6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的六大特征

編者按

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為不同使能技術(shù)提供基礎(chǔ)框架、支撐目標(biāo)服務(wù)與應(yīng)用，是6G移動(dòng)系統(tǒng)的基石。未來，新的應(yīng)用需求、新的技術(shù)趨勢(shì)以及5G實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)6G發(fā)展的三大驅(qū)動(dòng)力。因此，在設(shè)計(jì)6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，應(yīng)繼承5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的成熟技術(shù)和理念，有效解決5G網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)。

中國(guó)工程院院刊《Engineering》2022年第1期刊發(fā)中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)級(jí)首席專家劉光毅研究團(tuán)隊(duì)的《6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SOLIDS——驅(qū)動(dòng)力、特征及功能拓?fù)洹芬晃?。文章回顧了移?dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的歷史和驅(qū)動(dòng)力，提出了6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的邏輯功能架構(gòu)。文章提出的“三層四面”6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由六大基本網(wǎng)絡(luò)特征構(gòu)成，即柔性、按需服務(wù)、至簡(jiǎn)、內(nèi)生智慧、數(shù)字孿生和內(nèi)生安全；該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以有效解決5G網(wǎng)絡(luò)面臨的高成本、高功耗、操作和維護(hù)難等主要問題，可在無(wú)需人工參與的情況下支持網(wǎng)絡(luò)的自生成、自修復(fù)、自演進(jìn)和自免疫。

一、引言

第五代（5G）移動(dòng)通信系統(tǒng)由第三代合作伙伴項(xiàng)目（3GPP）定義，可滿足2020年以后三種典型應(yīng)用場(chǎng)景的需求，即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信和超高可靠低時(shí)延通信（URLLC）。5G將開啟萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代，成為各行各業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的助推器。

5G網(wǎng)絡(luò)自2019年開始全球商用。截至2020年年底，全球已建成129個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)。早期的5G網(wǎng)絡(luò)旨在滿足eMBB場(chǎng)景需求，如云游戲、高清視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)。隨著研究推進(jìn)，URLLC能力被引入5G系統(tǒng)，這將助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。

5G的商用將促進(jìn)人工智能（AI）、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用。5G不僅深刻地改變了人們的生活方式，還加速了整個(gè)社會(huì)的信息化和數(shù)字化，推動(dòng)社會(huì)走向“數(shù)字孿生和智慧泛在”。如圖1所示，在全新的“數(shù)字孿生”世界中，每個(gè)物理實(shí)體都有一個(gè)虛擬映射。物理世界中人與人、人與物、物與物之間的信息與智能傳遞，可通過數(shù)字世界來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字世界是對(duì)物理實(shí)體的模擬和預(yù)測(cè)，能準(zhǔn)確反映和預(yù)測(cè)物理世界的真實(shí)狀態(tài)。在數(shù)字世界提前干預(yù)，可預(yù)防物理世界中意外事故和自然災(zāi)害的發(fā)生?！皵?shù)字孿生”世界將有利于進(jìn)一步解放人類，提高人們的生活水平、生產(chǎn)效率和社會(huì)治理水平，實(shí)現(xiàn)“數(shù)創(chuàng)世界新，智通萬(wàn)物靈”的美好愿景。

圖1 數(shù)字孿生世界。

數(shù)字孿生世界將催生更多新的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景，如通感互聯(lián)網(wǎng)、全息交互、數(shù)字孿生人、智能交互、智能交通、精準(zhǔn)醫(yī)療等。如圖2所示，這些場(chǎng)景需要更高的網(wǎng)絡(luò)能力，如更高的數(shù)據(jù)速率、更低的延遲、更精確的定位、更確定的服務(wù)質(zhì)量（QoS）等，這將推動(dòng)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，即第六代（6G）移動(dòng)通信系統(tǒng)。

圖2 5G關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）與6G KPI的對(duì)比。DL：下行鏈路；UL：上行鏈路；CP：控制面；UP：用戶面。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是6G移動(dòng)系統(tǒng)的基石，它為不同使能技術(shù)提供基礎(chǔ)框架，來支撐目標(biāo)服務(wù)與應(yīng)用。本文提出了一種可以應(yīng)用于6G移動(dòng)通信系統(tǒng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并提出6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)六大特征。在提出網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之前，有必要先對(duì)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析。

網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的第一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是2030年新應(yīng)用和新場(chǎng)景帶來的新需求。如上所述，5G的商業(yè)化激發(fā)了人們對(duì)下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的想象和期待。一方面，新的業(yè)務(wù)/應(yīng)用和用例將被開發(fā)出來，它們需要更高的網(wǎng)絡(luò)性能，如更高的數(shù)據(jù)速率、更低的時(shí)延、更高的可靠性、更高的定位精度，這些都超出了5G系統(tǒng)的能力范圍。另一方面，6G網(wǎng)絡(luò)需要提供全新的網(wǎng)絡(luò)能力，如內(nèi)生智能和內(nèi)生安全。

網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的第二個(gè)驅(qū)動(dòng)力是信息、通信和數(shù)據(jù)技術(shù)（ICDT）的深度融合，這將推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力和運(yùn)行效率全面提升。計(jì)算、存儲(chǔ)等資源將從中心擴(kuò)展到邊緣，網(wǎng)絡(luò)也將具備內(nèi)生計(jì)算能力和資源感知與控制能力。邊緣AI和分布式AI在當(dāng)今越來越流行，這促使我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中考慮AI部署方法，支持實(shí)時(shí)AI應(yīng)用。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)治理已然成為趨勢(shì)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中也需要考慮數(shù)據(jù)安全與合規(guī)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全流通等技術(shù)的應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的第三個(gè)驅(qū)動(dòng)力是5G網(wǎng)絡(luò)面臨的問題和挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，應(yīng)繼承5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的成熟技術(shù)和理念，深刻吸納5G網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、商業(yè)部署和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)等方面的教訓(xùn)。此外，為了保證6G網(wǎng)絡(luò)的成功和可持續(xù)發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)面臨的高建設(shè)成本（CAPEX）/運(yùn)營(yíng)成本（OPEX）、高功耗、運(yùn)維難度大等問題和挑戰(zhàn)也需要在6G中得到有效解決。

本文組織結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)回顧了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的歷史。第3節(jié)總結(jié)了6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力。第4節(jié)提出了一個(gè)稱為SOLIDS的三層四面邏輯網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。“SOLIDS”一詞由六大6G網(wǎng)絡(luò)特性的第一個(gè)字母組成，即柔性（soft）、按需服務(wù)（on-demand fulfillment）、至簡(jiǎn)（lite）、內(nèi)生智慧（native intelligence）、數(shù)字孿生（digital twin）和內(nèi)生安全（native security）。這些網(wǎng)絡(luò)特征將在第5節(jié)中詳細(xì)闡述。最后，第6節(jié)總結(jié)全文。

二、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的歷史

（一） 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在不斷變革。第三代（3G）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用三層架構(gòu)，如圖3（a）所示。第四代（4G）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用全互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，結(jié)構(gòu)縮減為兩層，包括基站（eNodeB）和演進(jìn)分組核心網(wǎng)（EPC）。如圖3（b）所示，EPC的主要組成部分包括移動(dòng)性管理實(shí)體（MME）、歸屬用戶服務(wù)器（HSS）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)（P-GW）。得益于這種扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及控制平面（CP）與用戶平面（UP）的分離，端到端數(shù)據(jù)傳輸延遲得到大大縮減。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過引入信息技術(shù)（IT）實(shí)現(xiàn)了核心網(wǎng)（CN）架構(gòu)的變革，包括服務(wù)化架構(gòu)（SBA）、CP與UP的進(jìn)一步分離、網(wǎng)絡(luò)切片等，如圖3（c）所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)。（a）3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；（b）4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；（c）5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。UE：用戶設(shè)備；RNC：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器；MSC：移動(dòng)交換中心；GMSC：網(wǎng)關(guān)MSC；HLR：歸屬位置寄存器；SGSN：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)；GGSN：GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)；CS：電路交換；PS：分組交換；PSTN：公共交換電話網(wǎng)絡(luò)；eNodeB：演進(jìn)型Node B；DN：數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；PDN：分組數(shù)據(jù)網(wǎng)；NSSF：網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能；NEF：網(wǎng)絡(luò)開放功能；NRF：網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)庫(kù)功能；PCF：策略控制功能；AUSF：認(rèn)證服務(wù)器功能；AMF：接入和移動(dòng)性管理功能；SMF：會(huì)話管理功能；UDM：統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理；UPF：用戶面功能。

為滿足2020年典型應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化業(yè)務(wù)需求，5G網(wǎng)絡(luò)引入了基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，通過專用邏輯或虛擬網(wǎng)絡(luò)提供適當(dāng)?shù)墓δ芎吞幚砟芰?，來滿足QoS、隱私性、安全性等業(yè)務(wù)需求。網(wǎng)絡(luò)切片有望為5G網(wǎng)絡(luò)提供彈性擴(kuò)容、快速功能升級(jí)和網(wǎng)絡(luò)功能按需部署的能力。通過網(wǎng)絡(luò)切片，可以實(shí)現(xiàn)在單一網(wǎng)絡(luò)中支持企業(yè)和行業(yè)應(yīng)用的多樣化業(yè)務(wù)需求。

無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）通過將集中單元（CU）和分布式單元（DU）分離，實(shí)現(xiàn)靈活部署。一方面，可以通過集中部署CU來降低網(wǎng)絡(luò)成本，比如將CU與多接入邊緣計(jì)算和（或）UP功能部署在同一基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)上；另一方面，可以將DU部署在盡可能靠近用戶的位置來滿足URLLC業(yè)務(wù)需求，提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

（二）不斷演進(jìn)的5G系統(tǒng)

早期對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的研究表明，5G CN相對(duì)于OTT運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多，對(duì)多樣化業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性還需進(jìn)一步提高。5G網(wǎng)絡(luò)功能或網(wǎng)元之間接口的開放性及軟硬件的分離，對(duì)5G CN的測(cè)試驗(yàn)證工作帶來巨大壓力。5G CN的運(yùn)行與維護(hù)已經(jīng)成為傳統(tǒng)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的一大挑戰(zhàn)。

目前網(wǎng)絡(luò)切片的主要工作由CN完成，RAN和傳輸網(wǎng)（TN）仍然需要付出較大的努力來支持端到端網(wǎng)絡(luò)切片。3GPP仍在持續(xù)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以支持網(wǎng)絡(luò)切片的自動(dòng)化管理和編排。

此外，5G移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商還面臨著成本高、基站功耗高，以及由于5G與傳統(tǒng)3G/4G網(wǎng)絡(luò)的互操作帶來的運(yùn)維復(fù)雜度高等挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)高功耗的挑戰(zhàn)，引入了一些基站智能節(jié)能方案，包括載波關(guān)斷、射頻前端關(guān)斷、時(shí)隙關(guān)斷、符號(hào)級(jí)關(guān)斷等。此外，通過5G和4G系統(tǒng)之間的負(fù)載均衡，可實(shí)現(xiàn)輕負(fù)載5G基站的關(guān)斷。

為了解決運(yùn)維效率低的問題，3GPP等標(biāo)準(zhǔn)化組織正被引入AI技術(shù)。在3GPP服務(wù)和系統(tǒng)方面第5工作組（SA5）中，除了將自組織網(wǎng)絡(luò)的工作從4G擴(kuò)展到5G之外，還設(shè)立了自治網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工作項(xiàng)目，這些工作項(xiàng)目受到了業(yè)界廣泛關(guān)注。在這些工作項(xiàng)目中，“自治網(wǎng)絡(luò)分級(jí)”將網(wǎng)絡(luò)自治定義為電信系統(tǒng)在最小或沒有人工干預(yù)的情況下由自身管理的能力，并描述了自治能力在網(wǎng)絡(luò)管理工作流中的六個(gè)級(jí)別的應(yīng)用?！伴]環(huán)通信服務(wù)保證”描述了開放和封閉控制循環(huán)的概念，以及閉環(huán)通信服務(wù)保證的用例、需求和模型。在“意圖驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理”中，3GPP研究了能夠簡(jiǎn)化管理接口的概念、場(chǎng)景和解決方案?！肮芾頂?shù)據(jù)分析服務(wù)”利用AI和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)為管理系統(tǒng)帶來智能化和自動(dòng)化，并通過處理和分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值。一些移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商和制造商也在合作研究自治網(wǎng)絡(luò)，旨在實(shí)現(xiàn)O&M的“零接觸”。在參考文獻(xiàn)[23]中，使用39個(gè)場(chǎng)景來識(shí)別運(yùn)營(yíng)商和垂直行業(yè)在業(yè)務(wù)和自動(dòng)化方面面臨的挑戰(zhàn)，對(duì)這些場(chǎng)景的分析派生出架構(gòu)、功能和操作需求。自治網(wǎng)絡(luò)的框架在參考文獻(xiàn)[23]中也有定義。

但是，受限于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對(duì)AI在運(yùn)維方面的應(yīng)用，只能逐個(gè)案例分析，并且以“打補(bǔ)丁”的方式應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中。AI帶來的網(wǎng)絡(luò)效率提升遠(yuǎn)低于預(yù)期。為了進(jìn)一步提高效率，未來需要一個(gè)內(nèi)生智慧的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

為了解決5G網(wǎng)絡(luò)部署帶來的高成本問題,多家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商和制造商共同推進(jìn)開放式RAN（OpenRAN）項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在開放基站不同模塊之間的接口，并基于白盒硬件和開源軟件設(shè)計(jì)整個(gè)基站架構(gòu),。

作為Open RAN的先驅(qū)，日本第四大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商樂天移動(dòng)（Rakuten Mobile，以下簡(jiǎn)稱樂天）的目標(biāo)是重新定義移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)，通過提供有吸引力的、敏捷的服務(wù)，滿足不同客戶的需求。2019年2月，樂天宣布在一個(gè)完全虛擬化的云原生移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行首個(gè)現(xiàn)實(shí)世界、商業(yè)友好的端到端試驗(yàn)。樂天公開宣稱，已成功驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，這一方式可降低35%~40%的CAPEX和30%的OPEX。對(duì)于未來應(yīng)用云原生技術(shù)的5G演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)而言，預(yù)計(jì)可節(jié)省50%的成本。

作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的下一步，6G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新將吸收歷史經(jīng)驗(yàn)，融入ICDT融合的最新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自生成、自修復(fù)、自演進(jìn)、自免疫。

三、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力

6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力主要來自三個(gè)方面。

一是新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用場(chǎng)景帶來的需求，包括更高的用戶體驗(yàn)速率、更低的CP和UP延遲、更高的峰值速率、更高的連接數(shù)密度，以及空天地海無(wú)處不在的覆蓋。

二是ICDT融合的技術(shù)趨勢(shì)。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的快速進(jìn)步，更高效的軟硬件解決方案將推動(dòng)6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)朝著更高效、更低成本的方向發(fā)展。具體來說，6G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須考慮新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，以及使用基于商用現(xiàn)貨產(chǎn)品而非專用硬件的通用處理器平臺(tái)。

三是傳統(tǒng)4G和5G網(wǎng)絡(luò)面臨的問題和挑戰(zhàn)必須在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中解決。例如，5G網(wǎng)絡(luò)的成本和能耗是4G網(wǎng)絡(luò)的三倍，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維也變得更加復(fù)雜，這就需要引入新的思維方式，在未來6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中解決這些問題。

（一）面向2030年的新用例和新場(chǎng)景

5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署和應(yīng)用將促進(jìn)AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和發(fā)展，加快整個(gè)社會(huì)的數(shù)字化進(jìn)程，顯著提高運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)和生活效率，明顯提升人們的生活質(zhì)量，并推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走向數(shù)字化。物理世界中的每一個(gè)物體在數(shù)字世界中都將有一個(gè)數(shù)字映射，這些數(shù)字映射共同構(gòu)成了數(shù)字世界。物理世界和數(shù)字世界構(gòu)成了數(shù)字孿生世界。數(shù)字孿生世界可以提前預(yù)測(cè)物理世界的變化，也可以提前進(jìn)行干預(yù)，避免物理世界突發(fā)事故和自然災(zāi)害的發(fā)生。數(shù)字孿生世界將催生出更多與移動(dòng)通信密切相關(guān)的新應(yīng)用場(chǎng)景，包括通感互聯(lián)網(wǎng)、全息交互、數(shù)字孿生人、智能交互、智能工農(nóng)業(yè)等，如圖4所示。

圖4 面向2030年的典型應(yīng)用場(chǎng)景。

2030年及以后的應(yīng)用和業(yè)務(wù)特征可以概括為如下六個(gè)方面：①業(yè)務(wù)與應(yīng)用的需求將更加多樣化；②覆蓋立體化，以滿足不同場(chǎng)景間的無(wú)縫切換和業(yè)務(wù)連續(xù)性；③交互形式與內(nèi)容多樣化，用戶將獲得更加沉浸式的體驗(yàn)；④業(yè)務(wù)趨向定制化和個(gè)性化，需要端到端網(wǎng)絡(luò)按需編排與配置；⑤通信、計(jì)算、感知一體化，豐富服務(wù)類型和業(yè)務(wù)場(chǎng)景；⑥安全融合化，這需要更有效的安全支持，而不是打補(bǔ)丁的支持方式。

為了滿足這些需求，6G網(wǎng)絡(luò)必須支持按需服務(wù)，通過端到端網(wǎng)絡(luò)功能和資源的定制化編排和參數(shù)配置，確保以用戶為中心的體驗(yàn)。

（二）ICDT深度融合趨勢(shì)

IT的快速發(fā)展加快了互聯(lián)網(wǎng)的普及，各種應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。云計(jì)算的出現(xiàn)和快速發(fā)展，加速了這一過程。大型云計(jì)算公司可以使用廉價(jià)的商用現(xiàn)成硬件，快速、大規(guī)模地部署計(jì)算和存儲(chǔ)等IT服務(wù)能力。企業(yè)或個(gè)人可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求租用云計(jì)算公司的IT服務(wù)能力，將自己的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云數(shù)據(jù)中心，并按需調(diào)用。這些計(jì)算能力保證了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速部署和應(yīng)用。

通信技術(shù)也在以驚人的速度發(fā)展和迭代。4G網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)的普及，給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)帶來了前所未有的繁榮，深刻改變了人們的日常生活。智能手機(jī)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾脚_(tái)，可以滿足人們出行、購(gòu)物、娛樂等各種需求，這些需求產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，包括位置、軌跡、個(gè)人偏好、娛樂、購(gòu)物習(xí)慣等。通過對(duì)這些用戶行為數(shù)據(jù)的收集和分析，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商可以獲得用戶肖像，實(shí)現(xiàn)提供個(gè)性化服務(wù)，包括精準(zhǔn)的內(nèi)容推送和便捷的服務(wù)獲取，推動(dòng)了大數(shù)據(jù)應(yīng)用和處理技術(shù)的快速發(fā)展。隨著全球移動(dòng)通信系統(tǒng)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)機(jī)器類通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速崛起，通信對(duì)象已經(jīng)從人延伸到物，物聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)量已經(jīng)超過人的數(shù)量。例如，中國(guó)移動(dòng)約有9.5億人類用戶，而物聯(lián)網(wǎng)用戶約為20億。大量的連接產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，而對(duì)這些海量數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，推動(dòng)了社會(huì)的信息化和數(shù)字化。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的部署和應(yīng)用，無(wú)線傳輸速率可以達(dá)到千兆每秒（Gbps）甚至10 Gbps，無(wú)線傳輸延遲可以縮短到毫秒級(jí)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性也從99.999%提高到99.99999%。這些都將把移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用帶到社會(huì)的每一個(gè)角落，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型將為各行各業(yè)帶來繁榮，加速整個(gè)社會(huì)的數(shù)字化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)“5G改變社會(huì)”的目標(biāo)。

大數(shù)據(jù)已成為企業(yè)和社會(huì)的重要戰(zhàn)略資源，是研究人員和業(yè)界關(guān)注的新熱點(diǎn)。隨著4G和5G系統(tǒng)的普及和應(yīng)用，我們可以看到，整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用始終在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包含整個(gè)社會(huì)大量豐富的信息，而數(shù)據(jù)技術(shù)（DT）的快速發(fā)展將使這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到人類生活和社會(huì)治理中，如智能購(gòu)物、智能交通、智能醫(yī)療、智慧校園、智慧城市等。

大數(shù)據(jù)離不開云處理，云處理是生成大數(shù)據(jù)的平臺(tái)。大數(shù)據(jù)與云計(jì)算自2013年開始緊密融合，預(yù)計(jì)未來它們的關(guān)系會(huì)更加緊密。此外，物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興計(jì)算方式將推動(dòng)大數(shù)據(jù)革命，大數(shù)據(jù)營(yíng)銷將發(fā)揮更大的影響力。

大數(shù)據(jù)可能是繼計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后的新一輪技術(shù)革命。隨之而來的數(shù)據(jù)挖掘、ML、AI等新興技術(shù)，可能會(huì)改變數(shù)據(jù)世界的許多算法和基礎(chǔ)理論，實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的突破。

隨著數(shù)字化的加速，每個(gè)社會(huì)元素都將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自個(gè)人、公司、基礎(chǔ)設(shè)施等。由于這些數(shù)據(jù)的所有權(quán)完全不同，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)安全和隱私以及數(shù)據(jù)交易等問題變得非常難以處理。因此，未來必然會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的大數(shù)據(jù)立法，明確數(shù)據(jù)的所有權(quán)和相關(guān)利益分配。與此同時(shí)，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理平臺(tái)將出現(xiàn)，幫助大家進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和交易。

大數(shù)據(jù)的大規(guī)模部署，推動(dòng)了AI應(yīng)用的發(fā)展。AI是研究和發(fā)展模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)的一門新興技術(shù)科學(xué)。AI是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支。它試圖理解智能的本質(zhì)，并制造一種能夠以類似人類智能的方式做出反應(yīng)的新的智能機(jī)器。自AI誕生以來，相關(guān)理論和技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。可以想象，未來AI帶來的科技產(chǎn)品將是人類智慧的“容器”。AI可以模擬人類意識(shí)和思維的信息過程。目前，AI的研究領(lǐng)域主要包括知識(shí)表示、自動(dòng)推理和搜索方法、ML、知識(shí)獲取、知識(shí)處理系統(tǒng)、自然語(yǔ)言理解、計(jì)算機(jī)視覺、智能機(jī)器人、自動(dòng)編程等。AI的應(yīng)用主要包括機(jī)器翻譯、智能控制、專家系統(tǒng)、機(jī)器人、語(yǔ)言、圖像識(shí)別（如人臉識(shí)別和車牌識(shí)別）、基于遺傳算法的機(jī)器人工廠、自動(dòng)編程和航空航天應(yīng)用。這些應(yīng)用深刻地影響著我們的日常生活和工作。

在5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，ICDT融合的趨勢(shì)已經(jīng)出現(xiàn)。5G CN的設(shè)計(jì)充分引入了先進(jìn)的IT理念，通過SDN/NFV和SBA實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)切片，為5G網(wǎng)絡(luò)賦能垂直行業(yè)提供了重要支持。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)通常由數(shù)百萬(wàn)個(gè)基站、路由器、CN網(wǎng)元和其他基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備以及數(shù)十億用戶組成，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，包括各網(wǎng)元的運(yùn)行數(shù)據(jù)、通信過程中產(chǎn)生的信令數(shù)據(jù)、事件報(bào)告以及用戶在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)的相關(guān)信息。如果在這些數(shù)據(jù)中添加時(shí)間、位置等標(biāo)簽，將為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的自動(dòng)化和智能化帶來不可估量的價(jià)值。因此，基于用戶在網(wǎng)絡(luò)中的位置信息，運(yùn)營(yíng)商開始研究基于大數(shù)據(jù)和人工智能的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，如大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）權(quán)值優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)異常分析、用戶體驗(yàn)分析與優(yōu)化等。與此同時(shí)，3GPP已經(jīng)開始研究無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的大數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維中的自動(dòng)化與智能化以及AI在無(wú)線資源調(diào)度中的應(yīng)用?？梢钥闯?，在5G標(biāo)準(zhǔn)制定的后期，DT的應(yīng)用將進(jìn)一步與通信技術(shù)融合。ICDT融合正在成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)，將進(jìn)一步降低5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維成本，提升網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力和用戶體驗(yàn)。

但是，我們認(rèn)為現(xiàn)有5G系統(tǒng)無(wú)法與ICDT的深度融合完美匹配。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能（NWDAF）就是一個(gè)例子。NWDAF是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動(dòng)感知和分析網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分析網(wǎng)元，參與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維、優(yōu)化和運(yùn)行的全生命周期，使網(wǎng)絡(luò)易于維護(hù)和控制，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，提升用戶體驗(yàn)。雖然NWDAF可以有效地提升網(wǎng)絡(luò)性能，但這種基于補(bǔ)丁式AI的5G系統(tǒng)暴露了一些問題：一個(gè)是數(shù)據(jù)安全問題和大量測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)導(dǎo)致的信號(hào)開銷問題；另一個(gè)是低延遲的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗袛?shù)據(jù)都必須上傳到集中分析單元（如NWDAF）并在其上進(jìn)行處理，而該分析單元可能部署在遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)源的地方。在設(shè)計(jì)6G系統(tǒng)時(shí)需要充分考慮這些問題。

因此，我們認(rèn)為ICDT的深度融合必將成為6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要驅(qū)動(dòng)力，云原生、大數(shù)據(jù)、AI將在未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。

（三） 5G網(wǎng)絡(luò)面臨的問題與挑戰(zhàn)

自2019年以來，5G網(wǎng)絡(luò)已在全球大規(guī)模部署。5G網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI，必將催生更多新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，從而推動(dòng)整個(gè)社會(huì)的數(shù)字化。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)將不可避免地面臨一些新的問題和挑戰(zhàn)。其中一些問題可能會(huì)在5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中得到解決；但由于5G網(wǎng)絡(luò)本身的局限性，有些問題可能難以解決。這些問題和挑戰(zhàn)將成為6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要?jiǎng)恿驮慈?/p>

從5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和近期發(fā)展來看，5G網(wǎng)絡(luò)將面臨以下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn)。

1. 分層協(xié)議棧

在5G網(wǎng)絡(luò)中，空口協(xié)議采用分層模型，包括物理層、媒體訪問控制（MAC）層、無(wú)線鏈路控制（RLC）層和分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）層。所有服務(wù)數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過這些層進(jìn)行處理。每一層的處理都會(huì)引入特定的時(shí)延，從而導(dǎo)致時(shí)延成為瓶頸。例如，eMBB數(shù)據(jù)包在空口的典型時(shí)延為3 ms。在5G網(wǎng)絡(luò)研究過程中，引入了一些可以降低處理時(shí)延的方案，包括：

①允許在PDCP層進(jìn)行重排序前先執(zhí)行數(shù)據(jù)包解密，減少包處理量和延遲；

②去除RLC層的包級(jí)聯(lián)功能，通過解耦自動(dòng)重傳請(qǐng)求和級(jí)聯(lián)/分段功能，實(shí)現(xiàn)更多線下包頭計(jì)算；

③在MAC層，允許MAC子頭放在MAC有效負(fù)荷旁邊，解決從上行鏈路授予到上行傳輸之間大約一個(gè)符號(hào)時(shí)間的潛在需求。

所有這些修改都是為了通過優(yōu)化處理順序來減少時(shí)延。盡管其中一些修改是有益的，并已在5G標(biāo)準(zhǔn)中得到認(rèn)可，但這些修改仍局限于現(xiàn)有分層體系。如果需要進(jìn)一步降低空口時(shí)延，最直接的方法是突破傳統(tǒng)的分層體系，在數(shù)據(jù)處理通道中創(chuàng)造捷徑。

2. 持續(xù)演進(jìn)的技術(shù)

面向垂直行業(yè)，5G網(wǎng)絡(luò)需要具備更多樣化的網(wǎng)絡(luò)能力和部署靈活性。為了滿足這些需求，5G CN引入了SBA和基于SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)切片。5G系統(tǒng)預(yù)期將支持端到端網(wǎng)絡(luò)切片。然而，在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)之初，網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計(jì)和優(yōu)化主要在CN和TN中進(jìn)行。在5G標(biāo)準(zhǔn)早期版本，RAN并沒有針對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，而是在R17版本中才開始相關(guān)研究。網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)準(zhǔn)化涉及六個(gè)主要行業(yè)組織，它們有各自的工作分工。組織間協(xié)調(diào)進(jìn)展緩慢，限制了端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的商業(yè)化。雖然3GPP發(fā)布的早期5G規(guī)范支持eMBB切片相關(guān)功能，但切片管理規(guī)范還不完善。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）和互聯(lián)網(wǎng)工程工作組（IETF）已經(jīng)從切片標(biāo)識(shí)和管理接口等方面定義了TN切片的規(guī)范，但尚未定義與CN和RAN之間的協(xié)調(diào)機(jī)制。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的零接觸網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)管理開發(fā)了端到端切片管理實(shí)現(xiàn)框架和解決方案，但目前仍處于研發(fā)早期階段。電信管理論壇（TMF）正在研究3GPP切片管理架構(gòu)與現(xiàn)有TMF架構(gòu)的集成，但只發(fā)布了初稿。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）定義了網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用場(chǎng)景和常用切片模板，發(fā)布了8種場(chǎng)景的切片參數(shù)和技術(shù)要求。

支持網(wǎng)絡(luò)切片的商用CN設(shè)備比較成熟。由于RAN切片的技術(shù)難度較大，不同設(shè)備廠家在RAN切片的實(shí)現(xiàn)上存在差異。總體而言，端到端網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)現(xiàn)還存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，需要多域協(xié)調(diào)和連接，復(fù)雜性較高。

為了更好地挖掘網(wǎng)絡(luò)切片的價(jià)值，有必要在切片管理域?qū)W(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行合理的編排和管理。圖5為網(wǎng)絡(luò)切片管理域示意圖，給出了切片管理域與切片網(wǎng)絡(luò)域的關(guān)系。在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，這些網(wǎng)絡(luò)切片管理功能（NSMF）不是獨(dú)立存在的，而是嵌入到運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)支持系統(tǒng)（OSS）和業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)（BSS）中。不同運(yùn)營(yíng)商有不同的網(wǎng)絡(luò)切片管理方案，需要運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)維部門、IT部門、政企部門、網(wǎng)絡(luò)部門一起參與到切片管理域與BSS/OSS系統(tǒng)的集成工作中來。這對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說是一個(gè)挑戰(zhàn)，在未來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)。

圖5 網(wǎng)絡(luò)切片管理示意圖。CSMF：通信服務(wù)管理功能；NSSMF：網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能；BOSS：業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)；EMS：網(wǎng)元管理系統(tǒng)；VNFM：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理器；VIM：虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理器；SDN-O：SDN編排器；SDN-C：SDN控制器；NFVI：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施。

3. 固化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）5G網(wǎng)絡(luò)部署分析

對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)而言，由于用戶的移動(dòng)性，基站間的負(fù)載存在顯著差異。一般來說，在中國(guó)20%的基站是重載的，而80%的基站是輕載的。但是，每個(gè)基站通常配置滿容量，造成硬件處理能力和功耗的浪費(fèi)。由于5G基站具有更大的帶寬和大規(guī)模MIMO配置，5G基站的成本和功耗約為4G基站的3倍，進(jìn)一步加劇了網(wǎng)絡(luò)成本和功耗浪費(fèi)問題。

降低網(wǎng)絡(luò)部署成本的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是，在不同的站點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)配置和共享硬件及處理能力。5G系統(tǒng)也嘗試共享硬件和處理能力。為支持5G網(wǎng)絡(luò)的靈活部署，引入了基站CU和DU分離架構(gòu)，并討論了多種可能的CU和DU功能分割選項(xiàng)，如圖6所示。針對(duì)不同選項(xiàng)，分析討論了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)影響等多個(gè)方面，包括需要標(biāo)準(zhǔn)化的分割選項(xiàng)的數(shù)量、對(duì)長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）與NR互操作的影響、功能拆分的粒度等。值得注意的是，哪一種CU-DU功能分割是最合適的取決于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景、約束條件和預(yù)期支持的業(yè)務(wù)等因素。經(jīng)過多維對(duì)比分析，最終標(biāo)準(zhǔn)只支持了一種高層分割選項(xiàng)，即選項(xiàng)2（PDCP/RLC分割）。

圖6 CU和DU之間的功能分割。RRC：無(wú)線電資源控制；PHY：物理層；RF：射頻。

采用CU-DU分離架構(gòu)， CU可以集中部署，不同站點(diǎn)間共享處理能力。但是在實(shí)際部署中，CU仍然與DU部署在一起，因?yàn)閺木W(wǎng)絡(luò)性能的角度來看，集中式CU的好處并不明顯。

而移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商為了節(jié)省CU和DU的機(jī)房租金，將多個(gè)站點(diǎn)的CU-DU部署在一起，如圖7所示，為不同站點(diǎn)間共享容量和硬件處理能力奠定了基礎(chǔ)。但是，由于CU和DU的硬件和軟件都是專用的，池中不同站點(diǎn)依然不能共享容量和硬件處理能力。實(shí)現(xiàn)共享的一種簡(jiǎn)單可行的方法是使用基于SDN和NFV的云原生方法來設(shè)計(jì)CU和DU，由此可以實(shí)現(xiàn)物理硬件資源的動(dòng)態(tài)共享，按需提供容量。當(dāng)池的負(fù)載較輕時(shí)，池中的大部分硬件可以關(guān)閉以節(jié)省功耗；當(dāng)負(fù)載變重時(shí)，可以啟動(dòng)必要硬件來支撐站點(diǎn)需求。

圖7 CU部署位置示意圖。AAU：有源天線單元。

（2） 5G網(wǎng)絡(luò)功耗分析

高功耗是5G基站的棘手問題，也是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商最重的負(fù)擔(dān)。除了CAPEX，以能耗為主的OPEX是決定5G系統(tǒng)發(fā)展的最重要因素。2017—2020年期間，在業(yè)界共同努力下，基站功耗得以顯著降低。但盡管如此，5G基站的功耗仍約為4G基站的3倍。

目前，5G基站滿載時(shí)的功耗甚至高達(dá)3800 W，而4G基站的平均功耗約為1000 W。在正常負(fù)載下，射頻單元消耗5G基站的大部分功率。由于大帶寬和高數(shù)據(jù)速率對(duì)基帶處理能力的要求較高，基帶處理消耗了剩余部分功率。

業(yè)界提出了多種基站節(jié)能解決方案。目前的解決方案是基于基站設(shè)備類型、覆蓋場(chǎng)景、節(jié)能目標(biāo)、關(guān)機(jī)時(shí)間等因素，通過AI算法自動(dòng)生成節(jié)能策略。這些策略包括小區(qū)關(guān)斷、載波關(guān)斷、射頻通道關(guān)斷和符號(hào)關(guān)斷。每種策略都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不同程度的影響。

在6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方面的積累。

4. 高度復(fù)雜的運(yùn)維管理

由于網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)的方法比較傳統(tǒng)，目前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率仍然較低。對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)而言，運(yùn)維復(fù)雜性源于基站的大規(guī)模部署、5G與4G/3G系統(tǒng)的互操作、5G與4G網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)頻譜共享、數(shù)百個(gè)參數(shù)的配置、基于SDN/NFV的CN、網(wǎng)絡(luò)切片、垂直行業(yè)多樣化業(yè)務(wù)需求等多個(gè)方面。據(jù)早期報(bào)道，日本和歐洲都曾發(fā)生網(wǎng)絡(luò)級(jí)關(guān)閉事故，大大降低了移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的聲譽(yù)。目前，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始研究使用AI和大數(shù)據(jù)來支持智能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)。但是，由于這些技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之初沒有得到充分考慮，在當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)中難以有效支持智能運(yùn)營(yíng)。因此，我們認(rèn)為運(yùn)維自動(dòng)化將是實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)低成本、高效率的重要方向。

如上考慮都在推動(dòng)我們創(chuàng)新6G網(wǎng)絡(luò)，思考如何解決這些根本問題，實(shí)現(xiàn)靈活、低成本的網(wǎng)絡(luò)部署。

四、SOLIDS——一種6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

針對(duì)第3節(jié)中的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)三大驅(qū)動(dòng)力，6G網(wǎng)絡(luò)預(yù)期將在以下五個(gè)方面發(fā)生新的變化，以提高網(wǎng)絡(luò)部署和成本效率：①網(wǎng)絡(luò)中需要引入數(shù)字孿生技術(shù)；②需要考慮多方數(shù)據(jù)和資源的協(xié)同管理；③需要進(jìn)一步探索支持云原生和基于微服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；④需要簡(jiǎn)化協(xié)議棧；⑤需要進(jìn)一步解耦信令和數(shù)據(jù)。

基于如上考慮，我們提出了未來6G網(wǎng)絡(luò)的功能架構(gòu)，稱為SOLIDS。這些網(wǎng)絡(luò)特性將在下一節(jié)詳細(xì)說明。所提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由三層四面組成，如圖8所示。分為資源層、網(wǎng)絡(luò)功能層和應(yīng)用與服務(wù)層。資源層提供無(wú)線、計(jì)算、存儲(chǔ)等底層資源，并為網(wǎng)絡(luò)功能層的功能生成提供相應(yīng)的支持和服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)功能層形成特定的網(wǎng)絡(luò)功能，或?qū)⒁环N或多種網(wǎng)絡(luò)功能組合在一起，以滿足應(yīng)用與服務(wù)層的需求。應(yīng)用與服務(wù)層為客戶的業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供相應(yīng)支持，實(shí)現(xiàn)服務(wù)定制化。

圖8 SOLIDS——三層四面6G網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)。

同時(shí)，引入數(shù)據(jù)采集面、AI面、安全面與共享協(xié)作面。數(shù)據(jù)采集面負(fù)責(zé)端到端網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的采集、清理、處理和存儲(chǔ)，并向其他層、其他面提供數(shù)據(jù)訂閱和更新服務(wù)。AI面提供AI引擎。AI面結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)領(lǐng)域的功能需求，提供相應(yīng)的大數(shù)據(jù)分析、AI算法、模型訓(xùn)練服務(wù)以及相關(guān)解決方案的仿真驗(yàn)證。AI面的功能可以是集中式的，也可以是分布式的，可以分布在網(wǎng)元和終端上，支持實(shí)時(shí)的AI應(yīng)用，也可以集中在云上，利用云端海量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法。同時(shí)，可以將AI面的AI能力對(duì)外開放，也可以通過共享與協(xié)作面將外部AI能力引入AI面，實(shí)現(xiàn)AI能力的眾籌。安全面通過從數(shù)據(jù)采集面訂閱數(shù)據(jù)，從AI面訂閱模型，從資源層訂閱所需資源，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供內(nèi)生安全支持。甚至可以通過共享與協(xié)作面為客戶提供安全服務(wù)，也可以將安全能力開放給外部合作伙伴，或者實(shí)現(xiàn)外部安全能力的眾籌。共享與協(xié)作面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、模型、網(wǎng)絡(luò)能力的安全共享以及眾籌、眾包。

由于虛擬化和云化技術(shù)的引入，5G CN實(shí)現(xiàn)了三層架構(gòu)，包括資源層、虛擬化層和網(wǎng)絡(luò)功能層。然而5G CN僅考慮了兩個(gè)面CP和UP。對(duì)于5G RAN，硬件和軟件沒有解耦，因此，與5G CN相比，5G RAN沒有層的定義。對(duì)于6G網(wǎng)絡(luò)，需要端到端虛擬化和云化，因此，三層的概念可以擴(kuò)展到RAN和CN。此外，在6G網(wǎng)絡(luò)中引入數(shù)據(jù)采集面和AI面，使內(nèi)生智慧成為可能。沿用5G網(wǎng)絡(luò)中基于插件的補(bǔ)丁式安全技術(shù)很難為網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)懈可擊的安全支持，因此需要專門的安全面。

（一）資源層

在通信、計(jì)算、感知一體化的發(fā)展趨勢(shì)下，除了無(wú)線資源外，計(jì)算和存儲(chǔ)資源也是需要關(guān)注和管理的重要資源。從網(wǎng)絡(luò)部署的角度，必須綜合考慮分布式和集中式計(jì)算資源的使用，包括終端與網(wǎng)絡(luò)之間的計(jì)算資源共享機(jī)制。

（二）網(wǎng)絡(luò)功能層

網(wǎng)絡(luò)功能層提供最基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。該層通過RAN、TN、CN功能的靈活組合，為個(gè)人用戶提供有保障的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，為垂直行業(yè)提供定制化的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)能力。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)功能層的服務(wù)能力效果離不開其他層和面的支持。網(wǎng)絡(luò)功能層需要從應(yīng)用與服務(wù)層獲取用戶的準(zhǔn)確需求，借助AI面合理調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源、智能編排網(wǎng)絡(luò)功能，通過安全面提供的安全策略為用戶提供安全服務(wù)保障。

（三）應(yīng)用與服務(wù)層

應(yīng)用與服務(wù)層為未來多樣化的、不可預(yù)測(cè)的應(yīng)用和業(yè)務(wù)確定可量化的需求。作為最重要的參考信息，每一層或每一面都需要被量化的需求。例如，資源層可以基于此為特定的應(yīng)用分配合理的計(jì)算資源或存儲(chǔ)資源。另一方面，應(yīng)用與服務(wù)層也需要其他層或面的支持，如安全面的安全保障、數(shù)據(jù)采集面提供的用戶信息、AI面的分析服務(wù)等。

（四）數(shù)據(jù)采集面

數(shù)據(jù)采集面包括全局的數(shù)據(jù)采集與處理以及本地的數(shù)據(jù)采集與處理兩種處理模式，如圖9所示。在未來的很多場(chǎng)景中，用戶數(shù)據(jù)并不會(huì)被上傳到網(wǎng)絡(luò)中，而是在本地被處理和存儲(chǔ)。因此，需要集中式和分布式的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。

圖9 數(shù)據(jù)采集面邏輯部署模型。

（五）AI面

從整體角度來看，集中式AI和分布式AI都是需要的。如圖10所示，集中式AI平臺(tái)利用外部和內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行全局處理，并根據(jù)具體用例的需求調(diào)用AI能力，然后將結(jié)果分發(fā)到特定執(zhí)行域的AI平臺(tái)?；诖?，網(wǎng)絡(luò)將具備泛在AI能力。

圖10 AI面邏輯部署模型。

應(yīng)盡可能緊密地部署RAN、TN、CN，甚至用戶設(shè)備（UE）域內(nèi)的AI能力，以提供包括模型和算法在內(nèi)的實(shí)時(shí)AI能力支撐。

未來6G網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該能夠向用戶開放其AI能力，就像網(wǎng)絡(luò)今天提供的通信能力一樣。此外，網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該能夠?qū)⒏兄δ茏鳛榉?wù)提供給用戶。根據(jù)用戶的要求，幫助終端調(diào)度相應(yīng)的AI算法和模型，便于用戶更好地使用網(wǎng)絡(luò)的AI能力。

（六）安全面

內(nèi)生安全系統(tǒng)由智能策略引擎、安全能力庫(kù)和智能安全運(yùn)維三部分組成。智能策略引擎根據(jù)AI學(xué)習(xí)模型、智能調(diào)整網(wǎng)元和安全設(shè)備的策略，構(gòu)建安全能力庫(kù)。安全能力庫(kù)根據(jù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)的安全需求，或者網(wǎng)絡(luò)功能的網(wǎng)絡(luò)安全需求，精準(zhǔn)部署安全功能，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、縱深的安全防御。智能安全運(yùn)維功能將實(shí)現(xiàn)基于AI和大數(shù)據(jù)的安全運(yùn)維自動(dòng)化。

（七）共享與協(xié)作面

如前所述，6G系統(tǒng)將從外部引入AI能力或數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)中，以提供新服務(wù)和新能力，或進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理效率。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的AI能力和分析的數(shù)據(jù)也將開放給第三方，以向其提供服務(wù)和所需的支持。這種眾籌、眾包行為是在共享與協(xié)作面上進(jìn)行的。除了AI能力和數(shù)據(jù)信息開放之外，安全能力、資源、應(yīng)用與服務(wù)需求以及網(wǎng)絡(luò)功能也將引入到6G網(wǎng)絡(luò)中或?qū)崿F(xiàn)對(duì)外開放。因此，共享與協(xié)作面與所有其他層和面都密切相關(guān)。

五、SOLIDS網(wǎng)絡(luò)特征

6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SOLIDS支持六大網(wǎng)絡(luò)特性，包括柔性、按需服務(wù)、至簡(jiǎn)、內(nèi)生智慧、數(shù)字孿生、內(nèi)生安全，如圖11所示。

圖11 六大網(wǎng)絡(luò)特征。

（一） 柔性

6G網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)特征是柔性。未來的網(wǎng)絡(luò)將是端到端軟件可定義和云原生的網(wǎng)絡(luò)，這將有助于實(shí)現(xiàn)快速業(yè)務(wù)部署、功能軟件版本的快速迭代、資源（如無(wú)線頻譜、計(jì)算和存儲(chǔ)）的動(dòng)態(tài)共享，以及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和智能化。6G網(wǎng)絡(luò)的柔性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

在應(yīng)用與服務(wù)層，實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是為用戶服務(wù)的，因此網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須充分考慮用戶的需求，按需激活網(wǎng)絡(luò)功能，使網(wǎng)絡(luò)隨用戶“移動(dòng)”。

在資源層，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備按需調(diào)度分布式網(wǎng)絡(luò)資源的能力。為了滿足新的場(chǎng)景與應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)流量和傳輸時(shí)延的需求，未來網(wǎng)絡(luò)將具備在網(wǎng)計(jì)算、在網(wǎng)存儲(chǔ)等更多維度的能力，從“傻瓜式管道”轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲摹爸悄芫W(wǎng)絡(luò)”。與之相應(yīng)的，計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸?shù)荣Y源也將遍布于端到端網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過引入區(qū)塊鏈等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)云、網(wǎng)、邊之間資源的按需分配和靈活調(diào)度，從而在資源維度實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)柔性。

在網(wǎng)絡(luò)功能層，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能靈活、獨(dú)立地?cái)U(kuò)展網(wǎng)元能力，并能快速迭代和演進(jìn)軟件功能。具體來說，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是端到端SBA的，如圖12所示。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，6G系統(tǒng)需要重點(diǎn)關(guān)注RAN的服務(wù)化。與5G網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)基本完成的SBA CN相比，服務(wù)化RAN需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做出更多的改變，比如修改分層協(xié)議棧。

圖12 柔性網(wǎng)絡(luò)。

（二）按需服務(wù)

6G網(wǎng)絡(luò)的第二個(gè)特征是按需服務(wù)。數(shù)字孿生世界將催生大量新的業(yè)務(wù)和場(chǎng)景，這些業(yè)務(wù)和場(chǎng)景的需求將會(huì)千變?nèi)f化。因此，6G網(wǎng)絡(luò)必須具備更好的用戶行為、用戶意圖的感知能力，同時(shí)能夠根據(jù)用戶的需求進(jìn)行功能部署、參數(shù)配置和資源配置，如圖13所示。此外，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供粒度更小的功能服務(wù)，用戶可以根據(jù)自己的需求自由組合服務(wù)類型和服務(wù)等級(jí)。

圖13 按需服務(wù)網(wǎng)絡(luò)示例。RRM：無(wú)線資源管理。

實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)的第一個(gè)先決條件是實(shí)時(shí)感知應(yīng)用和業(yè)務(wù)需求?？梢酝ㄟ^應(yīng)用與服務(wù)層、數(shù)據(jù)采集面、AI面之間的協(xié)作，提前預(yù)測(cè)未來業(yè)務(wù)和應(yīng)用的需求。當(dāng)用戶需求發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)按需為用戶實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模式和業(yè)務(wù)內(nèi)容的無(wú)縫切換。第二個(gè)先決條件是無(wú)線資源的按需配置。分布式資源層作為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，提供無(wú)線、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源。將應(yīng)用和業(yè)務(wù)需求與采集的網(wǎng)絡(luò)和資源狀態(tài)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)按需資源分配。第三個(gè)先決條件是網(wǎng)絡(luò)功能的按需編排。未來，這些服務(wù)對(duì)RAN、TN和CN各子域網(wǎng)絡(luò)的要求會(huì)更加多樣化和個(gè)性化。網(wǎng)絡(luò)需要結(jié)合感知的數(shù)據(jù)，將用戶需求分解到RAN、TN、CN三個(gè)域中，每個(gè)域根據(jù)自己的能力匹配最合適的功能組合。

（三）至簡(jiǎn)

6G網(wǎng)絡(luò)的第三個(gè)特征是至簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)。6G網(wǎng)絡(luò)需要考慮空天地海立體覆蓋。在未來的6G網(wǎng)絡(luò)中，同構(gòu)或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要被統(tǒng)一管理，以為用戶提供一致的用戶體驗(yàn)。

在傳統(tǒng)方法中，需要設(shè)計(jì)不同網(wǎng)絡(luò)來支持不同場(chǎng)景，如衛(wèi)星、蜂窩、電纜和水下等。為了保證業(yè)務(wù)連續(xù)性，不同網(wǎng)絡(luò)之間引入了互操作，但這些互操作是非常受限的。由于不同網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議設(shè)計(jì)和訪問機(jī)制上的差異，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法支持有QoS保證的業(yè)務(wù)連續(xù)性。當(dāng)用戶離開目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其服務(wù)可能會(huì)被丟棄或降級(jí)。

圖14所示的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一個(gè)示例，其中設(shè)計(jì)了一個(gè)統(tǒng)一的CN以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過融合無(wú)線接入技術(shù)（RAT）和統(tǒng)一接入機(jī)制，一個(gè)CN可以連接到不同的RAT，實(shí)現(xiàn)不同RAT之間的無(wú)縫切換。

圖14 統(tǒng)一接入CN。

至簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)的第二層含義是統(tǒng)一的信令控制。通過統(tǒng)一的信令和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接入，保證可靠的移動(dòng)性管理和快速業(yè)務(wù)接入、一致的用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)、低接入時(shí)延、低小區(qū)間干擾。如圖15所示，未來網(wǎng)絡(luò)將分為兩層：一層是廣域信令層，可工作在700 MHz等低頻頻段；另一層是數(shù)據(jù)接入層，可工作在大帶寬的高頻段，如3.5 GHz、毫米波、太赫茲頻率和可見光。數(shù)據(jù)基站的按需開啟可以顯著降低并發(fā)服務(wù)基站的數(shù)量，從而大大降低網(wǎng)絡(luò)的成本和功耗。

圖15 統(tǒng)一信令控制。

（四）內(nèi)生智慧

6G網(wǎng)絡(luò)的第四個(gè)特征是內(nèi)生智慧。近年來，AI技術(shù)取得了重大進(jìn)展，作為一種工具，可以幫助運(yùn)營(yíng)商提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維效率、業(yè)務(wù)的效率和能力。文獻(xiàn)[42]采用了不同核心的支持向量機(jī)算法，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）識(shí)別流量熱點(diǎn)以及預(yù)測(cè)小區(qū)熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[43]提出了一種能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)一個(gè)區(qū)域長(zhǎng)期移動(dòng)流量的時(shí)空神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在移動(dòng)邊緣計(jì)算系統(tǒng)中，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字孿生體被用來實(shí)時(shí)計(jì)算用戶關(guān)聯(lián)方案，確定最優(yōu)資源分配策略，優(yōu)化系統(tǒng)能耗。文獻(xiàn)[45]采用具有噪聲的基于密度的聚類算法（DBSCAN密度聚類算法）和大數(shù)據(jù)技術(shù)來跟蹤預(yù)測(cè)用戶的移動(dòng)軌跡，挖掘用戶的移動(dòng)模式。

在5G網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)營(yíng)商一直在考慮如何利用AI實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)。然而，由于4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)沒有考慮到對(duì)AI的支持，所以在4G/5G網(wǎng)絡(luò)中的AI應(yīng)用是作用在某些具體情況，其中數(shù)據(jù)收集、算法優(yōu)化、運(yùn)算處理是在相應(yīng)的網(wǎng)元上進(jìn)行或者說是將一個(gè)外部處理單元作為一個(gè)新的網(wǎng)元添加到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。對(duì)于不同的AI用例，可能需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不同的修改，這給網(wǎng)絡(luò)的管理和運(yùn)營(yíng)帶來了困難。相反，由于在先前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議中沒有預(yù)先定義數(shù)據(jù)收集接口，而當(dāng)前基于實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)收集服務(wù)器/設(shè)備，如深度包檢測(cè)、數(shù)據(jù)探針等，無(wú)法及時(shí)提供高效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效性也面臨挑戰(zhàn)。這些因素決定了AI的性能和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于預(yù)期。

如圖16所示，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將支持泛在AI能力，并按需提供AI能力，這種AI能力可以是分布式的，也可以是集中式的，類似于人體的大腦和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，6G通過AI平臺(tái)將外部AI功能引入網(wǎng)絡(luò)，提供新的業(yè)務(wù)和新的容量，并且也將外部數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理效率。此外，網(wǎng)絡(luò)中的分析數(shù)據(jù)和AI能力也可以開放給第三方，以向其提供服務(wù)和所需的支持。

圖16 內(nèi)生智慧。MEC：多接入邊緣計(jì)算。

如圖17所示，內(nèi)生智慧系統(tǒng)包括AI模型管理、訓(xùn)練數(shù)據(jù)管理、AI模型評(píng)估、AI模型優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析和知識(shí)庫(kù)管理六大功能實(shí)體。AI模型管理包括模型的選擇、生成、存儲(chǔ)、更新、傳輸和刪除。管理的模型包括網(wǎng)絡(luò)資源層、網(wǎng)絡(luò)功能層、應(yīng)用與服務(wù)層的各種模型，它們用于優(yōu)化這些層上的相關(guān)實(shí)體。訓(xùn)練數(shù)據(jù)管理提供模型訓(xùn)練所需的訓(xùn)練樣本，并根據(jù)模型性能要求對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行定制和預(yù)處理。AI模型評(píng)估用于評(píng)估AI模型的性能。利用AI模型的推理結(jié)果對(duì)各實(shí)體進(jìn)行優(yōu)化后，收集生成的性能指標(biāo)，計(jì)算評(píng)估結(jié)果，然后將其傳遞給AI引擎。然后對(duì)AI模型進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化（如更改模型結(jié)構(gòu)、更改算法、再訓(xùn)練等）。數(shù)據(jù)分析是主要功能，包括AI模型訓(xùn)練和基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的推理。通過數(shù)據(jù)采集面獲得所需數(shù)據(jù)。知識(shí)庫(kù)對(duì)AI模型的應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和提取，提取規(guī)則或關(guān)系模式，并從外部導(dǎo)入專家經(jīng)驗(yàn)。AI模型、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和知識(shí)可以被第三方重用和共享。同時(shí)，內(nèi)生智慧系統(tǒng)的六大功能/服務(wù)也可以在網(wǎng)絡(luò)功能層與其他各方共享，提供所需的應(yīng)用和服務(wù)。

圖17 內(nèi)生智慧的邏輯部署模型。

（五）數(shù)字孿生

6G網(wǎng)絡(luò)的第五個(gè)特征是數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)。2030年后的社會(huì)將是上文提到的數(shù)字孿生社會(huì)，數(shù)字孿生技術(shù)也可以應(yīng)用到6G網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化。通過數(shù)字孿生，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體和用戶服務(wù)都可以通過實(shí)時(shí)信息采集實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、軌跡預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的故障和服務(wù)惡化進(jìn)行早期干預(yù)將成為可能；從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率和服務(wù)效率。還可以通過數(shù)字孿生提前驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)新功能部署的效果，加快對(duì)新功能的改進(jìn)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)新功能的快速、自動(dòng)引入，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自我演進(jìn)。

開發(fā)數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)，從所有網(wǎng)絡(luò)域獲取數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。如圖18所示，通過對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體和功能的數(shù)據(jù)處理和參數(shù)化建模，可以得到虛擬空間中整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字建模。用戶的數(shù)字孿生可能包括用戶軌跡、移動(dòng)速度、流量類型、流量模型、數(shù)據(jù)速率和通道狀態(tài)等數(shù)據(jù)。云原生RAN的數(shù)據(jù)可能包括無(wú)線資源模型、硬件資源模型、無(wú)線協(xié)議模型、無(wú)線信道模型、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)狀態(tài)以及KPI和指標(biāo)數(shù)據(jù)。類似的建模過程和數(shù)字孿生也可以發(fā)生在TN和CN中。AI引擎根據(jù)獲得的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，利用AI算法預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)體將不斷尋找實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)狀態(tài)，并通過仿真進(jìn)行驗(yàn)證，然后在管理域執(zhí)行相應(yīng)的操作將其映射到現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)上。

圖18 基于數(shù)字孿生的網(wǎng)絡(luò)自治。OAM：運(yùn)行、管理與維護(hù)中心。

反之，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生還可以驗(yàn)證數(shù)字領(lǐng)域的新功能、服務(wù)和優(yōu)化特性，以避免任何負(fù)面影響，從而實(shí)現(xiàn)高水平的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和“零接觸維護(hù)”。

任何網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)象都可以在數(shù)字域中生成相應(yīng)的數(shù)字孿生體，包括底層的物理資源、網(wǎng)絡(luò)功能以及上層的各種應(yīng)用和服務(wù)。數(shù)字孿生體的產(chǎn)生依賴于各種數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)以及數(shù)字孿生建模技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)資源對(duì)象的優(yōu)化，數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和信息，建立其優(yōu)化模型，生成其未來時(shí)間點(diǎn)的數(shù)字規(guī)劃體。然后，通過調(diào)用配置函數(shù)，可以為每個(gè)資源對(duì)象實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)劃。上述數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)功能以及數(shù)字域與物理域之間的連接管理、同步優(yōu)化等功能都是網(wǎng)絡(luò)功能。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包括數(shù)字孿生體、數(shù)字規(guī)劃體和智能模型。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)通過這些功能和數(shù)據(jù)，向上提供各種應(yīng)用和服務(wù)，向下調(diào)用和優(yōu)化各種資源對(duì)象。同時(shí)，數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)可以通過各種共享技術(shù)與第三方共享上述功能和數(shù)據(jù)。此外，它還可以通過各種安全技術(shù)防止攻擊和篡改。

（六）內(nèi)生安全

數(shù)字孿生社會(huì)是未來社會(huì)發(fā)展遠(yuǎn)景的必然趨勢(shì)。物理世界的每個(gè)對(duì)象都將數(shù)字化，具備數(shù)字副本。因此整個(gè)社會(huì)在生產(chǎn)、生活、社會(huì)治理等諸多方面將發(fā)生重大變化。

虛擬空間中數(shù)字孿生體的變化和操作將直接影響到物理實(shí)體，因此也會(huì)帶來更多的安全風(fēng)險(xiǎn)。如果虛擬空間的安全受到威脅，將直接影響到物理世界的安全。有人預(yù)測(cè)，未來的戰(zhàn)爭(zhēng)將不是對(duì)物理世界的攻擊，而是對(duì)數(shù)字孿生世界的攻擊，這可能直接導(dǎo)致物理世界的毀滅。因此，安全對(duì)未來社會(huì)將會(huì)更加重要。在6G時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)、人、工廠、企業(yè)、政府基礎(chǔ)設(shè)施等的數(shù)字孿生將存在于數(shù)字空間，因此網(wǎng)絡(luò)安全至關(guān)重要。

從當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)角度來看，安全設(shè)計(jì)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基本上采用打補(bǔ)丁的方式。因此在安全和效率方面仍存在改進(jìn)的空間。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，為6G網(wǎng)絡(luò)的安全設(shè)計(jì)提供了新的手段和支撐。6G網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)應(yīng)該像人體免疫系統(tǒng)一樣，能夠主動(dòng)防御風(fēng)險(xiǎn)和安全攻擊，當(dāng)主動(dòng)防御失效時(shí)，還可以通過外部干預(yù)進(jìn)行保障和控制。

因此，6G網(wǎng)絡(luò)的最后一個(gè)特征是內(nèi)生安全，如圖19所示。網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)監(jiān)控其安全狀態(tài)，預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)。將攻擊防御與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、主動(dòng)免疫等智能安全。通過網(wǎng)絡(luò)智能實(shí)體間的交互與協(xié)作，形成智能共識(shí)，消除干擾，為信息和數(shù)據(jù)提供高水平的安全保障?；贏I和大數(shù)據(jù)技術(shù)，精準(zhǔn)部署安全功能，優(yōu)化安全策略，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、縱深安全防御。對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、軟件等提供主動(dòng)免疫，利用可信計(jì)算技術(shù)提升基礎(chǔ)平臺(tái)的安全水平。通過端、邊、網(wǎng)、云的泛在協(xié)同，準(zhǔn)確感知整個(gè)系統(tǒng)的安全狀態(tài)，妥善處置安全風(fēng)險(xiǎn)，使6G網(wǎng)絡(luò)的安全最大化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全向網(wǎng)絡(luò)空間安全的全面升級(jí)。

圖19 內(nèi)生安全邏輯部署模型。

六、總結(jié)

5G網(wǎng)絡(luò)的快速商用加速了大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和AI的發(fā)展，推動(dòng)了ICDT的深度融合。ICDT的融合孕育出一個(gè)云原生和軟件可定義的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)需要考慮5G網(wǎng)絡(luò)面臨的問題和挑戰(zhàn)、ICDT融合趨勢(shì)以及2030年后數(shù)字孿生世界催生的新業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求。本文回顧了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)歷史，提出了三層四面6G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的功能架構(gòu)，并分析了其內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)特征，即柔性、按需服務(wù)、至簡(jiǎn)、內(nèi)生智慧、數(shù)字孿生和內(nèi)生安全。詳細(xì)的機(jī)制、流程、協(xié)議和接口設(shè)計(jì)將在今后的工作中進(jìn)一步研究。

審核編輯 ：李倩