張琳峰，林奕琳，王慶揚

（中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

回顧移動通信的發(fā)展史，1G提供的是模擬話音，2G提供的是數(shù)字話音和短信，3G提供了移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使得移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展逐漸展開。4G提供移動寬帶上網(wǎng)，移動多媒體視頻業(yè)務(wù)開始興起，同時由于網(wǎng)絡(luò)帶寬更大、智能手機的急速發(fā)展，使得各種移動APP類應(yīng)用迅速得到普及，例如社交、支付、購物、導(dǎo)航、打車、外賣以及移動短視頻等應(yīng)用，極大地改變了人們的生活方式。5G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是實現(xiàn)萬物互聯(lián)，除了支持eMBB增強移動寬帶場景之外，還支持URLLC高可靠低時延和eMTC增強機器類通信應(yīng)用場景，通過豐富的應(yīng)用場景賦能千行百業(yè)，推動社會發(fā)展。可以說，4G已經(jīng)改變生活，5G除了改變生活之外，正在賦能行業(yè)、改變社會，而面向2030年的6G網(wǎng)絡(luò)，有可能改變世界，包括物理世界和數(shù)字世界。

1 6G網(wǎng)絡(luò)愿景對架構(gòu)的需求

Gartner從2018到2020連續(xù)四年的十大技術(shù)趨勢指出，AI人工智能走向工程應(yīng)用的趨勢成為必然。AI賦予了機器適應(yīng)能力、推理能力和提供解決方案的能力。AI經(jīng)歷了三個層級的發(fā)展：首先是計算智能，就是能存會算；其次是感知智能，就是能聽會說、能看會認(rèn)；然后是認(rèn)知智能，就是能理解、會思考，從而使得計算機能夠理解人類，并像人類一樣思考。目前進(jìn)入實用階段的主要是計算智能和感知智能。移動通信網(wǎng)絡(luò)從4G到5G的發(fā)展過程中，算力資源日益豐富，并逐漸從網(wǎng)絡(luò)中心向網(wǎng)絡(luò)邊緣擴展，數(shù)據(jù)資源也日益豐富，為AI的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。例如：自組織網(wǎng)絡(luò)SON從4G開始應(yīng)用，5G在R16和R17標(biāo)準(zhǔn)中引入了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能NWDAF（Network Data Analytics Function）和管理數(shù)據(jù)分析功能MDAF（Management Data Analytic Function），主要是定義了eNA[1]的網(wǎng)絡(luò)智能化框架，基于大數(shù)據(jù)分析來提升網(wǎng)絡(luò)的智能調(diào)度和運營管理的能力，但在實際的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署中涉及多廠商多設(shè)備的多源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的難度較大[2]，實際應(yīng)用效果也需要時間檢驗。

展望6G網(wǎng)絡(luò)愿景，至少有以下特點：

（1）沉浸體驗[3]：利用XR、全息、數(shù)字孿生和其他多媒體技術(shù)的組合，模擬視覺、聽覺、觸覺等感官信息，創(chuàng)造高真實感的環(huán)境，為用戶提供沉浸式實時體驗和交互類的業(yè)務(wù)，可能變得普及。5G主要是基于XR技術(shù)實現(xiàn)，6G將基于全息和數(shù)字孿生、并可結(jié)合XR提供更加身臨其境、更加豐富多彩的全新業(yè)務(wù)體驗，包括全息通信[4]、全息現(xiàn)實、孿生現(xiàn)實。這類業(yè)務(wù)體現(xiàn)了通信和感知的融合，對多感知交互、圖像實時壓縮算法和網(wǎng)絡(luò)信令的實時控制能力提出了較高的要求。

（2）網(wǎng)絡(luò)智能[2,5]：5G網(wǎng)絡(luò)在標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H部署的網(wǎng)絡(luò)中引入了一定程度的智能，但目前不同層面的智能還是相對孤立的，比如接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理層面的智能基本還未形成聯(lián)動或者閉環(huán)。而業(yè)界普遍期望6G在終端、無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)管理的智能化在得到進(jìn)一步增強的同時，在不同層面的智能的協(xié)同，形成6G網(wǎng)絡(luò)整體的智能。此外，智能技術(shù)將應(yīng)用到6G的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用多個層面，為用戶、應(yīng)用和社會提供智能泛在的連接。6G時代，通信將與AI形成深度融合，AI賦能網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)賦能AI應(yīng)用，智聯(lián)連接無處不在。

（3）天地一體[6]：3GPP在5G的R17版本中引入了NTN[7]（Non-Terrestrial Network，非地面網(wǎng)絡(luò)），支持透明模式和再生模式的衛(wèi)星與移動通信網(wǎng)絡(luò)融合。業(yè)界期望6G能夠面向廣域稀疏場景提供泛在的立體覆蓋，實現(xiàn)天地一體，從而能夠服務(wù)于偏遠(yuǎn)地區(qū)、航空、航海、高鐵等更多的業(yè)務(wù)場景。同時，6G網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)實現(xiàn)天地等不同網(wǎng)絡(luò)接入之間的智能協(xié)同，實現(xiàn)智能的泛在連接。

（4）固移融合：3GPP在5G的R16版本中成立了 5WWC[8]（Wireless and Wireline Convergence for the 5G System）、ATSSS（Access Traffic Steering，Switching and Splitting）、5G LAN（5G Local Area Network）等固移融合相關(guān)的項目。其中5WWC支持固定無線和有線接入（包括PON）統(tǒng)一接入到5GC核心網(wǎng)，實現(xiàn)多種接入方式的統(tǒng)一認(rèn)證，適用于5G、WLAN、PON等多種接入方式共存的行業(yè)應(yīng)用場景（工廠/園區(qū)）和家庭場景（全屋Wi-Fi+家寬）。ATSSS則進(jìn)一步實現(xiàn)5G和WLAN的多接入多流的智能調(diào)度。5G LAN則實現(xiàn)了5G UE之間可以組建跨UPF的局域網(wǎng)，而且5G UE和企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的有線終端可以組建固移融合的局域網(wǎng)，為企業(yè)提供廣域的虛擬局域網(wǎng)解決方案。6G需要多網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[9]，期望6G能夠?qū)崿F(xiàn)更廣泛、更全面的天地一體和固移融合。

（5）安全內(nèi)生[10]：5G網(wǎng)絡(luò)基于云原生設(shè)計，使得5G網(wǎng)絡(luò)與NFVI云基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)融合。另外5G基于服務(wù)化通信架構(gòu)，信令協(xié)議直接基于HTTPv2，對外支持Restful接口，同時引入MEC邊緣計算，使得5G具備更好的開放性，能夠更好地與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用融合。在獲得業(yè)務(wù)靈活性和豐富度的同時，也引入了NFVI云基礎(chǔ)設(shè)施和互聯(lián)網(wǎng)所面臨的安全風(fēng)險。因此6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之初還要考慮如何避免5G網(wǎng)絡(luò)只能通過外掛安全解決方案來增強安全的尷尬，借鑒區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合業(yè)界探討的分布式身份認(rèn)證、零信任、可信網(wǎng)絡(luò)等，構(gòu)建內(nèi)生的安全機制，成為6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計要解決的問題。

2 6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的總體考慮

從第一代模擬蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)到當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)歷程可以看出，沒有一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是完全脫離上一代憑空而來的。但基于不用的業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景需求、技術(shù)進(jìn)步的影響，每一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都與上一代都有明顯的不同，既有繼承，也有變革。

因此，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計，有以下幾點考慮因素：

（1）路線選擇：6G是現(xiàn)實世界和虛擬世界連接貫通的橋梁，是人類社會和自然環(huán)境和諧發(fā)展的引擎，具有比5G更宏大的歷史使命，這就要求6G具有遠(yuǎn)強于5G的能力，6G不能在5G的基礎(chǔ)上通過簡單的演進(jìn)而來，建議優(yōu)先考慮革命性的先進(jìn)技術(shù)，與5G形成顯著的代際差異。

（2）綠色環(huán)保：6G架構(gòu)設(shè)計一開始就要將綠色環(huán)保作為6G研發(fā)和運營的根本要求，為中國2030年“碳達(dá)峰”做出貢獻(xiàn)。6G應(yīng)通過引入智能技術(shù)實現(xiàn)資源的動態(tài)調(diào)度，從而實現(xiàn)資源效率最大化，這里的資源不僅僅是無線空口資源，還包括網(wǎng)絡(luò)各層次的資源，如何通過全局的智能調(diào)度和控制，使得網(wǎng)絡(luò)整體能效最優(yōu)，是6G需要解決的一個重要問題。

（3）考慮支持全連接的基礎(chǔ)框架：全連接包含衛(wèi)星接入和地面接入兩大類連接，地面接入包括無線連接和有線連接兩大類。6G基礎(chǔ)框架應(yīng)考慮空天地海、固定與移動等各類連接并存的泛在接入場景下，如何實現(xiàn)對全連接的智能化管理，如何實現(xiàn)隨時隨地可用的泛在連接，并為用戶提供多樣化的QoS定制服務(wù)。

（4）考慮新業(yè)務(wù)新場景的需求：4G網(wǎng)絡(luò)以2C業(yè)務(wù)為主，帶寬的擴展催生了一批豐富人們生活的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，5G將拓展2B應(yīng)用，為各行各業(yè)帶來新的發(fā)展動力。而6G網(wǎng)絡(luò)則需要考慮2030年及之后人類社會和自然世界和諧發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)的需求，包括提供無處不在的泛在連接，網(wǎng)絡(luò)柔性可編程滿足定制化需求。

（5）考慮交叉領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的加持：SDN理念、NFV技術(shù)在4G網(wǎng)絡(luò)后期得到了一定程度的應(yīng)用，在5G得到全面應(yīng)用；云計算、容器、微服務(wù)、HTTP等IT領(lǐng)域的技術(shù)也被引入到5G網(wǎng)絡(luò)使得網(wǎng)絡(luò)更加靈活；大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的引入也使得5G網(wǎng)絡(luò)具備初步的智能。而在對6G的前期研究中，已經(jīng)出現(xiàn)了AI與空口技術(shù)的融合、區(qū)塊鏈在頻譜共享中的應(yīng)用等創(chuàng)新思路，因此未來6G網(wǎng)絡(luò)將支持ICDT深度融合，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計需要充分考慮如何吸收各類新興技術(shù)，實現(xiàn)云網(wǎng)邊端融合的6G網(wǎng)絡(luò)[11-12]。

3 6G智能全連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)想

面向未來的6G網(wǎng)絡(luò)相比5G將提供更高的峰值速率、更低的端到端時延、更密的連接數(shù)量，并支持更加豐富和復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景和應(yīng)用，特別是AI類應(yīng)用將呈現(xiàn)出泛在的特性，不管是在云端、網(wǎng)絡(luò)的各個層級、無線、還是終端，都將支持“智能”特性。

設(shè)想中的6G智能全連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從橫向來看，包括接入網(wǎng)、邊緣網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)三部分，其中接入網(wǎng)提供包括衛(wèi)星接入、無線與移動接入、有線接入在內(nèi)的泛在接入，并由邊緣網(wǎng)絡(luò)控制，邊緣網(wǎng)絡(luò)提供區(qū)域范圍的移動性和接入服務(wù)，通常部署在邊緣云上，核心網(wǎng)絡(luò)則實現(xiàn)各個邊緣網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通以及與Internet網(wǎng)絡(luò)的互通，通常部署在核心云上。接入網(wǎng)、邊緣網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)既可以由同一個運營商提供，也可以由不同運營商提供，還可以通過多方聯(lián)合以共建共享的方式提供。

從縱向來看，6G智能全連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)自下而上包括云網(wǎng)融合層、智能網(wǎng)絡(luò)層、智能服務(wù)層等三層，如圖1所示。

圖1 6G智能全連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

其中云網(wǎng)融合層是6G網(wǎng)絡(luò)部署的基礎(chǔ)設(shè)施，為6G網(wǎng)絡(luò)提供傳統(tǒng)承載網(wǎng)絡(luò)連接、云計算資源及云網(wǎng)操作系統(tǒng)，通過實施虛擬化、云化和服務(wù)化，形成一體化的融合技術(shù)底座，最終實現(xiàn)簡潔、敏捷、開放、融合、安全、智能的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的資源供給。

智能網(wǎng)絡(luò)層是6G網(wǎng)絡(luò)的核心功能層，實現(xiàn)信令的智能控制和用戶數(shù)據(jù)的智能處理，遵循控制與承載盡可能獨立工作的設(shè)計原則。但核心網(wǎng)絡(luò)和邊緣網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)上有所不同，具體如下：

（1）核心網(wǎng)絡(luò)：由通信平面和管理平面構(gòu)成。通信平面自上而下分為智能業(yè)務(wù)控制（控制面）、智能連接調(diào)度（控制面）、智能核心處理（用戶面）等三層，分別實現(xiàn)業(yè)務(wù)層的會話控制、網(wǎng)絡(luò)層的會話控制，以及對來自邊緣網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)據(jù)流實現(xiàn)智能轉(zhuǎn)發(fā)和媒體處理。信令面通過分層設(shè)計，從業(yè)務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)靈活的多通道多流策略的智能調(diào)度，用戶面也具備自主選路的智能，通過P2P組網(wǎng)實現(xiàn)分布式的轉(zhuǎn)發(fā)處理。管理平面則包括智能數(shù)據(jù)采控和智能運營管理，實現(xiàn)智能采集、大數(shù)據(jù)分析、AI建模和數(shù)據(jù)訓(xùn)練，并可以通過信令面或用戶面的互通實現(xiàn)反饋的閉環(huán)，從而提升網(wǎng)絡(luò)運維的自動化水平、面向業(yè)務(wù)的運營水平、以及對網(wǎng)絡(luò)安全智能防御的能力，逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自治和自演進(jìn)。

（2）邊緣網(wǎng)絡(luò)：遵循控制與承載分離和極簡化設(shè)計原則，由智能接入控制（控制面）和智能邊緣轉(zhuǎn)發(fā)（用戶面）實現(xiàn)分布式的邊緣接入控制和移動性管理以及對用戶數(shù)據(jù)流的邊緣轉(zhuǎn)發(fā)和處理。所有邊緣網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)共享移動性管理數(shù)據(jù)庫，技術(shù)上可以通過區(qū)塊鏈或分布式賬本實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。當(dāng)用戶在本地接入、區(qū)域范圍內(nèi)移動或者只使用邊緣網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)的場景下，由邊緣網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)移動性管理和邊緣接入的自主控制，此時不需要核心網(wǎng)絡(luò)的信令面參與；當(dāng)用戶在漫游場景下，則由邊緣網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)共同完成信令控制。邊緣網(wǎng)絡(luò)具備較高程度的智能，除了能夠買現(xiàn)接入層全連接的智能控制，還具備較高程度的自治和自演進(jìn)能力，便于降低運營門檻，有利于吸引第三方合作方參與到邊緣網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域運營服務(wù)。

智能網(wǎng)絡(luò)層在具體實現(xiàn)上，應(yīng)兼容各種不同的基礎(chǔ)設(shè)施。同時，功能實體應(yīng)具備柔性定制和良好的可擴展性，支持根據(jù)業(yè)務(wù)場景實現(xiàn)動態(tài)按需部署和彈性伸縮，因此功能實體的顆粒度設(shè)計應(yīng)更加靈活，實體之間的協(xié)議應(yīng)具備靈活、動態(tài)和極簡等特性，從而使得6G網(wǎng)絡(luò)的核心功能實現(xiàn)可編程、可編排、支持P2P組網(wǎng)等特性。

智能服務(wù)層主要面向6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供服務(wù)。首先支持智能交互，未來的移動網(wǎng)絡(luò)要考慮面向消費端和行業(yè)端的AI應(yīng)用場景和需求，實現(xiàn)AI終端到AI應(yīng)用的連接，這種連接傳遞的可能是計算請求、控制指令，也可能是模型、數(shù)據(jù)，還可能是腦機接口這種新穎、智能的交互方式。其次支持對外的智能服務(wù)，包括AI as a Service、Blockchain as a Service等，面向2C、2H、2B的全場景的各種服務(wù)。6G網(wǎng)絡(luò)對外提供的智能服務(wù)跟傳統(tǒng)的基于NEF的集中式能力開放不同，為了適應(yīng)WEB3的發(fā)展趨勢，通過與區(qū)塊鏈或者分布式賬本系統(tǒng)對接，提供分布式的鏈上服務(wù)（例如：計算服務(wù)、算法服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等）有可能成為主流。

從網(wǎng)絡(luò)的視角來看，智能并非集中部署，而是從集中走向分布，在云端、網(wǎng)絡(luò)、邊緣、終端等各方實體中都可能存在智能控制功能，根據(jù)應(yīng)用的差異，某些應(yīng)用以核心智能為主，某些應(yīng)用以邊緣智能為主，還有某些應(yīng)用以終端智能為主，從而構(gòu)成云網(wǎng)邊端協(xié)同的智能全連接架構(gòu)體系。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，智能也是分散在多層、多個功能實體之中，通過多層的智能協(xié)同，從而實現(xiàn)接入層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層的智能全連接控制，從終端的視角來看，6G網(wǎng)絡(luò)提供了空天地海的廣域泛在連接，支持衛(wèi)星接入、無線與移動接入、有線接入等全場景的接入和應(yīng)用層的全連接服務(wù)。智能全連接的核心內(nèi)涵是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)通過對連接的智能化管理，為用戶提供全業(yè)務(wù)場景的服務(wù)可達(dá)，不管用戶身處何地，隨時隨地、隨愿聯(lián)網(wǎng)。

4 6G智能全連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢

本文提出的6G智能全連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)想，跟5G網(wǎng)絡(luò)對比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

（1）邊緣網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)角色分離：由邊緣網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)移動性管理和接入控制、本地連接控制，核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)骨干連接控制，支持新的多運營商協(xié)作的商業(yè)模式和生態(tài)環(huán)境，在支持多運營商的共建共享方面具備更多的靈活性。

（2）控制面與用戶面獨立工作，二者接口極簡化：傳統(tǒng)的SDN架構(gòu)采用的是控制與承載分離的思路，控制面實體具備較強的策略智能，完全控制用戶面實體的行為，而用戶面實體只能按照控制面的策略來執(zhí)行，沒有自主決策能力。由于用戶面完全受控于控制面，無法獨立工作，表面上看二者是分離的，實際上二者是無法獨立工作的緊耦合關(guān)系。在智能全連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，控制面和用戶面是完全分離的松耦合關(guān)系，控制面和用戶面的網(wǎng)絡(luò)功能實體都支持P2P模式的自主組網(wǎng)，二者之間的接口按最簡化設(shè)計，追求的是二者獨立工作，即使在控制面失效的情況下，用戶面也可以為用戶提供緊急服務(wù)。用戶面也具備較強的策略智能，可以自主進(jìn)行路由選擇后報告給控制面，也可以按照控制面的特定策略執(zhí)行，將提升邊緣網(wǎng)絡(luò)的自主性，并使網(wǎng)絡(luò)總體上具備更好的可擴展性。

（3）分布式網(wǎng)絡(luò)智能：5G R16定義了基于NWDAF網(wǎng)元和大數(shù)據(jù)分析的eNA框架，是集中式的智能，而6G引入AI內(nèi)生的分布式智能協(xié)作，將以機器學(xué)習(xí)（例如深度學(xué)習(xí)、聯(lián)邦學(xué)習(xí)）作為內(nèi)生的技術(shù)實現(xiàn)，支持網(wǎng)絡(luò)各層之間的多層智能協(xié)同，以及終端與6G云網(wǎng)邊的多方智能協(xié)同。

（4）全連接控制和調(diào)度：5G R17 NTN實現(xiàn)星地融合，5WWC實現(xiàn)有線和無線融合，各個方案獨立疊加，每個方案適用于特定場景。在6G智能全連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中將統(tǒng)一通過邊緣網(wǎng)絡(luò)方案原生支持衛(wèi)星接入、無線與移動接入、有線接入等全部接入方式和移動性位置數(shù)據(jù)的共享。

5 結(jié)束語

6G的目標(biāo)是要滿足2030年后業(yè)務(wù)應(yīng)用、技術(shù)進(jìn)步和社會發(fā)展對移動網(wǎng)絡(luò)提出的需求，而6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)。本文基于當(dāng)前對6G愿景的展望、對移動網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)特點的考慮以及對技術(shù)進(jìn)步的初步判斷提出了一種6G智能全連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)想。但6G研究目前還處于初步階段，6G標(biāo)準(zhǔn)工作還未正式開始，后續(xù)基于研究的逐步深入，還需在當(dāng)前架構(gòu)設(shè)想基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化和優(yōu)化。