2023年6G网络体系架构白皮书

中国联通6G网络体系架构白皮书 中国联通 6G网络体系架构白皮书 中国联合网络通信有限公司研究院 下一代互联网宽带业务应用国家工程研究中心2023年6月 前言 本白皮书在CUBE-Net3.0网络创新体系白皮书的基础上，提出中国联通对于未来6G网络架构的研究成果，包括发展驱动因素、设计理念、架构设计和关键技术等内容。希望能够为业界开展6G网络架构的进一步研究提供设计层面的参考。 6G网络架构尚处于研究阶段，需要持续完善和迭代优化，逐渐在业界形成共识。 本白皮书的版权归中国联通所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 本白皮书编写组成员：唐雄燕，王友祥，曹畅，王泽林，杨文聪，王立文，张雪贝，岳毅，张岩，王施霁，隋腾飞，任驰，赵欢，穆佳，朱斌。 目录 1.6G网络需求和愿景1 1.16G发展驱动力1 1.1.1新战略驱动1 1.1.2新业务需求2 1.1.3新技术演进2 1.26G发展愿景3 1.2.1网络边界拓展3 1.2.2服务对象拓展3 1.2.3业务模式拓展4 2.6G网络架构设计理念5 2.1面向“超越连接”的设计5 2.2面向“多元用户”的设计6 2.3面向“平台即服务”的设计6 3.6G网络体系架构7 4.6G架构功能介绍10 4.1资源层10 4.2功能层11 4.2.1控制面功能11 4.2.2用户面功能12 4.2.3数据功能13 4.2.4计算功能15 4.3管控层17 4.3.1服务编排17 4.3.2网络调度18 4.3.3用户治理20 4.3.4数字孪生22 4.3.5智能引擎23 4.4服务层26 4.5安全管理27 5.6G网络关键技术30 5.1空天地一体化网络30 5.2分布式网络31 5.3通感算一体33 5.4数字孪生36 5.5智能内生38 5.6端网云协同39 6.总结和展望42 参考文献46 缩略语43 1.6G网络需求和愿景 生，带来数字经济与实体经济的全面融合，推动社会普慧智能、绿色健康可 持续发展，满足经济社会高质量发展需求。 网络架构是移动通信网络的基础和核心中枢，决定了整个系统的效率和能力。6G网络架构设计要充分吸收5G网络的实践经验，继承5G移动网络的成熟技术和理念，在最大化吸收网络演进新技术能力适配新业务需求的同时，还需要平衡网络的成本与绿色节能，实现与现有网络的兼容、继承和协同。 1.16G发展驱动力 1.1.1新战略驱动 数字经济：信息技术变革推动了社会与产业变革。当前经济发展模式无 法突破各行业间壁垒，限制了社会经济的进一步发展。6G网络中所涌现出的新场景、新业务、新技术可以将相对孤立的物理世界聚合到统一的数字孪生世界，进一步加速大数据、物联网和人工智能等技术交叉融合发展，打破跨 域信息通信桎梏，推进智能制造、智慧医疗、智慧经营、智慧转型等方面的 随着5G大规模商用，用户通信能力和服务质量得到了提升，同时促进了垂直行业的数字化转型。面向2030年及未来，在社会宏观发展进步、经济高质量提升以及环境可持续发展等因素的共同驱动下，人类将进入智能化时代，数字化、智能化和绿色化将是社会发展的趋势。从移动互联，到万物互联，再到万物智联，未来全新的场景及应用需求将极大拓展移动通信网络服务的能力边界，6G将有效服务智能化生产与生活，通过人机物智能互联、协同共 加速落地，成为促进数字中国、数字政府、数字经济等全领域数字化转型的重要推动力。 网络强国：全面推动经济数字化转型是我国经济发展重要驱动力，国家 从战略层面支持新一代信息技术产业发展。党的十八大以来，在“制造强国”“网络强国”的战略部署指引下，我国新型工业化步伐显著加快，产业体系 更加健全、产业链更加完整，为全面建设社会主义现代化国家奠定了坚实基础。 双碳战略：信息技术的进步在支持网络流量激增的同时，其能耗也在急 剧增长，给信息通信产业带来了绿色节能的新要求。双碳战略的提出加速推动了通信产业的节能和绿色化改革，推动6G网络向绿色低碳的方向发展。6G网络的新场景、新业务和新技术使得网络中产生、存储、传输、计算的数据指数级增长，对算力提出了更高的要求，结合国家“东数西算”工程，助力实现碳达峰、碳中和的战略目标。 1.1.2新业务需求 6G将实现人、机、物的连接，实现物理世界和虚拟世界的连接，同时，有望将感知和人工智能等能力融合到网络中，成为承载新用户、赋能新应用的新型数字信息基础设施。 6G在5G三大场景基础上增强和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接等6G六大场景。6G用户和应用将呈现泛在智能、泛在计算、沉浸式多媒体和多感官通信、数字孪生和扩展世界、智能工业、数字医疗与健康、泛在连接、感知和通信的融合、可持续性等9大趋势。 多样化的新业务场景对网络的接入能力及数据的采集、存储和计算能力都提出了更高的要求。因此，6G网络必须在网络架构上做出革新，需要提供更便捷、更开放和更稳定的服务。 1.1.3新技术演进 网络的变革离不开新技术的支持。不断创新的通信、计算、存储、分析技术和不断进步的材料工艺相互融合，为打造“智能普惠，超越连接”的6G奠定了坚实的基石。 移动通信技术的创新突破将驱动6G总体性能不断提升，超高速率信道编码调制、非正交多址接入、超大规模天线、太赫兹通信等技术的应用，将推 动空口接入能力的量级提升。通信技术与人工智能、大数据、先进计算、区块链、数字孪生等技术深度融合，孕育出信息、通信、数据等ICDT融合新领域；计算芯片技术发展、高速互联技术，新型材料、电磁制造技术不断发展，可以产生更强的计算能力，更领先的功能和架构理念，更高效的软硬件解决方案，从而推动6G网络架构朝着更高效、更低成本的方向发展，促进网络向开放化、智能化、定制化发展。 未来，全新的虚实融合交互模式的诞生将会催生许多前所未有的应用，如全息型通信（HTC）、沉浸式XR类移动业务、多感官体验和大众智能、新型机器人等，推动移动业务和网络不断升级演进。 1.26G发展愿景 面向2030年的未来网络与智慧社会演进，本白皮书认为6G网络架构设计，需要满足网络边界拓展、服务对象拓展和业务模式拓展三个方面的需求。 1.2.1网络边界拓展 6G网络边界扩展分为两个维度。一方面是网络接入能力的扩展，6G网络将向边缘网络空间和空天地海不断延伸，使网络不断向更智能、更安全和更灵活使能，满足对天基、空基、地基等多种接入方式，固定、移动、卫星等多种连接类型的接入需求，实现空、天、地、海一体化无缝覆盖，向全域万物智联的方向迈进；另一方面是网络可提供的能力拓展，从单一的通信连接能力，拓展到通信、感知、计算、数据、智能、安全等多维的能力。 1.2.2服务对象拓展 网络边界的拓展，激发参与6G网络的用户呈现多元化活跃化的趋势，未来网络的服务对象也将随之拓展，未来网络的用户将包含且不限于toC终端用户、toB行业用户，未来任何使用6G网络提供的服务和向网络贡献其资源或能力的实体都是网络的服务对象，还可能包括子网用户、友商、OTT用户等。 6G将以用户个性化需求为中心，进一步地改变消费者的社会活动和生活体验，满足包括无人驾驶、智能家居、虚拟现实等未来业务对高比特率、低时延抖动和更高可靠性的需求。6G网络将数字孪生等信息技术与工业、农业深度融合，满足高吞吐量、低时延、超精确定位、安全内生、多网络融合互通等需求，实现人机互联、万物互通的商业模式，以数据驱动产业发展，并实现高度数字化、智能化赋能生产。 1.2.3业务模式拓展 随着6G网络边界及服务对象的拓展，相应的6G网络的业务模式将突破原有单向的运营商网络对外提供服务的模式，拓展为参与网络的多方都可以向网络贡献能力和资源，同时通过网络获取相应资源和服务的多对多模式。驱动运营商的业务模式从提供连接的网络服务，向提供普惠的平台服务转变，更好地实现平台经济效益，充分发挥社会分工协作价值，共同构建6G产业价值链和生态环境，赋能未来新型业务。 2.6G网络架构设计理念 2021年，中国联通发布CUBE-Net3.0网络创新体系，提出了构建面向数字经济新需求、增强网络内生能力、实现“联接+计算+智能”融合服务的新一代数字信息基础设施这一全新的网络架构设计理念。在继承该理念的基础上，本白皮书将CUBE-Net3.0新网络、新服务、新生态的使命内涵，与未来6G时代的需求和愿景进行了有机融合，衍生出6G网络架构设计的三大理念： 打造超越连接的“新网络”，以构筑智能泛在的综合型数字信息基础设 施为6G架构设计的出发点； 创新多元用户的“新服务”，以满足千行百业差异化需求和智算融合需要为6G架构设计的关键点； 构建平台赋能的“新生态”，以促进云网边端业协同和产业生态繁荣发展为6G架构设计的落脚点。 2.1面向“超越连接”的设计 面向“超越连接”的设计，网络提供的服务从单一的连接服务，扩展到智能、感知、数据、计算、安全新服务，设计理念体现在以下方面： 内生：现有网络架构，以大带宽、低时延的连接功能为主，其他功能的 引入和实现，主要通过外挂式的方式完成，无法满足6G多样的业务需求和动态复杂环境需求。因此，6G网络架构需要注入多种功能内生和融合基因，从网络功能、接口、协议栈等方面端到端支持智能、算力、安全等内生能力。 协同：现有面向连接的网络架构，提供了基于会话的管控和连接QoS保 障机制。当6G网络需要超越连接提供各类新业务时，需要提供超越会话的协同机制，在网络架构层面引入新的管控量纲，基于任务协同新业务所需要的连接、数据、计算多个维度资源，以此实现新业务的管控和QoS保障。 分布：6G多样化新业务所需的连接、计算、数据等能力来源于不同区域、 不同资源池、不同组织，6G网络需要调度和联接上述多种不同的网络能力，提供用户就近、随用户移动的、分布式的网络服务，满足用户对6G融合业务 的诉求。 2.2面向“多元用户”的设计 面向“多元用户”的设计，网络从为终端用户提供服务转变为向行业用户、OTT应用、子网络等泛在用户提供综合服务，设计理念体现在以下方面： 多元：6G网络的服务对象随着新业务的引入将得以扩充，用户不再仅是 传统使用连接服务的终端用户，还包含使用网络计算服务、数据服务、感知服务等新业务的多元用户，包括行业用户、OTT应用、子网络等等。 弹性：6G移动网络为了向多元用户提供差异化的网络服务及就近随行的 网络能力，需要提供弹性的网络功能架构，简捷的用户网络提供方式，降低网络部署运维成本。 定制：6G网络丰富了网络服务的内涵，可以为多元用户提供不同的服务 类型与QoS保障，需要允许用户高效灵活地定制专属网络，提供差异化的用户网络服务，满足不同个性化的网络需求。 2.3面向“平台即服务”的设计 面向“平台既服务”的设计，网络从提供单边的连接管道服务变成面向多元用户提供多边服务的使能平台，设计理念体现在以下方面： 开放：网络的参与者（终端用户、行业用户和合作伙伴等）基于统一的 服务使能平台开放自身支持的能力/服务，同时，可根据领域知识将不同的原子能力组合/抽象成新的API开放给用户，降低网络定制成本，赋能多样化生态。 可编程：基于多样化业务，对控制面功能、用户面功能、计算功能、数 据功能等功能进行灵活编排，实现网络能力、部署方式、执行路径等可编程，满足差异化的业务QoS需求。 多边：多元用户既作为网络功能/服务的消费者，亦作为功能/服务的生产 者供网络调用，用户与网络支持灵活友好的交互方式，实现用户与用户、用户与网络之间的多边能力资源的协同。 3.6G网络体系架构 图16G网络系统架构图 基于前述的6G网络架构的设计理念，本白皮书提出了面向“新网络，新服务，新生态”的层次化的数智服务使能平台架构。上下共分为四层，自下而上分别为资源层、功能层、管控层和服务层。此外本架构还包含一个贯穿各层的，内生的安全管理功能。核心功能如下：