6G网络架构愿景与关键技术展望
一、6G网络架构愿景与驱动
作为使能“万物智联,数字孪生”6G总体愿景的基础支撑,6G网络架构应遵循兼容和创新并举的 设计理念,具备智慧内生、安全内生、多域融合、算网一体等四大特征
1. 新场景驱动:沉浸化、 智能化、 全域化
2. DOICT融合的技术驱动:AI技术、安全技术、区块链技术、 数字孪生技术
3. IP组网驱动:灵活化、确定性组网,网络编程、编排
二、6G网络总体架构展望
6G网络通过集中和分布协同、分布式自治的方式进行组织,一方面将更多的网络功能扩展到网络边缘,另一方面将面向全局的核心功能集中,通过云网融合、分布式协同,支持更加复杂的业务。
架构组织分布化:集中+分布协同,支持各种异构泛在接入。网络元素同构化:边缘网络由同构的微云单元(SCU)根据场景按需扩展而成。治理机制自治化:采用智能自治的分布式管理机制和数字孪生技术,实现 自组织、自演进。接口协议通用化:采用至简统一的协 议,实现网络服务即插即用。
潜在架构类技术——1.分布式网络技术
6G时代流量更加广域分布,现场接入的需求更为迫切。资源、算力、服务更加泛在,要求网络架构更加分布。集中控制与开放式的架构的融合,集中式和分布式控制协作共存。分布式网络技术,DLT、DHT、IPFS、区块链,借鉴分布式网络技术的思想,融合应用于6G网络架构设计,区块链技术与6G网络融合提供去中心化的TaaS(trust as a service)服务,资源可信共享和数据安全流通及隐私保护,DHT结合DLT实现用户为中心网络,定制化的网络功能、细粒度的个性化服务、去中心化的可信服务、分布式自治。
潜在架构类技术——2.空天地一体化组网
未来网络需要具备全球、全域立体覆盖和随时随地宽带接入能力,空天地一体化是实现泛在连续通信服 务和固定/移动/卫星网络融合的基础。
灵活高效的一体化网络架构,空天地一体化网络拓扑动态变化、传输延迟大、组网灵活性低、部署成本高。地面网络协议体系与网络功能庞大复杂。按需柔性统一的网络架构、极简接口协议、低成本的空天网络部署、灵活的空天组网等。
空天平台的覆盖尺度数量级增加,传输时延大、运行速度高。现有用 户接入与切换管理策略无法满足一体化网络的服务性能;高效的空天地一体化网络移动性管理方案;最优化QoS流与承载的映 射,多接入、多连接的高效协同的会话管理方案。
质量可预测的服务保障,空天链路时延抖动大、用户和馈电链路切换频繁、星间/星地网络拓 扑动态变化,不利于服务质量保障;引入时延探测、时延预测、资源调度等技术方案,以及星历、GNSS 定位等辅助手段,实现带宽、时延等质量可预测的服务保障。
潜在架构类技术——3.网络智慧内生
首先,新场景的涌现对网络的支持和演进能力提出了严苛的需求;AI新技术的发展和突破,智能应用将逐渐成为主流,行业AI 需要平台底座的支持。其次,网络智能化以外挂方式支撑网络智能化应用,效率、性能、能 耗、隐私保护等方面呈现不足,移动网络、算力网络、边缘计算融合不足,未发挥最大效益。
通过6G网络架构是实现,可以提供AIaaS服务,基于连接+计算的异构资源设施,构建完整的AIaaS平台提供训练和推理服务,形成原生 Network AI架构。AI异构资源编排,AI工作流编 排和AI数据治理。支持集中式、分布式、层次化等多种管控模式。
潜在架构类技术——4.安全内生
为应对6G网络新特性,6G网络内嵌安全能力,实现架构级安全内生。6G网络具有空天地海全覆盖、云化分布式网络、安全边界模糊化、可信模式多样化的特点。在这个特点下对网络安全也具有了新的特点的延伸,比如从应急响应到持续响应、安全管理模式动态变化、网络环境动态变化、攻击手段不断进化。基于网络和网络安全的特点,内生安全提出了新的需求:主动防御、分布式安全、安全可信、安全智能。
潜在架构类技术——5.数字孪生网络
数字孪生网络(DTN)是一个具有物理网络实体及虚拟孪生体,且二者可进行实时交互映射的 网络系统;可助力6G网络实现闭环控制,以及全生命周期管理。
DTN架构是一个三层三域双闭环的架构,包含三层:物理网络层、孪生网络层、网 络应用层;三域:数据域、模型域和管理域; 双闭环包含内闭环:配置变更下发前的仿真验证和迭代优化,和外闭环:网络应用的控制、反馈和优化;
DTN关键技术包含目标驱动的数据采集、多元网络数据存储和服务、多维全生命周期网络建模、交互式可视化呈现、接口协议体系;
潜在架构类技术——6.算力网络(CFN)
算力网络(CFN:Computing Force Network)目标是构建网络与计算深度融合的新型泛在一体化基础 设施,提供”随时、随地、随心、随愿” 的触手可及的算力网络服务。算力服务承载泛在计算的各类服务及应用,根据算力服务的共性特征,形成API封装的平台级能力;算力编排与管理对算力和网络资源的联合编排管理,降低计算网络联动的总体能耗,实现绿色低碳的算网最优组合;算力路由通过网络控制平面实现算力信息资源在网络中的关联、分发、寻址、调配、优化等功能,实现算力路由功能。
潜在能力类技术——7.可编程网络技术
端到端可编程网络技术使得6G网络更加智能灵活,具备高适应性和灵活弹性。可编程网络技术三大特点是敏捷快速响应、灵活服务定制、动态编排和按需资源调度;可编程网络技术三大核心:第一,可编程控制面和数据面的高效协同,实 现灵活服务定制和敏捷快速响应;第二,异构可编程网元的网络功能高效划分和 编排,实现端到端网络功能更优化部署;第三,精细化可编程网络遥测,实现高精度网络状态采集和感知。
潜在能力类技术——8.通信和信息感知融合
6G通感融合网络在通信中感知万物,将感知的知识赋能于网络通信。新的频段和大规模天线的进一步演进为无线通信感知深度融合提供了可能,网络状态的智能化感知引擎是实现网络自治和自愈的基础,信息中心网络技术具备在网络层对内容语义进行感知的能力。
潜在能力类技术——9.确定性网络技术
6G的业务和愿景对网络的时延、带宽、可靠性提出了进一步的需求,需要保障端到端的确定性网络服务,这涉及到6大关键技术:资源分配机制,智能感知资源使用情况, 沿路径分配和预留资源;服务保护机制,数据链路冗余机制;多维度QoS度量体系,多维QoS定义及评测;多目标路由计算,显式路由;广域高精度时间同步,解决同步误差累计等问题、广域;多网络跨域融合,端到端跨多网络域的确定性传输;
潜在能力类技术——10.可信数据服务
为达到提高运营效率,达到智能增值的目标,6G网络将构建具备数据认证、数据授权功能的去中心化的 可信网络数据服务框架。框架特征及关键技术包含:归一化系统架构:融合已有单点技术、多层级的数据去隐私和安全保护;数据和知识双驱动:数据知识化、应用智能化、ML和知识图谱结合;中心化信任:区块链和分布式存储、用户数据自主可控、访问权限可取消,数据 可删除;网络优化、智能增值、AI模型训练、行业应用;
潜在能力类技术——11.沉浸多感网络
沉浸多感网络为6G沉浸类和多感类应用提供沉浸化、多维感知的实时交互能力。
沉浸多感网络的功能架构包含在应用层:调用网络能力引擎实 现沉浸式云XR、全息通信等应用;网络层:通过业务控制、媒体 智能分发和QoS智能感知与调度等引擎完成业务控制及应用支持功能;感知层:根据应用层需求,完成视觉、听觉、触觉等多维媒 体信息的感知和编解码;沉浸多感网络的关键技术,在新型媒体编解码,具有全息和触觉,媒体智能分发处理,通过分布式渲染;多并发流协同控制上千个并发数据流的实时同步;QoS智能感知和调度QoE预测和保障;沉浸多感网络路由:集中+分布的混合模式。
潜在能力类技术——12.语义通信
为实现服务随心所想、网络随需而变、资源随缘共享的目标,6G网络将具备语义感知、识别、提取、推理 和迁移能力,实现面向6G万物智联的语义通信网络架构。实现方式包含语义/知识共享和边缘智能。关键技术有跨域感知与识别、普适性语义表征、语义通信网络模型与知识共享;架构演进的方向:语义感知与通信融合、语义计算和通信融合、基于语义的内生安全和隐私保护。
三、总结与展望
网络架构和网络技术创新将是6G的核心创新之一。空口传输性 能逐渐逼近香农极限,网络架构和网络技术的创新,有望显著提升 网络能力,提供更加极致的业务体验。 ²
DOICT技术跨界融合驱动6G网络架构演进。数据技术DT、运营 技术OT、信息技术IT和通信技术CT将共同驱动网络变革和能力升级, 助力全社会全领域的数智化发展。²
IP与移动技术的结合将成为6G网络发展的新契机。IP技术具有基 础性,且依靠自底向上的创新机制,IP网络领域近几年创新活跃, 和移动网络的融合创新,有望促成6G网络跨越式发展。²
网络架构方案应收敛形成全球统一的6G网络架构标准。一些技术 发展方向逐渐形成共识,需通过多种潜在技术与网络架构的有机融 合,与开源互动发展,加速收敛,为全球标准统一打好基础。
材料来源:中国移动研究院
原创作者:浪哥说科技
文章来源:今日头条
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