2024全球6G技术大会：6G数据面白皮书

目录 1.引言2 2.相关标准组织进展3 2.1.3GPP3 2.2.IMT-2030推进组4 2.3.NextGAlliance5 2.4.Hexa-X5 2.5.6GANA6 3.6G数据服务场景与需求分析6 3.1.感知数据6 3.2.AI模型训练数据8 3.3.AI模型数据9 3.4.基于分布式架构的数据服务12 3.5.用户为中心的数据管控13 3.6.星地融合通信场景的数据14 3.7.用户体验自优化的数据收集15 3.8.自生成数据服务17 3.9.数据权益18 3.10.6G数据需求总结19 4.6G数据面内涵和框架20 4.1.6G数据面内涵20 4.2.新增数据面的必要性22 4.3.6G数据面框架23 5.6G数据面关键技术28 5.1.数据承载与传输协议28 5.2.空口数据面30 5.3.核心网数据面功能与架构32 5.4.核心网数据面传输协议33 5.5.AI模型数据压缩技术35 5.6.数据分布式技术37 5.7.基于语义图的服务接口技术38 5.8.数据服务与其他服务的协同43 6.数据面原型样机45 6.1.数据面原型样机145 6.2.数据面原型样机245 7.总结和展望47 8.参考文献48 9.缩略语50 10.白皮书贡献人员53 1.引言 5G支持eMBB（EnhancedMobileBroadband，增强移动宽带），URLLC（Ultra-ReliableLow-LatencyCommunications，超高可靠和超低时延通信）和mMTC（MassiveMachineTypeCommunication，大规模机器类通信）三大应用场景。5G系统通过NEF（NetworkExposureFunction，网络开放功能）/CAPIF（CommonAPIFramework，通用API框架）支持网络能力和事件开放。AF（applicationfunction,应用功能）可以通过NEF/CAPIF获得5G系统数据，促进了网络和应用之间的跨层创新。随着移动网络所产生数据的数据量不断增长，数据收集 和数据处理需求日益突出。相应地，网络服务也从通信服务演进为通信、感知和A（IArtificial intelligence，人工智能）的多维服务。传统的数据收集和数据处理方式无法适配新的变化，难以满足新增的数据需求。这主要是因为5G网络缺乏统一的数据管理框架，难以支撑多类型数据的融合和协同管理，从而可能导致数据治理的复杂性和成本增加。5G网络设计侧重数据传输，限制了数据价值的充分挖掘和利用。现有方法无法满足多类型数据数据收集和数据处理的需求，也难以挖掘通信、感知、智能等多类型数据的价值，更无法保障数据的权益。5G网络在确保数据的合法性、真实性和完整性等数据质量管理方面缺乏统一的数据管控框架，难以满足数据法规要求和用户隐私安全的期望。在新业务数据方面，5G网络难以高效收集、传输、处理和分析大量移动网络内部的数据，例如感知数据和AI模型等。 图1-1.移动网络内部数据的全生命周期 随着数据成为数字社会的生产要素之一，6G作为重要基础设施，6G系统的数据必然是数据这一生产要素的重要组成部分。ITU-R（InternationalTelecommunicationUnion-RadiocommunicationSector，国际电信联盟无线电通信部门）发布的《IMT面向2030及未来发展 的框架和总体目标建议书》[1]提出了沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延通信、泛在连接、人工智能与通信、感知与通信融合六大场景。这意味着6G是超越通信服务的移动通信系统，在传统数据传输管道基础上，感知与通信融合和AI等场景引入了感知数据和AI数据等移动网络内部数据。移动网络内部的数据提供者或消费者包括UE（UserEquipment,终端）、基站（RadioAccessNetworknode，RANnode）、CN（CoreNetwork，核心网）网络功能和AF等。相比于数据传输管道中的用户数据，6G系统需要负责移动网络内部数据的产生、安全隐私管理、收集协调、传输、处理、质量管理、消费/服务等完整的生命周期。 因此，通过新增数据面[2]，6G网络可以更加统一和高效地完成移动网络内部数据的生命周期管理。例如为感知功能或网络功能开放功能等提供所需的数据，从而赋能6G系统对外提供感知服务或网络能力开放。与控制面和用户面并列的6GDP（DataPlane,数据面）可以不受限于信令或用户数据的传输需求。从而DP的协议功能和参数配置可以面向前述需求提供更优化的解决方案，避免单个用例的碎片化方案。数据面将为6G系统提供统一的数据管理框架，为6G增加数据新能力。从而，6G系统能够整合和管理多类型数据，保障数据安全可信，打破数据孤岛，提高数据治理效率和保障数据权益。本白皮书进一步阐述了贡献单位对6G数据服务场景与需求、数据面内涵与框架、关键技术和原型样机的初步观点和最新成果，为行业6G发展贡献力量。 2.相关标准组织进展 本章介绍全球多个标准组织和研究机构对6G数据面相关内容的研究进展，包括3GPP （3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划）、IMT-2030（6G）推进组、NextGAlliance、Hexa-X、和6GANA（6GAllianceofNetworkAI）。上述标准组织在6G的数据收集需求、挑战、方案和技术趋势等方面开展了研究。 2.1.3GPP 5G标准面向不同的数据需求场景分别制定了数据收集和数据分析等相关的标准。例如，核心网AI功能NWDAF（NetworkDataAnalyticsFunction，网络数据分析功能）相关的数据收集[3]，核心网网络能力开放功能NEF（NetworkExposureFunction，网络开放功能） /CAPIF（CommonAPIFramework，通用API框架）相关的数据收集[4][5]，LMF（LocationManagementFunction，定位管理功能）相关的数据传输协议LPP（LTEPositioningProtocol，LTE定位协议）[6]和NRPPa（NRPositioningProtocolA，NR定位协议A），用于无线网络优化和管理的MDT（MinimizationofDriveTest，最小路测）[7]和QoE（QualityofExperience，体验质量）等。 面向核心网AI功能的NWDAF的数据收集需求，在R175G网络引入了DCCF（DataCollectionCoordinationFunction，数据收集协调功能），用于协调NF（NetworkFunction，网络功能）消费者所请求数据的收集和分发[2]。通过DCCF网元，可以防止由于数据消费者间无协调而导致数据提供者（如AMF（AccessandMobilityManagementFunction，接入和移动性管理功能）、SMF（SessionManagementFunction,会话管理功能）等）不得不处理同一数据的多个订阅，并发送包含相同信息的多个通知。这是因为除NWDAF之外的5G核心网网络功能（如AMF、SMF等）作为通信网络的主体网元，其主要功能不在于提供数据，而在于提供通信服务。而一般NWDAF为了大数据分析所需获取的数据量又很大，所以重复上报大量相同数据会导致5G核心网网络功能的主体性能降低。NWDAF可以通过Ndccf接口向DCCF订阅数据或者取消订阅数据。如果NWDAF要请求的数据还没有被DCCF收集，DCCF可以调用网络功能的接口收集数据，然后DCCF可以直接将数据传送给NWDAF，或者，DCCF借助于消息框架（MessagingFramework）从网络功能收集数据然后传送给NWDAF。 面向无线接入网的优化和管理，网络管理功能可以通过MDT或QoE请求触发无线接入网节点配置UE进行MDT或QoE收集。UE上报的MDT或QoE数据经无线接入网节点发送给TCE/MCE（TraceCollectionEntity/MeasurementCollectionEntity，追踪收集实体/测量收集实体）进行数据分析，最终网络管理功能可以基于SON（Self-OptimizingNetwork，自优化网络）优化无线配置等。 LPP用于UE和网络之间交互定位控制信息和定位数据。由于定位数据的数据量通常不大，因此LPP是承载在控制面协议栈之上的。也就是说，定位协议栈由LPP、NAS （Non-Access-Stratum，非接入层）、RRC（RadioResourceControl，无线资源控制）、PDCP （PacketDataConvergenceProtocol，分组数据融合协议）、RLC（RadioLinkControl，无线链路控制）、MAC（MediumAccessControl，媒体接入控制）和PHY（PhysicalLayer，物理层）组成。LMF基于LPP提供的定位测量数据进行位置估计，并提供给5G网络功能或应用功能等。 2.2.IMT-2030推进组 《6G网络架构展望》[8]中提出6G网络系统架构，指出6G网络需要一种不同于传统用户面的数据服务功能，系统性地解决6G网络对非传统用户面数据的管控和价值变现的挑战。其中，网络功能层的6G数据功能由数据编排和控制功能，数据处理和转发功能，数据存储功能等组成。根据数据处理和转发功能节点上报的能力和具体的数据业务需求，数据编排和控制功能节点选择数据源及处理和转发节点，编排形成数据承载，来提供数据服务。数据处理和转发功能节点按需提供数据服务，比如数据采集、数据预处理、数据存储、数据隐私保护和安全可信、数据分析、数据共享、数据转发等。数据全生命周期标准化可以提高数 据的可比性和可重用性，包括数据隐私和安全可信、数据协调生成和收集、数据存储、数据传输、数据处理、数据服务、数据质量管理和权益管理等流程。 《6G无线系统设计原则和典型特征》[9]提出在6G系统设计之初就应考虑实现更高效率的数据治理、统一的收集方法和数据全生命周期管理。数据原生原则是6G无线系统设计的原则之一。数据原生设计既要保障数据的安全和隐私，也要提升数据收集、传输和存储等的效率，提升数据共享复用度。数据原生将构建开放统一的数据全生命周期标准，支撑泛在异构数据流通的全部环节，以低成本、高效率、可信赖的数据服务让6G网络和关联行业以精确的和系统化的方式来处理和分析各种各样的数据，从而做出更好的决策和提供更高质量的服务。 《6G数据服务架构研究》[10]提出了6G数据服务和6G移动通信网络数据面功能架构，对编排控制功能、处理功能等进行概述。参考现有5G通信网络中的用户面和控制面均有成熟的协议栈支撑落地应用，实现面与面之间的功能解耦以及模块化、虚拟化、软件化的功能管理。6G数据面同样需要完整、灵活、可扩展的协议栈支撑，实现数据转发控制协议，数据服务开放协议，数据代理管理控制协议等。 2.3.NextGAlliance NextG联盟在[11]提出了6G除了通信服务之外，还具有专用计算和数据管理功能的计算面和数据面。[11]主要从6G网络从计算服务的角度驱动网络架构设计和新功能引入以支持分布式计算要求，使得分布式云与3GPP协议紧密互通。由此需要对控制面、管理面和数据面的变化进行研究，以适应分布式计算过程。从报告初步阐述的内容来看，数据面与现有协议用户面类似，有可能通过对数据承载进行加强来满足计算服务需求。 NextG联盟在[12]提出与5GAI/ML应用相比，6GAI应该具有如下特征：网络内部和各层应具有数据收集，6GAI/ML在5G近实时基础上还包含实时方式，6G设计之初应考虑AI/ML在系统中的全面应用，AI原生的收发机设计。因此，有必要将AI/ML嵌入无线接入网协议层设计中，并与数据收集框架相连接。这些交互需要特别关注安全性和隐私性，这一AI原生方法