務與能力開放層對下層的網絡功能進行提取、封裝和組合,為網絡內部業務或外部應用按需提供可以開放的能力或服務,涵蓋連接以及數據、計算、智能和編排管理等多種能力或服務,支持運營商網絡具備更多價值,為多樣化業務場景下的用戶帶來更好的業務體驗。圖1-三層五面智能賦能6G網絡體系架構連
11、接服務數據服務AI服務感知和定位服務算力服務算力能力安全能力AI能力網絡能力泛在計算設備泛在網絡設備泛在接入設備泛在終端設備(MTC,V2X,UAV,D2D)基礎設施層服務與能力開放層智能安全算力.賦能面賦能面賦能面數據面智能數據分析 數據訪問共享安全隱私保護 數據采集處理分布式可信存儲控制面用戶面編排管理面網絡功能層全面可編程 轉發路徑管理多維業務轉發 即插即用 服務化&微服務虛實交互 多維資源感知網絡資源編排 服務能力編排 FCAPS通感融合 移動性管理智能接入 多維業務管理智能策略086G網絡體系架構控制面向全服務化演進,支持星地融合的統一至簡接入和跨層跨域資源的一體化精準控制,助力智能
12、/安全/算力等內生能力與新型架構的深度融合,基于賦能面底座賦予的內生能力實現接入網和核心網的動態分割和融合重構,以及通感算智數安等多維業務的智能高效安全的協同管理和控制。用戶面向著服務化方向演進,支持通感算智數安等多維業務的全面高性能轉發,通過可編程技術支持新協議或功能的快速部署和技術創新,以及為各行業用戶提供確定性轉發的分級體驗。編排管理面涵蓋連接服務相關資源管理和服務編排,以及智數感算安等多維度的資源感知、管理和一體化編排,通過對資源的聯合優化和彈性編排,完成感知、分析、決策和評估的閉環智能管控,實現網絡能力的隨選和均衡應用,支持星地融合的一體化按需編管,最大化資源利用率。同時,編排管理面
13、支持深度融合數字孿生網絡,以虛控實以實現持續對物理網絡的最優化狀態尋優和仿真驗證。其次,從功能上分為五面,包括賦能面、數據面、控制面、用戶面和編排管理面,分別負責智能、算力、安全等內生功能、數據管理、網絡控制、路由轉發、編排管理五大類網絡功能。其中,賦能面和數據面是 6G 相對 5G 的新增功能面。賦能面是一個邏輯面,從邏輯上描述賦予網絡內生能力的智能、算力、安全等網絡功能,在實現上其功能模塊可位于其他功能面。6G 網絡體系架構在設計之初就考慮對智能、算力和安全等內生能力的全面支持,故將賦能面作為 6G 網絡的基礎功能底座,構建隨需取用、靈活高效的內生能力資源池?;谫x能面,6G 網絡可以不需
14、要外界干預,對內利用內生能力自主優化網絡性能,實現網絡自治;對外賦予各行業應用更多新服務的支持,提升用戶體驗。數據面負責全網所有數據的采集、處理、分析和服務等數據管理功能。在“萬物智聯,數字孿生”的需求驅動下提高數據服務性能、降低數據傳輸對帶寬的開銷,以及全網數據的統一協同管理,將會對6G 在提供安全可信共享的數據服務、數據智能處理和分析等方面創造更多價值。同時,數據面通過功能和數據解耦可以實現網絡狀態的可靠遷移,提高移動性管理性能,使能星地融合等頻繁切換場景??刂泼?、用戶面和編排管理面是 6G 相對 5G 的增強功能面。增強的 6G 控制面、用戶面和編排管理面,一方面涵蓋傳統連接能力和新增智
15、能、算力、安全等能力相關的控制、轉發和編排管理功能;另一方面以賦能面為基礎功能底座,使能網絡具備智能、算力和安全等相關內生能力,多種能力相輔相成有效提升6G 網絡整體性能。096G網絡體系架構6G網絡的智簡可以體現在以下方面:架構智簡:支持端到端全服務化,面向場景需求靈活拆分重組網絡功能,支持對多維資源的統一編排,實現以用戶為中心的調度和管控,建立彈性可重構的網絡架構。功能智簡:支持柔性按需編排原子化功能和網絡功能的優化重構。協議智簡:全域采用統一協議支持星地融合跨域交互,通過面向場景的協議可編程支持各行業差異化需求,統一空口傳輸協議和組網協議提升端到端網絡性能。流程智簡:控制流程和數據交互流
16、程等全流程體系化設計、模塊化合成和分布式高效協同。終端智簡:支持星地融合等多種空口技術融合,實現終端無差別的極簡極智網絡接入?;A設施智簡:泛在資源池,為網絡提供可編程和動態的硬件或軟件資源。賦能:6G 時代,網絡不再是單純提供連接服務的通信網絡,而是集連接、智能、算力、安全、數據等為一體的融合網絡,需要支持將多種能力和服務一體化編排管控,對內實現多種能力內生,對外提供多種服務。對內賦能:通過原生網絡功能原子化,隨需編排智能、算力、安全等功能,賦予網絡各層各面具備智能、算力、安全等內生能力。對外賦能:通過設計原生開放機制,為行業用戶和第三方提供可信隨需的網絡能力和服務,賦能用戶和第三方智能、算
17、力、安全等千人千面的需求?;凇叭龑游迕妗钡木W絡體系架構,6G 網絡將具備智簡賦能的網絡特性。智簡:隨著網絡規模的快速擴展以及業務需求的動態變化,網絡可能越來越復雜。為了避免網絡復雜疊加,6G 網絡需要在設計時就采用智慧內生、高效簡潔的輕量化網絡體系架構,基于內生智能,按需編排網絡功能和資源,實現網絡復雜性的降低??紤]到全場景的泛在連接,業務需求動態變化以及網絡的靈活擴展,6G 網絡需要具備統一架構下的即插即用功能。6G網絡智簡賦能體系新三層NEW THREE LAYERS OF INTELLIGENT SIMPLICITY EMPOWERMENT 6G NETWORK4116G網絡體系架構4
18、.1 基礎設施層面向 6G 的移動通信網應該是一個資源泛在、能力內生、服務開放、全聯接廣域協同的信息通信網。作為一個復雜的系統,6G 網絡體系架構設計應考慮結構清晰的邏輯視圖。6G 網絡體系架構邏輯層次自下而上包括基礎設施層、網絡功能層、服務與能力開放層,基于邏輯視圖層次,拉通 6G 網絡的物理資源、網絡功能和能力服務?;A設施層位于整個網絡的最底層,是整個網絡的運行基礎,為上層網絡功能提供無線、計算、存儲、網絡等資源,并由上層相應的網絡功能進行管理?;A設施層由虛擬資源和硬件資源組成,包括統一虛擬化的虛擬資源、可抽象的物理資源和專用的高性能硬件資源。除必須采用專用硬件的設備或系統外,基礎設施
19、層應大量采用標準化的、支持虛擬化部署的硬件設備,統一基礎資源平臺,并結合抽象層技術對非虛擬化部署的設備實現資源管控和統一管理。6G 是一個全域覆蓋的立體網絡,基礎設施層中除了現有地面移動通信網絡的基礎設施資源,將進一步涵蓋空天海的基礎設施資源,集高/中/低軌衛星系統、平流層平臺、陸地網絡和海上船舶通信等于一體,構建星地融合網絡,實現太空、天空、地面、海洋等自然空間的全覆蓋,真正實現全球全域的“泛在連接”。三層的設計突出了 6G 網絡體系架構在分層要素和能力上的豐富和增強,基礎設施層涵蓋算、網、云等基礎設施,在網絡資源的基礎上,豐富了“算力”資源要素,將為 6G 網絡提供網絡、算力、存儲等融合的
20、基礎資源底座;網絡功能層延續服務化的設計理念,支持不同網絡功能的有機融合、靈活構建;服務與能力開放層面向行業應用開放強大的信息和通信能力,通過能力與服務的統一封裝、編排為行業應用提供服務。同時,層的設計也體現了跨域拉通、多域協同及融合發展的理念,通過層與層、層與面的協同和交互,保證業務流程自治與閉環、業務能力互相支撐及共享,促進 6G 網絡體系架構的融合發展。126G網絡體系架構4.3 服務與能力開放層網絡的發展離不了驅動力,同樣網絡能力的開放也離不開驅動力。網絡能力的開放從 4G 就已經嘗試引入,例如后引入的專門用于能力開放的網元SCEF,到了 5G,從架構設計之初就開始能力開放的需求,并確
21、定了能力開放網元 NEF,使網絡具備了網絡能力的可擴展性?,F在 5G 具備了多種開放能力,比如監控能力、配置能力、定位能力等能力,但是隨著 6G 新場景新業務的出現,當前網絡開放的能力不能滿足新需求,比如智能應用、感知定位需求。為了滿足 6G 網絡新場景新需求的業務需求,6G 網絡在架構設計時不但需要考慮多樣網絡能力開放的需求,還要考慮網絡能力開放的可擴展性以適配未來更多的需求。也就是需要 6G 網絡在架構設計時就需考慮網絡與應用/場景協同/適配能力,與應用/場景匹配的更廣泛的能力定制封裝,以提供多樣的、新型的服務能力、給用戶開放豐富的網絡能力。綜上,6G 智簡賦能網絡需要引入服務與能力開放層
22、,以提供多樣的網絡開放能力和使網絡具備網絡能力開放的可擴展性,通過支持更高水平、更深程度、更廣范圍的網絡開放能力來賦能6G千行百業。服務與能力開放層提供的服務包括提供算力服務、數據服務、連接服務、智能服務、感知&定位服務等服務。服務與能力開放層開放的能力包括算4.2 網絡功能層網絡功能層是破解高性能、柔性網絡、智能算力安全內生、低成本、綠色低碳等需求的核心層,該層處于承上啟下、跨越拐點、決勝未來的關鍵位置,是實現 6G 網絡融合各類關鍵技術不可或缺的一層。網絡功能層體現為由不同面的多個網元以全服務化方式,基于基礎設施層提供的各類資源的靈活組合和調度,向服務與能力開放層提供按需智簡可信的功能和服
23、務,使傳統的“應用適配網絡”轉變為“應用定義網絡”,以“用戶”為中心,滿足不同行業應用碎片化、多樣化、復雜化的網絡需求。網絡功能層是使能所有面可以互相協作,有機工作的邏輯載體,亟待全面升級優化和深度融合DOICT 技術,以跨學科、跨領域的創新促使傳統控制面、用戶面、管理面革新性的發展;將網絡中各類數據作為一種特殊的無形資產和生產要素,匯聚在數據面加以再利用,增加可使用性、可共享性、可交互性、可統計性、開放性等形成新的安全的數據服務能力;同時,通過賦能面不斷引進和吸納先進技術成為網絡內生的進化基因,不斷地往更高級階段演進,使網絡功能能夠以智簡平臺的方式支撐新的行業和應用的爆發式增長,推動經濟社會
24、數字化、網絡化、智能化轉型升級,帶動生產力發展,推動生產關系變革。隨著 6G 眾多新型應用如沉浸式 XR、自動駕駛等的不斷涌現,計算資源類型除了傳統通用的 CPU外,還將引入多樣異構算力如GPU、ASIC、FPGA等。6G 是通感一體化網絡,在現有通信能力的基礎上,基礎設施層將為上層網絡功能提供感知數據信息采集能力,為 AI 應用提供大數據支撐。136G網絡體系架構力能力、AI 能力、安全能力、網絡能力等能力。對于算力能力開放,其是實現算力按需調用、算力實時共享的關鍵技術手段。6G 網絡需要具備如下算力使能技術,實現算力能力的開放與共享:算力建模能力、算力能力倉庫、算網資源編排及能力調用等能力
25、開放。對于 AI 能力,其將作為基礎能力賦能生產和社會。Al 的能力開放包含數據的脫敏與開放、模型聯合訓練能力開放、模型推理能力開放等開放能力。伴隨著 AI、區塊鏈、聯邦學習等技術的發展,將安全功能作為 6G 網絡體系架構中由內向外的保護機制成為可能。6G 網絡體系架構的變化將促使 6G安全的功能做出由內向外的改變。對于安全能力,其是幫助第三方應用提供商更好地構建業務安全能力,實現應用安全功能。安全的能力開放包含主動免疫能力、彈性自治能力和泛在協同能力。網絡能力開放是指管理能力、管理信息、管理數據等開放,使得第三方可以參與網絡運維管理工作。服務與能力開放層北向與應用層互通、南向與能力和服務連接
26、,支持網絡能力的安全開放,并提供可調用的、友好的、豐富的原子能力 API 接口。當接收到第三方應用時,根據其業務需求,以原子能力API 為基礎,對原子能力進行實時在線的封裝、編排和組合為用戶提供按需的網絡能力,提高用戶體驗效果。同時,還可以對一些通用性的服務能力按照統一的框架和流程對外提供能力服務,這樣可以簡化網絡實現。6G 智簡賦能網絡的服務與能力開放層與其它層/面進行交互,收集和按需封裝其它層/面可開放的能力以提供按需的網絡開放能力。另外,網絡能力的開放,有利于快速集成第三方業務,增強移動運營商的參與和拓展新業務的競爭力,增加收入。146G網絡體系架構6G網絡智簡賦能功能新五面NEW FI
27、VE PLANES OF INTELLIGENT SIMPLICITY EMPOWERMENT 6G NETWORK 5156G網絡體系架構5.1 賦能面從圖中可以看出 6G 網絡體系架構中賦能面目前具備的能力有智能、算力、安全,隨著新型業務場景和垂直行業的出現,賦能面所具備的能力也將會在不斷的擴展中。智能內生能力移動通信網絡歷來注重網絡智能化,自 3G/4G時代的 SON(Self Organized Network,自組織網圖2-賦能面示意圖智能安全算力.絡)項目的嘗試開始,5G 引入 NWDAF 網元,移動通信網絡與 AI 的融合不斷深入。但是,當前移動通信網絡智能化仍存在較多的差距?,F
28、有網絡架構下外掛式的人工智能缺乏 AI 三要素有效的管理、通過人工發現和AI解決問題的方式,受限于人工認知,無法完成整個網絡的自治、配置方式無法適應全場景對網絡和服務的差異需求;依賴現有人工智能的新型的多樣化應用場景、應用智能需求、未來網絡去集中化等需要 6G 網絡具備更加靈活、可擴展的機制以適應不同應用場景的高性能通信要求和靈活快速響應要求,6G 網絡除了提供連接服務,還需要提供感知與定位服務、AI 服務、數據服務、算力服務等服務;同時也要具備 AI 能力、網絡能力、算力能力和安全能力等。因此,網絡需要一個能夠極致彈性、靈活能力擴展的邏輯面(即賦能面),其能夠為網絡的其它層和面賦予所需內生能
29、力,根據網絡發展和業務需求做功能擴展和靈活構建網絡服務的能力。下圖是賦能面的架構示意圖:6G 網絡體系架構的服務與能力開放、按需提供網絡服務、極致的網絡性能體驗、即插即用、分布式協同、算網一體、智能內生等特征,導致了網絡中的很多核心元素和服務能力需要按需彈性部署和單獨考慮,比如:智能、算力、安全、數據、編排管理等。因此在傳統網絡架構中對控制面、用戶面和編排管理的增強和拓展的基礎上,進一步的新增了賦能面、數據面,進而實現整個網絡的算力內生、智能內生、安全內生、數據內生、按需彈性可重構的編排管理,構建一個星地融合全覆蓋、萬物智聯、物數融合的 6G 網絡。下面將對賦能面、數據面、控制面、用戶面和編排
30、管理面分別進行詳細的闡述。166G網絡體系架構煙囪式解決問題的方式,往往在不同 AI 用例之間產生優化效果的沖突;面向全場景千差萬別需求,基于配置的方式無法適應全場景對網絡和服務的差異需求。對于賦能社會行業,移動通信網絡作為社會信息基礎設施,需要具備為全社會全行業提供智能化服務的能力。面向未來未知的新行業和新需求方面,由人工發現和總結未來的需求不太現實,需要借助自身、全行業、以及網絡所具有的海量數據,對新趨勢、新變化進行分析。因此,6G 要引入內生 AI,提供行業間的聯邦智能,實現跨域的智慧融合和共享,摒棄“打補丁”、“外掛”和“疊加”的 AI 應用模式。6G 網絡智能在網絡功能、架構、協議、
31、流程等方面,將AI的算力、數據、算法等要素需求進行深度融合設計,實現網絡層級AI數據、算法、算力等資源要素隨需編排流轉,AI 訓練/推理更實時高效;AI 場景的智能識別和用例智能生成,通過 AI 提升網絡性能、效率,實現網絡的高水平自治。進而實現整個6G網絡的智能內生,做到智感知、智分析、智決策、智執行,達到 L5 級別的全自動化網絡自治。算力內生能力由于新型用戶、技術、應用、場景的出現帶來了數據量指數級的增長,各行各業對算力和網絡提出了更為迫切的需要,國家更是提出“東數西算”工程?,F有網絡架構是算力網絡和移動通信網絡各司其職、獨立運行和管理的,這樣大大增加網絡建設、運營維護的成本,網絡間協同
32、帶來了網間信令交互開銷、安全等問題;同時,也因為算力的外延,導致資源利用率及時效性不高等問題。因此,6G 網絡將與算力網絡深度融合,在架構設計上,6G 網絡體系架構除了考慮算力服務的對外能力開放以外,也要考慮由外掛式算力向內生式算力轉變,在架構中內置算力能力,一方面對內使移動通信網自身可以高效的利用算力資源,構建算力內生的增強型網絡架構;另一方面對外可以通過移動通信網為外部行業應用提供算力服務,賦能千行百業的多樣化應用需求。面向多域融合、連接泛在的 6G 網絡,增量式、補丁式的能力增強難以滿足大規模組網下的多樣化業務需求,需要將算力能力內置在 6G 網絡體系架構中,并通過統一的賦能面滲透到其他
33、各層、各面,通過構建算力服務能力,為其它層/面/孿生體等提供算力服務。安全內生能力 6G 新應用場景、新關鍵技術的引入帶來了新的安全問題。個人隱私安全方面,由于 6G 網絡的能力開放性,用戶隱私信息已從封閉的己方平臺轉移到公用的開放平臺上了,其接觸狀態從線下變成了線上,可實時在線獲取用戶數據,個人隱私泄露的風險急劇加大。在現有 5G 網絡及以前,業界為了解決此類問題多是采用補丁、外掛式的安全服務等被動式防護方式。但被動式防護措施的弊端是響應不及時,防護方式滯后不能及時避免安全損害,而且難以隨著網絡發展進行適應性調整,缺乏動態性和靈活性。6G 的愿景是全域覆蓋、萬物智聯,其萬億級別的終端設備接入
34、使得網絡攻擊越來越普遍,攻擊方式越來越多樣化且復雜化,終端設備自身安全能力受限也進一步加劇了安全風險。同時,6G 網絡“全域覆蓋”的愿景要求分布式的網絡架構,異構網絡之間互聯互通,需要建立不同網絡之間的信任關系。此外,6G 中要求 AI 內生,大大強化了 AI 的作用,提升了 AI 在 6G 的重要性,然而,AI 的引入同樣帶來了數據安全性、AI 模型安全性、AI 算法安全性、AI 軟件系統和框架中的漏洞以及針對 AI 技術的惡意利用等安全問題。176G網絡體系架構安全等能力和服務賦予其他層和面,在帶來更多增值業務的同時,也為用戶提供更好的業務體驗。同時,也與其它層和面協同合作,按需彈性賦予能
35、力和服務,優化網絡運行。此外,6G 網絡提出以用戶為中心的分布式網絡架構的思想,基于分布式網絡的異構化,賦能面也需表現出相應的差異化。分布式網絡的異構化可以體現在用戶不同、業務不同、應用場景不同等方面;賦能面針對不同分布式網絡節點要做到按需賦予相應的能力和服務,真正做到精準按需彈性賦能,達到 Net4Ena(Net for Enabling)。5.1.1 賦能面(智能)6G 網絡將依托“智感知-智分析-智決策-智執行”智能處理閉環,如圖 3 所示,實現網絡服務、業務、功能的自主、智能運行。因此,6G網絡安全能力應融合網絡體系架構中,安全賦能面以安全內生為導向,以分布式可信為基礎,打破傳統安全邊
36、界,部署數據安全隱私保護技術,能夠為 6G 網絡系統的各個功能和資源提供內生安全的感知、防御和預防功能,使得安全能力可以按需定制隨需取用,對內保障網絡和用戶安全,對外實現安全能力的開放。最終,6G 網絡體系架構賦能面形成自動免疫、信任共識、協同彈性、智能高效的安全體系,實現整個網絡多應用并行的高可靠高安全的有效運行。賦能面是集算力、智能、安全等能力于一身,把算力、智能、安全等能力按需進行提取、封裝、組合,為其它層和面提供能力和服務。也可將網絡技術特征封裝成與應用適配的服務能力,通過設計原生開放機制可實現對外賦能的能力;通過以賦能面為底座,對內通過原生網絡功能原子化將算力、智能、186G網絡體系
37、架構6G網絡智能內生處理邏輯閉環過程包含網元、功能層內、功能層間,依托閉環分析,實現網絡自身內生智能,賦能網絡應用智能普惠,如圖 4 所示。圖4-6G智簡賦能網絡-賦能面(智能)基礎設施層數據智能編排管理面數據面模型訓練服務AI推理功能AI訓練功能模型訓練服務模型推理服務模型優化服務控制面服務與能力開放層網絡功能層編管智能智能能力用戶面服務智能AI感知功能全域數據編織MLOpsAI QoS 保障AI 任務協同AI 生命周期管理中央超腦AI 用例生成AutoML業務智能賦能面(智能)智感知:對環境、網絡資源及狀態、用戶需求/意圖、業務質量進行感知。也可以通過接口輸入。智分析:對感知數據進行分析,
38、以及在數字孿生網絡中進行驗證。智決策:針對分析結果進行決策,包括進行迭代優化、執行部署。智執行:按照決策策略,自動智能配置執行。智感知智決策智分析智執行圖3-智能處理閉環AI 服務編管AI 功能編管AI 資源編管數據收集訓練數據數據倉庫推理數據196G網絡體系架構智能能力作為 6G 賦能面的關鍵能力,將在網絡各層各級實現智能內生。在網元層級,網元功能按所示閉環處理邏輯設計網絡功能。在一個網元中,通過按需部署部分或全部邏輯閉環功能,實現網元級的智能內生。在功能層內,功能層內按所示閉環處理邏輯處理功能層內的信息,實現功能層級的智能內生。在功能層間,功能層間圍繞所示閉環處理邏輯交互信息和功能協同,實
39、現系統級智能內生。6G 網絡通過在功能、架構等方面原生按智能處理閉環設計,實現網元、功能層內、功能層間的智能內生,在協議、流程等方面原生按智能處理閉環設計,實現數據智能、編管智能,進而達到業務智能和服務智能,真正成為端到端的高水平自治網絡,以及成為賦能千行百業普惠智能的紐帶和基石。5.1.2 賦能面(算力)6G 網絡體系架構增強了算力服務能力,其目標是通過統一的賦能面構建算力服務能力,為其它層/面/孿生體等提供算力服務。6G 網絡體系架構中的算力服務能力主要基于基礎設施層、數據面、編排管理面、網絡功能層、服務與能力開放層的高效協同,通過算力服務編排、算力路由策略、算力路由生成、算力路由轉發等功
40、能構建,對內賦能網絡架構,實現算力內生,對外賦能行業應用,提供算力服務。涉及到的關鍵技術如下:算力資源感知針對 6G 多樣性算力節點,6G 網絡體系架構通過算力資源感知技術實現對全局資源的管控。算力節點通過主動發起算力注冊、去注冊過程實現算力節點基本信息的感知,如算力節點位置、算力類型、算力大小、服務能力等信息。數據面獲取算力節點注冊數據后,同步到編排管理面,編排管理面維護全局算力資源池,納管全局算力節點資源。對于已經完成算力注冊的算力節點,6G 網絡需要實時監控算力資源狀況,即實時或周期性感知算力節點的狀態信息,如算力負載狀態、算力服務部署情況、算力資源占用情況等信息,通過算網協同感知能力以
41、支撐編排管理面進行算力服務編排和調度?;A設施層數據面圖5-6G智簡賦能網絡-賦能面(算力)算力調度構建算力服務能力算力服務算力服務需求應用層服務與能力開放層編排管理面賦能面(算力)算力服務需求感知算網數據/算網服務策略算力數據感知/采集/變更算網數據算力服務編排算網資源管理算力能力算力服務網絡功能層算力服務算力服務構建算力服務能力算力路由生成算力路由轉發算力路由策略206G網絡體系架構5.1.3 賦能面(安全)下面將從兩個方面闡述賦能面(安全)。分布式信任與安全能力協同安全能力協同安全能力應該伴隨網絡而生,提供靈活按需定制的安全協同能力。安全賦能面為其他層/面賦予安全能力,這與 6G 網絡需
42、要實現按需定制的業務場景,網絡資源需要快速按需部署或撤銷的需求不謀而合。實現安全能力協同應建設安全能力資源池,安全能力資源池致力于實現安全資源的隨需取用,實現安全風險發生前預測、識別和保護,發生后檢測、響應和恢復。安全資源池能夠實現安全數據協同共享、安全能力協同共享,威脅分析協同共享,通過協同打破數據孤島和鴻溝,對安全威脅進行同源性分析、溯源和打擊;結合安全知識數據庫,威脅情報庫和收集的安全數據,利用人工智能技術,實現安全態勢感知,實現安全策略的自適應智能決策、自適應下發,安全設備的自適應部署;安全能力資源池實現安全能力的按需定制、動態部署和彈性伸縮,不僅能夠對外開放隨取隨用的安全能力,實現千
43、人千面的需求,而且可以通過調用安全資源池保障內部網絡或用戶的安全。安全能力資源池助力于構建共同抵御安全風險的屏障,實現安全能力協同聯動,自內而外地構建安全防護體系。分布式可信構建建立網絡之間的分布式可信關系是進行能力協同、跨域資源調度的前提,分布式可信的建立主要依賴于接入認證、訪問控制等機制的建立。區塊鏈算力建模算力資源是算力服務的基礎設施保障,算力建模是提供算力服務的必要支撐手段。面向異構泛在的算力資源,通過數據面感知到的算力,通過算力建模技術進行計算、存儲、通信等算力資源建模,屏蔽底層異構算力的差異性,實現資源統一納管。同時,為了支撐算力服務的編排和能力開放,需要進行算力能力建模,對算力服
44、務進行原子化抽象,支撐 6G 網絡構建靈活、可擴展的算力服務。算力路由控制6G 網絡體系架構支撐業務靈活調度的算力路由控制技術,編排管理面根據感知到的計算、網絡資源信息以及節點間鏈路信息,生成算力拓撲,進一步生成算力路由信息表。結合應用層解析到的用戶業務需求,進行用戶業務需求與資源的映射,制定資源分配策略,根據資源分配策略獲取網絡連接需求,通過網絡功能與服務層控制平面實現計算和網絡多維資源融合的路由,建立網絡連接。6G 網絡基于算力資源、網絡資源狀態,通過編排最優的業務轉發路徑,可以更好的保障用戶業務體驗。算力服務編排6G 網絡體系架構具備算力服務編排調度及全生命周期管理的能力,包括算力服務的
45、實例化、更新、擴縮容、實例終止等生命周期管理,算力節點上的異構算力資源和網絡資源進行預留、分配及釋放,同時可以基于全網計算、存儲等多維資源的部署情況,根據業務需求生成業務調度策略、通過智能化編排,調度算力服務到適合的算力節點上進行處理,實現動態的業務部署與編排。同時,在大規模多業務并發的情況下實時監控網絡的運行和服務質量狀態,實時調整應用部署策略,智能的進行業務遷移和調度,避免資源受限導致業務阻塞,最大程度保障業務服務質量和用戶體驗。為了支撐 6G 網絡高效的提供算力服務,6G 網絡體系架構各層各面需要有機結合,協同工作,將支撐算力服務的功能內嵌在各層各面,通過高效協同,實現算力能力的構建和算
46、力服務的提供。216G網絡體系架構技術作為一種對等網絡的分布式賬本技術,具有去中心化、不可篡改、可追溯、匿名性和透明性的特征,成為了目前分布式信任的研究熱點。區塊鏈網絡結構自帶的分布式賬本技術,能夠在實現去中心化數據管理的同時保證數據可追溯、不可篡改。同時采用分布式共識算法,保證數據的快速同步與及時更新,實現信息共享。6G 分布式網絡中每個子網將作為一個單獨的管理域都擁有大量的設備,獨立的域內通信協議與管理方式。但是不同網絡域間的設備存在著合作、交互與資源調度的需求,需要信息共享,跨域協作的前提是需要在域間建立信任機制?;趨^塊鏈的分布網絡設計能夠提供可信的網絡服務和彈性伸縮,以及跨域信息共享
47、?;趨^塊鏈構建 DPKI 進行跨域認證是目前的研究熱點?,F有的大多數認證機制建立在公鑰基礎設施(Public Key Infrastructure,PKI)上,需要可信第三方的參與,例如證書授權機構(Certificate Authority,CA)。CA 為所有 PKI 數字證書提供信任根,數字證書被用來驗證用戶、設備和其他實體的身份。在分布式網絡環境中,一個域內會設置一個 CA,形成一個相對獨立的信任域,以防止未經授權的用戶訪問內部資源。而用戶需要跨域認證時,不同域間的 CA 要經過多次數字證書的傳遞、簽名的加密和解密,頻繁的跨域訪問還會增加網絡延遲,提高網絡成本。同時,可信第三方的參與
48、也有可能受到單點故障等威脅,并且會產生昂貴的管理成本。采用區塊鏈技術使認證信息上鏈,用區塊鏈存儲更新已經發放和激活的認證參數,基于區塊鏈的不可篡改性,保證在不同域間的認證結果一致,為跨域認證提供了保障。鏈上存儲的數據由多個域進行維護,相當于進行了冗余備份,具有容錯性,從而避免了中心化認證導致的單點故障和效率低下的問題。同時,多個域內的認證服務器都可以從區塊鏈下載認證鑒權信息,避免了頻繁的跨域訪問。分布式信任與安全能力協同作為 6G 網絡安全內生的重要要素共同賦予 6G 網絡安全能力,支撐業務開展。226G網絡體系架構數據安全與 AI 安全能力數據安全能力6G 網絡將會極大限度上地滿足人們對日常
49、生活的智能化需求,而智能化的服務需要基于對人們生活以及生理數據的大量收集;另外醫療類的新興應用需要收集大量與人們體征有關的數據,這些數據本身就是非常隱私并且敏感。因此,未來 6G 的數據安全和隱私保護將會上升到新的高度。為了保證數據的安全可信,各種數據應使用不同的安全策略進行安全域和非安全域的隔離管控,涉及個人隱私的用戶數據以及敏感的行業數據要放在安全域內,在數據流轉前需要保障數據的完整性和機密性。6G 數據安全可以采用分級分類的處理方式,將各類數據進行細粒度的分類以便對數據流量進行精細化管理,安全級別高的數據應采用高級別的安全策略和安全操作來達到數據可用不可見、開放不共享的效果。數據安全是
50、AI 安全的基礎,AI 數據包含原始訓練數據集、訓練以及推理過程產生的大量梯度信息,以及訓練和推理結束產生的模型參數。在 AI 數據的準備、訓練、傳輸和部署推理過程中充斥著數據隱私泄露和數據安全攻擊問題。因此,數據安全保護技術是保障 AI 數據合理使用、高效賦能的必要使能技術。目前現有的 AI 數據安全保護技術包含投毒防御和隱私計算。隱私計算為實現 AI 數據的安全可靠帶來了可能,但是現有的主流隱私計算技術方案分別面臨計算、通信開銷高昂和計算精度損失等不同方面的犧牲。針對 6G 的新特征和應用場景,可以采取區塊鏈、差分隱私、聯邦學習、建立信任模型等方法進一步提高對用戶隱私和數據安全的保護。AI
51、 安全能力6G 網絡相比于 5G 將會對于 AI 的支持有明顯提升,人工智能將在 6G 架構、管理以及安全等方面承擔更多關鍵任務。6G 移動通信系統在通過 AI實現高度智能化、自治化的同時,使用 AI 技術實現236G網絡體系架構主動免疫能力、彈性自治、檢測分析的安全能力。主動免疫能力指基于AI技術,為網絡基礎設施、軟件以及網絡架構等提供由內向外的主動防御功能。精確有效的進行惡意行為檢測是網絡安全中一直存在的問題,基于 6G AI 安全能力,可以利用人工智能來指定主動的安全防御方案,通過機器學習分類能夠更精確的鑒別網絡流量中的惡意活動。除此之外,通過使用深度學習分析特定用戶在網絡中的行為和操作
52、可以有效防御網絡中合法節點的異常攻擊。AI 技術還能通過提供虛假信息或資源來定向欺騙攻擊者,以進一步完善網絡中的防御方式。彈性自治是 6G 網絡安全應具備智能化的內生彈性可伸縮框架。6G 網絡打破傳統網絡安全邊界,通過整合泛在連接能力、AI 能力和編排管理能力,基于智能化的軟件定義安全和網絡功能虛擬化,實現內生安全能力的彈性部署和動態編排檢測分析是指通過 AI 大數據分析,挖掘歷史數據,獲取有關網絡性能、通道狀況等提升網絡態勢能力和自動檢測網絡故障的能力。通過廣泛收集設備、系統和應用軟件的日志記錄、網絡協議流量、攻擊威脅情報等數據,構建統一的安全大數據分析平臺和場景化的安全 AI 檢測分析模型
53、,實現智能化的攻擊威脅檢測和安全事件診斷分析,從而有效提升網絡攻擊威脅的檢測分析能力和效率,效提高網絡的可靠性和安全性。從廣泛的時空維度來對網絡攻擊威脅進行分析溯源,基于知識圖譜將資產、漏洞、行為結合起來構建一個廣泛關聯的 AI 模型,為這種APT 攻擊的檢測溯源提供潛在技術途徑。6G的應用場景,如元宇宙、數字孿生、智慧交通、全息通信、智慧家庭、智慧城市等智能化應用不但需要強大的計算能力,還需要海量數據的輸入,以及廣泛的連接服務。而 5G 網絡基于業務為中心的架構設計方式,造成了數據孤島,使得數據質量和使用效率不高,成為是數據采集和共享的主要瓶頸,且不同代際的通信網絡存儲的數據、接口和數據管理
54、協議是不同的。另外,5G 網絡屬于集中式網絡,算力和存儲資源的集中部署使得數據被集中到中心節點或中心云進行處理。另外,由于通感算融合,大量的終端和傳感器產生了海量的數據,同時網絡也成為了海量數據的生產者,持續增長的數據使得數據量的增長速度也前所未有。同時,隨著社會的全數字化轉型,數據安全和隱私相關事件層出不窮,人們已經意識到數據主權、數據安全和隱私的重要性。引入海量數據會導致網絡出現數據的處理、存儲、孤島、可信、互通、統一、隱私和安全等問題,因此,需要在 6G 架構中引入一個“數據面”來實現相關的數據功能,同時為網絡內部和網絡外部提供安全、高效的數據服務,以提升數據的流動效率和用戶體驗。獨立的
55、數據面能夠針對不同業務實體的數據采用統一方案收集、傳輸和提供數據,統管數據的整個生命周期,從而提升數據服務效率,進一步提升 6G 網絡的高效運轉能力。數據面的引入需要能夠實現去集中式的信任模式、泛在數據的可靠存儲、以及不同代際的通信網絡存儲的數據、接口和數據管理協議是互通的。也就是要求 6G 網絡數據服務應能統一的、可靠的提供數據服務,包括歸一的可信數據服務框架、多維異構數據的預處理、分布協同、數據共享、數據隱私保護等服務。在此基礎上,提出了數據面的架構圖,具體如下圖所示。5.2 數據面246G網絡體系架構數據分類:網絡功能相關數據:網絡功能配置信息:NFprofile 配置信息(服務的切片、
56、服務范圍、帶寬、存儲、端口數等)、服務的 UE/會話個數、網絡拓撲、切片配置信息等。網絡功能存儲的數據:簽約數據、上下文信息(UE、會話)、策略信息、鑒權授權信息、切片相關信息、信令數據等。網絡功能/性能/狀態數據:吞吐量、時延、用戶面路徑、端口狀態、可用資源、流量、空口資源數據(時頻域信息,調度信息)、感知等。運維數據:告警、配置、性能、安全、計費、QoE、MDT、事件等。AI 數據:AI 模型、AI 數據以及相關的配置參數等。算力數據:算力網絡相關數據與配置等。UE數據:配置信息、IoT類數據、AI類數據(元數據,模型,參數,訓練集等)、業務使用信息(比如使用的 APP 統計、流量統計)、
57、感知等。數據面功能:數據采集:數據采集是指從網絡實體/設備獲取相應的原始數據,同時按照對應的數據模型對原始數據進行簡單地歸類、轉換和抽象等過程以方便數據存儲。數據存儲:由于采集的數據來自不同的數據源,則需要將采集后的原始數據按照統一數據模型進行抽取、簡單清洗、預處理、剔除重復原始數據,并在本地進行存儲以方便進一步處理。數據處理:基于統一數據模型對原始數據進行去噪、特征提取、規范化、標準化、分析、建立數據間的聯系、建立不同的響應模型等處理過程,從而形成能夠直接響應需求的數據資產。同時將處理后的數據基于有效的策略放在合適的地方以供數據的快速檢索。在數據處理過程可以借用 AI 技術以加快處理速度;采
58、用模型、算法、知識和算力等技術進行數據分析;對于數據的存儲可采用分布式存儲方式以規避單點故障問題。數據安全/隱私:數據的可信是實現數據共享和數據價值體現的基礎。數據安全和隱私保護旨在保障數據的真實性、機密性、完整性、可溯源性和不可泄露性,從而為用戶和網絡按需提供高質量的可信數據服務。數據鑒權/訪問控制:數據鑒權是指驗證是否有訪問數據的權利,比如通過身份認證的方式對使賦能面數據面服務與能力開放層網絡功能層基礎設施層編排管理面數據服務數據服務數據采集數據采集數據采集/感知數據鑒權/訪問控制數據處理數據存儲數據采集數據安全/隱私保護分布式存儲Yang模型SID區塊鏈控制面用戶面數據模型圖6-6G智簡
59、賦能網絡-數據面256G網絡體系架構用者進行身份的有效性認證,避免惡意使用者發動各類安全攻擊。身份認證通過后,使用者可以基于本身所屬的訪問權限進行數據訪問以保護數據的機密性和安全性,以及避免對數據的非授權操作,從而實現數據服務和數據共享。綜上,基礎設施層是數據源,包括感知數據、AI 數據、用戶簽約相關數據、網絡運營數據等,為數據面提供各類數據。數據面需要為相應的層和面提供數據,同時也需要從相應的層和面收集數據,所有的數據經數據面的分類、存儲、處理等操作后,反饋給相應的層或面,進行實現整個物理網絡和數字孿生網絡內數據的自產自銷自用等功能。數據作為一種服務產品,對外通過服務與能力開放層對外提供數據
60、服務;對內,通過數據鑒權/訪問控制實現數據共享和內生數據服務??刂泼骐`屬于網絡功能層,傳統意義上的控制面是網絡功能層為支持傳統通信業務提供的控制機制,6G 中新增賦能面(智能、算力、安全)后,對控制面提出了更高要求,促使控制面不斷演進、優化和增強,包括:向全服務化方向演進,實現端全服務化5G 核心網引入了 SBA 服務化架構,從根本上改變了傳統的 P2P 點到點架構通信方式,實現了控制面網絡功能的快速構建、發布和部署。但是,5G網絡僅核心網控制面進行了服務化,RAN 依舊保留著傳統“煙囪式”協議棧結構和相對固化的專用點對點接口,缺乏針對不同場景的靈活性,無法支持網絡功能的靈活動態部署和裁剪以及
61、網絡能力開放。此外,當前 RAN 固化、封閉式的架構難以與云原生進行深度融合。因此基于服務的架構可進一步擴展至 RAN,甚至 UE。到端服務化;將智能、算力、安全特性內生引入,實現多維度一體化設計;分布式核心網,控制面網絡功能按需下沉至邊緣側,提升網絡運行效率;更深層次云化,實現資源彈性分配和調度,增加網絡柔性。5.3 控制面圖7-6G智簡賦能網絡-控制面服務與能力開放層基礎設施層賦能面用戶面數據面控制面編排管理面容器化無服務器架構服務網格網絡功能層智能接入多維業務管理完整性保護移動性管理安全態勢感知通感融合智能策略266G網絡體系架構圖8-RAN 服務化(a)(b)RANRANCNCNNFN
62、FNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNF目前,RAN 和核心網控制面通過 CU-CP 和 AMF之間的 N2 接口連接。如圖 8(a)所示,未來的 6G系統,可對 N2 接口服務化,通過定義 RAN 和核心網之間的服務化接口,使 RAN 和 6G 核心網內的多個 NF 均有直接交互接口。通過服務化 N2 接口,UE的 NAS 信令不必每次都終結在一個參考點上,降低終端的信令負載,減少間接通信帶來的信令延遲。為了進一步實現基于服務的 RAN-核心網信令交互,可考慮將 RAN 控制面服務化,使 RAN 和核心網之間完全開放,如圖 8(b)所示,所有 RAN 功能和
63、核心網網絡功能均能直接相互通信,RAN 和核心網NF交互可從串行轉變為多方并行交互。功能上,RAN 和核心網服務仍然需要執行其獨立領域所需的標準和操作,但是核心網和 RAN 功能可以提供更大范圍的服務,這些服務可以通過 SBI 直接暴露給其他領域。助力智慧內生、算力內生、安全內生6G 網絡多維度的一體化設計理念,為 AI 能力、計算能力和安全能力在網絡中的無處不在提供了可能,傳統增量式、補丁式的能力增強已經難以滿足大規模組網下的多樣化、多元化服務需求,只有將 AI、算力和安全等核心技術能力內置在 6G 架構,并滲透到各領域、各網絡、各單元的全生命周期中,通過內生設計才能實現通信、計算、智能、安
64、全的深度融合。AI 服務、算力和安全的內生將為 6G 網絡引入新的資源維度,包括異構的算力資源和存儲資源、新型的計算任務(AI 算法)等。因此,6G 控制面需要實現對 AI、算力和安全資源要素的協同和調配,需要設計新維度資源的管理和控制機制,需要為支持 AI、算力和安全服務設計新的控制面機制、協議及流程,以實時、持續滿足不同業務需求,實現更加精準的網絡控制,從而助力移動網絡通信能力的提升,賦予通信系統新的能力,使 6G 網絡實現高水平自治和安全可信。云原生技術為 6G 網絡帶來新的設計理念首先是微服務架構,微服務架構具備獨立開發、部署和更新的特點,多個微服務網元以分布式的方式進行部署管理,共同
65、形成物理獨立但邏輯完整的網絡功能體系;其次是容器化,其和微服務架構存在著天然的契合,且具有很好的可移植性,適用于網絡功能在云上環境部署和遷移;其三是服務網格,為網絡功能提供安全可靠的通信基礎設施層,可以屏蔽多種網絡組織與部署方式并存所帶來的服務拓撲的復雜性,使服務只需關注自身的業務處理邏輯;最后是無狀態服務,將上下文數據和業務處理邏輯進行分離,在網絡功能中僅保留業務處理邏輯,使網絡功能具備可擴展性和可恢復性,同時也方便在網絡功能實例間共享上下文數據。RAN 服務化的演進不能一蹴而就,需充分結合業務特征和需求,進行針對性研究。在控制面,RAN 服務化演進路線設計可分為控制面接口服務化、控制面網絡
66、功能服務化。如下圖所示。276G網絡體系架構基礎設施層賦能面圖9-6G 智簡賦能網絡-用戶面服務與能力開放層網絡功能層用戶面數據面控制面編排管理面功能服務化即插即用多維業務轉發安全轉發轉發路徑管理容器化可編程業務智能感知協同互聯微服務編排用戶面作為核心網體系架構中唯一提供用戶數據流量處理和轉發功能的面,是實現用戶業務極致體驗的核心,是實現以“用戶”為中心的窗口,更是網絡各層以智簡的服務為產業界的發展打開想象空間的重要抓手。用戶面通過擴展支持多維度新業務的數據轉發和傳輸,滿足 6G 通信、感知、算力、智能、數據、安全的融合網絡的傳輸類訴求;端到端全服務化趨勢下,用戶面服務化將通過場景驅動“按單點
67、菜”,激活網絡的應用方式,結合 RAN 服務化可同時帶來接入網和核心網用戶面功能拆分重組進行優化的可能;面向多樣化業務規則的需求,用戶面通過跨層跨域的可編程能力,支持新協議或功能的快速部署和技術創新;面向新型業務如 L5 智能車聯網、高精度工控作業、全息通信等,用戶面需要在超大帶寬、有界時延、低抖動、高可靠以及高精度的時間同步等特性重點發力;為了實現高性能轉發和網絡自治的互聯互通,用戶面需要增強或引入新的傳輸協議(包括協議 IP 化)或者從以協議為中心轉化為以軟件為中心,所有功能和“協議”都將從硬件遷移到軟件中,不受硬件的制約,也許一系列新奇的網絡和應用創新則會接踵而至。在傳統用戶面的基礎上,
68、通過關鍵技術的融合創新,將使用戶面在 6G 網絡中發揮更大的價值,為用戶帶來更優質的服務。以下介紹部分關鍵技術點:即插即用用戶面在分層分域多態部署應用的訴求下,數量多、類型多、功能啟用差異化,需要有更加簡單、自動化、智能化即插即用的能力。通過智能的連接管理感知(例如網絡數字孿生的策略輸入、基于 AI的接入場景識別等方式)各種類型的接入請求及準入識別,使用戶面能夠按需快速動態連接到網絡中,完成自動配置及進行生命周期監管;同時通過業務流量智能自識別,可以立即基于業務匹配的場景化策略,進行參數調整、自動優化,按需加載和改進服務。5.4 用戶面286G網絡體系架構用戶面作為推動與千行百業融合的重要網絡
69、節點,服務和賦能千行百業,在傳統網絡能力加持邊緣計算的基礎上,需要通過更加輕量化綠色的方式使計算、媒體等應用在邊緣平臺快速上線,用戶面以邊緣業務平臺的方式為應用即插即用提供智簡接口服務(例如 ServerLess、函數即服務(FaaS)、后端即服務(BaaS)等)。服務化&微服務隨著 DOICT 技術的深度融合以及大量新型業務的涌現,基于云原生的 SBA 服務化架構已經初步體現出敏捷、簡化、開放的優勢,而用戶面仍是服務化的孤島。實現用戶面協議功能解耦、基于服務的接口、對外服務和內部服務、內部引入計算、感知、智能、安全等服務能力,根據場景智能化地實現服務的最佳調用,是構成滿足客戶需求的、多種異構
70、融合未來網絡的重要組成部分。R18 UPF 支持 event exposure 服務是用戶面服務化的重要開端。用戶面功能通過服務化重構為多個用戶面服務,引入微服務治理(ServerMesh),批處理(Volcano)、微服務技術棧異構等,提供更動態的錨點設置,更多維的業務處理能力,為用戶提供網絡個性化定制和優化的服務運行環境。用戶面服務化能力的開放,以及用戶面上星下海等廣泛的分布式部署需求,要求服務化框架具備分布式網絡之間協同能力,支持分布式服務尋址和服務連接。借由服務化接口的靈活性,在控制面功能的集中調度下,用戶面可以實現動態業務鏈(Service Chain),靈活控制業務數據在應用間路由
71、,提供創新的應用網內聚合模式。同時,通過用戶面服務化的開放能力,可隨用戶移動過程實現應用服務的遷移和業務鏈路徑重選,可通過獲取網絡負荷、應用 SLA 和用戶等級等參數對本地服務進行靈活的優化控制等。296G網絡體系架構可編程&新型傳輸協議6G 用戶面需要在目前已支持功能之上,持續不斷的加入新的協議和功能集,這些特征包括隧道、負載平衡、復雜過濾和強制 QoS 約束等。使用傳統定制 ASIC 的代價相對昂貴,其靈活性、動態性也略有欠缺。因此,為了使網絡適應未來多變的需求,提高網絡的可擴展性和可伸縮性,6G 用戶面應引入可編程網絡技術,根據用戶的情境化需求,提供定制化的網絡服務,為移動網絡提供更加綠
72、色、快速和靈活的升級方式。6G 用戶面可編程的網絡要素包含數據可編程、參數可編程和行為可編程三個方面,從數據可編程到參數可編程,再到行為可編程循序漸進,逐步實現可編程技術的演進和落地實現。在實現層面,可以采用插件式函數或標準 API 的形式對功能模塊進行擴展,靈活調用插件代碼或擴展接口,從而為新型業務的添加和編排提供了便利的方案。在協議棧方面,利用可編程技術可重構當前移動網絡的協議棧體系。既有用戶面協議棧僵化、緊耦合,接入網、承載網、核心網之間缺少有效的協同配合,導致端到端移動通信網絡難以滿足業務嚴格要求的服務質量要求。6G 用戶面可考慮使用SRv6、APN6 等新技術來替代傳統 GTP 協議
73、棧,利用 SRv6 的三層可編程空間靈活定義用戶面的分組處理邏輯,以支撐不同業務對用戶面的不同要求。同時基于 SRv6 的用戶面協議??蓪崿F用戶至數據中心的 Native IP 端到端通道拉通,簡化網絡層級,使網絡變得更加簡單、可控和靈活。確定性及分級體驗 XR、遠程控制、智慧醫療、車聯網、無人駕駛等新型應用對時延、抖動和可靠性都有著極高要求,比如端到端時延從微秒到毫秒級、時延抖動為微秒級、可靠性達 99.999%以上。由此可見,6G 需要能夠提供差異化、多維度、確定性服務的網絡,為智能泛在、星地融合化、全息通信等業務提供技術保障,用戶面需要能夠完成端到端跨層、跨域的確定性數據傳輸。用戶面通過
74、多維度檢測服務 KPI 及性能,實時測量、智能感知各個基站、終端的資源使用情況,采用資源預留、流量整形、隊列調度等技術,實現廣域高精度時鐘同步,端到端確定性時延、零擁塞丟包,超高可靠的數據包交付,從而滿足新型業務的大帶寬、低時延、高可靠等多樣化需求。同時用戶面具備“差異化”+“確定性”的服務能力,可兼顧確定性與非確定性數據行傳輸,在保證確定性網絡傳輸的同時,滿足“盡力而為”的用戶需求,以滿足不同行業應用和不同用戶對網絡能力的差異化要求。隨著沉浸式交互、通感互聯、星地融合化等新技術、新場景的發展,網絡越來越多地呈現出異構化、動態化、復雜化的特點,傳統以人工為主的運維方式越來越難以匹配 6G 網絡
75、“全域覆蓋、場景智聯”5.5 編排管理面306G網絡體系架構基礎設施層圖10-6G 智簡賦能網絡-編排管理面編排管理面天空地海業務閉環服務閉環資源閉環編管閉環服務與能力開放層網絡功能層賦能面(智能、算力、安全)數據面控制面用戶面的愿景,因此在“三層五面”6G 智簡賦能網絡體系架構中,編排管理面也被賦予新的涵義與能力,以匹配 6G 全場景網絡按需服務的管理要求。首先,新架構下的編排管理面是“智慧”的編排管理面,支持意圖驅動網絡。通過對用戶意圖、業務需求的智能感知,實現跨多業務、多領域、全生命周期的智能協同編排和意圖策略動態調度,實現異構環境下業務質量的閉環保證。其次,新架構下的編排管理面是“通感
76、融合”的編排管理面,支持對各種新資源、新能力的融合管理。通過對全域異構資源的深度感知和智能管理,構建全景知識空間,多維度、統一編排網絡資源、網絡功能和網絡服務能力,支持自動生成滿足業務需求的端到端服務流,實現網絡資源的按需配置和全生命周期管理。再次,新架構下的編排管理面是“繼承式創新”的編排管理面,支持傳統網絡管理模式向網絡自治方向的演進?!爸悄軆壬睒O大地擴展了編排管理面的管理邊界,在傳統的故障、配置、計費、性能和安全(FCAPS)管理基礎上,編排管理面通過建立全域網絡復雜場景下的智能化異常檢測與自愈機制,以及深度融合數字孿生網絡,以虛控實,實現網絡“規-建-維-優”的自動閉環控制,增強網絡
77、魯棒性與抗毀能力。編排管理面與其他層、面的關系在 6G 智簡賦能網絡體系架構中,編排管理面是負責對網絡資源、網絡功能、服務與能力等進行智能編排管理,實現網絡端到端“智治”的實體。編排管理面與其他各層各面的關系如下:資源編排資源感知服務編排虛實交互分布式協同算力調度策略控制生命周期管理意圖感知FCAPS316G網絡體系架構編排管理面物理網絡網絡數字孿生體決策-智能評估”的自主循環過程,實現不同層級之間的編管閉環,以及“資源閉環”、“服務閉環”、“業務閉環”三個層級的運營閉環,從而提供最佳的用戶體驗、最大的資源利用率以及全生命周期運營自動化、智能化。編排管理面與數字孿生體的關系6G 網絡的極致性能
78、要求和跨域能力匯聚帶來了網絡規模和復雜度的量級提升,使得人工運營運維手段無法滿足管理要求。同時考慮到網絡故障的高代價以及昂貴的試錯成本,可以通過建模和映射構建全新的 6G 網絡數字孿生體,還原真實物理網絡的運行狀態和環境,在網絡數字孿生體內進行網絡部署、網絡策略的預驗證,通過虛實結合的閉環控制來有效地保障網絡運維和網絡實時優化。如下圖所示,新架構下的編排管理面將支持深度融合數字孿生技術,以虛控實,持續地對物理網絡的最優化狀態進行尋優和仿真驗證。面向基礎設施層,網絡疆域從地基擴展到天、空、?;?,資源類型從傳統的頻譜、存儲、網絡資源擴展為數據、安全、算力、智能等新型資源,編排管理面需具備對多樣化異
79、構資源的全生命周期管理能力,向上提供按需的資源調配。面向網絡功能層,為適配千行百業定制化要求而衍生出的多樣化定制化功能/服務,編排管理面需要具備對網絡功能進行按需設計、快速上線、版本管理等全生命周期的管理能力,通過構建穩定運行的各層、各面為用戶提供按需的網絡功能。面向服務與能力開放層,編排管理面需拉通端到端網絡的各層、各面,將連接能力、算力能力、智能能力、安全能力等編排為可對內對外提供的服務,并通過服務與能力開放層對外提供。編排管理面以動態實時、支持異構的數據面為中心構建全景知識空間,并以賦能面(智能、算力、安全等)為底座,通過“智能感知-智能分析-智能編排管理面主要操作對象是物理網絡,根據用
80、戶的業務以及網絡本身運維運營需求,統一編排所需要的資源和功能,并確定所需的網絡和計算能力。網絡數字孿生體是根據模型、數據、分析/預測和交互四個關鍵要素,對物理網絡的部分或全部構建的數字鏡像。通過網絡數字孿生體,可以創建一個當前網絡狀態的副本,然后在孿生體中部署新服務,并且使用分析模型來模擬和分析服務性能及其對其他現有服務的影響。編排管理面可通過與網絡孿生體的接口交互,處理網絡孿生體的分析/預測輸出,通過閉環的編排管理,從而動態適應環境的變化,并且優化和個性化所提供服務的最終用戶體驗,并且從整體上提高了 6G 網絡的敏捷性、安全性和彈性。圖11-編排管理面與數字孿生體策略驗證網絡調優以虛控實32
81、6G網絡體系架構圖12-分布式網絡架構下的編排管理面分布式節點NFNF編排管理面知識庫集中式節點NFNF編排管理面知識庫分布式節點NFNF編排管理面知識庫分布式節點NFNF編排管理面知識庫分布式節點是具備完整系統功能的邊緣網絡節點,支持用戶接入、數據轉發、安全防護等功能,通過節點內的編排管理面實現節點自治。編排管理面基于數據面生成知識庫,并將本領域歷史知識融合到已有的模型或者深度學習算法中形成知識定義的資源調度技術,并通過動態數據采集與監控分析,不斷優化現有的算法模型,更新本節點的知識庫,實現分布式節點內的自組織、自管理、自優化?;谥R空間的編排管理技術為應對星地融合、大規模連接、超低時延通
82、信等多樣化定制需求,6G 網絡需通過網絡功能的靈活部署、動態連接、高效互通、即插即用,快速構建和開通分布式節點,為用戶提供按需的服務。同時,可以預見,為適配多樣化場景,網絡中將存在大量的分布式節點(千或萬量級)。為實現分布式節點的快速部署,以及大量分布式節點間的協同交互,需要引入基于知識空間的編排和管理技術,通過數據與知識相結合的網絡自驅動學習機制實現“智治網絡”。在分布式網絡部署環境中,編排管理面也使用分層分域的部署方式(此處的域指分布式節點),如下圖所示:集中式節點通過分布式節點的知識庫遷移感知全域網絡管控知識,對全場景全域網絡管控對象進行統一建模與表征,明確相互約束機制。利用知識庫與數據
83、可信共享機制,打通異常檢測、網絡容量預測與網絡資源管理等多個網絡管控領域,實現全域網絡管控數據的特征共享、模型公用、策略互通,通過狀態預警、異常檢測、根因分析、故障自愈四階步驟實現網絡自治。336G網絡體系架構圍繞“全域覆蓋,場景智聯”這一美好愿景,本白皮書提出三層五面智簡賦能 6G 網絡體系架構,闡述了中信科移動對 6G 網絡體系架構的總體觀點,智簡賦能的6G網絡基于泛在基礎設施,集智能、算力、安全等內生能力為一體,構建數據、控制、轉發和編排管理多種網絡功能,為網絡內外提供所需能力和服務,全面賦能各行各業。目前,面向 6G 的移動通信網絡架構和一些關鍵技術的發展方向在業界逐漸形成共識,分布式、自治、數字孿生、天地一體化、智能內生、展望與結論SUMMARY AND OUTLOOK安全內生、算網融合等潛在架構類以及云原生、可編程、區塊鏈、確定性等關鍵技術將有機結合用于構建 6G 網絡總體架構。面向未來,中信科移動將基于“三層五面”智簡賦能的體系架構,進一步深入研究業內已達成一定共識的網絡架構和關鍵技術,積極推動6G 網絡架構的創新發展,向著“致力于提供無處不在的移動通信能力,造福人類社會”的企業使命前進,期待與業界同仁共同促進 6G 取得關鍵突破。