6G无线网络开放与云化技术白皮书

6G无线网络开放与云化技术白皮书 中关村泛联移动通信技术创新应用研究院中国移动研究院 北京佰才邦技术股份有限公司京信网络系统股份有限公司联想移动通信科技有限公司 2022年12月 前言 本白皮书旨在分析6G无线网络向开放与云化演进的驱动力、历程与演进理念，并针对相关关键技术趋势及挑战进行剖析。希望能够为产业在研究与设计6G开放云化无线网络相关技术、产品和解决方案时提供参考。 目录 1驱动力1 1.1新时代国家战略的要求1 1.2技术与产业发展的驱动3 2发展历程与演进理念5 3关键技术12 3.1异构硬件虚拟化12 3.2多维能力编排调度16 3.3开放化体系18 3.4确定性服务19 3.5服务化RAN22 3.6智能控制器23 4挑战与展望23 缩略语列表26 参考文献27 致谢27 1驱动力 加快实施创新驱动发展战略。坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，加快实现高水平科技自立自强。以国家战略需求为导向，集聚力量进行原创性引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战。加快实施一批具有战略性全局性前瞻性的国家重大科技项目，增强自主创新能力。 ——高举中国特色社会主义伟大旗帜，为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗——在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告（2022年10月16日）习近平 6G无线网络是6G体系架构中的关键一环，其发展与演进既要顺应创新型社会、碳达峰碳中和、数字化转型等时代变革的要求，与国家战略高度契合；又要考虑智能化、灵活性、能力融合、产业发展等诸多新的技术、产业驱动因素的需求。从发展方向来看，6G无线网络将从传统的移动通信网络逐步转变为通信、计算、大数据、感知、AI、安全一体融合的新型6G移动信息网络，开放与云化将成为未来无线网络演进的重要趋势。 1.1新时代国家战略的要求 构建创新型社会：打造开放基础设施，构筑技术创新基座 当前，我国人口结构面临老龄化、少子化、不婚化三大趋势，人口增长明显放缓，甚至进入负增长，该现状的本质是在表达对“劳动人口数量”的担忧。面对人口结构的重大变化，如何对冲人口问题给经济发展带来的负面效应是一个重要的研究课题。除了积极的人口政策外，我们更应深入研究决定经济增长的另一关键指标，即“劳动生产率”。该指标蕴含着经济增长率与人口增长率之间的差距，基本可以看作是“人均收入”的对等指标，提高该指标可以有效弥补人口深度老龄化、少子化、劳动力减少等带来的负面效应，从而降低人口增长率低迷对经济的影响。能够提升社会劳动生产率，进而提升国家经济总量的驱动力就是“技术进步”，也就是我们常说的“创新”，即以科技创新驱动经济发展。 6G技术本身就是一系列面向未来的广泛、深入、系统的技术创新探索。不同于传统移动通信技术，以基站为代表的6G无线网络将不再仅仅是一种通信设备，而是与水电、交通、能源等设施类似的新型信息基础设施平台。基于云化技术和开放理念，6G无线网络可以深度融合通信、计算、感知、智能等多种能力，从而面向整个社会打造的一个开放、智能、绿色 的技术创新基座，成为移动互联网、云计算、人工智能、大数据、区块链等关键数字经济技术得以作用到具体的人和物上的桥梁，牵引整个数字经济的发展。 碳中和碳达峰：依托能源优势，助力绿色发展 2030年碳达峰，2060年碳中和，这是中国作为一个大国对全人类生存环境的承诺。在具体实施层面，我们遵循两条路径：一是能源生产减碳，也就是清洁能源的生产去碳化；另一个是能源使用减碳，就是一切生产生活的能源用电力替代。中国在清洁能源生产领域技术领先，全球市场上超过一半的装备都是中国生产提供的，而且中国有独步全球的能源互联网系统，从供给侧来讲，我国当前的这些技术和设备囊括了光电、风电、水电、氢能、核电等清洁能源；从消费端来讲，我国拥有生产生活电器化全球领先的生产制造、消费使用体系，给清洁能源一个消费的目的地。 目前，我国有三横四纵能源互联网，这张网遍布了几乎整个中国，地理跨度极大。一方面，强大的清洁能源基础设施为6G无线网络在内的新型信息基础设施提供了坚实的能源供应基座。另一方面，庞大的能源互联网亟需数字化、智能化改造，形成全方位的监控运维体系。而基于云化技术与开放理念，6G依靠海陆空天一体化的立体、多样的覆盖体系与通信、计算、感知、智能深度融合的能力体系，不仅可以满足清洁能源发展的需求，为其提供一整套实现各类应用的基础设施平台，更是对能源基础设施进行深度信息化、智能化升级的有效助力。电力能源基础设施与6G信息基础设施的协同组合可以成为我国实现碳达峰、碳中和的重要依托。 此外，开放云化的6G无线网络将摆脱传统软硬件紧耦合的无线网络形式，实现软件定义下的无线网络能力，从而最大限度的降低硬件等基础设施更新迭代的成本与资源消耗，这也符合国家碳达峰、碳中和的发展战略。 数字化转型：提供灵活按需服务，助力千行百业数字化 社会的数字化转型的本质是场景的数字化，场景数字化的目标是实现以数据为中心的云计算，而以数据为中心的云计算的根本目的是提升整个社会的运行效率。6G是云计算获取现实世界数字化数据的重要载体和抓手，是实现提升整个社会运行效率的基础设施。 6G技术不仅着眼于更加优异的性能，还将着重强调对复杂多样应用场景的适应性和可落地性。即6G无线网络不仅提供更加高质量的通信服务，还需要深度适配千行百业的应用，提供灵活的按需服务能力，助力各行业数字化转型。 6G发展前期，不仅是关键技术的研究窗口期，也是6G与各个行业应用达成共识的磨合期。磨合期必然有波动，甚至有对抗，这都是正常的。要实现6G对社会各方面深度变革的助力，产业仍需坚定的从内部找降成本的技术手段，从全行业找应用模式，继续不遗余力的细分应用场景，推动6G涌现新需求，尽早迈过规模临界点，才能有机会实现应用带动网络的因果反转。可以确定的一个趋势即未来6G网络、终端、应用等必将会更加复杂和多样。为应对这些挑战，我们必须在6G无线网络的设计理念方面提前布局研究，在应用场景上足够细化基础上，让网络有足够灵活性实现按需服务。 6G能在海陆空天体系发挥好多种能力融合的核心价值，必须要继往开来，强化优势。一方面，通过5G延续至今的内生降成本新技术，继续推进6G成本预期与全行业达成统一共识；另一方面，通过继续强化6G安全与多种网络能力体系的优势，推进6G在未来行业应用中的迅速规模化，持续摊低成本，让各个行业买的便宜、建的便宜、用的便宜、改的便宜，通过6G技术助力，实现行业高质量发展，形成优质的良性循环。 为了实现对千行百业的深度融合，不仅需要在技术方案上有足够的多样性与灵活性，同时在网络形态、产品形态、技术实现方式上也应当有更加多样和灵活的尝试，而基于云化技术的开放无线网络是实现这一目标的重要方式。只有基于云化技术和开放理念从多个层面与维度对无线网络进行深刻重构，才能承载足够多样的技术方案与能力体系，以匹配全球不同区域，不同行业的需求，从多样的通用硬件中找出市场落地、规模应用的确定性。 1.2技术与产业发展的驱动 无线网络开放的主要驱动因素： 网络智能化的需求：随着人工智能技术的发展，网络智能化成为了未来网络发展的必然趋势，特别是在6G网络中，人工智能技术将会融入网络架构，实现智慧内生。人工智能技术对6G网络的赋能需要基于各类数据完成模型训练等工作，而现有网络所采用的软硬件紧耦合设计受限于技术、产业等因素，难以实现对各类数据的实时、海量、按需、统一获取。虽然以O-RAN为代表的标准组织在数据的开放方面做出了诸多有益探索，但是要满足6G网络对海量数据的获取与共享的需求，网络还需要从协议、接口、数据等多个方面进一步贯彻开放的设计理念，从而实现对网络数据的高效率的获取与高质量的共享。 网络灵活性的需求：6G技术将面向千行百业的各类应用各类场景，复杂化的场景和差异化的需求必然要求网络具有足够灵活性，例如对于toB市场，灵活快速的部署能力是核 心竞争力之一。而传统相对封闭的无线网络形态难以适应日益多样化的市场需求，在按需定制的要求下往往需要大量的人力和物力进行长期反复的开发与测试。因此，开放的无线网络架构是6G必然的趋势。基于更加开放的设计理念，无线网络将基于更多的通用硬件与IT化的协议模块，从而通过软件定义的基站能力实现更加快速的迭代与个性化可能。 产业生态发展的需求：随着无线网络功能的日益复杂，相关产业门槛也日益提高。研发完整的无线网络设备，往往需要大量的人力与物力，企业在元器件、硬件系统、软件系统、通信算法等多个领域均需要大量且持久的投入，对于很多中小企业形成了巨大负担，行业集中度日趋增高。过高的行业门槛制约了产业的繁荣与协同。而通过对网络进行开放化改造，从硬件架构、软件架构、协议、接口、数据等多个层面的进行开放化设计，可以大大降低行业的槛，有利于引入更多的公司参与6G产业，优势互补，各取所长，从而实现跨行业的资源整合，提升行业的整体价值，构筑繁荣健壮生态。 无线网络云化的主要驱动因素： 现网架构演进的需求：随着基站部署成本的增高与集中化管理运维的需求，集中化部署的C-RAN将成为无线网络的主要部署形式。预计到2025年，中国移动新建基站C-RAN的部署比例可达到90%以上。大量集中化部署的基站构成了基站资源池，然而，目前网络的基站由于主要采用专用软硬件系统，主要通过系统内部的调用实现资源优化，还无法真正实现池化增益，资源利用率仍有巨大优化空间。而云化技术可以将大量物理资源抽象为虚拟资源，实现资源的按需分配，从而大大提高资源利用率。大量集中化的基站设备可以为无线网络平台云化提供了良好基础，也为未来无线网络承载更加丰富的业务与功能创造了可能。 无线资源管理的需求：随着频谱资源的日益紧张与通信基础理论的逐渐成熟，通过单一频段单一制式的接入网技术已难以满足6G多样化的应用场景。6G网络必然基于多维度组网技术，采用多种制式、多个频段、多种架构，根据具体应用场景选择最为合理的方案，这必然带来无线资源管理的日益复杂，以及相应软件、硬件多个维度的需求变化。这一趋势要求网络能够更加动态灵活，实现动态调度资源，满足多维度组网所需软硬件资源的按需分配。而云化技术通过对将底层硬件的虚拟化以及相应的通信协议体系设计，实现云原生基础上的6G无线网络，从而快速实现定制化资源配置，动态扩缩容，通信协议版本迭代更新等系列新需求。。 多种能力融合的需求：6G无线网络将深入融合通信、计算、感知、AI等新能力，实现DOICT技术的一体化。然而，从目前的产业格局来看，相关能力以及应用仍然基于不同体系与平台来构建。从技术需求来看，不用能力与应用对资源的需求也存在内在差异。例如通信物理层主要采用流水线式的处理实现加速，而人工智能处理往往需要并行多核处理完成图像识别等应用，在摩尔定律日益放缓的背景下，面向具体领域的DSA芯片在未来会更加广泛应用。6G云化无线网络可以实现各类资源在同一架构下的融合，将多种业务与实际物理资源解耦，从而可以承载更加丰富的6G无线网络能力体系，提高用户体验，促进业务创新。 综上，可以看出，构建6G开放云化的无线网络既是我国经济与社会发展的时代要求，也是6G自身内在的产业与技术驱动因素的需求，而基于以上理念打造的6G开放云化无线网络将进一步帮助6G实现“数字孪生，智慧泛在”的愿景，为通信、计算、大数据、感知、AI、安全一体融合的新型6G移动信息网络提供基础载体。 2发展历程与演进理念 构建6G开放云化无线网络并非一蹴而就的简单构想，而是无线网络发展演进的必然内在趋势。 下面从早期的无线网络架构开始到5G网络架构，简要介绍无线网络的主体，即无线接入网（RAN）的演进历程[1]： (1)传统基站（BBU+RRU+天线） 最初的基站采用一体化方案，即基站设备的主体均被放在一个机房或者一个机柜。 随后，基站架构逐步演进为了分布式基站，即基站分为几个主要功能单元，通常包括BBU （主要负责信号调制）、RRU（主要负责射频处理）、馈线（连接RRU