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1、“三体四层五面“的6G网络架构详细设计陆璐中国移动2023年12月目录26G架构的设计思路16G“三体四层五面”架构的详细设计2总结和展望3ITU-R已明确6G典型场景和指标,将实现从移动通信向移动信息的重大转变6G要求网络内生支持AI、感知、泛在连接等新能力,网络将从通信服务向信息服务转变3典型场景可分为三类,从信息传输到信息全过程服务:l第一类是性能沉浸化:5G三大场景的增强l第二类是要素融合化:AI与通信的融合、感知与通信的融合l第三类是覆盖全域化:泛在连接技术指标包括两类,在5G基础上扩展与增强:l第一类是6G新能力拓展:覆盖性、感知、AI、可持续性、互操作性、定位能力l第二类是5G能
2、力增强:安全、可靠性、时延、移动性、连接密度、区域话务容量、频谱效率、数据速率等从ITU技术指标到技术布局,系统是关键4不仅有单点技术的指标也有网络系统的指标对感知、AI、计算等要素与网络(通信)的整体融合提出了要求 峰值速率100Gbps以上 网络频谱效率提升23倍 定位精度提升至1-10cm 空口可靠性提升 连接密度提升2-3倍 支持AI相关能力 支持感知相关能力 安全、隐私与弹性 可持续性 互操作性 通信与AI融合 通信与感知融合 泛在连接 沉浸式通信(Immersive Communication)超高可靠低时延通信(hRLLC)海量连接(Massive Communication)I
3、TU技术指标不是单点技术的要求,而是对整个网络的系统性要求;架构设计需从网络整体出发,系统思考6G架构演进的关键方向面向网络平台化、服务多样化的发展趋势,6G架构演进的关键方向在于增强自身管控能力、扩展服务要素、拓展服务领域5增强自身管控能力扩展服务要素拓展服务领域未来业务需求流量带来基站规模倍增超低时延推动超边缘化数据本地化从集中式网络向分布式自治网络演进,灵活部署、本地闭环,适配多样化场景需求空天地一体化深度融合组网,实现全球全域低成本“立体泛在覆盖”新增数据、计算等服务要素,赋能网络内生AI、通感一体等网络新能力OTN/OXCOTN/OXCOTN/OXC基础设施InternetIoTV2
4、XR数据服务连接服务计算服务通感AI提出“三体四层五面”的6G总体架构6提出“三体四层五面”的6G总体架构,充分利用多样化通信和算力资源,新增数据面、计算面、安全面、服务使能层、数字孪生体,在架构层面实现对新型信息服务全场景、全流程的支持三体增加独立孪生体,虚实映射重组管理编排体,智能自治四层功能分层,跨域拉通强化算力、路由五面增强传统控制面/用户面增加独立数据、计算和安全面服务化功能层服务使能层控制面用户面数据面计算面安全面连接与路由层(空天地多接入,可信连接,异构互联,算力路由,确定性转发)通信与算力层(无线通信,光通信,计算,存储)网络本体数字孪生体管理编排体通信服务感知服务计算服务AI
5、服务安全服务孪生控制孪生编排孪生建模孪生实例能力开放管理自治服务设计资源智能编排调度跨域质量保障跨域数据管理目录76G架构的设计思路16G“三体四层五面”架构的详细设计2总结和展望3体数字孪生体:赋能网络自治闭环验证和控制8网络本体原生支持孪生接口,包括网络实时数据接口、虚实交互控制接口,实现网络物理实体和虚拟实体的实时交互映射,赋能网络运行态下全维透视分析,自治闭环控制。数字孪生编排功能数字孪生控制功能孪生模型库数据面数字孪生实例运行数字孪生实例监控管理数字孪生建模管理网络本体编排管理体网络配置管理数据接口网络本体实时数据接口数字孪生模型生成数据交互功能配置和资源数据p 原生孪生接口:网络本
6、体、编排管理体、数字孪生体基于原生孪生接口,实现虚实体间的数据交换和交互控制,是实现网络数字孪生的基础。p 数字孪生建模:基于模拟、仿真、数学分析、AI建模等多种建模技术生成网络、用户、环境的孪生模型,是构建网络数字孪生的核心。p 按需编排控制:解析网络本体和编排管理体的孪生需求,按需编排孪生资源、模型和对象,实现孪生对象设计,是构建网络数字孪生的大脑。p 孪生实例生成:基于编排结果,生成和运行网络孪生实例,实现对物理网络某个或某些方面的实时或预测性镜像,用于网络的分析和验证,是网络数字孪生的承载实体。虚实交互控制接口虚实交互控制接口数字孪生体体数字孪生体:流程贯通网络本体和数字空间9核心网用
7、户面功能2用户面功能1网络能力开放功能网络存储功能策略控制功能用户数据管理功能鉴权服务功能 会话管理功能接入管理功能网络存储功能模型库数字孪生管理编排功能数字孪生控制功能数据交互单域数字孪生端到端网络数字孪生专网数字孪生孪生指令端到端网络管理编排无线网管核心网网管数字孪生实例管理监控1数字孪生实例管理监控2数字孪生实例管理监控3数据325传输网管基于网络本体对数字孪生体的需求输入;对网络数据进行实时采集;通过对数字孪生对象的智能编排;按需生成相应的数字孪生实例,执行数字孪生运行要求;得到数字孪生运行结果,用于网络本体运行优化闭环;4144体管理编排体:实现网络的全生命周期管理能力开放管理自治服
8、务设计跨域质量保障资源智能调度编排运维管理各域管理无线网OMC传输网SC核心网OMC专业管理域其它功能跨域数据管理故障管理性能管理质量保障域其它功能网络模型设计功能监控功能开放配置功能开放能力开放域其它功能NFV编排SDN编排其它专业编排系统配置管理端到端业务编排资源管理局数据编排传输网DC/EMS10管理编排体网络本体数字孪生体管理编排体是对网络资源、网络能力进行智能的编排管理,实现网络全生命周期管理的功能实体 管理编排体的主要操作对象是网络本体,同时也对数字孪生体进行编排和优化 整合多方资源,端到端拉通以实现管理系统的更新换代p 能力开放管理:将跨域网络的连接能力、算力能力、智能能力、安全
9、能力等编排为可对内对外提供的服务p 运维管理:面向网络资源,需具备对频谱、存储、算力等相关资源的统筹和精细化管理能力。通过自治服务设计、资源智能调度编排以及跨域质量保障实现网络自治的闭环管理运维p 跨域数据管理:具备对端到端各域网络的数据管理能力,包括数据上报、数据监控、配置参数下发等层通信与算力层:实现通信、计算、存储资源协同优化p 增强无线通信频谱效率和接入:充分利用低中高全频谱资源,提供空天地多接入,支持通感一体p 增强光通信底座能力:构筑基于OXC的光电联动全光网络底座,支持400G/800G大容量高速互联和全光灵活调度,实现业务动态感知p 新增智算、超算等新型算力资源:算力基础设施向
10、通算、智算、超算一体化演进,提供多样、立体、泛在算力p 新增新型存储资源:支持文件、对象、块等多元融合存储,引入分布式存储等新型存储p 支持通信、计算、存储资源间协同:支持资源层面感知、协同和优化,实现一体化资源按需、灵活供给p 增强资源绿色与安全能力:提供低碳、绿色、安全的网络、计算、存储资源,并支持资源间协同节能面向6G新场景、新需求,为了更好支撑上层网络功能,需增强通信资源能力,同时支持计算资源和存储资源的高效供给,实现通信、计算、存储资源间的协同优化通信与算力层计算资源通用算力智能算力超算中心存储资源多元融合存储下一代存储分布式存储通信资源光通信无线通信空天地一体通感一体400GOXC
11、新型光纤800G毫米波分布式安全 绿色11层连接与路由层:实现调度智能化、协议一体化、算网一体化以新型统一IP底座为基础,走向调度智能化、协议一体化、算网一体化,实现基于多网络、多体制、多接入融合的连接与路由,满足对服务化功能的支持及自适应调度能力 统一IP底座带来接口的高度一致和效率提升,为采用智能化编制寻址及路由实现已构子网最优连接和路由奠定基础调度智能化 一体化协议能够避免用户频繁切换,通过统一编址寻址和多级动态路由,实现多源异构子网的一体路由调度 未来一体化协议将向3GPP体制替代私有协议的方向发展,实现空、天、地、海统一接入+星间星地链路的统一协议设计协议一体化 未来一体化连接+算力
12、将向算力云化平台+全域资源虚拟化的方向发展,实现连接+算力一体感知、调度、供给、服务通信子网数据子网算力子网空天地子网配置协商IPIPIPIP分布式子网安全鉴别/网络监视网络确定性eSBI智能调度智能路由12算网一体化层服务使能层:基于智能化服务封装实现统一对外开放通过智能化的服务封装,为自有业务和第三方应用提供服务,进一步丰富对外开放的信息和通信能力支持灵活接入、定制化服务、服务供需动态匹配服务使能层连接与路由层通信与算力层网络本体数字孪生体管理编排体服务化功能层p 服务封装p 基于AI进行的服务化功能拆解、重组、编排,灵活匹配服务供需,调度数据、计算、控制等资源,进行服务封装,提供定制化、
13、多样化服务p 服务开放p 支持内部自有业务的服务相互调用,及对外行业客户开放控制面用户面数据面计算面安全面服务开放通信服务数据服务位置服务AI服务服务封装服务注册监测计量服务发现智能编排行业客户对外开放内部调用内部调用13层服务化功能层:分布式服务化框架向广域、分布式、全服务化演进扩展5G以NRF、SCP为核心的服务化框架,为广域、分布式、全服务化网络提供基础UE控制面计算面用户面数据面安全面Service FrameworkeNRFeSCPgNB集中节点分布式节点 1分布式节点 2UE控制面AMFSMFAUSFPCF计算面NWDAF用户面UPF数据面UDM安全面Service Framewo
14、rkeNRFeSCPgNBUE控制面计算面用户面数据面安全面Service FrameworkeNRFeSCPgNBp NRF:从控制面拓展到五面、多子网的层次化管理p 从控制面的NF/Service集中化管理到五面所有NF/service层次化管理:所有面的NF/service均通过增强型NRF实现统一管理,并考虑通过各节点的NRF协同、或者汇聚的多维管理方式p 从NF/service的管理到子网的管理:拓展NRF能力,实现分布式子网的自动化注册、能力协商、状态感知和同步等,从而实现子网即插即用p SCP:同通信代理到分布式控制,以及拓扑管理p 框架和服务解耦后的进一步增强:增强SCP的se
15、rvice mesh能力,并增加服务的分布式路由、调用、拥塞控制、容灾备份p 分层、分域、分布式的拓扑管理:层次化的拓扑组织、子网间的拓扑隔离、协同,支持跨层控制14面新增数据面的必要性现有网络仅作为数据传输管道,无法满足6G AI新型数据要素的采集、传输、处理、存储需求问题表现为6G AI模型、网络上下文等数全流程处理构建独立数据面解决思路需要设计全新功能集:现有网络仅支持部分功能,无法满足上述需求,需要引入更多数据相关功能,实现全流程的数据处理新功能集性能、机制差异大:这些新的数据相关功能与传统控制面、用户面的可靠性、时延等KPI要求均不同,要求高可靠存储、高速读取、极高可靠传输等结合移动
16、特性的统一控制:基于移动性管理增强、实现移动网络数据全流程处理融合控制新需求6G AI 数据采集6G AI 数据传输6G AI 数据处理6G AI 数据存储挑战实时性;细粒度;非per UE数据量大;高并发;QoS要求各异去隐私化处理;数据加工;数据/模型封装训练/推理等需要大量数据存储;AI模型等非结构化数据存储;快速索引现有用户面不支持部分支持不支持不支持现有控制面部分支持部分支持部分支持部分支持新增数据面需求挑战设计思路从传统面向用户的单一数据转发,到面向全要素的数据生产、消费全流程增强控制面15面数据面的设计:满足数据高效存储、处理、利用需求p 以数据的高效可靠存储读写为核心,结合数据
17、服务编排等控制,设计新增独立数据面,通过定义标准化的数据服务功能,实现数据服务解耦p 基于控制面增强以支持数据服务、移动性管理等协同的全局控制,以及数据面的服务控制和执行,实现对网络数据、用户数据、AI等新型数据的全流程处理p 增加数据面执行功能DF:新增数据采集、数据处理、数据存储功能,实现对数据的全流程处理DC:Data Collection 数据采集服务(可集成到其他NF)DP:Data Processing 数据处理服务DR:Data Repository 数据存储服务(基于UDR,UDSF演进)p 增加数据面服务控制和管理功能DMF:面向数据服务任务,编排数据处理服务链;构建统一的数
18、据存储前端,实现对多元数据的高效存储和读写SDM:Stored Data Management 存储数据管理服务(基于UDM演进)DSC:Data Service Control 数据服务控制服务DSR:Data Service Register 数据服务控制服务p 增强已有控制面能力eAMF,eSMF,ePCF:实现对数据服务的接入、QoS管理等顶层控制计算面安全面用户面控制面eAMFeSMFePCFDMFDSCDSRSDMUDMDFDCFDPFDRUDRUDSFDCDP数据面16面新增计算面的必要性新需求高性能计算移动计算个性化计算挑战多并发、高实时计算任务连续性、计算能力一致性按需、灵活
19、、可定制现有网络支持情况网络仅作为接入管道,计算任务需到远端计算节点处理,或支持简单策略生成等简单计算计算节点预先加载业务,不支持基于用户位置/行为的连续计算预先规划、固定部署,不支持泛在化、个性化需求需要设计全新功能集:引入计算的编排、管理和执行等新的计算功能,以实现移动网络中的高性能计算新功能集性能、机制差异大:新功能集与传统控制面在功能、计算速度、并发数等KPI存在较大差异,要求高性能计算、分布式计算结合移动特性、算力分布的统一控制:实现对移动性、会话管理、计算任务、计算执行、协同调度等的全局控制现有网络和计算相互独立,无法满足AI业务实时性、动态性、个性化需求问题表现引入计算编排和管理
20、,实现高性能计算任务执行,新增计算面,并增强控制面实现统一控制解决思路需求挑战设计思路新增计算面增强控制面从传统面向用户的连接控制,到面向计算任务的算网一体融合控制、高性能计算执行17面计算面的设计:满足高性能、按需计算服务的需求18p 新增计算资源管理及计算任务的编排、执行功能:计算任务编排服务CTO:Computing Task Orchestration,实现计算任务需求识别、计算任务分解和汇总、技计算任务映射部署计算资源管理CRM:Computing Resource Management,实现计算资源的建模、注册、感知,计算资源拓扑计算任务执行服务CTE:Computing Task
21、 Enforcement,在统一编排管理下实现计算任务的按需高效执行(集成到各计算节点内)p 新增计算管理功能(CMF),实现对计算面的统一管控,包括算网联合路径规划、算网联合QoS保障等p 增强已有控制面AMF、SMF、PCF等:为计算面提供计算接入管理、计算会话管理及计算策略控制等控制功能以高性能计算为核心,新增计算资源管理、计算任务编排、计算任务执行等服务,并增强传统控制面支持计算会话、移动性管理、算网协同等全局控制,实现计算服务的按需高效供给数据面安全面用户面控制面eAMFeSMFePCFCMFDCFDPFCTECTOCRM计算面面安全面:构建内生、主动、动态、协同的可信体系19安全单
22、元量子安全信任单元信任与安全协同安全能力调度结构化策略控制管理编排体数字孪生体6G内生安全智能分析安全推演安全防护安全决策功能安全控制功能安全能力功能隐私保护区块链身份认证PKI/DPKI可信计算访问控制威胁检测DDoS防护.无线物理层安全1.外挂到内生,提升网络自免疫能力 安全融入6G网络全生命周期 无线物理层安全实现安全与通信融合2.被动到主动,提升网络风险感知能力 智能分析,防范未知风险 安全推演,从定性到定量,提升确定性3.静态到动态,提升网络防护精细化 安全能力开放,提供精准安全服务 安全能力调度,动态组合、效率最优4.孤立到协同,提升网络安全智能化 信任与安全协同 安全能力与网络能
23、力协同 AI、数字孪生能力协同安全服务安全策略与配置安全能力与资源面用户面:深化用户面服务化,实现高效数据传输继续深化UPF服务化水平,提供策略管理、数据传输、信息开放、服务管理等服务化接口;增强用户面协议栈,实现更高效和多样化的数据传输p 继续深化现有UPF服务化水平:策略管理服务:UPF通过服务化接口的方式接收策略控制信息数据传输服务:通过不同Nupf服务的调用,实现针对不同业务和数据类型的多样化传输信息开放服务:通过服务化接口实现网络信息高效开放UPF服务管理:提供Nupf服务的注册、发现等服务管理p 增强用户面协议栈:增强GTP-U协议,并引入对SRv6协议和路径可编程的支持,以更加灵
24、活、可扩展的方式优化和丰富端到端业务支持能力用户面计算面服务框架数据传输服务数据面安全面控制面20UPF服务管理策略管理服务UPFDNS处理服务EASDF信息开放服务面控制面:面向新场景,提升网络控制能力和服务要素p 面向6G新场景、新需求,网络需要增加对新型计算、存储、安全,以及感知、节能等能力的支持p 增强已有NF、增加新场景控制NF、增加各面顶层控制NF,实现更强的移动性管理等传统控制,并提供新型控制能力,以及对新增各面的总体控制p 增强已有AMF、SMF等NF的能力:实现无源物联网的接入控制、更细粒度的QoS管理、更加灵活可靠的会话控制p 增加提供新的业务能力新NF:新增NF集成LMF
25、并实现通感一体控制、系统能效控制、无源物联控制等SF:Sensing Function 感知功能EEF:Energy Efficiency Function 能效功能IDMF:Identification Management Function 标识管理功能p 增加其他面的总体控制NF:实现计算、数据和安全的顶层控制,以及和移动性、互操作等协同的总体控制DMF:Data Management Function 数据管理功能CMF:Computing Management Function 计算管理功能SEMF:Security Management Function 安全管理功能控制面eAMF
26、eSMFePCF计算面服务框架eNRFeSCPEEFDMFCMFSEMFIDMF数据面安全面用户面 SFLMFUDMUDSFUDRAUSF21服务化功能层五面设计总体视图增强传统控制面和用户面,新增独立数据面、计算面和安全面,形成解耦的“五面”功能,并通过新型控制面对其他各面的总体控制,实现“五面”灵活组合,为用户提供灵活按需的移动信息服务22控制面eAMFeSMFePCFDFDCFDPFDRUDRUDSFDCDP数据面CMFDCFDPFCTECTOCRM计算面DMFSEMFUDMAUSFDCFDPFSCaFSDFSCoF安全面用户面DNS处理服务EASDF数据传输服务UPF服务管理策略管理服
27、务信息开放服务UPF目录236G架构的设计思路16G“三体四层五面”架构的详细设计2总结和展望3总结和展望24要支持6G的“六边形”场景,系统是关键,架构是基础;6G架构通过增强自身管控能力、扩展服务要素、拓展服务领域,实现6G从移动通信向移动信息服务的重大转变三体、四层、五面,呈现跨域、跨层、多维立体的6G网络架构全视图,实现对6G移动信息服务全场景、全流程的支持6G网络架构的详细设计中广域、分布式的服务化框架是基础,增强控制面和用户面深化服务化机制,数据面、计算面、安全面扩展新型服务要素,服务使能层封装通感算智安多样化服务,孪生体贯通网络本体和数字空间6G标准化近在咫尺,希望与业界合作伙伴携手,将6G网络技术研究的优势转化为6G标准化的胜势,共同推动6G网络蓝图落地实现!