新兴技术对6G网络架构的潜在影响*

邢燕霞，李鹏宇，聂衡

（中国电信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

随着全球5G网络的规模部署和商用，各国开始着手6G网络技术研究。自2019年以来，6G网络研究的阵容越来越壮大，欧美、日韩相继成立国家层面的推动组织支持6G网络技术研究。经过两年的研究，全球已经发布了众多研究成果，这些研究成果主要集中在网络愿景层面，包括6G网络应用场景、6G网络潜在关键技术和6G网络指标体系等。2021年以来，6G网络架构正成为6G技术研究的新焦点，本文主要分享对6G网络架构的研究和思考，讨论新兴技术对6G网络架构可能产生的影响，以及6G网络架构的技术特征。

1 移动网络发展趋势及6G展望

展望未来，移动通信网络发展有如下明显趋势：首先，网络将越来越智能。网络将在深度感知业务的基础上，通过数据收集、训练和推理，自动形成业务优化策略，提升网络服务质量。在网络管理层面，端到端智能闭环，网络自主进化是未来的发展方向。意图驱动网络技术逐渐成熟，网络不仅可以按需定制，还可以根据需要进行自主动态规划、网络设计、自动配置网络参数，最终实现自主进化，在这个过程中，AI将发挥重要的作用。其次云网深度融合，算网一体化。“云”为“网”提供基础设施，“网”为“云”提供信息交互，二者密不可分，深度融合。在云网络融合和智能化发展趋势下，算力需求激增，为了满足网络和业务对泛在算力的需求，我国提出了算力网络研究。最后，网络应该是安全可信的。随着移动网络参与方数量的增多和传输数据量的激增，任何风险都将会被放大，因此网络的安全可信至关重要，区块链技术有可能发挥建立可信环境的作用。

基于以上移动网络演进趋势，和业界对6G的愿景、需求、应用场景描述，我们认为移动网络将继续沿着服务化架构方向演进[1]，同时满足用户和网络运营商对网络定制化服务、安全可信、网络泛在高速等方面的需求。每一代移动通信网络架构都尽量吸收当时的先进技术要素，保持移动通信技术的先进性。6G网络架构研究应结合未来10年内可能落地实施的技术来进行设计。综上分析，我们认为未来6G网络架构将形成“三层三扇”架构，即在网络基础设施层、网络功能层和网络操作系统层的“三层”基础上，贯通叠加智简、可信、数融的“三扇”设计理念，如图1所示。下面主要讨论AI技术、新型SDN/NFV、算力网络、区块链等新兴技术对6G网络架构存在潜在的影响。

图1 “三层三扇”的6G网络架构愿景

2 新兴技术对6G网络架构的潜在影响

2.1 AI技术

网络智能化是业界一直追求的目标，一方面希望通过智能化手段提升网络与业务的匹配程度，根据不同业务的差异化需求提供个性化网络服务。还可以根据用户的行为习惯特征，预判用户下一步的行为并进行相应的网络配合，提升用户的网络接入体验；另一方面，希望借助智能化管理机制，增加网络的自治水平，提升网络的能效和频谱效率，从而实现降本增效的目的。在3GPP的早期标准版本中，CAMEL（Customized Application Mobile Enhanced Logic，移动用户增强逻辑的客户化应用）标准承担着移动智能网的角色，通过移动网络内部的机制，提升业务的灵活性。5G时代，随着AI技术的不断发展，为移动网络智能化提供了新的技术手段，AI领域的新技术将得到更广泛的使用，例如机器学习和智能推理。

5G网络智能化主要体现在两个层面，即网络层面和管理层面，在3GPP标准中分别由SA2和SA5开展研究，SA2从网络架构的角度研究网络智能化，引入了NWDAF（Network Data Analytics Function， 网 络 数据分析功能），SA5开展了意图驱动的网络管理服务的研究。

5G网络R15版本的NWDAF功能从网元、终端等收集数据，通过推理和分析生成策略或分析结果供其他网元调用[2]。在R16阶段，NWDAF主要聚焦提供哪些统计和预测能力、从各个网元收集哪些数据、如何将分析结果开放给消费者等，同时也开始探讨可集中可分布的部署方式，不同NWDAF可支持不同的分析能力，可与网元合设或分离。在R17阶段，SA2更加聚焦架构层面的研究，例如NWDAF的逻辑功能拆分及逻辑功能间的交互、多NWDAF实例协作数据训练模型共享、是否引入功能实体提高数据收集效率、增强实时性等问题[3]。除此之外，在业务方面也进行了更多的探讨，例如如何保障切片SLA、辅助用户面优化提升业务体验、辅助提供接入选择策略、边缘计算方面的增强优化等，目前正在针对这些研究内容进行标准化工作[4]。R18阶段首先开始进行需求研究，重点研究业务特性和性能指标方面；技术方面预计会在架构上进行更深入的研究，例如分布式AI训练及推理架构、联邦学习与网络架构的结合等。

SA5开展了意图驱动网络研究，旨在使得网络的管理和运维更加智能，AI将发挥重要作用，包括意图转译和验证、自动化实施、状态监控和保障和自动化优化/补救等。在这个过程中，首先需要将业务策略转换为必要的网络配置，其次通过网络自动化配置或网络编排实现，然后基于网络状态感知持续验证原始业务意图是否得到实现，并且可以在所需意图无法实现时采取纠正措施。以网络切片为例，在意图驱动的网络管理模式下，网络切片的全生命周期管理将更加智能，可以实现意图驱动的NSI（Network Slice Instance，网络切片实例）的资源容量规划、意图驱动的NSI使用优化、意图驱动的NSI性能保障等[5]。

通过上述标准技术的演进分析可见，AI及大数据分析的理念正在渗透到移动网络架构设计种，机器学习等关键技术正在与移动网络业务场景结合。后续3GPP标准演进必将影响到B5G甚至6G的网络架构标准制定工作，潜在的影响主要包括以下方面：

（1）6G网络将是嵌入式、分层化的智能网络架构。6G时代，联邦学习和数字孪生技术有可能引入到6G网络架构中。反映在网络架构设计中，智能化逻辑功能将进一步解耦，相应的感知、推理、训练等功能将按需嵌入在不同的网元或节点中，形成分布式的智能感知、分层的智能训练和推理以及分网元分域的智能决策，从而实现端到端的网络智能化，如图2所示。

图2 嵌入式分层化6G智能架构示意图

（2）6G网络对业务的感知能力（感知范围和感知颗粒度）将全面提升。业务和数据感知是智能化的前提，在未来的6G网络中，无线网络的软件能力将得到加强，网络对业务的感知将从原来的核心网延伸到无线网络，无线网络将具备更强的业务感知、推理、决策能力，实现资源最优分配、路由智能调度、网络节能、提升业务体验的目标。

（3）6G网络将实现端到端智能运营与管理，具备自感知、自学习、自纠错、自进化的运营能力。数字孪生、意图网络、人工智能等技术融入运营管理体系，将形成统一视图的数字孪生网络管理能力、意图驱动的网络定制编排能力、统一的云网融合资源调度等智能运营能力。

2.2 云网融合技术

云网融合是在ICDT技术融合发展背景下的通信网络发展方向，是云计算技术、SDN/NFV技术、大数据技术与通信网络技术结合的产物。在云网融合的趋势下，移动网络演进正在发生深刻的变化，5G网络的组网模式、商业模式和网络管理模式均发生了重要改变。在组网方面，5G时代，核心网络采用服务化架构设计，网元软件和硬件解耦，网络部署在云上，是云网融合的初步实践。在商业模式方面，因为采用了虚拟化和云化技术，使得网络切片业务成为可能，网络可以按照客户的需求进行个性化定制，实现了移动网络商业模式的创新。在网络管理方面，云网融合技术为网络按需编排提供了技术基础。然而，5G仅是云网融合的初级阶段，无线网络尚未云化，还不支持编排管理，端到端的编排（无线网、承载网、核心网）尚未完全贯通。

随着云网融合技术的进一步发展，算力网络应运而生。算力网络是在各行各业对于算力需求不断提升的背景下产生的，单点的算力不足以满足各种业务的需求，算力网络提供了一个构建各方算力资源整体视图、按需调度算力需求以及进行算力交易的整体解决方案，以满足各种网络及业务的算力需求[6]。当前电信业务和网络所需算力主要由运营商提供，不能利用其他渠道的云资源，且运营商不能对资源分布、使用情况进行动态的感知和管理，导致算力供应不能按需提供。随着算力网络技术与6G网络技术的同步发展，二者将相互促进，融合发展。一方面6G网络作为算力的需求方将促进算力网络发展，6G网络对算力的需求包括来自于6G网络的云化部署需求（尤其是无线网络云化可能带来的需求），和来自于6G网络端到端的智能化需求，例如智能化将需要分布式的算力网络支持；另一方面，6G将为算力网络提供泛在连接和高速数据传送，支撑算力的快速调度和网络资源的最优化配置。

综上分析，随着云网融合的继续深入，云计算资源从集中逐渐走向分布式、多元化，形成多级算力资源架构。对6G网络架构的潜在影响主要体现在以下方面：

（1）无线网络云化成为可能，移动网络将迎来全面云化时代。无线网络架构的设计顺应云网融合的发展趋势，无线网络功能将可能进一步解耦，采用服务化的架构设计（即SBA-RAN），并与核心网逻辑功能进行重组，形成6G无线/核心网络统一的控制面和分布式的用户面，泛在算力为移动网络全面云化部署提供了资源基础，如图3所示。

图3 全面云化的6G网络功能分布示意图

（2）在端到端的云原生6G网络中，将实现网络可编程。以不同软硬件配置组合实现多形态网元和多拓扑结构网络，满足不同场景差异化需求。随着新型SDN/NFV技术的不断演进，网络灵活性和网络可编程能力将进一步突破。

（3）6G网络将成为云网边端协同的智能网络。在算力网络的支撑下，边缘能力进一步提升，云边端协同将发挥重要作用，通过云边端的协商，根据业务特点、网络、终端能力及运行环境等，终端可以将部分计算任务卸载到云端/边缘节点进行，云端/边缘节点将计算结果反馈给终端，从而有效利用网络和云、边资源，提升用户使用业务的流畅性和稳定性，降低终端功耗和成本。

2.3 区块链技术

区块链技术提供了在不可信环境中传递信息、交换价值、建立多方信任的技术机制，解决了数字世界的信任问题，是构建未来价值互联网的基石。因为区块链技术主要适用于参与方较多、且多方之间互不信任、利益不一致或缺乏权威第三方介入的场景。传统的运营商网络的部署和组织是在运营商可控可信的环境中进行的，因此可信问题并不突出。然而，面向未来的6G网络，网络共建共享、空天地一体化设计将成为6G网络的重要特征，随着参与方数量的增加、企业或行业不同，区块链将可以发挥作用[7]。

首先在网络共建共享方面存在区块链的应用场景。为了获得更高的吞吐能力，移动通信一个重要的发展趋势是使用更高的频段，通过占用更多的频谱资源提升吞吐能力，这将导致单基站的成本和基站数量增加，建网成本进一步增大，因此多家运营商通过共建共享解决网络的覆盖问题将是未来6G发展的重要方向。目前5G网络主要在运营商之间实现共建共享，随着未来国家对频谱资源的管理方式的变化，频谱除了分配给运营商，还可能分配给垂直行业企业，共建共享的参与方将更多。在这种环境下可能存在两种的需求，一个是频谱的动态共享，另一个是共建共享信息的管理，包括共享设备（如基站）信息以及其配置信息管理等。

在实现频谱共享场景中，频谱共享的参与方可以将不同频谱资源信息以及拥有者信息上链存储，并在区块链上层部署用于动态频谱共享与结算的智能合约，规定频谱使用的规则和结算规则，实现频谱的动态共享和按照使用量获取收益的功能。在共建共享信息管理场景中，可将设备信息以及设备重要配置信息上链存储，这些信息具备不可篡改性，在问题追踪、故障定位中会提供有力帮助，实现有据可查。基站或者设备网管需支持将这些信息分布式存储在区块链节点中。

区块链在共建共享环境下的应用如图4所示：

图4 区块链在共建共享环境下的应用

其次区块链在算力网络交易方面存在应用可能。6G网络作为算力的消耗者之一，将需要更多、更灵活的算力资源，以满足网络快速部署、业务快速响应等需求。未来算力网络将由运营商中心云、运营商边缘云、第三方算力甚至个人算力提供者联合提供资源，各方的算力可以进行在线交易。在满足上层业务需求的同时，提升资源的利用率，并进行收益的合理分配，第三方甚至个人算力资源提供者，也可以获得提供算力的收益。

为实现上述需求，可以将算力交易的订单信息、算力资源的使用情况、使用方、提供方等关键信息加密上链存储，并通过智能合约定义算力资源的使用条件和计费条件等，对于满足条件的交易，算力网络将为使用者选择合适的算力资源。算力网络技术与区块链技术的结合可以实现算力资源的动态调度、按需使用和收益分配等。总之，区块链技术与6G网络存在交叉应用场景，区块链为网络提供信任机制，6G为区块链提供连接服务。

区块链技术对6G网络架构的潜在影响体现在如下方面：

（1）无线网络架构可能需要引入区块链相关逻辑功能。频谱资源交易信息和算力交易信息等关键信息上链，实现可信交易，可能对6G网络的网元提出功能要求，例如具备区块链接入节点的相关功能等。

（2）区块链技术可能被引入6G网络运营管理层面，成为BSS（Business Support System，业务支撑系统）领域和OSS（Operation Support System，运营支撑系统）领域的重要工具，包括服务于多方计费结算、网络排障和责任认定。

（3）结合6G网络研究区块链，需重点关注分布式记账技术、智能合约技术等关键技术在6G的应用，包括资源交易、算力交易的技术方案、实施方案等，以提升资源的使用效率，形成资源可动态分配、使用、收益的良好生态。另外，还应研究关键数据和信息上链和提升系统性能的方法，避免因信息上链导致的系统性能下降，增加技术的实用性。

3 结束语

综上分析，新兴技术的引入会提升6G网络架构的先进性，6G网络将可能是全面云化设计、具备嵌入式分层化AI能力、支持按需分布式部署的可信网络。将带来用户使用6G网络的体验提升，同时也提升了运营商网络管理水平，推动网络管理变得更智能、更高效、更灵活。但是，在享受新兴技术引入带来的红利的同时，也可能带来一些问题，例如新的逻辑功能（或网元）的引入可能导致网络架构的复杂化，大量AI训练的采用和数据的感知和传递可能导致网络资源及能耗增加等。因此，在实际的网络架构设计中应综合考虑技术的先进性、使用的经济性和网络的安全性原则等，通过理论评估、系统仿真和技术试验等方式选择有益的技术要素，完善6G网络架构设计。