随着5G网络的规模化商用,6G网络研发也被提上日程,逐渐成为产学研各界研究的热点。全球主要经济体纷纷启动6G网络研发,通过布局科研项目推动6G网络创新技术的发展,6G网络已成为新一轮科技创新和产业变革的制高点。

目前,全球6G网络发展尚处于早期阶段,业界仍在持续探索6G网络的发展方向和技术路径。在6G网络技术的发展进程中,网络架构至关重要,它将定义网络的发展形态,决定技术走向并影响产业基础,具有全局性、系统性、继承性和前瞻性。在过去的一年中,通过对6G网络架构的研究,已经初步遴选出若干候选网络支撑技术并开展了一些技术探索。2023年,6G网络架构的研究仍然是重中之重,在此基础上引导各项关键技术的研究逐渐聚焦并逐步深入。

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趋势一:6G网络架构将从概要设计走向详细设计

移动通信网络是一个复杂的系统,网络架构是这个复杂系统的基座,决定了整个系统的效率和能力。网络架构的发展是移动通信网络代际发展的核心标志之一,是每一代通信网络的“骨骼”和“中枢”。

2021年9月,IMT-2030(6G)推进组发布了《6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书》(以下简称白皮书),首次针对6G网络架构及关键技术领域提出发展指导。白皮书中指出网络技术创新将在6G阶段起到更为关键的作用,并从新型业务场景、DOICT融合技术、IP组网3个方面阐述了6G网络架构演进的驱动力。提出了“坚持网络兼容、坚持至简设计”和“集中向分布转变、增量向一体转变、外挂向内生转变、地面向泛在转变”的6G网络架构设计原则。白皮书阐述了分布式自治的6G网络架构愿景,并介绍了6G网络的十二大潜在关键技术,为推动产学研各方在6G网络关键技术方面形成共识奠定了基础。

2022年6月,中国移动通过对驱动力、研判、理念的系统性分析,提出“三体四层五面”的6G网络总体架构设计,从空间视图、分层视图与功能视图3个视角呈现跨域、跨层、多维立体的6G网络架构全视图。其中,“三体”为网络本体、管理编排体、数字孪生体,“四层”为资源与算力层、路由与连接层、服务化功能层、开放使能层,“五面”为控制面、用户面、数据面、智能面、安全面。

“三体四层五面”的总体架构是业界首次系统化的6G网络架构设计,将有力地促进产业界在6G架构设计、关键技术选择等方面形成共识。

在总体架构设计的基础上,中国移动进一步给出了架构实现的孪生设计、系统设计和组网设计。通过数字化方式创建虚拟孪生体,实现具备网络闭环控制和全生命周期管理的数字孪生网络架构(DTN)。通过服务定义端到端的系统,实现全服务化系统架构(HSBA)。在组网上,实现具有分布式、自治、自包含特征,支持按需定制、即插即用、灵活部署的分布式自治网络(DAN)。

2023年,6G网络架构研究依然是重中之重。6G网络的逻辑架构已具雏形,但是局部架构有待进一步完善和细化,并从概要设计逐步走向详细设计。

趋势二:6G网络关键技术逐步收敛,走向专题深入

系统架构对网络设计起到了至关重要的作用。随着业界对6G网络技术的不断探索,在网络架构的牵引下,2023年6G网络关键技术将逐步聚焦,并从广袤的方向性探索走向专题的技术深入研究。本文列举了可能聚焦的8个6G网络关键技术,并分析了各个技术点在2023年潜在的深入研究方向。

全服务化架构

服务化架构自5G引入后不断深入发展,从SBA到eSBA再到6G的HSBA,其领域在6G时代将拓展到无线接入网、用户面等,实现彻底的服务化,以此奠定架构设计基础。全服务化架构HSBA在6G的总体架构中是核心和基石,是服务化功能层中各个功能面的基本设计。在5G网络中,服务依然需要依附于某个网元,这种模式在一定程度上限制了服务的灵活升级和自由组合。在未来网络中,将呈现网络规模增大、行业网络个性化需求增长的趋势,6G网络将逐步向“集中+分布”的组合部署方式发展。在6G的网络结构设计中,是否可以真正打破网元的限制、消除不同原子服务之间的耦合性、深入贯彻服务化的设计理念,是亟待解决的问题。HSBA应从服务框架、服务接口、原子化服务等方面进行增强,以适应网络的分布式组织、服务的智能化调度和行业专网的灵活化部署。

2023年,全服务化架构将从如下3个方面演进:一是服务框架朝更加分布式的方向演进,优化服务的解耦设计,通过网络的业务处理和通用的通信功能解耦,进一步实现通信功能独立,从而在海量服务、复杂架构和网络中建立稳定的通信机制;二是服务接口朝更加灵活开放、高效可靠的方向发展,在6G网络演进的过程中需要积极吸取新兴的IT协议,控制面和用户面协议设计朝着下一代互联网协议演进;三是原子服务进一步解耦重构,支持更加灵活的组合及更加轻量级的调用,通过将原子服务进一步解耦重构,真正做到部署应用时无需考虑基础设施建设,实现自动化构建、一键式部署和启动服务。

分布式自治

分布式自治已成为6G核心网的重要趋势。6G将面向更多的行业,其业务场景更加多元化、动态化、复杂化,对信令和数据的处理有更多的本地化需求,而且需要根据多变的环境,快速自适应地进行网络组建及功能、服务的调整。基于分布式自治的网络框架,新的网络可以方便快捷地组建,自动接入到正在运行的6G整体网络中,在无人干预和管理的情况下自主运行,自动感知环境变化并实时进行网络调整。2023年,分布式自治将从如下几方面演进。

一是分布式网络功能的同质化组成及按需扩展。6G核心网的分布式网络单元中包含控制面、用户面、数据面等基础功能,具备用户控制和数据转发等基础能力,从而构成同质化的分布式同构微云基础单元。微云单元可以根据特定的业务场景、用户规模、地理环境等要求进行个性化扩展,增加定制化的网络能力,快速生成个性化的网络,从而有针对性地提供网络服务。

二是分布式网络下的移动性管理及业务连续性。基于分布式存储的用户上下文数据,用户可以实现“零互操作”的跨域移动和无损的业务接续。基于分布式单元之间的协同或者分布式单元和集中单元之间的协同,可以实现复杂业务及跨区域漫游。

三是分布式网络的可靠性管理。在分布式单元出现故障时,其他单元通过分布存储的用户上下文数据,无损地接管该单元下的用户。

四是分布式网络的自动化治理。通过对网络环境的动态感知和认知学习,实现网络架构、系统功能等方面的智能生成,以及自维护自管理。

数字孪生

6G网络将构建平行的物理和数字网络,形成虚实融合管理手段,一方面支持不同网络和业务形态的实时建模,另一方面支持从虚拟向物理实体灵活实时的一体化策略控制,进一步支持基于数字系统实现物理系统的预测和迭代,实现网络的低成本试错、智能化决策、高效率创新。对于数据、存储、转发、计算等多维度资源,通过孪生化机制,实现可复用、易管理、轻定制、自适应、能预测的“物理+数字”映射、反馈和闭环,并实现对整体、局域多形态的资源进行动态化、自动化部署和优化。

2023年,数字孪生网络将从以下两方面深入研究。

一是如何对网络本体进行部分或者全部孪生镜像。构建一个网络孪生体需要数据、模型、映射和交互4个关键要素。6G网络架构中所有网络功能均可以按需构建对应的网络功能孪生体,孪生体与真实物理网络可实时交互数据,通过建模和映射还原真实物理网络的运行状态和环境,进行网络部署前预验证,进而提供网络策略最优解,提升网络决策和部署的可靠性。

二是如何通过内外闭环,助力6G网络实现智能面,达成柔性网络和智慧内生等目标。网络运维和优化、网络智能化应用、意图驱动的网络智能自治、以及网络新技术、新业务创新等均可通过北向接口向孪生体输入需求,并通过网络孪生体的模型化实例进行业务的部署和验证。通过孪生体的内生闭环验证网络能力,验证后,孪生体通过南向接口将控制更新下发至物理实体网络。

智慧内生

6G 网络内嵌 AI 能力,实现架构级智慧内生。对内能够利用智能优化网络性能,增强用户体验,自动化网络运营,即 AI 构建网络;对外能够抽取和封装网络智能,为各行各业用户提供网络和 AI 结合的通信及计算服务,即网络赋能AI。通过内嵌AI能力,实现DOICT融合的智能感知、智能连接、智能发现、智能服务、智能管理和智能编排,奠定万物智联的基础。

2023年,智慧内生将重点考虑如下关键点。一是从云化到分布式网络智能的转变。由于网络中数据和算力的分布特性,要求 6G 构建开放融合的新型网络架构,实现从传统的“Cloud AI”向“Network AI”转变。二是对上行传输性能加强关注的转变。与之前网络以下行传输为核心不同,智能服务将带来基站与用户之间更为频繁的数据传输,需要重点考虑上行通信的场景需求,以更有效地支撑分布式机器学习运用。三是数据处理从核心到边缘的转变。未来数据本地化、极致时延性能以及低碳节能等,要求将计算带到数据,支持“数据在哪里,数据处理就在哪里”。

为了应对这些转变,新的网络架构需要对内能够利用智能优化网络性能,增强用户体验,自动化网络运营,即AI4Net,实现智能连接和智能管理;同时对外能够为各行业用户提供实时 AI 服务、实时计算类新业务,即 Net4AI。

空天地一体化组网

随着航天技术的飞速发展,为了解决偏远地区、海域空域、灾害救援等场景下的互联网接入和宽带数据传输需求,利用空天地组网方式提供互联网服务的方案受到了越来越多的关注。在6G网络中,天基、空基、地基网络将深度融合,组成一张空天地一体化全域覆盖的网络,为用户提供极致、可靠、连续的通信服务。

2023年,针对空天地一体化网络的研究将围绕以下方面进一步展开:一是分布式按需部署的一体化网络架构。天地一体化信息网络将提供全场景服务,网络应能够根据不同的业务需求提供匹配的网络服务能力。6G网络需要构建随需取用、灵活高效的网络能力资源池,实现网络能力的按需定制、动态部署和弹性伸缩,适应天地一体化信息网络的可靠性和稳健性需求。二是移动性/会话管理与动态路由技术。由于卫星星座存在网络拓扑动态变化快、传输时延大、星间链路鲁棒性差等问题,空天地一体化组网的移动性管理和会话管理是亟待解决的问题。同时,大规模动态路由技术以及高效的网络资源管理策略,有助于提高带宽、时延等指标,提升用户服务质量。

移动算力网络

在6G时代,网络不再是单纯的通信网络,而是集通信、计算、存储为一体的信息系统。对内实现计算内生,对外提供计算服务,重塑通信网络格局。为了满足未来网络新型业务以及计算轻量化、动态化的需求,网络和计算的融合已经成为新的发展趋势。在网络和计算深度融合发展的大趋势下,网络演进的核心需求是网络和计算相互感知、高度协同。算力网络将实现泛在计算互联以及云、网、边高效协同,提高网络资源、计算资源利用效率,进而实现实时准确的算力发现功能、服务灵活动态调度功能、算力服务功能、算网编排管理功能、算力路由功能,并且提升用户体验一致性。

2023年,移动算力网络将重点对算力度量与建模技术、基于算力资源感知的算力路由技术和在网计算技术等进行深入研究。

确定性网络

移动通信网络逐渐从服务消费互联网向服务产业互联网转型,并将逐渐成为工业互联网、能源物联网、车联网的技术基础和产业升级发展的动力。未来ICT与OT的进一步融合将使移动通信网络从提供“尽力而为”的服务,向提供“确定性”服务演进。6G时代是确定性网络广泛发展的时代,将从移动、固定网络独立发展的模式向跨域融合发展的模式转变。面向6G的确定性网络将是内生确定、跨层确定、跨域融合的确定性网络。

2023年,确定性网络将重点考虑移动网络如何与固网确定性机制融合,如何突破传统IP层转发机制,如何确保跨域的精确时间同步等。此外,跨域的端到端确定性网络的实现将涉及多种网段、多个层面的技术,是多种技术的结合,可从降低复杂性、动态自适应、结合具体业务等方面尝试改进。

数据服务

未来6G的生态系统本身将产生、处理、消费海量的数据,这些数据将使能更加完善的智能服务,为运营商提供了增值渠道,但同时也对运营商高效地组织和管理数据提出了新的要求。6G网络架构中可能引入独立的数据面,构建架构级的统一可信的数据服务框架,提供可信的数据服务。

2023年,数据服务一方面要重点考虑异构多源的数据收集、处理及巨量存储,还需要重点考虑如何融合已有的数据服务单点技术,基于“去中心化”的可信机制以及数据和知识双驱动的智能分析,从系统架构层面实现数据服务和可信服务。

未来3~5年进入6G网络发展“窗口期”

网络架构的创新关系到网络总体发展。新需求、新场景和新技术的出现,赋予了6G网络架构在传统连接和转发之外的计算、感知、智能、安全等多维能力需求,也为6G网络架构的创新带来了新的驱动力,将显著提升网络能力,为用户提供更加极致和更加丰富的业务体验。

瞄准2030年左右实现6G商用,未来3~5年将进入6G网络发展的战略窗口期。DOI2CT新要素和移动网络的融合创新,将为新一代移动网络架构设计注入强劲动力,有望解决空口瓶颈,大幅提升网络性能,促成6G网络跨越式发展。因此,全服务化架构、分布式自治、数字孪生、智慧内生、空天地一体化组网、移动算力网络、确定性网络、数据服务等相关支撑技术需要业界持续投入,深入开展研究,为6G网络的发展奠定技术基础。

作者:中国移动研究院基础网络技术研究所副所长 陆璐

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