6G天地一体分布式自治网络白皮书

6G天地一体分布式自治网络 白皮书 发布单位：中移智库 编制单位：中国移动通信研究院 2024 中移智库 中国移动研究院 ChinaMobileCMRI 目录 1.发展趋势 1.1天地一体网络发展趋势 1.2分布式自治网络发展趋势 2.典型场景6 2.1泛在覆盖场景 2.2可靠连接场景 2.2.1高可用卫星广域物联网6 2.2.1分布式星载专网业务 2.3融合创新场景 2.3.1分布式边缘计算 2.3.2内容分发8 3.网络架构. 4.关键技术发展趋势 4.1无线预补偿接入 4.2服务化框架11 4.3原子化部署12 4.4数据存储和同步12 4.5业务连续性13 4.6星地融合网络切片.13 5.原型验证15 6.总结与展望 缩略语列表18 2 中国移动中国移动6G天基分布式自治网络白皮书 1.发展趋势 1.1天地一体网络发展趋势 当前，空天地一体化网络的研究在如火如茶的开展中，通过开展组网架构、空口传输、路由交换、协议栈等天地融合设计与研究，将解决信息服务、资源管理以及网络运维的智能化问题。天地一体网络的发展趋势将是天基和地基网络从互联到协同再到一体，拉通协议、网络、业务、用户，构建全覆盖的泛在网络连接。因此，我们认为空天地一体化网络的演进可以分为以下三个阶段：天地互联、天地协同、天地一体。空天地一体化是路由与控制层的关键使能技术，是分布式功能层的载体，采用天地互联、天地协同、天地一体三步走构建空天地一体化网络，最终实现6G网络架构的泛在连接设计原则。 我国在2019年成立了6G推进组，系统推进需求、技术、标准及国际合作等各项工作，并启动6G技术试验。依据地面移动网络与卫星网络极强互补性的特点，推动地面网络和卫星网络的一体化融合，正成为6G通信网络的重要发展趋势。为此，3GPP、ITU、以及CCSA等组织和 2023年12月的SA全会通过了3GPPSA2R19卫星网络阶段3研究项目，将进一步研究如 下关键技术：支持基于再生的卫星接入，研究在卫星上部署eNB或gNB以用于接入基于再生的 LEO/MEO；支持存储转发业务，针对时延不敏感物联网场景，即使卫星和地面站无法通信时， 卫星仍可接收和缓存用户终端发送的数据，当卫星移动到地面站可见范围内和地面站建立通信后， 卫星将缓存的数据发送到地面网络；支持UE-卫星-UE通信，在一个或多个服务卫星的覆盖下，通过卫星用卢平面实现UE之间的通信。此外，2023年12月的SA全会还通过了一项支持卫星 接入的5G服务的应用使能层及时研究，主要研究支持卫星接入对应用使能层的影响，包括：利 用卫星接入特性优化应用使能层行为；研究支持不连续卫星覆盖，支持基于内容缓存应用程序传 递内容；研究关键任务服务（MissionCritical）增强。 我国积极推动卫星通信和6G地面蜂窝通信融合，密集发布相关政策。2022年6月《国家减 灾委员会关于印发<“十四五”国家综合防灾减灾规划>的通知》指出：应急卫星是综合监测预 警网络体系构建的科技性战略资源。需推动形成区域凝视卫星、连续监测卫星、动态普查卫星序 3 网 中国移动6G天地一体分布式自治网络白皮书 列，构建全灾种、全要素、全过程应急卫星立体观测体系，加强应急卫星星座应用系统建设。 2022年11月《关于数字经济发展情况的报告》指出：要适度超前部署数字基础设施建设，筑牢 数字经济发展根基。加快建设空间信息基础设施，系统推进北斗产业化重大工程，推进构建民商 统筹、集约高效的卫星遥感系统，推动卫星互联网加快发展。2024年1月24日，北京市人民政 府网站发布北京市人民政府办公厅关于印发《北京市加快商业航天创新发展行动方案（2024-2028年）》的通知。《通知》中明确，加快卫星星座建设，完善空间基础设施。以大规模星座建设为牵引，夯实整星研制、地面终端、星座运营管理等基础能力，加快巨型星座组网运营，构建天地一体化的空间基础设施。 国际上天地一体网络发展已经呈现出卫星低轨化、星座巨型化的趋势。最具代表性的是美国 太空探索技术公司（SpaceX）的星链（Starlink）星座计划。截止2024年1月24日，SpaceX已 累计发射135批、5761颗星链卫星。星链卫星宽带服务已经覆盖全球65个国家和地区，用户数量近300万个；在更长远的计划中，星链将发射4.2万颗卫星。英国、俄罗斯、加拿大、韩国、印度等国也纷纷进场，积极抢占低轨卫星通信发展的主动权。 我国也正在规划建设大型互联网卫星星座，2022年银河航天02批卫星发射升空，组成中国 首个低轨宽带通信试验星座,验证了我国具备建设天地一体网络巨型星座所必需的卫星低成本、 批量研制以及组网运营能力。 1.2分布式自治网络发展趋势 随著互联网应用的不断发展，用户量爆发式增长，传统的集中式系统的性能瓶颈、系统可维护性、服务高可用性等问题逐渐凸显，分布式系统架构应运而生。分布式用于解决大流量和高并发问题，然而6G时代将提供更丰富人-人、人-机、机-机交互业务。由于当前网络缺乏自动化， 网络管理和运营效率将面临空前的挑战。目前业界普遍关注AI、语义通信、大数据等技术，提出基于意图的网络，通过解析用户意图，自主制定最有方案并自动执行任务，实现自规划、自部署、自优化和自演进。 分布式、AI、大数据等技术在IT领域的迅速发展，也加速通信领域的发展。基于服务化、 云原生的理念，5G网络架构提出了基于总线的服务化架构，突破传统固化的网络功能组织模式。然而，随着新业务的不断涌现，垂直行业数字化需求，如何深度融合服务化、AI、分布式技术 将成为下一代网络架构重点关注的发展方向。 布了《6G典型场景和关键能力》白皮书，明确提出超级无线宽带、超大规模连接、极其可靠通 4 中国移动6G天地一体分布式自治网络白皮书 信、普惠智能服务等场景都存在分布式组网或者分布式计算的需求。在2022年底完成的《6G分 布式网络技术的应用场景及需求》报告中，提出了敏捷按需定制的行业子网等12大场景。ITU TSG13已构建了面向IMT-2020及未来的网络标准体系，包括轻量核心网、自组织核心网、专网 能力分级等标准，开展了Y.FMSC-DCN立项，提出了固定移动卫星网络中分布式核心网的概念； 2023年，ITU-RWP5D发布了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》，在5G 三大典型场景上增强和扩展，提出了包括极高可靠低时延等在内的六大场景，这些场景大多需要 分布式自治网络的支持。 目前国内外已逐步开展关于6G分布式自治网络的研究。国内中兴通讯提出移动通信网络从自动化逐步向全自治网络的演进，意图网络将成为自治网络的一个重要里程碑，中兴通讯将在标准化和商用落地方面持续探索。华为公司提出将AI引入电信网络，以自治网络为理念，打造“永不故障”的网络自动驾驶模式。美国RTI公司推出大规模分布式自治系统设计的软件架构, 为构建高可靠和高实时的本地、广域、公用和专用网络奠定基础。此外，6G将出现各种非手机形式的消费者终端、TB行业终端、可穿戴设备等物联网终端，集中式模式将面临单点支持海量连接服务的挑战，一旦出现故障影响的终端用户数量巨大，对网络可靠性的压力随之加大，整体TCO成本非最优。 同时，常规eMBB将终端应用统一接入到互联网和公有云获取服务的模式越来越不能满足新兴的沉浸式、多模态交互应用以及工业控制，物联网等应用形式的多方面业务诉求，应用部署分布式下沉，端边协同、端网协同，就近计算越来越成为趋势，应用部署的分布式推动着移动网络架构向分布式演进。 5 中国移动6G天地一体分布式自治网络白皮书 2.典型场景 2.1泛在覆盖场景 未来分布式自治网络将成为6G核心网的重要趋势。基于分布式自治的网络框架，新的网络可以方便快捷地组建，自动接入到正在运行的6G整体网络中。对于地球上70%以上的海洋等无网络覆盖地区及陆地80%以上基础设施薄弱地区，可采用卫星互联网移动宽带技术，为远洋船舶数据监测与跟踪、集装箱监测与跟踪、远程视频医疗以及海上应急救援等应用场景。要求通信网络提供稳定不间断、高速率和低时延的网络连接能力，实现海上船舶与陆地、海上船舶之间的互联互通。相比传统的海事卫星，大型低轨通信网络由于卫星数量众多和运行轨道较低，能够提供更高带宽和更低时延。通过星上部署分布式用户面、数据面、控制面等功能，船舶之间通信可以直接在星上转发，避免数据包经过远端地面网络绕行，降低卫星对地面的依赖，减少端到端传输时延，满足实时业务的QoS要求。 由于全球互联网接入水平存在巨大鸿沟，超过30亿人没有固定或者移动网络覆盖，无法使用互联网。这些未覆盖区域大多地处偏远，受限于技术和成本等因素很难通过地面网络进行普及覆盖。卫星系统由于其全球无缝覆盖的独特优势，成为弥合数字鸿沟的重要手段，可以为农村和偏远地区提供整体经济性最佳的接入解决方案，使得各地的人们能够享受到稳定、高带宽、低时延和低资费的互联网服务。 2.2可靠连接场景 2.2.1高可用卫星广域物联网 大规模的、高度智能化的广域物联网是满足当前社会生产力发展的需求的重要发展方向。在物联网mMTC场景下，终端物理传感设备种类较为丰富，数量也较为庞大。尤其是物联网设备可能零星分布在更偏远地理位置，基站信号更难全面覆盖。 利用卫星平台能够地面蜂窝网络优势互补、深度融合，利用天地一体化技术为物联网设备提供通信服务，可以较低的成本，实现物联网设备广域覆盖以及物联通信数据包快速回传，弥补地面蜂窝网络在覆盖范围等方面的不足 6 中国移动6G天地一体分布式自治网络白皮书 然而海量的物联网设备会产生大量的传感数据，对网络传输资源提出极大的挑战，分布式自 治的卫星广域物联网可以更好的支撑物联网智慧生态场景，实现数据共享、分析和处理，并通过人工智能做出决策，实现分布式的数据处理、分发，节省传输资源、降低传输时延，极大提高社会生产力发展。 2.2.1分布式星载专网业务 随着大量中资企业和机构跨国、跨地区分部的增多，跨地区业务管理困难，同时部分国家基础设施普遍落后，导致通信成本过高，影响到经济建设速度和社会发展水平。分布式星载专网可以实现区域分布式自治的同时，实现内部网络的统一管理和数据传输。他们的业务需求主要包括： ●高SLA保障需求，例如金融行业要求卫星提供类似地面专网业务; ●高安全、高可靠和高保密需求，例如政府机构： ●成本效益，在实现网络连接的同时，降低成本。 天地一体网络原生的分布式特征，结合3GPP原生多接入、多连接、网络切片等特性为用户提供多路径传输能力，用户数据可以在多个低中高轨卫星和地面网络中并行传输，发挥带宽聚合、负载均衡和可靠传输的独特优势，实现不依靠地面网络的泛在广域可靠连接，以及资源的高效利用，适应不同规模和业务的网络需求变化，满足跨境企业机构高SLA、高安全、高可靠和高保 密业务需求。此外，将关键业务上星备份，形成分层、稳定和可靠的通信网络体系，可以满足应急通信等重点保障业务的发展需求，实现空天地资源优势互补，提升国家应急通信保障能力。 2.3融合创新场景 2.3.1分布式边缘计算 随着天地一体化网络的兴起，将算力与天地一体网络结合，构建天地一体分布式网络，可以有效应对未来空间互联网爆炸式的数据增长和卫星业务的多样性需求。通过在天地一体化中提供网络、通信、计算等云原生基础算力，以及云边、边边协同能力，完成天地感知计算、遥感推理、服务计算等应用场景的部署、管控与协同。同时，针对卫星网络通、感、算一体化发展趋势，分布式网络中分布式智能将是重要一环。对内，将通过分布式智能进行智能协作，实现跨层、跨域、跨行业的智慧融合和数智共享。对外，可利用天地一体化网络提供的分布式AI技术提供在轨图 像处理能力，提高图像的识别准确率。未来，基于空天地一体化网络，在太空中形成协同计算网络，未来有望更好地服务于应急救灾、生态监测和城市建设等应用领域。此外从终端、无线接入 7 中国移动6G天地一体分布式自治网络白皮书 网、边缘计算甚至业务网络，都可以按需向服务化方式演进，