6G网络架构设计白皮书

目录 1．愿景2 2．需求3 3．架构6 3.1架构设计原则6 3.2系统架构8 4.关键技术13 4.1分布式组网技术13 4.2网络可编程技术15 4.3服务化17 4.4灵活频域编排21 4.5非栈式用户面23 4.6数据服务25 4.7算网融合29 4.8内生可信33 4.9广义QoS35 4.10智能内生39 5.总结与展望45 6.参考文献46 7.缩略语47 8.白皮书贡献单位48 1.愿景 随着信息和通信技术的发展，6G预计将支持丰富和身临其境的体验，增强无处不在的覆盖范围，并实现新形式的协作。此外，与6G预计将支持更多新的应用场景，同时提供增强的新功能。 ITU-R建议了面向IMT-2030的增强能力，以及支持IMT-2030的扩展使用场景的新能力。可以分为两类能力指标，第一类是5G已有能力指标的增强，第二类是面向6G新增的能力指标。 AI能力:人工智能原生6G网络，也就是在设计架构时就要考虑AI。AI能力赋能整个网络，包括接入网、核心网和终端。进一步地6G网络智能内生赋能于每个网络功能以及整个网络，实现网络服务、业务、功能的自主、智能运行，真正成为端到端的高水平自治网络，以及成为赋能千行百业普惠智能的纽带和基石。 通感融合能力：6G网络将新增感知能力以支持通感一体场景，通感融合即可充分利用移动通信网络泛在优势，提升通信能力的同时，赋能网络高精度感知能力，高效助力万物智联。同时引入AI技术和数据服务技术进一步增强6G网络的态势感知能力。 数据服务能力：智能化应用场景的增多和通感融合的深度，网络中存在海量、异质的数据，迫切需要在架构中引入数据服务功能。且数据服务的位置也发生了变化，从集中式的数据服务向分布式数据服务演进，即需要在更接近数据源的位置进行实时数据处理以提供快速响应方式。同时AI原生6G网络，网络也需要大量的数据进行模型训练。所以，6G网络能够为网络内部和网络外部提供安全、高效的 数据服务，以提升数据的流动效率和用户体验。 泛在计算能力：目前，中心化的云计算已无法满足部分低时延、大带宽和实时性业务场景如沉浸式云XR、自动驾驶等业务场景的需求，这就需要通过分布式的算力部署来满足多样性的计算需求，最终提供泛在计算能力以适配泛在智能应用需求和多样化数据服务需求。 泛在连接能力：为了满足多样化场景的业务需求，6G网络需要提供广域的连接能力，可以满足天、地、空、海等多种异构接入场景和网络性能需求。6G网络通过支持泛在连接能力以保持不同地点之间的用户体验一致性，并解决连接、覆盖、容量、数据速率和终端移动性方面的挑战。 2.需求 在5G中，通过虚拟化和容器化技术实现了软件和硬件的分离，再加上服务化架构的引入，使得网络具备了一定的灵活性和扩展性，但是受限于5G架构的限制，仍然有一些问题需要解决。 •集中式组网模式：现有5G网络是集中式组网模式，难以灵活满足未来应用在部署位置和个性化通信保障能力的需求；一旦出现单点故障，将会影响整个网络。 •用户需求粗放管理：比如当前5G网络采用切片将网络做简单分类，且不同切片之间的架构、逻辑功能划分仍是相对统一的，无法更好的适配6G多场景需求。 •网络功能下沉力度不够：5G网络通过下沉用户面功能和建立专网等模式为部分ToC和ToB业务提供本地数据服务。但是仍是集中式管理和调度无法满足更多行业应用需求，且专网之间缺乏互联互通，资源难以灵活变更。 •算力网络与移动通信网络各自发展：目前算力网络与移动通信网络是分离的、各司其职，算力资源的提供需要算力网络与移动通信网络之间的协作。中心化的云计算已无法满足部分低时延、大带宽和实时性业务场景如沉浸式云XR、自动驾驶等业务场景的需求。 •烟囱式数据服务：数据服务是烟囱式的使得数据质量和使用效率不高，成为是数据采集和共享的主要瓶颈，且不同代际的通信网络存储的数据、接口和数据管理协议是不同的。 •网络智能外挂式、耦合强：5G的网络智能化功能总体属于外挂式设计，例如在网络内部或外部以独立功能实体的方式存在，向外提供完整的AI功能，AI要素间的耦合性较大。网络AI应用场景碎片化，烟囱式研发。 为了满足6G多场景差异化需求，需要6G网络进行革新。 •网络灵活性强：全息通信、沉浸式XR、感官互联、车联网、自动驾驶等新应用场景对时延、可靠性、吞吐量等性能指标有差异化要求，同时对网络的服务能力也有着差异化要求，因此，6G网络需要具备灵活可扩展能力快速响应不同需求。 •服务化理念更加深入：整个网络需要更深度的服务化，即从增强目前核心网控制面的服务化扩展至用户面服务化，再延伸至RAN的服务化，最终拓展至UE服务化，实现整个网络的端到端服务化和全服务化。 •分布式：云游戏、沉浸式XR等场景存在大带宽低时延接入服务的临时需求；全息通信、车联网等场景不仅需要网络提供大带宽超低时延，还需要数据服务、AI服务、计算服务等能力；越来越多的应用，比如联邦学习等，需要考虑数据来源、算力资源、时延等需求，不但需要考虑算法模型的部署位置，也要考虑动态配置相应的网络功能和网络资源。以上这些需求迫使网络从传统的集中式模式向灵活端到端分布式模式演进，以提供泛在连接能力、就近网络服务、数据服务、AI服务、计算服务等能力，提供实时/准实时的业务质量感知、保障和管理能力，满足不同用户需求。 •多要素按需智能编排：全息通信、沉浸式XR、感官互联、车联网、自动驾驶等新应用场景对网络提出了更多的服务要求，要求6G网络除了提供连接服务外，还需要提供感知服务、智能服务、数据服务、算力服务等需求，因此6G网络需要根据用户需求，跨层多要素按需智能编排，为用户提供服务。 •端边网云协同：对于算力服务，6G网络构建“云、网、边、端、业”一体化的分布式多级计算协同是必然趋势，云侧负责大体量复杂的计算和算法训练，边缘侧负责敏捷接入和简单本 地计算，终端侧负责感知交互的泛在计算模式。随着业务、数据和AI向分布式发展，也需要云、边、端算力实现高效协同的分布式算力网络。 •数据协同和数据共享：对于数据服务，基于数据天然分布特性，需要有统一的数据服务框架对数据服务的生命周期管理和调度，提升数据服务效率。以用户需求为目的，从全局视图出发，对数据源选择，网元功能设定，网络拓扑设计等各类数据服务单元进行有序的安排和组织，并联合边缘数据服务做出实时分析，最终生成能够满足要求的服务。 •内生智能：算力和数据资源无处不在，在靠近数据源的位置整合网络和终端的算力实现智能能力并提供智能服务，可以提高处理效率、降低数据传输成本、降低时延、保护数据隐私、实现绿色低碳。 3.架构 3.1架构设计原则 架构设计需要从整体出发，结合ITU-R提出的关键能力指标，设计满足面向6G新场景，新技术的统一架构，同时考虑5G网络向6G的持续演进，需要重点依据以下设计原则： 至简 6G网络是融合的空天地一体化网络，随着网络接入规模不断增大和网络需求的多样化，通过架构至简、协议至简，实现高效数据传 输、按需网络功能部署，提供更加轻盈灵活的闭环网络，有效降低网络能耗和规模冗余。 融合 6G网络将突破传统单维的通信传输服务，融合感知、数据等能力，实现多维度的对内对外信息服务，充分利用网络资源平台优势，为全信息化的发展提供全生命周期的服务。 柔性 6G深入网络架构全服务化/可编程化，使得软硬资源充分解耦，灵活调配，有助于增加网络柔性，降低网络升级换代成本，为各种新兴应用场景、垂直行业提供“即插即用”式的底座网络接口。 内生 6G网络体系架构需要融合智能内生、算力内生、安全内生的能力，实现网络无所不达，算力无处不在，智能无所不及，并渗透到各领域、各网络、各单元的全生命周期，使6G网络架构天然支持超越连接、AI驱动的新范式。 开放 6G网络应作为使能业务的开放性平台，连接网络内部能力和外部需求，构建良好的互通能力和开放能力，支持所有可以和网络有交互能力的个人和企业，充分利用网络资源优势为行业信息化的发展提供更具价值的助力。 3.2系统架构 根据设计原则，提出6G网络架构，包括网络资源和基础设施层、网络功能层、服务与能力开放层、管理编排、内生赋能。 图3-16G网络架构网络资源和基础设施层 为网络功能层的功能生成提供相应基础设施和多维资源，涵盖泛在的无线、计算、存储、网络等多维资源，包括统一虚拟化的虚拟资源、可抽象的物理资源和专用的高性能硬件资源，是整个网络的运行基础，并由上层相应的网络功能进行管理。6G是通感一体化网络，为上层网络功能服务提供感知数据信息采集能力，为AI应用提供大数据支撑。 网络功能层 基于下层的基础设施层提供的泛在基础设施，将动态分布式的资源互联，通过对多维资源的统一协同调度，为上层的服务与能力开放层所需的服务或能力提供通感算智数安等网络功能，支持不同网络系统中用户所需的拆分、组合或扩展的原子化功能。 网络功能层体现为由不同面的多个网元以全服务化方式，通过对基础设施层提供的多维资源的灵活组合和调度，满足不同行业应用碎片化、多样化、复杂化的网络需求。同时，向服务和能力开放层提供按需智简可信的功能和服务，使传统的“应用适配网络”转变为“应用定义网络”。通过内生赋能不断引进和吸纳先进技术成为网络内生的进化基因，不断地往更高级阶段演进，使网络功能能够以智简平台的方式支撑新的行业和应用的爆发式增长，推动经济社会数字化、网络化、智能化转型升级。 数据面 负责全网所有数据的采集、处理、分析和服务等数据管理功能。在“万物智联，数字孪生”的需求驱动下，提高数据服务性能、降低数据传输对带宽的开销，对全网数据进行统一协同管理，支持6G面向全网提供安全共享的可信数据服务，以及对数据智能处理和分析创造出更多价值。同时为网络内部和网络外部提供安全、高效的数据服务，以提升数据的流动效率和用户体验。 控制面 是一个增强的功能面。6G网络架构将从仅支持传统的连接服务，还新增智能、算力、安全等能力相关的控制服务，实现从移动通信向移动信息服务的重大转变。控制面也将从单一的连接服务控制向多个业务维度的通感算智数控制扩展，支持星地融合的统一至简接入，助力智能/安全/算力等内生能力与新型架构的深度融合，基于内生赋能赋予的内生能力实现网络的柔性智能安全的控制。 用户面 是一个增强的功能面。用户面作为网体系架构中唯一提供用户数据流量处理和转发功能的面，是实现用户业务极致体验的核心，是实现以“用户”为中心的窗口。用户面通过扩展支持多维度新业务的数据转发和传输，满足6G通信、感知、算力、智能、数据、安全的融合网络的传输类诉求；端到端全服务化趋势下，用户面服务化将通过场景驱动“按单点菜”，激活网络的应用方式，结合RAN服务化可同时带来接入网和核心网用户面功能拆分重组进行优化的可能；面向多样化业务规则的需求，用户面通过跨层跨域的可编程能力，支持新协议或功能的快速部署和技术创新；面向新型业务如智能车联网、高精度工控作业、全息通信等，用户面需要提供超大带宽、有界时延、低抖动、高可靠以及高精度的时间同步等特性；为了实现高性能转发和网络自治的互联互通，用户面需要增强或引入新的传输协议。 服务与能力开放层 对下层的网络功能进行提取、封装和组合，为网络内部业务或外部应用按需提供可以开放的能力或服务，涵盖连接以及数据、计算、智能和编排管理等多种能力或服务，是网络即服务的外在体现。 服务与能力开放层北向与应用层互通、南向与能力和服务连接，支持网络能力的安全开放，并提供可调用的、友好的、丰富的原子能力API接口。根据不同场景业务需求，面向泛在用户提供按需的网络服务，提高用户体验效果。同时，与其它层/面进行交互，收集和封装其它层/面可开放的服务能力。 内生赋能 在网络内部实现内生能力全生命周期管理和内生能力多要素的按需调度，打造内生的多维能力，赋予网络内生能力的智能、算力、安全等网络功能，作为6G网络的基础依托，构建随需取用、灵活高效的内生能力资源池。基于内生赋