2023面向6G数据服务的设计思考报告

面向6G数据服务的设计思考 李琴2023年12月 目录 1 6G数据服务的驱动力 2 设计思路 3 总结 2 现网问题启示：C/D分离不彻底 5G考虑到数据共享、网络容灾等原因，提出了计算和数据分离的网络架构设计方案，但因且前期驱动力不足、标准定义不完善，目前只实现了部分C/D分离 初衷 •用户静态数据统一存储与访问：为实现数据共享、大数据分析和能力开 HSSBE HSSFE PCRF SPR AMF SMF …… AnyNF 共享数据 统一数据库 Subscriberdata Authenticationdata Mobilitycontext Policydata …… Sessioncontext Chargingdata …… Computingunit 计算单元 Dataunit 数据单元 放，进一步将所有的静态签约数据整合。相对4G已经实现数据分功能独立存储，5G采用统一的数据库、统一的数据接口。 •用户状态数据采用分离架构：为了实现网络迁移、备份容灾，进 一步将控制面各NF内的上下文信息（Data）（如用户状态等）从负责逻辑处理（Compute）的NF中剥离出来单独部署。 开放数据 SCEF 现状 •UDM（或PCF）虽C/D分离，但标准定义不完善 •接口和数据结构不统一 •异厂家数据读写、管理机制有差异，数据不安全 •新增功能需异厂家兼容，运维复杂度增加、定位问题难度增加 •AMF/SMF未实现C/D分离，但标准未定义或不成熟 •数据的读写、异常处理都没有定义完善 •数据外置后，不同厂家不同网元类型数据结构不统一，无法有效开放和利用； 现网问题启示：数据利用不充分 用户鉴权和签约数据用户策略数据 PCF/PCRF UDM/HSS 现状 用户签约类 NFProfile信令转发和代理数据 DRA/BSF SCP/NRF/DNS 网络信令类 用户会话控制数据 SMF/SGW AMF/MME 用户会话上下文类 用户会话报文数 据UPF/PGW 用户面报文类 结构化数据 BOSS AMF SMF NRF UDM PCF NWDA、NEF •网络智能分析功能、网络能力开放功能都从网元访问数据、效率低下 DB DB DB UDR UDR （3GPP已定 义的数据模型） 结构化和非结构化数据 （3GPP未定义的数据模型） •通信网络数据很多，但分散在网元里，形成数据孤岛，不易开发利用 思考 需从源头解决数据问题 数据的解耦 数据结构的定义和标准化 数据的统一采集、处理和管理机制 解决数据的可获得性问题解决数据的高效获取问题 解决数据的高质量获取问题 6G新需求的启示：内生AI带来了网络架构升维需求 业务需求跃迁现有架构的不足 服务于连接管道+ 服务于人与物+服务于业务报文转发+规则式信息“生产”+ 服务于智能信息处理全流程服务于机器和智能 服务于感知+AI数据综合处理智能化信息“生产” 能力问题： 面向新型AI和感知数据的传输、处理没有相应功能设计 面向感、智、算的业务与传统业务特征不同，控制手段不同 性能问题： 现有网络的数据采集能力，在数量、质量、性能上存在不足 现有AI计算能力难以满足极致的个性化性能需求 AI的算法、数据、算力要素不能高效集成，与网络要素不能有机融合 网络需新增两类功能：面向数据的全生命周期管理，面向计算的高性能处理机制 5 6G新需求的启示：网络数字孪生的需求 数字孪生通过构建网络的数字空间，实现虚实映射，是助力网络高阶数智化演进的重要技术方向。而数据是构建网络数字孪生的基础底座。 新网络：6G是通感算智深度融合、天地一体全域覆盖的新一代移动信息网络 L5完全自智网络 通过自配置、自修复、自优化、自演进技术手段， 力 自配置 自修复 自优化 自演进 超能交通 通感互联 全息交互 元宇宙 智能交互 精准医疗 智慧工业 数字孪生体 达到零等待、零接触、零故障的终极目标 零等待 零接触 零故障 通信能力 感知能力计算能AI能力 安全能力数据能力 端算力 思考 边算IP网络 力光底座 边算IP网络 力光底座 中心算力 网络自治 智能运维 鲁棒自愈 构建网络数字孪生需要满足数据、模型、映射和交互四个关键要素 要实现虚实映射、实时交互的网络数字孪生体需要网络原生支持孪生接口，其中首要支持的即是实时数据接口 目录 1 6G数据服务的驱动力 2 设计思路 3 总结 7 面向6G数据服务的设计理念 提出五大设计理念，体现数据服务的统一、泛在、安全、敏捷、兼容的技术特征 独立统一 统一管控 从面向用户数据的转发通道转变为面向全要素数据的处理全流程，支持统一的数据采集、存储、处理分析和能力开放，实现数据服务的解耦，支持统一的数据服务控制 分布存储 灵活泛在 6G网络数据具有分布式的特点，依托算力分布式部署，通过分布式技术使能数据服务能力，面向多源异构数据实现跨层跨域泛在灵活存储 安全可信 安全高效 6G数据中具有大量敏感数据有隐私保护和安全需求，应用区块链及分布式存储、数据脱敏等技术，实现数据的可信高效存储 按需编排 敏捷响应 面向6G的数据服务将实现按需智能编排，以场景及用户需求为目的，从全局视图出发，编排数据服务全链条，实现面向数据要素的全流程处理 兼容设计 快速迭代 面向异构数据源和不同采集要求，需满足数据采集的兼容性；出于技术平滑演进及投资成本效益的考量，数据服务架构设计要考虑前后向兼容和灵活扩展 面向6G数据服务的方案设计——新增数据面的必要性分析 现有网络仅作为数据传输管道，无法满足6GAI、通感新型数据要素的采集、传输、处理、存储需求 表现 问题 为6GAI、通感、网络上下文等数据提供全流程处理，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 数据采集 数据传输 数据处理 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 设计思路 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 9 面向6G数据服务的方案设计——数据面详细设计 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服务、移动性管理等协同的全局控制，以及数据面的服务控制和执行，实现对网络数据、用户数据、AI等新型数据的全流程处理 ePCF 控制面 eSMF eAMF …… DSC DMF DSR SDM 用户面 UDM 安全面 数据面 DF 计算面 UDSF UDR DR DP DC 增加数据面执行功能DF：新增数据采集、数据处理、数据存储功能，实现对数据的全流程处理 •DC：DataCollection数据采集服务（可集成到其他NF） •DP：DataProcessing数据处理服务 •DR：DataRepository数据存储服务（基于UDR,UDSF演进） 增加数据面服务控制和管理功能DMF：面向数据服务 任务，编排数据处理服务链；构建统一的数据存储前端，实现对多元数据的高效存储和读写 •SDM：StoredDataManagement存储数据管理服务（基于UDM演进） DCF DPF •DSC：DataServiceControl数据服务控制服务 •DSR：DataServiceRegister数据服务注册服务 增强已有控制面能力eAMF,eSMF,ePCF：实现对数据服务的接入、QoS管理等顶层控制 6G数据面的设计在数据存储、处理、采集方面存在技术问题， 需要考虑新型数据对高效可靠存储、随路处理以及异构数据采集带来的挑战，构建技术体系 面向6G数据服务的方案设计——技术问题和技术体系 数据存储 技术问题 6G数据面设计 数据处理 数据采集 6G数据面技术体系 数据存储数据处理 技术体系 统一分级 接口存储 随路传输 集中+分布式 标准化接口 数据存储 如何设计兼容用户数据、感知数据、AI模型的存储体系，同时具 数据采集 服务化采集 UE/RAN 采集 备简洁的对外接口？ 如何避免不同设备之间用户数据格式不兼容导致的数据迁移问题？ 数据处理 是否需要设计用于数据随路处理的专用传输通道，如何设计？ 如何实现对6G网络新型数据（例如感知数据、AI模型）的处理？ 数据采集 如何从多种数据源对异构的数据进行采集？ 数据存储：6G数据面存储功能，对外为多种数据设计统一的前端接口；对内实行数据分级分类存储，解决设备迁移问题；采用集中式+分布式部署，兼顾存储能力和效率 数据处理：在6G数据面定义用于数据随路处理的专用传输通道，设计专用拓扑和传输协议；定义标准化I/O处理接口，支持处理各种6G新型数据 数据采集：通过服务化接口采集网络状态数据，以及构建从UE/RAN获取数据的协议栈，实现对多样化数据的采集 11 面向6G数据服务将进一步推进C/D分离，深化网络服务化机制。引入新的数据要素能力，提供面向数据全生命周期的网络原生数据服务，满足网络内生AI、XR、通感一体、网络数字孪生等新技术需求 面向6G数据服务的方案设计——实践畅想 •网络原生支持面向网络各类数据的采集接口和能力：通过标准化接口开放面向用户签约、信令处理、会话控制、用户报文转发的全类型全量网络数据，支持网络智能化、数字孪生等应用需求，提供准确、全面、高效的数据服务，实现基于网络大数据的自主分析和自我优化。 •提供感知数据的采集处理一体化服务：相比传统通信的用户面数据传输，针对多来源多模态感知数据的采集和传输，数据的终结点不同、传输拓扑不同、对数据的分级操作不同。6G网络将以数据服务的方式为感知需求方提供数据采集、存储、处理等多维服务，支持面向场景的差异化处理。 •实现网络C/D彻底分离：网络服务的计算逻辑和上下文数据彻底分离，不同服务可独立访问数据，实现网络服务功能无状态化，助力服务化业务解耦。容灾倒换、业务迁移、弹性扩缩容时可快速接管业务，提升网络可靠性、减少信令冲击 “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 数据面在“三体四层五面”6G总体架构中的对应关系 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 13 目录 1 6G数据服务的驱动力 2 设计思路 3 总结 14 开放问题 如何设计完整、灵活、可扩展的6G数据面协议栈，实现数据面的高效管理和运维？ 协议栈设计 数据面的数据传输能力是在现有用户面上新增QoS通道，还是构建全