6G全域融合網(wǎng)絡展望

劉潔

（中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

移動通信目前正值5G網(wǎng)絡蓬勃發(fā)展時機，相對于以往3G、4G的網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡大大擴展了其服務受眾，政企、行業(yè)將作為主要的服務主體，其需求的多樣性、網(wǎng)絡定制化及應用深度集成的需求考驗著網(wǎng)絡的能力和部署形態(tài)，驅(qū)動著通信網(wǎng)絡向高性能、靈活、智能、安全的方向演進。6G網(wǎng)絡作為下一代通信網(wǎng)絡，在新需求和新技術(shù)等的多重驅(qū)動下，目標是構(gòu)建一張萬物多元化互聯(lián)互通的全域融合網(wǎng)絡，這樣一張網(wǎng)絡必須具備超級性能、泛在連接、智能內(nèi)生、安全可信、柔性自愈等網(wǎng)絡特征。業(yè)界對6G網(wǎng)絡的基本特征有類同的觀點，如中國移動在2019年發(fā)布的《2030+愿景與需求報告》中提出了未來網(wǎng)絡將具備五大特征：按需服務網(wǎng)絡、至簡網(wǎng)絡、柔性網(wǎng)絡、智慧內(nèi)生和安全內(nèi)生[9]；中國聯(lián)通在2021初發(fā)布的《中國聯(lián)通的白皮書》中“智能、融合、綠色、可信”八個字來概括其對于未來6G愿景的初步設想[8]。不管有沒有明確指出，所有的網(wǎng)絡特征都以萬物連接為基礎。而6G全域融合網(wǎng)絡，廣義上，就是下一代的6G網(wǎng)絡的代名詞，具備上述全面的網(wǎng)絡特征，是跨領域技術(shù)和多模態(tài)網(wǎng)絡的融匯體；狹義上，6G全域融合網(wǎng)絡充分體現(xiàn)了6G網(wǎng)絡“連接”的基本特征和具體實現(xiàn)，即網(wǎng)絡如何支持泛在接入和對融合接入的統(tǒng)一控制、協(xié)同調(diào)度。

本文主要針對狹義的6G全域融合網(wǎng)絡，從全域接入、統(tǒng)一控制和協(xié)同調(diào)度、云網(wǎng)協(xié)同三個方面，結(jié)合5G網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀，分析相關技術(shù)趨勢。

1 全域接入

5G移動網(wǎng)絡，除了具備一套對終端通過無線基站接入網(wǎng)絡的端到端通信使能機制，還支持終端通過以非3GPP方式接入核心網(wǎng)，目前3GPP已定義的非3GPP接入包括授信非3GPP接入、非授信非3GPP接入，以及有線接入[2-3]。不同接入方式的接入管理和會話管理可以是獨立的，但統(tǒng)一在一個用戶網(wǎng)絡標識之下。當一種接入的某種狀態(tài)不可用時，可以通過另外的接入通道進行消息的傳遞或觸發(fā)狀態(tài)的改變。不同的接入可以混合使用，如通過有線接入的用戶面串接非授信3GPP接入實現(xiàn)接入嵌套。5G網(wǎng)絡還提供了網(wǎng)中網(wǎng)的接入方式，如5GS作為交換機或透明網(wǎng)橋的方式提供終端通過3GPP接入方式接入虛擬網(wǎng)絡VN或TSN網(wǎng)絡。此外，5G也已經(jīng)啟動了衛(wèi)星通信的研究，在頻譜使用和覆蓋等方面和5G無線接入形成互補。

5G支持有線接入旨在重用成熟的固定接入來擴展5GC的覆蓋范圍，同時通過多個接入鏈路，捆綁無線和有線帶寬，提供更高的速度、更好的服務質(zhì)量（QoS）和可靠性，為用戶提供了最好的承諾。寬帶論壇（BBF）通過和3GPP的合作，從保持5GC的控制邏輯的一致性和盡量避免用戶側(cè)已有的接入設備的升級改造等方面出發(fā)，定義了5種方式的融合接入[1]，見圖1虛框內(nèi)。

6G全域接入實現(xiàn)6G全域融合網(wǎng)絡立體空間三維全覆蓋接入和連接的魯棒性，具體涵義包括異構(gòu)終端泛在接入和多元化接入。

首先，所有的人、物、機器，都可以發(fā)起通信需求，不管是作為UE還是被UE所感知，例如：人體器官、家居家具、公共設施、生產(chǎn)終端等。各類信息都可以數(shù)字化后進行傳遞，例如：人體的嗅覺、味覺、觸覺，都可以被數(shù)字化為通信信號。終端在功能形態(tài)上向泛在化、異構(gòu)化發(fā)展，通常集多種通信/接入模式、計算、感知、業(yè)務能力、安全自保護等功能于一體。

泛在接入則是對接入介質(zhì)和手段的覆蓋，包括有線、無線、衛(wèi)星、空間、授信接入、非授信接入、混合多接入等。衛(wèi)星接入的重要性在6G下被提到了新的高度，除了可作為應急通信、緊急救援、高空互聯(lián)網(wǎng)等應用的接入手段，解決荒遠地區(qū)的通信覆蓋問題外，還將作為一種廣域連續(xù)性的保障性接入手段：在終端高速移動時，減少切換帶來的時延和對業(yè)務連續(xù)性的影響。

結(jié)合BBF和3GPP對多接入的研究進展，展望6G初期支持的多接入和遷移路徑如圖1所示。

圖1 6G初期的多接入場景和遷移路徑

多元化接入則是實現(xiàn)新的接入互通或組網(wǎng)方式，如組建體域網(wǎng)、網(wǎng)中網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)、近域網(wǎng)（D2D）或混合網(wǎng)等。典型地，可采用6G網(wǎng)絡組建工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)，填補5G網(wǎng)絡組網(wǎng)應用的性能鴻溝，統(tǒng)一工廠內(nèi)外網(wǎng)，更好滿足工業(yè)控制的確定性通信需求。

全域接入的一個重要挑戰(zhàn)來自于融合接入帶來的融合承載問題，接入網(wǎng)和底層傳輸網(wǎng)之間的自動協(xié)調(diào)將是統(tǒng)一控制的一個實現(xiàn)目標。

2 統(tǒng)一控制和協(xié)同調(diào)度

在全域接入的基礎上，統(tǒng)一控制和協(xié)同調(diào)度（下文統(tǒng)稱：統(tǒng)一控制）對終端用戶是透明的，目標是實現(xiàn)業(yè)務體驗的一致性和提升。統(tǒng)一控制要求對網(wǎng)絡資源有全面的視圖，有智能的控制邏輯，以達到資源利用、業(yè)務需求和業(yè)務體驗的最佳匹配。控制邏輯的智能，可以來自網(wǎng)絡內(nèi)生的智能，或外部的大數(shù)據(jù)平臺。統(tǒng)一控制執(zhí)行各種管理操作和控制策略，包括認證和安全、多接入調(diào)度、移動性管理、會話管理、用戶面管理、業(yè)務連續(xù)性保障、能力開放、QoS和計費等。

以接入調(diào)度為例，5G網(wǎng)絡已有支持ATSSS（Access Traffic Steering, Switching, Splitting）的一些機制，涉及接入方式的選擇、業(yè)務流在不同接入方式下的切換、分流等[4]。控制和調(diào)度的顆粒度可以基于會話等較粗的顆粒度，而目標則是實現(xiàn)更細顆粒度和更精準的調(diào)度，如實現(xiàn)業(yè)務流級別的調(diào)度，即同一個數(shù)據(jù)流的不同數(shù)據(jù)包在不同的接入通道上傳遞。實施調(diào)度的依據(jù)可以是預置的接入優(yōu)先級、資源負載均衡的需求、實時的網(wǎng)絡性能，或者是NWDAF（Network Data Analytics Function）提供的服務等。一個應用維度的業(yè)務流要實現(xiàn)在不同的接入方式下扭轉(zhuǎn)，可以利用終端、網(wǎng)絡功能底層提供的性能檢測和分流功能，或者依賴于網(wǎng)絡協(xié)議層或應用層的保障機制。舉例來說，在服務化架構(gòu)中，IP流可基于TCP或UDP進行傳輸，MPTCP（Multi-Path TCP Protocol）可以在TCP連接層重組不同連接傳送的數(shù)據(jù)包，而基于UDP的業(yè)務的多路傳輸則可利用MP-QUIC（Multi-Path Quick UDP Internet Connections）協(xié)議進行包重組[5]。根據(jù)網(wǎng)絡支持的數(shù)據(jù)包類型，可以預計未來的終端至少支持四種接入調(diào)度方式，如圖2所示。

以圖2為例，對于UDP流，UE可基于底層ATSSSLL（Splitting-Low-Layer, Access Traffic Steering,Switching）功能，通過對鏈路性能的測量確定業(yè)務流如何在兩種接入間分流，而QUIC功能支持對不同路徑的包進行排序重組。

圖2 6G UE支持接入調(diào)度的四種實現(xiàn)

在全域接入的基礎上，6G的接入調(diào)度不僅僅是非3GPP和3GPP接入之間的調(diào)度，還將擴展到衛(wèi)星接入、網(wǎng)中網(wǎng)等多種接入方式的調(diào)度，同時需要保障個域網(wǎng)、體域網(wǎng)、近域網(wǎng)（D2D）等網(wǎng)內(nèi)直通或多連接互通。近域通信是6G的一種新型組網(wǎng)和接入方式，終端之間可以在直接建立通信鏈路，數(shù)據(jù)流不需要經(jīng)過任何的網(wǎng)絡功能，這種實現(xiàn)對視頻內(nèi)容的面對面分享非常有用，而更有吸引力的是通過近域網(wǎng)，將多個終端的資源和業(yè)務能力，如算力進行聚合，有可能提供比邊緣計算更加優(yōu)質(zhì)的體驗。

統(tǒng)一控制除了接入調(diào)度，其他對網(wǎng)絡性能的保障性控制也越來越重要，如QoS、TSC（Time Sensitive Communication）、切片等。確定性通信服務能力將是6G的重要能力，確定性通信要求網(wǎng)絡的傳送時間是精準可控的，網(wǎng)絡利用時間同步機制輔助時間的計算，對網(wǎng)絡資源進行調(diào)度，以保證傳送時延不大于目標時間，從而留出可控制的空間。TSC不等于低時延，但往往需要在保證低時延的基礎上實現(xiàn)，網(wǎng)絡通過保持緩沖機制保證時延的精準性。

鑒于6G提供的服務更加多樣化和定制化，控制邏輯也越來越復雜，統(tǒng)一控制對網(wǎng)絡智能的要求也越來越高。NWDAF是5G網(wǎng)絡引入的專門負責數(shù)據(jù)分析的核心網(wǎng)網(wǎng)元，可視為網(wǎng)絡內(nèi)生智能的雛形，為智能化的控制和調(diào)度提供了有力手段。NWDAF采集來自5GS的用戶數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡運行數(shù)據(jù)等，也可以從外部輸入輔助數(shù)據(jù)，進一步運用大數(shù)據(jù)分析的方法提供特定的分析服務，供內(nèi)部策略依據(jù)和外部調(diào)用。NWDAF嵌入5GS的業(yè)務流程，支撐業(yè)務的控制更加實時有效。5G中，NWDAF可作為PCC策略和切片選擇策略的依據(jù)，也可以保障ATSSS、路徑選擇、邊緣應用發(fā)現(xiàn)、邊緣能力開放等實現(xiàn)，NWDAF的分布式部署和協(xié)同交互（聯(lián)邦計算）的研究也提上了日程。

到了6G，NWDAF類似的智能服務功能將發(fā)揮越來越大的作用，但其功能形態(tài)將發(fā)生改變。一種可能的方式是：數(shù)據(jù)分析本身就成為一種被分布式調(diào)度的對象，利用分布式計算或聯(lián)邦計算的機制，對外呈現(xiàn)一體化的智能。伴隨著包括控制和智能服務在內(nèi)的網(wǎng)絡功能向分布式范式的發(fā)展，對區(qū)塊鏈等分布式授信機制的支持也將成為網(wǎng)絡內(nèi)生的基礎功能。

實現(xiàn)智能化的統(tǒng)一控制，包括三個基本流程，首先是感知，接著是分析，然后才是控制。從端到端的流程看，即使有智能服務的支撐，還需要解決兩大難題：

（1）感知的問題感知問題即客戶端、應用、網(wǎng)絡之間的需求理解和傳遞。在4G、5G移動網(wǎng)絡中，通過網(wǎng)絡能力開放的方式提供了應用方向網(wǎng)絡傳遞需求的手段，特別在5G時代，網(wǎng)絡開放的能力擴展包括了特定網(wǎng)絡參數(shù)配置、邊緣分流路徑定制、網(wǎng)絡監(jiān)控和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分析等。雖然網(wǎng)絡開放能力在不斷擴展，但仍未完全覆蓋需要動態(tài)感知的數(shù)據(jù)需求。

（2）不同層面控制的適配和協(xié)同即使使用了能力開放的方式，需求的傳遞仍只是止步于移動網(wǎng)絡的業(yè)務控制層，未能與承載層和資源層自動協(xié)調(diào)和交互。

本文將從云網(wǎng)協(xié)同的視角考慮如何解決以上問題。

3 云網(wǎng)協(xié)同

靈活高效的部署需求以及服務化、云原生的技術(shù)趨勢驅(qū)動了云網(wǎng)協(xié)同成為6G融合通信的基礎底座。6G全域融合網(wǎng)絡中，任何的網(wǎng)絡功能，都可以按需分布式部署，取決于資源的分布情況、業(yè)務的具體需求和資源消耗的匹配值，云網(wǎng)一體化已經(jīng)成為服務常態(tài)。云網(wǎng)協(xié)同，就是解決云和網(wǎng)的能力、需求傳遞和相互適配的過程，是實現(xiàn)云網(wǎng)一體化的必要手段。在云資源的應用上中，不僅網(wǎng)絡功能，應用及各種具備計算或存儲能力的單元（如終端）等可以云化部署，所以，云網(wǎng)協(xié)同是個端到端的過程。

在6G全域融合網(wǎng)絡中，一方面統(tǒng)一控制的智能來自無處不在的算力，另一方面，統(tǒng)一控制也會映射為對網(wǎng)絡資源的調(diào)度，并最終體現(xiàn)為對多元算力的調(diào)度。理想情況下，云網(wǎng)單元都同時具備感知功能，利用內(nèi)生智能理解感知數(shù)據(jù)并進行協(xié)同，實現(xiàn)占用最少最優(yōu)的資源滿足特定的業(yè)務需求。可見，云網(wǎng)協(xié)同和統(tǒng)一控制的目標是一致的，為了解決上述提到的兩個難題，業(yè)界主要有兩種研究方向，即算力網(wǎng)絡和應用使能架構(gòu)。

算力網(wǎng)絡分為分布式算力網(wǎng)絡和集中式算力網(wǎng)絡。分布式算力網(wǎng)絡基于增強的路由學習和路由尋址機制，主要著眼于協(xié)議層的增強，解決調(diào)度問題。算力網(wǎng)絡實現(xiàn)了資源的統(tǒng)一調(diào)度，但對于需求的映射暫停留在路由協(xié)議標識的層面。集中式算力網(wǎng)絡則是引入了云網(wǎng)智慧大腦（控制器）的思路，通過智慧大腦感知和解析調(diào)度需求，通過端到端編排實現(xiàn)網(wǎng)絡的按需調(diào)整，其面臨的難點在于需求模板的普適性、編排控制實時性，及如何將終端資源納入管理編等問題。

在5G邊緣計算的部署中，為了發(fā)現(xiàn)本地服務，傳統(tǒng)的DNS流程不再適用，網(wǎng)絡和應用之間需要交互應用部署信息。終端在移動出特定范圍時，邊緣客戶端要及時獲取新的應用層配置信息，如更新DNS配置等。鑒于應用對網(wǎng)絡需求的差異性和應用需求調(diào)整的動態(tài)性，針對邊緣計算和垂直應用，3GPP定義了兩種應用使能架構(gòu)，即邊緣計算使能架構(gòu)和垂直應用使能架構(gòu)[6-7]。設置使能架構(gòu)旨在提供和規(guī)范客戶端、網(wǎng)絡和應用協(xié)同的手段，簡化網(wǎng)絡的實現(xiàn)。6G的應用使能架構(gòu)可以綜合邊緣計算使能架構(gòu)和垂直行業(yè)應用使能架構(gòu)的思路，并將應用范圍擴展到整個云網(wǎng)端生態(tài)，如圖3所示：

圖3 6G應用使能架構(gòu)示意圖

圖3中，將客戶端和服務器端分解為使能服務器/客戶端和應用服務器/客戶端兩部分，相當于將在應用層面按業(yè)務控制能力與應用自身的服務邏輯進行了分解，并分別通過網(wǎng)絡的控制面和用戶面進行協(xié)同，從而使能了需求的及時反饋及對應的配置參數(shù)的靈活調(diào)整，簡化云網(wǎng)協(xié)同的實現(xiàn)。使能架構(gòu)打通了6G服務鏈的上下游，一定程度上也簡化了對SLA符合度的評估手段，但同時也將改變應用服務和客戶端的開發(fā)模式，需要產(chǎn)業(yè)上下游的合力推進。

分布式算力網(wǎng)絡、智慧云網(wǎng)大腦和應用使能架構(gòu)從不同的角度提出了云網(wǎng)協(xié)同的思路和手段，但各自的涉及均不太完善。從云網(wǎng)協(xié)同的層面看，上述幾種手段不是相互排斥的，可以融會貫通，至于未來會以哪種方式為主去兼容另一種方式、哪種方式和未來的網(wǎng)絡架構(gòu)更加匹配，或者幾種方式如何有機融合，還待驗證。

4 結(jié)束語

在社會、技術(shù)、應用的多重驅(qū)動下，人們展望6G是改變世界，引領健康、美好生活的多種學科門類和技術(shù)使能的融匯生態(tài)。6G全域通信網(wǎng)絡作為6G融匯生態(tài)的基礎，不管是業(yè)務的承接，還是創(chuàng)新能力和業(yè)務的運營，都不可能脫離現(xiàn)有網(wǎng)絡一蹴而就。比對5G網(wǎng)路的現(xiàn)有研究、技術(shù)發(fā)展趨勢和6G的愿景，我們不僅可以更深刻地理解6G的愿景，同時也可以發(fā)現(xiàn)技術(shù)鴻溝。既然6G是一個融匯的生態(tài)，解決網(wǎng)絡演進的數(shù)字鴻溝的方法也必將是對跨域多方面技術(shù)融會貫通的應用。