面向智慧内生的6G全服务化架构探讨.pdf

面向智慧内生的6G全服务化架构探讨 4 总结与展望 2 全服务化架构设计及关键技术 3 中国移动全服务化阶段性研发成果 1 全服务化是6G网络发展方向 2 ITU-R已明确6G典型场景，布局了技术指标，但这些指标不是单点技术的要求、而是网络系统性的要求，技术布局需从网络整体出发、系统思考 ITU技术指标 不是单点技术的指标 而是网络系统的指标 网络整体性要求 核心网 终端 无线网 新业务及场景 通感互联 智慧工业 超能交通 全息交互 精准医疗 智能交互 元宇宙 SCU SCU SCU SCU 3 技术领域 通过平台化、服务化、内生设计，实现网络智慧内生 面向全场景，融合全要素，实现全领域资源和能力贯通 无线通信 无线组网 网络架构 多频段多制式融合组网 提高组网灵活性降成本 拓展移动网络从广域到微域 高性价比地提供感知能力 峰值速率100Gbps以上 网络频谱效率提升23倍 海量连接随机接入用户提升2倍 从ITU技术指标到技术布局，网络是关键 3 以网为核心，中国移动形成 6G技术布局，产学研协同攻关 加强产学研用协同攻关、强化关键技术系统性创新，打造6G科学实验装置，形成“3+10+1”的 6G技术体系布局 1套科学装置：构建开放的、场景化的联合研发与试验环境 10技术方向布局 超大规模天线 空口AI 语义通信 智能超表面 太赫兹通信 新型无线传输 新型编码多址 信道测量与建模 新型无源物联 异构融合组网 通感一体化 可见光通信 轻量化协议 智慧内生 空天地一体 内生安全 移动算力 分布式自治 数字孪生网络 全服务化 内生确定性 新型网络架构 无线通信 无线组网 网络架构 新型创新联合体新型创新联合体 北京邮电大学-中国移动研究院联合创新中心 清华大学-中国移动联合研究院 东南大学-中国移动 研究院联合创新中心 协同攻关基础理论和协同攻关基础理论和原型样机研究原型样机研究 产业合作伙伴产业合作伙伴 确保技术向标准确保技术向标准、产品及应用转化产品及应用转化 中国移动中国移动 以需求为牵引以需求为牵引、问题为导问题为导向向，做好做好“网络网络+融合创新融合创新”中关村泛联院 3 技术领域 4 从移动通信向移动信息重大转变，要求网络组织范式变革 6G六大典型场景要求网络内生支持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，高性能、多样性、低成本构成的所谓“不可能”三角形，需要用平台化、服务化、智能化打破 六大场景可分为三类：第一类是性能沉浸化：5G三大场景的增强 第二类是要素融合化：AI与通信的融合、感知与通信的融合 第三类是覆盖全域化：泛在连接 网络平台化是基座：网络成为聚合相关业务能力的“平台”，供需动态匹配，为用户提供多样化的移动信息服务 5 平台化服务网络是网络架构设计新范式，网络平台化、服务多样化，实现网络柔性变革，支持功能动态扩展，性能弹性提供，服务供需动态匹配，网络灵活生长 网络平台化 业务能力的原子化、开放化是关键 横向：层间解耦、层内原子化，统一封装，提供调用服务 服务多样化 服务化的调用、服务化的编排是关键 纵向：跨层多要素按需智能编排，为用户提供定制化服务 基础设施（Infrastructure）网络功能（Network function）Internet IoT V2X Internet IoT V2X 基础设施（Infrastructure）网络功能（Network function）平台化服务网络是发展方向 6 服务化从5G开始，是统一网络下提供多样化服务的重大变革，服务化架构在5G设计中 已完成重大突破 多样化服务（产业互联网）单一服务（语音、数据）烟囱设计 刚性控制 平台设计 柔性控制 煤矿井下监控 远程医疗 终端 寻呼 移动 管理 接入 认证 平台化 服务化 无线连接 信息流 资源 终端 信号处理 信号处理 无线连接 信息流 资源 终端.MME SAE GW HSS 会话 建立 会话 修改 服务 注册 事件 开放 实例 绑定 服务 查询 策略 控制 切片 选择 统一 存储 数据 分析 服务 授权 策略执行 能力开放 智慧工厂 传统架构功能耦合、控制刚性、业务型单一，不易定制、不易拓展，无法满足需求跃迁 提出移动网络架构平台化、服务化变革思路，满足5G服务“千行百业”的多样、定制和敏捷的跃变需求 服务化是从5G开始的网络发展方向 7 服务化架构赋能功能柔化，开启网络即服务演进，使网络平台化成为可能 服务化架构不断演进深化 SBA-eSBA-HSBA 已服务化部分 未服务化部分 无线 接入网 核心网 用户面 终端 核心网控制面 无线 接入网 核心网 用户面 终端 核心网控制面 无线 接入网 核心网 用户面 终端 核心网控制面 服务化是5G标志性技术，带来网络体系架构的深刻变革；6G将继承服务化的核心理念，实现端到端全服务化系统 无线 接入网 终端 核心网控制面 核心网 用户面 5G(SBA)6G(HSBA)5G-A(eSBA)服务化不断走向纵深，成为5G、6G的基石 8 全服务化是6G网络的发展目标，需要在兼容5G架构基础上拓展服务化领域、深化服务化机制、扩展服务化要素，为网络分布化、自治化提供基础 5G服务化还不完善，面对复杂业务逻辑如何实现高效组合、高效管理还有待优化，新服务的加入会波及已有服务，各个功能服务化过程中需要优化的设计机制在6G中才能彻底设计完善（如UPF需要从处理数据扩展到支持关联上下文）6G网络服务化设计思想 通信 算力 感知 通用、开放、可共享能力 服务调用、统一协议 资源管理编排 多样化服务 一体化能力供给 按需生成、即插即用 OTN/OXC OTN/OXC OTN/OXC 池化的算网基础设施 Internet IoT V2X XR 柔性的网络功能 动态匹配的服务供给 实现网络平台化，服务多样化，功能动态扩展，性能弹性提供，服务供需动态匹配，网络灵活生长 全服务化是6G网络的发展目标 9 用户面服务化：标准上已经对服务化调用等流程、接口设计及基于服务化架构的信息开放进行了广泛讨论 接入网服务化：控制面接口服务化、RAN控制面服务化、RAN用户面服务化、深度融合DOICT等 基于intel的FlexRAN 架构的clooud RAN 在加强全球部署 23年6月，爱立信、英特尔和HPE合作完成首次端对端云RAN通话 2022年2月28日中国移动发布6G服务化RAN白皮书，并开始集采6G服务化RAN原型系统 University of Oulu提到了SBA-RAN的初步设想.WHITE PAPER ON 6G NETWORKING,6G Research Visions,2020,德国电信依托 VMware 的云基础设施和英特尔 FlexRAN 参考架构构建了一个开放式智能 vRAN 平台 6G全服务化：产业界发布6G白皮书，持续推动移动网络向全服务化演进 基于服务化架构的5G SA在全球商用 覆盖52个国家 覆盖全球主流运营商 投资5G SA的运营商数量达561家 3GPP eSBA（SBA增强）研究将服务化引入用户面 3GPP R18 UPEAS（UPF能力开放和SBA）实现了UPF能力开放服务化设计。中国联通2023年上海MWC发布中国联通6G网络体系架构白皮书 中国移动与沃达丰公司、美国蜂窝电信公司联合发布6G需求与设计考虑白皮书在NGMN发布 中国电信研究院，中兴联合发布6G网络架构展望白皮书 10 5G服务化架构在全球110家运营商应用，产业界在积极推进全服务化。核心网用户面和无线接入网已纳入服务化框架，是下一步演进的方向 产业各界积极推进全服务化 10 1 全服务化是6G网络发展方向 4 总结与展望 3 中国移动全服务化阶段性研发成果 2 全服务化架构设计及关键技术 11 服务化功能层 开放使能层 路由与连接层 资源与算力层 移动 管理 接入 认证 会话 建立 QoS 保障 统一 存储 数据 分析 智能 处理 内生 数据 身份 鉴权 零信任 接入 IP网络 IP网络 光网络 光网络 中心算力 边算力 数据 收集 模型 对比 虚实 映射 虚实 交互 业务 编排 资源 调度 生命 周期 智能 运维 算力服务 连接服务 功能服务 数据服务 AI服务 安全服务 控制面 用户面 数据面 计算面 安全面 管理编排体 数字孪生体 网络本体 边算力 IP网络 三体 管理编排体和数字孪生体模块化服务设计 网络本体的服务化功能层和开放使能层进行全服务化设计 四层 开放使能层支持对外模块化服务能力，将底层网络能力进行封装 服务化功能层按照五面粒度进行细化服务设计。五面 控制面服务，用户面服务深化设计 增加数据面服务，计算面服务，安全面服务 12 基于6G“三体四层五面”总体设计，提出全服务化（Holistic SBA）架构理念，是统一网络下提供多样化服务的重大变革，并针对服务化功能层、开放使能层等进行全服务化设计，构建平台化服务网络 端到端全服务化架构视图 12 优化服务机制 拓展服务要素 坚持服务化设计理念，探索服务进一步解耦机制。针对Service Mesh/Mecha技术开展研究，实现业务逻辑和分布式系统之间的更加深入的松耦合 提升API调用效率。探索引入GraphQL技术，有助于更加高效的查询以图的数据结构进行保存的数据 引入服务化计算面和数据面。引入“算力”和“数据”要素，与通信资源要素进行融合设计，基于服务化设计理念定义全新计算面和数据面 算力和数据是提供智能服务的要素基础，全服务化是提供智能服务的架构基础 扩展服务领域 接入网服务化：云化基础上功能解耦 用户面服务化：支持更快速、更直接数据处理开放 管理编排服务化：统一服务化管理机制 数字孪生服务化：初始设计即功能解耦 13 围绕“领域扩展、机制深化、要素扩展”推进6G全服务化架构设计 服务化技术演进布局 13 用户面：多服务并行化处理 控制面：并行化信令 14 服务化RAN将实现业务处理逻辑的变革，通过控制面并行化信令、用户面并行化处理，提升处理效率 请求 响应 UE RAN CN NF 1 CN NF 2 CN NF 3 请求 响应 请求 响应 请求 响应 转变：串行 并行信令，降低端到端时延，便于新功能引入 请求 响应 UE RAN CN NF 1 CN NF 2 CN NF 3 请求1 响应1 请求2 响应2 请求3 响应3 现有承载级扩缩 扩缩容量受限，需要重配置 功能1 功能2 功能3 功能4 功能5 现有用户面串行处理 服务1 服务2 服务3 服务4 服务5 同时执行 多服务并行处理 处理效率提升 服务级扩缩 按需扩展，可基于实现、不需要重配置 承载1 承载2 服务1实例3 服务1实例2 服务1实例1 服务2 同时执行 转变2：承载级 服务级扩缩，提升资源利用率 转变1：串行 并行处理，有效提升处理效率 领域扩展：服务化RAN 14 服务化用户面 高效数据处理转发 多层次QoS管理与执行 全方位能力开放 控制面功能1 控制面功能2 服务化控制面 扩展控制面服务能力 构建丰富的控制面服务化体系 通过HSBA融合通感处理、沉浸多感等功能 基于分布式组网架构 增强服务设计机制 用户面作为移动网络数据处理的主要功能，其服务化有助于实现 6G 网络的全云化部署 通过HSBA对业务保温进行高效转发、丢弃及缓存等。借助UP服务在会话中实现多层次QoS 向其他面、层、体开放所需用户数据或网络信息 其他用户面服务 服务设计增强 服务功能丰富 15 在5GC SBA基础上增强控制面和用户面的服务化架构，深化服务化机制，提升服务化效率 机制深化：服务化控制面和用户面 15 构建原子化计算服务、数据服务能力，以任务为中心进行任务动态编排，实现供需动态匹配 提供计算即服务CaaS、数据即服务DaaS 计算任务执行 计算任务转发 计算任务 编排 计算任务会话管理 计算策略控制 计算资源 管理 数据处理 数据采集 数据任务 编排 数据任务会话管理 数据任务策略控制 数据资源 管理 数据转发 服务化计算面 服务化数据面 16 引入“算力”和“数据”要素，与通信资源要素进行融合设计，基于服务化设计理念定义全新 计算面和数据面，是提供智能服务的基础 要素扩展：服务化计算面和数据面 16 资源异构化 OTN/OXC OTN/OXC 全光底座 OTN/OXC 统一IP算网底座 分布式算力（端）分布式算力（边）分布式算力（网）分布式算力（中心）分布式算力（中心）分布式算力（边）分布式算力（网）分布式算力（端）智慧城市 智慧工业 智慧生活 智慧园区 智慧娱乐 能力平台化 需求多样化 管理 编排 任务 管理 任务 控制 服务QoS 17 网络使能AI 1.多样化AI服务供给：层内、跨间多要素按需智能编排，拉通“连接+算力+能力”，实现AI服务的多样化供给 2.任务式AI服务提供：面向不同AI任务，构建端到端的AI 学习和推理环境，为AI 模型提供可靠传输，提供安全、可保障的AI 服务AIaaS AI赋能网络 1.AI赋能网络全服务化设计：降低网络功能原子化、微服务化带来的编排设计复杂性 2.AI赋能网络全服务化运行：实现在时变环境下网络服务与业务最优匹配，提升网络运行效率和用户体验 3.AI赋能网络全服务化运维：提升网络质量、降低运维成本、提升运维效率 全服务化设计为通信与人工智能要素（算力、算法、数据）的深度融合提供架构基础，实现AI赋能网络与网络使能AI双向驱动 全服务化实现AI赋能网络与网络使能AI双向驱动 17 1 全服务化是6G网络发展方向 2 全服务化架构设计及关键技术 4 总结与展望 3 中国移动全服务化阶段性研发成果 18 全服务化研发体系 服务领域扩展 服务要素拓展 服务机制优化 1.服务化RAN控制面 2.服务化RAN用户面 3.服务化UE 4.多维能力服务化 1.控制面、用户面服务化增强 2.新型服务化机制 3.新型服务化调用 1.计算面服务化 2.数据面服务化 3.新型智能服务 4.管理编排服务化 5.数字孪生服务化 6.安全服务化 构建开放的、场景化的全服务化网络联合研发与试验环境 基于6G新兴需求场景、引导全服务化“网络+融合创新”确保全服务化技术向标准、产品及应用转化 协同攻关全服务化基础理论和原型样机研究 北京邮电大学-中国移动研究院联合创新中心 清华大学-中国移动联合研究院 东南大学-中国移动 研究院联合创新中心 中关村泛联院 中关村创新院开放平台 中国移动已初步形成全服务化研发体系布局，集聚产学研力量开展全服务化技术协同攻关 全服务化研发体系布局 19 国际标准 技术布局 3GPP：牵头SBA、eSBA、UPF服务化及开放标准项目。中国移动累计提交文稿4000余篇（超文稿总数的1/3），文稿贡献居运营商首位，包括需求、研究、基础架构和流程标准 ITU：开展6G全服务化技术布局，在分布式网络、智能服务、服务化演进等方向取得标准突破，在SG13/11牵头提出了分布式核心网(Distributed Core Network,DCN)标准体系，对3GPP全服务化标准布局形成有力补充 体系建设：牵头构建全服务化技术体系，成为国内6G架构设计的共识；深化面向端到端全服务化的“三体四层五面”6G网络总体架构设计，构建网络智能服务技术体系，牵引国内6G网络技术发展并向全球推广 论文布局：Holistic service-based architecture for space-air-ground integrated network for 5G-advanced and beyond发表在China Communications Micro-service-driven Radio Access Network发表在China Communications Service-based RAN:the next phase of cloud RAN发表在Globecom workshop Performance Analysis of Service-based RAN via Multi-state Markov Chain发表在ICCC The SOLIDS 6G Mobile Network Architecture:Driving Forces,Features,and Functional Topology发表在Engineering Relay-Assisted Online Service Function Chain Placement and Resource Allocation in 6G Network发表在PIMRC 6G Architecture Design:from Overall,Logical and Networking Perspective发表在IEEE Communications Magazine Network Architecture Design toward Convergence of Mobile Applications and Networks 已投稿IEEE Communications magazine 原创技术：构建全服务化架构及关键方案原创技术体系；5G架构核心专利获中国专利奖银奖 中国移动提出全服务化技术体系，原创提出并牵头5G服务化架构SBA并持续向5G-A/6G演进，是我国5G引领的标志性成果，也是6G架构设计的主要基础 全服务化技术和标准成果 20 智慧内生的全服务化原型系统已经实现基于全服务化的分布式功能设计，并率先通过IMT-2030(6G)测试，接下来将逐步迭代，研发端到端的全服务化原型系统 构建同构的全服务化SCU节点 采用全云化、服务化设计，支持X86虚机和容器化部署 支持分布+集中的部署方式 增强传统控制面、用户面，具备分布式网络注册、发现等能力，支持网络可编程、用户面服务化等特性 新增独立数据面，支持签约数据、用户上下文数据的分布式存储和同步，以及基于独立数据面的无状态控制和容灾处理 新增独立计算面，提供本地AI能力，通过分布式智能节点的协同提供全局AI能力，实现智能内生 全服务化网络原型已具备基本能力 能力1：子网功能完备，独立工作，统一架构 能力2：即插即用能力，子网络自动化注册、发现等 能力3：数据的分布式存储和同步 能力4：分布式的移动性管理能力 能力5：服务智能自适应能力 服务化网络NF/ServiceNF/ServiceNF/ServiceNF/Service中心节点中心节点服务化网络NF/ServiceNF/ServiceNF/ServiceNF/Service分布式分布式节点节点A AUE服务代理服务代理服务化网络NF/ServiceNF/ServiceNF/ServiceNF/Service分布式分布式节点节点B B服务代理基站UE基站基于全服务化的分布式SCU组网架构 全服务化系统验证环境 自主研发智慧内生的6G全服务化系统原型，在架构层面支持提供智能服务，为下一步全服务化技术的研究、选型、测试验证提供有力支撑 全服务化原型及验证 21 1 全服务化是6G网络发展方向 2 全服务化架构设计及关键技术 3 中国移动全服务化阶段性研发成果 4 总结与展望 22 6G需要通过端到端网络系统创新来突破单点技术的瓶颈。平台化服务网络是5G以来网络架构的新范式，在6G阶段将呈现为智慧内生的全服务化架构，成为6G网络发展的“强心剂”和“里程碑”全服务化将拓展服务领域、深化服务机制、扩展服务要素，将服务化的范畴从5G的核心网扩展到接入网和终端，从通信服务扩展到控制、用户、数据、计算、智能、安全等全要素服务，成为实现AI赋能网络与网络使能AI双向驱动的基础 中国移动在智慧内生的全服务化架构已取得阶段性成果，期待与业界合作伙伴携手，持续推进面向智慧内生的全服务化网络演进，力求在6G阶段完成信息通信网络的端到端全服务化 总结与展望 23