金年会网页版在线登录·揭秘6G时代网络架构:六大设计理念三体四层五面一文
发布时间:2024-05-19 09:00:59 来源:金年会官方在线登录 作者:金年会手机网页版登录

行业动态

  网络架构的发展是移动通信网络代际发展的核心标志之一,是每一代通信网络的骨骼和中枢,是承载移动通信系统设计目标的基础。网络架构设计的前瞻性、可行性、兼容性都会直接影响移动通信网络的发展路径和应用成效,必须提虑。

  6G 网络的架构设计,既要面向数字化时代变革,与国家战略高度契合,又要考虑新场景新需求的驱动,同时还要论证跨界领域新技术的发展态势和引入的可行性。此外,综合考虑 5G 现网应用的经验、结合 5G-A 技术演进方向,对做好6G 网络架构设计具有重要的启示意义。

  本期的智能内参,我们推荐中国移动的报告《6G网络架构技术》,揭秘中国移动6G网络的设计理念、总体设计和系统设计、组网设计。如果想收藏本文的报告,可以在智东西(公众号:zhidxcom)回复关键词“nc633”获取。

  兼容设计:移动通信网络沿着 IP 化、云化、服务化的方向发展变革, 6G 架构设计将延续这些柔化发展方向,实现前后向兼容。在连接柔化方面,6G架构将在端到端IP化的基础上,进一步实现确定性IP;在资源柔化方面,6G 架构将在云化的基础上,进一步实现算网一体;在功能柔化方面,6G 架构将在核心网服务化的基础上,进一步实现全域服务化和服务化技术演进。这三个柔化方向的持续发展,都将充分延续 5G 的架构优势,支持 5G网络平滑发展演进为 6G 网络。

  跨域设计:6G 架构设计将支持管理固定、移动、卫星等多种接入, 支持管理公众/行业、物理/数字的多种网络,支持网内不同域的协同。面向端到端、全域全网提供质量可保障的信息通信服务,要求 6G 架构面向固定、移动、卫星等多种接入进行跨域一体化设计,在架构层面实现多接入的控制融合、业务融合及管理融合。面向公众和行业的多样应用场景,要求 6G 架构面向不同组网方式、不同功能需求进行核心网、传输网、接入网等多域的跨层、一体化设计,在架构层面实现网络组织的融合。

  分布设计:6G 架构设计将由集中规划式向分布自治式转变,满足大规模组网下的海量连接和极致性能要求。6G 时代将出现控制面时延1ms、用户面时延0.1ms 的极致性能要求,大规模运营商的基站数量将达到千万量级。面向 6G 需求,集中式、人工管理的网络架构无法满足网络的性能和规模要求,需要通过集中+分布的协同组网,实现资源、路由、功能、业务层面的分布式管理,并实现自生长、自优化、自演进的网络自治,从而在大规模复杂组网环境下实现网络资源和网络能力的优化调度。

  内生设计:6G 架构设计将由外挂式向内生式转变,包括安全内生、AI 内生,在架构中内置核心能力。面向多域融合、连接泛在、资源异构的 6G 网络,增量式、补丁式的能力增强难以满足大规模组网下的多样化、多元化服务需求,需要将安全、AI 等核心技术能力内置在 6G 架构中,并渗透到各领域、各网络、各单元的全生命周期中,通过内生设计实现安全、AI 等核心技术能力与通信网络最深程度的融合。

  至简设计:6G 架构设计将由复杂增量式向至简一体式转变,对外呈现为一体化系统,对内微服务化。对外,界面清晰成本可控,呈现易实施易部署的一体化架构,屏蔽内部复杂逻辑、操作指令和业务参数的暴露,便于运维人员使用、外部系统对接、用户/客户调用。因此,需要一方面从整体上结构化极简化功能集合,整合零散的服务功能,减少网络复杂度;另一方面进一步深化微服务理念,细化服务和功能的颗粒,减少服务间的耦合度,并支持智能化的组织能力,降低系统维护难度。

  孪生设计:6G 架构设计将从单纯的物理网络实体向物理+数字孪生方向演进,实现虚实映射、虚实交互。6G 网络需构建平行的物理和数字网络,形成虚实融合管理手段,一方面支持不同的网络和业务形态的实时建模,另一方面支持从虚拟向物理实体灵活实时的一体化策略控制,进一步支持基于数字系统实现物理系统的预测和迭代。

  作为一个复杂的系统,6G 网络架构设计需从多个视图考虑,多个维度设计。从空间视图、逻辑视图和功能视图阐述了“三体四层五面”的 6G 总体逻辑架构。在 6G 总体逻辑架构中:

  “三体”是架构的空间视图,描述 6G 网络实体的客观存在形式,分为网络本体、管理编排体和数字孪生体。

  “四层”是架构的逻辑视图,展现 6G 网络设计的结构与组织,由资源与算力层、路由与连接层、服务化功能层、使能层组成。

  “五面”是架构的功能视图,展示 6G 网络功能的划分和组成,包括控制面、用户面、数据面、智能面与安全面五个基本功能面。

  以“三体四层五面”的总体架构为基础,通过服务定义端到端的系统,构成全服务化架构 HSBA(Holistic Service-Based Architecture)。HSBA 设计了整个端到端系统的交互形式,包括组件、协议和连接,是基于服务化接口进行信息传递和业务处理,体现了整个 6G 网络架构的系统设计方法。

  以“三体四层五面”的总体架构为基础,在组网中达到灵活智能的设计,构 成分布式自治网络架构 DAN(Distributed Autonomous Network)。组网设计展现了 6G 网络之间的连接关系和组网形态,由功能自包含、同质化的、自闭环的微云单元 SCU(Small Cloud Unit)组成,采用集中加分布的方式部署,分布式部署的 SCU 采用至简设计,作为靠近用户的前台,集中式部署的 SCU 功能相对完备,作为靠近用户的中后台。

  “三体四层五面”的 6G 总体架构,从空间、逻辑与功能组成三个角度呈现一个跨域、跨层、的 6G 网络。

  “体”是架构的空间视图,立体的描述了网络的构成。“层”是架构的逻辑视图,从逻辑上描述网络的分层架构,在实现过程中,可被一体化集成。“面”是架构的功能视图,主要是指功能类别,沿用传统 3GPP 网络中控制面和用户面的“面”的概念。

  6G 网络在空间视图上包括网络本体、管理编排体、数字孪生体三大实体。其中管理编排体和数字孪生体是在 6G 中新定义的两个实体。网络本体是最重要的网络实体,实现网络功能和网络运行;管理编排体对网络进行实例化及变更操作,实现全生命周期编排管理;数字孪生体构建了网络的数字空间,实现了虚实映射。随着数字孪生技术的发展以及整个网络运维越来越复杂,并考虑到网络故障的高代价以及昂贵的试验成本,需要在传统物理网络进行外部抽象映射,建立一个新的发展体系,构建全新的数字孪生体,通过虚实结合的闭环控制,来改变现有网络规、建、维、优的既定规则,有效保障网络运维,实时优化网络,实现未来网络自治。

  6G 网络逻辑层次上自下而上包含资源与算力、路由与连接、服务化功能、 开放使能“四层”,拉通 6G 网络本体的逻辑层。“四层”的设计一方面突出了 6G架构在分层要素和能力上的丰富,另一方面体现了跨域拉通、多域协同及融合发展的理念。资源与算力层的设计理念突出了“算力”资源要素,将为 6G 提供频谱、存储、算力、网络进一步融合的基础资源。路由与连接层:延续开放协议的设计理念,不断吸收新机制和新协议(如确定性 IP、SRv6),向可编程、确定性演进。服务化功能层延续服务化的设计理念,SBA 从核心网拓展到端到端的领域,支持不同功能的有机构建。开放使能层:进一步丰富对外开放的信息和通信能力,通过提取、封装、编排、组合,为自有业务和第三方应用提供服务。

  6G 网络功能构成方面,增强传统控制面、用户面功能,并引入新的数据面、 智能面、安全面,共同组成“五面”。控制面进一步增强,向全服务化方向演进,实现多种接入方式的融合控制。增强用户面,向可编程、服务化、跨域确定性方向演进,实现灵活、高性能转发。新增数据面,解决用户数据迁移的历代难题,系统性地提供可信数据服务。新增智能面,通过分布式智能节点的协同提供全局AI 能力,实现智能内生。新增安全面,以“安全数据+AI”为驱动的安全感知和主动防护,零信任的安全体系,实现安全内生。

  随着数字孪生等技术的发展以及网络运维复杂度的提升,需要在传统物理网络进行外部抽象映射,建立一个新的发展体系,构建全新的数字孪生体,通过管理编排体对网络本体实现闭环控制。

  网络本体包括传统意义上的基站、核心网、传输承载等物理设备。网络本体是为用户提供信息服务的真实的、实际运行的网络,是架构实现的载体。在基础资源上,引入“算力”作为新的资源要素。网络从调度连接向

  在提供方式上,从云化、软件化进一步向池化发展。网络本体逐步发展为一个可调度的、可流动的灵活的实体。一体化、池化的提供连接、计算、存储的能力。

  在服务能力上,进一步向服务化、平台化网络发展。6G 将深化 5G 开启的网络平台能力。如,以用户管理、连接管理、服务管理、移动性管理等基础模块化服务为基础,构建面向特定场景的功能和服务能力。

  管理编排体的主要操作对象是网络本体,同时也对孪生体进行编排和 优化。管理编排体根据用户的业务以及网络本身运维运营需求,统一编排所需要的资源和功能,形成所需的能力,保证用户的业务体验。管理体可通过与孪生体交互,接受孪生体输出的网络配置参数,对物理网络进行编排管理,从而实现网络自动化运营,提升网络对新业务、新场景和新需求差异化需求的适应性。

  整合多方资源,端到端拉通以实现管理系统的更新换代。面向网络资源,管理编排体需具备对频谱、存储、算力等相关资源的统筹和精细化管理能力。面向网络能力,管理编排体需拉通端到端网络的各层、各面,将连接能力、算力能力、智能能力、安全能力等编排为可对内对外提供的服务,并通过开放使能层对外提供。借助网络智能化和自动化等技术手段实现网络自治的闭环管理运维。

  对网络本体进行部分或者全部孪生镜像。构建一个网络孪生体需要数据、模型、映射和交互四个关键要素。6G 网络架构中所有网络功能均可以按需构建对应的网络功能孪生体,孪生体与真实物理网络可实时交互数据,通过建模和映射还原真实物理网络的运行状态和环境,进行网络部署前预验证,进而提供网络策略最优解,提升网络决策和部署的可靠性。

  通过内外闭环,助力 6G 网络实现智能面,达成柔性网络和智慧内生等目标。网络运维和优化、网络智能化应用、意图驱动的网络智能自治、以及网络新技术、新业务创新等均可通过北向接口向孪生体输入需求,并通过网络孪生体的模型化实例进行业务的部署和验证。通过孪生体的内生闭环,验证网络能力,验证后,孪生体通过南向接口将控制更新下发至物理实体网络。

  资源与算力层是 6G 网络的物理资源,包括频谱、存储、算力、网络等基础资源。4G 完成核心网软硬件解耦,5G 核心网完成云化、并向无线云化扩展。以之为基础,6G 网络向以算力网络为典型特征的一体化网络演进。6G 网络跨域设计、分布式的设计思路,要求无线和网络架构融合,资源共享。因此,6G 网络将聚合端、边、网、云的物理资源,以算力为核心,实现网络、算力和存储的深度融合,实现信息通信资源的智能调度和优化利用,为上层服务提供物理资源。

  路由与连接层将 6G 网络中的物理节点连接成网,实现状态的感知、确定性的转发、灵活的服务化调用。

  对下实现物理连接。路由与连接层根据时间、空间等要素,通过静态、动态连接等多种方式,将资源与算力层的各种物理节点连通,组成有机网络。并动态的感知节点状态、链路状态,实时调整网络连接,实现网络的路径最优和实时可达。

  对上构建逻辑连接。路由与连接层为服务化功能层的各实体之间提供安全、具备 QoS 保障的逻辑连接,实时感知功能层的工作状态和负荷情况,接收并解析功能层的微服务消息、数据报。


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