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環球觀點:揭秘6G時代網絡架構!六大設計理念,三體四層五面一文看懂
來源:中國移動。    時間:2022-06-28 06:01:53

網絡架構的發展是移動通信網絡代際發展的核心標志之一,是每一代通信網絡的骨骼和中樞,是承載移動通信系統設計目標的基礎。網絡架構設計的前瞻性、可行性、兼容性都會直接影響移動通信網絡的發展路徑和應用成效,必須提前考慮。


(資料圖片)

6G 網絡的架構設計,既要面向數字化時代變革,與國家戰略高度契合,又要考慮新場景新需求的驅動,同時還要論證跨界領域新技術的發展態勢和引入的可行性。此外,綜合考慮 5G 現網應用的經驗、結合 5G-A 技術演進方向,對做好6G 網絡架構設計具有重要的啟示意義。

本期的智能內參,我們推薦中國移動的報告《6G網絡架構技術白皮書》,揭秘中國移動6G網絡的設計理念、總體設計、系統設計、組網設計。來源:中國移動。

一、6G網絡架構設計理念

6G 網絡秉承兼容、跨域、分布、內生、至簡、孿生六大設計理念進行架構設計。

兼容設計:移動通信網絡沿著 IP 化、云化、服務化的方向發展變革,6G 架構設計將延續這些柔化發展方向,實現前后向兼容。在連接柔化方面,6G架構將在端到端IP化的基礎上,進一步實現確定性IP;在資源柔化方面,6G 架構將在云化的基礎上,進一步實現算網一體;在功能柔化方面,6G 架構將在核心網服務化的基礎上,進一步實現全域服務化和服務化技術演進。這三個柔化方向的持續發展,都將充分延續 5G 的架構優勢,支持 5G網絡平滑發展演進為 6G 網絡。

跨域設計:6G 架構設計將支持管理固定、移動、衛星等多種接入,支持管理公眾/行業、物理/數字的多種網絡,支持網內不同域的協同。面向端到端、全域全網提供質量可保障的信息通信服務,要求 6G 架構面向固定、移動、衛星等多種接入進行跨域一體化設計,在架構層面實現多接入的控制融合、業務融合及管理融合。面向公眾和行業的多樣應用場景,要求 6G 架構面向不同組網方式、不同功能需求進行核心網、傳輸網、接入網等多域的跨層、一體化設計,在架構層面實現網絡組織的融合。

分布設計:6G 架構設計將由集中規劃式向分布自治式轉變,滿足大規模組網下的海量連接和極致性能要求。6G 時代將出現控制面時延<1ms、用戶面時延<0.1ms 的極致性能要求,大規模運營商的基站數量將達到千萬量級。面向 6G 需求,集中式、人工管理的網絡架構無法滿足網絡的性能和規模要求,需要通過集中+分布的協同組網,實現資源、路由、功能、業務層面的分布式管理,并實現自生長、自優化、自演進的網絡自治,從而在大規模復雜組網環境下實現網絡資源和網絡能力的優化調度。

內生設計:6G 架構設計將由外掛式向內生式轉變,包括安全內生、AI 內生,在架構中內置核心能力。面向多域融合、連接泛在、資源異構的 6G 網絡,增量式、補丁式的能力增強難以滿足大規模組網下的多樣化、多元化服務需求,需要將安全、AI 等核心技術能力內置在 6G 架構中,并滲透到各領域、各網絡、各單元的全生命周期中,通過內生設計實現安全、AI 等核心技術能力與通信網絡最深程度的融合。

至簡設計:6G 架構設計將由復雜增量式向至簡一體式轉變,對外呈現為一體化系統,對內微服務化。對外,界面清晰成本可控,呈現易實施易部署的一體化架構,屏蔽內部復雜邏輯、操作指令和業務參數的暴露,便于運維人員使用、外部系統對接、用戶/客戶調用。因此,需要一方面從整體上結構化極簡化功能集合,整合零散的服務功能,減少網絡復雜度;另一方面進一步深化微服務理念,細化服務和功能的顆粒,減少服務間的耦合度,并支持智能化的組織能力,降低系統維護難度。

孿生設計:6G 架構設計將從單純的物理網絡實體向物理+數字孿生方向演進,實現虛實映射、虛實交互。6G 網絡需構建平行的物理和數字網絡,形成虛實融合管理手段,一方面支持不同的網絡和業務形態的實時建模,另一方面支持從虛擬向物理實體靈活實時的一體化策略控制,進一步支持基于數字系統實現物理系統的預測和迭代。

▲6G 網絡架構全視圖

作為一個復雜的系統,6G 網絡架構設計需從多個視圖考慮,多個維度設計。白皮書從空間視圖、邏輯視圖和功能視圖闡述了“三體四層五面”的 6G 總體邏輯架構。在 6G 總體邏輯架構中:

“三體”是架構的空間視圖,描述 6G 網絡實體的客觀存在形式,分為網絡本體、管理編排體和數字孿生體。

“四層”是架構的邏輯視圖,展現 6G 網絡設計的結構與組織,由資源與算力層、路由與連接層、服務化功能層、使能層組成。

“五面”是架構的功能視圖,展示 6G 網絡功能的劃分和組成,包括控制面、用戶面、數據面、智能面與安全面五個基本功能面。

以“三體四層五面”的總體架構為基礎,通過服務定義端到端的系統,構成全服務化架構 HSBA(Holistic Service-Based Architecture)。HSBA 設計了整個端到端系統的交互形式,包括組件、協議和連接,是基于服務化接口進行信息傳遞和業務處理,體現了整個 6G 網絡架構的系統設計方法。

以“三體四層五面”的總體架構為基礎,在組網中達到靈活智能的設計,構成分布式自治網絡架構 DAN(Distributed Autonomous Network)。組網設計展現了 6G 網絡之間的連接關系和組網形態,由功能自包含、同質化的、自閉環的微云單元 SCU(Small Cloud Unit)組成,采用集中加分布的方式部署,分布式部署的 SCU 采用至簡設計,作為靠近用戶的前臺,集中式部署的 SCU 功能相對完備,作為靠近用戶的中后臺。

“三體四層五面”的 6G 總體架構,從空間、邏輯與功能組成三個角度呈現一個跨域、跨層、多維的 6G 網絡。

▲“三體四層五面”的 6G 總體架構

“體”是架構的空間視圖,立體的描述了網絡的構成?!皩印笔羌軜嫷倪壿嬕晥D,從邏輯上描述網絡的分層架構,在實現過程中,可被一體化集成?!懊妗笔羌軜嫷墓δ芤晥D,主要是指功能類別,沿用傳統 3GPP 網絡中控制面和用戶面的“面”的概念。

6G 網絡在空間視圖上包括網絡本體、管理編排體、數字孿生體三大實體。其中管理編排體和數字孿生體是在 6G 中新定義的兩個實體。網絡本體是最重要的網絡實體,實現網絡功能和網絡運行;管理編排體對網絡進行實例化及變更操作,實現全生命周期編排管理;數字孿生體構建了網絡的數字空間,實現了虛實映射。隨著數字孿生技術的發展以及整個網絡運維越來越復雜,并考慮到網絡故障的高代價以及昂貴的試驗成本,需要在傳統物理網絡進行外部抽象映射,建立一個新的發展體系,構建全新的數字孿生體,通過虛實結合的閉環控制,來改變現有網絡規、建、維、優的既定規則,有效保障網絡運維,實時優化網絡,實現未來網絡自治。

6G 網絡邏輯層次上自下而上包含資源與算力、路由與連接、服務化功能、開放使能“四層”,拉通 6G 網絡本體的邏輯層。“四層”的設計一方面突出了 6G架構在分層要素和能力上的豐富,另一方面體現了跨域拉通、多域協同及融合發展的理念。資源與算力層的設計理念突出了“算力”資源要素,將為 6G 提供頻譜、存儲、算力、網絡進一步融合的基礎資源。路由與連接層:延續開放協議的設計理念,不斷吸收新機制和新協議(如確定性 IP、SRv6),向可編程、確定性演進。服務化功能層延續服務化的設計理念,SBA 從核心網拓展到端到端的領域,支持不同功能的有機構建。開放使能層:進一步豐富對外開放的信息和通信能力,通過提取、封裝、編排、組合,為自有業務和第三方應用提供服務。

6G 網絡功能構成方面,增強傳統控制面、用戶面功能,并引入新的數據面、智能面、安全面,共同組成“五面”。控制面進一步增強,向全服務化方向演進,實現多種接入方式的融合控制。增強用戶面,向可編程、服務化、跨域確定性方向演進,實現靈活、高性能轉發。新增數據面,解決用戶數據遷移的歷代難題,系統性地提供可信數據服務。新增智能面,通過分布式智能節點的協同提供全局AI 能力,實現智能內生。新增安全面,以“安全數據+AI”為驅動的安全感知和主動防護,零信任的安全體系,實現安全內生。

隨著數字孿生等技術的發展以及網絡運維復雜度的提升,需要在傳統物理網絡進行外部抽象映射,建立一個新的發展體系,構建全新的數字孿生體,通過管理編排體對網絡本體實現閉環控制。

網絡本體包括傳統意義上的基站、核心網、傳輸承載等物理設備。網絡本體是為用戶提供信息服務的真實的、實際運行的網絡,是架構實現的載體。在基礎資源上,引入“算力”作為新的資源要素。網絡從調度連接向

調度算力資源擴展,為 6G 新的網絡能力,如感知能力、智能內生能力提供基礎。

在提供方式上,從云化、軟件化進一步向池化發展。網絡本體逐步發展為一個可調度的、可流動的靈活的實體。一體化、池化的提供連接、計算、存儲的能力。

在服務能力上,進一步向服務化、平臺化網絡發展。6G 將深化 5G 開啟的網絡平臺能力。如,以用戶管理、連接管理、服務管理、移動性管理等基礎模塊化服務為基礎,構建面向特定場景的功能和服務能力。

管理編排體是對網絡資源、網絡能力進行智能的編排管理,實現網絡全生命周期管理的功能實體。

管理編排體的主要操作對象是網絡本體,同時也對孿生體進行編排和優化。管理編排體根據用戶的業務以及網絡本身運維運營需求,統一編排所需要的資源和功能,形成所需的能力,保證用戶的業務體驗。管理體可通過與孿生體交互,接受孿生體輸出的網絡配置參數,對物理網絡進行編排管理,從而實現網絡自動化運營,提升網絡對新業務、新場景和新需求差異化需求的適應性。

整合多方資源,端到端拉通以實現管理系統的更新換代。面向網絡資源,管理編排體需具備對頻譜、存儲、算力等相關資源的統籌和精細化管理能力。面向網絡能力,管理編排體需拉通端到端網絡的各層、各面,將連接能力、算力能力、智能能力、安全能力等編排為可對內對外提供的服務,并通過開放使能層對外提供。借助網絡智能化和自動化等技術手段實現網絡自治的閉環管理運維。

數字孿生體是物理實體對象在虛擬空間中的映射,實現網絡的低成本試錯、智能化決策、高效率創新。

對網絡本體進行部分或者全部孿生鏡像。構建一個網絡孿生體需要數據、模型、映射和交互四個關鍵要素。6G 網絡架構中所有網絡功能均可以按需構建對應的網絡功能孿生體,孿生體與真實物理網絡可實時交互數據,通過建模和映射還原真實物理網絡的運行狀態和環境,進行網絡部署前預驗證,進而提供網絡策略最優解,提升網絡決策和部署的可靠性。

通過內外閉環,助力 6G 網絡實現智能面,達成柔性網絡和智慧內生等目標。網絡運維和優化、網絡智能化應用、意圖驅動的網絡智能自治、以及網絡新技術、新業務創新等均可通過北向接口向孿生體輸入需求,并通過網絡孿生體的模型化實例進行業務的部署和驗證。通過孿生體的內生閉環,驗證網絡能力,驗證后,孿生體通過南向接口將控制更新下發至物理實體網絡。

資源與算力層是 6G 網絡的物理資源,包括頻譜、存儲、算力、網絡等基礎資源。4G 完成核心網軟硬件解耦,5G 核心網完成云化、并向無線云化擴展。以之為基礎,6G 網絡向以算力網絡為典型特征的一體化網絡演進。6G 網絡跨域設計、分布式的設計思路,要求無線和網絡架構融合,資源共享。因此,6G 網絡將聚合端、邊、網、云的物理資源,以算力為核心,實現網絡、算力和存儲的深度融合,實現信息通信資源的智能調度和優化利用,為上層服務提供物理資源。

路由與連接層將 6G 網絡中的物理節點連接成網,實現狀態的感知、確定性的轉發、靈活的服務化調用。

對下實現物理連接。路由與連接層根據時間、空間等要素,通過靜態、動態連接等多種方式,將資源與算力層的各種物理節點連通,組成有機網絡。并動態的感知節點狀態、鏈路狀態,實時調整網絡連接,實現網絡的路徑最優和實時可達。

對上構建邏輯連接。路由與連接層為服務化功能層的各實體之間提供安全、具備 QoS 保障的邏輯連接,實時感知功能層的工作狀態和負荷情況,接收并解析功能層的微服務消息、數據報文,并實現高效路由、無狀態傳輸、確定性轉發。構建高效、智能、安全、可靠的連接基座。根據至簡設計的原則,路由與連接層具體設計時,可以采用通用、統一的接口協議。

6G 系統架構中的服務化功能層有很多網絡的核心環節和能力需要增加并單獨考慮,因此在增強傳統控制面、用戶面基礎上,增加獨立的數據面、智能面、安全面,實現智慧內生、安全內生。

二、全服務化的系統架構(HSBA)

全服務化架構 HSBA(Holistic Service-Based Architecture)的提法來源于中國移動發表在中國通信的 6G 架構論文。

全服務化架構是“三體四層五面”6G 總體架構的核心基石,是服務化功能層中各個功能面的基本設計。服務化功能層中的各個面之間,以及每一面內部的各個網絡功能都統一在服務化架構下,采用模塊化、服務化設計,都采用統一的服務框架技術進行服務的自組織,并通過服務化接口交互。

全服務化架構是服務化架構在多個領域的拓展,接入網服務化和核心網用戶面服務化是全服務化架構的有機組成。服務化功能層中的控制面基于傳統控制面的功能進一步增強,天然支持服務化。數據面、智能面和安全面是新定義的,這些面以信令處理為主,隨著這些面的功能逐步明確,將原生采用模塊化、服務化設計?;驹O備功能包含信令控制,數據處理,以及智能化的 QoS 調度等能力,雖然物理形態上表現為單一的基站設備,但是邏輯上可以由五面或者五面中的部分面來實現。將無線網絡重構為功能更細粒度的服務化 RAN,采用和核心網統一的服務化框架,將為端到端網絡流程帶來新的交互方式。目前,核心網用戶面是核心網服務化的孤島,和控制面之間依然采用傳統的定制化接口,制約了網絡的敏捷發展。因此,6G 階段有必要實現用戶面的模塊化、服務化。

全服務化架構是服務化架構的進一步深化,從服務框架、服務接口、原子服務等方面增強,適應網絡的分布式組織、服務的智能化調度、行業專網的靈活化部署。服務化框架技術已經實現了網絡功能和服務的自動化管理,但是在未來網絡中,隨著網絡規模增大、行業網絡個性化需求的增長,6G 網絡呈現集中加分布的組合部署形式。因此,服務化框架技術有必要進一步深入,一方面支持分布式網絡功能和服務的自動注冊、發現和調用,另一方面支持分布式網絡的自動化管理,即分布式的網絡和其中的網絡功能及服務能自動化地被其他網絡節點找到。服務化接口進一步升級,實現更加靈活可靠的服務調用。服務將進一步解耦,根據場景智能化地實現服務的最佳調用,構成最滿足客戶需求的至簡網絡,甚至為用戶提供更加輕量級的函數級服務。

總結來看,HSBA 架構所實現的全服務化在廣度和深度方面有進一步發展:

(1)從廣度上來講,HSBA 將在全系統、全網元范圍內實現服務化設計,統一采用服務化接口。

(2)從深度上來講,HSBA 將更加深入地貫徹服務化設計理念,優化服務設計、進一步消除原子服務之間的耦合性。

(3)引入新的協議及服務化技術的增強,如引入 HTTP/3、無服務器機制、函數服務等更多的服務化技術。

▲HSBA 架構示意圖

自 5G 控制面引入服務化架構以來,歷經 3 個 Release 的迭代,已經在核心網控制面、計費系統中實現了服務化。服務化架構所帶來的優勢正在逐步展現。

用戶面的服務化有助于實現 6G 網絡的全云化部署。用戶面作為移動網絡數據處理的主要功能,需要加強對服務設計的支持,包括定義用戶面的典型服務、支持基于服務的接口來代替目前使用包轉發控制協議接口。

用戶面的服務可以設計為數據處理及轉發服務、PDU 會話隧道管理服務、策略控制服務、會話錨點服務、安全管理服務、能力開放服務以及定制化服務。

數據處理及轉發服務對用戶上下行業務數據進行轉發、丟棄以及緩存。PDU會話隧道管理服務實現數據封裝與解封裝;隧道建立與釋放。策略控制服務支持管理編排體的預定義規則;支持控制面的動態策略配置,例如服務質量保障策略、業務數據轉發規則。會話錨點服務提供數據接入;支持單會話內的多個錨點。安全管理服務提供用戶數據的隱私保護;接入設備安全監控;接入地址安全性驗證;接口安全監測。能力開放服務開放會話和節點信息;向智能面開放所需的用戶業務與行為數據;向管理編排體開放節點信息;向垂直行業開放用戶與節點信息。

目前基站的最小粒度為集中單元(Centralized Unit,CU)或分布單元(Distributed Unit,DU),顆粒度較大,依然不能滿足特定新功能快速上線、靈活部署的需求;從接口角度,基站內部、基站之間、基站與核心網之間依然使用點對點專用接口互連,每當基站或相關核心網網絡功能發生改變時,都需要在相關接口上進行調整,標準化工作量大、運維管理復雜度高。為了敏捷響應未來更加多樣化的業務功能需求、服務質量(Quality of Service,QoS)需求、管理策略需求、部署需求、開放需求,使網絡具備更強的前向兼容性,下一代無線接入網需要從服務能力角度著手發力,將無線網絡控制面功能與用戶面功能深度解耦,并重構為功能更細粒度的服務化 RAN。

RAN 的控制面功能通過服務化重構為多個服務,大致可以包括如下幾種類型:無線承載管理服務、連接與移動性管理服務、本地定位服務、多播廣播服務、數據采集服務、信令傳輸服務、接入網開放服務等。RAN 控制面服務化可以與核心網的服務直接互訪,減少網絡中不必要的連接與移動性管理功能轉發。此外,RAN的控制面服務與其他服務(包括核心網服務、其他 RAN 控制面服務)之間的交互可從串行交互轉為多方并行交互,由此可優化控制面流程。

RAN 的用戶面功能通過服務化重構為多個 RAN 用戶面服務,并在需要時按需靈活組合,以更好滿足多種業務需求。本質上,用戶面服務化旨在突破傳統分層協議設計理念,使功能與功能之間的調用關系不再受限于上下層協議關系,功能模塊之間可以靈活調用。

5G 網絡開啟了電信網絡向服務化演進的大門,但作為引入服務化架構的第一個代際系統,5G 服務化設計還存在原子服務解耦不徹底的問題,一些新興的服務化技術也尚未引入 5G 網絡。因此,全服務化架構還需要進一步消除原子服務間的耦合關系,吸納更多的服務化技術,從服務框架、服務接口、原子服務等方面增強,充分發揮服務化技術優勢。

服務框架朝著更加分布式的方向演進,并優化服務的解耦設計。將網絡的業務處理和通用的通信功能解耦,并進一步將通信功能獨立,作為服務框架的一部分。從而在海量服務、復雜的架構和網絡中建立穩定的通信機制。新功能引入時,只需關注功能本身,而無需提供服務的通信等基礎能力,大大降低了新功能引入門檻。獨立的服務化框架,在 5G 服務化框架支持網絡功能和服務自動化管理的基礎上,進一步地擴展支持網絡級的自動化管理。服務化框架的代理可以分布在不同的分布式網絡中,通過框架之間的協同來支持網絡的分布式部署。

服務接口朝著更加靈活開放、高效可靠的方向發展。QUIC 等協議日臻成熟,QUIC 協議在保障網絡可靠性的同時,有效降低了連接建立的時間,多路復用可實現無隊頭阻塞,同時 QUIC 協議改進了 TCP 的擁塞控制機制。6G 網絡演進過程中也需要積極吸取新型的 IT 協議,控制面及用戶面協議設計朝著下一代互聯網協議演進。

原子服務進一步解耦重構,支持更加靈活的組合及更加輕量級的調用。通過將原子服務的進一步解耦重構,并引入函數服務技術(Serverless),充分利用其免運維、高可用、彈性伸縮、按需付費等優勢,對 6G 服務化架構進行函數劃分,通過 Serverless 服務分類處理,可以真正做到部署應用時無需考慮基礎設施建設,實現自動化構建、一鍵式部署和啟動服務。

三、分布式自治的網絡架構(DAN)

6G 網絡分布式部署將成為必然。為應對 6G 時代大規模連接、超低時延通信、多樣化定制需求,網絡需引入分布式部署機制。

大規模連接導致基站規模增加,亟需高效管理。預計 6G 時代流量密度將比5G 提升 10-1000 倍(5G 的流量密度為 10Mbps/m2),連接密度將達到 0.1-1 億設備/km3。6G 時代預計將采用更高帶寬頻譜承載 6G 業務,通信基站將“致密化”,預測將達到千萬量級。如何管理終端的大規模連接,以及大規模的基站和小基站成為 6G 網絡架構設計考慮的關鍵問題。

超低時延通信需求。沉浸式交互、車聯網業務越發成熟,此類業務為實現高實時的業務體驗,需求網絡具備更低時延、更快響應的服務能力。網絡必須部署在靠近用戶端,支持控制設備本地化部署(如機械臂,智能小車,定位服務等)。

數據本地化的需求。出于安全和隱私的考慮,企業用戶對自身的生產、經營數據的隱私和保密性要求很高,有強烈的數據不出廠需求。這就要求網絡不僅實現數據的本地傳輸、分析,還要實現控制信令的本地傳輸處理。

網絡自治是指 6G 網絡具備自組織、自管理、自優化的能力。自組織實現網絡能力的靈活部署、動態的連接、高效的互通、即插即用。與 5G 及之前的網絡需依靠提前規劃、固定配置、組網部署時間過長相比,6G 面向未來的分布式部署,需支持網絡連接動態建立、動態調優,因此可考慮引入通用的、可快速互通的 IP 化協議。

分布式部署帶來的管理復雜性,需要依靠網絡自管理解決。相比較于集中式網絡架構,網絡節點分布式部署(千或萬量級)、邊緣化的對等節點間快速交互導致網絡管理復雜度倍增,需引入網絡自治解決。6G 網絡控制面功能如移動性管理、會話管理、數據存儲等核心能力需分布式下沉部署,并在網絡邊緣對控制信息進行合理處理和響應。為支持能力的按需下沉,其相關的網絡資源和網絡連接也需要配套下沉部署。

管理多樣化網絡功能和適配多樣化場景,需要引入網絡自優化能力。為適配千行百業定制化要求而衍生出的多樣化定制化功能/服務,將在 6G 網絡大規模出現。對多樣化服務進行按需設計、快速上線、版本管理、全生命周期調度將極其復雜。隨著衛星通信的引入以及各類呈指數式增長的用戶終端和 IoT 設備出現,各種樣式終端的管理與組織也變得愈加困難。

分布式和網絡自治是從網絡維度對 6G 設計進行考慮,自包含是從網絡單元能力進行考慮。6G 分布式節點需支持自包含,具備完整的功能、資源、連接能力,可獨立完成閉環網絡流程處理。要求分布式節點具備完整的系統框架,即支持控制面信息處理、用戶面業務處理、用戶數據、安全防護、網絡自管理自優化等。

基于上述分布式、自治、自包含的設計理念,本白皮書提出6G 組網設計,即:分布式自治網絡 DAN(Distributed Autonomous Network)架構。DAN 網絡架構由分布式微云單元 SCU(Small Cloud Unit)及其相關協議組成。SCU 為構成 DAN 架構的最關鍵模塊單元,可支持在網絡中分布式部署,具備自包含和自治能力。

▲6G 分布式自治網絡架構(DAN)

模塊設計:引入可靈活部署、即插即用、資源自足的分布式微云單元 SCU。SCU 包含以下技術特征:

一致性組織框架,均包含第三章所述“四層五面”能力,服務化功能層按照 HSBA 架構進行組織和通信,具備本地化完成數據和信令處理的能力,實現網絡高效響應。

按需定制化,其基礎設施規格、連接協議、服務化能力、開放能力均可以按場景需求進行定制化設計。在網絡中按需建立,SCU 之間可快速便捷組網。

具備自治能力,可以實現無人管理,自主運行,自動感知環境變化,實時網絡調整,從而滿足差異化多樣化的業務需求。

協議設計:引入通用傳輸協議,支持連接自動化,支持多 SCU 間靈活連接、按需互通。實現 SCU 即插即用、快速部署,支持與其他 SCU 之間靈活通信,SCU 對外的網絡接口支持通用傳輸協議。在 2G 到 5G 移動網絡中,控制面和用戶面使用多種協議進行交互,使得網絡復雜,協議維護難度高。因此,在 6G 網絡的設計中,盡可能引入統一的控制面和用戶面協議。對于用戶面協議,可考慮與承載網協議融合的用戶面協議如 SRv6,通過源路由概念設計,不再需要端到端隧道,網絡可以方便地控制和調整數據包的轉發路徑。

分布式微云單元 SCU 為構成 DAN 網絡的基本單元。其具體設計如下圖所示,包括“四層”能力和“五面”功能。

▲SCU 結構圖

SCU 開放使能層,提供對外開放接口支持第三方需求定制。主要包括三方面能力:對外進行網絡信息開放,開放網絡定制化能力,對網絡功能定制化;也可以開放網絡的算力資源、智能化處理能力等。

SCU 服務化功能層,包括分布式的“五面”:分布式控制面,基于統一的平臺化、分布化的服務框架。基于 NRF 的網絡功能/服務的自動化注冊、發現、授權的服務框架進一步擴展。

分布式用戶面,可實現數據本地快速處理。目前 5G 網絡的 UPF 已實現分布式部署,在區縣、地市和大區均可進行數據轉發和處理。面向未來 6G 網絡,用戶面能力將進一步支持服務化接口,實現處理能力的按需加載和刪除。

分布式數據面,基于分布式數據庫等技術,對不同類別的數據進行按需分布式管理,安全就近訪問。對于 SCU 中的用戶上下文數據、模型數據等,通過DHT(Distributed Hash Table,分布式哈希表)分布式存儲在相鄰 SCU 單元中。

分布式智能面,基于聯邦學習、多智體決策等技術,實現智能的并行計算、分布式智能協同。由微云單元構成的微型網絡,具備自主運行、自我管理的能力,可以獨立打包、獨立部署、獨立升級、獨立縮擴容、故障管理,局域自治。

分布式安全面,保障 SCU 單元的信息安全、訪問安全,防攻擊。SCU 按需部署在網絡邊緣,遠離網絡傳統的核心控制域,帶來較大的安全風險。通過分布式安全面來保障 SCU 單元的信息安全、訪問安全,并抵擋外界的攻擊。

SCU 路由與連接層能力,實現 SCU 之間的信息路由和規劃。SCU 之間基于簡單的、通用的傳輸層協議(如 SRv6)實現按需、快速、動態的路徑建立,支持分布式 SCU 的按需、實時交互。

SCU 資源與算力層能力,可提供一個 SCU 完整運行的算力和存儲資源。

在多樣化場景需求下,SCU 的各層能力和各面功能均可以定制化設計。統一的邏輯架構大大減少了網絡設計和部署的復雜性,支持 6G SCU 單元可按需部署、快速生成、網絡連接快速構建。

SCU 之間的能力差異由業務需求決定。在通常情況下,SCU 將具備普通的設備規格和網絡能力。在特定的情況下,部分 SCU 單元需具備更高的可靠性、穩定性和處理并發大流量能力,對硬件規格、軟件設計、算力資源均有較高要求。

SCU 支持跨域設計(如空天和地面、移動網和承載網)、能夠靈活定制。以衛星接入為例,網絡拓撲變化快,傳輸時延大,導致現有接入與移動性管理策略無法滿足網絡需求。需設計高效的移動性管理方案,多接入、多連接的高效協同會話管理機制,才能夠滿足衛星接入用戶體驗。

SCU 有以下兩種潛在部署形態。6G 網絡將通過分布式協同的方式進行靈活組網。SCU 在網絡邊緣部署時,還可適配不同的無線接入網能力,如 SCU 可承載無線集中單元(Central Unite)。

SCU 只包含核心網能力。此組網形式下,SCU 包含核心網能力、路由控制能力和資源層,可與本地基站快速對接。

SCU 融合接入網控制能力。在無線云化的基礎上,CU 功能可按需部署在 SCU單元中,使用統一的資源層和路由控制層進行接入網控制。SCU 的組網形式可包括環形組網、星型組網以及混合組網模式。其中環形組網主要依靠邊緣的 SCU 與其附近的邊緣 SCU 組成網絡;星型組網由一個中心 SCU節點和其關聯的邊緣 SCU 組成,邊緣 SCU 受中心 SCU 的控制;混合組網是指環形組網和星型組網共存的組網形態。

智東西認為,體系架構的創新關系到網絡總體發展,是 6G 網絡最核心的創新之一。新需求、新場景和新技術的出現,賦予了 6G 網絡架構在傳統連接和轉發之外的計算、感知、智能、安全等多維能力需求,也為 6G 網絡架構的創新帶來了新的驅動力,產業界各方需要進一步重視系統架構對技術方向的引領作用,抓住其技術變革的本質,與運營商一起共同實現 6G 網絡架構的快速迭代與更新。

關鍵詞: 設計理念 的基礎上 中國移動

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