6G網絡的一些思考

楊峰義 劉洋 楊蓓

摘要：業務需求的不斷演進促使移動通信網絡做出相應轉變。6G網絡將成為一個能實現服務資源動態調整、計算資源合理分配、業務與網絡深度協同的融合型網絡。從5G網絡發展和6G業務特征的角度闡述6G網絡的發展趨勢。預期6G網絡將以網絡與計算的深度融合為引擎，向著云、網、邊、端、用協同與融合的方向發展和演進，實現全頻域、全場景、全業務的靈活適配與資源協同。

關鍵詞：6G；網絡結構；云網邊端融合

Abstract： The continuous evolution of service requirements promotes corresponding changes of mobile communication network. 6G network will become an integrated network to realize dynamic adjustment of service resources， reasonable allocation of computing resources， and coordination of service and network. The development trend of 6G network from the perspectives of 5G network development and 6G service characteristics is introduced. It is expected that 6G network will take the deep integration of network and computing as the engine， develop and evolve in the direction of cloud， network， edge， user and application， and realize the flexible adaptation and resource collaboration of full frequency domain， full scenarios and full services.

Keywords： 6G； network architecture； cloud-network-edge-user convergence

近兩年，隨著5G標準的成熟和商業應用的逐步展開，6G迅速進入業界視野。很多機構和組織發布了與6G技術相關的白皮書，為未來6G技術指標和技術應用指明了方向。然而，目前5G尚處于商業應用的初級階段，5G在支持各種垂直應用時仍存在很大的不確定性，相關技術尚未成熟，商業模式仍需要不斷探索。任何一代系統在無線接入技術或網絡架構方面，都有著革命性的變化。移動通信的發展具有延續性的特點。因此，在探討6G的同時，我們更應該思考如何在5G的基礎上，有效地延續移動通信的發展，同時持續吸收先進技術，以不斷提高移動網絡的技術含量，降低使用成本。

目前，5G管道化問題比較嚴重，同時距離各種業務應用還太遠，且深受傳統消費互聯網的影響，因此5G無法更好地支持各種垂直應用。在移動通信網絡的研究中，我們不能僅關注如何將網絡的管道指標再提高一個數量級，而是要將網絡與基礎性的業務應用相結合，以滿足垂直應用的實際技術需求。

6G網絡是什么？很顯然，它是未來5G應用的升級版。然而，5G網絡的應用是不斷發展變化的，未來6G網絡的應用仍需要不斷探索。

1 典型6G應用

目前，業界討論比較多的6G愿景主要集中在3個方面[1-7]：

（1）數字孿生

數字孿生是指，首先對物理世界中的實體進行建模，然后將模型映射到虛擬世界中，從而展現對應實體的全生命周期過程。數字孿生可應用于眾多領域?；谖锢硎澜?，數字孿生能夠生成一個數字化的孿生虛擬世界。通過引入人工智能（AI）和大數據分析，數字孿生可以進行多領域大量的物理模型建立、信息數據處理、多維度綜合結果推演等。這將對基礎通信系統的傳輸速率、實時性和連接規模提出新的挑戰。同時，網絡系統也將借助網絡模塊的數字孿生體進行網絡性能的優化。

（2）擴展現實（XR）與全息通信

作為5G的重要應用場景之一，虛擬現實（VR）與增強現實（AR）將在6G時代全面演進到XR。得益于新的顯示技術、傳感和成像設備，以及低功耗專用處理器的飛速發展，可穿戴設備將使物理現實擴展到數字空間。此外，借助XR技術，全息3D投影技術可廣泛應用于各個領域，例如醫療、娛樂、教育和工農業生產。基于對物理環境的捕捉和虛擬世界的高保真度，全息XR將與AI、分布式云計算緊密結合，以滿足無線網絡的高性能需求——高傳輸速率、低時延、高可靠和高精度定位。

（3）全域萬物智聯

在未來，6G頻譜將擴展到太赫茲。在覆蓋的廣度上，6G將借助衛星通信、無人機通信，以及新空口技術等，來實現空、天、地、海全域無縫覆蓋的通信網絡和人、機、物全球業務層面的廣域智能連接。因此，6G網絡需要與計算進行深度融合，以完成海量異構網絡的融合接入和全時頻空域資源的分配協作，進而滿足6G空天地海與人機物全域無縫覆蓋通信對智慧連接、泛在連接和安全連接的需求。

2 從5G網絡與應用角度看6G

2.1 云網邊端融合成為發展趨勢

在5G時代，高速率和低時延是網絡的主要技術特征，它們使無線接入的地位在整個移動通信網絡中變得更高。這促進了移動邊緣計算的發展，并使業務的產生、處理和應用都可以在本地完成。在6G應用中，接入側的影響也會越來越深遠，業務應用的速率和時延要求會越來越高，移動邊緣計算的作用也會更加凸顯。同時，隨著業務應用對網絡性能要求的不斷提高，管道化的網絡已不能有效支撐業務應用的發展。因此，我們必須對網絡形態的改變和業務應用進行整體考慮，以滿足接入側邊緣云、網、用融合的需求。云、網、用的融合不僅可以在統一的基礎設施上同時實現基礎網絡能力、計算能力、業務處理能力，實現網絡對業務應用的有效支持，還可以基于業務屬性對網絡形態或者技術參數進行調整。

在接入側網絡與計算能力提升的同時，未來很多終端的能力可以獲得進一步優化。一些基礎性的通用業務都可以卸載到邊緣計算平臺上。這將大大簡化終端實現環節，降低業務實現難度和運營成本。屆時，6G網絡將會在接入側發展為云、網、邊、端、用融合的一體化網絡。

2.2 支持垂直應用的網絡能力增強

在移動通信系統中，獨立分隔的上下行鏈路通過頻分雙工（FDD）或者時分雙工（TDD）實現雙向通信。理論上，雖然空中接口的物理資源在上下行鏈路間的分配比可以靈活配置，但在工程實踐中，這些分配比一旦被設定就很難改動。這是因為改動可能會帶來嚴重的系統內或者系統間干擾，從而導致網絡性能降級，甚至系統癱瘓。過去，移動互聯業務基本都是以下行速率為主，不存在動態調整資源配比的需求。然而，在進入5G時代以后，各種垂直應用的業務不再以下行速率為主，例如高清視頻直播、視頻質量檢測、視頻監測控制等。上下行的資源配比就需要動態調整。

在TDD模式下，頻譜資源是充足的。設置不同頻段的上下行轉換比就能輕松實現動態資源的配置。然而，在實際應用中，頻譜資源往往是缺乏的，同時資源靈活配置的需求又是比較迫切的。為解決這一問題，我們需要尋找新的技術手段。此外，在一定范圍的垂直應用環境（尤其是室內環境）中，鏈路損耗相對較小，用戶數量較少，干擾問題不突出。在這種情況下，全雙工技術成為一種有效的技術手段，可以用來提供服務。因此，我們可以將全雙工技術與上下行資源配比的動態調整結合起來，以靈活滿足上行業務量的需求。

2.3 應用場景擴展

目前，5G和5G增強技術的演進主要圍繞增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超可靠低時延通信（URLLC）三大應用場景進行。然而，隨著各類垂直應用的不斷豐富，增強網絡組合特性將會是下一個重要的技術演進方向。組合特性的演進可以使5G三大場景擴展為6個，甚至更多，以形成多邊形的應用場景。這些典型的組合演進方向主要包括：（1）eMBB與URLLC組合。這種組合可以滿足高速率、高可靠環境的應用需求，比如XR類業務。（2）eMBB與mMTC組合。這種組合可以滿足密集場景下的高速數據需求，比如智慧工廠和智慧城市環境中的視頻傳感器。（3）mMTC與URLLC組合。這種組合可以滿足工業控制過程中控制單元的信息傳遞需求。這些不同場景的組合技術有助于人們探索6G初期的技術路線和相關技術指標，為實現未來萬物智聯提供良好基礎。

2.4 無線接入網絡架構的演進

5G網絡的單位比特功耗遠遠低于4G網絡，但由于工作頻段的關系，在覆蓋同樣區域時，5G網絡的基站數量是4G基站的數倍，5G網絡的整體功耗遠高于4G網絡。此外，5G網絡并不能帶來明顯高于4G的業務收入。很顯然，這樣的發展是不可持續的。6G時代無線網絡的工作頻率將向著更高的工作頻段推進。傳統的集中化組網方式將面臨更大的挑戰。因此，我們必須探索新型的無線網絡架構，而不是在原有網絡的基礎上進行簡單疊加。值得一提的是，在集中化組網架構的基礎上，6G與分布式組網模式的結合可以降低鏈路損耗，提高能量效率和頻譜效率。當然，這一過程會存在基礎設施和業務疏導方面的問題。因此，我們需要關注如何在多頻段、多空口的環境下構建能夠進行業務疏導的統一架構。

2.5 無線網絡開放化

在全球運營商和制造商的共同努力下，無線網絡白盒化、開放化逐步成為一個熱門話題。雖然很多非技術因素使這個技術本身變得十分敏感，但是在面對垂直應用的需求時，白盒化/軟硬解耦的解決方案無疑具有廣闊的市場前景。垂直應用的場景強調的是服務提供快速、架構靈活可變、網絡能力完全開放、網絡與服務定制化等。然而，這些都不是傳統產品的強項，而是對傳統產業的新挑戰。正視這一挑戰并使之形成自主可控的優勢是我們的努力方向。

3 云、網、邊、端協同與融合的6G網絡

從5G開始，移動信息網絡將逐步進入萬物智聯時代。萬物智聯意味著連接能夠高效地適應業務應用，靈活地改變相關模式和參數，柔性地改變網絡形態，并且具備足夠的安全性。一方面，6G網絡架構的構建由新的業務需求與應用場景共同驅動，例如對傳輸速率、用戶體驗和全域無縫覆蓋等的需求；另一方面，AI、大數據分析、云計算等新興技術，為解決現有網絡問題和應對未來網絡挑戰提供了新的思路。6G將會以網絡與計算的深度融合為引擎，突破傳統針對個人通信設計的移動網絡架構瓶頸，從云、網、邊、端、用的協同與融合的角度出發，實現全頻域、全場景、全業務的靈活適配與資源協同，最終實現一體化的網絡架構目標。

3.1 多層次深度融合

6G網絡憑借強大的AI與大數據分析計算，將成為聚合云、網、邊、端、用于一體的計算型、數據型網絡。這種一體化的6G網絡涉及以下幾個層次的融合：

（1）網元融合

隨著移動網絡功能云化程度的逐漸提升，網絡功能正在由當前的接入、控制、轉發“三朵云”的形態，逐步過渡到基于云原生的接入、轉發和控制全融合的網絡形態。在6G網絡中，硬件方面可分別依托專用硬件平臺、通用硬件平臺、開源硬件平臺等。采用不同程度的開源開放策略，將網元、網絡功能、資源進行深度解耦，有助于構建面向定制化服務的通用、開放的網絡架構，支持6G網絡的可重構與即插即用，滿足電信運營商對高效可擴展網絡、靈活多樣化業務、開放行業生態的需求，進而促進垂直應用的業務發展。

（2）資源協同

為支持智慧化業務的應用，網絡層需要對應用層業務進行感知，以完成網絡各部分計算資源的智能化和自動化的管理、調度和分配。在6G時代，網絡也許會通過構建統一的云網融合操作系統，實現對物理機、虛擬機、容器等云網基礎設施資源的統一納管；構建統一的網絡和應用編排系統，實現網絡功能和業務應用的按需編排與調用；結合邊緣計算和邊緣人工智能能力，實現智能化的數據分析與治理。

（3）端云協同

6G將實現終端與網絡的協同發展，利用邊緣計算平臺來滿足眾多智能終端和應用服務對計算、存儲及服務的需求。泛在終端側存在高智能、強算力、微服務的能力需求。端云協同可以將這一需求轉移到邊緣計算平臺上，以降低6G泛在智能終端的制造成本和持有成本，進而有效提高6G應用與服務的普及率。端云協同的發展應以應用場景為導向。在云網邊端深度融合、緊密協同的大背景下，業界不僅要加快端云協同標準體系的建設，還要從6G整體布局出發，以網絡為基礎，在中心云、邊緣云與6G泛在智能終端協同的框架下進行研究與設計。

（4）邊緣AI

邊緣AI是指位于邊緣基礎設施中的AI能力。邊緣相關資源的全系統數據的使用及其在整個部署環境中的共享，可以為邊緣側系統性能優化、業務質量保證等提供支持。這些數據可能包括關鍵的系統性能數據、業務數據、服務質量（QoS）/體驗質量（QoE）參數等。在邊緣AI領域中，用于建模、學習、進一步預測和優化系統行為的指標還需要業界做進一步研究[8]。

（5）安全內生

在6G網絡中，傳統的“外掛式”和“補丁式”的網絡安全機制將不再適用，需要升級為以安全內生為主導的安全體系架構[9]。作為6G網絡的典型特征，安全內生將滲透到網絡的基礎架構與空口設計、資源調度與協同、網元云化部署與運維、網絡與業務應用能力融合的各個層級中。

3.2 網絡對業務的適配

6G網絡架構將實現空、天、地、海全維度通信的資源協同，包括對全頻譜資源的靈活使用和云網邊端資源的靈活調配，以及地面與非地面網絡的深度融合[10]。6G網絡的構建將基于微服務架構進行。對基本服務單元來說，網絡不僅需要滿足垂直行業的差異化需求，還要結合網絡能力開放、云邊協同以及智能化分析，來實現不同程度的能力開放與網業融合。6G網絡架構的主要特征是：能夠開放業務需求和特征導入，擁有支持基于業務需求和業務特征定制的無線網絡服務能力；能夠對無線網絡數據進行調用，具備無線資源感知的業務優化和增值能力。通過支持更高水平、更深程度、更廣范圍的網絡開放能力來賦能6G千行百業，并基于強大的AI算法和數字孿生技術，業務應用與網絡、計算、存儲的協同優化將會逐步實現，智能內生也將隨之實現。

同時，更多的新型應用對網絡提出更高的要求。針對不同的業務需求，如何保障用戶體驗是6G通信系統需要解決的核心問題。一方面，移動通信網絡內部存在對基于業務QoS感知的智能精細化資源適配的需求，而5G網絡的整個QoS機制仍舊存在一些問題，例如：業務區分顆粒度較粗，優化調整的周期較長，空口資源配置無法靈活適配網絡與業務的實時動態變化等。另一方面，移動網絡側與業務傳輸側割裂，導致業務在進行傳輸時無法與移動側的網絡能力較好地實時匹配，造成QoE下降。

因此，6G網絡一方面需要基于業務QoS智能感知的端到端通信機制，實現端到端通信網絡與應用傳輸能力的一致性，減少端到端通信中的短板對用戶體驗的負面影響；另一方面需要實現業務應用與網絡能力的深度融合，在端到端通信的各個節點引入AI與機器學習，借助數字孿生來輔助網絡資源與業務需求的精準調配，在安全機制內建立精準測量、快速反饋與智能預調整的機制，真正做到端到端通信的網隨業動。同時，網絡能力開放接口可以支持網業協同的訂閱與業務智能感知的標準化通信，以豐富電信運營商商業模式，繁榮6G網絡業務協同發展。此外，在6G時代，通信網絡將與算力網絡相結合，實現算力節點與網絡的動態變化與實時更新，并針對不同網絡需求建立確定性服務的算力網絡體系。

4 結束語

根據移動通信產業發展周期的特點，業界預期在2030年左右6G可以實現商用。目前，移動通信產業尚處于5G商用和6G研究的初步階段?，F階段，構建面向6G的網絡架構具有重要意義。本文中，我們從5G網絡出發，探討6G的技術發展路徑和網絡架構，并闡述云、網、邊、端、用深度融合的一體化網絡。我們相信，6G網絡將逐步經歷概念成型、技術方案明晰、標準規范制定等過程，在成為協同、融合、一體化的網絡后，將以新的架構形態來滿足多頻譜、全覆蓋、全應用的網絡要求。

參考文獻

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[8] University of Oulu. 6G white paper on edge intelligence - 6G research visions， No. 8 [R]. 2020

[9] 劉楊， 彭木根. 6G內生安全： 體系結構與關鍵技術 [J]. 電信科學， 2020， 36（1）： 11-20. DOI： 10.11959/j.issn.1000-0801.2020011

[10] University of Oulu. White paper on broadband connectivity in 6G - 6G research visions， No. 10 [R]. 2020

作者簡介

楊峰義，中國電信研究院教授級高工、國家6G技術研發總體組專家、國家科技重大專項“新一代寬帶無線移動通信網”總體組專家、國家重點研發計劃“寬帶通信與新型網絡”總體組專家；長期從事移動通信領域的技術研究與開發工作；發表論文10余篇，出版專著10本。

劉洋，中國電信研究院高級工程師；主要從事無線接入網開放等5G/6G關鍵技術標準化及研發工作；出版專著3本。

楊蓓，中國電信研究院工程師；主要研究領域為5G/6G移動通信網絡關鍵技術，包括接入網能力開放、邊緣計算等。