新興技術對6G網絡架構的潛在影響*

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網絡的規模部署和商用，各國開始著手6G網絡技術研究。自2019年以來，6G網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網絡技術研究。經過兩年的研究，全球已經發布了眾多研究成果，這些研究成果主要集中在網絡愿景層面，包括6G網絡應用場景、6G網絡潛在關鍵技術和6G網絡指標體系等。2021年以來，6G網絡架構正成為6G技術研究的新焦點，本文主要分享對6G網絡架構的研究和思考，討論新興技術對6G網絡架構可能產生的影響，以及6G網絡架構的技術特征。

1 移動網絡發展趨勢及6G展望

展望未來，移動通信網絡發展有如下明顯趨勢：首先，網絡將越來越智能。網絡將在深度感知業務的基礎上，通過數據收集、訓練和推理，自動形成業務優化策略，提升網絡服務質量。在網絡管理層面，端到端智能閉環，網絡自主進化是未來的發展方向。意圖驅動網絡技術逐漸成熟，網絡不僅可以按需定制，還可以根據需要進行自主動態規劃、網絡設計、自動配置網絡參數，最終實現自主進化，在這個過程中，AI將發揮重要的作用。其次云網深度融合，算網一體化。“云”為“網”提供基礎設施，“網”為“云”提供信息交互，二者密不可分，深度融合。在云網絡融合和智能化發展趨勢下，算力需求激增，為了滿足網絡和業務對泛在算力的需求，我國提出了算力網絡研究。最后，網絡應該是安全可信的。隨著移動網絡參與方數量的增多和傳輸數據量的激增，任何風險都將會被放大，因此網絡的安全可信至關重要，區塊鏈技術有可能發揮建立可信環境的作用。

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

圖1 “三層三扇”的6G網絡架構愿景

2 新興技術對6G網絡架構的潛在影響

2.1 AI技術

網絡智能化是業界一直追求的目標，一方面希望通過智能化手段提升網絡與業務的匹配程度，根據不同業務的差異化需求提供個性化網絡服務。還可以根據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絡配合，提升用戶的網絡接入體驗；另一方面，希望借助智能化管理機制，增加網絡的自治水平，提升網絡的能效和頻譜效率，從而實現降本增效的目的。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的角色，通過移動網絡內部的機制，提升業務的靈活性。5G時代，隨著AI技術的不斷發展，為移動網絡智能化提供了新的技術手段，AI領域的新技術將得到更廣泛的使用，例如機器學習和智能推理。

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

5G網絡R15版本的NWDAF功能從網元、終端等收集數據，通過推理和分析生成策略或分析結果供其他網元調用[2]。在R16階段，NWDAF主要聚焦提供哪些統計和預測能力、從各個網元收集哪些數據、如何將分析結果開放給消費者等，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，可與網元合設或分離。在R17階段，SA2更加聚焦架構層面的研究，例如NWDAF的邏輯功能拆分及邏輯功能間的交互、多NWDAF實例協作數據訓練模型共享、是否引入功能實體提高數據收集效率、增強實時性等問題[3]。除此之外，在業務方面也進行了更多的探討，例如如何保障切片SLA、輔助用戶面優化提升業務體驗、輔助提供接入選擇策略、邊緣計算方面的增強優化等，目前正在針對這些研究內容進行標準化工作[4]。R18階段首先開始進行需求研究，重點研究業務特性和性能指標方面；技術方面預計會在架構上進行更深入的研究，例如分布式AI訓練及推理架構、聯邦學習與網絡架構的結合等。

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

通過上述標準技術的演進分析可見，AI及大數據分析的理念正在滲透到移動網絡架構設計種，機器學習等關鍵技術正在與移動網絡業務場景結合。后續3GPP標準演進必將影響到B5G甚至6G的網絡架構標準制定工作，潛在的影響主要包括以下方面：

（1）6G網絡將是嵌入式、分層化的智能網絡架構。6G時代，聯邦學習和數字孿生技術有可能引入到6G網絡架構中。反映在網絡架構設計中，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元或節點中，形成分布式的智能感知、分層的智能訓練和推理以及分網元分域的智能決策，從而實現端到端的網絡智能化，如圖2所示。

圖2 嵌入式分層化6G智能架構示意圖

（2）6G網絡對業務的感知能力（感知范圍和感知顆粒度）將全面提升。業務和數據感知是智能化的前提，在未來的6G網絡中，無線網絡的軟件能力將得到加強，網絡對業務的感知將從原來的核心網延伸到無線網絡，無線網絡將具備更強的業務感知、推理、決策能力，實現資源最優分配、路由智能調度、網絡節能、提升業務體驗的目標。

（3）6G網絡將實現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。數字孿生、意圖網絡、人工智能等技術融入運營管理體系，將形成統一視圖的數字孿生網絡管理能力、意圖驅動的網絡定制編排能力、統一的云網融合資源調度等智能運營能力。

2.2 云網融合技術

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

隨著云網融合技術的進一步發展，算力網絡應運而生。算力網絡是在各行各業對于算力需求不斷提升的背景下產生的，單點的算力不足以滿足各種業務的需求，算力網絡提供了一個構建各方算力資源整體視圖、按需調度算力需求以及進行算力交易的整體解決方案，以滿足各種網絡及業務的算力需求[6]。當前電信業務和網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、使用情況進行動態的感知和管理，導致算力供應不能按需提供。隨著算力網絡技術與6G網絡技術的同步發展，二者將相互促進，融合發展。一方面6G網絡作為算力的需求方將促進算力網絡發展，6G網絡對算力的需求包括來自于6G網絡的云化部署需求（尤其是無線網絡云化可能帶來的需求），和來自于6G網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絡支持；另一方面，6G將為算力網絡提供泛在連接和高速數據傳送，支撐算力的快速調度和網絡資源的最優化配置。

綜上分析，隨著云網融合的繼續深入，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。對6G網絡架構的潛在影響主要體現在以下方面：

（1）無線網絡云化成為可能，移動網絡將迎來全面云化時代。無線網絡架構的設計順應云網融合的發展趨勢，無線網絡功能將可能進一步解耦，采用服務化的架構設計（即SBA-RAN），并與核心網邏輯功能進行重組，形成6G無線/核心網絡統一的控制面和分布式的用戶面，泛在算力為移動網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網絡功能分布示意圖

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

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

2.3 區塊鏈技術

區塊鏈技術提供了在不可信環境中傳遞信息、交換價值、建立多方信任的技術機制，解決了數字世界的信任問題，是構建未來價值互聯網的基石。因為區塊鏈技術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威第三方介入的場景。傳統的運營商網絡的部署和組織是在運營商可控可信的環境中進行的，因此可信問題并不突出。然而，面向未來的6G網絡，網絡共建共享、空天地一體化設計將成為6G網絡的重要特征，隨著參與方數量的增加、企業或行業不同，區塊鏈將可以發揮作用[7]。

首先在網絡共建共享方面存在區塊鏈的應用場景。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量增加，建網成本進一步增大，因此多家運營商通過共建共享解決網絡的覆蓋問題將是未來6G發展的重要方向。目前5G網絡主要在運營商之間實現共建共享，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企業，共建共享的參與方將更多。在這種環境下可能存在兩種的需求，一個是頻譜的動態共享，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，并在區塊鏈上層部署用于動態頻譜共享與結算的智能合約，規定頻譜使用的規則和結算規則，實現頻譜的動態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，實現有據可查。基站或者設備網管需支持將這些信息分布式存儲在區塊鏈節點中。

區塊鏈在共建共享環境下的應用如圖4所示：

圖4 區塊鏈在共建共享環境下的應用

其次區塊鏈在算力網絡交易方面存在應用可能。6G網絡作為算力的消耗者之一，將需要更多、更靈活的算力資源，以滿足網絡快速部署、業務快速響應等需求。未來算力網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合提供資源，各方的算力可以進行在線交易。在滿足上層業務需求的同時，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，算力網絡將為使用者選擇合適的算力資源。算力網絡技術與區塊鏈技術的結合可以實現算力資源的動態調度、按需使用和收益分配等。總之，區塊鏈技術與6G網絡存在交叉應用場景，區塊鏈為網絡提供信任機制，6G為區塊鏈提供連接服務。

區塊鏈技術對6G網絡架構的潛在影響體現在如下方面：

（1）無線網絡架構可能需要引入區塊鏈相關邏輯功能。頻譜資源交易信息和算力交易信息等關鍵信息上鏈，實現可信交易，可能對6G網絡的網元提出功能要求，例如具備區塊鏈接入節點的相關功能等。

（2）區塊鏈技術可能被引入6G網絡運營管理層面，成為BSS（Business Support System，業務支撐系統）領域和OSS（Operation Support System，運營支撐系統）領域的重要工具，包括服務于多方計費結算、網絡排障和責任認定。

（3）結合6G網絡研究區塊鏈，需重點關注分布式記賬技術、智能合約技術等關鍵技術在6G的應用，包括資源交易、算力交易的技術方案、實施方案等，以提升資源的使用效率，形成資源可動態分配、使用、收益的良好生態。另外，還應研究關鍵數據和信息上鏈和提升系統性能的方法，避免因信息上鏈導致的系統性能下降，增加技術的實用性。

3 結束語

綜上分析，新興技術的引入會提升6G網絡架構的先進性，6G網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絡。將帶來用戶使用6G網絡的體驗提升，同時也提升了運營商網絡管理水平，推動網絡管理變得更智能、更高效、更靈活。但是，在享受新興技術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（或網元）的引入可能導致網絡架構的復雜化，大量AI訓練的采用和數據的感知和傳遞可能導致網絡資源及能耗增加等。因此，在實際的網絡架構設計中應綜合考慮技術的先進性、使用的經濟性和網絡的安全性原則等，通過理論評估、系統仿真和技術試驗等方式選擇有益的技術要素，完善6G網絡架構設計。