6G網(wǎng)絡(luò)潛在關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

林奕琳，陳思柏，單雨威，劉玉芹，唐凌

（中國(guó)電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

2019年是6G研究相當(dāng)重要的一年。國(guó)內(nèi)，在2019年11月，科技部會(huì)同相關(guān)部委召開(kāi)了6G技術(shù)研發(fā)工作啟動(dòng)會(huì)，并宣布成立國(guó)家6G技術(shù)研發(fā)推進(jìn)工作組和總體專家組[1]。同年，工信部也牽頭成立了6G研究組，2020年更名為IMT2030（6G）推進(jìn)組[2]。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備廠商和運(yùn)營(yíng)商等也陸續(xù)投入6G研究，相繼發(fā)布6G白皮書[3-10]。國(guó)際上，歐盟、美國(guó)、日本和韓國(guó)等也積極投入6G研究[2,5]，2019年9月芬蘭奧盧大學(xué)便發(fā)布了全球第一份6G白皮書[11]。此后，全球相關(guān)組織連續(xù)發(fā)布多份6G白皮書和研究報(bào)告[12-16]，展示各自對(duì)6G的設(shè)想及研究成果。

本文基于對(duì)歷代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的特點(diǎn)分析，以及當(dāng)前人們對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)的愿景研究進(jìn)展，從最有可能影響6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度出發(fā)，挑選當(dāng)前業(yè)界關(guān)注度較高的6G網(wǎng)絡(luò)潛在技術(shù)，分析業(yè)界研究進(jìn)展，提出需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題或研究方向，為后續(xù)6G的進(jìn)一步研究提供參考。

1 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展路線

自上世紀(jì)80年代第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)用以來(lái)，全球便進(jìn)入了每十年發(fā)展一代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史。社會(huì)發(fā)展所帶來(lái)的人們對(duì)新應(yīng)用的期待、信息通信技術(shù)的發(fā)展，不斷推動(dòng)著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)。

第一代移動(dòng)通信為用戶提供模擬話音業(yè)務(wù)，而2G/3G網(wǎng)絡(luò)引入了數(shù)字語(yǔ)音服務(wù)，同時(shí)支持短信及上網(wǎng)業(yè)務(wù)，在架構(gòu)上，2G/3G核心網(wǎng)在電路域之外引入了分組域，以支持上網(wǎng)業(yè)務(wù)。到了4G網(wǎng)絡(luò)，核心網(wǎng)移除了電路域，此外，還支持3GPP和3GPP2無(wú)線系統(tǒng)的統(tǒng)一接入，使得3G網(wǎng)絡(luò)兩大陣營(yíng)統(tǒng)一演進(jìn)到3GPP的4G框架。

5G網(wǎng)絡(luò)借鑒了IT技術(shù)，架構(gòu)發(fā)生了較大變化。首先，控制與轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)一步分離，以支持邊緣計(jì)算；其次，網(wǎng)元支持虛擬化，可軟硬分離、靈活編排，從而支持網(wǎng)絡(luò)切片；此外，引入SBA服務(wù)化架構(gòu)，采用基于HTTP的服務(wù)化接口；最后，還引入了NWDAF網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能，基于智能數(shù)據(jù)分析協(xié)助優(yōu)化服務(wù)。

從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過(guò)程可以看到，除了業(yè)務(wù)需求的驅(qū)動(dòng)，交叉領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步也是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，從1G到5G的演進(jìn)過(guò)程，也是從CT向ICT和DICT融合的演進(jìn)過(guò)程。

2 影響未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的潛在技術(shù)

2.1 概述

當(dāng)前業(yè)界對(duì)6G的驅(qū)動(dòng)力研究顯示，6G發(fā)展將由社會(huì)需求、業(yè)務(wù)與商業(yè)、技術(shù)發(fā)展三方面共同驅(qū)動(dòng)。芬蘭奧盧大學(xué)研究者認(rèn)為，6G將需要更全面的方式、更廣泛的參與方來(lái)確定未來(lái)的通信需求，這包括確定未來(lái)社會(huì)所面臨的趨勢(shì)、需求和挑戰(zhàn)，以及塑造我們未來(lái)世界的全球力量[11]。

基于社會(huì)需求、業(yè)務(wù)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的判斷，人們紛紛展開(kāi)了對(duì)未來(lái)6G愿景的設(shè)想，智能、泛在、綠色、融合、可信和數(shù)字孿生等成為了6G重要的關(guān)鍵詞[7,9-10]。而在6G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代將會(huì)涌現(xiàn)的全新應(yīng)用，可能包括了全息通信、多感官通信、時(shí)間敏感類應(yīng)用、數(shù)字孿生[3,15,17-20]等。在架構(gòu)方面，業(yè)界普遍認(rèn)為6G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)是空天地海一體化、固移融合、云網(wǎng)邊端協(xié)同、智能內(nèi)生的網(wǎng)絡(luò)[3,21-24]。

基于當(dāng)前業(yè)界對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想，本節(jié)從最有可能影響6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度出發(fā)，挑選當(dāng)前關(guān)注度較高的數(shù)個(gè)6G潛在技術(shù)，分析業(yè)界研究進(jìn)展，提出需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題或后續(xù)的研究方向。

2.2 網(wǎng)絡(luò)智能化及人工智能技術(shù)

AI人工智能技術(shù)近十年在自動(dòng)駕駛、醫(yī)療、智慧城市建設(shè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在通信領(lǐng)域，AI技術(shù)也備受關(guān)注，奧盧大學(xué)6G白皮書[11]認(rèn)為AI將在6G網(wǎng)絡(luò)中扮演重要角色，ITU-T報(bào)告[25]也認(rèn)為未來(lái)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有必要引入AI技術(shù)，6GANA認(rèn)為除了網(wǎng)絡(luò)自身智能化，還需探索如何將6G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成一個(gè)原生支持AI訓(xùn)練和推理的平臺(tái)，并對(duì)外提供AIaaS服務(wù)[4]。國(guó)內(nèi)眾多6G白皮書[8-10]也相繼提到了6G網(wǎng)絡(luò)需具備智慧內(nèi)生、原生AI的概念，智能成為6G網(wǎng)絡(luò)的重要愿景之一。

ITU-T將網(wǎng)絡(luò)智能化分成了6個(gè)等級(jí)，并給出了評(píng)估網(wǎng)絡(luò)智能等級(jí)的基本方法[25]，如表1所示，為后續(xù)6G網(wǎng)絡(luò)智能化功能設(shè)計(jì)及評(píng)估提供了重要參考標(biāo)準(zhǔn)。

表1 智能網(wǎng)絡(luò)分級(jí)[25]

3GPP在無(wú)線、核心網(wǎng)和網(wǎng)管等領(lǐng)域都有與AI相關(guān)的項(xiàng)目。在無(wú)線領(lǐng)域，開(kāi)展了自組織網(wǎng)絡(luò)SON的研究；在核心網(wǎng)領(lǐng)域，在5G中引入NWDAF核心智能化網(wǎng)元[26]，通過(guò)收集并分析網(wǎng)元、應(yīng)用、終端數(shù)據(jù)，按需提供各類統(tǒng)計(jì)或預(yù)測(cè)服務(wù)，輔助其他網(wǎng)元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)決策；在網(wǎng)管領(lǐng)域，通過(guò)與AI/ML技術(shù)結(jié)合，增強(qiáng)MDA管理數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

ETSI的ENI經(jīng)驗(yàn)式網(wǎng)絡(luò)智能工作組定義了一種感知網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)[27]，利用AI技術(shù)和上下文感知策略，基于用戶需求、環(huán)境條件和業(yè)務(wù)目標(biāo)的變化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)。

當(dāng)前不同域的智能相對(duì)獨(dú)立，網(wǎng)元智能也集中在單一網(wǎng)元，未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生智能，需要一個(gè)全網(wǎng)統(tǒng)一、分布式協(xié)同的智能體系。GSMA提出了一種三層的智能自治網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[28]，跨域協(xié)同層將專家經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換成AI模型，提供AIaaS新型智能服務(wù)，單域自治層可以是核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)，基于管控融合的智能引擎，實(shí)現(xiàn)域內(nèi)的自治和閉環(huán)，網(wǎng)元層則主要提供場(chǎng)景化AI模型庫(kù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

智能作為6G的主要特征，業(yè)界對(duì)其展開(kāi)了大量的研究。文獻(xiàn)[29]提出一種支持AI的6G網(wǎng)絡(luò)智能架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、智能資源管理、自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和智能服務(wù)提供。面向6G的網(wǎng)絡(luò)智能還有不少問(wèn)題有待解決：如6G網(wǎng)絡(luò)對(duì)在線學(xué)習(xí)能力和所學(xué)習(xí)系統(tǒng)的高可解釋性有更嚴(yán)格的要求，但深度學(xué)習(xí)經(jīng)常被視為“黑匣子”，文獻(xiàn)[30]提出一種方法，利用從GBDT梯度提升決策樹中學(xué)到的重要特征對(duì)GBDT2NN的個(gè)體預(yù)測(cè)進(jìn)行解釋性的實(shí)證研究，然后進(jìn)一步探討該解釋是否可以改善學(xué)習(xí)過(guò)程。對(duì)于資源分配調(diào)度的問(wèn)題，文獻(xiàn)[31]設(shè)計(jì)了支持6G的大規(guī)模IoT架構(gòu)，該架構(gòu)支持動(dòng)態(tài)資源分配，構(gòu)建動(dòng)態(tài)嵌套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使之可以在線調(diào)整嵌套學(xué)習(xí)模型的結(jié)構(gòu)，以滿足動(dòng)態(tài)資源分配的訓(xùn)練要求；文獻(xiàn)[32]將深度學(xué)習(xí)集成到邊緣計(jì)算框架中構(gòu)建用于動(dòng)態(tài)維護(hù)和管理的智能邊緣，讓深度學(xué)習(xí)和邊緣計(jì)算彼此受益。

如上所述，網(wǎng)絡(luò)智能化及人工智能與6G的結(jié)合，將是6G研究和標(biāo)準(zhǔn)化的重要方向，以下課題或方向尤其值得進(jìn)一步關(guān)注：（1）6G智能化，需要一個(gè)更加柔性、極簡(jiǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)將被廣泛用于機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，為網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造更多價(jià)值；（3）人工智能在通信的應(yīng)用將由普通機(jī)器學(xué)習(xí)方法（如聚類、降維分析）滿足數(shù)據(jù)的分析和單一任務(wù)的實(shí)施，過(guò)渡到借助GAN、知識(shí)圖譜、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主網(wǎng)絡(luò)管控和決策；（4）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互的安全性非常重要，6G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互將更加頻繁，需要借助聯(lián)邦學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等技術(shù)解決安全隱患，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)隱私，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更安全可靠。

2.3 分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

6G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特點(diǎn)，是空天地海一體化。奧盧大學(xué)白皮書[12]指出6G可能是第一個(gè)真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)公平接入、消除數(shù)字鴻溝的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。ITU-T則認(rèn)為Network-2030需要通過(guò)共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)全球連接，包括衛(wèi)星接入[17]。此外，ITU-T還將空天地一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)列為6G的七大關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)需求之一，并描述了未來(lái)無(wú)縫覆蓋的衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)融合的場(chǎng)景，如圖1所示[19]。NTN非地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括不同軌道的衛(wèi)星、高空平臺(tái)、無(wú)人機(jī)和氣球等，長(zhǎng)期以來(lái)NTN和地面網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立發(fā)展，而當(dāng)前3GPP正在促使5G系統(tǒng)支持衛(wèi)星接入，并實(shí)現(xiàn)5G接入與衛(wèi)星接入之間的服務(wù)連續(xù)性。5G兼容衛(wèi)星通信，6G將實(shí)現(xiàn)真正融合，以TN與NTN融合組網(wǎng)為基本特征的三維連接技術(shù)，將成為6G的關(guān)鍵使能技術(shù)[33]。文獻(xiàn)[34]給出了一種以服務(wù)為中心的、隨需應(yīng)變的自適應(yīng)分層6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。文獻(xiàn)[22]則討論了從平面蜂窩網(wǎng)絡(luò)到未來(lái)空天地一體化融合通信的網(wǎng)絡(luò)建模方法，并提出了一種含無(wú)人機(jī)、平流層以及低軌衛(wèi)星的多層異構(gòu)3D網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。文獻(xiàn)[35]則為6G物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想了一個(gè)敏捷、智能、安全的混合星地網(wǎng)絡(luò)。

圖1 LEO衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)融合舉例[19]

6G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)特點(diǎn)是固定與移動(dòng)融合FMC。FMC這一概念由來(lái)已久，但4G FMC主要聚焦移動(dòng)終端如何通過(guò)固定網(wǎng)絡(luò)接入4G核心網(wǎng)，是交互而非真正的融合。在這基礎(chǔ)上，3GPP在5G Rel-16階段引入兩個(gè)特性，其中5WWC[36]實(shí)現(xiàn)不同類型的有線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)適配轉(zhuǎn)換后接入融合的5GC核心網(wǎng)，而ATSSS[37]可以使終端同時(shí)接入Wi-Fi和5G，并根據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)情況和業(yè)務(wù)需求為業(yè)務(wù)流靈活選擇不同接入網(wǎng)絡(luò)。長(zhǎng)期以來(lái)固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)由不同的標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)計(jì)并使用互不相同的協(xié)議棧，融合多個(gè)網(wǎng)絡(luò)是6G時(shí)代一大極富挑戰(zhàn)性的方向[21]。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)分立導(dǎo)致維護(hù)成本高，為了適應(yīng)未來(lái)新的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施要求，現(xiàn)階段重新思考固移融合極為重要[23]。

除支持異構(gòu)接入，6G網(wǎng)絡(luò)另一個(gè)特點(diǎn)是分布式[10]。如上文所述，為滿足多樣化場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)要求，6G需實(shí)現(xiàn)空、天、地、海多維立體覆蓋以及多種異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的融合共存，因此，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將進(jìn)一步向集中與分布式相結(jié)合的方式演進(jìn)。文獻(xiàn)[38]提出了一種名為“Ubiquitous-X”的6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的有序演進(jìn)，從集中式、分布式、去中心逐漸演進(jìn)至多層次去中心結(jié)構(gòu)。用戶面的分布式部署已經(jīng)在5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，而6G除了用戶面分布式部署更為靈活之外，控制面相關(guān)功能也可能進(jìn)一步下沉以提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，甚至有可能是多個(gè)分布式邊緣網(wǎng)絡(luò)協(xié)同形成的一個(gè)集中與分布結(jié)合的融合架構(gòu)。

對(duì)于6G來(lái)說(shuō)，分布式異構(gòu)融合通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和其依賴的技術(shù)在實(shí)際研究中還存在一些挑戰(zhàn)，如衛(wèi)星通信集成進(jìn)手機(jī)還需要克服衛(wèi)星成本、衛(wèi)星系統(tǒng)的容量以及衛(wèi)星信號(hào)的牌照許可的問(wèn)題，以及從設(shè)計(jì)上解決多個(gè)接入網(wǎng)如何融合、固網(wǎng)接入移動(dòng)網(wǎng)協(xié)議棧互不相通等問(wèn)題[21]。若這些問(wèn)題都能有效地解決，未來(lái)的6G網(wǎng)絡(luò)將真正意義上的“泛在連接”，包括對(duì)分布式邊緣計(jì)算資源的靈活調(diào)配、邊緣網(wǎng)絡(luò)與中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、地面與非地面網(wǎng)絡(luò)的深度融合以及固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的深度融合，實(shí)現(xiàn)多維度立體化的無(wú)縫通信覆蓋，滿足全球范圍內(nèi)終端無(wú)差別隨時(shí)隨地接入的需求，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物智聯(lián)的未來(lái)愿景。

2.4 數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生近幾年成為了業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，ITU-T報(bào)告[19]也將數(shù)字孿生技術(shù)列為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的代表性應(yīng)用。數(shù)字孿生對(duì)于移動(dòng)通信領(lǐng)域來(lái)說(shuō)則仍然是一個(gè)相對(duì)較新的理念，近兩年來(lái)，業(yè)界嘗試將數(shù)字孿生的理念引入通信領(lǐng)域，將網(wǎng)絡(luò)看做數(shù)字孿生概念中的物理實(shí)體，構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)地、精確地反應(yīng)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)全部細(xì)節(jié)，并能對(duì)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)提供反饋的數(shù)字孿生體-虛擬網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、智能化。

文獻(xiàn)[39]提出了如圖2所示的5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生概念，包含真實(shí)5G網(wǎng)絡(luò)、虛擬5G數(shù)字孿生體以及兩者之間的雙向互動(dòng)三部分。構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生時(shí)可以結(jié)合AI技術(shù)，讓其從簡(jiǎn)單的形式開(kāi)始，演變?yōu)楦娴哪Ｐ汀Ｎ墨I(xiàn)認(rèn)為數(shù)字孿生在5G系統(tǒng)研發(fā)中有兩種用途：一是使用數(shù)字孿生代替實(shí)體部件進(jìn)行測(cè)試；二是使用數(shù)字孿生為5G進(jìn)行持續(xù)驗(yàn)證和優(yōu)化。

圖2 5G云數(shù)字孿生示例場(chǎng)景[39]

文獻(xiàn)[40]提出了DTN（Digital Twin Network，數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)）的概念，將其定義為一個(gè)具有物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)體及虛擬孿生體，且二者可進(jìn)行實(shí)時(shí)交互映射的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，認(rèn)為通過(guò)DTN可以低成本、高效部署網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，同時(shí)減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的極簡(jiǎn)化和智慧化。

文獻(xiàn)[41]提出了一種面向6G的基于網(wǎng)絡(luò)孿生（Cybertwin）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[42]提出了一種將專家知識(shí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和數(shù)字孿生相結(jié)合的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化方法，文獻(xiàn)[43]提出了一種數(shù)字孿生邊緣網(wǎng)絡(luò)（DITEN），文獻(xiàn)[44]則提出一種數(shù)字孿生無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（DTWN）和基于區(qū)塊鏈的聯(lián)合學(xué)習(xí)框架。

關(guān)于數(shù)字孿生與6G的結(jié)合，一方面，數(shù)字孿生技術(shù)在6G移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)帶來(lái)諸多好處。首先，在空天海地一體化的大趨勢(shì)下，6G將面臨多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)混合部署的艱巨挑戰(zhàn)，多廠商場(chǎng)景和安全風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)了令人望而卻步的復(fù)雜性，數(shù)字孿生技術(shù)將為全球運(yùn)營(yíng)商6G建設(shè)提供一種低成本的試錯(cuò)空間，譬如通過(guò)該技術(shù)提前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方案的結(jié)果，避免代價(jià)高昂、不可逆轉(zhuǎn)的投資錯(cuò)誤。其次，運(yùn)營(yíng)商可以依靠數(shù)字孿生技術(shù)加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，開(kāi)拓新一代的商業(yè)模式。試設(shè)想，利用數(shù)字孿生技術(shù)將新的6G用例（例如新的網(wǎng)絡(luò)切片）的驗(yàn)證、測(cè)試和優(yōu)化時(shí)間從幾個(gè)月縮短至幾分鐘，這將充分適應(yīng)市場(chǎng)需求，極大提高運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)力。最后，數(shù)字孿生結(jié)合AI技術(shù)，能夠?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)提供自動(dòng)優(yōu)化、主動(dòng)保障、提前預(yù)測(cè)的能力，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維復(fù)雜度，減少網(wǎng)絡(luò)故障幾率，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和故障排除成本并改善用戶體驗(yàn)。

另一方面，數(shù)字孿生技術(shù)在6G時(shí)代的應(yīng)用研究也面臨許多挑戰(zhàn)。首先，這依賴于數(shù)字孿生技術(shù)本身的成熟度。另外，從現(xiàn)有研究來(lái)看，AI技術(shù)將是在6G中引入數(shù)字孿生時(shí)至關(guān)重要的元素，畢竟數(shù)字孿生并非實(shí)體過(guò)往歷史的單純記錄，其必須在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，不加以人工干預(yù)即為實(shí)體帶來(lái)預(yù)測(cè)性的結(jié)果。最后，數(shù)字孿生技術(shù)涉及海量的結(jié)構(gòu)多樣的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和高速使用，對(duì)底層承載網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延和可靠性等方面提出了極高要求，數(shù)據(jù)的隱私和可信問(wèn)題也有待解決，這可能需要考慮區(qū)塊鏈等技術(shù)的協(xié)助。

2.5 通信與計(jì)算融合技術(shù)

ITU-T報(bào)告[19]中提及，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)可能需要多個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)相互連接和協(xié)作，網(wǎng)絡(luò)需要支持與計(jì)算相關(guān)的編排功能，因此在6G中，通信與計(jì)算融合是一個(gè)十分重要的研究方向。

6G網(wǎng)絡(luò)支持空天地海一體化、多種形態(tài)終端的接入，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)功能將進(jìn)一步下沉，從而形成中心與分布式相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此6G時(shí)代所需的網(wǎng)絡(luò)算力是一種“云-邊-端”協(xié)同的算力架構(gòu)。而業(yè)界對(duì)通信和計(jì)算融合的一個(gè)目標(biāo)是希望基于上層應(yīng)用的需求，實(shí)現(xiàn)全體資源的最優(yōu)化配置。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要是制定一個(gè)合理的體系架構(gòu)，因此驅(qū)動(dòng)了CPN算力網(wǎng)絡(luò)和CAN算力感知網(wǎng)絡(luò)等概念的出現(xiàn)[45-46]。

CPN或CAN的研究重點(diǎn)之一是網(wǎng)絡(luò)如何獲取算力節(jié)點(diǎn)的信息，確定算力路由的方案。網(wǎng)絡(luò)只有獲得了算力節(jié)點(diǎn)的資源狀態(tài)，才能聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行路由決策。文獻(xiàn)[47]認(rèn)為，算力路由可分集中、分布和混合三種方案。IETF研究了一種分布式技術(shù)方案——CFN（Computing First Networking，計(jì)算優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)）[48]，其典型架構(gòu)如圖3所示。CFN將當(dāng)前的計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)狀況結(jié)合作為路由信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中，并將計(jì)算任務(wù)路由到相應(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)最優(yōu)和用戶體驗(yàn)最優(yōu)。此外，文獻(xiàn)[49]提出了一種基于云、網(wǎng)、邊深度融合的集中式方案，而文獻(xiàn)[50]則分別提出了集中式和分布式兩種控制方案。

圖3 CFN技術(shù)架構(gòu)圖[45]

算力的度量是CPN或CAN另一個(gè)需要解決的難題。文獻(xiàn)[51]、[52]對(duì)異構(gòu)的IT算力資源進(jìn)行歸一化建模，提出算力的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；文獻(xiàn)[53]研究了算力需求與資源映射機(jī)制、算力度量及算力建模技術(shù)，探索泛在異構(gòu)算力的統(tǒng)一化標(biāo)識(shí)方式；文獻(xiàn)[54]則研究了異構(gòu)算力統(tǒng)一標(biāo)識(shí)技術(shù)。

6G時(shí)代，應(yīng)用的速率和時(shí)延要求會(huì)越來(lái)越高，新型業(yè)務(wù)更帶來(lái)計(jì)算輕量化、動(dòng)態(tài)化的需求，因此迫切需要構(gòu)建一張?jiān)啤⒕W(wǎng)、邊、端、用深度協(xié)同融合，信息傳輸和應(yīng)用需求緊密聯(lián)系的通信、計(jì)算一體化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全頻域、全場(chǎng)景、全業(yè)務(wù)的靈活適配與資源協(xié)同[20]。整合泛在、異構(gòu)的算力，實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)一供給，結(jié)合用戶需求和網(wǎng)絡(luò)信息，聯(lián)合編排調(diào)度，實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)資源的最優(yōu)化配置，這將成為實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)智能化、數(shù)字化、安全化的重要手段。算力網(wǎng)絡(luò)很可能成為6G的資源底座，成為6G網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部署網(wǎng)絡(luò)功能及開(kāi)展人工智能計(jì)算、對(duì)外提供強(qiáng)算力型服務(wù)的基礎(chǔ)。但是，當(dāng)前仍有很多難題需要突破。首先，算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還不成熟，仍需大力推動(dòng)。其次，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將是一個(gè)分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，將向應(yīng)用提供更高于5G的性能體驗(yàn)，因此，在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮與算力資源底座的協(xié)同調(diào)度，并可考慮基于AI技術(shù)，使得算力網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體和應(yīng)用提供服務(wù)更高效、節(jié)能的服務(wù)。最后，未來(lái)6G時(shí)代，算力的異構(gòu)、分布等特性，使得算力的多方共享成為可能，可考慮納入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，提高算力安全，支持算力交易。

2.6 網(wǎng)絡(luò)安全與區(qū)塊鏈技術(shù)

毫無(wú)疑問(wèn)，安全是6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵需求和特性。奧盧大學(xué)6G白皮書[11]指出，6G需要一個(gè)內(nèi)生信任的網(wǎng)絡(luò)，且區(qū)塊鏈技術(shù)可能會(huì)在6G網(wǎng)絡(luò)中扮演重要角色。應(yīng)對(duì)各種各樣復(fù)雜的新型隱私挑戰(zhàn)，區(qū)塊鏈?zhǔn)?G隱私保護(hù)潛在的解決方案[13]，其具有去中心化、不可篡改、可追溯、匿名性和透明性五大特征，可以為構(gòu)建分布式安全可信交易環(huán)境提供堅(jiān)強(qiáng)保障。

文獻(xiàn)[55]認(rèn)為，區(qū)塊鏈可應(yīng)用于5G生態(tài)系統(tǒng)中的諸多領(lǐng)域，并按圖4所示的分類對(duì)區(qū)塊鏈在網(wǎng)絡(luò)管理等多個(gè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

圖4 區(qū)塊鏈在5G中的應(yīng)用分類[55]

根據(jù)目前已有的研究，區(qū)塊鏈在6G時(shí)代可能在以下應(yīng)用中發(fā)揮重要作用：

（1）頻譜和基礎(chǔ)設(shè)施等資源共享[56-57]。美國(guó)FCC提出6G可以采用更智能、分布更強(qiáng)的基于區(qū)塊鏈的動(dòng)態(tài)頻譜共享接入技術(shù)。此外，通過(guò)區(qū)塊鏈將賦能網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的靈活共享按需分配，可降低運(yùn)營(yíng)商的成本以及節(jié)約能源。

（2）身份驗(yàn)證[58]。隨著6G網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備的增加，完全集中的身份驗(yàn)證可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的瓶頸和時(shí)延增加，可借助區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)集中與分布式相結(jié)合的身份認(rèn)證、授權(quán)和記賬。

（3）數(shù)據(jù)共享。文獻(xiàn)[59]提出了一種基于區(qū)塊鏈的分布式、透明、安全的數(shù)據(jù)共享方案，用于6G網(wǎng)絡(luò)中的人工智能應(yīng)用，證明了區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)安全方面的有效性。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全。文獻(xiàn)[60]認(rèn)為傳統(tǒng)的“外掛式”“補(bǔ)丁式”網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)機(jī)制已無(wú)法對(duì)抗未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)潛在的泛在攻擊與不定性安全隱患，區(qū)塊鏈與通信技術(shù)結(jié)合可望成為未來(lái)實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全的有效途徑。文獻(xiàn)[61]指出區(qū)塊鏈將為6G提供多種安全服務(wù)，包括訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)完整性、認(rèn)證和隱私保護(hù)等。

（5）應(yīng)用安全。文獻(xiàn)[62]表明，區(qū)塊鏈等技術(shù)可以為應(yīng)用程序安全和隱私提供解決方案。

6G的安全體系和架構(gòu)將很大限度上取決于未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的變化以及相關(guān)新型技術(shù)的研究和發(fā)展[63]，5G網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模使用過(guò)程中，也可能會(huì)遭遇不同于傳統(tǒng)的攻擊方式，這將成為6G制定安全策略的重要參考標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)也將在未來(lái)的6G安全解決方案中發(fā)揮重要作用。為解決這些問(wèn)題，需要在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)之初融入安全方案和相對(duì)完整的安全體系，以保證6G網(wǎng)絡(luò)具有更高的安全性和可信度，實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生安全。

3 6G技術(shù)研究展望

如何結(jié)合人們和社會(huì)對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)的期待以及業(yè)務(wù)需求、DICT技術(shù)的發(fā)展，打造6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是未來(lái)幾年6G領(lǐng)域的重要課題。基于上一節(jié)的分析，我們對(duì)6G關(guān)鍵技術(shù)的研究可做如下展望。

首先，網(wǎng)絡(luò)智能化并不一定依賴于AI，但有了AI的加持，網(wǎng)絡(luò)智能化等級(jí)將會(huì)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破。AI技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)的應(yīng)用目前還較少，人工智能算法如何適配移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求場(chǎng)景，如何將AI技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深度融合，是一個(gè)重要的研究方向。

其次，未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)綜合空天地海接入需求、支持固定移動(dòng)融合、集中與分布式結(jié)合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基本功能，如移動(dòng)性管理、接入認(rèn)證、會(huì)話管理等如何在這個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)，如何基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為上層應(yīng)用提供無(wú)處不在的智能泛在連接服務(wù)，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

再者，需要關(guān)注DICT交叉領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的推動(dòng)作用。除了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、云原生、可編程網(wǎng)絡(luò)、確定性網(wǎng)絡(luò)等交叉領(lǐng)域理念和技術(shù)發(fā)展很可能影響網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。

最后，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)需要統(tǒng)籌考慮相關(guān)技術(shù)的協(xié)同。例如，智能化將是6G網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)核心基礎(chǔ)，需要著重考慮人工智能技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的核心功能、數(shù)字孿生或區(qū)塊鏈等技術(shù)相互協(xié)同。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，5G演進(jìn)版本5G-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)化工作剛剛啟動(dòng)，6G的前期研究工作也已經(jīng)展開(kāi)，在兩代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及研究工作并行開(kāi)展階段，需要區(qū)分哪些需求歸于5G增強(qiáng)，哪些需要留待6G解決。但從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的角度看，5G增強(qiáng)不會(huì)對(duì)架構(gòu)做重大變動(dòng)，新技術(shù)的引入也需考慮對(duì)架構(gòu)的影響，因此，DICT新技術(shù)創(chuàng)新在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用重點(diǎn)將主要在6G中實(shí)現(xiàn)突破。基于當(dāng)前業(yè)界對(duì)6G愿景、業(yè)務(wù)及應(yīng)用場(chǎng)景的想象，6G網(wǎng)絡(luò)將發(fā)生革命性的技術(shù)和架構(gòu)創(chuàng)新。4G改變生活、5G改變社會(huì)，6G將重塑智慧未來(lái)，當(dāng)前迫切需要產(chǎn)業(yè)界各方攜手，一起推動(dòng)6G時(shí)代的到來(lái)。本文對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)潛在技術(shù)的研究進(jìn)展做了分析和展望，希望對(duì)后續(xù)的6G研究起到一定的參考借鑒意義。