6G网络架构所支撑的网络能力探究

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2024-03-27 10:21:55 734

6G网络将在现有连接功能的基础上增强，演变为一种能够提供通信、感知、计算、智能、大数据、安全可信等多方面服务的新一代信息服务网络。这种转变将使网络能力从简单连接延伸至超越连接，以满足6G新业务和关键指标的需求。

6G网络架构的关键价值指标

新的业务需求是移动通信网络发展的第一驱动力。当前ITU-R 已明确6G网络的4项总体目标 (Overarching Aspects)，包括可持续性，泛在连接，安全、隐私与韧性和泛在智能；并提出了6G六大典型场景，包括沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延通信、AI 与通信融合、通感一体和泛在连接，要求网络内生支持AI 、感知、泛在连接等新能力，实现从移动通信向移动信息服务的重大转变。

ITU-R提出了面向6G的两类能力指标，第一类是5G已有能力指标的增强，这部分指标重点依赖无线技术创新，网络架构配合实现，其中6G峰值数据速率将达到50-200 Gb/s, 达到5G上限的2.5-10倍；用户体验数据速率达到300-500Mb/s, 达到5G上限的3-5倍；频谱效率达到5G的1.5-3倍；区域话务量达到30-50Mb/s/m2, 达到5G上限的3-5倍；空口时延将达到0.1-1ms, 连接密度将达到0.01-1亿设备/km2, 移动性支持500-1000km/h, 可靠性达到10?-10?。

网络能力指标

第二类指标是面向6G新增的能力指标，也是网络架构设计需重点关注的指标，这些能力指标包括感知相关能力(如准确率、分辨率、检出率、误报率等)、人工智能相关能力(分布式数据处理、分布式学习、AI计算、AI 模型执行、AI 模型推理)、安全，隐私与韧性、以能源利用效率(能效) 为量化指标衡量的可持续性、通过链路预算分析计算的覆盖能力、互操作性、定位精度(达到1 - 10cm), 开放性与数字包容性等新指标将成为我们衡量网络和服务能力的额外手段。与传统的速率、容量和时延等KPI相比，这些新的关键价值指标 (KVI) 同样重要，指明了6G将从传统通信网络向多要素融合的新型信息服务网络演进发展，同时对业务网络架构的设计提出了新的要求。

6G 网络能力

6G网络架构设计主要考量支撑实现如下几个维度的网络能力：

服务范围的扩展

（1）信息全过程服务

6G网络架构将从仅支持传统的信息传输服务，拓展到支持信息感知、传输、存储、处理、利用等全过程服务，实现网络平台化、服务多样化，使得AI技术、沉浸式交互技术贯穿信息流的全生命周期。

（2）泛在连接

6G支持各种异构覆盖接入和组网，包括基于邻近发现的U2U 、U2N近域连接，卫星接入和组网、固移融合接入，无源物联网等。基于各种异构连接，6G可提供新的网中网的组网方式或服务，如体域网、家庭网、工业现场网、近域自组织网等。6G 泛在连接支持各种异构终端的接入，终端可以集多种通信/接入模式、计算、感知、业务能力、安全自保护、通话与短消息等功能于一体，也可以是支持无源物联网的极简终端。6G泛在连接实现了全域立体空间的全覆盖和连接的鲁棒性，提供了端侧新型服务的孵化环境。

6G网络需要提供广域的连接能力，满足天基、空基、地基用户的随时随地通信需要。卫星网络因其覆盖范围广、可全球大规模组网的特点，能有效在地面网络无法覆盖的偏远地区和极端环境中实现泛在覆盖。对于没有地面网络的极端环境或偏远地区，卫星可作为接入将用户的业务发送到地面网络中，或者星上形成独立自治网络，直接为用户提供服务。实现全球全域无死角覆盖，支撑广域万物智联，推动地面通信与卫星通信产业生态深度融合。

服务能力的扩展

（1）确定性网络

6G网络架构需要满足和匹配多样化分级化的业务需求，设计可预测、可度量、可保障的通信底座，满足业务对带宽、时延、抖动、可靠性等的通信性能的确定性需求。多种确定性技术的跨域协同和多层融合，将促进网络的确定性范式由桥接式向内生式转变，形成端到端确定性融合网络架构。充分发挥网络的AI能力，辅助网络的智能预测、实时调度、闭环监管，以满足确定性业务的SLA需求和提供确定性服务质量保障。

（2）数据驱动

网络架构设计应适应以数据为中心DOICT融合发展的趋势，通过架构设计和优化，提高各种数据的传输效率、处理效率、和流转效率，提升数据服务效率和数据消费体验，兼顾数据监管、安全隐私保护的需求，促进数据开放共享和权益保护，最大限度发挥数据的潜在价值。

（3）通感融合

6G网络新增无线感知能力，在网络架构中增加无线感知功能用于接收无线感知业务请求、执行无线感知控制、无线感知业务数据处理、无线感知结果的对外开放等，无线感知功能支持选择具有无线感知能力的终端作为无线感知节点，获得终端提供的无线感知数据，并可以将无线感知结果向终端开放。

（4）智慧内生

6G网络内生支持AI功能，AI能力赋能网络各处以及终端，具备AI能力的终端和网络各节点均可以参与AI的训练和推理，从而训练出泛化能力强、精确度高的AI模型。通过新的AI联接，实现终端和网络跨域的AI操作。

（5）多模态业务

车联网、工业物联网、VR/AR各种新应用、服务层出不穷，网络通信从 “in time” 延伸到 “on time”, 网络业务除了QoS保障，还需满足用户个性化QoE 。6G网络架构需降低网络复杂性，提高网络控制和管理的灵活性，增强对网络新技术、新协议的支持能力，充分满足不断新增的业务需求。

支持面向自然人、数字人、智能或非智能终端设备的多模态通信交互模式，包括但不限于文本、语音、图像、视频、光场、脑波、数据指令、语义特征等结构化或非结构化的模式与形态。并且结合网络内生的AI算力、大模型以及语义知识库等能力增强，可实现多模态之间的无缝自由转换，使得通信双方能够始终以最高效和最符合用户期望的方式实现信息、数据、语义和意图的准确传递，而最小化终端能力、上下文环境、用户状态等带来的交互方式约束。

网络自身的增强

（1）高能效网络

在国家双碳战略引导下，6G网络发展需要持续向绿色低碳演进。6G网络架构需要遵循绿色、可持续发展和智简设计原则，对信息流和工作流以及二者所需的能量供给进行系统级协同调度，提升网络整体能效。

（2）网络数字孪生

网络数字孪生通过构建物理网络的虚拟孪生体，在数字化虚拟空间实现对物理网络的建模、仿真、预测和推演，最大限度利用物理网络的信息和条件，来进行网络状态等的预测和推演，并最终实现对物理网络的实时反馈和控制。通过将数字孪生技术应用于6G网络可以有效应对通信网络灵活性不足、网络新技术研发和部署周期长、网络优化和演进升级成本高风险大的挑战，最终助力实现网络的自学习、自验证、自优化、自演进。

（3）网络韧性

6G网络作为DOICT深度融合的核心基础设施，正推动着社会各行业的数字化革新。其支持异构动态环境的灵活部署，但也使得系统的复杂性不断攀升。在网络服务中，任何形式的故障、篡改或性能下降都可能带来严重的破坏，甚至可能引发灾难性的后果。因此，6G网络必须具备卓越的大规模弹性、可靠性及可用性，并且这些特性需要与网络和服务复杂性的增长保持同步提升。为了确保网络的稳健性和韧性，我们需从安全性、自适应能力、自治性以及可靠性等多个维度进行能力的构建与强化，从而全面提升6G网络的韧性和弹性。

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