6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书

6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书1 目录 前言/4 一、6G网络架构愿景/5二、驱动力/6 (一)场景驱动/6 (二)DOICT融合的技术驱动/6(三)IP新技术驱动/7 三、6G总体网络架构展望/9 (一)网络架构需求/9 (二)6G网络总体架构展望/9 四、6G网络潜在技术和关键能力/11 (一)潜在架构类技术/11 (1)分布式网络技术：集散共存、分布自治/11 (2)空天地一体化：泛在连接、多网融合/12 (3)网络智慧内生：AI构建网络、网络赋能AI/13 (4)安全内生：预测危险、抵御攻击/15 (5)数字孪生网络技术：虚实结合、闭环控制/16 (6)算力网络技术：网络无所不达、算力无处不在/18 (二)潜在能力类技术/20 (7)可编程网络技术：按需定制、敏捷灵活/20 (8)通信和信息感知融合网络：多维感知，赋能通信/21 (9)确定性网络技术：确定传输、极致性能/22 (10)可信数据服务：可信框架、智能增值/24 (11)沉浸多感网络：多维通信、身临其境/25 (12)语义通信：语义驱动、万物智联/26 五、总结及展望/28缩略语简表/29 主要贡献单位/30 6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书3 前言 全球业界已开启了下一代移动通信技术（6G）的研究探索。移动通信网络是一个复杂的系统，而网络架构就是这个复杂系统的基座，决定整个系统的效率和能力。本白皮书重点关注端到端的总体网络结构及组织，包括接入网及核心网。其中，核心网是系统中的核心枢纽和中控大脑，肩负着移动通信网络中承上启下、融汇贯通的作用，承载着应用业务发展和繁荣的重任。遍布各地的接入网将所有的单体用户接入到通信网络中，再由核心网进行统一和集中的认证、管控与调度，并控制与用户访问网络的互联和信息的传递，实现数据的连接和业务的访问。 新场景和新技术的出现，赋予了网络架构传统连接之外的计算、感知、智能、安全等多维能力的内在需求，使得未来网络架构的设计任重而道远。基于此，本白皮书承接IMT-2030推进组的《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，并从愿景和驱动力出发，对未来6G的网络架构及其关键技术进行了展望。 46G网络架构愿景与关键技术展望白皮书 一、6G网络架构愿景 6G网络将成为智慧内生、泛在连接、多维融合的基座，是未来经济和社会发展的重要基础。5G在全球范围的逐渐普及和规模部署，实现了公众用户通信能力和服务质量的跨越式提升，有力促进了垂直行业的数字化转型。与此同时，空天通信、人工智能、数字孪生、区块链等技术正飞速发展，与网络的结合日趋紧密，正推动人类从信息时代走向智能时代，从平面时代走向立体时代。 作为使能“万物智联，数字孪生”6G总体愿景的基础支撑，6G网络架构应遵循兼容和创新并 举的设计理念，具备智慧内生、安全内生、多域融合、算网一体等四大特征。 智慧内生：6G网络内嵌AI能力，实现架构级 智慧内生。对内能够利用智能来优化网络性能，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结合的通信和计算服务，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。 安全内生：6G网络内嵌安全能力，实现架构级安全内生。通过6G网络内置基础安全能力，提供 采集、管控、隔离等能力。基于分布式技术，实现去中心化的安全可信机制，构筑安全可信的6G网络，满足不同业务场景的差异化安全需求，提高通信系统的安全自治能力，建设可度量、可演进的安全内生防护体系。 多域融合：空天地等多种接入域，移动网、家庭网、体域网多种网络域深度融合，实现泛在连接 下的连续通信。高/中/低轨卫星网络、空基平台网络与地面网络深度融合，实现人联与物联、无线与有线、广域和近域、空天和地面等的智能全连接，采用空天地一体化协议体系，实现不同地域、不同 用途、不同行业网络的跨界融合，构筑泛在连接的网络基座，为用户提供全时全域无缝覆盖的高可靠通信服务。移动网、家庭网、体域网等多种网络域共同形成完整的6G网络，多个网络域之间打破原有的固定边界，形成连接与融合，通过多网络域下的终端识别、服务连续性保障、终端信息共享、端到端服务质量保障等，为用户提供无感知的网络接入、数据传输及切换体验。 算网一体：网络和计算深度融合，实现云、边、网、算的高效协同。网络和计算相互感知，相互协同， 实现实时准确的算力发现、灵活动态的计算和连接服务的调度，提供无处不在的计算和服务，实现算力资源的合理分配和用户无感知，赋能一致化用户体验，提高网络资源、计算资源利用效率。 6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书5 二、驱动力 6G网络架构设计，既需要考虑6G的新业务、新需求和设计原则的根本性转变，又需要考虑与现有网络的兼容性，以及业务的继承性。因此，本节结合业务驱动、DOICT融合技术驱动、IP组网技术驱动等因素，详细阐述6G网络架构演进的驱动力如下： (一)场景驱动 业务的发展与社会的发展息息相关。6G时代沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智能交互、通信感知、智慧内生、数字孪生、全域覆盖等新业务新需求不断涌现。本节梳理并归类了《6G总体愿景与潜在关键技术》中的主要业务场景，并提炼出业务的三大共同特征，以阐述对6G网络架构以及关键技术的影响： 1.沉浸化。云化XR技术中的内容上云、渲染上云、空间计算上云等将显著降低XR终端设备的 计算负荷和能耗，随着终端能力变得更轻便、更沉浸、更智能，XR技术将进入全面沉浸化时代。同时随着无线网络能力、高分辨率渲染及终端显示设备的不断发展，未来的全息信息传递将通过自然逼真的视觉还原，实现人、物及其周边环境的三维动态交互，极大满足人类对于人与人、人与物、人与环境之间的沟通需求。云化XR与全息的全面结合，将广泛应用于文化娱乐、医疗健康、教育、社会生产等众多领域，使人们不受时间、空间的限制，打通虚拟场景与真实场景的界限，实现沉浸化的业务体验。上述业务需要在相对确定的网络环境下，并通过对AI资源的调度，满足超低时延与超高带宽及智能化的需求，为用户带来极致体验。 2.智能化。情感交互和脑机交互（脑机接口） 66G网络架构愿景与关键技术展望白皮书 等全新研究方向已取得突破性进展并得以应用，覆盖各行各业的各种传感器的大量应用，加速了通信感知的融合，使得6G网络将支持目标的检测、定位、识别、成像等感知功能。此外越来越多的个人和家用设备、无人驾驶车辆、智能机器人等都将成为新型智能终端。情感思维的互通和互动中，智能体产生主动/被动的智慧交互行为，大量传感器的存在以及其所探测的信息，6G网络的自学习、自运行、自维护，以及大量智能终端的广泛使用，都需要大量的数据完成自练习、自学习，上述业务要求6G网络支持对超大数据量的智能处理。此外，智能驾驶等业务还对时延有严格的要求。 3.全域化。当前的通信以地面为主，但是地面环境复杂，比如高山、海洋、甚至偏远无人区等， 这些区域的建网成本高昂，运营商难以承受。从抗灾救援、科学考察、远洋货轮的宽带接入等角度出发，以及随着无人机、飞机等空中设备的增多，人们对通信的全域化诉求越来越强烈，6G时代这一通信愿景需要得到网络的充分支持。因此除了地面网络，还需要高轨卫星网络、中低轨卫星网络、高空平台、无人机等在内的空天网络的相互融合，构建起全球广域覆盖的空天地一体化三维立体网络，为用户提供无盲区的宽带移动通信服务，这对6G网络架构的设计提出了新的挑战。 (二)DOICT融合的技术驱动 数据技术DT、运营技术OT、信息技术IT和通信技术CT（DOICT）的全融合将共同驱动网络变革和能力升级，助力全社会全领域的数字化智能化发展。作为CT技术的重要呈现，移动网络已经充分引入了IT技术，将NFV、容器、SDN、基于API的 能力开放等技术在系统中获得充分应用。面向未来将有更多的来自生产运营的需求，并通过OT技术 （OperationalTechnology）为移动网络带来新的基因。OT与CT的融合将成为移动网络发展的一个重要方向，通过增强网络能力实现高可靠、高可用、确定性和实时性，并成为工业数字化转型的重要推动力。此外，DT技术也将为网络演进注入新的活力，数字经济的发展基础是海量连接、数据采集以及建模和分析。移动网络与大数据、AI、区块链等技术结合，基于丰富的算法和业务特征构建数据模型，可以实现更加精准可信的数据服务，进一步推动网络演进。 1.AI技术。随着新技术的不断突破与发展，新的应用场景将不断涌现，会对网络架构的支持能力 和演进能力提出现实而严苛的需求，例如在网络规模、网络种类上同时向高度定制化（复杂化）和高度简化两个极限方向发展。应用于未来网络中的智能技术必须具备自身演化能力和较高程度的自我优化能力。未来6G网络要做到智慧内生，就不应只局限在利用AI解决网络自身的问题，而是对于行业数字化等第三方AI应用也能够提供更好的架构支持。因此，在未来架构中，需要定义架构级的内生AI，实现网络自治、自演进、自优化，提供智能基础能力并原生支撑各种类型的AI应用。实现从云AI向网络AI的转变。 2.安全技术。传统移动通信网络缺乏安全内生的设计，隐私泄露、中间人攻击、分布式拒绝服务 攻击等顽固安全问题难以根治；同时网络安全与信息系统和业务应用各成体系，安全投入成本高；6G时代面临量子计算机攻击威胁，传统基于计算复杂度的密码学安全，存在极大隐患。另外，AI、区块链等新技术广泛应用本身也是双刃剑，使用这些新技术来使能6G网络的一些新特性，但也可能会给网络带来更多的安全隐患。可以预见，6G面临的安全攻击也会更加的多样性和智能化。因此，对于6G网络安全需要考虑如何在架构和标准维度形成共识，定义架构级的内生可信安全机制。 3.区块链技术。区块链是多方协作维护的分布式共享数据库，具有公开透明、全程留痕、历史可溯、集体维护、智能执行等特点，可有效建立多方间协作，促进资源高效配置，可支撑数字资产的高效流通及解决数字安全问题。区块链的本质是信任机制的革命，解决多方间的去中心化信任问题。借助区块链的不同技术特点，结合网络架构及关键技术的设计需求，为数据安全可信、资源共享、隐私保护、网络架构去中心化等功能实现提供技术使能。 4.数字孪生技术。数字孪生综合运用感知、计算、建模、仿真、通信等技术，实现虚实映射与交互，正成为构建新一代数字基础设施的使能技术和中坚力量。6G时代，数字孪生技术将广泛地运用于智能制造、智慧城市、人体活动管理和科学研究等领域，使得整个社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界。同时，面对持续增加的业务种类、规模和复杂性，6G网络本身也需利用数字孪生技术寻求超越物理网络的解决方案。数字孪生不是一个单项技术，它是一系列数字技术的集成融合和创新应用。面向构建“数字孪生”世界的目标，数字孪生技术未来将进一步与DT、OT、IT、和CT技术深度集成和融合，并促进相关领域发展。 (三)IP新技术驱动 作为组网和协议基础的IP技术将进一步演进。更多样化的接入场景，超越“尽力而为”的质量保障机制使得IP组网技术成为6G重要的技术驱动力之一。 1.灵活化组网。6G网络将是多网互联、多场景并存的网络，工业网络、卫星网络的发展给目前 蜂窝网的基础互联互通能力带来了新挑战。在产业互联网中，万物互联、海量IoT设备接入、工业IT和OT网络融合，需求各异、能力各异，需要灵活适配不同的组网需求。作为未来通信重要的基础设施，卫星互联网将为全球提供低成本互联服务，但 6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书7 是在卫星互联网中，卫星节点有高度的动态性，现有的组网技术难以应对，需要定制新的路由转发体系。因此，未来网络需要通过“场景可定制”的互联互通技术，实现灵活、可定制信息互通。 2.确定性组网。工业控制网络的场景中，端到端时延要求的典型值约在1毫秒到10毫秒。传统 移动网络包含端到端（终端、无线接入、核心网、