2024年6G通感算智融合原生基座技术白皮书（1.0）

前言 随着5G产业应用的持续发展，与个人通信的标准化模式不同，行业需求展现出定制化、差异化和碎片化的特点，对通信服务提出了灵活性、敏捷部署、简便使用和成本效益等更高要求。与此同时，随着"数字孪生，智慧泛在"[1]6G愿景的提出，以及6G典型场景的明确，6G将实现从通信服务向信息服务的转变，通信、感知、计算、智能等多维能力内生融合成为业界共识。 本白皮书旨在阐述6G通感算智融合的原生基座技术，包括其提出的背景与挑战、内涵与特点及对应的技术方案等。中国移动与未来产业的合作伙伴一直在积极推动业界开展6G通感算智融合的深入研究，并期望通过开放的基础底座、服务能力和合作范式，汇聚产业生态各方智慧，共同探索6G的全新创新模式。我们期待与产业伙伴的深度合作与多元创新，共同推进6G创新步伐，实现多维开放和众创共赢。 目录 1.6G通感算智融合的需求与驱动力1 1.1差异化场景按需定制需求1 1.2多维能力内生融合需求2 2.6G通感算智融合的原生基座技术内涵3 3.底座-通感算智融合的异构硬件4 3.1通感算智融合的异构硬件面临的挑战4 3.2相应技术方案5 4.内核-通感算智融合的多维能力7 4.1通感融合7 4.1.1通感融合面临的挑战8 4.1.2相应技术方案8 4.2通算智融合10 4.2.1通算智融合面临的挑战10 4.2.2相应技术方案11 5.中枢-通感算智融合的按需服务13 5.1平台化服务网络面临的挑战13 5.2相应技术方案14 6.总结与展望17 缩略语列表19 参考文献20 1.6G通感算智融合的需求与驱动力 1.1差异化场景按需定制需求 随着5G技术的持续演进，行业应用需求愈发呈现出定制化、差异化和碎片化的特征，从而催生了一系列对网络的核心需求： 灵活定制：在对通信服务的需求上，不同行业间展现出对性能的差异性需求，面对这些千差万别的需求，客户不仅期待定制化的解决方案以匹配其需求。通过灵活定制，按需提供包括通信、感知、计算、AI以及安全在内的多维能力服务，以满足不同行业、不同场景的个性化需求，并确保服务的及时性和高效性。 敏捷部署：行业客户的需求灵活且多变，其改造需求提出后往往期望能够迅速实施与部署，例如某些功能的升级，需要快速完成功能定义与实现，并在局部环境快速部署，例如工厂和车间所涉及的基站上完成改造。因此，针对定制化的行业要求，除了精准匹配客户需求外，还需适应市场节奏，快速交付与部署，确保时间效益的最大化。 简便使用：定制服务不仅需要操作简便，还需要拥有完善的服务保障，确保客户体验的无缝衔接。客户在使用过程中无需进行繁琐的操作，能够即时获取所需的能力服务，做到产品互联网化、销售全流程线上化、使用简便化。 成本敏感：由于信息化改造预算有限，众多行业客户尤其是中小企业在改造时希望基础设施能力更加经济与高效，其需求不局限于网络连接的带宽、时延等方面，例如面向智能化的应用，需要在统一的基础设施上以可控的成本提供包括感知、计算、AI在内的多维服务。 6G将在5G基础上实现向产业互联网的充分发展，场景更加丰富多样[2]，多样化、差异化的场景及新业务对通信网络的通信能力提出了更高性能要求，并催生了感知、计算、数据和人工智能等新领域的强烈需要。 1.2多维能力内生融合需求 针对差异化、多样化的行业应用需求，业界对6G愿景展开深入研究。国际电信联盟（ITU-R）在《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》[3]中将5G三大典型场景（eMBB：增强移动宽带,uRLLC：超可靠低时延通信,mMTC：海量机器类通信）增强和拓展为六大场景。 图16G能力六角 随着信息社会进入智能化时代，客户往往需要连接、计算和AI等多维能力融合服务。在当前阶段，这些能力往往以外挂的方式叠加在5G网络上，例如通过引入NWDAF模块进行数据分析和智能决策，以此提升网络性能和用户体验。然而，5G阶段外挂式设计的效率与效果均不尽如人意，一方面，独立烟囱式支持效率差，另一方面难以实现能力间协作，服务质量难以保障。 6G扩展了5G的边界能力，将5G的传统通信能力三角增强为能力六角，如图1所示，六大典型场景要求网络能力更多维，网络需要内生支持感知、计算、AI等新能力，6G将在提供更高速率、更多连接、更低时延及更高可靠的基础上，实现空天地一体、通感一体及通算智一体,6G将不再仅仅局限于提供连接服务，而是实现从移动通信网络向移动信息网络的转变[4]，通感算智等多维能力内生融合成为6G关键特征和发展趋势。 2.6G通感算智融合的原生基座技术内涵 多样化、差异化的场景及新业务对6G网络提出了更高的要求，主要体现在两个方面：一是，6G需要按需匹配更加差异化、碎片化、定制化的行业应用需求。传统网络在赋能行业应用时，通常采用外挂方式实现通信协议与行业协议的结合，存在功能冗余、实现复杂、成本高等问题，这些问题需要在6G设计时充分考虑。二是，6G需内生支持通感算智多维能力的融合与协作。传统网络对多种能力的支撑往往是烟囱式的，一方面经济效率差，另一方面难以实现要素间的协作，服务质量难保障。基于以上对6G场景需求及技术发展趋势的分析，6G网络设计需要实现2大转变： 转变1：由刚性堆叠向按需服务转变。在网络能力最小化内核的基础上，按需组合各种网络能力，由此满足差异化场景需求。 转变2：从外挂式设计向内生式设计转变。由此，网络能力可以更及时、高效响应客户需求。 基于以上设计思路，为了更有效地保障6G差异化、碎片化、定制化的应用需求并实现多维能力的融合，我们提出以6G通感算智多维能力内生融合为基础的原生基座技术，以云化、虚拟化异构硬件为底座，通感算智多维能力为内核，平台化服务网络为中枢，对内通过一体化设计实现网络内生支持通感算智多维融合能力，对外提供通感、通算智等多维按需服务。通过端到端服务化设计实现功能和资源的解耦，并以功能和资源灵活组合应对差异化业务应用需求，通过场景化原子能力聚合、冗余功能去重、串行变并行等方式，在实现网络架构、功能、协议、流程、管理等多维度的精简的同时，支持通感算智服务的快速引入，由此实现对业务应用的快速、高质量赋能。如图2所示，该基座技术提供多能力融合的平台。 图26G通感算智融合的原生基座技术 底座-通感算智融合的异构硬件：通过云化将通用计算的CPU、智能计算的GPU以及专用处理芯片等有效融合。“算”是6G系统的基础能力，通过异构硬件云平台、资源灵活编排组合和弹性扩缩容，为6G通、感、算、智等功能提供资源底座。 内核-通感算智融合的多维能力：以模块化方式承载的通信、感知、计算、AI等多样性的多维能力，基于网络通感一体、内生AI和通算一体等技术实现通感、通算智融合，拓展6G网络新能力。 中枢-通感算智融合的按需服务：通过端到端的服务化设计，按需编排管理底座硬件资源和模块化的多维能力，对外提供个性化和定制化服务。利用服务化网络实现面向场景的服务灵活调用与按需组合，通过扁平化接口简化能力间协作，有效解决网络复杂的核心问题，实现功能和资源的解耦及灵活组合，从而应对差异化场景需求；端到端服务化赋能网络功能原子化，提供服务、功能和资源的按需编排，实现个性化和定制化的按需服务，提供从设备到应用、从网络到服务的全链条、端到端的服务能力。 然而，实现基于6G通感算智融合的原生基座技术仍面临硬件资源云化难、多维能力融合难、网络按需服务难等三重挑战。 3.底座-通感算智融合的异构硬件 3.1通感算智融合的异构硬件面临的挑战 通感算智融合的异构硬件作为原生基座技术的底座，面向通感算智需求，通过云化异构硬件，提供通感算智云化资源底座，满足通感算智融合对底层资源的多样化、碎片化需求。当前，云化异构硬件技术面临着三大挑战： 挑战一：高通信带宽与低时延的严苛要求 对高带宽低时延的要求使得资源的调度方式非常重要，传统云化技术使用的非抢占式调度虽然能够实现毫秒级的任务中断响应，但已难以满足日益增长的网络需求。相比之下，抢占式调度以其微秒级的任务中断响应能力，为超大带宽网络转发提供了强有力的支持，成为解决这一挑战的关键所在。 挑战二：碎片化场景与多样化部署规模 随着物联网、云计算等技术的广泛应用，碎片化、多样化的应用场景不断涌现，对基站软件容器化和C-RAN集中化架构提出了前所未有的挑战。如何实现传感器、终端、算力卡、服务器等不同对象的云化统一管理，成为当前亟待解决的问题。此外，分布式架构、混合异构云以及节点数目差异化的部署规模，也进一步加剧了云化异构硬件面临的挑战。 挑战三：差异化高性能处理资源需求 不同行业用户对于高性能处理资源的需求呈现出显著的差异性。传统的FPGA等加速器资源绑定使用方式已难以满足这种多样化的需求。因此，需要考虑GPU、DPU、FPGA等异构资源的统一管理与调度，根据应用需求进行确定性资源配置，以及通感算智多应用的融合协同。 3.2相应技术方案 面向通感算智技术需求，研发高实时、高性能6G云化异构硬件，以支撑技术的联合验证，并面向上述挑战针对性地提出以下技术方案： 方案一：支持超高实时响应的抢占式调度 面向6G的通感算智技术要求系统任务中断响应时延在10μs以内。在未来的6G网络里，每个协议栈子帧都会在基站系统中映射为一个或一组任务中断。而任务中断的处理时间涵盖了系统任务中断响应时延以及子帧本身的处理时间， 系统任务中断响应时延由6G云化异构硬件云平台决定。通过使能核隔离、核绑定等优化技术，将传统的非抢占式调度系统调整为抢占式调度系统，并综合考虑稳定性、吞吐能力等因素，实现系统最大中断响应时延从的5000μs以上优化到10μs以内，如图3所示，为无线侧处理时延提供有力保障。 图3实时性测试结果对比 方案二：支持敏捷化配置的高性能容器云 6G云化异构硬件云平台将会基于容器技术，实现云平台对各类资源信息的精准统计与全面收集，如图4所示。在架构层面，容器技术所具备轻量敏捷的特点，能够更好的适配6G网络对于灵活性的苛刻需求，实现网络的自动化部署以及敏捷化配置。在监控层面，云平台将支持不同类型的异构硬件，实现对各类资源的功耗、占用率等信息的多维度统一监控，并能够及时有效地发出各类告警信息。在软件方面，云平台将支持多种类型的操作系统。同时，为满足无线基站的离散型特点，云平台将实现分布式小集群的统一管理，实现无线侧云化资源的统筹管理。 图4高性能容器云 方案三：支持确定性配置的异构资源管理 云平台初步支持GPU、FPGA、智能网卡等多种异构资源的统一管理，并可根据应用需求进行确定性资源配置，对资源的独占、共享进行配置，如图5所示。 例如，无线基站的任务对实时性要求极为苛刻，通常在系统中分配独占的资源给特定任务，而GPU处理的任务通常是并行计算，多个任务同时处理。诸多类型的任务和不同类型的异构资源将被云平台统一管理和调度，共同为6G网络提供技术底座。这需要云平台系统对不同类别的资源实现统一的调度、分配、管理、编排等，将确定性的资源分配给基站及其他云平台上运行的业务，以保证每个业务都能获得所需的资源，更好的为6G网络提供服务。 图5异构资源配置管理 4.内核-通感算智融合的多维能力 6G网络将通过跨层、跨域、一体融合式设计，实现端到端的通信、感知、计算、AI、安全等全要素的融合，以及一体化服务的网络新形态和新模式，打造平台化服务能力的网络。通信与感知融合作为6G关键技术之一，为通信系统赋能感知，成为推动6G通感融合业务蓬勃发展的重要环节[5]。通感网络数据量的急剧膨胀,也要求网络具有高计算效率、强隐私保护、快实时性等计算特征,即具有坚实的算力底座。而计算能力的提升,带来网络AI内生的能力。基于通感算智多维能力融合的内核，6G网络将能够实现在统一算网基础上，以软件形式灵活按需加载网络功能，融合感知、计算、AI多种能力，提供一体化移动信息服务。 4.1通感融合 4.1.1通感融合面临的挑战 通信和感知融合是6G移动信息网络的重要技术特征，是实现信息服务全过程的