6G网络架构展望白皮书（2023.2）

目录 16G网络设计思路1 26G网络总体架构2 3新架构思考4 3.1网络控制单元NCU6 3.2网络报文处理单元NPU7 3.3网络数据单元NDU8 3.4网络智能单元NIU9 4新架构核心特征11 4.1架构极简11 4.2用户数据为中心14 4.3智能内生15 4.4分布自治18 5新架构新业务20 5.1“虚实通感”类业务20 5.2“全域智联”类业务22 5.3“自治专网”类业务24 66G网络展望与倡议25 缩略语26 参考文献28 前言 伴随着5G网络的规模商用，业界已经系统性开展了6G技术研究，6G网络架构是其中重要的研究领域，是6G愿景落地的重要环节和技术手段。面向2030年，中国电信提出了“虚实通感、全域智联”的6G愿景[1]，以沉浸式XR、元宇宙等为代表的新业务对网络提出了新的需求；端到端云网融合是6G网络的必然发展趋势，DOICT技术相互融合渗透，为网络架构设计注入了新的思路。本白皮书基于在6G网络架构方面研究，阐述了中国电信和中兴通讯对6G网络架构思考和研究观点。 本白皮书分为如下章节，第一章6G网络设计思路，阐述网络架构设计的理念和遵循的基本原则；第二章6G网络总体架构，从全局视角出发，阐述6G网络不同层面的逻辑功能；第三章新架构思考，聚焦在网络功能层面，阐述6G网络的逻辑功能和工作机制；第四章新架构核心特征，阐述新架构有别于5G的关键特征；第五章新架构新业务，阐述新架构如何支持沉浸式XR、元宇宙、空天地一体、自治专网等电信6G业务场景；第六章6G网络展望与倡议，提出6G网络架构进一步研究的问题和合作倡议，希望同业界伙伴共同推动6G网络架构的研究。 16G网络设计思路 面向未来，6G网络架构演进的总体思路是以用户/客户需求为中心，以云网融合为指引，增强移动网络服务能力，全面升级用户业务体验。具体研究思路如下： 满足新业务新场景需求，面向“连接+”开展6G网络架构研究。以沉浸式XR、全息通信、人机交互、机机交互等为代表的业务场景对网络提出了更高的功能和性能要求，这些业务不仅仅需要基础连接服务，还需要边缘算力服务、高精度环境及物体感知服务、网络AI服务等。本白皮书认为6G网络将综合提供连接、感知、智能、算力等一体化服务。 吸收技术创新与融合的精髓，兼顾技术先进性和可落地能力。面向新的业务需求，6G网络架构应结合移动通信自身演进趋势和DOICT融合发展趋势进行设计，吸收新兴技术精髓，评估无线网络服务化、空天地一体化、通感算一体化等对6G网络的影响，分析新兴技术如AI、云计算、大数据、区块链等技术引入的可行性，综合研判6G网络架构的内涵和边界。 注重端到端体系化设计，避免割裂和断层。业务体验的保障需要网络端到端的技术保障，任何环节的短板都将成为系统的短板，网络整体功能和性能的达成需要端到端系统性的设计。在关键技术方案和协议的设计方面，需要终端、无线网络、核心网络的端到端横向协同，同时也需要运营管理域、承载网络域、云网资源域的跨层跨域的纵向配合。 加强6G网络灵活性设计，构建更加开放的产业生态。6G网络应更加柔性灵活，网络云化、服务化是重要技术手段。6G网络将支持按需编排和部署、业务按需加载、流量按需调度，网络对业务的适配能力增强。尤其是面向各行各业定制化的网络需求，灵活性、敏捷性至关重要，也是引入更多参与方、构建更加开放生态的前提条件。 6G网络架构应充分考虑2B领域的需求，开展统筹设计。在数字经济发展和产业数字 化转型的过程中，5G网络发挥了重要的作用。面向未来，6G网络服务2B领域前景广阔，在数字化转型中将发挥越来越重要的作用。实践表明，2B和2C的网络在业务特征、网络 部署需求、管理方案等方面有明显区别，不同行业和企业对网络的需求差异性大，网络架构设计应加强2B、2C等的统筹。 26G网络总体架构 从网络总体视角看，6G网络总体框架是“三层四面”的分层架构，如图2-1所示。 图2-1：6G网络分层架构 基于网络云化、服务化的思路，“三层”自下而上分别为云网资源层、网络功能层和应用使能层。 1.云网资源层：是6G网络部署依托的基础设施和资源，主要用于承载网络功能，资源类型包括各种计算（CPU、GPU、FPGA等）、存储、网络、频谱以及各种专用设施。其中网络资源主要指IPv6/SRv6承载网络，实现云化后的网络功能之间的连接。 2.网络功能层：是6G网络应支持的网络功能，提供“连接+”网络服务，可进一步 分为控制面、用户面、数据面、智能面。 3.应用使能层：聚合网络服务能力、通用的应用服务组件，通过能力开放、应用使能 框架等方式为应用或周边生态提供服务，实现统一的应用使能管理。 云网运营管理贯穿和覆盖各个层面，在云网融合的演进趋势下，除了继承当前的网络管理、业务受理、计费结算等功能外，6G网络的运营管理还将引入新的运营功能，包括云网智能编排调度功能、数字孪生网络管理功能、基于区块链的共建共享管理等关键功能。 “四面”是在3GPP对移动核心网描述基础上的延伸，包括控制面、用户面、数据面、智能面。面向“连接+”的功能需求，网络功能层的“四面”逻辑功能如下： 控制面：实现网络连接服务、智能服务、算力服务、感知服务等的统一控制功能。作为网络控制的中心，控制面将与其他层面密切协同，完成多接入融合控制、鉴权认证、移动性管理、会话管理、策略控制、算力资源调配和管理功能等一体化的管控。 用户面：用户面支持网络可编程，可以灵活定义数据处理策略；具体功能包括隧道管理、数据流识别、业务感知、确定性通信保障、数据的封装、数据转发及流量引导等功能。完成用户数据、环境物体感知数据、AI任务数据等各种数据处理及转发。 数据面：考虑数据与业务逻辑进一步分离，减少数据和业务处理的紧耦合，网络中考虑引入单独的数据面，数据面完成各种数据的统筹管理，并且通过标准接口向控制面、用户面、智能面开放；各种数据中有静态数据以及动态的实时数据，例如用户签约数据、用户状态数据、网络状态数据、连接数据、资源利用数据等。 智能面：是6G网络的智能中枢，支持核心网、接入网的全面智能。智能面既服务于6G网络自身的智能化，也服务于用户和业务应用的智能化需求。智能面提供网络AI相关的功能，包括数据建模、模型训练、推理决策、知识图谱、反馈与评估等功能。 在“三层四面”网络的总体框架中，网络功能层是网络架构演进的重点；本白皮书重点 是对网络功能层的6G网络架构进行展望性讨论。 3新架构思考 6G网络在当前网络的基础上，需要更多的考虑支持多模异构、全场景接入，需要考虑如何满足各行各业用户对网络的定制需求，需要考虑现有网络中一些难以彻底解决的不足如何在网络架构方面进行设计解决；需要考虑XR、元宇宙、人机交互等新型业务如何能得到更好的网络服务。 为此，本白皮书提出了网络架构演进的目标：以用户数据为中心的极简、智能内生、分布自治，提出了DDAA（数据驱动的分布自治架构，Data-drivenDistributedAutonomousArchitecture）；如图3-1网络演进架构所示，简化成四大网络单元，包括NCU（网络控制单元，NetworkControlUnit）、NPU（网络报文处理单元，NetworkPacketUnit）、NDU(网络数据单元，NetworkDataUnit)和NIU（网络智能单元，NetworkIntelligenceUnit），各网络单元的互联采用SBI[2]和数据通道双总线。四个网络单元分别对应6G网络分层架构中网络功能层的控制面、用户面、智能面和数据面，改进现有网络网元数量多、信令复杂等问题，实现灵活可定制的网络，从而使能未来人、机、物、虚全域服务创新。 图3-1：数据驱动的分布自治架构 网络控制单元（NCU)：网络控制中枢，负责驱动任务，完成连接+算力+智能+感知等任务的协同； 网络报文处理单元（NPU)：继承现有用户面数据转发的基本功能，引入用户面可编程，实现灵活定义用户面的处理逻辑，同时向算网业务感知、确定性通信和自治域网络互联等功能特性演进； 网络数据单元（NDU)：统一聚合的数据面，在当前UDR/UDSF提供用户核心数据的基础上，新增网络数据和算力数据，并提供标准化的信令交互方式和数据访问通道，解决当前数据架构设计存在的异厂家解耦问题； 网络智能单元（NIU)：提供AI任务调度、推理和决策、模型训练和知识、模型仓库等功能[2]，通过分布式学习协作在多节点之间实现跨层跨域智能，对内辅助实现网络极简的自治管理和智能服务，对外向应用提供灵活和定制化的 AIaaS[4]。 网络单元之间的互联采用双总线架构，一条是现有的服务化信令交互总线，延续已有服务化设计理念，将服务化的范围由核心网的控制面向用户面NPU发展，同时进一步向无线 接入侧延伸，包括RAN-CP和RAN-UP，实现移动领域端到端的服务化；另一条是本白皮书提出的新增数据总线，即数据通道，不同网络单元通过数据通道与NDU交互，以达到数 据的高效获取与处理，不同网络单元相互之间数据的交互，也通过数据通道进行传递。 3.1网络控制单元NCU NCU聚合传统控制面的各网络功能实体，且构建用户级数字孪生体，对物理UE（PUE）进行孪生，以数字化的形式（DUE）对PUE进行动态呈现，并对其进行管理。由原先多个NF组合提供完整能力，变革为由单一的DUE提供完整能力，并且DUE能力可强于PUE，根据DUE具备的全量用户数据能力，可驱动网络完成相应的功能。NCU功能包括四个核心部分：基础功能、扩展功能、适配接入和数字孪生UE，如图3-2。 基础功能：继承现有的网络基础能力，包括移动管理、会话管理、鉴权、计费等，并完成相应的信令交互。 扩展功能：在提供基础能力的基础上，以未来新业务为牵引，灵活实现能力可选，例如确定性连接增强、算网协同能力、定位感知一体化能力等，围绕DUE的全量数据按需扩展新能力。 适配接入：以兼容新老制式用户终端为基本原则，针对不同制式和能力的终端，NCU提供不同的适配器，灵活对无线、卫星等进行适配接入，实现新老终端的即插即用，用户无感知，以达到新一代网络能力可以不依赖终端芯片的成熟度。 数字孪生UE：简称数字UE，以DUE为最小管理单元，DUE拥有自己的数据仓库，NCU动态按需加载UE侧数据、网络数据、算力数据及核心数据，PUE与DUE交互，驱动DUE完成网络任务处理。 图3-2：网络控制单元逻辑功能 3.2网络报文处理单元NPU 遵循现有的控制转发的分离设计原则，NPU在现有的UPF基础上实现服务化增强，包括与控制面、数据网络和无线交互接口的服务化。NPU在继承传统用户面对UE业务数据的路由和转发、动作和策略执行等功能之上，重点向用户面可编程、算网业务感知、确定性通信和自治域互联演进，实现按需、按场景定制网络，从而满足未来无人机、车联网、脑机协同等实时类移动业务的需要，如图3-3。 用户面可编程：为减少通用硬件带来的转发性能限制，采用可编程交换芯片、智能网卡、DPU异构芯片等，实现高效的数据处理和功耗的降低，并利用可编程技术实现通信网络协议的可编程，包括协议无关性和流表实现的可编程，增强了用户面的灵活性和开放性，将需要的网络功能集成到用户面，按需移除无用协议，简化用户面。 算网业务感知：为达到算网一体，未来网络具备感知和调度算、网、存一体化资源的能力[5]，构建感知型用户面，新增算力服务感知、算力服务路由等能力，能够基于识别的算网QoS实现算网资源一体化的调度，满足移动低时延业务体验的一致 性。 确定性通信：拉通端网云业，实现NPU到无线侧和边缘算力侧的网络信息可测可 视，包括时延、抖动、丢包率等，从而始终能够实时提供确定性的连接保障，避免UE移动、网络拥塞、算力节点故障等带来的业务异常，保障实时类移动业务的可靠、高质量运行。 自治域互联：在分布式网络中，不同自治域的NPU互联，在专网NPU和公网N