楊峰義 劉 洋 王晴天 劉海濤

中國電信研究院 北京 102209

引言

隨著5G商用的推進，越來越多的5G基站在積極推進建設，5G網絡的快捷便利也在逐步融入人們的生活當中。在5G快速發(fā)展的背景下，業(yè)界也在積極推進6G技術。6G相關的研究也在學術界和工業(yè)界積極開展，國際電信聯(lián)盟(ITU)已經開啟了6G愿景和技術趨勢的研究，第三代合作伙伴計劃(3GPP)預計在2023年開啟6G的研究，相關的國際標準也將在2025年展開[1]。歐美等國家也相繼開展了6G的相關研究，我國的IMT2030也針對6G內容進行了全面的研究。

6G的發(fā)展必定是基于5G的基礎，但當前的5G仍然存在網絡體系復雜、應用適配困難等問題，6G在研究過程需規(guī)避這些問題。預期6G在5G基礎上，進一步拓展智能化互聯(lián)，未來6G業(yè)務呈現(xiàn)出沉浸化、智能化的發(fā)展趨勢，形成如全息通信、智能交互、通信感知等多方面業(yè)務應用，將極大豐富生活使用場景。5G已經在通信性能指標上達到較高水平，較多的如工業(yè)互聯(lián)網等場景的應用，為產業(yè)界帶來了更多的可能，未來 6G的發(fā)展，將會繼續(xù)延續(xù)5G時期的優(yōu)勢，因此5G在垂直行業(yè)領域的應用能夠為6G發(fā)展打下堅實基礎。人工智能與通信技術的更深度融合問題、頻譜資源緊張問題下6G的頻譜規(guī)劃問題、地面蜂窩網絡與衛(wèi)星和空中平臺的通信關系問題等都是6G在發(fā)展中需要積極面對的挑戰(zhàn)。隨著產業(yè)界需求的提升，6G也將需要支撐更加多樣和復雜的場景需求，6G網絡也需要針對場景按需分配資源，實現(xiàn)定制化的服務。

6G網絡結構的多樣化和應用場景的定制化，為網絡體系提出了新的挑戰(zhàn)，因此需要出現(xiàn)一種新的網絡框架去簡化網絡流程，智能化的元素提升網絡自動化水平，同樣也需要統(tǒng)一的接口適配多樣化的場景，本文接下來將闡述6G網絡的特點，然后給出6G智簡網絡方案。

1 6G網絡特點

1.1 天地一體

目前，業(yè)界關注的6G天地一體化基本設想是空天地一體化網絡(Space-Air-Ground Integrated Network，SAGIN)[2]，集成衛(wèi)星系統(tǒng)、航空系統(tǒng)和地面通信系統(tǒng)。建設該網絡需要深度結合天基網絡、空基網絡、地基網絡，在不同空間維度上發(fā)揮自身優(yōu)勢，目標是突破網絡體制的邊界限制，進而實現(xiàn)廣域的全覆蓋和無線網絡的互聯(lián)互通，其應用領域設想包括地球觀測測繪、智能交通、軍事目的、災害救援等。

空天網絡的特點有以下幾方面[3-6]。

1)空間傳輸條件受限?？臻g節(jié)點差異性大，鏈路傳輸時延高，且傳播中斷概率也較高。

2)空間節(jié)點組網的特殊性?？臻g節(jié)點受約束，節(jié)點的高度、分布和拓撲結構變化都需要在一些規(guī)則內調整。

3)系統(tǒng)組成與管理上的特殊性。系統(tǒng)由大量的專用系統(tǒng)和專網構成，缺乏統(tǒng)一標準，異構網絡互聯(lián)困難，節(jié)點間資源不能統(tǒng)一協(xié)同。

地面移動網絡已經形成了全球統(tǒng)一的技術路徑和標準體系，開放和互聯(lián)互通是基本的要求，很難在現(xiàn)有地面移動網絡的體系中嵌入空天部分的內容。空天地一體化的發(fā)展模式，網絡間相互都會受到束縛，更可行的是形成統(tǒng)一的可相互簡便接入的網絡體系，智簡網絡是一種潛在的解決方案，空天地網絡三者間的異構性，難以形成一體化的融合，若在三種網絡內嵌入內生智能，然后利用智簡的網絡框架和接口交互，接著共用地面移動通信的技術基礎和產業(yè)基礎，使得地面用戶可以在任何地方通信，空天用戶也可以在城市環(huán)境享受高質量的業(yè)務應用。同時需要規(guī)劃好頻譜，避免相互干擾。

建議空天地一體化網絡的發(fā)展應該設定可拆可合的目標，利用智簡的網絡框架，地面移動網絡可以簡便地使用任何一種衛(wèi)星通信手段，為地面用戶提供服務；空天網絡也可以使用任何一套移動通信系統(tǒng)為用戶提供服務，接口統(tǒng)一開放。

1.2 6G頻譜

中國在發(fā)展5G過程中始終強調中低頻段，實踐證明這一主張的正確性。5G全球發(fā)展的困境除應用問題外，高段頻譜的影響不可忽視。6G網絡提出了遠遠超過5G的性能指標、應用種類，很顯然頻譜問題就變得十分關鍵。當前針對高頻段的研究較多，尤其是太赫茲。但是我們需要認識到，移動通信總歸是要移動起來的，6G必須要有適合移動的較低頻譜，尤其是10GHz以下，才能形成一張有效的網絡而不是熱點。低頻段必然是資源受限，因此更加需要考慮新的技術來提供更高的頻譜效率、更高的頻譜使用率，這才是6G的生命線。

高段頻譜提供高吞吐率的需要也是十分重要的，但是不需要做完全覆蓋，因此在網絡上就要以中低頻段為主來考慮構建全網，在需要高流量的特殊場景按需集成高頻段、高低頻段的集成和切換，可以在智簡網絡中通過可編程的方式，在應用場景規(guī)劃初期，設計對應的高頻段接口，并可以根據(jù)具體的需求嵌套智能化算法，在高流量的場景需求達到時，智能化算法使能對應的接口，下發(fā)相應指令，使能高頻段。

在業(yè)務應用需要越來越豐富的情況下，很顯然只靠一個頻段滿足所有需求是不現(xiàn)實的。需要在高中低頻譜資源中，合理分工，形成一張協(xié)調的多頻段網絡。

1.3 網絡與業(yè)務分離

網絡與業(yè)務分離，核心是滿足有價值的共性業(yè)務需求，網絡重點做好連接和管理兩大重要工作。6G智簡網絡中，業(yè)務的連接和管理則應更多由業(yè)務提供者去深度考慮，使業(yè)務適配網絡，而避免網絡過度智能化去適配業(yè)務使得網絡極其沉重且無用。同時業(yè)務提供方也應避免脫離用戶實際需求，提供占據(jù)資源卻沒有實際價值的業(yè)務，造成網絡負擔重以及資源浪費。智簡網絡能夠實現(xiàn)適度讓業(yè)務分離并適應網絡的連接與管理，業(yè)務與網絡間不存在強綁定關系，業(yè)務的分離能夠很大程度緩解網絡壓力，并提高業(yè)務服務質量，最終讓用戶能同時擁有更好的網絡質量與業(yè)務體驗。

1.4 網絡可編程

隨著云化、虛擬化等技術在5G網絡中的應用，以及上述6G特征的研究，可編程技術作為重要的手段也得到業(yè)界的關注。應用可編程的手段，能夠在消除網絡差異性的基礎上，有助于實現(xiàn)網絡資源的統(tǒng)一分配調度，滿足按需定制化服務的方式，并通過網絡數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)感知實現(xiàn)自治。同時，智能化的技術與可編程能夠深度融合，為網絡的可編排提供助力[7]。圖1為可編程網絡，可編程可以作為業(yè)務場景和網絡智能間的橋梁，通過可編程下發(fā)網絡人工智能(Artificial Intelligence，AI)的指令，調配網絡資源按需定制滿足業(yè)務場景需求，亦可反饋業(yè)務場景的請求，網絡AI進行網絡編排規(guī)劃調整。同時根據(jù)業(yè)務場景的差異性，通過可編程框架實現(xiàn)網元功能的“排列組合”，支撐不同屬性的業(yè)務?？删幊痰姆绞綄⑹侵呛喚W絡的重要實現(xiàn)手段。

圖1 可編程網絡

2 6G智簡網絡方案

本章節(jié)首先描述智簡網絡的設計原則——輕量化，然后介紹6G智簡網絡的框架，最后闡述6G智簡網絡定制化的特點。

2.1 智簡網絡設計原則

在智簡網絡結構的設計層面，構建基本架構滿足用戶核心需求即可，而不應試圖滿足所有需求。每一代移動通信都帶來大量全新的用戶需求構想，如果全部實現(xiàn)在基本架構層面，會使得網絡架構過于繁瑣沉重，不僅降低網絡運行效率、提高網絡設計難度以及運行維護成本，還不利于后續(xù)增加新功能時更新網絡結構以適應全新的應用場景。智簡網絡結構是一種輕量化的架構，該架構作用于應用場景的需求驅動，若實現(xiàn)不同應用場景和技術的即插即用，即可更大程度為新技術的適配提供便捷的驗證。當網絡結構能夠滿足當下使用需求時，設計規(guī)劃新的場景或功能時只需重點關注與總體網絡結構的適配性，便能夠在功能與性能成熟后便捷地融入網絡中。輕量化的智簡網絡結構意味著對通信本源的回歸，而不是繼續(xù)盲目拓展需求，以通信的基本需求為載體，各種拓展應用為羽翼，不斷豐富其中，構建出結構合理的輕量化智簡網絡結構。

構建智簡網絡的核心，便是網絡內生智能和開放可編程的結合。雖目前較少有文獻研究討論這兩者的結合，但是這兩個方向是相輔相成，互相依存的，都會在未來6G網絡中扮演重要角色。內生智能是6G網絡與生俱來的特性，然而要很好地應用智能的內生性，數(shù)據(jù)是關鍵。如何做到數(shù)據(jù)的按需定制，AI模型的數(shù)據(jù)輸出如何有效地作用到網絡，以及AI的輸出如何改變網絡的行為，都需要AI邏輯模塊和網絡API(Application Programming Interface)去緊密配合，這是在網絡設計初期需要考慮的問題，而開放可編程則作為未來6G網絡的基本框架，對內提供邏輯，對外提供標準接口API和模塊化軟件，是內生智能的數(shù)據(jù)來源和作用對象。

2.2 6G智簡網絡框架

在移動通信發(fā)展中，智能化是最常被提及的未來愿景之一，在6G智簡網絡中，AI會在未來網絡中占據(jù)主導地位，最后形成端到端的體系，主要涵蓋智能核心網和智能邊緣網絡、智能終端，以及智能業(yè)務應用。6G智簡網絡的設想能使網絡運營和運維模式發(fā)生根本性變革，網絡將由當前以人驅動為主的人治模式，逐步向網絡自我驅動為主的自治模式轉變，通過網絡數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)感知實現(xiàn)自治。然而智能化不僅對智能模型的精準度要求越來越高，還為信息處理、運算能力、軟硬件協(xié)調等多個領域帶來更多難題并體現(xiàn)在落地中，為避免“為智能而智能”的困擾，實現(xiàn)解放人力、高度智能化的目標。更現(xiàn)實的訴求是一種可編程、可根據(jù)用戶需求定制化的網絡。可編程是對網絡功能和行為邏輯的高度抽象，將用戶除基本需求以外的高端訴求進行個性化設計，摒棄對智能化和集成化的盲目追求，圍繞訴求進行針對設計來達成目標。

6G智簡網絡是對網絡架構層面的革新，當前僵化緊耦合的無線通信協(xié)議棧極大限制了網絡能力。可編程方式作為6G智簡網絡的核心主要包括可編程作用域、可編程框架和可編程智能化三個方面。首先，可編程作用域方面，從目前進展看，一步到位的可編程網絡并不現(xiàn)實，從數(shù)據(jù)可編程到參數(shù)可編程再到行為可編程的循序漸進更有利于技術的演進和落地實現(xiàn)。其次，開放可編程框架，可以采用插件編程思想，靈活調用插件代碼函數(shù)或啟用相應的線程，從而滿足網絡基礎設施按需配置，按場景定制的需求，為下一代網絡開放可編程原型設計提供技術保障和方法支撐，適用于未來基于云原生的網絡架構。在框架和作用域確定后，模塊化的網絡要素及標準化應用程序編程接口API設計將是最終智能可編程網絡呈現(xiàn)形式的關鍵。最后，可編程智能化為新型業(yè)務的添加和編排提供了便利的方案。

如圖2所示，6G智簡網絡框架分為三層，智能服務層、標準接口層和網絡要素層。智能服務層作為內生智能AI邏輯的駐留點，通過開放可編程接口開放層收集數(shù)據(jù)，完成對網絡的智能診斷、 干擾估計、KPI(Key Performance Indicator)分析、定位等功能。智能服務層還可以將接口開放層收集的數(shù)據(jù)加工，得到網絡的特性后，識別出關鍵指標，將得出的針對網絡最優(yōu)的參數(shù)或算法再次反饋給網絡，完成對網絡功能的智能調整和智能應用，如參數(shù)優(yōu)化、干擾抑制、調度器及相應算法優(yōu)化及網絡智能切片等。標準接口層為開放可編程對外提供的接口，這些接口既可以作為AI數(shù)據(jù)搜集和決策反饋的接口，又可以作為開放可編程框架交互的接口，分為數(shù)據(jù)接口和控制接口。網絡要素層由特定功能的處理模塊提供網絡要素服務。處理模塊與網絡基礎設施中的訂閱和管理功能邏輯緊密耦合，負責整個處理模塊向網絡基礎設置的注冊和管理。另一方面網絡要素層具備邏輯處理功能，包括邏輯編排、邏輯替換和邏輯選擇，對應開放可編程的程序運行在網絡內部的函數(shù)插件中。整體架構通過開放的標準接口對網絡中高度抽象的模塊化邏輯單元(如協(xié)議功能、信令分發(fā)、算法等)進行編排組織，對外提供智能化的網絡應用和服務體驗。

圖2 智簡可編程網絡框架

2.3 智簡網絡賦能定制化

6G網絡將是涵蓋各種應用的復雜巨型網絡，同時接入的設備和應用場景千差萬別，這需要網絡不斷優(yōu)化自身模型和工作方式，適應多種場景的需求，智能調整自身狀態(tài)和外部設備的工作方式，滿足場景定制化的切換，使網絡總是朝著最完美的工作狀態(tài)下逼近。在智簡網絡中，網絡始終不斷地自學習，學習無處不在，學習無時不在。自學習的目的就是在業(yè)務定制化需求到達時，能夠根據(jù)“經驗”實現(xiàn)快速響應，通過即插即用的方式調度需要資源，快速實現(xiàn)網絡規(guī)劃，支撐業(yè)務請求。在業(yè)務請求完成后，迅速釋放資源，保證后續(xù)業(yè)務的持續(xù)處理。

以超大規(guī)模連接小區(qū)負載預測為例，6G網絡中海量的接入以及不同類型業(yè)務的接入，對網絡形成的考驗和壓力是巨大的，而6G智簡網絡可對網絡小區(qū)負載、用戶業(yè)務類型及業(yè)務量情況進行精準預測，基于預測可提前對網絡負載進行優(yōu)化和協(xié)調，為用戶選擇合適的小區(qū)駐留，避免滯后性及盲目性造成網絡擁塞導致用戶體驗下降。同時開放的接口和可編程的手段，為外部事先優(yōu)化規(guī)劃、局部或整體動態(tài)調整提供了手段和技術支持。因此，通過智能可編程構建面向服務的現(xiàn)場自適應定制化智簡網絡，最終實現(xiàn)按需按序迭代演進，滿足各種6G場景及接入方式靈活的輕量化網絡部署，從而精確滿足特定需求，且不需要面對智能化和多場景帶來的過于復雜的系統(tǒng)，實現(xiàn)簡潔高效的網絡定制。

3 結束語

目前移動通信產業(yè)處于5G商用和6G初步研究的階段，本文討論了6G網絡的特點，包括天地一體、6G頻譜、業(yè)務與網絡分離和網絡可編程，隨后提出了通過智能可編程賦能，使網絡結構輕量化、定制化的6G智簡網絡方案。

綜上所述，未來6G被廣泛認為可能在多方面帶來革新，但是Vodafone認為運營商不需要6G的觀點同樣具有代表性，這讓我們反思移動通信的發(fā)展路線究竟應該是什么？在功能繁多，系統(tǒng)負擔愈發(fā)沉重的趨勢下，更應該注重簡化功能，突出重點，業(yè)界需要將更多精力放在做好通信自身上?；貧w通信初心，相信未來的移動通信能以簡潔合理為方針，輔佐以大量更新改良的技術，支撐更多實用且創(chuàng)新性的業(yè)務應用，真正改善用戶的使用體驗，為人類社會科技文明發(fā)展提供助推力。