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打造下一代无线网络的六大要点

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  • 6G标准化预计将于2025年启动,目前各方已经在积极探索未来网络的架构设计,其中可以借鉴5G过渡的许多经验教训。
  • 爱立信研究院的专家总结了未来6G系统的六大设计要点,涉及部署方案、网络接口、基于意图的自主性和开放性等方面。

核心网络架构高级专家

Principal Researcher, network automation

Expert, Network features and control architectures

Senior Expert, Radio network architecture

打造下一代无线网络的六大要点

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下一代无线网络——6G——还处于早期的探讨和研究阶段。

虽然6G还很遥远,但我们现在就需要明确一些探索方向,包括如何构建未来的网络以及它应该达到哪些标准。

今天就开始启动这个旅程,将有助于我们为本十年的6G标准化做好铺垫,并为现有的5G和未来的5G高级网络做好向2030年后商用6G网络演进的准备。

在这篇博客中,我们分享了设计未来6G系统时要注意的六大关键要点。

1. 一个简化的6G架构

要点:减少架构方案的选择将有利于6G的顺利推出


设计6G网络架构的总体目标之一是让现在和未来的5G网络能够平滑地过渡到具备全新特性(当然,这些特性还有待确定)的下一代网络。

我们可以从最近和正在进行的5G网络的部署中学习到很多经验教训。例如,一个比较棘手的问题是当时5G制定了多种部署方案(即用户设备(UE)的连接方式),包括非独立和独立两种模式。


支持非独立5G是有几个原因的,其中之一是让现有的低频LTE能够覆盖新的毫米波5G网络。然而,多种部署方案也给5G市场的发展带来了复杂性。在很多情况下,这阻碍了网络向唯一能够充分发挥5G系统潜力的部署方案的转变:即5G核心网络和完全独立的5G。

对于未来的网络,行业应该吸取教训,专注于标准化和部署统一的6G架构和迁移路径,避免多种连接方式和不必要的复杂性。

2. 面向未来的5G核心将使迁移更加简单

要点:独立的6G RAT应该由具有新6G能力的演进后的5GC支持


即将到来的6G标准化旨在定义一种新的独立的6G无线接入技术(RAT),以实现满足2030年以后高级用例需求所需的能力和特性。

在未来6G核心网络方面,我们认为基于现有5G核心网络的演进是最佳选择。原因是5G核心的规范非常具有前瞻性,并允许从6G推出之初就利用5G核心能力,如开放性、时间敏感和可靠通信、网络切片、多代互通和漫游等。

这也仍然允许在5G核心中引入新的或改良过的组件来支持新的6G能力。从迁移的角度来看,这也将使得6G作为一个独立的RAT部署更容易,并顺利地从独立的5G进行过渡。这不仅适用于运营商,也适用于能够利用5G独立部署的行业和企业。

6G RAT应该针对在这个时间段内可用的新频段进行优化,但也应该针对5G网络使用的现有频段进行优化。这样,运营商不仅能够在现有频段中利用6G特性,还可以使用6G频谱聚合技术将现有和新频段结合在一起,支持极致的6G速率、覆盖和容量。

为了利用被5G流量占用的现有频段,6G必须充分支持5G/6G频谱共享,使得5G和6G能够有效地共享频谱资源。在这方面,可以利用类似于今天LTE/5G动态频谱共享(DSS)的机制。然而,预计6G将支持精简载波,在没有或很少流量时开销非常低,因此可以认为5G/6G频谱共享将更加高效。

3. 简化架构有诸多益处,应该是我们的目标

要点:为了提高开放性、缩短新功能和应用的上市周期,6G架构应该着重于一组关键的多厂商接口。


下一代网络的架构应该比之前的架构更加简洁、高效,通过减少连接方案的选择可以实现架构的简化,这一点我们在前面已经讨论过了。

这将有助于加快新6G功能的上市速度(通过加速标准化、实施和测试的进程),以及确保6G网络的部署和运行能够受益于快速发展的IT工具和框架(避免依赖于电信专用的解决方案)。还有一些其他明显的好处,包括更简单的系统集成和更强的网络稳定性,因为减少了故障源或错误源。

为了实现这种简化,我们行业需要在6G标准化开始之前就关键的多厂商接口、UE连接方式和明确的网络需求(例如,服务层支持、安全性、移动性、部署和旧系统互通)达成共识。这种共识也将有助于减少网络中的选项数量,避免市场分化。到目前为止,一些已经确定的关键接口包括漫游接口、核心-无线接入网络(CN-RAN)接口、用于移动性的RAN内部接口、低层分割(LLS)/前传接口,以及用于管理、开放和与底层执行环境交互的接口。

上图:6G网络架构概览 - 一些关键接口

上图:6G网络架构概览 - 一些关键接口

4. 要实现灵活性,需要从设计、构建和运营三个方面入手

要点:标准化的功能架构应该将云的细节抽象化,以便实现和部署的多样性。


一个高效的移动网络是由三种不同的架构构成的:标准化的功能架构、实现架构和部署架构。这些架构共同决定了网络是如何在抽象层面上定义、构建和最终设计、配置和运营的。

下面对每种架构进行了概述:

  • 标准化的功能架构定义了抽象实体、它们执行的功能、它们向其他实体提供的服务,以及系统工作的方式。
  • 实现架构指导开发过程,包括开发工具、内部结构和软件生命周期管理的选择,即系统是如何构建的。
  • 最后,网络运营商的部署架构师必须根据实现架构的能力制定具体的网络设计、配置和运营计划,即如何创建和运营一个网络。
上图:组成移动网络的三种架构

上图:组成移动网络的三种架构

这三种架构是相互关联的,但它们之间存在着明确的责任划分。与移动网络相关的大多数技术决策都在这三种架构中的某一种架构中做出。

标准化的功能架构确定了实现架构需要做什么,同时允许一系列的实现选择。因此,实现架构确定了部署可以操作的范围。在这个过程中,最好尽可能地推迟决策,以便为部署架构师留下更多灵活性。功能架构不应该依赖于特定的实现架构或指定特定的部署架构,而应该在设计和部署阶段对这些领域做出决策。

实现架构应该具有灵活性,以尽可能地支持多种类型的部署。它在很大程度上受到云和相关技术快速发展的影响。当然,为了互操作性,标准化的功能架构必须足够具体,但一定要有意识地限制其范围。

最后,值得注意的是,三种架构之间的关系并不是单向的。例如,有很多运营和实施经验反馈给了功能架构。

5G标准详细地规定了多种实现和部署方案,并给予了明确的支持。例如,网络功能(NFs)、NF集合和NF实例有多种绑定方案可供选择。另一个例子是NF之间的通信,可以是直接或间接的。发现、初始选择和重新选择的过程可以全部或部分交由服务通信代理(SCP)处理,也可以不交由SCP处理。这些决策都会对部署、配置和性能产生影响。这种情况不太理想,因为它使得系统变得不必要地复杂。

在思考6G功能架构时,也要考虑到另外两种架构。具体来说,建议以下几点。

  • 抽象:一般来说,功能架构作为变化最慢的部分,应该专注于应用逻辑,尽可能少地干涉实现和部署的细节。这样可以促进潜在的创新。
  • 云友好:我们应该推广与云平台兼容良好的解决方案。例如,由于部署架构决定了功能的部署位置,功能架构应该不感知位置。这包括是否支持单点或多点服务的概念。另一个例子是实例绑定,它暴露了服务的实现细节,而这通常是在现代云应用中隐藏的。
  • 平台无关:由于没有标准的云平台,功能架构应该允许支持多种云基础设施组合。
  • 管理分离:管理标准应该完全摒弃节点的概念,专注于逻辑NF。这些应该与实现它们的硬件和软件分离。这不仅允许在不影响NF的情况下升级软件,还允许改变NF的行为。

5. 如何构建一个几乎具有零接触自主性的网络架构

要点:意图、数据和人工智能将使6G中许多不同服务实现高效管理,其中大部分详细配置由网络自主完成。


网络的整体配置、其服务和各个网络功能也应与详细部署分离,例如在哪里实例化给定功能以及每个位置需要多少个副本。

对于未来的6G系统,我们还期望会有更多种类的服务,包括公共和私有服务。为了有效处理这些服务,6G系统应在很大程度上实现自主性,即人类定义操作要求,而网络具备智能以识别并采取必要的行动,例如进行详细配置。基于观察到的数据,系统还会随着时间的推移进行适应和学习,以优化性能。

为此,网络应支持以下三个主要方面。

首先,我们引入意图来配置网络及其服务。这些意图是对网络中应该实现的目标的正式规范,也是在资源限制影响性能的情况下进行优先级排序的手段。网络应根据当前情况和学习行为自主运行,以最佳方式实现所有意图。意图来自不同的来源,例如客户服务的服务水平协议(SLA)或优化能耗的运营商策略。它们还用于系统之间,形成了意图管理功能(IMF)的层次结构,具有特定的范围,例如网络域(RAN、传输等)或地理/管理域,如下图所示。

意图将需要实现的要求与实现这些要求所需的程序、操作和内部参数分离。举个例子,假设你有一个RAN调度器,有四个不同的参数需要设置,会影响特定服务的吞吐量和延迟。通过使用意图,你可以设置所需的吞吐量和延迟,而不是四个特定于实现方案的参数。然后,可以用含七个参数的更好的算法替换它,并且仍然通过吞吐量和延迟进行控制,就像在更改之前一样。

其次,网络应在必要的地方支持智能。这包括将一组全局的高层意图转化为底层的具体意图,最终转化为详细配置。但我们还期望人工智能算法能够补充或替代现有的程序和优化算法,因为它们能够从实际网络性能中学习并根据本地条件和观察到的模式进行调整。还应该能够根据成本效益分析,在合适的地方执行AI工作负载。因此,人工智能执行和训练环境需要在整个网络中可用。当网络中的人工智能模型数量增加时,它们的生命周期管理需要完全自动化,决定例如使用哪个模型版本进行执行,以及何时何地进行模型训练。模型可能需要来自多个层次和网络域的数据,这可能意味着层次和域边界的模糊。

第三,需要一个分布式数据基础设施来支持无处不在的互联智能。在最合适的地方执行和训练AI模型需要能够在任何位置都可获得及时和相关的数据。有时数据会被集中传输进行处理,而有时将数据保留在原地并进行本地处理更好。有几个因素会影响这个选择。数据可能由于法律限制而绑定到某个位置,或者数据的数量可能使传输变得过于昂贵。网络功能还需要支持更灵活的可观察性,只在需要时收集数据,例如用于训练和分析。

未来的6G网络

上图:未来的6G网络将支持大部分自主操作所涉及的三个主要方面:意图管理功能(IMF)的层次结构、按需智能(图示中的红点),以及共享的分布式数据基础设施。

6. 开放和聚合将成为确保创新和业务规模的关键

要点:6G网络将作为全球和本地创新平台,在多个层面上开放服务。


6G网络将在5G正在建立的创新平台上进行扩展。这使得应用开发人员可以轻松访问网络开放的应用程序编程接口(API)。这些API使得可网络的固有能力不仅只用于通信服务,例如设备位置和管理、安全性、同步、感知和服务质量(QoS)。

基于更丰富的网络能力,可以在网络生态系统中提供更复杂的增值服务,更贴合应用需求。但除了服务内容之外,还应提供新的服务质量水平,允许网络和应用程序相互通知预测的变化和服务需求。与此相关联的是,应提供更复杂的服务层协议(SLA),并能够动态更新。

从运营商(或应用程序)的视角来看,无论用户在任何给定时刻位于何处,都需要网络服务。因此,网络平台的角色还应该能跨多种接入类型(例如Wi-Fi、卫星和蜂窝)、跨多个6G网络聚合服务,以确保平稳高效地交付服务。这个功能可以由网络或独立的聚合器承担,而聚合器可以是网络联盟或独立的服务提供商。

因此,6G架构需要支持网络与利益相关者之间的更深入互动,在更大的生态系统中创造更多的商机。网络应能够在多种不同的场景下提供服务,例如面向企业和行业的全面提供商,直接面向运营商,作为聚合在全球规模应用程序中的一个组成部分,以及作为直接面向最终用户的运营商。

上图:网络生态系统中的商业和技术关系

上图:网络生态系统中的商业和技术关系

7. 总结

6G仍然是一个未来目标,但我们现在就要提前列出一些探索的关键原则,这已经刻不容缓了。在这篇博客中,我们提到了设计未来6G系统时的六个关键点。

  • 重要的是拥有一个单一的6G架构和迁移路径,以避免多种连接选项和不必要的复杂性,从而实现6G的平稳引入。
  • 未来的6G核心网络应该是今天5G核心网络的演进,具备支持新的6G功能的可能性。这也将使6G作为独立的RAT更容易部署。
  • 为了实现开放性并缩短上市时间,行业在关键的多厂商接口上的统一性非常重要。
  • 标准化的功能架构应该对云友好,独立于平台,并允许管理分离,以实现实施和部署的自由。
  • 6G系统应在很大程度上是自主的,使用意图、数据和人工智能将实现对多种不同服务的高效管理。
  • 6G网络将在多个层次上提供服务,应用开发人员可以轻松访问开放的网络API,因此,它将成为未来的创新平台。

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