6G全域融合網(wǎng)絡(luò)展望

劉潔

（中國(guó)電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

移動(dòng)通信目前正值5G網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展時(shí)機(jī)，相對(duì)于以往3G、4G的網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)大大擴(kuò)展了其服務(wù)受眾，政企、行業(yè)將作為主要的服務(wù)主體，其需求的多樣性、網(wǎng)絡(luò)定制化及應(yīng)用深度集成的需求考驗(yàn)著網(wǎng)絡(luò)的能力和部署形態(tài)，驅(qū)動(dòng)著通信網(wǎng)絡(luò)向高性能、靈活、智能、安全的方向演進(jìn)。6G網(wǎng)絡(luò)作為下一代通信網(wǎng)絡(luò)，在新需求和新技術(shù)等的多重驅(qū)動(dòng)下，目標(biāo)是構(gòu)建一張萬(wàn)物多元化互聯(lián)互通的全域融合網(wǎng)絡(luò)，這樣一張網(wǎng)絡(luò)必須具備超級(jí)性能、泛在連接、智能內(nèi)生、安全可信、柔性自愈等網(wǎng)絡(luò)特征。業(yè)界對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)的基本特征有類(lèi)同的觀點(diǎn)，如中國(guó)移動(dòng)在2019年發(fā)布的《2030+愿景與需求報(bào)告》中提出了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將具備五大特征：按需服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、至簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)、柔性網(wǎng)絡(luò)、智慧內(nèi)生和安全內(nèi)生[9]；中國(guó)聯(lián)通在2021初發(fā)布的《中國(guó)聯(lián)通的白皮書(shū)》中“智能、融合、綠色、可信”八個(gè)字來(lái)概括其對(duì)于未來(lái)6G愿景的初步設(shè)想[8]。不管有沒(méi)有明確指出，所有的網(wǎng)絡(luò)特征都以萬(wàn)物連接為基礎(chǔ)。而6G全域融合網(wǎng)絡(luò)，廣義上，就是下一代的6G網(wǎng)絡(luò)的代名詞，具備上述全面的網(wǎng)絡(luò)特征，是跨領(lǐng)域技術(shù)和多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的融匯體；狹義上，6G全域融合網(wǎng)絡(luò)充分體現(xiàn)了6G網(wǎng)絡(luò)“連接”的基本特征和具體實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)絡(luò)如何支持泛在接入和對(duì)融合接入的統(tǒng)一控制、協(xié)同調(diào)度。

本文主要針對(duì)狹義的6G全域融合網(wǎng)絡(luò)，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(gè)方面，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，分析相關(guān)技術(shù)趨勢(shì)。

1 全域接入

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，除了具備一套對(duì)終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)基站接入網(wǎng)絡(luò)的端到端通信使能機(jī)制，還支持終端通過(guò)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(xiàn)接入[2-3]。不同接入方式的接入管理和會(huì)話(huà)管理可以是獨(dú)立的，但統(tǒng)一在一個(gè)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)之下。當(dāng)一種接入的某種狀態(tài)不可用時(shí)，可以通過(guò)另外的接入通道進(jìn)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(guò)有線(xiàn)接入的用戶(hù)面串接非授信3GPP接入實(shí)現(xiàn)接入嵌套。5G網(wǎng)絡(luò)還提供了網(wǎng)中網(wǎng)的接入方式，如5GS作為交換機(jī)或透明網(wǎng)橋的方式提供終端通過(guò)3GPP接入方式接入虛擬網(wǎng)絡(luò)VN或TSN網(wǎng)絡(luò)。此外，5G也已經(jīng)啟動(dòng)了衛(wèi)星通信的研究，在頻譜使用和覆蓋等方面和5G無(wú)線(xiàn)接入形成互補(bǔ)。

5G支持有線(xiàn)接入旨在重用成熟的固定接入來(lái)擴(kuò)展5GC的覆蓋范圍，同時(shí)通過(guò)多個(gè)接入鏈路，捆綁無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)帶寬，提供更高的速度、更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS）和可靠性，為用戶(hù)提供了最好的承諾。寬帶論壇（BBF）通過(guò)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(hù)側(cè)已有的接入設(shè)備的升級(jí)改造等方面出發(fā)，定義了5種方式的融合接入[1]，見(jiàn)圖1虛框內(nèi)。

6G全域接入實(shí)現(xiàn)6G全域融合網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(shè)施、生產(chǎn)終端等。各類(lèi)信息都可以數(shù)字化后進(jìn)行傳遞，例如：人體的嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)，都可以被數(shù)字化為通信信號(hào)。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(jì)算、感知、業(yè)務(wù)能力、安全自保護(hù)等功能于一體。

泛在接入則是對(duì)接入介質(zhì)和手段的覆蓋，包括有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、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(yīng)急通信、緊急救援、高空互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的接入手段，解決荒遠(yuǎn)地區(qū)的通信覆蓋問(wèn)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(dòng)時(shí)，減少切換帶來(lái)的時(shí)延和對(duì)業(yè)務(wù)連續(xù)性的影響。

結(jié)合BBF和3GPP對(duì)多接入的研究進(jìn)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(chǎng)景和遷移路徑

多元化接入則是實(shí)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(chǎng)網(wǎng)、近域網(wǎng)（D2D）或混合網(wǎng)等。典型地，可采用6G網(wǎng)絡(luò)組建工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)，填補(bǔ)5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)應(yīng)用的性能鴻溝，統(tǒng)一工廠內(nèi)外網(wǎng)，更好滿(mǎn)足工業(yè)控制的確定性通信需求。

全域接入的一個(gè)重要挑戰(zhàn)來(lái)自于融合接入帶來(lái)的融合承載問(wèn)題，接入網(wǎng)和底層傳輸網(wǎng)之間的自動(dòng)協(xié)調(diào)將是統(tǒng)一控制的一個(gè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

2 統(tǒng)一控制和協(xié)同調(diào)度

在全域接入的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一控制和協(xié)同調(diào)度（下文統(tǒng)稱(chēng)：統(tǒng)一控制）對(duì)終端用戶(hù)是透明的，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的一致性和提升。統(tǒng)一控制要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源有全面的視圖，有智能的控制邏輯，以達(dá)到資源利用、業(yè)務(wù)需求和業(yè)務(wù)體驗(yàn)的最佳匹配?？刂七壿嫷闹悄?，可以來(lái)自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生的智能，或外部的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。統(tǒng)一控制執(zhí)行各種管理操作和控制策略，包括認(rèn)證和安全、多接入調(diào)度、移動(dòng)性管理、會(huì)話(huà)管理、用戶(hù)面管理、業(yè)務(wù)連續(xù)性保障、能力開(kāi)放、QoS和計(jì)費(fèi)等。

以接入調(diào)度為例，5G網(wǎng)絡(luò)已有支持ATSSS（Access Traffic Steering, Switching, Splitting）的一些機(jī)制，涉及接入方式的選擇、業(yè)務(wù)流在不同接入方式下的切換、分流等[4]?？刂坪驼{(diào)度的顆粒度可以基于會(huì)話(huà)等較粗的顆粒度，而目標(biāo)則是實(shí)現(xiàn)更細(xì)顆粒度和更精準(zhǔn)的調(diào)度，如實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流級(jí)別的調(diào)度，即同一個(gè)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(shí)施調(diào)度的依據(jù)可以是預(yù)置的接入優(yōu)先級(jí)、資源負(fù)載均衡的需求、實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能，或者是NWDAF（Network Data Analytics Function）提供的服務(wù)等。一個(gè)應(yīng)用維度的業(yè)務(wù)流要實(shí)現(xiàn)在不同的接入方式下扭轉(zhuǎn)，可以利用終端、網(wǎng)絡(luò)功能底層提供的性能檢測(cè)和分流功能，或者依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層或應(yīng)用層的保障機(jī)制。舉例來(lái)說(shuō)，在服務(wù)化架構(gòu)中，IP流可基于TCP或UDP進(jìn)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(wù)的多路傳輸則可利用MP-QUIC（Multi-Path Quick UDP Internet Connections）協(xié)議進(jìn)行包重組[5]。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)支持的數(shù)據(jù)包類(lèi)型，可以預(yù)計(jì)未來(lái)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(duì)于UDP流，UE可基于底層ATSSSLL（Splitting-Low-Layer, Access Traffic Steering,Switching）功能，通過(guò)對(duì)鏈路性能的測(cè)量確定業(yè)務(wù)流如何在兩種接入間分流，而QUIC功能支持對(duì)不同路徑的包進(jìn)行排序重組。

圖2 6G UE支持接入調(diào)度的四種實(shí)現(xiàn)

在全域接入的基礎(chǔ)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(kuò)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(shí)需要保障個(gè)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(guò)任何的網(wǎng)絡(luò)功能，這種實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻內(nèi)容的面對(duì)面分享非常有用，而更有吸引力的是通過(guò)近域網(wǎng)，將多個(gè)終端的資源和業(yè)務(wù)能力，如算力進(jìn)行聚合，有可能提供比邊緣計(jì)算更加優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。

統(tǒng)一控制除了接入調(diào)度，其他對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的保障性控制也越來(lái)越重要，如QoS、TSC（Time Sensitive Communication）、切片等。確定性通信服務(wù)能力將是6G的重要能力，確定性通信要求網(wǎng)絡(luò)的傳送時(shí)間是精準(zhǔn)可控的，網(wǎng)絡(luò)利用時(shí)間同步機(jī)制輔助時(shí)間的計(jì)算，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)度，以保證傳送時(shí)延不大于目標(biāo)時(shí)間，從而留出可控制的空間。TSC不等于低時(shí)延，但往往需要在保證低時(shí)延的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)保持緩沖機(jī)制保證時(shí)延的精準(zhǔn)性。

鑒于6G提供的服務(wù)更加多樣化和定制化，控制邏輯也越來(lái)越復(fù)雜，統(tǒng)一控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)智能的要求也越來(lái)越高。NWDAF是5G網(wǎng)絡(luò)引入的專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析的核心網(wǎng)網(wǎng)元，可視為網(wǎng)絡(luò)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(lái)自5GS的用戶(hù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)等，也可以從外部輸入輔助數(shù)據(jù)，進(jìn)一步運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析的方法提供特定的分析服務(wù)，供內(nèi)部策略依據(jù)和外部調(diào)用。NWDAF嵌入5GS的業(yè)務(wù)流程，支撐業(yè)務(wù)的控制更加實(shí)時(shí)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(yīng)用發(fā)現(xiàn)、邊緣能力開(kāi)放等實(shí)現(xiàn)，NWDAF的分布式部署和協(xié)同交互（聯(lián)邦計(jì)算）的研究也提上了日程。

到了6G，NWDAF類(lèi)似的智能服務(wù)功能將發(fā)揮越來(lái)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(duì)象，利用分布式計(jì)算或聯(lián)邦計(jì)算的機(jī)制，對(duì)外呈現(xiàn)一體化的智能。伴隨著包括控制和智能服務(wù)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)功能向分布式范式的發(fā)展，對(duì)區(qū)塊鏈等分布式授信機(jī)制的支持也將成為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生的基礎(chǔ)功能。

實(shí)現(xiàn)智能化的統(tǒng)一控制，包括三個(gè)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(wù)的支撐，還需要解決兩大難題：

（1）感知的問(wèn)題感知問(wèn)題即客戶(hù)端、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)之間的需求理解和傳遞。在4G、5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的方式提供了應(yīng)用方向網(wǎng)絡(luò)傳遞需求的手段，特別在5G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的能力擴(kuò)展包括了特定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置、邊緣分流路徑定制、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析等。雖然網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放能力在不斷擴(kuò)展，但仍未完全覆蓋需要?jiǎng)討B(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(kāi)放的方式，需求的傳遞仍只是止步于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)控制層，未能與承載層和資源層自動(dòng)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(wèn)題。

3 云網(wǎng)協(xié)同

靈活高效的部署需求以及服務(wù)化、云原生的技術(shù)趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)了云網(wǎng)協(xié)同成為6G融合通信的基礎(chǔ)底座。6G全域融合網(wǎng)絡(luò)中，任何的網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)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(guò)程，是實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)一體化的必要手段。在云資源的應(yīng)用上中，不僅網(wǎng)絡(luò)功能，應(yīng)用及各種具備計(jì)算或存儲(chǔ)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(gè)端到端的過(guò)程。

在6G全域融合網(wǎng)絡(luò)中，一方面統(tǒng)一控制的智能來(lái)自無(wú)處不在的算力，另一方面，統(tǒng)一控制也會(huì)映射為對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度，并最終體現(xiàn)為對(duì)多元算力的調(diào)度。理想情況下，云網(wǎng)單元都同時(shí)具備感知功能，利用內(nèi)生智能理解感知數(shù)據(jù)并進(jìn)行協(xié)同，實(shí)現(xiàn)占用最少最優(yōu)的資源滿(mǎn)足特定的業(yè)務(wù)需求?？梢?jiàn)，云網(wǎng)協(xié)同和統(tǒng)一控制的目標(biāo)是一致的，為了解決上述提到的兩個(gè)難題，業(yè)界主要有兩種研究方向，即算力網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用使能架構(gòu)。

算力網(wǎng)絡(luò)分為分布式算力網(wǎng)絡(luò)和集中式算力網(wǎng)絡(luò)。分布式算力網(wǎng)絡(luò)基于增強(qiáng)的路由學(xué)習(xí)和路由尋址機(jī)制，主要著眼于協(xié)議層的增強(qiáng)，解決調(diào)度問(wèn)題。算力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了資源的統(tǒng)一調(diào)度，但對(duì)于需求的映射暫停留在路由協(xié)議標(biāo)識(shí)的層面。集中式算力網(wǎng)絡(luò)則是引入了云網(wǎng)智慧大腦（控制器）的思路，通過(guò)智慧大腦感知和解析調(diào)度需求，通過(guò)端到端編排實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的按需調(diào)整，其面臨的難點(diǎn)在于需求模板的普適性、編排控制實(shí)時(shí)性，及如何將終端資源納入管理編等問(wèn)題。

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

圖3 6G應(yīng)用使能架構(gòu)示意圖

圖3中，將客戶(hù)端和服務(wù)器端分解為使能服務(wù)器/客戶(hù)端和應(yīng)用服務(wù)器/客戶(hù)端兩部分，相當(dāng)于將在應(yīng)用層面按業(yè)務(wù)控制能力與應(yīng)用自身的服務(wù)邏輯進(jìn)行了分解，并分別通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的控制面和用戶(hù)面進(jìn)行協(xié)同，從而使能了需求的及時(shí)反饋及對(duì)應(yīng)的配置參數(shù)的靈活調(diào)整，簡(jiǎn)化云網(wǎng)協(xié)同的實(shí)現(xiàn)。使能架構(gòu)打通了6G服務(wù)鏈的上下游，一定程度上也簡(jiǎn)化了對(duì)SLA符合度的評(píng)估手段，但同時(shí)也將改變應(yīng)用服務(wù)和客戶(hù)端的開(kāi)發(fā)模式，需要產(chǎn)業(yè)上下游的合力推進(jìn)。

分布式算力網(wǎng)絡(luò)、智慧云網(wǎng)大腦和應(yīng)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(huì)貫通，至于未來(lái)會(huì)以哪種方式為主去兼容另一種方式、哪種方式和未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加匹配，或者幾種方式如何有機(jī)融合，還待驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

在社會(huì)、技術(shù)、應(yīng)用的多重驅(qū)動(dòng)下，人們展望6G是改變世界，引領(lǐng)健康、美好生活的多種學(xué)科門(mén)類(lèi)和技術(shù)使能的融匯生態(tài)。6G全域通信網(wǎng)絡(luò)作為6G融匯生態(tài)的基礎(chǔ)，不管是業(yè)務(wù)的承接，還是創(chuàng)新能力和業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)，都不可能脫離現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)一蹴而就。比對(duì)5G網(wǎng)路的現(xiàn)有研究、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和6G的愿景，我們不僅可以更深刻地理解6G的愿景，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)技術(shù)鴻溝。既然6G是一個(gè)融匯的生態(tài)，解決網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的數(shù)字鴻溝的方法也必將是對(duì)跨域多方面技術(shù)融會(huì)貫通的應(yīng)用。