6G網絡架構展望白皮書（2023）-2023-03-宏觀大勢

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是本白皮NDU據的高效獲取與處理，不同網絡單元相互之間數據的交互，也通過數據通道進行傳遞。3.1網絡控制單元NCUNCUUEPUE）進行孿生，以數字化的形式（DUEPUE進行動態(tài)呈現，并對其進行管理。由原先多個NF組合提供完整能力，變革為由單一的DUE提供完整能力，并且DUE能力可強于，根據DUE功能包括四個核心部分：基礎功能、擴展功能、適配接入和數字孿生UE，如圖3-2。成相應的信令交互。確定性連接增強、算網協同能力、定位感知一體化能力等，圍繞DUE的全量數據按需擴展新能力。適配接入：NCU提知，以達到新一代網絡能力可以不依賴終端芯片的成熟度。數字孿生：簡稱數字UEDUE為最小管理單元，DUE擁有自己的數據倉庫，NCU動態(tài)按需加載UEPUE與DUEDUE完成網絡任務處理。6圖3-2：網絡控制單元邏輯功能3.2網絡報文處理單元NPUNPU在現有的UPF括與控制面、數據網絡和無線交互接口的服務化。NPU在繼承傳統用戶面對UE業(yè)務數據協同等實時類移動業(yè)務的需要，如圖3-3。網卡、DPU異構芯片等，實現高效的數據處理和功耗的降低，并利用可編程技術戶面。的能力于識別的算網QoS實現算網資源一體化的調度，滿足移動低時延業(yè)務體驗的一致7性。NPU到無線側和邊緣算力側的網絡信息可測可UE移動、網絡擁塞、算力節(jié)點故障等帶來的業(yè)務異常，保障實時類移動業(yè)務的可靠、高質量運行。自治域互聯：NPU和公網NPU之間建立隧道，可以通過公網NPU代理，達到專網內的用戶對外部網絡的訪問。圖3-3：網絡報文處理單元邏輯功能3.3網絡數據單元NDUAPI接口形式進行能力開NIU6G網絡架構中的核心邏輯單元。據也支持跨域聯邦學習的模型訓練。//高速標簽數據、8等；6G數據、業(yè)務簽約數據等；SLA絡各節(jié)點負載情況、網絡服務SLA數據等；算力數據：主要是未來網絡中用戶在消費算力資源以及構建在其之上的服務數據，包括通用算力數據、異構算力數據、算力服務數據等。在網絡數據的基礎上，開發(fā)網絡管理的一系列功能，如圖3-4NDU和數據通道給NCUNPUNIU使用。圖3-4：網絡數據單元邏輯功能3.4網絡智能單元NIUNIU用于實現智能面的功能，是網絡中智能任務處理的基本單元。對內將技術應用和NPU9應用提供靈活的AIAIaaS由選擇，配置業(yè)務QoS等服務。如圖3-5NIU包含三個大功能模塊：服務功能、智能倉儲功能和分布協同功能。圖3-5：網絡智能單元邏輯功能AI服務功能：AI服務功能在AI全AIRNN等基本學習方法，未來將更加聚焦聯邦學習、遷AI還可根據推理結果形成最終決策或決策建議，例如給出當前最佳的網絡路由等。智能倉儲功能：責管理服務過程中獲取的數據、訓練完成的模型和生成的知識，以提升學習效率和足實時性等需求。10分布協同功能（AIaaS）：分布協同功能用于支持多個NIU與其他域之間同等功能模塊。6G網絡智能架構由獨立NIU和內嵌NIUNIU作為提供AI服務的專用功能單元，根據AI能力、服務場景、覆蓋區(qū)域、算力資源等方面的差異可包括聚合NIU、區(qū)域NIU、服務NIU和邊緣NIU等，按需支持AI服務、智能倉儲和分布協同三個功能。內嵌NIU在NCUNPUNDU等網絡單元中增加數據感知和處理、模型訓練、推理和決策等，同時可從獨立NIU中獲取數據或知識、推理或決策的支撐等。NIU配智能應用場景。NCUNPU和NDU、其他NIU，以及其他域均可通過使能接口對網絡智能單元NIU下達智能分析任務，NIU接收到智能任務后協調連接、數據、模型算法、算力資源等多要素完成AI任務。4新架構核心特征基于前一章提出的6G6G網絡新架構的核心特征。4.1架構極簡達成整體網絡的架構極簡，如圖4-1所示。1.架構簡化11原有5G網絡除基礎NF外，隨著新功能、新場景的支持，NF數量越來越多，雖然采用服務化接口，但流程設計上、數據信息方面仍然互相依賴，故障定位或新服務部署等面各NF5G網絡中的AMFSMFNSSFNEFPCF和UDM的邏輯處理等部分功能納入單一的網絡單元NCU中；將UDM和PCF的靜態(tài)數據、UDR數據等統一由NDUUPF和優(yōu)化增強分別作為NPU和NIU。新架構直接將原有40余個網元減少到約4個網絡單元，實現功能類型的歸一、服務的靈活定制，且組網扁平化、拓撲結構簡單。配通感一體等新場景，避免影響外部接口；NCU通過服務網格組織，提供統一的服務發(fā)現通過引入基于用戶的感知和服務能力；NCU對外支持衛(wèi)星、固網、移動、無線等各種異構接入的適4G/5G存的復雜性，實現網絡服務的統一，簡化網絡整體規(guī)劃設計和運維難度。圖4-1：網絡架構極簡2.接口簡化12現有5G余個間接口變?yōu)閮炔繉崿F，僅根據互通要求按需設計外部服務，接口數量可減少至大約服務化接口的靈活服務要求；另一方面在數據方面，從原有的服務化接口轉變?yōu)榻y一的數據訪問接口，實現服務化接口和數據接口的簡化和高效。3.流程簡化5G網絡中AMFSMFPCF流程，在新架構中由同一NCU內部實現，通常情況下不涉及對外的交互，僅在互通或移動等場景下，按需與其他NCU進行必要的上下文傳遞等操作。經測算，注冊、會話建立、切換流程的步驟數量分別從原有的25+8+20+4+30+8+量大幅減少，實現了流程的簡化。總之，6G新架構的網元數量預計可減少90%80%的數量減少70%，最終實現網絡架構的極簡，如表4-1所示。13表4-1網絡架構極簡比較UDM...40+NDU,NIU,NPU...4+N2...N8880+25+20+30+/10+8+4+8+4.2用戶數據為中心NF互聯為用戶提供的快速迭代開發(fā)，如圖4-2所示，主要體現在用戶數據驅動和數字孿生UE兩個方面。圖4-2：用戶數據為中心1.用戶數據驅動現有用戶數據采用集中部署方式，實現了計算和存儲分離，例如簽約數據、策略數據、應用數據及結構化數據可存儲在UDR中，UE上下文等非結構化數據可存儲在UDSF14但實際上，受限于部署要求、技術實現、廠家互操作等問題，通常大部分數據仍然分散在UDM、PCF、AMF、SMF、NSSFNF中，呈現數據分散、多樣化等特點。新架構通過功能，例如連接增強、算網協同、定位感知一體等。統一、標準的數據組織方式易于利用專業(yè)的數據庫技術實現數據處理邏輯的簡化。2.數字孿生UE現有的NFNF間互相調用服務為UE提供數據連接，流程機制和數據處理上均以連接所需的不同功能為設計原則，不利于用戶維度的管理，較難直觀的提升用戶視角的服務體驗。NCU中動態(tài)構建用戶級數字孿生DUEPUEDUE避免了數據不一致的問題；DUENF各DUE具備驅動AI的能力，減少數據的收集，可降低網絡為AI服務的開銷，賦能演進。中心的網絡架構，基于用戶業(yè)務需求驅動任務，最終實現連接+算力+能力的整體協同。4.3智能內生6G網絡架構的智能內生主要體現在網絡組織和智能服務能力兩方面的優(yōu)化和增強。1.分布式智能內生架構現有5G網絡主要采用集中式的獨立AI（例如(AMFSMF等)本15身缺乏AI能力，依賴于獨立AI的集中分析，也因此可能帶來一些問題，例如集中式AI需效性等要求較難保障；AIAI分析需要算力資源的高度聚合，較難高效利用多點、邊緣的算力資源等。6GAI+AI4-3所示，NCUNPUNDU等網絡單元一方面通過內嵌NIU備數據處理和AINIU各NCU內置的DUE還可代理用戶獨立創(chuàng)建AIAINIU可按需收集NIU的息全面并安全、特性互補及增強的群智協同。圖4-3：分布式智能內生架構2.智能服務能力提升16考慮到目前網絡在能力方面存在數據處理不夠靈活、分布式學習能力弱、缺少決策反饋機制、知識積累欠缺、協同簡單等問題，6G智能內生架構將聚焦提升數據內生、分布式學習、自主決策、知識儲備、協同開放五個方面能力。數據內生：與配合，在保證數據可靠性和安全隱私的前提下，支持對AI分析，實現數據內生；6G聚焦分布式AI之間、NIU與DUE之間支持聯邦學習、多智能體強化學習、群體學習等。自主決策：6G網絡多變、服務復雜、柔性等趨勢推動引入AI技術增強網絡和服務的決策能力，的決策模塊通過與其他網絡單元協作，支持自適應的多點協作、動態(tài)調整、閉環(huán)的自主決策服務。知識儲備：6G高效、可持續(xù)性運營的關鍵是注重知識的積累、儲備及靈活運用，NIU通過知識倉庫的構建，支持遷移學習、持續(xù)學習等知識驅動的學習方法，達成數據和知識雙驅動的網絡智能。協同開放：由于6G網絡的數據及終端異構、各域各層級服務和性能差異大等特點，6G智能內生網絡需要跨層跨域的NIU協同，以更好的共享和開放AIaaS服服務協同。NIU6G兼顧網絡的彈性極簡和服務的靈活定制，打造“智簡網絡”。17現有網絡主要采用2C公網相對集中和2B定制網相對分散的組網模式。未來隨著新場景的出現、極致服務體驗要求的提出，各行各業(yè)由于安全、服務范圍、能力和性能等因素，險，也迫切需要支持分布式的建設模式。新架構將從相對集中+分散模式向域內自治、域間互聯模式轉變。每個自治域類似于局域網，當出現故障時，范圍有限，不會影響到整體網絡；同時工業(yè)制造、車聯網、XR沉浸式體驗等場景均需要通過自治域形態(tài)，使得用戶、網絡、服務三者在空間上盡可能靠近，實現高帶寬、低時延等更好的保障，以獲得更好的業(yè)務體驗。多個自治域還可依據擴大覆蓋范圍或接入需求，通過骨干網互聯互通，形成更廣域的網絡，如圖4-4所示。圖4-4分布自治架構1.域內自治18單域內可以包括全套的NCUNPUNDUNIUNCUNPU和部分NDU，其中NDU和NIU還可通過多個之間的協商借助上一級網絡的NDU和能力。NCUNPUNDUNIU均向NCU通過NCU即插即用。2.域間互聯自治域互聯的目的是擴大網絡的范圍，傳統的設計思路是一張網覆蓋的范圍盡可能廣，入能力時，原有網絡基本上不受影響，例如不需要多個NF之間進行互聯互通等。每個NCU具備唯一標識，NCUNCU之間互聯的基礎當需要使用互聯網業(yè)務時，專網與公網之間，通過之間的協商建立VPN傳輸隧道，即可通過公網NPU訪問互聯網。互通，傳輸數據和信令等。3.域間遷移NCU中的DUE通過監(jiān)控用戶的移動軌跡，可向用戶推薦下一個合適接入的自治域，自治域的推薦以保障用戶當前進行的業(yè)務連續(xù)性為主要依據，例如需要考慮下一個自治域的帶寬、時延、19聯。5新架構新業(yè)務6G網絡能力，將帶來更多樣化的新業(yè)務和新模式，例如：面向沉浸式、元宇宙等新業(yè)務能力、面向空天地海全接入的全域業(yè)務服務、面向各區(qū)域和行業(yè)的分布式自治專網等2C應用場景，以更強的網絡能力為未來豐富多彩的生活和生產打下堅實的基礎。5.1“虛實通感”類業(yè)務沉浸式XR來多維感知融合、身臨其境的沉浸式交互體驗。沉浸式XR、元宇宙對網絡帶寬、時延、抖動、可靠性以及音視頻渲染質量、效率等提出了嚴苛的要求。如圖5-1。DUE作為用戶XR終端的數字孿生體，在網絡中起到中樞和紐帶的作用；一方面，依據業(yè)務需求向NCUNDU提出網絡服務和數據服務等需求，完成連接、算力和能力的協同；另一方面，負責驅動NDU/NIU執(zhí)行與業(yè)務相關的各種任務，包括任務：進行數據給NCU。NCU負責資源調度和協調控制，實現業(yè)務需求感知和靈活定制能力，進行QoS和QoEXRNCU保XR的多維感知業(yè)務流和實時交互業(yè)務流能同步可靠傳輸；在XR業(yè)務過程中，根20據不同DUENDU/NIU啟動若干任務（如：軌跡跟蹤預測任務、網絡狀態(tài)監(jiān)QoSQoE源和業(yè)務流之間的實時協同，實現業(yè)務和網絡的流量動態(tài)自適應，確保用戶最佳服務體驗。圖5-1：新架構支持沉浸式XR軌跡跟蹤預測任務：實時跟蹤用戶軌跡，并通過NIU的AI能力對用戶軌跡進行預測，在XR業(yè)務過程中，NCU根據軌跡跟蹤預測任務的結果提前做好網絡連接和算力資源準備，在用戶移動過程中保證業(yè)務的連續(xù)性；推動XR、元宇宙從固定場所走向更廣闊的空間。網絡狀態(tài)監(jiān)測任務：實時監(jiān)測網絡狀態(tài)，一旦出現網絡能力與業(yè)務需求不匹配的情況，NCU及時提出新的資源分配請求，對資源進行動態(tài)調整，保證用戶體驗。同時，NCU可以通過能力開放接口，將網絡狀態(tài)信息開放給業(yè)務，以便業(yè)務實時感知網絡狀態(tài)；當網絡出現擁塞時，業(yè)務能迅速調整業(yè)務編解碼和傳輸流量模型，幫助業(yè)務快速適應網絡狀態(tài)，同時將不重要的數據包丟棄，避免網絡擁塞進一步惡化。21視頻質量監(jiān)測任務：實時監(jiān)測XR業(yè)務視頻質量，NCU能精確感知XR業(yè)務需求，NPU可以識別XR業(yè)務流特征及業(yè)務屬性差異，采用AI能力設置特性化的QoS視頻流、觸覺信號流、傳感器信號等進行傳輸保障，通過AI技術降低管理的復雜度，支持大密度XR業(yè)務流情況下的一致性體驗。在音視頻渲染和多感融合方面，AI技術發(fā)揮著重要的作用。NIU作為網絡智能單元，可以內置和外掛多種AIARXRASRTTSNIU混合組網，形成分布式智能內生架構，結合深度學習、聯邦學習等AI技術，為沉浸式XR、元宇宙提供強大的AI能力。5.2“全域智聯”類業(yè)務空天地海是未來5G-A/6G通信的重要方向[13]HAPS)樣化等對核心網的融合提出了挑戰(zhàn)。多接入適配器針對多模態(tài)接入，通過不同的適配器，適配不同的接入方式，適配器以組件或微服務的方式實現，可以在中即插即用，進行不同協議的適配和轉換。如圖5-2。NCU采用統一的DUE對終端進行建模和管理，提供統一的鑒權方式、統一的用戶數據管理，保障業(yè)務的連續(xù)性。22圖5-2：新架構支持多接入融合空天地海一體化未來空天地海的發(fā)展方向是天基網絡、空基網絡與地基網絡融合一體，通過NCU、NDUNPU的協同提供空天地海一張網，實現空天地海全面覆蓋。如圖5-3。圖5-3：新架構支持空天地海協同組網衛(wèi)星服務提高切換的可靠性。在新的極簡架構下，通過DUE的用戶主副本數據快速同步的方式，減23少切換的消息數，縮短切換流程。5.3“自治專網”類業(yè)務分布式、自治域的網絡模式能夠很好的支撐各種行業(yè)專網，行業(yè)客戶可以根據自己的網進行按需定制。定制的專網可以具備以下特性：終端設備之間的互訪。務訪問和區(qū)分計費，本地專網實現終端用戶和用戶歸屬網絡間的橋接功能，例如：機載用戶訪問互聯網業(yè)務。專網可以共享。外部非專網的用戶也可以通過專網實現到公網的接入和數據業(yè)務，實現用戶和公網間的橋接功能。例如：公網用戶臨時接入企業(yè)專網轉接至公網。網也需要能夠實現與多個運營商公網的互連互通。專網，例如：兩個友好專網之間用戶可以互相漫游接入。以上的特性中，通過專網訪問外網或通過外網訪問專網的特性，主要建立在分布式網24圖5-4新架構支持自治專網66G網絡展望與倡議網絡架構是6G研究的關鍵問題，是實現“虛實通感、全域智聯”愿景的基礎。業(yè)務場景需求、DOICT6G白皮書提出對6G網絡新架構的初步思考，隨著技術的演進發(fā)展，本白皮書還將迭代更新。當前階段，針對6G網絡架構及關鍵技術仍處于開放討論階段，很多問題還需要研討，及跨協議的信息傳遞方法，甚至是跨領域的標準聯合設計。6G網絡架構及關鍵技術，共同解決瓶頸問題，共同推動6G技術進步和產業(yè)發(fā)展。25縮略語英文縮寫2B英文全拼B中文面向行業(yè)用戶面向個人用戶第三代合作伙伴計劃人工智能2CC3GPPAIGenerationPartnershipProjectArtificialIntelligenceAMFAccessandMobilityManagement接入和移動管理功能FunctionASRAutomaticSpeechAIaService自動語音識別AIaaSAI即服務Data-drivenDistributedAutonomous數據驅動的分布自治Architecture架構DUEDigitalEquipment數字用戶終端DOICTData&Operational&Information&Communication信技術DPUFPGAGPUHAPSIPv6LEODataProcessingUnit數據處理單元現場可編程門陣列圖形處理器FieldProgrammableArrayGraphicsProcessingUnitHighAltitudePlatformInternetProtocol6LowEarthOrbitLongMemoryMachineLearning高空平臺互聯網協議第6版低軌道地球衛(wèi)星長短期記憶LSTMML機器學習NCUNDUNIUNetworkControlUnit網絡控制單元網絡數據單元網絡智能單元網絡報文處理單元網絡功能NetworkDataUnitNetworkIntelligenceUnitNetworkUnitNPUNFNetworkFunction26NetworkFunctionNFRepositoryFunctionNetworkSliceSelectionFunctionNetworkDataAnalyticsFunctionControlfunction網絡開放功能網元存儲功能網絡切片管理功能網絡數據分析功能策略控制功能用戶物理終端體驗質量NRFNSSFPCFPUEPhysicalUserEquipmentQualityExperienceQoEQoSQualityService服務質量RAN-CPRAN-UPRNNSBARadioAccessNetworkControlPlaneRadioAccessNetworkUserPlaneNeuralNetworkServiceBasedServiceBasedInterface無線接入網控制面無線接入網用戶面循環(huán)神經網絡服務化架構SBI服務化接口SMFSRv6TTSSessionM