中国联通6G核心网系统架构及关键技术展望白皮书2024

中国联通 6G核心网系统架构及关键技术展望白皮书 中国联合网络通信有限公司研究院 下一代互联网宽带业务应用国家工程研究中心 2024年8月 版权声明 本报告版权属于中国联合网络通信有限公司研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国联通研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 目录 一、移动核心网演进驱动力4 （一）应用场景驱动4 （二）技术发展驱动6 （三）标准演进驱动7 二、6G核心网设计目标9 （一）目标与愿景9 （二）演进与创新12 1.新平面12 2.新会话13 3.新QoS14 （三）继承与共存15 三、6G核心网架构展望16 （一）总体架构16 （二）功能平面18 1.连接平面18 2.数据平面21 3.计算平面24 4.跨平面协同26 （三）分布式组网28 1.总体组网28 2.网络互联29 3.网间互信31 4.分布自治32 四、6G核心网使能技术32 （一）内生智能32 （二）可编程网络34 （三）意图驱动网络35 （四）网络共享37 五、总结和展望40 缩略语42 参考文献44 前言 随着ITU-R发布IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书，以及3GPP正式宣布开发下一代（6G）全球通信标准，标志着全球范围内面向6G的技术研究和标准化规范制定工作已经进入了关键的加速阶段。6G网络将在5G的基础上进一步演进和发展，支持更加丰富和多样化的业务形态，满足极致的业务性能和服务体验。移动核心网作为移动通信网络的心脏和大脑，将是这一进程中首当其冲，并发挥至关重要作用的一环。 在此背景下，本白皮书继承《中国联通6G网络体系架构白皮书》中提出的6G网络架构设计目标及设计理念，进一步深入探讨了6G核心网系统架构的设计思路和构建原则，并针对部分核心网关键使能技术进行了讨论和评估，以期能够对未来面向 6G核心网的技术研究和标准化工作提供参考。 本白皮书由中国联通研究院编制，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本白皮书之部分或全部内容。 本白皮书编写组成员：唐雄燕，王泽林，曹畅，任驰，魏群，杨文聪，邢天齐，张雪贝，李晨仪，穆佳，陈婉珺，李沸乐。 一、移动核心网演进驱动力 （一）应用场景驱动 随着行业数字化转型的深入发展，新的应用场景不断出现，对下一代网络提出了更泛在的网络覆盖、更高的传输速率、更低的业务时延、更灵活的定制能力等进一步跃升的能力和性能要求。面向未来网络演进，应用场景驱动的网络能力拓展主要体现在以下方面： 泛在覆盖，面向网络覆盖边界的拓展：随着人类足迹的不断扩展， 偏远地区或极端环境下的通信需求也在逐渐涌现，如何拓展现有的网络边界，使移动用户在全球的任何位置都可以接入到统一的网络中，逐渐成为网络演进的核心目标之一。如何通过无处不在的连接能力，满足偏远地区的通信需求如灾区应急通信、无人机巡检、环境监测等 无处不在的连接需求，将是6G网络架构设计过程中需要研究的重要课题。 沉浸式通信，面向用户极致体验的拓展：如何满足XR业务需求， 实现沉浸式业务体验，让用户足不出户就能身临其境地感受外面的世界，这对现有的通信技术提出了新的要求。例如，在教育方面，通过6G网络支持沉浸式业务，可以实现更高质量的远程教学，实现高质量的课程体验，结合XR等技术，为教育行业注入新能力。在医疗场景中，则有望通过沉浸式通信能力实现远程实时诊断、远程指导、远程手术、个性化治疗等工作，解决医疗资源的稀缺性与广大群众健康 之间的矛盾。 大规模通信，面向网络连接极限的拓展：面向工业场景，网络将需要满足数以万计的智能传感器、智能机器人、无人机、自动驾驶车辆等智能设备间的相互合作与协同，6G网络将进一步提升此类协同的效率和精度，以应对各种实时变化的业务需求，满足复杂场景下的业务能力，比如远程操作设备、排查故障等。 用户中心网络，面向网络构建逻辑的拓展：随着业务多样性的不断提升，用户的业务需求也呈现出逐渐个性化和分散化的趋势，同时，类似体育赛事、演唱会、商业活动等场景也要求网络能够快速的在特定区域内为用户和应用提供其所需的网络服务。因此，未来的6G网络必将是以用户为中心的网络，网络必须能够快速的理解用户需求，并基于用户多样化和个性化的需求快速的生成高度定制化的分布式网络。 数字化信息服务，面向网络服务能力的拓展：面向2030及未来，移动通信网络除了提供基础的连接服务之外，多样化的信息服务也开始成为用户和应用的主要服务需求。通过整合丰富和庞大的基础设施及信息服务资源，运营商将能够通过6G网络使能包括计算即服务CaaS（ComputingasaService）、AI即服务ASaaS（AIasaService）、数据即服务DaaS（DataasaService）等在内的新型信息服务能力，进一步拓展移动通信网络的能力边界，为用户和应用 提供更丰富的网络服务体验。 （二）技术发展驱动 新技术的发展同样也在驱动着移动核心网向下一代架构的演进。随着多种新技术如云原生、人工智能（AI）、非地面网络和区块链等的高速发展，以及跨领域技术融合的新趋势，新的技术正在与移动通信网络技术进行深度的融合，而移动核心网作为业务使能和控制的中 心，也将成为新技术融合的最前线。新技术为移动通信网络带来的演进驱动力主要体现在以下方面： 云原生：网络云化技术正从以虚拟机形态的资源池向容器形态的 资源池演进，同时包括DPU、GPU、专用芯片等在内的异构资源也在不断涌现，以满足差异化的网络部署和业务需求。这为构建更高性能的云化网络打下了技术基础，进而支撑其技术架构从网络云化向云原生演进，并成为下一代网络的演进方向之一。 非地面网络：非地面网络通信技术的发展正推动网络的进一步融 合，以空天地海一体化为标志的泛在接入融合通信已经成为下一代移动通信网络的一个重要的发展和演进趋势，通过无处不在的泛在连接能力，将进一步构建全球统一的新一代通信范式，扩展全球统一的移动通信的服务边界。 人工智能：AI技术的发展为行业的数字化转型注入了智能，新 一代芯片的引入，使得智能计算的能力大幅提升，AI算法，特别是 大模型为代表的算法快速发展，大幅提升了AI的精度和效能。智能硬件与软件的结合，将进一步提升网络的智能化水平，在网络故障定位、无线网络优化、网络智能运维、智能客户服务、用户体验保障及提升等方面都有大量潜在的应用空间。 算网融合：算网融合技术面向高效算力协同应用需求，逐渐成为 支撑智能化社会发展的关键要素，并开始在各行各业发挥举足轻重的作用。随着计算与网络技术的加速融合，算力网络将成为新的网络代表能力之一，用以满足对算力具有较强需求的业务场景如云游戏、高清音视频渲染、网络智能任务按需卸载等，进而提升网络资源调度效率以及用户的业务体验。 区块链：区块链技术在安全方面的能力已经得到全面验证，区块 链技术与网络技术结合，将在网络的安全层次与安全能力方面带来提升，也将促使区块链技术在网络管理，用户管理，能力开放等的应用创新，提升网络的安全水平。 （三）标准演进驱动 目前，全球业界已开启对下一代移动通信技术（6G）的研究探索。当前阶段，ITU-R已经完成并发布了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》，在IMT-2020（5G）“铁三角（eMBB、URLLC、mMTC）”的基础上进一步向外延伸，拓展出六边形所对应的六大业务场景，即：沉浸式通信，超大规模连接，极高可靠低时 延通信，AI与通信融合，通感一体，以及泛在连接，并在这六大业务场景的基础上，进一步提出了6G网络的四项总体目标，即：可持续性，连接未连接的连接，安全/隐私/韧性，泛在智能。 图1IMT-2030（6G）的六大场景和四大设计原则 ITU-R同步制定了IMT-2030（6G）的时间表，明确将在2030 年发布IMT-2030标准规范。 图2ITU-RIMT-2030（6G）时间表 在此背景下，3GPP也正式宣布将研发6G标准规范，并启动了针对6G的讨论，明确将在不早于2029年3月的时间点完成并发布3GPP6G标准规范。同时，于2024年3月在荷兰鹿特丹举办的 3GPP一阶段关键用例研讨会期间，3GPP也与ITU-R开展了联合的圆桌讨论，进一步明确了后续的6G标准计划。 上述的重要讨论及发布，标志着6G标准化进程已经进入了关键的加速阶段，产业各界均开始提速进行6G系统架构及关键技术的布局，6G标准化的发令枪已经正式打响。 二、6G核心网设计目标 （一）目标与愿景 2023年，中国联通发布《中国联通6G网络体系架构白皮书》， 提出了6G网络架构设计的三大理念，即： 打造超越连接的“新网络”，以构筑智能泛在的综合型数字信息基础设施为6G架构设计的出发点； 创新多元用户的“新服务”，以满足千行百业差异化需求和智 算融合需要为6G架构设计的关键点； 构建平台赋能的“新生态”，以促进云网边端业协同和产业生态繁荣发展为6G架构设计的落脚点。 为推进以上的6G架构设计理念落地，在开展6G核心网架构研 究和设计的过程中，应结合应用场景及技术发展两方面的6G演进驱动力，进一步围绕“任务中心”、“能力内生”、“分布泛在”、“深度开放”的6G架构设计目标，实现移动通信网络向数字化信息服务平台的全面转型。 任务中心：6G网络将成为全面使能智能、感知、数据、计算等 新型信息服务的平台，进一步驱动网络服务模式从提供单边的连接管道服务转型为面向多元用户提供多边服务的使能平台。面向全面转型信息服务平台的设计目标和理念，传统的以连接为中心的网络构建思 路将无法适应6G网络服务的增强需求，6G网络需要引入新的管控机制，以计算、智能等“任务”为中心设计对应的多维度任务要素调度及协同方案，实现新型信息服务的使能和管控能力。 能力内生：5G网络在不断演进的过程中，部分新能力的引入是 通过定义外挂式的网络新功能实体来实现的。外挂式的设计和增强方案一方面导致网络架构的复杂度随着新功能的引入而不断叠加，另一方面导致新场景的实现方案呈现“烟囱化”的趋势，使得网络新能力的泛用性不足。因此，6G网络从设计之初，就应在系统架构、网络 接口及协议栈的层面考虑智能、数据、计算等能力的内生，形成统一 和通用的服务底座，提高网络服务资源的调度和使用效率，使能高效的端到端服务能力。 分布泛在：随着网络边界的不断拓展，以及网络服务对象的不断 丰富，用户及应用对于网络的智能、安全、灵活的诉求也越发深入和清晰。6G多样化的信息服务形态所需的各类资源如连接、数据、算力等可能部署在网络的不同的地理位置和不同的网络域，6G网络应能够基于用户的位置和业务需求，随时为用户提供就近的、随行的、泛在的资源接入和使用能力，通过高效的分布式资源部署和调度协同，使被服务对象每时每刻都能享受到最优的业务体验。 深度开放：6G时代多样化的业务生态，要求网络能够为业务和 用户提供更为深入和灵活的网络能力开放框架，传统的由网络侧定义服务能力和服务粒度的方式已经无法适应未来的应用对网络的高度定制化需求。在向租户开放定位信息、感知信息、网络状态信息等网 络信息的基础上，6G核心网应进一步支持将自身的资源、服务、能力等量纲进行原子化的抽象和组合，并通过统一的API开放给用户， 由用户根据自身需求进行网络信息服务如AI服务，数据服务，计算服务的定制和调用，使能更加丰富的网络服务定制渠道。 （二）演进与创新 6G核心网将进一步扩展其服务能力的边界，通过引入多维度多要素的服务资源，以及对应的新平面、新会话、新QoS等框架性的革新设计，实现6G核心网“任务中心”、“能力内生”、“分布泛在”、“深度开放”的设计目标。 1.新平面 面向2030及未来，6G网络将在5G网络的基础上提供新的服务能力和应用价值。一方面，6G将在应用场景的维度进一步扩展，持续拓展用户极致业务体验的边界，另一方面，6G也将在服务能力的维度持续创新，通过平台化的架构设计来支持新型信息服务能力， 融合通信