陆璐：6G网络架构详细设计

陆璐中国移动2023年12月 目录 6G“三体四层五面”架构的详细设计2 总结和展望3 ITU-R已明确6G典型场景和指标，将实现从移动通信向移动信息的重大转变 6G要求网络内生支持AI、感知、泛在连接等新能力，网络将从通信服务向信息服务转变 典型场景可分为三类，从信息传输到信息全过程服务： l第一类是性能沉浸化：5G三大场景的增强l第二类是要素融合化：AI与通信的融合、感知与通信的融合l第三类是覆盖全域化：泛在连接 技术指标包括两类，在5G基础上扩展与增强： l第一类是6G新能力拓展：覆盖性、感知、AI、可持续性、互操作性、定位能力 l第二类是5G能力增强：安全、可靠性、时延、移动性、连接密度、区域话务容量、频谱效率、数据速率等 从ITU技术指标到技术布局，系统是关键 ITU技术指标不是单点技术的要求，而是对整个网络的系统性要求；架构设计需从网络整体出发，系统思考 对感知、AI、计算等要素与网络（通信）的整体融合提出了要求 •通信与AI融合•通信与感知融合•泛在连接 6G架构演进的关键方向 面向网络平台化、服务多样化的发展趋势，6G架构演进的关键方向在于增强自身管控能力、扩展服务要素、拓展服务领域 扩展服务要素 增强自身管控能力 拓展服务领域 未来业务需求 新增数据、计算等服务要素，赋能网络内生AI、通感一体等网络新能力 空天地一体化深度融合组网，实现全球全域低成本“立体泛在覆盖” •流量带来基站规模倍增•超低时延推动超边缘化•数据本地化 从集中式网络向分布式自治网络演进，灵活部署、本地闭环，适配多样化场景需求 提出“三体四层五面”的6G总体架构 提出“三体四层五面”的6G总体架构，充分利用多样化通信和算力资源，新增数据面、计算面、安全面、服务使能层、数字孪生体，在架构层面实现对新型信息服务全场景、全流程的支持 三体 增加独立孪生体，虚实映射重组管理编排体，智能自治 功能分层，跨域拉通强化算力、路由 五面 增强传统控制面/用户面增加独立数据、计算和安全面 目录 6G“三体四层五面”架构的详细设计2 总结和展望3 体—数字孪生体：赋能网络自治闭环验证和控制 网络本体原生支持孪生接口，包括网络实时数据接口、虚实交互控制接口，实现网络物理实体和虚拟实体的实时交互映射，赋能网络运行态下全维透视分析，自治闭环控制。 p原生孪生接口：网络本体、编排管理体、数字孪生体基于原生孪生接口，实现虚实体间的数据交换和交互控制，是实现网络数字孪生的基础。 p数字孪生建模：基于模拟、仿真、数学分析、AI建模等多种建模技术生成网络、用户、环境的孪生模型，是构建网络数字孪生的核心。 p按需编排控制：解析网络本体和编排管理体的孪生需求，按需编排孪生资源、模型和对象，实现孪生对象设计，是构建网络数字孪生的大脑。 p孪生实例生成：基于编排结果，生成和运行网络孪生实例，实现对物理网络某个或某些方面的实时或预测性镜像，用于网络的分析和验证，是网络数字孪生的承载实体。 体—数字孪生体：流程贯通网络本体和数字空间 ①基于网络本体对数字孪生体的需求输入；②对网络数据进行实时采集；③通过对数字孪生对象的智能编排；④按需生成相应的数字孪生实例，执行数字孪生运行要求；⑤得到数字孪生运行结果，用于网络本体运行优化闭环； 体—管理编排体：实现网络的全生命周期管理 管理编排体是对网络资源、网络能力进行智能的编排管理，实现网络全生命周期管理的功能实体ü管理编排体的主要操作对象是网络本体，同时也对数字孪生体进行编排和优化ü整合多方资源，端到端拉通以实现管理系统的更新换代 p能力开放管理：将跨域网络的连接能力、算力能力、智能能力、安全能力等编排为可对内对外提供的服务 p运维管理：面向网络资源，需具备对频谱、存储、算力等相关资源的统筹和精细化管理能力。通过自治服务设计、资源智能调度编排以及跨域质量保障实现网络自治的闭环管理运维 p跨域数据管理：具备对端到端各域网络的数据管理能力，包括数据上报、数据监控、配置参数下发等 层—通信与算力层：实现通信、计算、存储资源协同优化 面向6G新场景、新需求，为了更好支撑上层网络功能，需增强通信资源能力，同时支持计算资源和存储资源的高效供给，实现通信、计算、存储资源间的协同优化 p增强无线通信频谱效率和接入：充分利用低中高全频谱资源，提供空天地多接入，支持通感一体p增强光通信底座能力：构筑基于OXC的光电联动全光网络底座，支持400G/800G大容量高速互联和全光灵活调度，实现业务动态感知p新增智算、超算等新型算力资源：算力基础设施向通算、智算、超算一体化演进，提供多样、立体、泛在算力p新增新型存储资源：支持文件、对象、块等多元融合存储，引入分布式存储等新型存储p支持通信、计算、存储资源间协同：支持资源层面感知、协同和优化，实现一体化资源按需、灵活供给p增强资源绿色与安全能力：提供低碳、绿色、安全的网络、计算、存储资源，并支持资源间协同节能 层—连接与路由层：实现调度智能化、协议一体化、算网一体化 以新型统一IP底座为基础，走向调度智能化、协议一体化、算网一体化，实现基于多网络、多体制、多接入融合的连接与路由，满足对服务化功能的支持及自适应调度能力 调度智能化 •统一IP底座带来接口的高度一致和效率提升，为采用智能化编制寻址及路由实现已构子网最优连接和路由奠定基础 协议一体化 •一体化协议能够避免用户频繁切换，通过统一编址寻址和多级动态路由，实现多源异构子网的一体路由调度•未来一体化协议将向3GPP体制替代私有协议的方向发展，实现空、天、地、海统一接入+星间星地链路的统一协议设计 算网一体化 •未来一体化连接+算力将向算力云化平台+全域资源虚拟化的方向发展，实现连接+算力一体感知、调度、供给、服务 层—服务使能层：基于智能化服务封装实现统一对外开放 通过智能化的服务封装，为自有业务和第三方应用提供服务，进一步丰富对外开放的信息和通信能力支持灵活接入、定制化服务、服务供需动态匹配 p服务封装 p基于AI进行的服务化功能拆解、重组、编排，灵活匹配服务供需，调度数据、计算、控制等资源，进行服务封装，提供定制化、多样化服务 p服务开放 p支持内部自有业务的服务相互调用，及对外行业客户开放 层—服务化功能层：分布式服务化框架向广域、分布式、全服务化演进 扩展5G以NRF、SCP为核心的服务化框架，为广域、分布式、全服务化网络提供基础 pNRF：从控制面拓展到五面、多子网的层次化管理 p从控制面的NF/Service集中化管理到五面所有NF/service层次化管理：所有面的NF/service均通过增强型NRF实现统一管理，并考虑通过各节点的NRF协同、或者汇聚的多维管理方式 p从NF/service的管理到子网的管理：拓展NRF能力，实现分布式子网的自动化注册、能力协商、状态感知和同步等，从而实现子网即插即用 pSCP：同通信代理到分布式控制，以及拓扑管理 p框架和服务解耦后的进一步增强：增强SCP的service mesh能力，并增加服务的分布式路由、调用、拥塞控制、容灾备份 p分层、分域、分布式的拓扑管理：层次化的拓扑组织、子网间的拓扑隔离、协同，支持跨层控制 面—新增数据面的必要性 现有网络仅作为数据传输管道，无法满足6G AI新型数据要素的采集、传输、处理、存储需求问题表现 需求挑战 ①需要设计全新功能集：现有网络仅支持部分功能，无法满足上述需求，需要引入更多数据相关功能，实现全流程的数据处理②新功能集性能、机制差异大：这些新的数据相关功能与传统控制面、用户面的可靠性、时延等KPI要求均不同，要求高可靠存储、高速读取、极高可靠传输等③结合移动特性的统一控制：基于移动性管理增强、实现移动网络数据全流程处理融合控制新增数据面增强控制面 设计思路 面—数据面的设计：满足数据高效存储、处理、利用需求 p以数据的高效可靠存储读写为核心，结合数据服务编排等控制，设计新增独立数据面，通过定义标准化的数据服务功能，实现数据服务解耦 p基于控制面增强以支持数据服务、移动性管理等协同的全局控制，以及数据面的服务控制和执行，实现对网络数据、用户数据、AI等新型数据的全流程处理 p增加数据面执行功能DF：新增数据采集、数据处理、数据存储功能，实现对数据的全流程处理 •DC：Data Collection数据采集服务（可集成到其他NF）•DP：Data Processing数据处理服务•DR：Data Repository数据存储服务（基于UDR,UDSF演进） p增加数据面服务控制和管理功能DMF：面向数据服务任务，编排数据处理服务链；构建统一的数据存储前端，实现对多元数据的高效存储和读写 •SDM：StoredDataManagement存储数据管理服务（基于UDM演进）•DSC：Data Service Control数据服务控制服务•DSR：Data ServiceRegister数据服务控制服务 p增强已有控制面能力eAMF,eSMF,ePCF：实现对数据服务的接入、QoS管理等顶层控制16 面—新增计算面的必要性 现有网络和计算相互独立，无法满足AI业务实时性、动态性、个性化需求问题表现 ①需要设计全新功能集：引入计算的编排、管理和执行等新的计算功能，以实现移动网络中的高性能计算 ②新功能集性能、机制差异大：新功能集与传统控制面在功能、计算速度、并发数等KPI存在较大差异，要求高性能计算、分布式计算 面—计算面的设计：满足高性能、按需计算服务的需求 以高性能计算为核心，新增计算资源管理、计算任务编排、计算任务执行等服务，并增强传统控制面支持计算会话、移动性管理、算网协同等全局控制，实现计算服务的按需高效供给 p新增计算资源管理及计算任务的编排、执行功能： •计算任务编排服务CTO：Computing TaskOrchestration，实现计算任务需求识别、计算任务分解和汇总、技计算任务映射部署•计算资源管理CRM：Computing ResourceManagement，实现计算资源的建模、注册、感知，计算资源拓扑•计算任务执行服务CTE：Computing TaskEnforcement，，在统一编排管理下实现计算任务的按需高效执行（集成到各计算节点内）p新增计算管理功能（CMF），实现对计算面的统一管控，包括算网联合路径规划、算网联合QoS保障等p增强已有控制面AMF、SMF、PCF等：为计算面提供计算接入管理、计算会话管理及计算策略控制等控制功能 面—安全面：构建内生、主动、动态、协同的可信体系 1.外挂到内生，提升网络自免疫能力 •安全融入6G网络全生命周期•无线物理层安全实现安全与通信融合 2.被动到主动，提升网络风险感知能力 •智能分析，防范未知风险•安全推演，从定性到定量，提升确定性 3.静态到动态，提升网络防护精细化 •安全能力开放，提供精准安全服务•安全能力调度，动态组合、效率最优 4.孤立到协同，提升网络安全智能化 •信任与安全协同•安全能力与网络能力协同•AI、数字孪生能力协同 面—用户面：深化用户面服务化，实现高效数据传输 继续深化UPF服务化水平，提供策略管理、数据传输、信息开放、服务管理等服务化接口；增强用户面协议栈，实现更高效和多样化的数据传输 p继续深化现有UPF服务化水平： •策略管理服务：UPF通过服务化接口的方式接收策略控制信息•数据传输服务：通过不同Nupf服务的调用，实现针对不同业务和数据类型的多样化传输•信息开放服务：通过服务化接口实现网络信息高效开放•UPF服务管理：提供Nupf服务的注册、发现等服务管理 p增强用户面协议栈： •增强GTP-U协议，并引入对SRv6协议和路径可编程的支持，以更加灵活、可扩展的方式优化和丰富端到端业务支持能力 面—控制面：面向新场景，提升网络控制能力和服务要素