6G分布式组网技术白皮书

目录 前言................................................................................11.6G分布式组网愿景...............................................................32.6G分布式组网典型场景...........................................................52.1矿业能源..................................................................52.2无人机监管................................................................62.3卫星资源共享..............................................................82.4用户边缘网络..............................................................92.5网络容灾.................................................................113.6G分布式组网形态..............................................................123.16G组网新设计............................................................123.26G组网新形态............................................................134.6G分布式组网关键技术..........................................................164.1分布式子网定制技术.......................................................164.2用户边缘网络组网技术.....................................................174.3分布式服务框架...........................................................184.4分布式网络业务连续性.....................................................204.5分布式智能服务框架.......................................................224.6分布式算力机制...........................................................254.7分布式网络的身份机制.....................................................274.8分布式网络的安全.........................................................295.总结和展望.....................................................................326.参考文献.......................................................................33 前言 自2018年以来，全球各大研究机构、高校、设备厂商、芯片模组厂商、手机终端厂商和运营商相继投入6G研究，并发布多项6G研究报告及白皮书，介绍各自对6G的设想及研究进展[1-4]。2023年，国际电信联盟无线电通信部门5D工作组（ITU-RWP5D）发布《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》（以下简称“建议书”），标志着6G的研究从愿景正式走向架构和关键技术。2024年5月，3GPP首个6Gworkshop在荷兰鹿特丹召开，预示着全球的6G研究正由技术研究逐步转向技术收敛和标准制定阶段。 ITU-R建议书指出，6G将在5G的三大类场景基础上进一步增强，要求网络具备更高的性能，如更高的吞吐量、更低的时延、更高的可靠性和更多的连接数量等。除了对现有的三类5G场景进行增强外，6G还将引入三类全新场景，要求网络具备感知、智能等新能力，并能够与传统的“连接”功能实现协同。 物理分散的组网设计。鉴于6G场景对低时延、高可靠性的极致需求，及其与感知、智能服务紧密相关的数据与算力天然分散特性，6G网络需要采用物理上分散的组网设计。意味着网络基础设施和业务的分布将更加广泛，贴近最终用户。此举不仅能有效减少数据传输的延迟，还能通过多点协同增提升连接的可靠性。 逻辑分散与有机协同。为了应对更加丰富的6G网络场景，6G网络设计还需要具备逻辑上分散且有机协同的架构。针对不同的应用场景，每个网络逻辑可以独立运行，支持独立的系统升级和功能迭代。多样化的能力和资源可以通过共建共享的方式实现协作。这种架构能够使网络灵活适应不同的业务需求，提升网络资源利用率，减轻网络运营压力，并降低因单点故障引发的大面积业务中断风险。 综上，6G需要构建一个支持物理和逻辑分散，同时能够协同工作的组网架构，以应对未来多样化、高要求的场景需求。通过物理分散减少时延，逻辑分散为特定场景提供定制化服务，网间协同确保高效运行，共建共享优化资源配置，最终为用户提供更加优质、可靠和灵活的连接体验。 6G时代，服务集“连接”、“感知”与“智能”于一体，其多样化远超传统网络。因此，从设计之初，就必须原生融入跨运营商及运营商内部的分布式组网考量，以应对更为复杂的网络环境。这不仅能避免传统网络因组网需求未充分预见而导致的后期技术补救与运营压力，还能确保网络部署的标准化与灵活性 当前，业界对于6G分布式组网范式已有广泛共识，多份公开发布的白皮书和研究报告[4-8]对6G分布式组网的应用场景及需求、组网框架、关键技术等关键领域进行了初步探讨。本白皮书延续了上述研究基础，对分布式组网进行更为系统性和全面性的梳理。 本白皮书基于对分布式组网背景及典型场景的分析，提出了6G分布式组网形态，并分析了6G分布式组网的多种关键技术。第一章通过背景分析，提出了6G分布式组网的愿景。第二章分析了6G分布式组网的典型场景。第三章，分析了6G网络涉及的新特点，并提出了6G分布式组网形态。第四章，基于场景需求及组网形态，分析了多种6G分布式组网关键技术。 1.6G分布式组网愿景 当前，业界对于6G分布式组网范式已有广泛共识。多份公开发布的白皮书和研究报告对6G分布式组网的应用场景及需求等进行了深入的探讨。《6G分布式网络技术的应用场景及需求研究报告》[5]、《6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书》[6]和《未来移动核心网演进趋势白皮书》[7]分析了6G网络进一步向分布式架构演进的驱动力。《6G愿景与技术白皮书》[4]对分布式网络框架的关键技术进行了初步探讨。《6G网络架构展望白皮书》[8]提出了一个6G分布式组网总体架构。上述研究为6G分布式网络的设计提供了方向。 本白皮书延续上述研究基础，对分布式组网进行更为系统性和全面性的梳理。本章从5G和6G两方面分析分布式组网的背景，相应地，提出6G分布式组网愿景。 5G：网络特性与当前挑战 5G以其卓越的网络特性，极大地提升了用户体验，并引领了物联网、智能制造等领域的创新飞跃。它为经济社会发展注入了强劲动力，加速了数字化转型的进程。其中，5G网络实现了控制面的SBA服务化架构，显著提高了网络差异化服务部署的灵活性和开放性，实现了网络的按需智能编排。同时，UPF的按需下沉部署也满足了部分边缘业务场景的本地分离需求。 然而，从网络的整体组网上看，5G网络仍采用相对集中式的组网形态，控制面网元集中部署在大区或省份的统一资源池。这种架构的容灾保障主要依赖网元层面，一旦出现故障，影响面较大且恢复时间长。此外，专网间的网络服务/能力尚未充分协同，按需定制能力仍需进一步增强。 6G愿景与新特性 ITU-R在《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》[9]中，为6G描绘了宏伟的愿景，并提出了六大应用场景和15个网络能力指标。相较于5G，6G不仅在现有场景和指标上实现了显著增强，更突破性地引入了三大融合场景：AI与通信的深度融合、感知与通信的融合，以及实现泛在连接的新模式。 6G将全面整合AI技术、感知能力和天地一体化的通信技术，引领全新的通信时代。同时，6G还引入了六大新增指标，如感知能力、AI能力、可持续性等，这些指标将直接推动网络性能和服务质量的全面提升。 6G分布式组网愿景 为解决5G发展挑战，满足6G的愿景和指标需求，网络组网形态将发生深刻变革。本白皮书提出的6G分布式组网，将从传统的集中式模式演进为灵活端到端的分布式模式。这种分布式组网形态将克服以往切片颗粒度粗放、逻辑功能相对统一的局限性，实现更为灵活的网络功能按需定制及分层部署，网络能力的按需协同。它将提供泛在的连接能力，实现就近网络服务、数据服务、AI服务和计算服务等多元化服务，满足用户在各种应用场景下的服务需求。 2.6G分布式组网典型场景 基于6G分布式组网愿景，6G网络将赋能生活、生产、社会等众多方面。本章给出5个分布式组网的典型场景，阐述6G分布式组网在这些场景中的具体应用。 2.1矿业能源 随着经济和技术的飞速发展，能源在我国的地位日益重要，它正在改变人类生活。此外，过去几年，能源市场发生动荡，一方面，新冠疫情对能源需求、价格和市场造成了巨大的冲击，如导致的石油和天然气需求减少、油价暴跌等[10]；另一方面，俄乌冲突引发的全球能源危机也导致全球贸易重新洗牌[11]。面对能源新格局，中国拥有十分丰富的矿业能源，可以持续发展矿业市场，提高矿产资源保障能力。 为了有效支撑矿产资源勘查开发，保障矿产资源安全开采，矿业的智能化建设进度不断加快，智能应用场景和设备越来越多，由于环境复杂恶劣和业务的特殊性，矿业场景对网络存在特殊需求。 一些应用如视频监控、监控巡检、数据传输等，对上行传输的需求显著，需要网络支持高带宽通信。还有些智能采煤、智能运输等装备远程控制应用，需要实现实时 交互控制和存在高安全性需求，需要网络支持确定性、超低时延、高可靠通信。另外，人员-设备接近防护、无人化巡检、自动驾驶等场景存在对精确定位感知的需求，需要网络支持高精度定位感知。考虑到企业生产数据的私有性和重要性，相关数据需要做相应的安全隐私处理，需要网络支持在本地处理数据和安全地开放数据，以便与工业应用程序进行数据和信息交换，例如开放给外部AI进行数据或知识处理，可用于监控、诊断等。 针对矿业环境和业务的特性，企业希望矿业网络具备轻量、定制、自治、灵活扩展、网间协同等特性。一方面，矿业网络需要按需至简的网络功能，支持一体化设计，以及支持针对特定业务需求增强或定制网络功能、配置专有特性，从而降低网络复杂性、提高网络的适配性与可用性。另一方面，矿业网络需支持多个逻辑独立的通信域用于不同的业务线，以及支持根据使用场景需求的变化进行灵活扩展。再者，矿业网络需支持独立运行来提供本地业务，也能和运营商网络协同满足智能、计算等更多业务需求。此外，网络的管理能力可以开放给企业，并简化网络管理。 2.2无人机监管 近年来，具有全天候、全空域执飞能力的无人机正逐渐在各类军事和商业场景中受到青睐。目前，无人机在垂直行业中已展现出极大应用潜力与价值，如抢险救灾、灾后应急通信、农业植保、电力巡检、地质及气象勘测等。未来，无人机的应用场