6G全域融合网络展望

刘洁

（中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630）

0 引言

移动通信目前正值5G网络蓬勃发展时机，相对于以往3G、4G的网络，5G网络大大扩展了其服务受众，政企、行业将作为主要的服务主体，其需求的多样性、网络定制化及应用深度集成的需求考验着网络的能力和部署形态，驱动着通信网络向高性能、灵活、智能、安全的方向演进。6G网络作为下一代通信网络，在新需求和新技术等的多重驱动下，目标是构建一张万物多元化互联互通的全域融合网络，这样一张网络必须具备超级性能、泛在连接、智能内生、安全可信、柔性自愈等网络特征。业界对6G网络的基本特征有类同的观点，如中国移动在2019年发布的《2030+愿景与需求报告》中提出了未来网络将具备五大特征：按需服务网络、至简网络、柔性网络、智慧内生和安全内生[9]；中国联通在2021初发布的《中国联通的白皮书》中“智能、融合、绿色、可信”八个字来概括其对于未来6G愿景的初步设想[8]。不管有没有明确指出，所有的网络特征都以万物连接为基础。而6G全域融合网络，广义上，就是下一代的6G网络的代名词，具备上述全面的网络特征，是跨领域技术和多模态网络的融汇体；狭义上，6G全域融合网络充分体现了6G网络“连接”的基本特征和具体实现，即网络如何支持泛在接入和对融合接入的统一控制、协同调度。

本文主要针对狭义的6G全域融合网络，从全域接入、统一控制和协同调度、云网协同三个方面，结合5G网络的研究现状，分析相关技术趋势。

1 全域接入

5G移动网络，除了具备一套对终端通过无线基站接入网络的端到端通信使能机制，还支持终端通过以非3GPP方式接入核心网，目前3GPP已定义的非3GPP接入包括授信非3GPP接入、非授信非3GPP接入，以及有线接入[2-3]。不同接入方式的接入管理和会话管理可以是独立的，但统一在一个用户网络标识之下。当一种接入的某种状态不可用时，可以通过另外的接入通道进行消息的传递或触发状态的改变。不同的接入可以混合使用，如通过有线接入的用户面串接非授信3GPP接入实现接入嵌套。5G网络还提供了网中网的接入方式，如5GS作为交换机或透明网桥的方式提供终端通过3GPP接入方式接入虚拟网络VN或TSN网络。此外，5G也已经启动了卫星通信的研究，在频谱使用和覆盖等方面和5G无线接入形成互补。

5G支持有线接入旨在重用成熟的固定接入来扩展5GC的覆盖范围，同时通过多个接入链路，捆绑无线和有线带宽，提供更高的速度、更好的服务质量（QoS）和可靠性，为用户提供了最好的承诺。宽带论坛（BBF）通过和3GPP的合作，从保持5GC的控制逻辑的一致性和尽量避免用户侧已有的接入设备的升级改造等方面出发，定义了5种方式的融合接入[1]，见图1虚框内。

6G全域接入实现6G全域融合网络立体空间三维全覆盖接入和连接的鲁棒性，具体涵义包括异构终端泛在接入和多元化接入。

首先，所有的人、物、机器，都可以发起通信需求，不管是作为UE还是被UE所感知，例如：人体器官、家居家具、公共设施、生产终端等。各类信息都可以数字化后进行传递，例如：人体的嗅觉、味觉、触觉，都可以被数字化为通信信号。终端在功能形态上向泛在化、异构化发展，通常集多种通信/接入模式、计算、感知、业务能力、安全自保护等功能于一体。

泛在接入则是对接入介质和手段的覆盖，包括有线、无线、卫星、空间、授信接入、非授信接入、混合多接入等。卫星接入的重要性在6G下被提到了新的高度，除了可作为应急通信、紧急救援、高空互联网等应用的接入手段，解决荒远地区的通信覆盖问题外，还将作为一种广域连续性的保障性接入手段：在终端高速移动时，减少切换带来的时延和对业务连续性的影响。

结合BBF和3GPP对多接入的研究进展，展望6G初期支持的多接入和迁移路径如图1所示。

图1 6G初期的多接入场景和迁移路径

多元化接入则是实现新的接入互通或组网方式，如组建体域网、网中网、工业现场网、近域网（D2D）或混合网等。典型地，可采用6G网络组建工业现场网，填补5G网络组网应用的性能鸿沟，统一工厂内外网，更好满足工业控制的确定性通信需求。

全域接入的一个重要挑战来自于融合接入带来的融合承载问题，接入网和底层传输网之间的自动协调将是统一控制的一个实现目标。

2 统一控制和协同调度

在全域接入的基础上，统一控制和协同调度（下文统称：统一控制）对终端用户是透明的，目标是实现业务体验的一致性和提升。统一控制要求对网络资源有全面的视图，有智能的控制逻辑，以达到资源利用、业务需求和业务体验的最佳匹配。控制逻辑的智能，可以来自网络内生的智能，或外部的大数据平台。统一控制执行各种管理操作和控制策略，包括认证和安全、多接入调度、移动性管理、会话管理、用户面管理、业务连续性保障、能力开放、QoS和计费等。

以接入调度为例，5G网络已有支持ATSSS（Access Traffic Steering, Switching, Splitting）的一些机制，涉及接入方式的选择、业务流在不同接入方式下的切换、分流等[4]。控制和调度的颗粒度可以基于会话等较粗的颗粒度，而目标则是实现更细颗粒度和更精准的调度，如实现业务流级别的调度，即同一个数据流的不同数据包在不同的接入通道上传递。实施调度的依据可以是预置的接入优先级、资源负载均衡的需求、实时的网络性能，或者是NWDAF（Network Data Analytics Function）提供的服务等。一个应用维度的业务流要实现在不同的接入方式下扭转，可以利用终端、网络功能底层提供的性能检测和分流功能，或者依赖于网络协议层或应用层的保障机制。举例来说，在服务化架构中，IP流可基于TCP或UDP进行传输，MPTCP（Multi-Path TCP Protocol）可以在TCP连接层重组不同连接传送的数据包，而基于UDP的业务的多路传输则可利用MP-QUIC（Multi-Path Quick UDP Internet Connections）协议进行包重组[5]。根据网络支持的数据包类型，可以预计未来的终端至少支持四种接入调度方式，如图2所示。

以图2为例，对于UDP流，UE可基于底层ATSSSLL（Splitting-Low-Layer, Access Traffic Steering,Switching）功能，通过对链路性能的测量确定业务流如何在两种接入间分流，而QUIC功能支持对不同路径的包进行排序重组。

图2 6G UE支持接入调度的四种实现

在全域接入的基础上，6G的接入调度不仅仅是非3GPP和3GPP接入之间的调度，还将扩展到卫星接入、网中网等多种接入方式的调度，同时需要保障个域网、体域网、近域网（D2D）等网内直通或多连接互通。近域通信是6G的一种新型组网和接入方式，终端之间可以在直接建立通信链路，数据流不需要经过任何的网络功能，这种实现对视频内容的面对面分享非常有用，而更有吸引力的是通过近域网，将多个终端的资源和业务能力，如算力进行聚合，有可能提供比边缘计算更加优质的体验。

统一控制除了接入调度，其他对网络性能的保障性控制也越来越重要，如QoS、TSC（Time Sensitive Communication）、切片等。确定性通信服务能力将是6G的重要能力，确定性通信要求网络的传送时间是精准可控的，网络利用时间同步机制辅助时间的计算，对网络资源进行调度，以保证传送时延不大于目标时间，从而留出可控制的空间。TSC不等于低时延，但往往需要在保证低时延的基础上实现，网络通过保持缓冲机制保证时延的精准性。

鉴于6G提供的服务更加多样化和定制化，控制逻辑也越来越复杂，统一控制对网络智能的要求也越来越高。NWDAF是5G网络引入的专门负责数据分析的核心网网元，可视为网络内生智能的雏形，为智能化的控制和调度提供了有力手段。NWDAF采集来自5GS的用户数据、业务数据、网络运行数据等，也可以从外部输入辅助数据，进一步运用大数据分析的方法提供特定的分析服务，供内部策略依据和外部调用。NWDAF嵌入5GS的业务流程，支撑业务的控制更加实时有效。5G中，NWDAF可作为PCC策略和切片选择策略的依据，也可以保障ATSSS、路径选择、边缘应用发现、边缘能力开放等实现，NWDAF的分布式部署和协同交互（联邦计算）的研究也提上了日程。

到了6G，NWDAF类似的智能服务功能将发挥越来越大的作用，但其功能形态将发生改变。一种可能的方式是：数据分析本身就成为一种被分布式调度的对象，利用分布式计算或联邦计算的机制，对外呈现一体化的智能。伴随着包括控制和智能服务在内的网络功能向分布式范式的发展，对区块链等分布式授信机制的支持也将成为网络内生的基础功能。

实现智能化的统一控制，包括三个基本流程，首先是感知，接着是分析，然后才是控制。从端到端的流程看，即使有智能服务的支撑，还需要解决两大难题：

（1）感知的问题感知问题即客户端、应用、网络之间的需求理解和传递。在4G、5G移动网络中，通过网络能力开放的方式提供了应用方向网络传递需求的手段，特别在5G时代，网络开放的能力扩展包括了特定网络参数配置、边缘分流路径定制、网络监控和网络数据分析等。虽然网络开放能力在不断扩展，但仍未完全覆盖需要动态感知的数据需求。

（2）不同层面控制的适配和协同即使使用了能力开放的方式，需求的传递仍只是止步于移动网络的业务控制层，未能与承载层和资源层自动协调和交互。

本文将从云网协同的视角考虑如何解决以上问题。

3 云网协同

灵活高效的部署需求以及服务化、云原生的技术趋势驱动了云网协同成为6G融合通信的基础底座。6G全域融合网络中，任何的网络功能，都可以按需分布式部署，取决于资源的分布情况、业务的具体需求和资源消耗的匹配值，云网一体化已经成为服务常态。云网协同，就是解决云和网的能力、需求传递和相互适配的过程，是实现云网一体化的必要手段。在云资源的应用上中，不仅网络功能，应用及各种具备计算或存储能力的单元（如终端）等可以云化部署，所以，云网协同是个端到端的过程。

在6G全域融合网络中，一方面统一控制的智能来自无处不在的算力，另一方面，统一控制也会映射为对网络资源的调度，并最终体现为对多元算力的调度。理想情况下，云网单元都同时具备感知功能，利用内生智能理解感知数据并进行协同，实现占用最少最优的资源满足特定的业务需求。可见，云网协同和统一控制的目标是一致的，为了解决上述提到的两个难题，业界主要有两种研究方向，即算力网络和应用使能架构。

算力网络分为分布式算力网络和集中式算力网络。分布式算力网络基于增强的路由学习和路由寻址机制，主要着眼于协议层的增强，解决调度问题。算力网络实现了资源的统一调度，但对于需求的映射暂停留在路由协议标识的层面。集中式算力网络则是引入了云网智慧大脑（控制器）的思路，通过智慧大脑感知和解析调度需求，通过端到端编排实现网络的按需调整，其面临的难点在于需求模板的普适性、编排控制实时性，及如何将终端资源纳入管理编等问题。

在5G边缘计算的部署中，为了发现本地服务，传统的DNS流程不再适用，网络和应用之间需要交互应用部署信息。终端在移动出特定范围时，边缘客户端要及时获取新的应用层配置信息，如更新DNS配置等。鉴于应用对网络需求的差异性和应用需求调整的动态性，针对边缘计算和垂直应用，3GPP定义了两种应用使能架构，即边缘计算使能架构和垂直应用使能架构[6-7]。设置使能架构旨在提供和规范客户端、网络和应用协同的手段，简化网络的实现。6G的应用使能架构可以综合边缘计算使能架构和垂直行业应用使能架构的思路，并将应用范围扩展到整个云网端生态，如图3所示：

图3 6G应用使能架构示意图

图3中，将客户端和服务器端分解为使能服务器/客户端和应用服务器/客户端两部分，相当于将在应用层面按业务控制能力与应用自身的服务逻辑进行了分解，并分别通过网络的控制面和用户面进行协同，从而使能了需求的及时反馈及对应的配置参数的灵活调整，简化云网协同的实现。使能架构打通了6G服务链的上下游，一定程度上也简化了对SLA符合度的评估手段，但同时也将改变应用服务和客户端的开发模式，需要产业上下游的合力推进。

分布式算力网络、智慧云网大脑和应用使能架构从不同的角度提出了云网协同的思路和手段，但各自的涉及均不太完善。从云网协同的层面看，上述几种手段不是相互排斥的，可以融会贯通，至于未来会以哪种方式为主去兼容另一种方式、哪种方式和未来的网络架构更加匹配，或者几种方式如何有机融合，还待验证。

4 结束语

在社会、技术、应用的多重驱动下，人们展望6G是改变世界，引领健康、美好生活的多种学科门类和技术使能的融汇生态。6G全域通信网络作为6G融汇生态的基础，不管是业务的承接，还是创新能力和业务的运营，都不可能脱离现有网络一蹴而就。比对5G网路的现有研究、技术发展趋势和6G的愿景，我们不仅可以更深刻地理解6G的愿景，同时也可以发现技术鸿沟。既然6G是一个融汇的生态，解决网络演进的数字鸿沟的方法也必将是对跨域多方面技术融会贯通的应用。