欧洲发布《6G 架构愿景——欧洲展望》白皮书

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　　欧洲SESAR研究项目无人机架构工作组近日发布了题为《6G 架构愿景——欧洲展望》白皮书。SESAR 联合项目是一个制度化的欧洲伙伴关系，由私营部门和公共部门的合作伙伴组成，旨在通过研究和创新加速数字欧洲天空的交付。

　　白皮书总结了欧洲关于6G架构愿景的主要研究结果。这个设计愿景来源于从2020年10月开始的约45个项目，涵盖5G的所有相关领域，同时在欧洲研究和创新框架范围内的5G公私合作伙伴关系（5G PPP）中为6G发展铺平了道路。

　　白皮书考虑了未来6G网络的当前架构趋势和技术。受社会趋势、使用案例和新架构使能因素的可用性带来的新需求激增的推动，绘制了将指导下一代移动网络的研究、开发和标准化发展的趋势。为此，白皮书提出了6G端到端架构以及6G参考架构的功能视图，考虑了移动网络生态系统中的新利益相关方，以及架构工作如何考虑他们在网络所有领域的需求。该架构确定了智能、传感、配对、可编程性以及安全解决方案等不同网络领域中泛在部署的关键技术领域。

　　该白皮书的成果是构建5G PPP项目对未来6G架构和研究方向的共同整合图，旨在为即将到来的欧洲计划，即智能网络和服务（SNS）联合事业（JU）奠定架构基础。

　　目前，欧洲网络研究社区已经开始了一项新的计划，以及智能网络和服务（SNS）计划的33个项目，将重点关注5G和6G。作为5G PPP计划的一部分，5G/B5G架构工作组（WG）正在确定和捕捉实现5G和6G架构的新趋势和关键技术。架构工作组的主要发现和结果现已收录在该白皮书中，白皮书从欧洲的角度对6G时代架构设计的技术方向提出了统一的观点。

　　白皮书首先分析了2030年及以后未来6G网络设计和开发的社会、经济、监管和技术趋势。在即将到来的新兴和颠覆性数字技术的推动下，无线网络正在并将继续成为推动全球经济转型和人类社会发展的基石。演变之路将在未来几年继续进行，推动5G和5G先进用例的大规模采用，显著降低部署和运营成本，并实现新的和创新的用例驱动的解决方案，实现具有更高经济和社会价值的6G。

　　为了实现上述趋势，白皮书重点介绍了相关研究工作，并介绍了未来6G网络设计的所有关键要素和关键架构使能因素及解决方案；一个深深植根于现实需求并能在中长期内给人类带来深远利益的设计。具体来说，白皮书介绍了6G端到端架构的高级视图以及6G参考架构的功能视图，考虑了移动网络生态系统中出现的新的利益相关方，以及架构工作如何考虑他们在网络所有领域的需求。关键架构使能因素将构成未来6G网络架构的主干，包括构建智能、灵活、可持续、安全、可编程网络的所有相关技术解决方案，以及在6G网络中实现通用无线电技术、定位和传感。

　　一。 对当前社会和技术趋势的分析

　　自从移动通信发明以来，无线网络技术无疑已经改变了地球上数十亿人的日常生活，深刻地影响和塑造了迄今为止的经济和人类社会的演变。今天，世界同时面临着几个前所未有的挑战：气候变化、全球流行病、社会不平等和误导是当今政府全球经济、社会和政治议程的所有方面，这要求全球经济和社会本身进行有影响力的可持续变革。在即将到来的新兴和颠覆性数字技术的推动下，无线网络现在和将来都将是实现这一转变的基石。演进之旅将在未来一年继续，推动5G和5G高级用例的大规模采用，显著降低部署和运营成本，并实现具有更高经济和社会价值的新的和创新的用例驱动的解决方案。

　　在这种背景下，为了指导以人为中心的未来网络的设计，白皮书分析了2030年及以后的主要社会和经济趋势。此外，还讨论了对未来网络的设计和部署至关重要的监管和技术趋势，以确保此类发展趋势和相关研究工作能够考虑未来网络设计的所有关键要素，这种设计深深植根于实际需求，并能在中长期内对人类产生深远影响。

　　二。 2030年及以后的社会趋势

　　2015年，联合国大会“为所有人创造一个更美好、更可持续的未来”确定了17个相互关联的可持续发展目标。自那时以来，社会所有部门都被要求努力实现2030年及以后的这些目标。迄今为止，信息和通信技术（ICT）和无线网络产业为实现这些目标做出了积极贡献。例如，在2010年至2016年期间，据估计，无线网络已经帮助200万尼日利亚人摆脱了极端贫困。同时，值得注意的是SDG（可持续发展目标）框架显然超出了气候问题，因此需要一个整体的方法来解决所有的目标，这是非常紧密相连。为了解决可持续性问题，仅仅关注支持所有环境、社会或经济目标的单独气候行动可持续发展目标（#13）是不够的。用于引导在SDG框架内设计未来网络时，另外可信度和数字包容性两个方面也很重要。

　　三。 2030年及以后的经济趋势

　　无线网络技术一直被认为是推动全球经济发展的重要成长引擎。到2035年，包含5G和5G以上的网络技术可能会在ICT行业引发13.2万亿美元的全球销售额，占全球实际GDP的5%，而到2035年，6G价值链将能够在全球创造2230万个就业岗位。这一估计甚至没有包括连通性对非信通技术部门的影响。为了在未来几十年实现经济复苏和（重建）全球增长，同时建设可持续的未来，数字技术，尤其是无线技术，已被全球政府和行业广泛认可为基本工具。无线技术作为所有可能的工业部门（例如，汽车、工业、交通、农业、教育、卫生和娱乐）的关键数字基础设施，已经并将继续服务于全球经济，并在本质上支持所有这些部门的可持续发展。

　　四。 2030年及以后的监管趋势

　　虽然通信部门在上世纪90年代实现了私有化，但行业监管与高效的频谱接入规则、电磁场（EMF）电磁兼容性（EMC）以及确保通信环境之外的平台和云运营商的公平竞争环境相结合，仍然非常重要。到2030年，行业监管对社会的影响甚至会越来越大，而且比以往任何时候都更有必要。例如，频谱管理是未来网络、任何无线技术发展的核心，政府和监管机构将获得新的机遇，因为在不同高度的部署特征和频谱接入模式方面，频谱频段种类繁多，频谱共享水平和需求也各不相同。未来的网络很可能将一系列无线电接入网络（RAN）技术结合起来，从宏蜂窝到具有非常高容量的短程链路的小蜂窝。这就要求完善法规，以解决不一致的本地审批流程和频段分配问题，从而实现密集的小型基站部署。随着ML/AI技术在不同行业领域的出现，已经引入了一些法规，例如，欧洲AI法案和美国AI权利法案蓝图，以规范AI系统。到2023年，预计人工智能将被广泛用于增强未来网络的性能，并作为服务由未来网络提供给广泛的应用。因此，通信部门很可能会受到人工智能规则的影响。最后，值得一提的是，需要保证在世界不同地区开发的众多解决方案的互操作性：现在比以往任何时候都更需要能够智能适应并在地球所有地区顺利工作的设备和终端。

　　五。 2030年及以后的技术趋势

　　要维持和实现移动网络的持续发展，需要多种技术的相互作用，其中可以提到的网络要求如下：

　　（1）本地化和感知：本地化是在3GPPP规范的第9版中引入的，并且正在继续发展。随着更宽带宽信号与高频段频谱（> 100 GHz）的结合，以及同步定位和绘图（SLAM）与低频通信的结合，未来的网络将集成高精度定位（具有厘米级精度）、感知（类似雷达和非类似雷达）和成像（毫米级）功能。这需要开发高度新颖的方法和算法，以共同优化通信、感知和/或定位。

　　（2）网络智能：人工智能（AI）/机器学习（ML）将带来一个专业通过影响空中接口、数据处理、网络架构和管理的设计来破坏未来的网络，以实现卓越的性能。对于端到端网络自动化来说，处理跨多个网络域和层的编排的复杂性将变得至关重要。

　　（3）数字孪生（DT）：DT是真实世界实体的数字复制品。虚拟表示反映了原始物理对象在其整个生命周期中的所有相关动态、特征、关键组件和重要属性。DT的创建和更新依赖于及时可靠的多感知无线感知（遥测），而信息物理交互依赖于及时可靠无线控制嵌入无线设备的许多交互点。在未来的网络中，DT将作为一种有价值的工具，用于创建新颖的颠覆性解决方案，尤其是针对垂直行业，这些解决方案通过机器、人类和环境之间的大规模实时、鲁棒和无缝交互来实现。具体而言，可扩大DT的规模，通过系统的气候缓解措施实现大规模的可持续生活，通过积极监测和模拟所有可能的情景，提高社会在危机情况下的复原力可能有助于转变整个社会结构，以适应2030年及以后。

　　（4） 重新构想的网络架构：面向6G时代的新网络架构范例包括通过将系统架构分解为平台、功能、流程编排和专业化方面。未来的网络平台将是开放的，可扩展、安全、弹性、分布式和不可知的异构云系统，即数据以流程为中心，将包括硬件加速选项。在功能上，融合了RAN和核心网络将有助于降低架构复杂性。与此同时，子网的动态卸载和灵活实例化将推动建筑的专业化。与服务的公开提供和资源货币化将是编排架构的转变；认知的闭环和自动化可能会变得无处不在。所有未来部署场景将依赖于灵活、可扩展、安全的高级传输网络和网络结构可靠地支持要求苛刻的使用案例和新颖的部署选项，例如通过人工智能驱动的可编程性实现分布式RAN和集中式/云RAN。未来的网络架构应提供便利所有人工智能操作的网络能力。

　　（5）新的设备和接口：未来的网络将连接到大量的设备和接口，实现新型的人机和机器-机器通信。由多个本地设备集合而成的新的人机界面将能够一致行动。此外，物联网设备的普及性和寿命将通过零成本和零能耗设备得到进一步增强，可打印的能量采集设备可以部署在任何地方。

　　（6）网中网络：为了满足本地和专业网络和子网的需求，6G网络的网络将覆盖多种规模的物理和虚拟网络。私有和5G非公共网络（NPN）的发展，如校园网，将扩展到支持许多对服务质量（QoS）和连接性有严格要求的机器和流程，采用边缘处理实现进一步自动化。垂直市场和企业（如能源行业智能电网）将受益于性能有保证的自动化服务以及“即服务”（ aaS）业务模式转型。这种服务将基于各种类型的资源，包括通信、数据和人工智能处理，将需要定制的网络功能来支持新的价值链受控方式。

　　六。 用例及用例族

　　欧盟资助的H2020项目名为B5G/6G视觉旗舰项目和连接人类、物理和数字世界的技术使能器智能结构（Hexa-X）是欧盟委员会的6G试点项目，其任务是设计6G在社会发展中的作用。该项目提出了六个主要的研究挑战，奠定了可以预测6G的使用案例相关的基础，同时考虑社会和经济发展趋势。在这里我们确定一组初始的、非详尽的用例，作为指导未来研究方向的第一基线6G，基于通过5G PPP和6G-IA计划推动的当前欧洲6G研究活动的观点。这些用例涵盖了广泛的使用，从进化的使用，用新的能力扩展和丰富5G的使用，到更具破坏性的使用，开辟了6G可以造福和改变社会的新天地。这些用例根据使用的类型，以及所解决的研究挑战和价值，被分组到用例家族中，如图1所示。

　　七。 E2E架构

　　图2描绘了6G架构的高级视图，并突出了关键的技术使能因素。各种构件被组织成三层：基础设施、网络服务和应用程序。基础设施层由网络RAN、网络CN和传输网络组成，其中包含无线电设备（非虚拟化无线电功能，如无线电单元（RU）、分布式单元（DU）、甚至传统基站）、交换机、路由器、通信链路、数据中心、云基础设施等等。基础设施层提供物理资源来承载网络服务和应用层元素。此外，由于引入了新的用例，例如沉浸式智能城市，为6G设想的基础设施层可以容纳新的使能器，例如本地化和感知。对可交付Hexa-X D3.1中的定位和感知进行了彻底的差距分析。基础设施层还包含RAN改进，可实现极低时延、高可靠性、可用性、高数据速率、高容量、可负担的覆盖范围、高能效、精确定位和集成感知。

　　6G架构将不同的（子）网络解决方案整合到网中的网络。网中的网络可以容易和灵活地适应新的拓扑结构，以满足极致性能和全球服务覆盖的要求，远远超过有5G的能力。

　　八。 结论和展望

　　白皮书讨论了未来6G网络的当前架构趋势和技术。受社会趋势、使用案例和新架构使能因素的可用性带来的新需求激增的推动，我们绘制了有望指导下一代移动网络的研究、开发和标准化趋势的高层次趋势。我们确定了不同智能网络领域无处不在的部署趋势，感知、配对以及安全解决方案部署在整个网络中。

　　然后，我们深入到特定的网络领域，讨论前沿方面的研究趋势例如接入网络、智能、可持续性、结对、感知、安全性和可编程性。

　　此外，我们还讨论了服务提供商在网络中的角色，通过他们使用网络应用程序和基于意图的网络进行集成。这一讨论有助于对5G-PPP项目以及未来6G架构和研究方向有一个统一的认识。