天博體育網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展是移動通信網(wǎng)絡(luò)代際發(fā)展的核心標志之一,是每一代通信網(wǎng)絡(luò)的骨骼和中樞,是承載移動通信系統(tǒng)設(shè)計目標的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的前瞻性、可行性、兼容性都會直接影響移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展路徑和應(yīng)用成效,必須提前考慮。
6G 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計,既要面向數(shù)字化時代變革,與國家戰(zhàn)略高度契合,又要考慮新場景新需求的驅(qū)動,同時還要論證跨界領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢和引入的可行性。此外,綜合考慮 5G 現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的經(jīng)驗、結(jié)合 5G-A 技術(shù)演進方向,對做好6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計具有重要的啟示意義。
本期的智能內(nèi)參,我們推薦中國移動的報告《6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)白皮書》,揭秘中國移動6G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計理念、總體設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、組網(wǎng)設(shè)計。
6G 網(wǎng)絡(luò)秉承兼容、跨域、分布、內(nèi)生、至簡、孿生六大設(shè)計理念進行架構(gòu)設(shè)計。
兼容設(shè)計:移動通信網(wǎng)絡(luò)沿著 IP 化、云化、服務(wù)化的方向發(fā)展變革,6G 架構(gòu)設(shè)計將延續(xù)這些柔化發(fā)展方向,實現(xiàn)前后向兼容。在連接柔化方面,6G架構(gòu)將在端到端IP化的基礎(chǔ)上,進一步實現(xiàn)確定性IP;在資源柔化方面,6G 架構(gòu)將在云化的基礎(chǔ)上,進一步實現(xiàn)算網(wǎng)一體;在功能柔化方面,6G 架構(gòu)將在核心網(wǎng)服務(wù)化的基礎(chǔ)上,進一步實現(xiàn)全域服務(wù)化和服務(wù)化技術(shù)演進。這三個柔化方向的持續(xù)發(fā)展,都將充分延續(xù) 5G 的架構(gòu)優(yōu)勢,支持 5G網(wǎng)絡(luò)平滑發(fā)展演進為 6G 網(wǎng)絡(luò)。
跨域設(shè)計:6G 架構(gòu)設(shè)計將支持管理固定、移動、衛(wèi)星等多種接入,支持管理公眾/行業(yè)、物理/數(shù)字的多種網(wǎng)絡(luò),支持網(wǎng)內(nèi)不同域的協(xié)同。面向端到端、全域全網(wǎng)提供質(zhì)量可保障的信息通信服務(wù),要求 6G 架構(gòu)面向固定、移動、衛(wèi)星等多種接入進行跨域一體化設(shè)計,在架構(gòu)層面實現(xiàn)多接入的控制融合、業(yè)務(wù)融合及管理融合。面向公眾和行業(yè)的多樣應(yīng)用場景,要求 6G 架構(gòu)面向不同組網(wǎng)方式、不同功能需求進行核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、接入網(wǎng)等多域的跨層、一體化設(shè)計,在架構(gòu)層面實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組織的融合。
分布設(shè)計:6G 架構(gòu)設(shè)計將由集中規(guī)劃式向分布自治式轉(zhuǎn)變,滿足大規(guī)模組網(wǎng)下的海量連接和極致性能要求。6G 時代將出現(xiàn)控制面時延1ms、用戶面時延0.1ms 的極致性能要求,大規(guī)模運營商的基站數(shù)量將達到千萬量級。面向 6G 需求,集中式、人工管理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無法滿足網(wǎng)絡(luò)的性能和規(guī)模要求,需要通過集中+分布的協(xié)同組網(wǎng),實現(xiàn)資源、路由、功能、業(yè)務(wù)層面的分布式管理,并實現(xiàn)自生長、自優(yōu)化、自演進的網(wǎng)絡(luò)自治,從而在大規(guī)模復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)能力的優(yōu)化調(diào)度。
內(nèi)生設(shè)計:6G 架構(gòu)設(shè)計將由外掛式向內(nèi)生式轉(zhuǎn)變,包括安全內(nèi)生、AI 內(nèi)生,在架構(gòu)中內(nèi)置核心能力。面向多域融合、連接泛在、資源異構(gòu)的 6G 網(wǎng)絡(luò),增量式、補丁式的能力增強難以滿足大規(guī)模組網(wǎng)下的多樣化、多元化服務(wù)需求,需要將安全、AI 等核心技術(shù)能力內(nèi)置在 6G 架構(gòu)中,并滲透到各領(lǐng)域、各網(wǎng)絡(luò)、各單元的全生命周期中,通過內(nèi)生設(shè)計實現(xiàn)安全、AI 等核心技術(shù)能力與通信網(wǎng)絡(luò)最深程度的融合。
至簡設(shè)計:6G 架構(gòu)設(shè)計將由復(fù)雜增量式向至簡一體式轉(zhuǎn)變,對外呈現(xiàn)為一體化系統(tǒng),對內(nèi)微服務(wù)化。對外,界面清晰成本可控,呈現(xiàn)易實施易部署的一體化架構(gòu),屏蔽內(nèi)部復(fù)雜邏輯、操作指令和業(yè)務(wù)參數(shù)的暴露,便于運維人員使用、外部系統(tǒng)對接、用戶/客戶調(diào)用。因此,需要一方面從整體上結(jié)構(gòu)化極簡化功能集合,整合零散的服務(wù)功能,減少網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度;另一方面進一步深化微服務(wù)理念,細化服務(wù)和功能的顆粒,減少服務(wù)間的耦合度,并支持智能化的組織能力,降低系統(tǒng)維護難度。
孿生設(shè)計:6G 架構(gòu)設(shè)計將從單純的物理網(wǎng)絡(luò)實體向物理+數(shù)字孿生方向演進,實現(xiàn)虛實映射、虛實交互。6G 網(wǎng)絡(luò)需構(gòu)建平行的物理和數(shù)字網(wǎng)絡(luò),形成虛實融合管理手段,一方面支持不同的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)形態(tài)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(shù)字系統(tǒng)實現(xiàn)物理系統(tǒng)的預(yù)測和迭代。
作為一個復(fù)雜的系統(tǒng),6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計需從多個視圖考慮,多個維度設(shè)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(gòu)。在 6G 總體邏輯架構(gòu)中:
“三體”是架構(gòu)的空間視圖,描述 6G 網(wǎng)絡(luò)實體的客觀存在形式,分為網(wǎng)絡(luò)本體、管理編排體和數(shù)字孿生體。
“四層”是架構(gòu)的邏輯視圖,展現(xiàn) 6G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的結(jié)構(gòu)與組織,由資源與算力層、路由與連接層、服務(wù)化功能層、使能層組成。
“五面”是架構(gòu)的功能視圖,展示 6G 網(wǎng)絡(luò)功能的劃分和組成,包括控制面、用戶面、數(shù)據(jù)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(gòu)為基礎(chǔ),通過服務(wù)定義端到端的系統(tǒng),構(gòu)成全服務(wù)化架構(gòu) HSBA(Holistic Service-Based Architecture)。HSBA 設(shè)計了整個端到端系統(tǒng)的交互形式,包括組件、協(xié)議和連接,是基于服務(wù)化接口進行信息傳遞和業(yè)務(wù)處理,體現(xiàn)了整個 6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計方法。
以“三體四層五面”的總體架構(gòu)為基礎(chǔ),在組網(wǎng)中達到靈活智能的設(shè)計,構(gòu)成分布式自治網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) DAN(Distributed Autonomous Network)。組網(wǎng)設(shè)計展現(xiàn)了 6G 網(wǎng)絡(luò)之間的連接關(guān)系和組網(wǎng)形態(tài),由功能自包含、同質(zhì)化的、自閉環(huán)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(shè)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(gòu),從空間、邏輯與功能組成三個角度呈現(xiàn)一個跨域、跨層、多維的 6G 網(wǎng)絡(luò)。
“體”是架構(gòu)的空間視圖,立體的描述了網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。“層”是架構(gòu)的邏輯視圖,從邏輯上描述網(wǎng)絡(luò)的分層架構(gòu),在實現(xiàn)過程中,可被一體化集成?!懊妗笔羌軜?gòu)的功能視圖,主要是指功能類別,沿用傳統(tǒng) 3GPP 網(wǎng)絡(luò)中控制面和用戶面的“面”的概念。
6G 網(wǎng)絡(luò)在空間視圖上包括網(wǎng)絡(luò)本體、管理編排體、數(shù)字孿生體三大實體。其中管理編排體和數(shù)字孿生體是在 6G 中新定義的兩個實體。網(wǎng)絡(luò)本體是最重要的網(wǎng)絡(luò)實體,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)運行;管理編排體對網(wǎng)絡(luò)進行實例化及變更操作,實現(xiàn)全生命周期編排管理;數(shù)字孿生體構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字空間,實現(xiàn)了虛實映射。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展以及整個網(wǎng)絡(luò)運維越來越復(fù)雜,并考慮到網(wǎng)絡(luò)故障的高代價以及昂貴的試驗成本,需要在傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)進行外部抽象映射,建立一個新的發(fā)展體系,構(gòu)建全新的數(shù)字孿生體,通過虛實結(jié)合的閉環(huán)控制,來改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)、建、維、優(yōu)的既定規(guī)則,有效保障網(wǎng)絡(luò)運維,實時優(yōu)化網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)未來網(wǎng)絡(luò)自治。
6G 網(wǎng)絡(luò)邏輯層次上自下而上包含資源與算力、路由與連接、服務(wù)化功能、開放使能“四層”,拉通 6G 網(wǎng)絡(luò)本體的邏輯層?!八膶印钡脑O(shè)計一方面突出了 6G架構(gòu)在分層要素和能力上的豐富,另一方面體現(xiàn)了跨域拉通、多域協(xié)同及融合發(fā)展的理念。資源與算力層的設(shè)計理念突出了“算力”資源要素,將為 6G 提供頻譜、存儲、算力、網(wǎng)絡(luò)進一步融合的基礎(chǔ)資源。路由與連接層:延續(xù)開放協(xié)議的設(shè)計理念,不斷吸收新機制和新協(xié)議(如確定性 IP、SRv6),向可編程、確定性演進。服務(wù)化功能層延續(xù)服務(wù)化的設(shè)計理念,SBA 從核心網(wǎng)拓展到端到端的領(lǐng)域,支持不同功能的有機構(gòu)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(yè)務(wù)和第三方應(yīng)用提供服務(wù)。
6G 網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)成方面,增強傳統(tǒng)控制面、用戶面功能,并引入新的數(shù)據(jù)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(wù)化方向演進,實現(xiàn)多種接入方式的融合控制。增強用戶面,向可編程、服務(wù)化、跨域確定性方向演進,實現(xiàn)靈活、高性能轉(zhuǎn)發(fā)。新增數(shù)據(jù)面,解決用戶數(shù)據(jù)遷移的歷代難題,系統(tǒng)性地提供可信數(shù)據(jù)服務(wù)。新增智能面,通過分布式智能節(jié)點的協(xié)同提供全局AI 能力,實現(xiàn)智能內(nèi)生。新增安全面,以“安全數(shù)據(jù)+AI”為驅(qū)動的安全感知和主動防護,零信任的安全體系,實現(xiàn)安全內(nèi)生。
隨著數(shù)字孿生等技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)運維復(fù)雜度的提升,需要在傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)進行外部抽象映射,建立一個新的發(fā)展體系,構(gòu)建全新的數(shù)字孿生體,通過管理編排體對網(wǎng)絡(luò)本體實現(xiàn)閉環(huán)控制。
網(wǎng)絡(luò)本體包括傳統(tǒng)意義上的基站、核心網(wǎng)、傳輸承載等物理設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)本體是為用戶提供信息服務(wù)的真實的、實際運行的網(wǎng)絡(luò),是架構(gòu)實現(xiàn)的載體。在基礎(chǔ)資源上,引入“算力”作為新的資源要素。網(wǎng)絡(luò)從調(diào)度連接向
調(diào)度算力資源擴展,為 6G 新的網(wǎng)絡(luò)能力,如感知能力、智能內(nèi)生能力提供基礎(chǔ)。
在提供方式上,從云化、軟件化進一步向池化發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)本體逐步發(fā)展為一個可調(diào)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(wù)能力上,進一步向服務(wù)化、平臺化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。6G 將深化 5G 開啟的網(wǎng)絡(luò)平臺能力。如,以用戶管理、連接管理、服務(wù)管理、移動性管理等基礎(chǔ)模塊化服務(wù)為基礎(chǔ),構(gòu)建面向特定場景的功能和服務(wù)能力。
管理編排體是對網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)能力進行智能的編排管理,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)本體,同時也對孿生體進行編排和優(yōu)化。管理編排體根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)本身運維運營需求,統(tǒng)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(yè)務(wù)體驗。管理體可通過與孿生體交互,接受孿生體輸出的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù),對物理網(wǎng)絡(luò)進行編排管理,從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化運營,提升網(wǎng)絡(luò)對新業(yè)務(wù)、新場景和新需求差異化需求的適應(yīng)性。
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。面向網(wǎng)絡(luò)資源,管理編排體需具備對頻譜、存儲、算力等相關(guān)資源的統(tǒng)籌和精細化管理能力。面向網(wǎng)絡(luò)能力,管理編排體需拉通端到端網(wǎng)絡(luò)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(nèi)對外提供的服務(wù),并通過開放使能層對外提供。借助網(wǎng)絡(luò)智能化和自動化等技術(shù)手段實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自治的閉環(huán)管理運維。
數(shù)字孿生體是物理實體對象在虛擬空間中的映射,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的低成本試錯、智能化決策、高效率創(chuàng)新。
對網(wǎng)絡(luò)本體進行部分或者全部孿生鏡像。構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)孿生體需要數(shù)據(jù)、模型、映射和交互四個關(guān)鍵要素。6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中所有網(wǎng)絡(luò)功能均可以按需構(gòu)建對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能孿生體,孿生體與真實物理網(wǎng)絡(luò)可實時交互數(shù)據(jù),通過建模和映射還原真實物理網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)和環(huán)境,進行網(wǎng)絡(luò)部署前預(yù)驗證,進而提供網(wǎng)絡(luò)策略最優(yōu)解,提升網(wǎng)絡(luò)決策和部署的可靠性。
通過內(nèi)外閉環(huán),助力 6G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能面,達成柔性網(wǎng)絡(luò)和智慧內(nèi)生等目標。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、以及網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、新業(yè)務(wù)創(chuàng)新等均可通過北向接口向?qū)\生體輸入需求,并通過網(wǎng)絡(luò)孿生體的模型化實例進行業(yè)務(wù)的部署和驗證。通過孿生體的內(nèi)生閉環(huán),驗證網(wǎng)絡(luò)能力,驗證后,孿生體通過南向接口將控制更新下發(fā)至物理實體網(wǎng)絡(luò)。
資源與算力層是 6G 網(wǎng)絡(luò)的物理資源,包括頻譜、存儲、算力、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)資源。4G 完成核心網(wǎng)軟硬件解耦,5G 核心網(wǎng)完成云化、并向無線云化擴展。以之為基礎(chǔ),6G 網(wǎng)絡(luò)向以算力網(wǎng)絡(luò)為典型特征的一體化網(wǎng)絡(luò)演進。6G 網(wǎng)絡(luò)跨域設(shè)計、分布式的設(shè)計思路,要求無線和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融合,資源共享。因此,6G 網(wǎng)絡(luò)將聚合端、邊、網(wǎng)、云的物理資源,以算力為核心,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、算力和存儲的深度融合,實現(xiàn)信息通信資源的智能調(diào)度和優(yōu)化利用,為上層服務(wù)提供物理資源。
路由與連接層將 6G 網(wǎng)絡(luò)中的物理節(jié)點連接成網(wǎng),實現(xiàn)狀態(tài)的感知、確定性的轉(zhuǎn)發(fā)、靈活的服務(wù)化調(diào)用。
對下實現(xiàn)物理連接。路由與連接層根據(jù)時間、空間等要素,通過靜態(tài)、動態(tài)連接等多種方式,將資源與算力層的各種物理節(jié)點連通,組成有機網(wǎng)絡(luò)。并動態(tài)的感知節(jié)點狀態(tài)、鏈路狀態(tài),實時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路徑最優(yōu)和實時可達。
對上構(gòu)建邏輯連接。路由與連接層為服務(wù)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(tài)和負荷情況,接收并解析功能層的微服務(wù)消息、數(shù)據(jù)報文,并實現(xiàn)高效路由、無狀態(tài)傳輸、確定性轉(zhuǎn)發(fā)。構(gòu)建高效、智能、安全、可靠的連接基座。根據(jù)至簡設(shè)計的原則,路由與連接層具體設(shè)計時,可以采用通用、統(tǒng)一的接口協(xié)議。
6G 系統(tǒng)架構(gòu)中的服務(wù)化功能層有很多網(wǎng)絡(luò)的核心環(huán)節(jié)和能力需要增加并單獨考慮,因此在增強傳統(tǒng)控制面、用戶面基礎(chǔ)上,增加獨立的數(shù)據(jù)面、智能面、安全面,實現(xiàn)智慧內(nèi)生、安全內(nèi)生。
全服務(wù)化架構(gòu)是“三體四層五面”6G 總體架構(gòu)的核心基石,是服務(wù)化功能層中各個功能面的基本設(shè)計。服務(wù)化功能層中的各個面之間,以及每一面內(nèi)部的各個網(wǎng)絡(luò)功能都統(tǒng)一在服務(wù)化架構(gòu)下,采用模塊化、服務(wù)化設(shè)計,都采用統(tǒng)一的服務(wù)框架技術(shù)進行服務(wù)的自組織,并通過服務(wù)化接互。
全服務(wù)化架構(gòu)是服務(wù)化架構(gòu)在多個領(lǐng)域的拓展,接入網(wǎng)服務(wù)化和核心網(wǎng)用戶面服務(wù)化是全服務(wù)化架構(gòu)的有機組成。服務(wù)化功能層中的控制面基于傳統(tǒng)控制面的功能進一步增強,天然支持服務(wù)化。數(shù)據(jù)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(wù)化設(shè)計?;驹O(shè)備功能包含信令控制,數(shù)據(jù)處理,以及智能化的 QoS 調(diào)度等能力,雖然物理形態(tài)上表現(xiàn)為單一的基站設(shè)備,但是邏輯上可以由五面或者五面中的部分面來實現(xiàn)。將無線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)為功能更細粒度的服務(wù)化 RAN,采用和核心網(wǎng)統(tǒng)一的服務(wù)化框架,將為端到端網(wǎng)絡(luò)流程帶來新的交互方式。目前,核心網(wǎng)用戶面是核心網(wǎng)服務(wù)化的孤島,和控制面之間依然采用傳統(tǒng)的定制化接口,制約了網(wǎng)絡(luò)的敏捷發(fā)展。因此,6G 階段有必要實現(xiàn)用戶面的模塊化、服務(wù)化。
全服務(wù)化架構(gòu)是服務(wù)化架構(gòu)的進一步深化,從服務(wù)框架、服務(wù)接口、原子服務(wù)等方面增強,適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的分布式組織、服務(wù)的智能化調(diào)度、行業(yè)專網(wǎng)的靈活化部署。服務(wù)化框架技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的自動化管理,但是在未來網(wǎng)絡(luò)中,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大、行業(yè)網(wǎng)絡(luò)個性化需求的增長,6G 網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)集中加分布的組合部署形式。因此,服務(wù)化框架技術(shù)有必要進一步深入,一方面支持分布式網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的自動注冊、發(fā)現(xiàn)和調(diào)用,另一方面支持分布式網(wǎng)絡(luò)的自動化管理,即分布式的網(wǎng)絡(luò)和其中的網(wǎng)絡(luò)功能及服務(wù)能自動化地被其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點找到。服務(wù)化接口進一步升級,實現(xiàn)更加靈活可靠的服務(wù)調(diào)用。服務(wù)將進一步解耦,根據(jù)場景智能化地實現(xiàn)服務(wù)的最佳調(diào)用,構(gòu)成最滿足客戶需求的至簡網(wǎng)絡(luò),甚至為用戶提供更加輕量級的函數(shù)級服務(wù)。
(1)從廣度上來講,HSBA 將在全系統(tǒng)、全網(wǎng)元范圍內(nèi)實現(xiàn)服務(wù)化設(shè)計,統(tǒng)一采用服務(wù)化接口。
?。?)從深度上來講,HSBA 將更加深入地貫徹服務(wù)化設(shè)計理念,優(yōu)化服務(wù)設(shè)計、進一步消除原子服務(wù)之間的耦合性。
?。?)引入新的協(xié)議及服務(wù)化技術(shù)的增強,如引入 HTTP/3、無服務(wù)器機制、函數(shù)服務(wù)等更多的服務(wù)化技術(shù)。
自 5G 控制面引入服務(wù)化架構(gòu)以來,歷經(jīng) 3 個 Release 的迭代,已經(jīng)在核心網(wǎng)控制面、計費系統(tǒng)中實現(xiàn)了服務(wù)化。服務(wù)化架構(gòu)所帶來的優(yōu)勢正在逐步展現(xiàn)。
用戶面的服務(wù)化有助于實現(xiàn) 6G 網(wǎng)絡(luò)的全云化部署。用戶面作為移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理的主要功能,需要加強對服務(wù)設(shè)計的支持,包括定義用戶面的典型服務(wù)、支持基于服務(wù)的接口來代替目前使用包轉(zhuǎn)發(fā)控制協(xié)議接口。
用戶面的服務(wù)可以設(shè)計為數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、PDU 會話隧道管理服務(wù)、策略控制服務(wù)、會話錨點服務(wù)、安全管理服務(wù)、能力開放服務(wù)以及定制化服務(wù)。
數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)對用戶上下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)、丟棄以及緩存。PDU會話隧道管理服務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝與解封裝;隧道建立與釋放。策略控制服務(wù)支持管理編排體的預(yù)定義規(guī)則;支持控制面的動態(tài)策略配置,例如服務(wù)質(zhì)量保障策略、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。會話錨點服務(wù)提供數(shù)據(jù)接入;支持單會話內(nèi)的多個錨點。安全管理服務(wù)提供用戶數(shù)據(jù)的隱私保護;接入設(shè)備安全監(jiān)控;接入地址安全性驗證;接口安全監(jiān)測。能力開放服務(wù)開放會話和節(jié)點信息;向智能面開放所需的用戶業(yè)務(wù)與行為數(shù)據(jù);向管理編排體開放節(jié)點信息;向垂直行業(yè)開放用戶與節(jié)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(nèi)部、基站之間、基站與核心網(wǎng)之間依然使用點對點專用接口互連,每當基站或相關(guān)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)生改變時,都需要在相關(guān)接口上進行調(diào)整,標準化工作量大、運維管理復(fù)雜度高。為了敏捷響應(yīng)未來更加多樣化的業(yè)務(wù)功能需求、服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)需求、管理策略需求、部署需求、開放需求,使網(wǎng)絡(luò)具備更強的前向兼容性,下一代無線接入網(wǎng)需要從服務(wù)能力角度著手發(fā)力,將無線網(wǎng)絡(luò)控制面功能與用戶面功能深度解耦,并重構(gòu)為功能更細粒度的服務(wù)化 RAN。
RAN 的控制面功能通過服務(wù)化重構(gòu)為多個服務(wù),大致可以包括如下幾種類型:無線承載管理服務(wù)、連接與移動性管理服務(wù)、本地定位服務(wù)、多播廣播服務(wù)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)、信令傳輸服務(wù)、接入網(wǎng)開放服務(wù)等。RAN 控制面服務(wù)化可以與核心網(wǎng)的服務(wù)直接互訪,減少網(wǎng)絡(luò)中不必要的連接與移動性管理功能轉(zhuǎn)發(fā)。此外,RAN的控制面服務(wù)與其他服務(wù)(包括核心網(wǎng)服務(wù)、其他 RAN 控制面服務(wù))之間的交互可從串行交互轉(zhuǎn)為多方并行交互,由此可優(yōu)化控制面流程。
RAN 的用戶面功能通過服務(wù)化重構(gòu)為多個 RAN 用戶面服務(wù),并在需要時按需靈活組合,以更好滿足多種業(yè)務(wù)需求。本質(zhì)上,用戶面服務(wù)化旨在突破傳統(tǒng)分層協(xié)議設(shè)計理念,使功能與功能之間的調(diào)用關(guān)系不再受限于上下層協(xié)議關(guān)系,功能模塊之間可以靈活調(diào)用。
5G 網(wǎng)絡(luò)開啟了電信網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)化演進的大門,但作為引入服務(wù)化架構(gòu)的第一個代際系統(tǒng),5G 服務(wù)化設(shè)計還存在原子服務(wù)解耦不徹底的問題,一些新興的服務(wù)化技術(shù)也尚未引入 5G 網(wǎng)絡(luò)。因此,全服務(wù)化架構(gòu)還需要進一步消除原子服務(wù)間的耦合關(guān)系,吸納更多的服務(wù)化技術(shù),從服務(wù)框架、服務(wù)接口、原子服務(wù)等方面增強,充分發(fā)揮服務(wù)化技術(shù)優(yōu)勢。
服務(wù)框架朝著更加分布式的方向演進,并優(yōu)化服務(wù)的解耦設(shè)計。將網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)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(wù)框架的一部分。從而在海量服務(wù)、復(fù)雜的架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中建立穩(wěn)定的通信機制。新功能引入時,只需關(guān)注功能本身,而無需提供服務(wù)的通信等基礎(chǔ)能力,大大降低了新功能引入門檻。獨立的服務(wù)化框架,在 5G 服務(wù)化框架支持網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)自動化管理的基礎(chǔ)上,進一步地擴展支持網(wǎng)絡(luò)級的自動化管理。服務(wù)化框架的代理可以分布在不同的分布式網(wǎng)絡(luò)中,通過框架之間的協(xié)同來支持網(wǎng)絡(luò)的分布式部署。
服務(wù)接口朝著更加靈活開放、高效可靠的方向發(fā)展。QUIC 等協(xié)議日臻成熟,QUIC 協(xié)議在保障網(wǎng)絡(luò)可靠性的同時,有效降低了連接建立的時間,多路復(fù)用可實現(xiàn)無隊頭阻塞,同時 QUIC 協(xié)議改進了 TCP 的擁塞控制機制。6G 網(wǎng)絡(luò)演進過程中也需要積極吸取新型的 IT 協(xié)議天博體育,控制面及用戶面協(xié)議設(shè)計朝著下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議演進。
原子服務(wù)進一步解耦重構(gòu),支持更加靈活的組合及更加輕量級的調(diào)用。通過將原子服務(wù)的進一步解耦重構(gòu),并引入函數(shù)服務(wù)技術(shù)(Serverless),充分利用其免運維、高可用、彈性伸縮、按需付費等優(yōu)勢,對 6G 服務(wù)化架構(gòu)進行函數(shù)劃分,通過 Serverless 服務(wù)分類處理,可以真正做到部署應(yīng)用時無需考慮基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),實現(xiàn)自動化構(gòu)建、一鍵式部署和啟動服務(wù)。
6G 網(wǎng)絡(luò)分布式部署將成為必然。為應(yīng)對 6G 時代大規(guī)模連接、超低時延通信、多樣化定制需求,網(wǎng)絡(luò)需引入分布式部署機制。
大規(guī)模連接導(dǎo)致基站規(guī)模增加,亟需高效管理。預(yù)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(shè)備/km3。6G 時代預(yù)計將采用更高帶寬頻譜承載 6G 業(yè)務(wù),通信基站將“致密化”,預(yù)測將達到千萬量級。如何管理終端的大規(guī)模連接,以及大規(guī)模的基站和小基站成為 6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計考慮的關(guān)鍵問題。
超低時延通信需求。沉浸式交互、車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)越發(fā)成熟,此類業(yè)務(wù)為實現(xiàn)高實時的業(yè)務(wù)體驗,需求網(wǎng)絡(luò)具備更低時延、更快響應(yīng)的服務(wù)能力。網(wǎng)絡(luò)必須部署在靠近用戶端,支持控制設(shè)備本地化部署(如機械臂,智能小車,定位服務(wù)等)天博體育。
數(shù)據(jù)本地化的需求。出于安全和隱私的考慮,企業(yè)用戶對自身的生產(chǎn)、經(jīng)營數(shù)據(jù)的隱私和保密性要求很高,有強烈的數(shù)據(jù)不出廠需求。這就要求網(wǎng)絡(luò)不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地傳輸、分析,還要實現(xiàn)控制信令的本地傳輸處理。
網(wǎng)絡(luò)自治是指 6G 網(wǎng)絡(luò)具備自組織、自管理、自優(yōu)化的能力。自組織實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的靈活部署、動態(tài)的連接、高效的互通、即插即用。與 5G 及之前的網(wǎng)絡(luò)需依靠提前規(guī)劃、固定配置、組網(wǎng)部署時間過長相比,6G 面向未來的分布式部署,需支持網(wǎng)絡(luò)連接動態(tài)建立、動態(tài)調(diào)優(yōu),因此可考慮引入通用的、可快速互通的 IP 化協(xié)議。
分布式部署帶來的管理復(fù)雜性,需要依靠網(wǎng)絡(luò)自管理解決。相比較于集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布式部署(千或萬量級)、邊緣化的對等節(jié)點間快速交互導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜度倍增,需引入網(wǎng)絡(luò)自治解決。6G 網(wǎng)絡(luò)控制面功能如移動性管理、會話管理、數(shù)據(jù)存儲等核心能力需分布式下沉部署,并在網(wǎng)絡(luò)邊緣對控制信息進行合理處理和響應(yīng)。為支持能力的按需下沉,其相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)連接也需要配套下沉部署。
管理多樣化網(wǎng)絡(luò)功能和適配多樣化場景,需要引入網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化能力。為適配千行百業(yè)定制化要求而衍生出的多樣化定制化功能/服務(wù),將在 6G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模出現(xiàn)。對多樣化服務(wù)進行按需設(shè)計、快速上線、版本管理、全生命周期調(diào)度將極其復(fù)雜。隨著衛(wèi)星通信的引入以及各類呈指數(shù)式增長的用戶終端和 IoT 設(shè)備出現(xiàn),各種樣式終端的管理與組織也變得愈加困難。
分布式和網(wǎng)絡(luò)自治是從網(wǎng)絡(luò)維度對 6G 設(shè)計進行考慮,自包含是從網(wǎng)絡(luò)單元能力進行考慮。6G 分布式節(jié)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(huán)網(wǎng)絡(luò)流程處理。要求分布式節(jié)點具備完整的系統(tǒng)框架,即支持控制面信息處理、用戶面業(yè)務(wù)處理、用戶數(shù)據(jù)、安全防護、網(wǎng)絡(luò)自管理自優(yōu)化等。
基于上述分布式、自治、自包含的設(shè)計理念,本白皮書提出6G 組網(wǎng)設(shè)計,即:分布式自治網(wǎng)絡(luò) DAN(Distributed Autonomous Network)架構(gòu)。DAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由分布式微云單元 SCU(Small Cloud Unit)及其相關(guān)協(xié)議組成。SCU 為構(gòu)成 DAN 架構(gòu)的最關(guān)鍵模塊單元,可支持在網(wǎng)絡(luò)中分布式部署,具備自包含和自治能力。
模塊設(shè)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(shù)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(wù)化功能層按照 HSBA 架構(gòu)進行組織和通信,具備本地化完成數(shù)據(jù)和信令處理的能力,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高效響應(yīng)。
按需定制化,其基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)格、連接協(xié)議、服務(wù)化能力、開放能力均可以按場景需求進行定制化設(shè)計。在網(wǎng)絡(luò)中按需建立,SCU 之間可快速便捷組網(wǎng)。
具備自治能力,可以實現(xiàn)無人管理,自主運行,自動感知環(huán)境變化,實時網(wǎng)絡(luò)調(diào)整,從而滿足差異化多樣化的業(yè)務(wù)需求。
協(xié)議設(shè)計:引入通用傳輸協(xié)議,支持連接自動化,支持多 SCU 間靈活連接、按需互通。實現(xiàn) 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(wǎng)絡(luò)接口支持通用傳輸協(xié)議。在 2G 到 5G 移動網(wǎng)絡(luò)中,控制面和用戶面使用多種協(xié)議進行交互,使得網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,協(xié)議維護難度高。因此,在 6G 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中,盡可能引入統(tǒng)一的控制面和用戶面協(xié)議。對于用戶面協(xié)議,可考慮與承載網(wǎng)協(xié)議融合的用戶面協(xié)議如 SRv6,通過源路由概念設(shè)計,不再需要端到端隧道,網(wǎng)絡(luò)可以方便地控制和調(diào)整數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
分布式微云單元 SCU 為構(gòu)成 DAN 網(wǎng)絡(luò)的基本單元。其具體設(shè)計如下圖所示,包括“四層”能力和“五面”功能。
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(wǎng)絡(luò)信息開放,開放網(wǎng)絡(luò)定制化能力,對網(wǎng)絡(luò)功能定制化;也可以開放網(wǎng)絡(luò)的算力資源、智能化處理能力等。
SCU 服務(wù)化功能層,包括分布式的“五面”:分布式控制面,基于統(tǒng)一的平臺化、分布化的服務(wù)框架?;?NRF 的網(wǎng)絡(luò)功能/服務(wù)的自動化注冊天博體育、發(fā)現(xiàn)、授權(quán)的服務(wù)框架進一步擴展。
分布式用戶面,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地快速處理。目前 5G 網(wǎng)絡(luò)的 UPF 已實現(xiàn)分布式部署,在區(qū)縣、地市和大區(qū)均可進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理。面向未來 6G 網(wǎng)絡(luò),用戶面能力將進一步支持服務(wù)化接口,實現(xiàn)處理能力的按需加載和刪除。
分布式數(shù)據(jù)面,基于分布式數(shù)據(jù)庫等技術(shù),對不同類別的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)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(lián)邦學(xué)習、多智體決策等技術(shù),實現(xiàn)智能的并行計算、分布式智能協(xié)同。由微云單元構(gòu)成的微型網(wǎng)絡(luò),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(wǎng)絡(luò)邊緣,遠離網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)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(xiàn) SCU 之間的信息路由和規(guī)劃。SCU 之間基于簡單的、通用的傳輸層協(xié)議(如 SRv6)實現(xiàn)按需、快速、動態(tài)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(shè)計。統(tǒng)一的邏輯架構(gòu)大大減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和部署的復(fù)雜性,支持 6G SCU 單元可按需部署、快速生成、網(wǎng)絡(luò)連接快速構(gòu)建。
SCU 之間的能力差異由業(yè)務(wù)需求決定。在通常情況下,SCU 將具備普通的設(shè)備規(guī)格和網(wǎng)絡(luò)能力。在特定的情況下,部分 SCU 單元需具備更高的可靠性、穩(wěn)定性和處理并發(fā)大流量能力,對硬件規(guī)格、軟件設(shè)計、算力資源均有較高要求。
SCU 支持跨域設(shè)計(如空天和地面、移動網(wǎng)和承載網(wǎng))、能夠靈活定制。以衛(wèi)星接入為例,網(wǎng)絡(luò)拓撲變化快,傳輸時延大,導(dǎo)致現(xiàn)有接入與移動性管理策略無法滿足網(wǎng)絡(luò)需求。需設(shè)計高效的移動性管理方案,多接入、多連接的高效協(xié)同會話管理機制,才能夠滿足衛(wèi)星接入用戶體驗。
SCU 有以下兩種潛在部署形態(tài)。6G 網(wǎng)絡(luò)將通過分布式協(xié)同的方式進行靈活組網(wǎng)。SCU 在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署時,還可適配不同的無線接入網(wǎng)能力,如 SCU 可承載無線集中單元(Central Unite)。
SCU 只包含核心網(wǎng)能力。此組網(wǎng)形式下,SCU 包含核心網(wǎng)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(wǎng)控制能力。在無線云化的基礎(chǔ)上,CU 功能可按需部署在 SCU單元中,使用統(tǒng)一的資源層和路由控制層進行接入網(wǎng)控制。SCU 的組網(wǎng)形式可包括環(huán)形組網(wǎng)、星型組網(wǎng)以及混合組網(wǎng)模式。其中環(huán)形組網(wǎng)主要依靠邊緣的 SCU 與其附近的邊緣 SCU 組成網(wǎng)絡(luò);星型組網(wǎng)由一個中心 SCU節(jié)點和其關(guān)聯(lián)的邊緣 SCU 組成,邊緣 SCU 受中心 SCU 的控制;混合組網(wǎng)是指環(huán)形組網(wǎng)和星型組網(wǎng)共存的組網(wǎng)形態(tài)。
智東西認為,體系架構(gòu)的創(chuàng)新關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)總體發(fā)展,是 6G 網(wǎng)絡(luò)最核心的創(chuàng)新之一。新需求、新場景和新技術(shù)的出現(xiàn),賦予了 6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在傳統(tǒng)連接和轉(zhuǎn)發(fā)之外的計算、感知、智能、安全等多維能力需求,也為 6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新帶來了新的驅(qū)動力,產(chǎn)業(yè)界各方需要進一步重視系統(tǒng)架構(gòu)對技術(shù)方向的引領(lǐng)作用,抓住其技術(shù)變革的本質(zhì),與運營商一起共同實現(xiàn) 6G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的快速迭代與更新。
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