面向6G的核心网网络架构研究

面向6G的核心网网络架构研究

杜虎

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司  河南 郑州 450052

 摘要：随着物联网、边缘计算和人工智能等技术的不断发展，5G网络展现了巨大的潜力和应用空间。然而，为了应对未来更大规模、更多样化的应用需求，研究者们已开始关注第六代移动通信网络（6G）。本论文旨在研究面向6G核心网的新型网络架构。首先，本文将综述和分析目前5G核心网架构的优点和瓶颈，并针对6G核心网的需求提出潜在的关键指标和挑战。然后，基于对未来网络需求的分析，提出了一种新的面向6G的核心网网络架构，该架构由多个层级和模块组成，包括核心网络切片、跨域用户隐私保护、边缘计算和智能路由等。每个模块都被精心设计，以满足6G网络中的高可靠性、低延迟、高吞吐量等性能需求。接下来，本文利用仿真实验评估了提出的6G核心网架构在各种场景下的性能表现。实验结果表明，所提出的架构相比当前的5G核心网架构在吞吐量、时延和可扩展性等方面有显著的改进。

最后，本文讨论了在实际部署中可能出现的挑战和解决方案，并提出了一些未来的研究方向，以进一步完善面向6G核心网的网络架构。

关键词：6G, 核心网, 网络架构, 高可靠性, 低延迟, 高吞吐量

引言

 近些年，下一代移动通信技术（6G）已经引起全球工业界与学术界的高度关注。作为一个复杂的系统，网络架构是移动通信网络的基石，整个系统的能力与效率都与网络架构息息相关。其中，核心网在系统中扮演着中控大脑与核心枢纽的角色，不仅负责移动通信网络中融会贯通、承上启下的任务，同时承担着 6G 应用业务演进与繁荣的责任。

1、6G核心网愿景

1.1多接入融合

  为了能够随时随地接入网络，卫星通信、无人机通信、海上通信等都将与6G网络深度融合。作为地面通信的补充，上述技术将极大地扩展6G网络的覆盖范围。需要注意的是，虽然卫星通信、无人机通信、海上通信都属于接入网技术，但接入网的扩展需要来自核心网的支持。复杂多变的接入场景对6G核心网提出了更高的要求。

以卫星通信为例，虽然其覆盖范围更大，不受地形限制，但存在时延长、路径损耗大、多普勒频移、业务迁移频繁等问题。上述问题对6G核心网提出了极大的挑战。首先，与位于一个地方的基站不同，快速移动的卫星和无人机使网络控制更加复杂，6G核心网需要应对频繁的切换。同时为应对高动态的场景，6G核心网必须具备对接入网环境变化的认知和预测能力；其次，不同通信的时延差异很大，提供质量有保证的综合服务的难度很大；再次，不同通信之间的切换不仅会触发通信切换，还会触发业务迁移，6G核心网需要对通信拓扑和计算提供重新安排。

1.2AI+网络

 万物互联是6G的核心愿景。海量异构设备通过6G网络连接，人工智能赋能6G应用-]。由于AI应用程序通常是计算密集型的，因此如何保证计算能力提供是6G核心网面临的关键挑战。传统的云驱动人工智能对骨干网络造成了沉重的负担，并且存在延迟较高的问题。在网络边缘开发计算资源也面临着资源限制的挑战。在前几代移动通信技术中，通信网络仅充当用户设备与云服务器之间的管道。因此，通信和计算资源是单独调度的。

6G将有所作为，它不是一个简单的信息管道系统；相反，它更像是一个结合了人工智能和计算资源的大领域，称之为网络赋能人工智能。该领域的所有设备都通过网络进行赋能和调度，从而形成万物互联。另一方面，为了让网络高效工作，6G的核心网必须具备对网络覆盖范围内的所有设备进行调度的能力。在这个过程中，控制器必须借助人工智能的力量来应对快速变化的异构环境，称之为人工智能赋能网络。

2、6G核心网架构

2.1 架构概览

   未来的6G网络将面临多样化的目标、多变的业务场景、个性化的用户需求，这不仅要求6G网络具备大容量、超低时延，更需要卓越的可塑性。面对分布式场景不断变化的需求，6G网络架构应该具备足够的灵活性和可扩展性，从而能够在控制层对网络进行更加细粒度的调整。本章将深入研究6G核心网的设计，并尝试提出一种改进的6G核心网架构。

6G核心网智能普惠服务架构主要由算网资源层、算网业务层、能力普惠层与用户层构成。所提架构将网络中的各类资源与基础设施依托部署在算网资源层，向上为算网业务层提供支持。算网业务层包含四大网络功能体，向上提供6G网络所有的网络能力。能力普惠层将算网业务层的能力进行聚合，通过应用使能框架等方式实现网络能力开放，实现算网能力的统一管理，进而为上层业务或用户提供服务。本节将详细介绍能力普惠层与算网业务层。

2.2核心网架构之能力普惠层

  能力普惠层主要由需求解析、能力支撑以及能力仓库三大功能模块构成。需求解析模块负责将来自用户层的业务需求进行转译，解释成算网业务层能够理解的业务需求，并将已完成的业务需求存储至知识库供后续业务参考。当需求解析模块再次收到已经处理过的业务需求时，其能够直接从能力仓库中的知识库进行检索且无需再将需求传递至算网业务层进行处理。能力支撑模块负责对算网业务层开放出的网络能力进行发现、抽取、封装以及编排等操作。能力仓库接收并存储来自能力支撑模块的以原子服务形式封装好的网络能力，并将计算、连接、AI等网络能力以服务的形式对外开放。

2.3核心网架构之算网业务层

   控制功能体聚合传统控制面的各种网络基础功能，并增加了多维接入功能与融合控制功能。在多维接入方面，基本原则是兼容新老用户以及终端。针对不同制式、不同能力的终端，控制功能体支持不同的适配方式，灵活适配无线、卫星等，实现新旧终端的无用户感知、即时连接与即插即用。保障下一代网络能力的使用能够不依赖于终端芯片的发展程度。控制功能体还提供融合控制功能，将网络资源调度决策转换成算力资源层能够理解的决策，并协同其他功能体共同完成对网元的动态编排、异构网元协同以及QoS/QoE智能优化等功能。

3、结语

  为实现6G对各类差异化业务的高效支撑，笔者在5G核心网网络体系结构基础上提出了6G智能普惠服务架构，并对所提6G智能普惠网络的整体架构进行概览。其核心特征在于将网络架构从“网络功能为连接而设计”向“连接+AI+算力+能力开放”转变，形成架构极简、智能普惠的6G核心网架构。随后重点介绍了智能普惠层与算网业务层中四大网络功能体。最后，对四大功能体网元、接口以及流程方面进行了阐述与展望。

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