邢燕霞，李鵬宇，聶衡

（中國電信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

隨著全球5G網(wǎng)絡的規(guī)模部署和商用，各國開始著手6G網(wǎng)絡技術(shù)研究。自2019年以來，6G網(wǎng)絡研究的陣容越來越壯大，歐美、日韓相繼成立國家層面的推動組織支持6G網(wǎng)絡技術(shù)研究。經(jīng)過兩年的研究，全球已經(jīng)發(fā)布了眾多研究成果，這些研究成果主要集中在網(wǎng)絡愿景層面，包括6G網(wǎng)絡應用場景、6G網(wǎng)絡潛在關(guān)鍵技術(shù)和6G網(wǎng)絡指標體系等。2021年以來，6G網(wǎng)絡架構(gòu)正成為6G技術(shù)研究的新焦點，本文主要分享對6G網(wǎng)絡架構(gòu)的研究和思考，討論新興技術(shù)對6G網(wǎng)絡架構(gòu)可能產(chǎn)生的影響，以及6G網(wǎng)絡架構(gòu)的技術(shù)特征。

1 移動網(wǎng)絡發(fā)展趨勢及6G展望

展望未來，移動通信網(wǎng)絡發(fā)展有如下明顯趨勢：首先，網(wǎng)絡將越來越智能。網(wǎng)絡將在深度感知業(yè)務的基礎上，通過數(shù)據(jù)收集、訓練和推理，自動形成業(yè)務優(yōu)化策略，提升網(wǎng)絡服務質(zhì)量。在網(wǎng)絡管理層面，端到端智能閉環(huán)，網(wǎng)絡自主進化是未來的發(fā)展方向。意圖驅(qū)動網(wǎng)絡技術(shù)逐漸成熟，網(wǎng)絡不僅可以按需定制，還可以根據(jù)需要進行自主動態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡設計、自動配置網(wǎng)絡參數(shù)，最終實現(xiàn)自主進化，在這個過程中，AI將發(fā)揮重要的作用。其次云網(wǎng)深度融合，算網(wǎng)一體化?！霸啤睘椤熬W(wǎng)”提供基礎設施，“網(wǎng)”為“云”提供信息交互，二者密不可分，深度融合。在云網(wǎng)絡融合和智能化發(fā)展趨勢下，算力需求激增，為了滿足網(wǎng)絡和業(yè)務對泛在算力的需求，我國提出了算力網(wǎng)絡研究。最后，網(wǎng)絡應該是安全可信的。隨著移動網(wǎng)絡參與方數(shù)量的增多和傳輸數(shù)據(jù)量的激增，任何風險都將會被放大，因此網(wǎng)絡的安全可信至關(guān)重要，區(qū)塊鏈技術(shù)有可能發(fā)揮建立可信環(huán)境的作用。

基于以上移動網(wǎng)絡演進趨勢，和業(yè)界對6G的愿景、需求、應用場景描述，我們認為移動網(wǎng)絡將繼續(xù)沿著服務化架構(gòu)方向演進[1]，同時滿足用戶和網(wǎng)絡運營商對網(wǎng)絡定制化服務、安全可信、網(wǎng)絡泛在高速等方面的需求。每一代移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)都盡量吸收當時的先進技術(shù)要素，保持移動通信技術(shù)的先進性。6G網(wǎng)絡架構(gòu)研究應結(jié)合未來10年內(nèi)可能落地實施的技術(shù)來進行設計。綜上分析，我們認為未來6G網(wǎng)絡架構(gòu)將形成“三層三扇”架構(gòu)，即在網(wǎng)絡基礎設施層、網(wǎng)絡功能層和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)層的“三層”基礎上，貫通疊加智簡、可信、數(shù)融的“三扇”設計理念，如圖1所示。下面主要討論AI技術(shù)、新型SDN/NFV、算力網(wǎng)絡、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)對6G網(wǎng)絡架構(gòu)存在潛在的影響。

圖1 “三層三扇”的6G網(wǎng)絡架構(gòu)愿景

2 新興技術(shù)對6G網(wǎng)絡架構(gòu)的潛在影響

2.1 AI技術(shù)

網(wǎng)絡智能化是業(yè)界一直追求的目標，一方面希望通過智能化手段提升網(wǎng)絡與業(yè)務的匹配程度，根據(jù)不同業(yè)務的差異化需求提供個性化網(wǎng)絡服務。還可以根據(jù)用戶的行為習慣特征，預判用戶下一步的行為并進行相應的網(wǎng)絡配合，提升用戶的網(wǎng)絡接入體驗；另一方面，希望借助智能化管理機制，增加網(wǎng)絡的自治水平，提升網(wǎng)絡的能效和頻譜效率，從而實現(xiàn)降本增效的目的。在3GPP的早期標準版本中，CAMEL（Customized Application Mobile Enhanced Logic，移動用戶增強邏輯的客戶化應用）標準承擔著移動智能網(wǎng)的角色，通過移動網(wǎng)絡內(nèi)部的機制，提升業(yè)務的靈活性。5G時代，隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，為移動網(wǎng)絡智能化提供了新的技術(shù)手段，AI領域的新技術(shù)將得到更廣泛的使用，例如機器學習和智能推理。

5G網(wǎng)絡智能化主要體現(xiàn)在兩個層面，即網(wǎng)絡層面和管理層面，在3GPP標準中分別由SA2和SA5開展研究，SA2從網(wǎng)絡架構(gòu)的角度研究網(wǎng)絡智能化，引入了NWDAF（Network Data Analytics Function， 網(wǎng) 絡 數(shù)據(jù)分析功能），SA5開展了意圖驅(qū)動的網(wǎng)絡管理服務的研究。

5G網(wǎng)絡R15版本的NWDAF功能從網(wǎng)元、終端等收集數(shù)據(jù)，通過推理和分析生成策略或分析結(jié)果供其他網(wǎng)元調(diào)用[2]。在R16階段，NWDAF主要聚焦提供哪些統(tǒng)計和預測能力、從各個網(wǎng)元收集哪些數(shù)據(jù)、如何將分析結(jié)果開放給消費者等，同時也開始探討可集中可分布的部署方式，不同NWDAF可支持不同的分析能力，可與網(wǎng)元合設或分離。在R17階段，SA2更加聚焦架構(gòu)層面的研究，例如NWDAF的邏輯功能拆分及邏輯功能間的交互、多NWDAF實例協(xié)作數(shù)據(jù)訓練模型共享、是否引入功能實體提高數(shù)據(jù)收集效率、增強實時性等問題[3]。除此之外，在業(yè)務方面也進行了更多的探討，例如如何保障切片SLA、輔助用戶面優(yōu)化提升業(yè)務體驗、輔助提供接入選擇策略、邊緣計算方面的增強優(yōu)化等，目前正在針對這些研究內(nèi)容進行標準化工作[4]。R18階段首先開始進行需求研究，重點研究業(yè)務特性和性能指標方面；技術(shù)方面預計會在架構(gòu)上進行更深入的研究，例如分布式AI訓練及推理架構(gòu)、聯(lián)邦學習與網(wǎng)絡架構(gòu)的結(jié)合等。

SA5開展了意圖驅(qū)動網(wǎng)絡研究，旨在使得網(wǎng)絡的管理和運維更加智能，AI將發(fā)揮重要作用，包括意圖轉(zhuǎn)譯和驗證、自動化實施、狀態(tài)監(jiān)控和保障和自動化優(yōu)化/補救等。在這個過程中，首先需要將業(yè)務策略轉(zhuǎn)換為必要的網(wǎng)絡配置，其次通過網(wǎng)絡自動化配置或網(wǎng)絡編排實現(xiàn)，然后基于網(wǎng)絡狀態(tài)感知持續(xù)驗證原始業(yè)務意圖是否得到實現(xiàn)，并且可以在所需意圖無法實現(xiàn)時采取糾正措施。以網(wǎng)絡切片為例，在意圖驅(qū)動的網(wǎng)絡管理模式下，網(wǎng)絡切片的全生命周期管理將更加智能，可以實現(xiàn)意圖驅(qū)動的NSI（Network Slice Instance，網(wǎng)絡切片實例）的資源容量規(guī)劃、意圖驅(qū)動的NSI使用優(yōu)化、意圖驅(qū)動的NSI性能保障等[5]。

通過上述標準技術(shù)的演進分析可見，AI及大數(shù)據(jù)分析的理念正在滲透到移動網(wǎng)絡架構(gòu)設計種，機器學習等關(guān)鍵技術(shù)正在與移動網(wǎng)絡業(yè)務場景結(jié)合。后續(xù)3GPP標準演進必將影響到B5G甚至6G的網(wǎng)絡架構(gòu)標準制定工作，潛在的影響主要包括以下方面：

（1）6G網(wǎng)絡將是嵌入式、分層化的智能網(wǎng)絡架構(gòu)。6G時代，聯(lián)邦學習和數(shù)字孿生技術(shù)有可能引入到6G網(wǎng)絡架構(gòu)中。反映在網(wǎng)絡架構(gòu)設計中，智能化邏輯功能將進一步解耦，相應的感知、推理、訓練等功能將按需嵌入在不同的網(wǎng)元或節(jié)點中，形成分布式的智能感知、分層的智能訓練和推理以及分網(wǎng)元分域的智能決策，從而實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡智能化，如圖2所示。

圖2 嵌入式分層化6G智能架構(gòu)示意圖

（2）6G網(wǎng)絡對業(yè)務的感知能力（感知范圍和感知顆粒度）將全面提升。業(yè)務和數(shù)據(jù)感知是智能化的前提，在未來的6G網(wǎng)絡中，無線網(wǎng)絡的軟件能力將得到加強，網(wǎng)絡對業(yè)務的感知將從原來的核心網(wǎng)延伸到無線網(wǎng)絡，無線網(wǎng)絡將具備更強的業(yè)務感知、推理、決策能力，實現(xiàn)資源最優(yōu)分配、路由智能調(diào)度、網(wǎng)絡節(jié)能、提升業(yè)務體驗的目標。

（3）6G網(wǎng)絡將實現(xiàn)端到端智能運營與管理，具備自感知、自學習、自糾錯、自進化的運營能力。數(shù)字孿生、意圖網(wǎng)絡、人工智能等技術(shù)融入運營管理體系，將形成統(tǒng)一視圖的數(shù)字孿生網(wǎng)絡管理能力、意圖驅(qū)動的網(wǎng)絡定制編排能力、統(tǒng)一的云網(wǎng)融合資源調(diào)度等智能運營能力。

2.2 云網(wǎng)融合技術(shù)

云網(wǎng)融合是在ICDT技術(shù)融合發(fā)展背景下的通信網(wǎng)絡發(fā)展方向，是云計算技術(shù)、SDN/NFV技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與通信網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。在云網(wǎng)融合的趨勢下，移動網(wǎng)絡演進正在發(fā)生深刻的變化，5G網(wǎng)絡的組網(wǎng)模式、商業(yè)模式和網(wǎng)絡管理模式均發(fā)生了重要改變。在組網(wǎng)方面，5G時代，核心網(wǎng)絡采用服務化架構(gòu)設計，網(wǎng)元軟件和硬件解耦，網(wǎng)絡部署在云上，是云網(wǎng)融合的初步實踐。在商業(yè)模式方面，因為采用了虛擬化和云化技術(shù)，使得網(wǎng)絡切片業(yè)務成為可能，網(wǎng)絡可以按照客戶的需求進行個性化定制，實現(xiàn)了移動網(wǎng)絡商業(yè)模式的創(chuàng)新。在網(wǎng)絡管理方面，云網(wǎng)融合技術(shù)為網(wǎng)絡按需編排提供了技術(shù)基礎。然而，5G僅是云網(wǎng)融合的初級階段，無線網(wǎng)絡尚未云化，還不支持編排管理，端到端的編排（無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)）尚未完全貫通。

隨著云網(wǎng)融合技術(shù)的進一步發(fā)展，算力網(wǎng)絡應運而生。算力網(wǎng)絡是在各行各業(yè)對于算力需求不斷提升的背景下產(chǎn)生的，單點的算力不足以滿足各種業(yè)務的需求，算力網(wǎng)絡提供了一個構(gòu)建各方算力資源整體視圖、按需調(diào)度算力需求以及進行算力交易的整體解決方案，以滿足各種網(wǎng)絡及業(yè)務的算力需求[6]。當前電信業(yè)務和網(wǎng)絡所需算力主要由運營商提供，不能利用其他渠道的云資源，且運營商不能對資源分布、使用情況進行動態(tài)的感知和管理，導致算力供應不能按需提供。隨著算力網(wǎng)絡技術(shù)與6G網(wǎng)絡技術(shù)的同步發(fā)展，二者將相互促進，融合發(fā)展。一方面6G網(wǎng)絡作為算力的需求方將促進算力網(wǎng)絡發(fā)展，6G網(wǎng)絡對算力的需求包括來自于6G網(wǎng)絡的云化部署需求（尤其是無線網(wǎng)絡云化可能帶來的需求），和來自于6G網(wǎng)絡端到端的智能化需求，例如智能化將需要分布式的算力網(wǎng)絡支持；另一方面，6G將為算力網(wǎng)絡提供泛在連接和高速數(shù)據(jù)傳送，支撐算力的快速調(diào)度和網(wǎng)絡資源的最優(yōu)化配置。

綜上分析，隨著云網(wǎng)融合的繼續(xù)深入，云計算資源從集中逐漸走向分布式、多元化，形成多級算力資源架構(gòu)。對6G網(wǎng)絡架構(gòu)的潛在影響主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）無線網(wǎng)絡云化成為可能，移動網(wǎng)絡將迎來全面云化時代。無線網(wǎng)絡架構(gòu)的設計順應云網(wǎng)融合的發(fā)展趨勢，無線網(wǎng)絡功能將可能進一步解耦，采用服務化的架構(gòu)設計（即SBA-RAN），并與核心網(wǎng)邏輯功能進行重組，形成6G無線/核心網(wǎng)絡統(tǒng)一的控制面和分布式的用戶面，泛在算力為移動網(wǎng)絡全面云化部署提供了資源基礎，如圖3所示。

圖3 全面云化的6G網(wǎng)絡功能分布示意圖

（2）在端到端的云原生6G網(wǎng)絡中，將實現(xiàn)網(wǎng)絡可編程。以不同軟硬件配置組合實現(xiàn)多形態(tài)網(wǎng)元和多拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡，滿足不同場景差異化需求。隨著新型SDN/NFV技術(shù)的不斷演進，網(wǎng)絡靈活性和網(wǎng)絡可編程能力將進一步突破。

（3）6G網(wǎng)絡將成為云網(wǎng)邊端協(xié)同的智能網(wǎng)絡。在算力網(wǎng)絡的支撐下，邊緣能力進一步提升，云邊端協(xié)同將發(fā)揮重要作用，通過云邊端的協(xié)商，根據(jù)業(yè)務特點、網(wǎng)絡、終端能力及運行環(huán)境等，終端可以將部分計算任務卸載到云端/邊緣節(jié)點進行，云端/邊緣節(jié)點將計算結(jié)果反饋給終端，從而有效利用網(wǎng)絡和云、邊資源，提升用戶使用業(yè)務的流暢性和穩(wěn)定性，降低終端功耗和成本。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)提供了在不可信環(huán)境中傳遞信息、交換價值、建立多方信任的技術(shù)機制，解決了數(shù)字世界的信任問題，是構(gòu)建未來價值互聯(lián)網(wǎng)的基石。因為區(qū)塊鏈技術(shù)主要適用于參與方較多、且多方之間互不信任、利益不一致或缺乏權(quán)威第三方介入的場景。傳統(tǒng)的運營商網(wǎng)絡的部署和組織是在運營商可控可信的環(huán)境中進行的，因此可信問題并不突出。然而，面向未來的6G網(wǎng)絡，網(wǎng)絡共建共享、空天地一體化設計將成為6G網(wǎng)絡的重要特征，隨著參與方數(shù)量的增加、企業(yè)或行業(yè)不同，區(qū)塊鏈將可以發(fā)揮作用[7]。

首先在網(wǎng)絡共建共享方面存在區(qū)塊鏈的應用場景。為了獲得更高的吞吐能力，移動通信一個重要的發(fā)展趨勢是使用更高的頻段，通過占用更多的頻譜資源提升吞吐能力，這將導致單基站的成本和基站數(shù)量增加，建網(wǎng)成本進一步增大，因此多家運營商通過共建共享解決網(wǎng)絡的覆蓋問題將是未來6G發(fā)展的重要方向。目前5G網(wǎng)絡主要在運營商之間實現(xiàn)共建共享，隨著未來國家對頻譜資源的管理方式的變化，頻譜除了分配給運營商，還可能分配給垂直行業(yè)企業(yè)，共建共享的參與方將更多。在這種環(huán)境下可能存在兩種的需求，一個是頻譜的動態(tài)共享，另一個是共建共享信息的管理，包括共享設備（如基站）信息以及其配置信息管理等。

在實現(xiàn)頻譜共享場景中，頻譜共享的參與方可以將不同頻譜資源信息以及擁有者信息上鏈存儲，并在區(qū)塊鏈上層部署用于動態(tài)頻譜共享與結(jié)算的智能合約，規(guī)定頻譜使用的規(guī)則和結(jié)算規(guī)則，實現(xiàn)頻譜的動態(tài)共享和按照使用量獲取收益的功能。在共建共享信息管理場景中，可將設備信息以及設備重要配置信息上鏈存儲，這些信息具備不可篡改性，在問題追蹤、故障定位中會提供有力幫助，實現(xiàn)有據(jù)可查?；净蛘咴O備網(wǎng)管需支持將這些信息分布式存儲在區(qū)塊鏈節(jié)點中。

區(qū)塊鏈在共建共享環(huán)境下的應用如圖4所示：

圖4 區(qū)塊鏈在共建共享環(huán)境下的應用

其次區(qū)塊鏈在算力網(wǎng)絡交易方面存在應用可能。6G網(wǎng)絡作為算力的消耗者之一，將需要更多、更靈活的算力資源，以滿足網(wǎng)絡快速部署、業(yè)務快速響應等需求。未來算力網(wǎng)絡將由運營商中心云、運營商邊緣云、第三方算力甚至個人算力提供者聯(lián)合提供資源，各方的算力可以進行在線交易。在滿足上層業(yè)務需求的同時，提升資源的利用率，并進行收益的合理分配，第三方甚至個人算力資源提供者，也可以獲得提供算力的收益。

為實現(xiàn)上述需求，可以將算力交易的訂單信息、算力資源的使用情況、使用方、提供方等關(guān)鍵信息加密上鏈存儲，并通過智能合約定義算力資源的使用條件和計費條件等，對于滿足條件的交易，算力網(wǎng)絡將為使用者選擇合適的算力資源。算力網(wǎng)絡技術(shù)與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合可以實現(xiàn)算力資源的動態(tài)調(diào)度、按需使用和收益分配等?？傊瑓^(qū)塊鏈技術(shù)與6G網(wǎng)絡存在交叉應用場景，區(qū)塊鏈為網(wǎng)絡提供信任機制，6G為區(qū)塊鏈提供連接服務。

區(qū)塊鏈技術(shù)對6G網(wǎng)絡架構(gòu)的潛在影響體現(xiàn)在如下方面：

（1）無線網(wǎng)絡架構(gòu)可能需要引入?yún)^(qū)塊鏈相關(guān)邏輯功能。頻譜資源交易信息和算力交易信息等關(guān)鍵信息上鏈，實現(xiàn)可信交易，可能對6G網(wǎng)絡的網(wǎng)元提出功能要求，例如具備區(qū)塊鏈接入節(jié)點的相關(guān)功能等。

（2）區(qū)塊鏈技術(shù)可能被引入6G網(wǎng)絡運營管理層面，成為BSS（Business Support System，業(yè)務支撐系統(tǒng)）領域和OSS（Operation Support System，運營支撐系統(tǒng)）領域的重要工具，包括服務于多方計費結(jié)算、網(wǎng)絡排障和責任認定。

（3）結(jié)合6G網(wǎng)絡研究區(qū)塊鏈，需重點關(guān)注分布式記賬技術(shù)、智能合約技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)在6G的應用，包括資源交易、算力交易的技術(shù)方案、實施方案等，以提升資源的使用效率，形成資源可動態(tài)分配、使用、收益的良好生態(tài)。另外，還應研究關(guān)鍵數(shù)據(jù)和信息上鏈和提升系統(tǒng)性能的方法，避免因信息上鏈導致的系統(tǒng)性能下降，增加技術(shù)的實用性。

3 結(jié)束語

綜上分析，新興技術(shù)的引入會提升6G網(wǎng)絡架構(gòu)的先進性，6G網(wǎng)絡將可能是全面云化設計、具備嵌入式分層化AI能力、支持按需分布式部署的可信網(wǎng)絡。將帶來用戶使用6G網(wǎng)絡的體驗提升，同時也提升了運營商網(wǎng)絡管理水平，推動網(wǎng)絡管理變得更智能、更高效、更靈活。但是，在享受新興技術(shù)引入帶來的紅利的同時，也可能帶來一些問題，例如新的邏輯功能（或網(wǎng)元）的引入可能導致網(wǎng)絡架構(gòu)的復雜化，大量AI訓練的采用和數(shù)據(jù)的感知和傳遞可能導致網(wǎng)絡資源及能耗增加等。因此，在實際的網(wǎng)絡架構(gòu)設計中應綜合考慮技術(shù)的先進性、使用的經(jīng)濟性和網(wǎng)絡的安全性原則等，通過理論評估、系統(tǒng)仿真和技術(shù)試驗等方式選擇有益的技術(shù)要素，完善6G網(wǎng)絡架構(gòu)設計。