陆璐：6G网络架构详细设计

“三体四层五面“的6G网络架构详细设计 陆璐中国移动 2023年12月 1 6G架构的设计思路 2 6G“三体四层五面”架构的详细设计 3 总结和展望 6G要求网络内生支持AI、感知、泛在连接等新能力，网络将从通信服务向信息服务转变 典型场景可分为三类，从信息传输到信息全过程服务： 第一类是性能沉浸化：5G三大场景的增强 第二类是要素融合化：AI与通信的融合、感知与通信的融合 第三类是覆盖全域化：泛在连接 技术指标包括两类，在5G基础上扩展与增强： 第一类是6G新能力拓展：覆盖性、感知、AI、可持续性、互操作性、定位能力 第二类是5G能力增强：安全、可靠性、时延、移动性、连接密度、区域话务容量、频谱效率、数据速率等 不仅有单点技术的指标 也有网络系统的指标 •峰值速率100Gbps以上 •网络频谱效率提升2~3倍 •定位精度提升至1-10cm •空口可靠性提升 •连接密度提升2-3倍 •…… •支持AI相关能力 •支持感知相关能力 •安全、隐私与弹性 •可持续性 •互操作性 •…… ITU技术指标不是单点技术的要求，而是对整个网络的系统性要求；架构设计需从网络整体出发，系统思考 对感知、AI、计算等要素与网络 •通信与AI融合 •通信与感知融合 •泛在连接 （通信）的整体融合提出了要求 •沉浸式通信（ImmersiveCommunication） •超高可靠低时延通信 （hRLLC） •海量连接（Massive Communication） 面向网络平台化、服务多样化的发展趋势，6G架构演进的关键方向在于增强自身管控能力、扩展服务要素、拓展服务领域 增强自身管控能力扩展服务要素拓展服务领域 未来业务需求 •流量带来基站规模倍增 •超低时延推动超边缘化 •数据本地化 从集中式网络向分布式自治网络演进，灵活部署、本地闭环，适配多样化场景需求 新增数据、计算等服务要素，赋能网络内生AI、通感一体等网络新能力 e IoT V2 t … … 数据服务 连接服务 计算服务 基础设施 OTN/OXC OTN/OXC OTN/OXC 通感AI 空天地一体化深度融合组网，实现全球全域低成本“立体泛在覆盖” 提出“三体四层五面”的6G总体架构，充分利用多样化通信和算力资源，新增数据面、计算面、安全面、服务使能层、数字孪生体，在架构层面实现对新型信息服务全场景、全流程的支持 通信服务 服务使能层 感知计算 服务服务 安全服务 数字孪生体 管理编排体 据管理 跨域数 实例 孪生 量保障 跨域质 建模 孪生 编排调度 资源智能 编排 孪生 务设计 自治服 控制 孪生 放管理 能力开 AI 服务 三体 服务化功能层控制面用户面数据面计算面安全面连接与路由层 （空天地多接入，可信连接，异构互联，算力路由， 确定性转发） 通信与算力层（无线通信，光通信，计算，存储） 增加独立孪生体，虚实映射重组管理编排体，智能自治 网四层 络功能分层，跨域拉通 本强化算力、路由 体 五面 增强传统控制面/用户面 增加独立数据、计算和安全面 1 6G架构的设计思路 2 6G“三体四层五面”架构的详细设计 3 总结和展望 数字孪生体 数字孪生编排功能数字孪生控制功能数字孪生实例监控管理数字孪生建模管理 数字孪生实例运行数字孪生模型生成 数据交互功能 孪生模型库 原生孪生接口：网络本体、编排管理体、数字孪生体基于原生孪生接口，实现虚实体间的数据交换和交互控制，是实现网络数字孪生的基础。 数字孪生建模：基于模拟、仿真、数学分析、AI建模等多种建模技术生成网络、用户、环境的孪生模型，是构建网络数字孪生的核心。 按需编排控制：解析网络本体和编排管理体的孪生需求，按需编排孪生资源、模型和对象，实现 孪生对象设计，是构建网络数字孪生的大脑。 网络本体实时数据接口 虚实交互控制接口 网络配置管理数据接口 虚实交互控制接口 孪生实例生成：基于编排结果，生成和运行网络 网络本体编排管理体 孪生实例，实现对物理网络某个或某些方面的实 网络本体原生支持孪生接口，包括网络实时数据接口、虚实交互控制接口，实现网络物理实体和虚拟实体的实时交互映射，赋能网络运行态下全维透视分析，自治闭环控制。 数据面 配置和资源数据 时或预测性镜像，用于网络的分析和验证，是网 络数字孪生的承载实体。 端到端网络管理编排 传输网管 无线网管核心网网管 核心网 数据3数字孪生管理编排功能交互数字孪生控制功能 2 数字孪生实例管理监控1 模型库 4 端到端网络数字孪生 会话管理功能 鉴权服务功能 网络能力开放功能 网络存储功能 策略控制功能 用户数据管理功能 用户面功用户面功 能1能2 1 接入管理功能 5 4’ 数字孪生实例管理监控2 单域数字孪生 数字孪生实例管理监控3 4’’ 专网数字孪生 ①基于网络本体对数字孪生体的需求输入；②对网络数据进行实时采集；③通过对数字孪生对象的智能编排；④按需生成相应的数字孪生实例，执行数字孪生运行要求；⑤得到数字孪生运行结果，用于网络本体运行优化闭环； 数据孪生指令9 管理编排体是对网络资源、网络能力进行智能的编排管理，实现网络全生命周期管理的功能实体 管理编排体的主要操作对象是网络本体，同时也对数字孪生体进行编排和优化 整合多方资源，端到端拉通以实现管理系统的更新换代 管理编排体 网络本体 能力开放管理：将跨域网络的连接能力、算力能力、智能能力、安全能力等编排为可对内对外提供的服务 监控功能开放 自治服务设计 能力开放管理 配置功能开放 运维管理 资源智能调度编排 能力开放域其它功能… 跨域质量保障 端到端业务编排 跨域数据管理 各域管理 传输网DC/EMS 系统… 业编排 其它专 SDN 编排 质量保障域其它功能… 故障性能 管理管理 专业管理域其它功能… 核心网OMC 无线网OMC 传输网SC 配置管理 局数据编排 NFV编排 资源管理 网络模型设计功能 数运维管理：面向网络资源，需具字备对频谱、存储、算力等相关资孪源的统筹和精细化管理能力。通生过自治服务设计、资源智能调度体编排以及跨域质量保障实现网络自治的闭环管理运维 跨域数据管理：具备对端到端各域网络的数据管理能力，包括数据上报、数据监控、配置参数下 发等 通信与算力层 安全 通信资源 无线通信 绿色 计算资源 存储资源 光通信 通用算力 多元融合存储 智能算力 分布式存储 分布式 下一代存储 超算中心 新型光纤 OXC 空天地一体 800G 通感一体 400G 毫米波 面向6G新场景、新需求，为了更好支撑上层网络功能，需增强通信资源能力，同时支持计算资源和存储资源的高效供给，实现通信、计算、存储资源间的协同优化 增强无线通信频谱效率和接入：充分利用低中高全频谱资源，提供空天地多接入，支持通感一体 增强光通信底座能力：构筑基于OXC的光电联动全光网络底座，支持400G/800G大容量高速互联和全光灵活调度，实现业务动态感知 新增智算、超算等新型算力资源：算力基础设施向通算、智算、超算一体化演进，提供多样、立体、泛在算力 新增新型存储资源：支持文件、对象、块等多元融合存储，引入分布式存储等新型存储 支持通信、计算、存储资源间协同：支持资源层面感知、协同和优化，实现一体化资源按需、灵活供给 增强资源绿色与安全能力：提供低碳、绿色、安全的网络、计算、存储资源，并支持资源间协同节能 eSBI 调度智能化 以新型统一IP底座为基础，走向调度智能化、协议一体化、算网一体化，实现基于多网络、多体制、多接入融合的连接与路由，满足对服务化功能的支持及自适应调度能力 •统一IP底座带来接口的高度一致和效率提升，为采用智能化编制寻址及路由实现已构子网最优连接和路由奠定基础 配置协商 IP 智能调度网络确定性 IP 安全鉴别/网络监视 IPIP 智能路由 协议一体化 •一体化协议能够避免用户频繁切换，通过统一编址寻址和多级动态路由，实现多源异构子网的一体路由调度 •未来一体化协议将向3GPP体制替代私有协议的方向发展，实现空、天、地、海统一接入+星间星地链路的统一协议设计 算网一体化 通信子网数据子网算力子网空天地子网 分布式子网 •未来一体化连接+算力将向算力云化平台+全域资源虚拟化的方向发展，实现连接+算力一体感知、调度、供给、服务 对外开放 服务使能层 内部调用 服务开放 通信服务 位置服务 AI服务 数据服务 服务封装 服务化功能层 控制面 用户面 数据面 计算面 安全面 连接与路由层 通信与算力层 监测计量 服务发现 服务注册 智能编排 数字孪生体 管理编排体 通过智能化的服务封装，为自有业务和第三方应用提供服务，进一步丰富对外开放的信息和通信能力支持灵活接入、定制化服务、服务供需动态匹配 行业客户 网络本体 内部调用 服务封装 基于AI进行的服务化功能拆解、重组、编排，灵活匹配服务供需，调度数据、计算、控制等资源，进行服务封装，提供定制化、多样化服务 服务开放 支持内部自有业务的服务相互调用，及对外行业客户开放 扩展5G以NRF、SCP为核心的服务化框架，为广域、分布式、全服务化网络提供基础 集中节点 控制面 AMFSMF AUSF PCF 计算面 NWDAF …… …… UE gNB 用户面 UPF 数据面 UDM …… 安全面 …… 分布式节点1 分布式节点2 Service Service Framework 控制面计算面 安全面 Framework 控制面计算面安全面 eNRF eNRF UE gNB 用户面 数据面 eSCP UE gNB 用户面 数据面 eSCP …… …… ServiceFramework eNRFeSCP …… NRF：从控制面拓展到五面、多子网的层次化管理 从控制面的NF/Service集中化管理到五面所有NF/service层次化管理：所有面的NF/service均通过增强型NRF实现统一管理，并考虑通过各节点的NRF协同、或者汇聚的多维管理方式 从NF/service的管理到子网的管理：拓展NRF能力，实现分布式子网的自动化注册、能力协商、状态感知和同步等，从而实现子网即插即用 SCP：同通信代理到分布式控制，以及拓扑管理 框架和服务解耦后的进一步增强：增强SCP的servicemesh能力，并增加服务的分布式路由、调用、拥塞控制、容灾备份 分层、分域、分布式的拓扑管理：层次化的拓扑组织、子网间的拓扑隔离、协同，支持跨层控制 现有网络仅作为数据传输管道，无法满足6GAI新型数据要素的采集、传输、处理、存储需求 表现 问题 为6GAI模型、网络上下文等数全流程处理构建独立数据面 思路 解决 从传统面向用户的单一数据转发，到面向全要素的数据生产、消费全流程 需求挑战 新需求 6GAI数据采集 6GAI数据传输 6GAI数据处理 6GAI数据存储 挑战 实时性；细粒度；非perUE 数据量大；高并发；QoS要求各异 去隐私化处理；数据加工；数据/模型封装 训练/推理等需要大量数据存储；AI模型等非结构化数据存储；快速索引 现有用户面 不支持 部分支持 不支持 不支持 现有控制面 部分支持 部分支持 部分支持 部分支持 思路 设计 ①需要设计全新功能集：现有网络仅支持部分功能，无法满足上述需求，需要引入更多数据相关功能，实现全流程的数据处理 ②新功能集性能、机制差异大：这些新的数据相关功能与传统控制面、用户面的可靠性、时延等KPI要求均不同，要求高可靠存储、高速读取、极高可靠传输等 ③结合移动特性的统一控制：基于移动性管理增强、实现移动网络数据全流程处理融合控制 新增数据面 增强控制面 以数据的高效可靠存储读写为核心，结合数据服务编排等控制，设计新增独立数据面，通过定义标准化的数据服务功能，实现数据服务解耦 基于控制面增强以支持数据