6G网络架构白皮书.pdf

作为新一轮科技创新和产业变革的制高点,全球业界已开启了下一代移动通信技术(6G)的研究和探索。面向2030+的移动通信系统,6G将进一步通过全新架构、全新能力,并结合社会发展的新需求和新场景,打造6G全新技术生态,推动社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界,通过“智慧泛在”实现“6G重塑世界”的宏伟目标。

然而,移动通信网络是一个复杂的系统,网络架构作为使能“万物智联,数字孪生”总体愿景的基础支撑,决定整个系统的效率和能力,具有至关重要的作用。特别是沉浸式云XR、全息通信、智慧交互和通信感知融合等新业务、新场景的涌现赋予网络架构传统连接之外的计算、感知、智能、安全等多维能力融合的内在需求,使得未来6G网络架构的设计任重而道远。网络架构的可行性会直接影响6G网络的发展路径和应用成效,必须对6G网络架构进行前瞻性、创新性以及全面性的设计。

目前6G的研究在全球范围内仍处于起步阶段,本白皮书旨在梳理6G架构总体技术发展趋势,明确顶层设计原则,定位关键技术,提出面向6G的网络总体架构技术方案,为6G网络发展和关键技术研究提供基础。

5G网络的快速部署和应用将促进Al、云计算、大数据的应用和发展,

加快整个社会的数字化进程,提升人们的生活质量,并推动整个社会走向数字化世界。物理世界中的每一个物体在数字世界中都将有一个数字映射,这些数字映射共同构成了数字世界。在2030年及以后的时代,6G将实现物理世界人与人、人与物、物与物的高效智能互联,实现“数字孪生、智慧泛在”的美好愿景。物理世界中的每一个物体在数字世界中都将有一个数字映射,这些数字映射共同构成了数字世界。物理世界和数字世界构成

了数字孪生世界[1,2]。数字孪生世界将催生出更多与移动通信密切相关的新应用场景,包括通感互联网、全息交互、数字孪生人、智能交互、智

能工农业等,如图1所示。

2030年及以后的应用和业务特征可以概括为如下六个方面:①业务与应用的需求将更加多样化;②覆盖立体化,以满足不同场景间的无缝切换

和业务连续性;③交互形式与内容多样化,用户将获得更加沉浸式的体验;④业务趋向定制化和个性化,需要端到端网络按需编排与配置;⑤通信、计算、感知一体化,丰富服务类型和业务场景;⑥安全融合化,这需要更有效的安全支持,而不是打补丁的支持方式。

为了满足这些需求,6G网络必须支持按需服务,通过端到端网络功能和资源的定制化编排和参数配置,确保以用户为中心的体验。

1.2当前网络的局限性

随着5G网络的发展和新业务、新应用的不断涌现,5G网络将不可避免地面临一些新的问题和挑战。其中一些问题可能会在5G网络的发展中得到解决;但由于5G网络本身的局限性,有些问题可能难以解决。这些问题和挑战将成为6G网络设计创新的重要动力和源泉。

当前网络面临的挑战可以汇总为以下几个方面:

1.分层协议栈

在5G网络中,空口协议采用分层模型,所有服务数据都必须经过各个协议层处理,从而引入各层特定时延,导致时延成为瓶颈。例如,eMBB数据包在空口的典型时延为3ms。虽然在5G网络研究过程中,已经引入了一些可以降低处理时延的方案,如在PDCP层允许重排序前先执行数据包解密;在RLG层去除RLC层包级联功能;在MAC层允许MAC子头放在MAC有效负荷旁边等[4-7]。

虽然这些修改都可以对时延优化带来有效增益,但这些修改仍局限于

现有分层体系。如果需要进一步降低空口时延,只有突破传统的分层体系,在数据处理通道中创造捷径。

2.持续演进的技术

为了更好地满足垂直行业的需求,多样化、部署灵活性等需求,5G CN引入了SBA和基于SDN/NFV的网络切片。然而,在标准设计之初,网络切片的设计和优化主要在CN和TN中进行,RAN并没有针对网络切片进行特殊设计,而是在R17版本中才开始相关研究。

由于RAN切片的技术难度较大,不同设备厂家在RAN切片的实现上存在差异。总体而言,端到端网络切片的实现还存在一些技术挑战,需要多域协调和连接,复杂性较高。

为了更好地挖掘网络切片的价值,有必要在切片管理域对网络切片进行合理的编排和管理。图2为网络切片管理域示意图,给出了切片管理域与切片网络域的关系。在商业网络中,这些网络切片管理功能(NSMF)不是独立存在的,而是嵌入到运营商的运营支持系统(0SS)和业务支持系统(BSS)中[8]。不同运营商有不同的网络切片管理方案,需要运营商的运维部门、IT部门、政企部门、网络部门一起参与到切片管理域与BSS/OSS系统的集成工作中来。这对运营商来说是一个挑战,在未来的网络设计中应充分考虑这一点。

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