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6G无线网络开放与云化技术 白皮书2022年12月前B本白皮书旨在分析6G无线网络向开放与云化演进的驱动力、历程与演进理 念，并针对相关关键技术趋势及挑战进行剖析。希望能够为产业在研究与设计6G 开放云化无线网络相关技术、产品和解决方案时提供参考。目录1驱动力.11.1 新时代国家战略的要求.11.2 技术与产业发展的驱动.32发展历程与演进理念.53关键技术.123.1 异构硬件虚拟化.123.2 多维能力编排调度.163.3 开放化体系.183.4 确定性服务.193.5 服务化RAN.223.6 智能控制器.234挑战与展望.23缩略语列表.26参考文献.271驱动力加快实施创新驱动发展战略。坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大 需求、面向人民生命健康,加快实现高水平科技自立自强。以国家战略需求为导向,集聚力 量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。加快实施一批具有战略性全 局性前瞻性的国家重大科技项目,增强自主创新能力。6G无线网络是6G体系架构中的关键一环，其发展与演进既要顺应创新型社会、碳达峰 碳中和、数字化转型等时代变革的要求，与国家战略高度契合；又要考虑智能化、灵活性、能力融合、产业发展等诸多新的技术、产业驱动因素的需求。从发展方向来看，6G无线网络 将从传统的移动通信网络逐步转变为通信、计算、大数据、感知、AL安全一体融合的新型 6G移动信息网络，开放与云化将成为未来无线网络演进的重要趋势。1.1 新时代国家战略的要求 构建创新型社会：打造开放基础设施，构筑技术创新基座当前，我国人口结构面临老龄化、少子化、不婚化三大趋势，人口增长明显放缓，甚至 进入负增长，该现状的本质是在表达对“劳动人口数量”的担忧。面对人口结构的重大变化，如何对冲人口问题给经济发展带来的负面效应是一个重要的研究课题。除了积极的人口政策 外，我们更应深入研究决定经济增长的另一关键指标，即“劳动生产率该指标蕴含着经济 增长率与人口增长率之间的差距，基本可以看作是“人均收入”的对等指标，提高该指标可以 有效弥补人口深度老龄化、少子化、劳动力减少等带来的负面效应，从而降低人口增长率低 迷对经济的影响。能够提升社会劳动生产率，进而提升国家经济总量的驱动力就是“技术进 步”，也就是我们常说的“创新”，即以科技创新驱动经济发展。6G技术本身就是一系列面向未来的广泛、深入、系统的技术创新探索。不同于传统移动 通信技术，以基站为代表的6G无线网络将不再仅仅是一种通信设备，而是与水电、交通、能源等设施类似的新型信息基础设施平台。基于云化技术和开放理念，6G无线网络可以深度 融合通信、计算、感知、智能等多种能力，从而面向整个社会打造的一个开放、智能、绿色 1的技术创新基座，成为移动互联网、云计算、人工智能、大数据、区块链等关键数字经济技 术得以作用到具体的人和物上的桥梁，牵引整个数字经济的发展。碳中和碳达峰：依托能源优势，助力绿色发展2030年碳达峰，2060年碳中和，这是中国作为一个大国对全人类生存环境的承诺。在具 体实施层面，我们遵循两条路径：一是能源生产减碳，也就是清洁能源的生产去碳化；另一 个是能源使用减碳，就是一切生产生活的能源用电力替代。中国在清洁能源生产领域技术领 先，仝球市场上超过一半的装备都是中国生产提供的，而且中国有独步仝球的能源互联网系 统，从供给侧来讲，我国当前的这些技术和设备囊括了光电、风电、水电、氢能、核电等清 洁能源；从消费端来讲，我国拥有生产生活电器化全球领先的生产制造、消费使用体系，给 清洁能源一个消费的目的地。目前，我国有三横四纵能源互联网，这张网遍布了几乎整个中国，地理跨度极大。一方 面，强大的清洁能源基础设施为6G无线网络在内的新型信息基础设施提供了坚实的能源供 应基座。另一方面，庞大的能源互联网亟需数字化、智能化改造，形成全方位的监控运维体 系。而基于云化技术与开放理念，6G依靠海陆空天一体化的立体、多样的覆盖体系与通信、计算、感知、智能深度融合的能力体系，不仅可以满足清洁能源发展的需求，为其提供一整 套实现各类应用的基础设施平台，更是对能源基础设施进行深度信息化、智能化升级的有效 助力。电力能源基础设施与6G信息基础设施的协同组合可以成为我国实现碳达峰、碳中和 的重要依托。此外，开放云化的6G无线网络将摆脱传统软硬件紧耦合的无线网络形式，实现软件定 义下的无线网络能力，从而最大限度的降低硬件等基础设施更新迭代的成本与资源消耗，这 也符合国家碳达峰、碳中和的发展战略。数字化转型：提供灵活按需服务，助力千行百业数字化社会的数字化转型的本质是场景的数字化，场景数字化的目标是实现以数据为中心的云 计算，而以数据为中心的云计算的根本目的是提升整个社会的运行效率。6G是云计算获取现 实世界数字化数据的重要载体和抓手，是实现提升整个社会运行效率的基础设施。6G技术不仅着眼于更加优异的性能，还将着重强调对复杂多样应用场景的适应性和可落 地性。即6G无线网络不仅提供更加高质量的通信服务，还需要深度适配千行百业的应用，提供灵活的按需服务能力，助力各行业数字化转型。26G发展前期，不仅是关键技术的研究窗口期，也是6G与各个行业应用达成共识的磨合 期。磨合期必然有波动，甚至有对抗，这都是正常的。要实现6G对社会各方面深度变革的 助力，产业仍需坚定的从内部找降成本的技术手段，从全行业找应用模式，继续不遗余力的 细分应用场景，推动6G涌现新需求，尽早迈过规模临界点，才能有机会实现应用带动网络 的因果反转。可以确定的一个趋势即未来6G网络、终端、应用等必将会更加复杂和多样。为应对这些挑战，我们必须在6G无线网络的设计理念方面提前布局研究，在应用场景上足 够细化基础上，让网络有足够灵活性实现按需服务。6G能在海陆空天体系发挥好多种能力融合的核心价值，必须要继往开来，强化优势。一 方面，通过5G延续至今的内生降成本新技术，继续推进6G成本预期与全行业达成统一共识;另一方面，通过继续强化6G安全与多种网络能力体系的优势，推进6G在未来行业应用中的 迅速规模化，持续摊低成本，让各个行业买的便宜、建的便宜、用的便宜、改的便宜，通过 6G技术助力，实现行业高质量发展，形成优质的良性循环。为了实现对千行百业的深度融合，不仅需要在技术方案上有足够的多样性与灵活性，同 时在网络形态、产品形态、技术实现方式上也应当有更加多样和灵活的尝试，而基于云化技 术的开放无线网络是实现这一目标的重要方式。只有基于云化技术和开放理念从多个层面与 维度对无线网络进行深刻重构，才能承载足够多样的技术方案与能力体系，以匹配全球不同 区域，不同行业的需求，从多样的通用硬件中找出市场落地、规模应用的确定性。1.2 技术与产业发展的驱动无线网络开放的主要驱动因素：网络智能化的需求：随着人工智能技术的发展，网络智能化成为了未来网络发展的必然 趋势，特别是在6G网络中，人工智能技术将会融入网络架构，实现智慧内生。人工智能 技术对6G网络的赋能需要基于各类数据完成模型训练等工作，而现有网络所采用的软硬 件紧耦合设计受限于技术、产业等因素，难以实现对各类数据的实时、海量、按需、统 一获取。虽然以O-RAN为代表的标准组织在数据的开放方面做出了诸多有益探索，但是 要满足6G网络对海量数据的获取与共享的需求，网络还需要从协议、接口、数据等多个 方面进一步贯彻开放的设计理念，从而实现对网络数据的高效率的获取与高质量的共享。网络灵活性的需求：6G技术将面向千行百业的各类应用各类场景，复杂化的场景和差异 化的需求必然要求网络具有足够灵活性，例如对于toB市场，灵活快速的部署能力是核 3心竞争力之一。而传统相对封闭的无线网络形态难以适应日益多样化的市场需求，在按 需定制的要求下往往需要大量的人力和物力进行长期反复的开发与测试。因此，开放的 无线网络架构是6G必然的趋势。基于更加开放的设计理念，无线网络将基于更多的通用 硬件与IT化的协议模块，从而通过软件定义的基站能力实现更加快速的迭代与个性化可 能。产业生态发展的需求：随着无线网络功能的日益复杂，相关产业门槛也日益提高。研发 完整的无线网络设备，往往需要大量的人力与物力，企业在元器件、硬件系统、软件系 统、通信算法等多个领域均需要大量且持久的投入，对于很多中小企业形成了巨大负担,行业集中度日趋增高。过高的行业门槛制约了产业的繁荣与协同。而通过对网络进行开 放化改造，从硬件架构、软件架构、协议、接口、数据等多个层面的进行开放化设计，可以大大降低行业的槛，有利于引入更多的公司参与6G产业，优势互补，各取所长，从 而实现跨行业的资源整合，提升行业的整体价值，构筑繁荣健壮生态。无线网络云化的主要驱动因素：现网架构演进的需求：随着基站部署成本的增高与集中化管理运维的需求，集中化部署 的C-RAN将成为无线网络的主要部署形式。预计到2025年，中国移动新建基站C-RAN 的部署比例可达到90%以上。大量集中化部署的基站构成了基站资源池，然而，目前网 络的基站由于主要采用专用软硬件系统，主要通过系统内部的调用实现资源优化，还无 法真正实现池化增益，资源利用率仍有巨大优化空间。而云化技术可以将大量物理资源 抽象为虚拟资源，实现资源的按需分配，从而大大提高资源利用率。大量集中化的基站 设备可以为无线网络平台云化提供了良好基础，也为未来无线网络承载更加丰富的业务 与功能创造了可能。无线资源管理的需求：随着频谱资源的日益紧张与通信基础理论的逐渐成熟，通过单一 频段单一制式的接入网技术已难以满足6G多样化的应用场景。6G网络必然基于多维度 组网技术，采用多种制式、多个频段、多种架构，根据具体应用场景选择最为合理的方 案，这必然带来无线资源管理的日益复杂，以及相应软件、硬件多个维度的需求变化。这一趋势要求网络能够更加动态灵活，实现动态调度资源，满足多维度组网所需软硬件 资源的按需分配。而云化技术通过对将底层硬件的虚拟化以及相应的通信协议体系设计,实现云原生基础上的6G无线网络，从而快速实现定制化资源配置，动态扩缩容，通信协 议版本迭代更新等系列新需求。4多种能力融合的需求：6G无线网络将深入融合通信、计算、感知、AI等新能力，实现 DOICT技术的一体化。然而，从目前的产业格局来看，相关能力以及应用仍然基于不同 体系与平台来构建。从技术需求来看，不用能力与应用对资源的需求也存在内在差异。例如通信物理层主要采用流水线式的处理实现加速，而人工智能处理往往需要并行多核 处理完成图像识别等应用，在摩尔定律日益放缓的背景下，面向具体领域的DSA芯片在 未来会更加广泛应用。6G云化无线网络可以实现各类资源在同一架构下的融合，将多种 业务与实际物理资源解耦，从而可以承载更加丰富的6G无线网络能力体系，提高用户体 验，促进业务创新。综上，可以看出，构建6G开放云化的无线网络既是我国经济与社会发展的时代要求，也是6G自身内在的产业与技术驱动因素的需求，而基于以上理念打造的6G开放云化无线网 络将进一步帮助6G实现“数字李生，智慧泛在”的愿景，为通信、计算、大数据、感知、AI、安全一体融合的新型6G移动信息网络提供基础载体。2发展历程与演进理念构建6G开放云化无线网络并非一蹴而就的简单构想，而是无线网络发展演进的必然内 在趋势。下面从早期的无线网络架构开始到5G网络架构，简要介绍无线网络的主体，即无线接 入网（RAN）的演进历程山：传统基站（BBU+RRU+天线）最初的基站采用一体化方案，即基站设备的主体均被放在一个机房或者一个机柜。随后，基站架构逐步演进为了分布式基站，即基站分为几个主要功能单元，通常包括BBU（主要负责信号调制）、RRU（主要负责射频处理）、馈线（连接RRU和天线）和天线（负 责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换）。其中，RRU被放到天线身边，所谓RRU拉 远。而RAN也逐渐演变成了 D-RAN（Distributed RAN）,即接入网分布式，这样大大缩短 了 RRU和天线之间馈线的长度，可以减少信号损耗，也可以降低馈线的成本；RRU加天线 体积较小，让网络规划更加灵活。如下图所示：5膻限Ijc O。G图2.1 D-RAN示意图在D-RAN的架构下，运营商仍然要承担非常巨大的成本，因为为了摆放BBU和相关的 配套设备（电源、空调等），运营商还是需要租赁和建设很多的室内机房或方舱。（2）Centralized RAN（集中化无线接入网）4G时代开始，集中化无线接入网成为了重要的部署形式。除了把RRU拉远，还可以把 BBU集中起来，BBU变成BBU基带池1。分散的BBU变成BBU基带池之后，更强大，可 以统一管理和调度，资源调配更加灵活，这种集中化方式的优点有：极大减少基站机房数量，减少配套设备（特别是空调）的能耗，降低运营费用；拉远之后的RRU搭配天线，可以安装在离用户更近距离的位置，距离近了，发射功率就 低了，低的发射功率意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入网络功耗的降低。图2.2C-RAN示意图6图2.3 D-RAN到C-RAN的演变示意图（3）5G 接入网（CU+DU+AAU）在5G网络中，接入网不再是由BBU、RRU、天线组成，而是被重构为3个功能实体：CU（Centralized Unit,集中单元）、DU（Distribute Unit,分布单元）、AAU（Active Antenna Unit,有源 天线单元）。CU：原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务。DU：BBU的剩余功能重新定义为DU,负责处理物理层协议和实时服务。AAU：BBU的部分物理层处理功能（PHY_LOW）与原RRU及无源天线合并为AAU。图2.4 5G基站示意图其中，CU和DU,以处理内容的实时性进行区分，AAU就是PHY_LOW+RRU+天线。图2.5 5G基站协议栈结构示意图5G接入网可以实现灵活的RAN网元部署方式，如下图所示：与传统4G宏站一致，CU与DU共硬件部署，构成BBU单元。DU部署在4GBBU机房，CU集中部署。7DU集中部署，CU更高层次集中。CU与DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式。核心网核心机房图2.6 5G接入网部署方式示意图（4）O-RANO-RAN组织及其相关标准在已有的协议与各个网元接口基础之上对无线网络进行了扩 展，以支持无线接入网新的开放性、灵活性和智能化的要求。以5G为例,如下图所示为O-RAN 的逻辑架构：图2.7O-RAN逻辑架构示意图5G O-RAN逻辑架构包括以下核心组件：O-RAN无线单元（O-RU）,用于处理较低部分的物理层；O-RAN分布式单元（O-DU）,用于基带处理、调度、无线链路控制、媒体接入控制和较高部分的物理层;8O-RAN中央单元（O-CU）,用于分组数据聚合协议O-RAN智能控制器（O-RIC）,用于收集网络信息并执行必要的优化任务；O-RAN开放的云基础设施平台（O-Cloud）,用于完成云化编排工作。O-RAN体系结构通过创建采用标准接口的分散和云化网络来解决传统RAN挑战，具有 四大优势：转型：赋能实现更加开放和完全可互操作的无线接入网；创新：不受厂商的限制考察各种产品、服务和特色选件，从中选出最新、最佳的5GRAN 组件，通过采用支持4G、5G乃至6G的体系结构，为未来做好准备；敏捷性：灵活地混合搭配来自多家厂商的RAN组件，构建合适的5G网络；在多家专业 化厂商的帮助下，更快部署和升级5G网络；节省资本开支：借助富有竞争力的供应商生态系统，降低5G网络部署成本。（5）6G开放云化无线网络从2G5G接入网演进历程可知，无线网络架构正从复杂实体网络架构，逐步演变成开放 的云化网络架构。6G时代，无线网络的演进趋势并非是对以往路径的简单颠覆，而是在对以 往经验的继承与发展基础上，进一步向开放与云化方向演进。6G时代，随着移动通信应用的拓展，业务和应用场景向着多元化和差异化的方向发展，对网络能力的要求也朝着更多维度的角度发展，通信和计算、AL大数据、感知、安全等的 融合已成为重要趋势，移动通信网络作为调度各种资源满足差异化客户需要的平台，必将继 续朝着开放和云化的方向发展。通过构建开放的网络体系，可以实现接口、数据、产业等多 个层面的开放共享，从而使能更多网络能力的升级，推动应用生态的繁荣。通过云化，将适 合通信、计算、AI和感知等能力支撑的不同硬件资源进行统一调度和管理2,灵活组合形成 按需的能力配置，实现网络能力和容量的弹性扩缩容，充分提升底层硬件资源的利用效率，降低网络的综合部署成本，还可以实现上层协议软件和底层硬件的解耦，降低通信产品研发 的门槛，实现快速的功能迭代。6G无线网络的具体演进策略需要与6G自身的无线网络总体架构设想相适配，从无线网 络总体架构设想来看，6G无线网络将遵循敏捷、弹性、绿色、低成本、高度自治、降低干扰 等基本设计原则，通过数字李生网络、通信-计算-感知-AI多维能力协同、端到端服务化等关 键技术理念，实现无线网络向云化开放的新型基础设施平台演进。9图2.8 6G无线网络总体架构设想其中，最为关键的通信-计算-感知-AI多维能力协同体系面向全新的需求，重构了 6G无 线网络体系。从纵向看，无线网络可以分为通信面、数据面、计算面、智能面、安全面、管 理面，分别帮助6G无线网络应对不同用户的差异化需求。从横向看，无线网络将分为资源 层、网络功能层、应用与服务层三大层次，通过不同层次提供不同形式的资源与能力，实现 高效协同。图2.9通信与大数据、计算、AI和安全的一体融合的6G无线网络体系6G无线网络体系不仅是对网络能力的发展增强，更是从根本设计思想的层面重塑了无线 网络。而为了有效适配6G无线网络体系，6G无线网络的开放云化技术不能仅仅机械照搬传 统云计算领域的技术方案，而是要根据无线网络自身的特定，从底层硬件、虚拟化技术、云 平台设计、协议设计理念等诸多方面进行创新。如图2.10所示，为承载6G无线网络体系，6G开放云化无线网络的具体设计是与之对应的，6G无线网络的开放云化技术将在主要在以 下方面演进：10 无线网络形态：6G无线接入网的基带单元将进一步向更大规模的集中化方向发展，通过 大量集中部署的基带单元，实现池化效应，为平台云化提供必要基础，构建开放云化无 线网络。而传统的射频单元由于多维度组网的新趋势，将会根据具体场景与需求，覆盖 从低到高的多个频段，并涵盖从通信到感知的多个功能，构成多频段收发单元。异构硬件虚拟化：硬件虚拟化是云计算技术的基础，也是无线网络实现云化的关键技术。无线网络的底层硬件，尤其是承担主要处理功能的基带单元，将进一步向异构方向发展,即通过通用硬件与专用硬件的结合，融合不同架构、不同功能、不同定位的各类异构硬 件，从而满足多种多样功能对底层硬件资源的多样化需求。此外，各类异构硬件还将进 一步基于虚拟化技术，实现资源的深度封装抽象，从而向上层应用提供的资源统一管理 与按需分配，达到软件与硬件的协同。无线云平台强化：不同于传统以CPU为核心的云平台设计，6G无线网络的云平台将采 用面向异构硬件的设计理念，采用更加扁平化的方式为多种异构硬件提供资源的统一管 理、调度，并面向上层多种能力与应用，提供运维、应用等维度的管理功能。此外，低 时延、严时序要求下的确定性处理能力也是6G无线云平台不同于传统云平台的强化重 点。云原生无线协议：6G无线网络各层协议将探索逐步打破原有的分层、分信道架构，采用 云原生理念，融合微服务等设计思想，对无线协议进行深度重构，从而进一步将接入网 络协议向软件化、IT化演进，实现上层协议/应用与底层云平台的内在融合。接口开放：相比于现有的关键接口的开放，6G无线网络将更加彻底的贯彻开放的思想，通过对无线网络软件、硬件各关键模块的重构，建立统一标准的软硬件接口体系与标准,并针对6G新增的各类应用增加相应接口，从而实现不同领域、不同厂商、不同应用的无 缝衔接，从技术标准制定之初便推进软硬件解耦与以厂商互联互通。数据共享：随着AI技术和各类丰富应用逐步融合于无线网络，网络运行所产生的各类数 据成为了网络性能优化与提升用户体验的关键一环。6G开放云化无线网络将通过接口开 放与设计数据共享相关新架构的方式，致力于实现随时、随地、按需获取网络的各类数 据，保证各类应用可以实时、海量获得高质量数据，从而实现数据的共享，让无线网络“活”起来。11图2.10 6G开放云化无线网络平台设计方案示意图构建6G开放云化无线网络是6G技术与标准演进的关键环节。只有基于6G开放云化无 线网络，才可以彻底实现通信、计算、大数据、感知、AL安全一体融合，令6G无线网络 从传统的移动通信网络转变为6G移动信息网络，从而有效解决无线网络面临的高成本、高 功耗、操作和维护难等主要问题，在无需人工参与的情况下支持网络的自生成、自修复、自 演进和自免疫3关键技术3.1 异构硬件虚拟化云化系统使用通用服务器硬件，以降低网络设备成本。软硬件解耦及功能抽象，使网络 设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并 基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。但是，通用CPU提供计算资源通用性的同时，却也丧失了专用性，即不擅长特定任务处 理，比如处理编解码转换、报文转发、加解密等并行处理任务。此时，就需要使用物理加速 卡进行协助。加速卡的使用解决了传统专用电信设备向通用服务器迁移中遇到特定场景运算 不足的问题，但在向动态灵活、按需调度的云化部署转变时，却成了一个必须解决的问题，因此6G无线网络向开放云化演进的过程中，必须重新审视其他硬件架构与种类。5GPU采用的是SIMD/SIMT架构，虽然本质上还是冯诺依曼架构，但减少了取值、译码 开销，GPU同样具有很强的通用性，以NVIDIA为代表的GPU厂商，培养了非常好的GPU 生态系统，为用户提供了非常方便的开发环境，所以GPU在高性能计算、图像处理和AI领 域都有非常广泛的应用。12FPGA为现场可编程门电路，可以认为是细粒度可重构芯片，FPGA非常适合数据流驱 动的计算架构，具有高空间并发和低时延的特点，理论上FPGA可以实现任意功能，但FPGA 开发周期比较长，同时对开发人员的专业技能要求也比较高，这些都影响了 FPGA的应用场 景。ASIC是一种专用芯片，与传统的通用芯片有一定的差异，是为了某种特定的需求而专 门定制的芯片。ASIC芯片的计算能力和计算效率都可以根据算法需要进行定制，所以ASIC 与通用芯片相比，具有以下几个方面的优越性：体积小、功耗低、计算性能高、计算效率高、芯片出货量越大成本越低。但是缺点也很明显，只能针对特定的某个或某几个应用场景，一 旦算法和流程变更可能导致ASIC无法满足业务需求。在摩尔定律和登纳德缩放定律的共同作用下，引领芯片行业30年的飞速发展，随着摩 尔定律放缓，登纳德缩放定律失效，通用CPU的算力提升已经无法满足当前对算力增长的需 求。基于领域定制（DSA）的异构计算，采用各种加速器来完成对特点业务的加速，从而达 到提升系统算力和降低成本的目的，最典型的就是深度学习加速器，不管是采用GPU、FPGA 还是各类NPU,相对于单纯CPU的解决方案，可以将系统的算力提升数倍。除了硬件平台逐渐向异构方向发展之外，更为主要的是对各类硬件资源的虚拟化。以BBU系统的构成为例，其需要的资源一般包括：CPU、内存、存储、网卡、加解密加 速卡、物理层加速卡等。若将BBU改造为云化形式，即虚拟BBU,按照按需使用的原则，在创建虚拟BBU时，动态向系统申请以上各资源，删除虚拟BBU时释放该资源。进一步，虚 拟BBU规格也可根据业务量动态调整的，相应的其申请的资源也是动态可变的。若实现这个 目的，我们需要能将资源划分成较小的颗粒，以便应用能较精细的按需申请使用量，提高资 源利用率。同时，由于硬件型号繁多，接口和部署方式也各存差异，为了使应用调用资源接 口统一，一般在虚拟化时需要增加一个中间层，屏蔽底层差异，以一个通用资源接口供业务 应用使用。组网架构如图3.1,硬件资源池为云平台物理硬件，虚拟资源池为在硬件资源基础 上虚拟出来供业务直接调用的资源。13图3资源虚拟化其中CPU、内存、存储等在云平台上已有成熟的方案进，这里不在累述。对网卡、加解密加速卡、物理层加速卡、AI加速卡等外围ASIC/FPGA等异构硬件，从CPU角度可以统一视为10虚拟化技术。一般而言,有软件模拟、基于VirtIO的半虚拟化和设备直通(硬件辅助)三种方式，见图3.2。图3.2 10虚拟化方案硬件辅助的10虚拟化主要包括英特尔VT-d,AMD的lOMMU(AMD-Vi)和PCI-SIG的 SR-IOVo前两种属于Directedl/O。物理设备直接分配给虚拟机使用，通过硬件芯片完成GPA 到HPA的翻译。SR-IOV通过在硬件设备中增加一个PCIe设备，用于呈现一个PF或多个 VF,从而可以将每个VF单独分配给不同的虚机使用，虚拟机之间高效共享PCIe设备，并 且它是在硬件中实现的，可以获得能够与裸机性能媲美的I/O性能。图3.3SR-IOV虚拟化目前，SR-IOV在虚拟化中的应用较为成熟，被广泛应用于对性能、传输速度要求高的场 景中。网卡、加解密加速卡、物理层加速卡都使用SR-IOV技术进行了虚拟化。但SR-IOV 技术也并非完美，由于其基于硬件实现，硬件能支持的虚拟数量在硬件设计时已经确定，并 不能如软件方案那样灵活可配。当前很多SR-IOV设备只能支持16个VF,对于少量虚拟的 场景没有问题，但如云游戏等需要对GPU做大量虚拟化的场景可能就不太适合。一个可能的 选择是结合SR-IOV和软件虚拟化，达到既能够满足高性能要求又能够满足虚拟数量的要求。硬件虚拟化后就形成可以使用的虚拟化资源，但若云化系统中这类资源较多，资源的管 14理将会存在很大难度。为解决这个难题，在OpenStack和K8s方案中都有类似的资源管理机 制，以期降低维护难度。Operator/Device plugin是Kubernetes提供的管理资源的框架。Device plugin机制使得设备 商无需修改K8S核心代码就可以让自己的设备被K8S调用，Operator机制进一步提供了设备 自动发现、初始化、运行监控等虚拟机可以直接使用VF设备。随着容器技术的成熟，设备 厂商也提供了对应SRIOV容器组件。平台厂家，图3.4为Redhat在OpenShi仕中集成了开源 的sriov-network-operator,能够自动完成网卡的虚拟化及配置，极大简化了虚拟化设备的使用。Intel最新的SE-0 PWEK方案，也集成了 FEC/NIC Operator等多种硬件配置软件，其中的Node Feature Discovery Operator可以完成节点级硬件信息的发现和配置。2 The codtroler deploys Snov-confjg-daenxn on each host,and create SrxvNebvorkNodeState CR for each node.1.User deploy the Operator from Marketplace,(he controNer of:sriov-netw 非实时服务(Non-RTservice),其处理时延可在数百毫秒到数，时间同步精度在毫秒级。近实时服务(Near-RT service),其处理时延可在数毫秒，时间同步精度在微秒级。实时服务(RTservice),其处理时延在几十到数百微秒，时间同步精度在纳秒级。一个部署的示例如下图所示：图3.7不同类型服务的时间协同示意图图中的各个VNF可根据业务需要，实现不同程度的时间同步，具体的实现方案可基于网 络同步，GNSS同步等技术进行演进。同时，各VNF需提供典型服务的处理时延上界，如 VNF基带处理单元定义处理8条流，400MHz带宽的一个时隙最大需要50微秒。20基于统一的时间，智能编排调度可以对各服务的处理流水进行控制，基于VNF的处理时 延能力，智能编排调度可以根据业务需求选择最匹配的VNFo传输自适应机制为完成一个业务需求，往往要对多个服务进行组装，各个服务之间需要进行交互，此时 接口能力将直接影响业务体验，例如基带处理VNF与射频处理VNF间的前传接口，其物理 形态上一般采用光纤，随着光通信技术的发展，其传输能力发展到数百Gbps或Tbps级别，多个VNF可共享一个前传链路，而基带处理MIMO流数和工作带宽的变化，对前传接口的 速率要求也有很大差异，因此在选择VNF的同时，还需考虑各VNF间的接口能力，选择匹 配的VNF和交互接口。传输自适应包括接口能力感知，接口资源分配，接口路由配置等方面。接口能力可包括 时延上界，传输速率，缓存大小等。接口能力感知方面需定义统一的机制，不论底层的物理 形态如何，各服务模块均需支持该协商机制，包括接口协商报文格式，接口协商流程等方面,接口协商的触发流程可包括周期上报，事件触发，随流检测等。接口资源分配和接口路由配 置需要和智能编排调度技术结合，根据业务需求实现较优的接口资源和路由配置。定时包处理驱动机制RAN侧在对各VNF和接口进行编排之后，就可以对各种控制，业务，管理数据包进行 传输，但由于各VNF的处理时延和接口传输时延不可避免地发生抖动，为保障空口在准确的 时间点进行信号发送和接收，需要设计相应的机制来消除抖动，保障各VNF的处理流水能高 效衔接。一种方法是在每级VNF间传输的数据包中携带期望处理的时间点，接收端VNF先 将数据包进行缓存，在对应时刻将匹配的数据包取出进行处理。相应机制如下图所示：数据 流向TO T0+A:数据到达VNF2 T1:VNF2处理数据包 T1+B:数据到达VNF3 T2:VNF3处理数据包4 4 4 4 4处理 时序t图3.8定时包处理示例示例中VNF1在TO发出MAC层数据包，并携带要求下级服务的处理时间T1,数据包在 T1之前的某个时刻T0+A到达VNF2,VNF2先将数据包进行缓存，在T1时刻取出MAC包,21进行调制编码，资源映射等处理后发送给VNF3,并根据需在空口发送的时间设置要求VNF3 处理的时间T2,VNF3先缓存数据包，并在T2时刻进行变频放大等操作后在空口发出。其 中TO,Tl,T2可以采用相对时间、帧号/子帧号/符号组合、新定义格式等。通过选择实现满足不同时延要求的VNF服务和接口组合，并基于定时包处理的方法驱动 各服务单元在指定的时间点对数据包进行处理,可在服务化RAN架构下实现确定性的业务体 验保障。3.5 服务化RAN服务化架构可将无线网络功能划分为若干个“服务”，从而促进网络高效化、软件化、开放化。随着无线网络演进，底层硬件逐步从专用硬件向通用异构硬件演进，而基于通用异 构硬件的云平台可以实现资源按需分配与调度，从而更好满足服务化架构下，不同“服务”对实时性与服务间交互的要求，实现控制面、用户面服务的按需调用。因此，基于云化技术 打造的底层软硬件平台可以满足基于上层服务化架构设计的协议栈对灵活性和开放性的要 求，二者设计理念是适配的。但是，虽然无线接入网的云化提供了基础平台，无线接入网协 议如何向服务化演进还需要进行充分论证与试验，从而保证无线网络的基础性能。3GPP自2018年逐步引入服务化架构，现已在核心网控制面、计费系统中实现了服务化。服务化架构所带来的优势正在逐步展现，因此在6G网络中将有更多的网元实现服务化设计，从而通过基于云原生理念设计的协议，实现无线网络的底层开放云化平台与上层网元的深度 融合。目前基站云化的探索工作中，多以集中单元(Centralized Unit,CU)和分布单元(Distributed Unit,DU)作为基本设计考量，其颗粒度较大，依然不能满足特定新功能快速上线、灵活部 署的需求；从接口角度，基站内部、基站之间、基站与核心网之间依然使用点对点专用接口 互连，每当基站或相关核心网网络功能发生改变时，都需要在相关接口上进行调整，标准化 工作量大、运维管理复杂度高。为了敏捷响应未来更加多样化的业务功能需求、服务质量(Quality of Service,QoS)需求、管理策略需求、部署需求、开放需求，使网络具备更强的 前向兼容性，下一代无线接入网需要从服务能力角度着手发力，将无线网络控制面功能与用 户面功能深度解耦，并重构为功能更细粒度的服务化RAN。6RAN的控制面功能通过服务化重构为多个服务，大致可以包括如下几种类型：无线承载 管理服务(Radio Bearer management Service,RBS)、连接与移动性管理服务(Connection 22Mobility management Service,CMS)、本地定位服务(Local Location Service,LLS)、多播 广播服务(Multicast Broadcast Service,MBS)、数据采集服务(Data Collection Service,DCS)、信令传输服务(Signaling Transmission Service,STS)、接入网开放月艮务(RAN Exposure Service,RES)等。RAN控制面服务化可以与核心网的服务直接互访，减少网络中不必要的连接与移 动性管理功能转发。此外，RAN的控制面服务与其他服务(包括核心网服务、其他RAN控 制面服务)之间的交互可从串行交互转为多方并行交互，由此可优化控制面流程。RAN的用户面功能通过服务化重构为多个RAN用户面服务，并在需要时按需灵活组合,以更好满足多种业务需求。本质上，用户面服务化旨在突破传统分层协议设计理念，使功能 与功能之间的调用关系不再受限于上下层协议关系，功能模块之间可以灵活调用。3.6 智能控制器5G“以用户为中心”的服务模式能高效地为相似位置或应用场景中的典型用户提供良好性 能的服务，但5G网络架构和协议中没有预先定义数据收集接口，基于实现的数据收集服务 器/设备，如深度包检测、数据探针等，无法及时提供高效的数据，数据有效性也面临挑战。这些因素导致了 API接口 APP的效率和性能远落后于预期。6G的目标是根据不同用户业务的综合、动态、多维的服务要求，提供“以每个用户为中 心”的定制化服务，应对不同应用场景和网络条件，采用自适应调度算法为用户提供灵活可靠 的端到端服务编排。因此除了需要向5GRIC一样开放的API接口进行AI能力众筹外，还需 要增加数据收集模块儿对数据采集、清理、处理和存储，并向其他接口提供数据订阅和更新 服务，这些模块儿是集中式的，也可以是分布式的，可以分布在网元和终端上。在数字世界里，先进的物联网技术和人工智能算法将帮助我们加速向6G的服务目标演 进，从而在业务层面实现最精细的服务颗粒度，保障每个用户的个性化服务体验。4挑战与展望6G的目标是从根本上改变传统无线网络的能力与定位，从单纯以通信为中心逐步扩展到 通信、计算、感知等多种能力融合。通过计算、数据、通信、感知、AI等多种能力之间更加 紧密的集成，有望实现DOICT多个领域技术的融合，将6G无线网络将从传统的移动通信网 络转变为6G移动信息网络，从而构筑技术创新基座，服务千行百业。236G开放云化无线网络是实现这一远大目标的重要途径。传统软硬件紧耦合的“黑盒子模 式难以适应6G的新定位之下对灵活性和开放性的新要求，而基于云化技术与开放理念，6G 无线网络将逐步拥抱DOICT融合的大趋势，从更深层次和更广维度拓展移动通信网络的作用 范畴，从而创造更加丰富的应用和市场机会，帮助更多企业参与到6G产业中，构建更加开 放繁荣的6G生态圈。同时，实现6G开放云化无线网络同样面临大量挑战：如何设计合理的软硬件架构：随着云计算技术的发展与摩尔定律的放缓，云平台越来越 向着软硬件融合的方向发展。一方面，越来多的任务通过卸载和硬件加速的方式提高性 能，另一方面，业务与管理的分离、异构计算理念日益融合进入系统中。该理念在更加 强调时序、时延、可靠性等指标的云化无线网络中更加重要，此外，还需要考虑到系统 开放的情况下如何保证性能与灵活性的平衡。因此，如何清晰定义软硬件边界，划分系 统层