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文檔簡介
6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書2022目 錄前言/46G/6/6三、 6G總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展望/9(二)IP三、 6G總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展望/9(一) 求/9(二) 6G望/9四、 6G四、 6G網(wǎng)絡(luò)潛在技術(shù)和關(guān)鍵能力/11(一)潛在架構(gòu)類技術(shù)/11(二)潛在能力類技術(shù)/20五、 總結(jié)及展望五、 總結(jié)及展望/28縮略語簡表/29前 言全球業(yè)界已開啟了下一代移動通信技術(shù)(6G)的研究探索。移動通信網(wǎng)絡(luò)是一個復雜的系統(tǒng),而網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是這個復雜系統(tǒng)的基座,決定整個系統(tǒng)的效率和能力。本白皮書重點關(guān)注端到端的總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組織,包括接入網(wǎng)及核心網(wǎng)。其中,核心網(wǎng)是系統(tǒng)中的核心樞紐和中控大腦,肩負著移動通信網(wǎng)絡(luò)中承上啟下、融匯貫通的作用,承載著應(yīng)用業(yè)務(wù)發(fā)展和繁榮的重任。遍布各地的接入網(wǎng)將所有的單體用戶接入到通信網(wǎng)絡(luò)中,再由核心網(wǎng)進行統(tǒng)一和集中的認證、管控與調(diào)度,并控制與用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和信息的傳遞,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連接和業(yè)務(wù)的訪問。新場景和新技術(shù)的出現(xiàn),賦予了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)傳統(tǒng)連接之外的計算、感知、智能、安全等多維能力的內(nèi)在需求,使得未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計任重而道遠?;诖?,本白皮書承接IMT-2030推進組的《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》白皮書,并從愿景和驅(qū)動力出發(fā),對未來6G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)進行了展望。46G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書一、6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景一、6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景6G網(wǎng)絡(luò)將成為智慧內(nèi)生、泛在連接、多維融合的基座,是未來經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。5G在全球范圍的逐漸普及和規(guī)模部署,實現(xiàn)了公眾用戶通信能力和服務(wù)質(zhì)量的跨越式提升,有力促進了垂直行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。與此同時,空天通信、人工智能、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)正飛速發(fā)展,與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合日趨緊密,正推動人類從信息時代走向智能時代,從平面時代走向立體時代。作為使能“萬物智聯(lián),數(shù)字孿生”6G總體愿景的基礎(chǔ)支撐,6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)遵循兼容和創(chuàng)新并算網(wǎng)一體等四大特征。智慧內(nèi)生:6GAI智慧內(nèi)生。對內(nèi)能夠利用智能來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能,增強用戶體驗,自動化網(wǎng)絡(luò)運營,即AI對外能夠抽取和封裝網(wǎng)絡(luò)智能,為各行各業(yè)用戶提AI結(jié)合的通信和計算服務(wù),即網(wǎng)絡(luò)賦能AIAIDOICT智能連接、智能發(fā)現(xiàn)、智能服務(wù)、智能管理和智能編排,奠定萬物智聯(lián)的基礎(chǔ)。6G安全內(nèi)生。通過6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置基礎(chǔ)安全能力,提供采集、管控、隔離等能力。基于分布式技術(shù),實現(xiàn)去中心化的安全可信機制,構(gòu)筑安全可信的6G信系統(tǒng)的安全自治能力,建設(shè)可度量、可演進的安全內(nèi)生防護體系。多域融合:空天地等多種接入域,移動網(wǎng)、家庭網(wǎng)、體域網(wǎng)多種網(wǎng)絡(luò)域深度融合,實現(xiàn)泛在連接下的連續(xù)通信。高/中/低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、空基平臺網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)深度融合,實現(xiàn)人聯(lián)與物聯(lián)、無線與有線、廣域和近域、空天和地面等的智能全連接,采用空天地一體化協(xié)議體系,實現(xiàn)不同地域、不同
用途、不同行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的跨界融合,構(gòu)筑泛在連接的網(wǎng)絡(luò)基座,為用戶提供全時全域無縫覆蓋的高可靠通信服務(wù)。移動網(wǎng)、家庭網(wǎng)、體域網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)域共同形成完整的6G網(wǎng)絡(luò),多個網(wǎng)絡(luò)域之間打破原有的固定邊界,形成連接與融合,通過多網(wǎng)絡(luò)域下的終端識別、服務(wù)連續(xù)性保障、終端信息共享、端到端服務(wù)質(zhì)量保障等,為用戶提供無感知的網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)傳輸及切換體驗。實現(xiàn)實時準確的算力發(fā)現(xiàn)、靈活動態(tài)的計算和連接服務(wù)的調(diào)度,提供無處不在的計算和服務(wù),實現(xiàn)算力資源的合理分配和用戶無感知,賦能一致化用戶體驗,提高網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源利用效率。二、驅(qū)動力二、驅(qū)動力6G6G新需求和設(shè)計原則的根本性轉(zhuǎn)變,又需要考慮與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容性,以及業(yè)務(wù)的繼承性。因此,本節(jié)結(jié)合業(yè)務(wù)驅(qū)動、DOITIP驅(qū)動等因素,詳細闡述6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進的驅(qū)動力如下:(一)場景驅(qū)動業(yè)務(wù)的發(fā)展與社會的發(fā)展息息相關(guān)。6G時代XR、全息通信、感官互聯(lián)、智能交互、通信感知、智慧內(nèi)生、數(shù)字孿生、全域覆蓋等新業(yè)務(wù)新需求不斷涌現(xiàn)。本節(jié)梳理并歸類了《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》中的主要業(yè)務(wù)場景,并提煉出業(yè)務(wù)的三大共同特征,以闡述對6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)的影響:沉浸化。XR技術(shù)中的內(nèi)容上云、渲染上云、空間計算上云等將顯著降低XR計算負荷和能耗,隨著終端能力變得更輕便、更沉XR技術(shù)將進入全面沉浸化時代。同時隨著無線網(wǎng)絡(luò)能力、高分辨率渲染及終端顯示設(shè)備的不斷發(fā)展,未來的全息信息傳遞將通過自然逼真的視覺還原,實現(xiàn)人、物及其周邊環(huán)境的三維動態(tài)交互,極大滿足人類對于人與人、人與物、人與XR將廣泛應(yīng)用于文化娛樂、醫(yī)療健康、教育、社會生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域,使人們不受時間、空間的限制,打體驗。上述業(yè)務(wù)需要在相對確定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,并AI智能化。情感交互和腦機交互(腦機接口)66G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
等全新研究方向已取得突破性進展并得以應(yīng)用,覆蓋各行各業(yè)的各種傳感器的大量應(yīng)用,加速了通信6G識別、成像等感知功能。此外越來越多的個人和家用設(shè)備、無人駕駛車輛、智能機器人等都將成為新型智能終端。情感思維的互通和互動中,智能體產(chǎn)/以及其所探測的信息,6G自維護,以及大量智能終端的廣泛使用,都需要大量的數(shù)據(jù)完成自練習、自學習,上述業(yè)務(wù)要求6G網(wǎng)絡(luò)支持對超大數(shù)據(jù)量的智能處理。此外,智能駕駛等業(yè)務(wù)還對時延有嚴格的要求。全域化。當前的通信以地面為主,但是地面環(huán)境復雜,比如高山、海洋、甚至偏遠無人區(qū)等,這些區(qū)域的建網(wǎng)成本高昂,運營商難以承受。從抗災(zāi)救援、科學考察、遠洋貨輪的寬帶接入等角度出發(fā),以及隨著無人機、飛機等空中設(shè)備的增多,人們對通信的全域化訴求越來越強烈,6G時代這一通信愿景需要得到網(wǎng)絡(luò)的充分支持。因此除了地面網(wǎng)絡(luò),還需要高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、中低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、高空平臺、無人機等在內(nèi)的空天網(wǎng)絡(luò)的相互融合,構(gòu)建起全球廣域覆蓋的空天地一體化三維立體網(wǎng)絡(luò),為用戶提供無盲區(qū)的寬帶移動通信服務(wù),這對6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。(二)DOICT融合的技術(shù)驅(qū)動TTTT(DIT)的全融合將共同驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)變革和能力升級,助力全社會全領(lǐng)域的數(shù)字化智能化發(fā)技術(shù)的重要呈現(xiàn),移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)充分ITNFV、容器、SDNAPI能力開放等技術(shù)在系統(tǒng)中獲得充分應(yīng)用。面向未來將有更多的來自生產(chǎn)運營的需求,并通過OT技術(shù)(OperationalTechnology)為移動網(wǎng)絡(luò)帶來新的基因。確定性和實時性,并成為工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要推數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展基礎(chǔ)是海量連接、數(shù)據(jù)采集以及建模和分析。移動網(wǎng)絡(luò)與大數(shù)據(jù)、AI、區(qū)塊鏈等技術(shù)結(jié)合,基于豐富的算法和業(yè)務(wù)特征構(gòu)建數(shù)據(jù)模型,可以實現(xiàn)更加精準可信的數(shù)據(jù)服務(wù),進一步推動網(wǎng)絡(luò)演進。AI隨著新技術(shù)的不斷突破與發(fā)展,新的應(yīng)用場景將不斷涌現(xiàn),會對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的支持能力和演進能力提出現(xiàn)實而嚴苛的需求,例如在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)種類上同時向高度定制化(復雜化)和高度簡化兩個極限方向發(fā)展。應(yīng)用于未來網(wǎng)絡(luò)中的智能技術(shù)必須具備自身演化能力和較高程度的自我優(yōu)6G網(wǎng)絡(luò)要做到智慧內(nèi)生,就不應(yīng)只I解決網(wǎng)絡(luò)自身的問題,而是對于行AI應(yīng)用也能夠提供更好的架構(gòu)支持。因此,在未來架構(gòu)中,需要定義架構(gòu)級的內(nèi)A,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自治、自演進、自優(yōu)化,提供智能AIAI安全技術(shù)。傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)缺乏安全內(nèi)生的設(shè)計,隱私泄露、中間人攻擊、分布式拒絕服務(wù)息系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用各成體系,安全投入成本高;6G時代面臨量子計算機攻擊威脅,傳統(tǒng)基于計算復雜度的密碼學安全,存在極大隱患。另外,AI、區(qū)塊鏈等新技術(shù)廣泛應(yīng)用本身也是雙刃劍,使用這些新6G網(wǎng)絡(luò)的一些新特性,但也可能會給網(wǎng)絡(luò)帶來更多的安全隱患。可以預見,6G面臨的安全攻擊也會更加的多樣性和智能化。因此,對于6G網(wǎng)絡(luò)安全需要考慮如何在架構(gòu)和標準維度形成共識,定義架構(gòu)級的內(nèi)生可信安全機制。
區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈是多方協(xié)作維護的分布集體維護、智能執(zhí)行等特點,可有效建立多方間協(xié)作,促進資源高效配置,可支撐數(shù)字資產(chǎn)的高效流通及解決數(shù)字安全問題。區(qū)塊鏈的本質(zhì)是信任機制的革命,解決多方間的去中心化信任問題。借助區(qū)塊鏈的不同技術(shù)特點,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)去中心化等功能實現(xiàn)提供技術(shù)使能。數(shù)字孿生技術(shù)。數(shù)字孿生綜合運用感知、計正成為構(gòu)建新一代數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的使能技術(shù)和中堅力量。6G時代,數(shù)字孿生技術(shù)將廣泛地運用于智能制造、智慧城市、人體活動管理和科學研究等領(lǐng)域,使得整個社會走向虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的“數(shù)字孿生”世界。同時,面對持續(xù)增加的業(yè)務(wù)種類、規(guī)模和復雜性,6G網(wǎng)絡(luò)本身也需利用數(shù)字孿生技術(shù)尋求超越物理網(wǎng)絡(luò)的解決方案。數(shù)字孿生不是一個單項技術(shù),它是一系列數(shù)字技術(shù)的集成融合和創(chuàng)新應(yīng)用。面向構(gòu)建“數(shù)字孿生”世界的目標,數(shù)字孿生T、T、ITT集成和融合,并促進相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。(三)IP新技術(shù)驅(qū)動IP更多樣化的接入場景,超越“盡力而為”的質(zhì)量保IPG之一。靈活化組網(wǎng)。6G網(wǎng)絡(luò)將是多網(wǎng)互聯(lián)、多場景并存的網(wǎng)絡(luò),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展給目前蜂窩網(wǎng)的基礎(chǔ)互聯(lián)互通能力帶來了新挑戰(zhàn)。在產(chǎn)業(yè)ITIT網(wǎng)絡(luò)融合,需求各異、能力各異,需要靈活適配不同的組網(wǎng)需求。作為未來通信重要的基礎(chǔ)設(shè)施,衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將為全球提供低成本互聯(lián)服務(wù),但是在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中,衛(wèi)星節(jié)點有高度的動態(tài)性,現(xiàn)有的組網(wǎng)技術(shù)難以應(yīng)對,需要定制新的路由轉(zhuǎn)發(fā)體系。因此,未來網(wǎng)絡(luò)需要通過“場景可定制”的互聯(lián)互通技術(shù),實現(xiàn)靈活、可定制信息互通。確定性組網(wǎng)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的場景中,端到端時延要求的典型值約在110移動網(wǎng)絡(luò)包含端到端(終端、無線接入、核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng))各域,傳統(tǒng)的組網(wǎng)方法無法脫離三個網(wǎng)絡(luò)域。但在極致網(wǎng)絡(luò)性能要求的前提下,未來網(wǎng)絡(luò)需BE(BestEffort)流量轉(zhuǎn)發(fā)的同時,能夠提供Critical(嚴苛)數(shù)據(jù)流的端到端的有界時延,以及極致的低丟包率,同時需要探索脫離現(xiàn)有端到端業(yè)務(wù)域拉通的新型組網(wǎng)方式,這對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)和組網(wǎng)提出了挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)編程。為了提供更好的用戶體驗和更高ITP4根據(jù)業(yè)務(wù)需求,靈活加載不同的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯。6G絡(luò)架構(gòu)中,也可以考慮探索SRv6等三層的網(wǎng)絡(luò)可編程機制,來支持靈活的流量調(diào)優(yōu)和業(yè)務(wù)編排,同時減少網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)量,簡化網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)管理編排方式多依靠人工與自動化相同時業(yè)務(wù)的時效性也對組網(wǎng)的時間周期提出了巨大的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)運維管理亟需整合多方資源,端到端拉通以實現(xiàn)管理系統(tǒng)的更新?lián)Q代。86G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書三、6G總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展望三、6G總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展望(一)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計時,需要考慮兩個堅持及四個轉(zhuǎn)變:堅持網(wǎng)絡(luò)兼容性原則。6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備強后向兼容能力,既要支持與5G、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、用戶層面的無障礙交互;又要5G6G6G具備良好的可擴展性和自生長、自演進、自優(yōu)化能力,支持基于最小服務(wù)單元進行在線、動態(tài)升級。堅持智簡設(shè)計原則。面對未來超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)接入和動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)需求,6G網(wǎng)絡(luò)的復雜度將以指數(shù)級別增長。“6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計時,需要盡量的降低網(wǎng)絡(luò)的復雜度”。可以考慮通過同態(tài)化的設(shè)計,端到端采用統(tǒng)一的設(shè)計思想,采用統(tǒng)一的接口基礎(chǔ)協(xié)議,多種接入方式采用統(tǒng)一的接入控制管理技術(shù),基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以極少類型的網(wǎng)元實現(xiàn)完整的功能等。通過智簡設(shè)計,使得6G網(wǎng)絡(luò)通信所需的協(xié)議數(shù)量和信令交互大幅減少,從而降低網(wǎng)絡(luò)的復雜度,同時使其具備韌性、安全性和可靠性的特點。6G6G絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計,力求實現(xiàn)如下四個轉(zhuǎn)變:從集中化向分布化轉(zhuǎn)變。通過去中心化的信任架構(gòu),以及控制的分布化和層次化,實現(xiàn)以用戶可靠性、高吞吐量特性的區(qū)塊鏈。滿足用戶豐富多彩的個性化需求。適應(yīng)數(shù)據(jù)的分布式特性及算力的分布式部署。從重型增量式設(shè)計向智簡一體化設(shè)計轉(zhuǎn)變。通過智簡的接入網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計、智能化的端到端內(nèi)生控制一體化機制、核心網(wǎng)絡(luò)功能同態(tài)
化以及接口協(xié)議的智簡統(tǒng)一設(shè)計,實現(xiàn)智簡一體化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),內(nèi)生智能的至強功能,從而降低網(wǎng)絡(luò)復雜度,達到輕量化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的目標。從外掛式設(shè)計向內(nèi)生設(shè)計的轉(zhuǎn)變。被動的、補丁式的、增量式的功能增強難以滿足6G向全社會、全行業(yè)、全生態(tài)的各種業(yè)務(wù)需求,反而導致網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和功能越來越復雜。通過設(shè)計算力、數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)深度融合的智慧內(nèi)生和安全內(nèi)生機制,打造多維立體全場景深度智慧接入與多網(wǎng)共生融合6G6G從地面接入向空天地海泛在接入的轉(zhuǎn)變。6G固定、移動、衛(wèi)星多種連接類型,個人、家庭、行多連接、多服務(wù)融合。(二)6G網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)展望6G網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)包括陸??仗煸趦?nèi)的全球無縫覆蓋。社會管理、經(jīng)濟生產(chǎn)、人類生活將愈發(fā)依賴高效可靠運行的網(wǎng)絡(luò)。在6G時代,甚至一個用戶可能就是一個生態(tài)場景,需要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面提供用戶為中心的業(yè)務(wù)體驗,讓用戶參與定義網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和定制化網(wǎng)絡(luò)運營的機制,滿足用戶豐富多彩的個性化需求。通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計,解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的架構(gòu)問題,同時滿足6G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)定制化需求。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組織方面,采用集中和分布協(xié)同的去中心化的分級網(wǎng)絡(luò)。隨著用戶數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量、協(xié)議數(shù)量、接口數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互連/龐大而集中的網(wǎng)絡(luò)實體存在單點故障和拒絕服務(wù)攻擊等風險。因此,可以考慮將6G網(wǎng)絡(luò)通過集中和分布協(xié)同、分布式自治的方式進行組織,一方面將更多的網(wǎng)絡(luò)功能擴展到網(wǎng)絡(luò)邊緣,另一方面將面向全局的核心功能集中,通過云網(wǎng)融合、分布式協(xié)同,支持更加復雜的業(yè)務(wù)。具有分布式、定制化特6GDDoS單點故障的風險,也可以為每一個用戶提供定制化的策略。去中心化的用戶和數(shù)據(jù)管理方式,也讓終端用戶獲得了個人數(shù)字資產(chǎn)的所有權(quán)和控制權(quán),提DaaSI,提供AIaaS網(wǎng)絡(luò)元素方面,分布式的邊緣網(wǎng)絡(luò)由同構(gòu)的微云單元根據(jù)場景按需擴展而成。6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過同態(tài)化的設(shè)計,讓基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以用極少類型的網(wǎng)元實現(xiàn)完整的功能,通信所需的協(xié)議數(shù)量和信令交互大幅減少,降低網(wǎng)絡(luò)的復雜度,同時具備韌性、安全性和可靠性的特點。分布式的同構(gòu)微云單元可根據(jù)不同應(yīng)用場景進行擴展,完成不同業(yè)務(wù)場景下的域內(nèi)自治,形成網(wǎng)中網(wǎng),滿足空天地一體化的泛在接入需求及不同垂直行業(yè)的接入需求。網(wǎng)絡(luò)的治理機制方面,采用智能自治的分布式6G自演進。自組織包含自管理、自保護、自適應(yīng)和自治愈。網(wǎng)絡(luò)通過自管理屬性動態(tài)地進行資源管理,并利用自保護屬性維持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài),基于服務(wù)要求自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變化,通過自治愈屬性使得遭遇惡意攻擊的網(wǎng)絡(luò)快速復原。自演進是指6G(服務(wù)架構(gòu)、全自動生命周期管理、信息物理系統(tǒng)與數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)),實現(xiàn)智能無線電、智能覆蓋與智部署、覆蓋、空口、天線等連接要素的靈活性和軟/轉(zhuǎn)譯驗證,智能編排實施和網(wǎng)絡(luò)感知分析,通過基AI106G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
務(wù)、域和生命周期的閉環(huán)自我設(shè)計實施和優(yōu)化演進,實現(xiàn)智能自治網(wǎng)絡(luò)。接口協(xié)議體系方面,采用智簡統(tǒng)一的協(xié)議,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)即插即用。6G網(wǎng)絡(luò)作為社會基礎(chǔ)設(shè)施需要支撐紛繁多樣的服務(wù)需求,支撐的業(yè)務(wù)或者服務(wù)內(nèi)容不僅千差萬別并且服務(wù)質(zhì)量要求越來越高,6G網(wǎng)絡(luò)需要有智簡統(tǒng)一的協(xié)議體系,以降低支撐各類業(yè)務(wù)時的邏輯約束,新的網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)可以通過即插即用的方式引入??紤]網(wǎng)絡(luò)的兼容性和持續(xù)演進,端到端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化,功能按需編排,實現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)與應(yīng)用層提供的用戶需求,網(wǎng)絡(luò)功能層按需地進行部署、參數(shù)的配置,同時按需調(diào)度與預留資源,由此在業(yè)務(wù)與應(yīng)用層實現(xiàn)服務(wù)化構(gòu)建。利用區(qū)塊鏈等新技術(shù),實現(xiàn)云、網(wǎng)、邊之間資源的按需分配和靈活調(diào)度,從而在資源層實現(xiàn)服務(wù)化構(gòu)建。基于微服務(wù)理念對無線協(xié)議功能進行重構(gòu),構(gòu)建功能更細粒度的控制面與用戶面網(wǎng)絡(luò)功能資源池。該網(wǎng)絡(luò)功能資源池中的每一個網(wǎng)絡(luò)功能都可以獨立迭代演進、彈性擴展,網(wǎng)絡(luò)功能之間也可以根據(jù)用戶需求按需組合,為用戶提供定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。此外,基于容器等云原生技術(shù),實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的自我演進、業(yè)務(wù)的快速彈性部署,在網(wǎng)絡(luò)功能層實現(xiàn)服務(wù)化構(gòu)建。圖1分布式自治的6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景四、6G網(wǎng)絡(luò)潛在技術(shù)和關(guān)鍵能力四、6G網(wǎng)絡(luò)潛在技術(shù)和關(guān)鍵能力(一)潛在架構(gòu)類技術(shù)分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù):集散共存、分布自治為了滿足多樣化場景的業(yè)務(wù)要求,6G網(wǎng)絡(luò)需要實現(xiàn)空、天、地、海立體覆蓋以及多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合共存。同時,DOICT融合發(fā)展的技術(shù),驅(qū)動通信網(wǎng)絡(luò)持續(xù)走向開放,既能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中控制,又能靈活實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備就近接入以及本地分流。隨著分布式邊緣計算以及智能終端設(shè)備大量部署,計算和存儲等資源下沉至邊緣節(jié)點,需要分布式與集中式協(xié)作的云邊融合網(wǎng)絡(luò)來支持。因此,未來6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將會是集中控制式移動通信網(wǎng)絡(luò)與開放式互聯(lián)網(wǎng)相互融合的、集散共存的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在一定程度上突破了中心化的限制,驅(qū)動了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展。包括在網(wǎng)絡(luò)成員之間共享、復制和同步數(shù)據(jù)庫的分布式賬本技術(shù),實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲的去中心化點對點傳輸?shù)男请H文件系統(tǒng)(IPS),實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的以及組合多種分布式技術(shù)的區(qū)塊鏈等技術(shù)。其中,區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其多元融合架構(gòu)賦予的去中心化、去信任化、不可篡改等技術(shù)特性,為解決傳統(tǒng)中心化服務(wù)架構(gòu)中的信任問題和安全問題提供了一種在不完全可信網(wǎng)絡(luò)中進行信息與價值傳遞交換的可信機制。因此,在網(wǎng)間協(xié)作、網(wǎng)絡(luò)安全等方面引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)思維,可以增強網(wǎng)絡(luò)擴展能力、網(wǎng)間協(xié)作能力、安全和隱私保護能力。此外,區(qū)塊鏈技術(shù)還能夠提供高性能且穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)存證服務(wù),保證數(shù)據(jù)的安全可信和透明可追溯。借鑒這些分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的思想,融合應(yīng)用于未來6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計,將能夠為構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分布式的自治,去中心化的信任錨點,實現(xiàn)分布式的認證、鑒權(quán)、訪問控制,以及為用戶簽約數(shù)據(jù)的自主
可控,符合數(shù)據(jù)保護等法規(guī)提供技術(shù)支撐,降低單點失效和DDoS6G大量多元化的節(jié)點(如宏基站、小基站、終端等)高度自治,且具有差異化的通信特征、緩存能力、計算能力以及負載狀況等,從而需要協(xié)同不同的節(jié)點,實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)資源互補和按需組網(wǎng)。但是,個人或第三方等,需要建立去中心化網(wǎng)絡(luò)安全可信協(xié)作機制。因此,基于區(qū)塊鏈技術(shù)和思想,實現(xiàn)資源安全可信共享、數(shù)據(jù)安全流通及隱私保護,成為6GDHT的方式來實現(xiàn)用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),如圖2所示,滿足用戶定制化的網(wǎng)絡(luò)功能,細粒度的個性化服務(wù),并提供去中心化的asaService)服務(wù)。用戶的簽約數(shù)據(jù)等由DHT并結(jié)合需授權(quán)的區(qū)塊鏈保護用戶的隱私,實現(xiàn)區(qū)塊圖2分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)6G網(wǎng)絡(luò)中需要利用分布式人工智能、區(qū)塊鏈、SDN、NFV等技術(shù)建立可按需調(diào)整、可彈性伸縮、安全可信、具有自組織、自演進能力的分布式網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)多接入網(wǎng)絡(luò)、海量終端、多樣安全性等性能。并使得6G網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字孿生和聯(lián)邦6G網(wǎng)絡(luò)的智慧內(nèi)生和安全內(nèi)生??仗斓匾惑w化組網(wǎng):泛在連接、多網(wǎng)融合6G(高軌//、空基(//)等網(wǎng)絡(luò)將與地基(/WiFi/)網(wǎng)絡(luò)深度融合,組成一張空天地一體化網(wǎng)絡(luò),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人口常駐區(qū)域的常態(tài)化覆蓋,而且能夠?qū)崿F(xiàn)偏遠地區(qū)、海上、空中和海外的廣域立體覆蓋,滿足地表及立體空間的全域、全天候的泛在覆蓋需求,實現(xiàn)用戶隨時隨地按需接入。此外,天基、空基和地基接入,在不同環(huán)境和業(yè)務(wù)場景下各具優(yōu)勢,空天地一體化融合網(wǎng)絡(luò)可以綜合利用固網(wǎng)資源與衛(wèi)星資源,并發(fā)揮其優(yōu)勢來擴展移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,同時通過天基、空基和地基多接入的融合,提供更快的速率、更好的服務(wù)質(zhì)連續(xù)的通信服務(wù)??仗斓匾惑w化的6G網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)人聯(lián)與物聯(lián)、
連接,為用戶提供泛在通信服務(wù),不僅可以在全球?qū)崿F(xiàn)寬帶和物聯(lián)網(wǎng)通信,還可以將增強定位導航、實時地球觀測等新能力集成到6G系統(tǒng)中。未來,用戶無論是步行、乘車、乘機,甚至當部分通信基礎(chǔ)設(shè)施因災(zāi)害而受損后,都可以通過同一部終端接入6G網(wǎng)絡(luò),并獲得連續(xù)的高質(zhì)量的服務(wù)體驗??仗斓匾惑w化網(wǎng)絡(luò)不是衛(wèi)星、飛行器與地面網(wǎng)絡(luò)的簡單互聯(lián),而是在系統(tǒng)層面實現(xiàn)地面與非地面網(wǎng)絡(luò)的全面一體化,在體制、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、終端等方面實現(xiàn)深度融合。目前業(yè)界針對空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的研究及標準化已經(jīng)展開,例如,IT-R衛(wèi)星融合標準研究,提出了核心網(wǎng)上星架構(gòu)、多接入融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及業(yè)務(wù)連續(xù)性技術(shù);3GPPNTNSAT_ARCH5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星結(jié)合,提出了透明彎管和再生兩類網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)。產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界積極推進空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及關(guān)鍵使能技術(shù)研究和驗證。當前,空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的研究還處于起路由交換、網(wǎng)絡(luò)管理的天地融合設(shè)計與研究,實現(xiàn)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的分階段、有序推進和部署。具體而言,空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的研究需要在以下方面無線與有線、廣域和近域、空天和地面等的智能全
重點展開:
當前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)126G
圖3空天地一體化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在廣域分布、通信能力受限和拓撲高動態(tài)變化網(wǎng)絡(luò)部署成本高等問題。首先,網(wǎng)絡(luò)連接受到天基、空基網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化的影響,需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和用戶需求進行靈活有效的架構(gòu)設(shè)計,可考慮引入服分布式地部署在不同地理位置的多個節(jié)點,從而實現(xiàn)空天地網(wǎng)絡(luò)的高效協(xié)同。最后,需要考慮多種地面網(wǎng)絡(luò)和非地面網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)體制、接口協(xié)議層面的融合和簡化,解決系統(tǒng)復雜度問題。移動性/會話管理與動態(tài)路由技術(shù)。移動性管理和會話管理是空天地一體化網(wǎng)絡(luò)為用戶提供連續(xù)通信服務(wù)的基礎(chǔ)。一體化移動性管理需要考慮空天網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化、傳輸時延大,星地、星間、空基鏈路魯棒性差等問題,融合多領(lǐng)域的移動性技術(shù),增強通信服務(wù)的連續(xù)性。例如,基于星歷信息GNSS//同時,大規(guī)模動態(tài)路由技術(shù)以及高效網(wǎng)絡(luò)資源管理有助于帶寬、時延等用戶服務(wù)質(zhì)量的提升。質(zhì)量可預測的服務(wù)保障?;诘蛙壭l(wèi)星、空
基平臺等非地面網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量,但其本身面臨著鏈路時延抖動大、用/變化等一系列不利于服務(wù)質(zhì)量保障的因素。因此,在實際應(yīng)用中,面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量保障,實現(xiàn)確定性服務(wù)質(zhì)量保障存在很大難度,可行的是通過引入時延探測、時延預測、資源調(diào)度等技術(shù)方案,以及星歷、GNSS定位等輔助手段,實現(xiàn)帶寬、時延等質(zhì)量可預測的服務(wù)保障,為用戶提供可預期的可靠通信服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)智慧內(nèi)生:AIAI6G網(wǎng)絡(luò)需要滿足未來2B/2C等智慧內(nèi)生的基本訴求,相比于之前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計存在幾個方面的范式轉(zhuǎn)變:從云化到分布式網(wǎng)絡(luò)智能的轉(zhuǎn)變。由于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)和算力的分布特性,要求6G構(gòu)建開放融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),實現(xiàn)從傳統(tǒng)的CloudAIAI對上行傳輸性能加強關(guān)注的轉(zhuǎn)變。和之前網(wǎng)絡(luò)以下行傳輸為核心不同,智能服務(wù)將帶來基站與用戶之間更為頻繁數(shù)據(jù)傳輸,需要重點考慮上行通信的場景需求以更有效地支撐分布式機器學習運用。數(shù)據(jù)處理從核心到邊緣的轉(zhuǎn)變。未來數(shù)據(jù)本地化的隱私要求,極致時延性能,以及低碳節(jié)能等圖4NetworkAI架構(gòu)級原生AI,使能AIaaS業(yè)務(wù)要求,要將計算帶到數(shù)據(jù),支持數(shù)據(jù)在哪里,數(shù)據(jù)處理就在哪里。為了應(yīng)對這些轉(zhuǎn)變,新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及相應(yīng)的智能的融合方案,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智慧內(nèi)生,而不僅僅只是增強管道連接的性能。新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對內(nèi)能夠利用智能來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能,增強用戶體驗,自動化AI4Nt,實現(xiàn)智能連接和智能管理;AINt4I。相比于基于云的優(yōu)勢,CludA,在數(shù)據(jù)隱私、極致性能和海量數(shù)據(jù)傳輸導致的高能耗等方面都能提供更優(yōu)的解決方案。這需要思考和重塑端管云模型,使6G成為一個無處不在、分布式、智慧內(nèi)生的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),不再是一個純“管道”,這可能是6G要支持智慧內(nèi)生的網(wǎng)絡(luò),移動基礎(chǔ)設(shè)施要從單源設(shè)施,包括網(wǎng)絡(luò)、算力、存儲等。在這樣的基礎(chǔ)AIaaSNtworkAI3個基本的能力,分別為I異構(gòu)資源編排,AI流編排和AIAI終端等worker存儲等各類資源;AIAI
3AII4Ntt4AI基站和終端異常數(shù)據(jù)的收集并訓練模型,實現(xiàn)異常的自動檢測推理任務(wù),有效進行規(guī)避。要實現(xiàn)上述目標,NtworkAI關(guān)鍵特性:NetworkAIAIAI工作流的運營、管理和實施部署能力。需要發(fā)展相NtwokAI工作流進行統(tǒng)一的管理編排,相關(guān)接口也需要標準化。NtwrkAICloudAI的,需要在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上新增對大規(guī)模分布式異構(gòu)資源進行智能調(diào)度的能力。要依據(jù)智慧內(nèi)生網(wǎng)絡(luò)的特AI框架和分布式學習算法,考慮模型的計算依賴和遷移,I各節(jié)點的傳輸能力等,通過分層分布式的調(diào)度,適應(yīng)復雜環(huán)境,滿足復合目標和可擴展性,真正體現(xiàn)6GAI管理編排機制在實際應(yīng)用中可以分為集中式和分布式。分布式可以做去中心化的全分布式,也可146G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書圖5NetworkAI的網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)示例以進行分層管控。NetworkAINtwrkAI下圖所示,包含全局智能層和區(qū)域智能層:全局智能層,即內(nèi)生智能超腦,為集中的智能控制中心,具有智能中樞功能,完成全局統(tǒng)籌的中樞控制與智能調(diào)度。全局職能層與靈活快速的智能邊緣協(xié)同組成分布式、層次化控制體系,智能協(xié)同分布式網(wǎng)絡(luò)功能和泛終端智能功能,實現(xiàn)端到端的內(nèi)生智能控制。區(qū)域智能層,是部署在各種分布式網(wǎng)絡(luò)或者泛終端智能邊緣的智能功能,與智能中樞協(xié)同構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生AI體系。區(qū)域智能層通過分布式的AI網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生智能功能,為海量邊緣設(shè)備提供快速按在特定場景下,智能邊緣之間可交互實現(xiàn)分布式的智能協(xié)同。DOICT在6G時代,信息、通信和數(shù)據(jù)技術(shù)將全面深度融合,支持全場景接入,實現(xiàn)海量終端和連接的智能管控,支持根據(jù)應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行連接的智能調(diào)度。同時還需要大量的計算資源進行實時訓練和高效推理。這將導致移動通信網(wǎng)絡(luò)在提供通信相關(guān)的控制面和用戶面基礎(chǔ)上,要考慮增加獨立計算面的架構(gòu),同時對數(shù)據(jù)采集和處理有高性能要求。另外,6GAI提供的是一個低碳節(jié)能的開放生態(tài),并將持續(xù)推動周邊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。包括芯片制造、人工智能、網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備等,如納米光子芯的智能分析業(yè)務(wù)需求,需要人工智能產(chǎn)業(yè)提供訓練模型更加優(yōu)化的機器學習算法,提供可以廣泛應(yīng)用的聯(lián)邦學習、多智體學習等分布式學習算法;為了終端設(shè)備產(chǎn)業(yè)提供新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和接口,以滿足網(wǎng)絡(luò)中各層智能的數(shù)據(jù)生成和交換。
安全內(nèi)生:預測危險、抵御攻擊6GAI據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)攻擊行為和安全威提高通信安全自主自治能力,降低網(wǎng)絡(luò)安全運營成本,建設(shè)可度量、可演進的安全內(nèi)生防護體系。6G網(wǎng)絡(luò)進一步朝著資源邊緣化和網(wǎng)絡(luò)分布式演進,計算和智能下沉帶來的數(shù)據(jù)隱私和通信安全成為新的安全問題。區(qū)塊鏈特有的哈希鏈式基本架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)為6G任聯(lián)盟提供了新的技術(shù)支撐。將區(qū)塊鏈與身份認證6G多方信任管理、跨域信任傳遞、海量用戶管理等難題。隱私計算作為信息安全的核心技術(shù)之6G網(wǎng)絡(luò)提供一個時間上持續(xù)、場景上實現(xiàn)對隱私信息的全生命周期保護。針對6G網(wǎng)絡(luò)多域異構(gòu)互聯(lián)、空天地一體化接入、海量設(shè)備及用戶隨遇接入、用戶身份多元、跨域交叉認證與可信訪問等特點和應(yīng)用需求,通過輕量級接入認證技術(shù),在保證安全性的基礎(chǔ)上,簡化認證流程、壓縮安全協(xié)議,實現(xiàn)跨域的身份可信和統(tǒng)一管理。6G高效處理、按需編排等復雜的安全能力將是6G絡(luò)安全的基本要求,軟件定義安全提供的可編程、編排管理能力將為6G網(wǎng)絡(luò)提供彈性的安全防護能6G基于上述分析,6G網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)生應(yīng)具備以下特征:一是主動免疫,基于可信任技術(shù),為網(wǎng)絡(luò)基根據(jù)用戶和行業(yè)應(yīng)用的安全需求,實現(xiàn)安全能力的動態(tài)編排和彈性部署,提升網(wǎng)絡(luò)韌性;三是虛擬共生,利用數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)與虛擬孿生網(wǎng)絡(luò)安全的統(tǒng)一;四是安全泛在,通過端、邊、網(wǎng)、云的智能協(xié)同,準確感知整個網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢,敏捷處置安全風險。信任是實現(xiàn)6G與傳統(tǒng)的信任體系相比,6G網(wǎng)絡(luò)中的信任機制在多個方面得到了增強。在接入認證方面,除了傳統(tǒng)的接入認證機制外,6G網(wǎng)絡(luò)還需要面向空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的輕量級接入認證技術(shù),實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)隨時隨地無縫接入。在密碼學方面,量子密鑰、無線物理層密鑰等增強的密碼技術(shù),為6G供了更強大的安全保證。區(qū)塊鏈技術(shù)具有較強的防篡改能力和恢復能力,能夠幫助6G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建安全可信的通信環(huán)境。此外,通過可信計算技術(shù)可以實現(xiàn)網(wǎng)元的可信啟動、可信度量和遠程可信管理,使得網(wǎng)絡(luò)中的硬件、軟件功能運行持續(xù)符合預期,為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供主動免疫能力。彈性自治。6G網(wǎng)絡(luò)將是泛在化和云化的網(wǎng)絡(luò),傳統(tǒng)的安全邊界被完全打破,安全資源和安全環(huán)境面臨異構(gòu)化和多樣化的挑戰(zhàn),因此6G具備內(nèi)生彈性可伸縮框架?;A(chǔ)設(shè)施應(yīng)具備安全服務(wù)靈活拆分與組合的能力,通過軟件定義安全、虛擬化等技術(shù),構(gòu)建隨需取用、靈活高效的安全能力資源池,實現(xiàn)安全能力的按需定制、動態(tài)部署和彈性伸縮,適應(yīng)云化網(wǎng)絡(luò)的安全需求。虛擬共生。6G網(wǎng)絡(luò)將打通物理世界和虛擬世界,形成物理網(wǎng)絡(luò)與虛擬網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)中的物理實體與虛擬孿生體能
進而實現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)與虛擬孿生網(wǎng)絡(luò)安全的統(tǒng)一,提升數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)整體安全水平。此外,數(shù)字孿生技術(shù)能夠幫助物理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)低成本試錯和智能化決策,可將其應(yīng)用于安全演練、安全運維等場景,賦6G6G安全泛在。6G習和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在安全方面將得到廣泛和深度AI邊、網(wǎng)、云智能主體間的泛在交互和協(xié)同機制,準能共識決策機制完成自主優(yōu)化演進,實現(xiàn)主動縱深安全防御和安全風險自動處置。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)技術(shù):虛實結(jié)合、閉環(huán)控制數(shù)字孿生是物理實體在數(shù)字世界的實時鏡像,具備虛實融合與實時交互、迭代運行與優(yōu)化,以及全要素、全流程、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)驅(qū)動等特點,目前已6G計算等技術(shù)的不斷發(fā)展以及信息和感官的泛在化,數(shù)字孿生技術(shù)也將更廣泛地運用于人體健康、家居生活和科學研究等領(lǐng)域,使得整個社會走向虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的“數(shù)字孿生”世界。數(shù)字孿生技術(shù)在改變我們的生產(chǎn)系統(tǒng)的同時,166G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
圖66G網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)生特征也使得網(wǎng)絡(luò)本身的數(shù)字化成為可能。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和創(chuàng)新往往需要在真實的網(wǎng)絡(luò)上直接嘗試,耗時長、服務(wù)影響大。網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)研發(fā)經(jīng)歷仿真驗證實驗室驗證和試點驗證等多個階段,研發(fā)周期長,并且難以遍歷商用網(wǎng)絡(luò)中潛在的組網(wǎng)和應(yīng)用情況?;跀?shù)字孿生的理念,網(wǎng)絡(luò)將進一步向著更全面的可視、更精細的仿真和預測、更智能的控制等方向發(fā)展。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)(DTN,DigitalNetwork)是一個具有物理網(wǎng)絡(luò)實體及虛擬孿生體,且二者可進行實時交互映射的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中,各種網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用可利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)虛擬孿生體,基于數(shù)據(jù)和模型對物理網(wǎng)絡(luò)進行高效的分析、診斷、仿真和控制。同時,數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)服務(wù)作為一種新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為業(yè)界提供端到端或部分網(wǎng)絡(luò)功能的孿生服務(wù),使能移動網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新加速,以降低電信行業(yè)研發(fā)成本和縮短研發(fā)周期。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)平臺通過物理網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)實時交互數(shù)據(jù),相互影響,可以幫助實現(xiàn)更加安全、智能、高效、可視化的智慧6G網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)孿生體需要四個關(guān)鍵要素:數(shù)據(jù)、模型、映射和交互?;谒囊貥?gòu)建的網(wǎng)絡(luò)孿生體可幫助物理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)低成本試錯、智能化決策和高效率創(chuàng)新。將數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)作為6G6G網(wǎng)絡(luò)達成柔性網(wǎng)絡(luò)和智慧內(nèi)生等目標。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)計為如下圖所示的三層架構(gòu)。
第一層為物理網(wǎng)絡(luò)層。6G物理實體網(wǎng)絡(luò)中的各種網(wǎng)元通過簡潔開放的南向接口同網(wǎng)絡(luò)孿生體按需交互端到端的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)控制信息。第二層為孿生網(wǎng)絡(luò)層。孿生網(wǎng)絡(luò)層在網(wǎng)絡(luò)管控平面上構(gòu)建物理網(wǎng)絡(luò)的虛擬鏡像,是數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心,包含數(shù)據(jù)共享倉庫、服務(wù)映射模型和數(shù)字孿生體管理三個關(guān)鍵子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)共享倉庫:通過南向接口采集并存儲各種網(wǎng)絡(luò)實體的歷史數(shù)據(jù)及實時運行數(shù)據(jù),形成數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的單一事實源;并向服務(wù)映射模型子系統(tǒng)提供完備的數(shù)據(jù)以及高效的接口和服務(wù)。服務(wù)映射模型:基于數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)模型和功能模型通過實例或者實例的組合向上層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供服務(wù),最大化數(shù)字孿生服務(wù)的敏捷性和可編程性。作為數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的能力源,數(shù)據(jù)模型的種類越豐富,數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)所能提供給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的能力就越強大。網(wǎng)絡(luò)孿生體管理:完成數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的管理功能,全生命周期的記錄,可視化呈現(xiàn)和管控網(wǎng)絡(luò)孿生體的各種元素,包括拓撲管理、模型管理和安全管理。第三層為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層。利用數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò),常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)運維和優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)智能化應(yīng)用、意圖驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)智能自治、以及面向未來的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)創(chuàng)新和依托于極致網(wǎng)絡(luò)性能的新業(yè)務(wù)創(chuàng)新等均可通過北圖7數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向接口向網(wǎng)絡(luò)孿生體輸入需求,并通過網(wǎng)絡(luò)孿生體的模型化實例在孿生層進行業(yè)務(wù)的部署,充分驗證后,孿生層通過南向接口將控制更新下發(fā)至物理實體網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)可作為實現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)感知、智能控制、安全內(nèi)生,以及全生命周期自治的重要6G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界需要進一步探討數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的場景和需求,明確數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的定義和統(tǒng)一架構(gòu);同時,在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)建模、接口標準化以及支撐大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下兼容性、可靠性和安全性等關(guān)鍵方向上深入研究,逐步推進數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和應(yīng)用。算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù):網(wǎng)絡(luò)無所不達、算力無處不在在6G時代,網(wǎng)絡(luò)不再是單純的通信網(wǎng)絡(luò),而是集通信、計算、存儲為一體的信息系統(tǒng)。對內(nèi)實現(xiàn)計算內(nèi)生,對外提供計算服務(wù),重塑通信網(wǎng)絡(luò)格局。為了滿足未來網(wǎng)絡(luò)新型業(yè)務(wù)以及計算輕量化、動態(tài)化的需求,網(wǎng)絡(luò)和計算的融合已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢。在網(wǎng)絡(luò)和計算深度融合發(fā)展的大趨勢下,網(wǎng)絡(luò)演進的核心需求需要網(wǎng)絡(luò)和計算相互感知,高度協(xié)同,算力網(wǎng)絡(luò)(CFN:ComputingForce
Network)將實現(xiàn)泛在計算互聯(lián),實現(xiàn)云、網(wǎng)、邊高效協(xié)同,提高網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源利用效率,進而實現(xiàn):實時準確的算力發(fā)現(xiàn):基于網(wǎng)絡(luò)層實時感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和算力位置,無論是傳統(tǒng)的集中式云算力還是在網(wǎng)絡(luò)中分布的其他算力,算力網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合實時信息,實現(xiàn)快速的算力發(fā)現(xiàn)和路由;服務(wù)靈活動態(tài)調(diào)度:SLA通過網(wǎng)絡(luò)靈活動態(tài)調(diào)度,快速將業(yè)務(wù)流量匹配至最優(yōu)節(jié)點,讓網(wǎng)絡(luò)支持提供動態(tài)的服務(wù)來保證業(yè)務(wù)的用戶體驗。用戶體驗一致性:由于算力網(wǎng)絡(luò)可以感知無處不在的計算和服務(wù),用戶無需關(guān)心網(wǎng)絡(luò)中的計算資源的位置和部署狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)和計算協(xié)同調(diào)度保證用戶獲得一致體驗。6G時代,將會實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和計算資源的全面融合,滿足6G分布式區(qū)域自治的架構(gòu),最終實現(xiàn)計算能力通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生,網(wǎng)絡(luò)提供泛在協(xié)同的連接與計算服務(wù)。為了兼顧網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的延續(xù)性,并引入泛在計算和服務(wù)感知、互聯(lián)和協(xié)同調(diào)度等新能力,算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備算力服務(wù)功能,算力路由功能,算網(wǎng)編排管理功能,需要結(jié)合算網(wǎng)資源,即網(wǎng)絡(luò)中計算處理能力與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力的實際情況和應(yīng)用效能,實現(xiàn)各186G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
圖8算力網(wǎng)絡(luò)功能需求架構(gòu)圖算力服務(wù)功能:承載泛在計算的各類服務(wù)及應(yīng)用,以及與之相關(guān)的算力交易功能。可以將用戶包SLA點和算網(wǎng)編排管理節(jié)點,并且逐步根據(jù)算力服務(wù)的API算網(wǎng)編排管理功能:完成算力運營及算力服務(wù)編排,完成對算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理,包括對算力資源的感知、度量和OAM管理等;實現(xiàn)對終端用戶的算網(wǎng)運營,以及對網(wǎng)絡(luò)資源的管理功能。同時,也將通過合理的算網(wǎng)聯(lián)合編排服務(wù),降低計算網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動的總體能耗,實現(xiàn)綠色低碳的算網(wǎng)最優(yōu)組合。算力路由功能:主要通過網(wǎng)絡(luò)控制平面實現(xiàn)算力信息資源在網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)、分發(fā)、尋址、調(diào)配、優(yōu)化等功能。網(wǎng)絡(luò)控制可以基于抽象后的算網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn),綜合考慮網(wǎng)絡(luò)狀況和計算資源狀況,將業(yè)務(wù)靈活按需調(diào)度到不同的計算資源節(jié)點中,以便實現(xiàn)算力路由功能。此外,算網(wǎng)資源是指算力網(wǎng)絡(luò)中的統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施,包含網(wǎng)絡(luò)資源即接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng),及為網(wǎng)絡(luò)中的各個角落提供無處不在的網(wǎng)絡(luò)連接;各類異構(gòu)算力資源,狹義上包括CPU、GPU、NPU等以計算能力為主的處理器,廣義上也可以包括具備存儲能力的各類獨立存儲或分布式存儲,以及通過操作系統(tǒng)邏輯化的各種具備數(shù)據(jù)處理能力的設(shè)備。從設(shè)備層面來看,算力資源不僅包含服務(wù)器、存儲等常用的數(shù)據(jù)中心計算設(shè)備,還包括汽車、手持終端、無人機等可以提供算力的端側(cè)設(shè)備。算力網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)包括如下內(nèi)容:算力度量與建模:算力度量與建模是提供算力服務(wù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。未來,算力網(wǎng)絡(luò)中的算力提供方不再是專有的某個數(shù)據(jù)中心或計算集群,而是云邊端這種泛在化的算力。泛在算力通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起,實現(xiàn)算力的高效共享。如何準確感知這些異構(gòu)的泛在芯片的算力大小、不同芯片所適合的業(yè)是算力度量與建模研究的重點內(nèi)容。
基于算力資源感知的算力路由:在算力網(wǎng)絡(luò)中,將算力資源進行度量和建模后,通過編碼的方式加載到網(wǎng)絡(luò)控制層報文中進行信息共享。網(wǎng)絡(luò)控制層基于共享的算力資源信息進行網(wǎng)絡(luò)決策,引導業(yè)務(wù)路由到不同的算力資源池,或者通過不同算力資源池之間的協(xié)作進行業(yè)務(wù)處理,從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對算力資源的感知,以此為依據(jù)指導全網(wǎng)路由。在網(wǎng)計算:依托于可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的落地部署,在網(wǎng)計算(In-NetworkComputing,INC)可通過在網(wǎng)絡(luò)中部署算力對報文進行處理。在網(wǎng)計算可通過開放的可編程的異構(gòu)內(nèi)生資源實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)內(nèi)生算力的共享,在不改變業(yè)務(wù)原有運行模式的前提下,對數(shù)據(jù)進行就近加速處理,盡可能實現(xiàn)應(yīng)用的無縫遷移,降低應(yīng)用的響應(yīng)時延,簡化應(yīng)用的部署流程。(二)潛在能力類技術(shù)可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù):按需定制、敏捷靈活隨著通信網(wǎng)絡(luò)支持的行業(yè)場景越來越多樣化,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能也變得越來越復雜,帶來網(wǎng)絡(luò)演進6G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)通過引入端到端可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù),讓網(wǎng)絡(luò)更加智能和靈活,并且從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本身進行根本性的改進,設(shè)計更加高適應(yīng)性和靈活彈性的網(wǎng)絡(luò)。5G階段已經(jīng)開始進行了一些網(wǎng)絡(luò)可編程的探索和改進。5G核心網(wǎng)中引入SBA服務(wù)化架構(gòu),P2P(C/U)的架構(gòu)。其中控制面基于云原生的軟件設(shè)計,使得5G核心網(wǎng)的控制面網(wǎng)絡(luò)功能可以快速構(gòu)建、發(fā)布及部署,結(jié)合云計算實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能與底層硬件及操作系統(tǒng)解耦。用戶面則重點關(guān)注如何利用各種新興5G96G網(wǎng)絡(luò),可編程技術(shù)從控制面可編程向用戶面可編程演進。服務(wù)化控制面的網(wǎng)絡(luò)功能支持容器化、云原生的方式部署,采用網(wǎng)RuntmeSBA
上,通過協(xié)議無關(guān)的用戶面編程語言,網(wǎng)絡(luò)運營者還可以進一步靈活定義用戶面的分組處理邏輯。通過對用戶面諸多網(wǎng)絡(luò)功能的靈活定義和在各個可編程網(wǎng)元上的優(yōu)化編排,可以實現(xiàn)用戶面功能的服務(wù)化部署。控制面可編程和用戶面各網(wǎng)元的端到端可編程共同構(gòu)成了面向6G的深度可編程網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)??删幊叹W(wǎng)絡(luò)能夠以前所未有的敏捷性和靈活性為消費者提供創(chuàng)新的通信服務(wù);而且能夠支持業(yè)務(wù)的更快速部署,例如:提供基于云原生設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)。可編程網(wǎng)絡(luò)的重要使能因素包括基于服務(wù)化的體系結(jié)構(gòu)(SBA)、云原生實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化和微服務(wù)架構(gòu)、持續(xù)集成/持續(xù)交付(CI/CD)方法以及面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的定制可編程用戶面芯片和硬件平臺。6G時代,考慮到業(yè)務(wù)需求動態(tài)變化架構(gòu)下按需部署網(wǎng)絡(luò)功能或服務(wù)的能力,以及動態(tài)編排和按需資源調(diào)度的能力。在未來通信網(wǎng)絡(luò)引入可編程思想,對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行改進,通過承載與控制分離以及網(wǎng)絡(luò)功能軟件化,將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制平面從嵌入式節(jié)點獨立出來到軟件平臺,由軟件驅(qū)5GC/U,6G能也將采用新型可編程技術(shù)實現(xiàn)。如目前在數(shù)據(jù)中206G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
圖9可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)心網(wǎng)絡(luò)中開始大規(guī)模采用的智能網(wǎng)卡卸載技術(shù)、可DPUIT6G用戶面在滿足高帶寬、低時延轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上,進一步支持與控制面中央控制節(jié)點聯(lián)動的在網(wǎng)動態(tài)用戶面編程和升級。6G網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元將支持控制面和數(shù)據(jù)面的可編程能力,從而可以構(gòu)建靈活的可編程網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)全網(wǎng)的智能動6G網(wǎng)絡(luò)的軟件化程度和可編程能力,可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活可控制、融合可演進、以及彈性可定制的特性,從而在更短的時間內(nèi)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的開發(fā)和部署,為未來6G網(wǎng)絡(luò)的演進提供更大的發(fā)展空間。可編程網(wǎng)絡(luò)對運營商的影響包括創(chuàng)造所需的效/IT關(guān)性;開發(fā)新的商業(yè)模式,擴展現(xiàn)有業(yè)務(wù)并尋求新的商業(yè)機會?;诳删幊叹W(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以提供更廣泛的服務(wù)和更好的網(wǎng)絡(luò)性能,使得網(wǎng)絡(luò)可以更好地滿足消費者的期望。智慧城市和智能工廠等新興領(lǐng)域?qū)⑹芤嬗诟S富的通信服務(wù),應(yīng)對不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求??删幊叹W(wǎng)絡(luò)可以提供更多的服務(wù)定制和更快的響應(yīng)速度。使用可編程技術(shù),6G網(wǎng)絡(luò)可以從多個方面進行優(yōu)化:
優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的定義,減少冗余設(shè)計,統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力;分析不同的部署場景或用例,通過可編程接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的靈活定制化;將人工智能引入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)計和部署實施中,以更快速獲取網(wǎng)絡(luò)能力升級;在協(xié)議棧功能設(shè)計方面,可以考慮差異化的協(xié)議功能設(shè)計,優(yōu)化協(xié)議功能分布和接口設(shè)計,AI通信和信息感知融合網(wǎng)絡(luò):多維感知,賦能通信6G要進一步發(fā)展到支撐感知萬物的需求,從而實現(xiàn)萬物智聯(lián)。通信和信息感知融合網(wǎng)絡(luò)具備在盡可能不影響通信功能的前提下,使用通信技術(shù)本身的可用以感知探測的能力,實現(xiàn)對目標、環(huán)境或者內(nèi)容的智能自適應(yīng)的感知,助力網(wǎng)絡(luò)通信性能的提升或賦予通信系統(tǒng)新的能力。因此,通信和信息感知融合使得通信網(wǎng)絡(luò)不僅是提供信息傳輸和交互的載體,更讓通信網(wǎng)絡(luò)本身成為一種能夠產(chǎn)出有價值信息的環(huán)境和目標感知。新的頻段和大規(guī)模天線的進一步演進為無線通信感知深度融合提供了可圖10通信和信息感知融合網(wǎng)絡(luò)能,利用無線通信信號接收和處理反射實現(xiàn)完成物理環(huán)境的探測、目標定位和跟蹤、移動同步成像、測距制圖以及光譜分析等。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要增強以適配多基站協(xié)同感知以及感知能力開放。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和內(nèi)容感知。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和內(nèi)容的感知關(guān)鍵在于對數(shù)據(jù)和內(nèi)容的識別、評估和篩選,可利用基于數(shù)據(jù)和內(nèi)容命名,將內(nèi)容與位置解耦的信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)層上實現(xiàn)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和內(nèi)容的識別。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要增強以支持采用新編碼方QoS網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接的拓撲變化、用戶行為和分布狀態(tài)等信息的獲取,是實現(xiàn)自治網(wǎng)絡(luò)和自愈網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要增強以滿足網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的智能化感知、預測以及網(wǎng)絡(luò)自治。圖10展示了一種通信和多維信息感知融合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層。所有通信應(yīng)用業(yè)務(wù),語音視頻、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及虛擬現(xiàn)實非共享類業(yè)務(wù)。內(nèi)容層。基于信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù),解耦信/容/信息命名方案(例如層次化可匯聚命名方案)//響應(yīng),提高網(wǎng)絡(luò)利用率和數(shù)據(jù)的可用性。信息中心網(wǎng)絡(luò)的這種以信息為中心的通信模式為網(wǎng)絡(luò)感知應(yīng)用數(shù)據(jù)和內(nèi)容提供了一種“原生”支持。融合層。融合層是通信和信息感知一體化2多維信息感知。利用射頻感知、蜂窩網(wǎng)作為傳感器等無線通信技術(shù)資源感知獲取物理環(huán)境、目標定位跟蹤識別、同步成像的信息數(shù)據(jù);利用網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知引擎獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接的拓撲等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息;利用數(shù)據(jù)和內(nèi)容感知引擎感知獲取目標業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和內(nèi)容信息。支持多維信息能力開放。通感協(xié)同計算。通感協(xié)同計算可以基于人226G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
工智能技術(shù),對網(wǎng)絡(luò)中信息進行不同維度和粒度的計算和決策,以支持多維信息感知。比如,通感協(xié)同計算根據(jù)當前無線信號頻譜特征決定感知精度、分辨率和誤差,利用人工智能算法實現(xiàn)多個基站之間協(xié)同計算滿足精度要求的定位、成像等功能;從多個采集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),利用人工智能算法對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行故障分析和預測;可以結(jié)合聯(lián)邦學習等人工智能技術(shù)從網(wǎng)絡(luò)中多個數(shù)據(jù)源獲取網(wǎng)絡(luò)目標數(shù)據(jù)并進行計算,提取滿足對應(yīng)業(yè)務(wù)需求的價值信息等。確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù):確定傳輸、極致性能據(jù)2021年世界互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢顯示,全世界18.3億個網(wǎng)站;目前全球總?cè)丝跀?shù)量達到784859%,其中,移動端用戶數(shù)量達到51億,活躍社交媒體37.838億。激增的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)造成網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了大量的擁塞崩潰、數(shù)據(jù)分組延遲、遠程傳輸抖動等。但如AR/VR、遠程控制、智慧醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等應(yīng)用對時延、抖動和可靠性有著極高的要求,比99.999%迫切需要建立一種能夠提供差異化、多維度、確定性服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。6G時代,希望在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之初考慮異構(gòu)接入、固移融合、協(xié)同管理,并吸取現(xiàn)有固網(wǎng)的二層、三層確定性傳輸協(xié)議,實現(xiàn)部署融合、協(xié)議支持、協(xié)同調(diào)度,從而獲得端到端跨層、跨域的確定性數(shù)據(jù)傳輸。6G時代將基于數(shù)據(jù)驅(qū)動實現(xiàn)真正的全場景萬物互聯(lián),數(shù)字世界與物理世界的深度融合會加速多樣化商業(yè)模式的爆發(fā)式增長。確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以廣泛的運用到諸多垂直行業(yè)應(yīng)用中,滿足多種場景下對確定性服務(wù)質(zhì)量的需求,為智能泛在、空天地一體化、全息通信等6G業(yè)務(wù)的實現(xiàn)提供技術(shù)保障。確定性網(wǎng)絡(luò)是相對于傳統(tǒng)以太網(wǎng)在傳輸時存在通信時間不確定而誕生的,是指在一個網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)為承載的業(yè)務(wù)提供確定性的服務(wù)質(zhì)量保證,是端到端的概念,涉及終端、基站、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)以及應(yīng)的服務(wù)能力,以滿足不同行業(yè)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)能力的差異化要求。網(wǎng)絡(luò)中的確定性與非確定性數(shù)據(jù)可以共存,基于應(yīng)用的需求進行計算,以資源預留的方式來保證確定性,并通過保護機制減少故障率、提高可用性。確定性網(wǎng)絡(luò)的主要特征包括廣域高精度時鐘同步,端到端確定性時延、零擁塞丟包,超高可的網(wǎng)絡(luò)共存等。如圖所示,確定性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三層,由上至下依次為確定性服務(wù)管理、確定性網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制、服務(wù)性能度量和保障。頂層主要針對不同行業(yè)業(yè)務(wù)的通信特征和要求進行輸入和建模,通過生命周期管理將相關(guān)確定性服務(wù)下發(fā)到各網(wǎng)絡(luò)域并進行統(tǒng)一的管理。此外,還可以通過實時仿真和預測功能降低準入控制的成本和延遲。第二層為確定性網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度和控制中心。在這一層中,一方面要接收上層的需求信息,進行具體
的資源池調(diào)度分配,另一方面要針對下層各域的網(wǎng)KPI優(yōu)化。底層是服務(wù)性能保障與度量。接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)通過實時測量、智能感知各個基站、終端的資源池使用情況,聯(lián)同上層的跨域協(xié)同調(diào)度,共同保障確定性服務(wù),提升端到端的確定性達成能力。確定性網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:資源分配機制。沿著確定性數(shù)據(jù)流經(jīng)過的路徑,利用算力網(wǎng)絡(luò)智能感知資源使用情況,逐跳分配緩存、帶寬、空口等資源,從而消除因資源競爭導致的抖動與丟包。服務(wù)保護機制。研究數(shù)據(jù)包編碼用于解決隨機介質(zhì)錯誤造成的丟包,設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路冗余機制防止設(shè)備故障丟包等。多維度QoS度量體系。QoS定義的維QoS的評測方法,建立度量體系。多目標路由計算。避免遭受因路由或橋接協(xié)議的收斂而造成的臨時中QoS廣域高精度時間同步。研究增強同步補償技術(shù),解決同步誤差累計的問題,研究廣域范圍的高圖11確定性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)精度同步技術(shù)。傳輸網(wǎng)、邊緣云、數(shù)據(jù)中心等多網(wǎng)絡(luò)時,研究跨域融合的控制方法和確定性達成技術(shù)??尚艛?shù)據(jù)服務(wù):可信框架、智能增值數(shù)據(jù)的價值“金礦”已被市場廣泛認知和期待,6G的生態(tài)系統(tǒng)本身將會產(chǎn)生、處理、消費海量的數(shù)據(jù),從運營到管理,從網(wǎng)絡(luò)到用戶,從環(huán)境感知到終端等,并可能處理第三方的行業(yè)數(shù)據(jù),這但同時給高效地組織和管理數(shù)據(jù)帶來了新的挑戰(zhàn)。IT私泄露事故的不斷披露,人們越來越意識到隱私和數(shù)據(jù)所有權(quán)的重要性。各主要國家和組織也紛紛出臺相關(guān)法律法規(guī)來規(guī)范數(shù)據(jù)的使用,明確用戶對個人數(shù)據(jù)的控制權(quán),數(shù)據(jù)主體應(yīng)能夠自主決定是否將AI現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹肮艿馈保ㄟ^單點時代,將需要引入獨立的數(shù)據(jù)面,構(gòu)建架構(gòu)級的統(tǒng)一可信的數(shù)據(jù)服務(wù)框架,在滿足數(shù)據(jù)法規(guī)的監(jiān)管要求的同時,提供可信的數(shù)據(jù)服務(wù),為運營商提高運營效率,并智能增值。6G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)框架需要適配終端的多樣性,
支持異構(gòu)多源的數(shù)據(jù)接入,收集、處理及存儲巨量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的高價值備受企業(yè)期望,通過人工智能等手段創(chuàng)新性地挖掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián),從多樣化和內(nèi)在關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新機會、創(chuàng)造新的價值,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識以實現(xiàn)基于認知的智能,使能應(yīng)用的智能化及多樣性,以滿足整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)采集-應(yīng)用賦能的全網(wǎng)全域網(wǎng)絡(luò)智能需求。可信的數(shù)據(jù)服務(wù)框架如上圖所示,融合已有的數(shù)據(jù)服務(wù)單點技術(shù),基于去中心化的可信機制,以及數(shù)據(jù)和知識雙驅(qū)動的智能分析,從系統(tǒng)架構(gòu)層面6G通信網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),獲取數(shù)據(jù)并處理后,對數(shù)據(jù)進行分類存儲。通過隱私保護處AI實現(xiàn)數(shù)據(jù)知識化,使能多樣化的應(yīng)用,提供DaaS(DataasaService)服務(wù)。區(qū)別于傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)中集中式的認證授權(quán)和粗粒度的訪問控制方法,6G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)框架依據(jù)數(shù)據(jù)天然具有的分布式特點,以及與之適配的分布式部署的算力和智能,通過數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的解耦,基于區(qū)塊鏈以及分布式存儲等去中心化的技術(shù)構(gòu)建可信數(shù)據(jù)服務(wù),實現(xiàn)對任何數(shù)據(jù)的訪問進行認證授權(quán),并在鏈上保存相關(guān)操作記錄,提供服務(wù)。而在數(shù)據(jù)涉及用戶隱私時,可以支持將數(shù)據(jù)的控制權(quán)交給數(shù)據(jù)所有者,246G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望白皮書
圖12可信數(shù)據(jù)服務(wù)框架通過可信的架構(gòu)來保障所有者免受數(shù)據(jù)泄露威脅,并且可以撤銷第三方的訪問權(quán)限,實現(xiàn)數(shù)據(jù)控制從第三方向自主控制的轉(zhuǎn)變。通過從單點技術(shù)向歸一化系統(tǒng)架構(gòu)的轉(zhuǎn)變,集中式信任向去中心化信任的轉(zhuǎn)變,數(shù)據(jù)驅(qū)動向數(shù)據(jù)和知識雙驅(qū)動的轉(zhuǎn)變,借助多層級的數(shù)據(jù)去隱私和安全保護技術(shù),6G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)框架將提供數(shù)據(jù)主體對數(shù)據(jù)的自主控制權(quán)、安全可信的數(shù)據(jù)訪問控制機制,滿足監(jiān)管、審計和溯源要求,并消除單點沉浸多感網(wǎng)絡(luò):多維通信、身臨其境沉浸多感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實現(xiàn)沉浸式云XR、全息通信、感官互聯(lián)、智慧交互等業(yè)務(wù)應(yīng)用的實時控制。沉浸多感網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)如下圖所示,根據(jù)應(yīng)用層需求,感知層完成視覺、聽覺、觸覺等多維度媒體信息的感知和編解碼,網(wǎng)絡(luò)層由分布式業(yè)務(wù)控制引擎完成媒體智能分發(fā)處理、多并發(fā)流協(xié)同、QoS智能感知和調(diào)度、沉浸多感網(wǎng)絡(luò)路由等功能。為滿足沉浸多感典型場景需求,6G網(wǎng)絡(luò)需要支持新型媒體編解碼、媒體智能分發(fā)處理、多并發(fā)流協(xié)同控制、QoS智能感知和調(diào)度、沉浸多感網(wǎng)絡(luò)路由等潛在技術(shù)。全息和觸覺媒體是新型媒體的兩種主要形式。全息媒體流通常以點云的數(shù)據(jù)格式進行編碼和傳輸,當前主要有-PC-PC兩種編碼標準。V-PCC用于稠密點云,例如強調(diào)紋理和細節(jié)的全息數(shù)字人體;而G-PC用于稀疏點云,例如在較大空間的全息現(xiàn)場演出。在觸覺編碼方面,現(xiàn)有研究認為觸覺數(shù)據(jù)由動覺和觸覺信息兩種子模態(tài)組成。動覺模態(tài)數(shù)據(jù)目前有兩種壓縮方法:一種是基于韋伯定律的動覺模態(tài)數(shù)據(jù)壓縮,另一種是韋伯定律數(shù)據(jù)壓縮與穩(wěn)定性保證機制的結(jié)合。觸覺模態(tài)數(shù)據(jù)目前也有兩種壓縮方法:一種是基于波形的觸覺信號表示和壓縮,另一種是基于參數(shù)表示和分類的特征提取。
圖13沉浸多感網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)示意圖媒體智能分發(fā)處理根據(jù)媒體流的編碼、壓縮、渲染等算力需求,結(jié)合云、網(wǎng)、端等多種算力資源的狀態(tài)和能力,將海量多媒體數(shù)據(jù)智能分發(fā)到合適的算力節(jié)點進行處理。例如,將涉及大量計算的渲染放在計算能力強大的云中心進行處理,將媒體流的編解碼分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)邊緣的多個算力節(jié)點共同處理完成。此外,媒體智能分發(fā)處理技術(shù)能根據(jù)用戶對象類型、屬性和業(yè)務(wù)需要選擇合適的媒體服務(wù)器。多并發(fā)流協(xié)同控制技術(shù)根據(jù)具體場景和業(yè)務(wù)邏輯,協(xié)同控制沉浸多感媒體并發(fā)數(shù)據(jù)流的建立、交互、同步和整合。沉浸多感媒體數(shù)據(jù)需要上千個并發(fā)數(shù)據(jù)流進行傳遞,例如全息數(shù)據(jù)及其格式清單、觸覺反饋數(shù)據(jù)、觸覺控制數(shù)據(jù)等。QoS智能感知和調(diào)度不僅可以及時感知并實時QoSQoSQoSQoS沉浸多感網(wǎng)絡(luò)路由主要有全分布模式和集中+分布的混合模式。全分布模式無需配置中央服務(wù)器,通信節(jié)點根據(jù)保存的路由數(shù)據(jù)直接建立業(yè)務(wù)連接。在混合模式中,接入服務(wù)器接收發(fā)起方業(yè)務(wù)請求,執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯后,通過查詢統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫獲取接收方所在的接入服務(wù)器地址,完成業(yè)務(wù)路由?;旌夏J接山y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫存儲路由數(shù)據(jù),可靠性更高,更適合應(yīng)用于沉浸多感網(wǎng)絡(luò)。語義通信:語義驅(qū)動、萬物智聯(lián)6G網(wǎng)絡(luò)將為用戶提供沉浸式、個性化和全場景的服務(wù),最終實現(xiàn)服務(wù)隨心所想、網(wǎng)絡(luò)隨需而變、資源隨愿共享的目標。隨著腦機交互、類腦計算、語義感知與識別、通信感知一體化和智慧內(nèi)生等新興技術(shù)和架構(gòu)的出現(xiàn)和發(fā)展,6G網(wǎng)絡(luò)將具備語義感知、識別、分析、理解和推理能力,從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從數(shù)據(jù)驅(qū)動向語義驅(qū)動的范式轉(zhuǎn)變。6G網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)多模態(tài)語義感知及通信的深入融合,充分利用不同用戶、設(shè)備、背景、場景和環(huán)境等條件下的共性語義信息和普適性知識域,自動提取、推理和遷移,從根本上解決基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)機交互與通信不兼容和難互通等問題,大幅度提高通信效率、減少語義傳輸和理解時延、降低語義失
真度并顯著提高用戶體驗質(zhì)量QoE,并對包括人機共生網(wǎng)絡(luò)、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、情感識別與計算網(wǎng)絡(luò)等新興應(yīng)用提供有力支撐。作為一種全新通信范式,語義通信技術(shù)有望將通信網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)的基于數(shù)
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