2023下一代协议栈5.0白皮书

下一代协议栈5.0 WHITEPAPERV9.0C2023.03 ExecutiveSummary BasedonthepreviousstudyofRANinwhitepaper,thiswhitepaperfacing6GgivesapotentialsolutionforthearchitectureofRANandframeworkoftheprotocolstack.Inthissolution,thetechnologyofdigitaltwinisintroducedtosupportAItoembedintofunctionalitiesofRAN,andthenative-AIcomputingpowerfornative-AIRANisscheduledondemand. ThewhitepaperhopestoarousethecontinuousattentionandthinkingfromthetheacademicandindustrialontheresearchofthearchitectureofRANandtheframeworkofprotocolstackfor6G,sothatthedeepintegrationofICDTandpromotethecomprehensivedevelopmentof6Gareachieved. 摘要 本白皮书在前期白皮书的基础上面向未来6G无线网络和协议栈演进方向，提出了一种智慧内生的无线网络架构，该架构通过数字孪生技术，把对AI算法相关的支撑融合到无线网络功能中，从而实现了按需的智慧算力，为“内生智慧无线网络”提供了解决思路。 本白皮书希望引起学术界和产业界对6G通信协议栈架构与功能增强方向研究的持续关注和思考，真正能够做到ICDT深度融合，促进6G全面发展。 TableofContents ExecutiveSummary01 摘要01 1Introduction03 2智慧内生无线网络架构03 2.1 2.2 2.3 “云”和“端”移动网络柔性架构03 内生智慧的ICDTRAN功能08 Summary14 3 3.1 意图驱动的协议管理控制架构15 网络管控协议发展16 3.2 3.3 3.4 3.5 意图驱动下一代无线网络管控架构18 关键技术20 意图的全生命周期管理23 Summary25 Reference26 Abbreviation27 Acknowledgement28 下一代协议栈5.0 1.Introduction Thewhitepaperproposes6Gprotocolstackviewsandthinkingfor2030+,basedonthepublishedversionssuchas"TheNext-generationProtocolStackoverAirInterface4.0"and"TheNext-generationProtocolStackoverAirInterface3.0".Wehopetoprovidereferencetostudythe6G-orientedprotocolstackarchitectureandfunctionsfortheindustry. 5G的CU-DU分离架构为基站的分布式部署提供了灵活性。基于CU-DU分离架构实现6G无线网络的按需功能配置，从而实现“云”和“端”的柔性架构，为内生智慧和数字孪生提供架构支撑。 通过定义核心网和分离模式的基站的功能在“云”上，把余下部分基站的功能部署在“端”上。“云”和“端”通过无线连接方式，“端”侧进行空口无线覆盖。通过“云”侧的控制，“端”侧实现无线覆盖、无线关断、干扰协调、负载均衡等。 下一代无线网络依靠意图驱动网络提供的应用意图深度挖掘能力、网络状态全局感知能力、网络配置实时优化能力，提出了意图驱动下一代无线网络管控协议架构，包括意图转译、策略配置、资源编排等模块，并通过实时的状态监控，实现用户意图的全生命周期管理，为下一代无线网络管理协议提供一种新的可行性思路。 2.1“云”和“端”移动网络柔性架构 2.智慧内生无线网络架构 在“云”端的统一控制下，各个“端”侧或者服务接入的点，或者作为终端。核“云”端通过AI建模，数字孪生，实现对物理空间的全方位数字化控制，从而实现精准的动态组网和覆盖扩展，从而实现“柔性”组网。 “云”端通过对网络覆盖的物理空间进行全方位数字化建模，建立数字孪生的数字化镜像大数据仓库，通过引入AI工具，对“端”侧的覆盖进行控制，实现“云”侧统一控制下的“端”侧自组织的无线覆盖，实现按需、按场景、按业务的柔性网络覆盖。 1、“云”侧的功能实体； 通信网络功能：包括核心网（CN：CoreNetwork）的功能和部分无线接入（RAN：RadioAccessNetwork） 下一代协议栈5.0 的功能。这些功能实体是软件定义的功能实体，主要包括面向数据包处理功能，信令控制部分。核心网部分包括核心网所有的功能实体。部分RAN的功能包括层3的控制面和用户面功能实体，层2的数据包处理部分。比如核心网的UPF、AMF、SMF等功能实体，RAN的RRC，SDAP，PDCP等信令和数据面功能实体。另外还有与“端”侧连接的接口功能，包括接口连接的初始建立、修改和删除等功能。 AI和大数据功能（AI&BD：BigData）：整个网络覆盖空间的数字化建模信息，诸如覆盖的范围、覆盖的建筑特征、覆盖的空间高度、覆盖范围内用户的业务和行为特征，覆盖空间的三维坐标信息等。整个网络运行的状态参数，网络功能运行过程中产生的各种与网络本身、业务、以及用户相关的状态参数。针对上述数据的存储功能、计算功能、AI模型的训练功能。基于上述数据构建物理覆盖环境的数字孪生（数字镜像：通过对物理环境特征参数的采样，实现了物理环境的数字化描述）环境，基于该数字孪生环境，进行针对网络新功能新特性的功能测试、运行验证、试错测试、新特性的部署等使用AI工具以实现网络的自演进、自生成、自维护。 “云”侧的AI和大数据功能为“端”侧的网络覆盖进行建模、预测和控制，当需要把一个和若干个“端”侧的无线设备（可以是各种终端，也可以是专门用来覆盖增强的无线接入点）按照终端或者无线覆盖设备进行开启时，提供该区域的“端”侧设备的组网方案，包括各个终端或者无线覆盖设备之间的连接关系，功率，干扰协调策略，最大承载的业务量，“端”侧设备是终端或者无线覆盖设备的功能决策，每个终端和无线覆盖设备的连接关系等无线空口组网策略。 2、“端”侧的功能实体；主要包括RAN的面向空口的低层处理部分。比如MAC层功能实体，物理层（PHY）功能实体，空口射频部分。另外还有与“云”侧连接的接口功能，包括接口连接的初始建立、修改和删除等功能。 两部分之间可以为有线连接，也可以为无线连接。如果为无线连接，则“端”侧设备具有两类无线接口，一类是与“云”侧设备互联的无线频点和相应频点搜索的功能，一类是能够接收终端接入的无线空口覆盖的无线频点功能。 “端”侧功能设备具有搜索“云”侧功能设备的功能；“端”侧功能设备上电后，主动搜索“云”侧功能设备并发起连接建立过程。 下一代协议栈5.0 Figure1“云”和“端”移动网络柔性架构 图1中，“云”侧设备运行在云平台上，“端”侧设备分别部署在远端的位置，实现空口覆盖。初始接入过程： 图2给出了“端”侧设备初始接入“云”侧设备的流程。 下一代协议栈5.0 图2“云”和“端”初始接入过程 步骤1、“端”侧设备上电后，只做“云”侧设备初始接入过程，不对外发射信号接纳终端接入。如果为无线连接，通过接收“云”侧设备发送的广播，得到“云”侧设备空口接入的基本信息。 步骤2、开始搜索“云”端设备。如果为有线连接（比如“端”侧设备检测到网口或者其它cable连接接口已经连接），则“端”侧设备在有线端口发起连接建立请求。如果为无线连接，则“端”侧设备搜索“云”侧设备信号，完成锁频后，在选定的频点发起连接建立请求。“端”侧设备具有基站的空口覆盖能力和通过有线或者无线方式连接“云”侧设备的能力。“端”侧设备同时具有连接“云”侧设备的无线频点和空口覆盖的无线频点及能力。连接“云”侧设备的无线频点可以和空口覆盖的无线频点是同一个系统带宽不同的频域（3G、4G或者5G的频点），也可以是完全独立的不同频点（3G、4G或者5G的频点），甚至可以使微波或者Wifi。 步骤3、通过随机接入过程完成空口同步和无线系统时钟同步。空口同步为上行信道的同步。“端”侧设备通过接收“云”侧设备的广播完成下行同步，通过随机接入过程，完成上行信道同步。同时，在随机接过程中， 下一代协议栈5.0 得到系统时钟，需要在“云”侧设备发送给“端”侧设备的随机接入响应消息总携带“云”侧设备的时钟。 完成随机接入过程后，发送“端”侧设备和“云”侧设备接口的连接建立请求消息。在连接建立请求消息中，携带了“端”侧设备接口协议（FunctionalitiesofInterface）的端口、承载等相关信息。 步骤4、“云”侧设备接收到“端”侧设备连接建立请求消息后，发送连接建立消息。该消息中携带了“云”侧设备接口协议（FunctionalitiesofInterface）的与“端”侧设备的端口、承载等相对应的信息。 步骤5、“端”侧设备成功建立连接后，回复连接建立完成消息。 步骤6、“端”侧设备上报“端”侧设备的能力。包括“端”侧设备能够支持的最大用户数；用户业务的QoS服务水平；空口覆盖的最大范围；支撑的所有空口覆盖的频点列表；支持的基站协议的版本；支持无线接入层协议的功能；包括层1、层2、层3中的哪一个或者几个协议层功能；所支持的协议层的功能参数，比如RLC层只支持UM模式，PHY只支持16Ports能力等等；能支撑的可配置的无线接入层功能（柔性网络中无线功能可以动态配置）等。 步骤7、接收到“端”侧设备上报的能力后，“云”侧设备根据“端”侧设备的位置，得到在该位置已经存在的小区，并把这些邻区的配置配置给“端”侧设备，邻区配置包括每个邻区的频点、最大发送功率、最大覆盖半径，平均覆盖半径等参数。 步骤8、接收到“云”侧设备配置的邻区列表，“端”侧设备发起邻区测量。得到列表中的每个小区在“端”侧设备位置上信号强度，“端”侧设备接收干扰水平等小区测量参数。 步骤9、把测量得到的邻区的功率、干扰，其它标识信号强度的参数上报给“云”侧设备。 步骤10、“云”侧设备接收到测量后，计算该“端”侧设备周围的信号强度，然后根据信号情况和小区当前的负载情况，决策该“端”设备是否作为基站设备允许终端接入。 如果允许，则配置该“端”设备的发射功率，信号覆盖的范围，甚至包括允许接纳的系统负载（用户数、数据吞吐量等）、接入层协议功能等； 如果不允许，则配置该“端”设备静默。 步骤11、“端”侧设备在接收到“云”侧设备配置后，执行“云”侧配置，并保持测量上报给“云”侧设备。 下一代协议栈5.0 步骤12、“云”侧设备周期性的或者事件触发式的给“端”侧设备进行时钟同步，也可以有“端”侧设备根据自身运行的情况发起时钟同步请求。 步骤13、“云”侧设备根据“端”侧设备的数字环境大数据信息，得到该“端”侧设备与已有“端”侧设备的互联互通组网方案，并配置给相关的“端”设备，触发“端”侧设备的互联关系的更新，从而实现无线网络覆盖的柔性更新。 通过以上步骤，通过“云”侧设备的统一控制，避免了“端”侧设备的相互干扰。 一种应用场景是： 在办公的笔记本上安装了支持“端”侧设备的SoC。当大家在一个会议室开会时，每个笔记本既可以是终端，也可以是基站接入点AP。 每个笔记本自动连接到“云”侧设备，通过“云”侧设备的控制，决定哪个笔记本可以为基站，哪个笔记本为终端。即增强了室内的覆盖，又避免了干扰。 业务过程： 当终端通过