IMT-2030（6G）推进组6G前沿关键技术研究报告 -网络技术领域 2023.v2

IMT-2030(6G)推进组2IMT-2030(6G)PromotionGroup一、总体架构体系 4二、架构技术 41、空天地一体组网 41.1技术简介 41.2技术研究进展 61.3技术研判 72、数字孪生网络 82.1技术简介 82.2技术研究进展 92.3技术研判 103、6G可信内生安全 113.1技术简介 113.2技术研究进展 123.3技术研判 13三、组网技术 141、移动算力网络 141.1技术简介 141.2技术研究进展 151.3技术研判 162、端网云协同 172.1技术概念 172.2技术研究进展 172.3技术研判 183、新型网络共享 193.1技术简介 193.2技术研究进展 203.3技术研判 21四、网络性能提升技术 221、韧性网络 221.1技术简介 221.2技术研究进展 231.3技术研判 242、确定性通信 242.1技术简介 242.2技术研究进展 252.3技术研判 273、语义通信和语义认知网络 273.1技术简介 273IMT-2030(6G)PromotionGroup3.2技术研究进展 283.3技术研判 30五、网络服务能力拓展技术 301、网络大模型 301.1技术简介 301.2技术研究进展 321.3技术研判 342、通信感知网络 352.1技术概念 352.2技术研究进展 362.3技术研判 373、沉浸式通信 383.1技术概念 383.2技术研究进展 393.3技术研判 41六、总结 43参考文献 44主要贡献单位 454IMT-2030(6G)PromotionGroup一、总体架构体系6G作为新一代信息服务网络，将是一个连接智能、支撑数字与物理世界融合、实现多要素信息服务的时代。6G网络将成为一个开放创新和提供信息服务等能力。6G平台化服务网络架构如下图所示，分为基础设施资源层，网络功能层，应用与开放层，以及贯穿各层级的内生二、架构技术1、空天地一体组网6G将构建跨地域、跨空域、跨海域的一体化网络，实现真正意义上的全球5IMT-2030(6G)PromotionGroup6G空天地一体化组网可在天基、空基、地基网络之间实现网络资源的统一图2天地一体化网络架构6IMT-2030(6G)PromotionGroup星地算力资源调度：6G网络中大量业务应用存在算力需求，算力网络是解上载荷性能差异巨大，因此基于卫星边缘计算实现星地算力资源的协同调度是7IMT-2030(6G)PromotionGroup在标准研究和制定方面，国内外标准化组织均已启动相关研究。ITU-R在美国谷歌曾推出了Loon项目，尝试借助数千架临空气球平台（1）星地切换：面向未来空天地协调组网场景，需考虑终端在星载基站、8IMT-2030(6G)PromotionGroup（3）星载网元部署和实现：星载核心网网元通过轻量化技术处理，以适配2、数字孪生网络9IMT-2030(6G)PromotionGroup图3数字孪生网络架构IMT-2030(6G)PromotionGroupplanningtool)在运营商客户的骨干网上建立数字孪生体，运用人工智能技术议、网络、分片、业务五个层次的信息，实现对网络状态的实时监控。NVIDIA相似度及预测能力测试。中国移动2021年发布了业界首篇《数字孪生网络标准推进方面，ITU-T、IETF、3GPP和CCSA等国际国内标准化组织中均开首个数字孪生网络标准Y.3090，定义数字孪生网络的架构和技术需求，同步推IMT-2030(6G)PromotionGroup（1）网络大模型赋能的数字孪生网络技术。网络大模型具有强大的生成能3、6G可信内生安全6G网络趋向复杂性、多样性发展，网络的暴露面不断增加、网络边界将被IMT-2030(6G)PromotionGroup图4可信内生安全网络架构（1）端到端安全架构。包括构建信任基础设施，实现如分布式数字身份、现网络与业务可信，如设备单点可信、网络可信，（2）安全能力的持续更新与演进。不仅应伴随网络与业务的设计、部署、（3）安全能力的多样化和可定制化。基于更先进的技术，提供抗量子攻击能力里提供更多单点技术供按需调用和配给；采用软件定制安全的理念，结合6G以用户为中心的可定制化思路，基于安全能力的模块化，通过智能化编排、务提供信任支持；之后在2023年6月完成的《IMT2030未来发展IMT-2030(6G)PromotionGroup愿景技术研究报告》，提出了以“主动免疫、弹性自治、虚拟共生、泛在协同”IMT-2030(6G)PromotionGroup三、组网技术1、移动算力网络算力、基站算力、边缘算力等算力资源并通过管控机制来协同联接资IMT-2030(6G)PromotionGroup图5移动算力网络功能需求架构图结合移动网络的算网融合发展，运营商及相关络调度对象从单一的连接向连接+算力扩展，实时感知协同控制网络中的通信和的网络节点。美国的NextG联盟提出通算融合的方案，在空口侧支持通算融合支持跨设备跨网络节点的高效分配计算负载。国内IMT-2030（6G）推进组网络在算力路由方面，IETF已经成立专门的工作组CATS（ComputingAwareTrafficSteering）推动算力路由IMT-2030(6G)PromotionGroup（1）通算融合控制机制。6G移动算力网络的通信控制功能和（2）计算服务会话管控。如何高效支撑不同端边云计算节点之间协作的计（3）实现移动算力网络的智能服务感知。通过在移动算力网络中引入服务全网算力部署的灵活路径选择，构建面向移动算力网（4）提供移动算网统一编排调度服务。通过接入网、承载网、核心网多专2、端网云协同IMT-2030(6G)PromotionGroup图6端网云协同架构IMT-2030(6G)PromotionGroup通过云网边端进行智能算法协同训练及推理来实现万物智联也成为了一个研究组织中积极推动MEC相关标准的制定。2014年，欧洲电信标准协会（ETSI）正之一。而随着6G网络标准化工作的开展，绕网络提供终端与应用之间的边缘连接管道（1）网络在端网云协同中将提供超越连接的服务，因此，需要研究移动网IMT-2030(6G)PromotionGroup（2）研究终端参与网络与云的协作任务。网络作为终端与应用之间的连接提供商之间进行能力服务的管控与协调，从而动网络之间的信令增强设计、网络为三方提供的能力开放服务等。6G用户面需理的能力、跨域协同与业务感知的能力等以满足不同的业务处理与传输需求。3、新型网络共享网络共享是指多个运营商共享同一网络设施和/或频谱资源，以提高网络效和质量，同时也可以降低网络建设和运营成本。3GPPR15版本标准明确5G系统应支持MOCN共享模式，在该共享网络架构下，根据载波是否共享又分为独IMT-2030(6G)PromotionGroup重要研究方向。第三，6G网络将超越连接，提供智能、感图7新型网络共享技术概念图学术界的研究主要聚焦在基于分布式技术（如区块链技接入网（如卫星）和融合网络的网络功能，包括共享星上RAN功能、共享星上行业组织5GAmericas发布的白皮书《IMT-2030(6G)PromotionGroup双边资源调度、铁塔站址租赁确权等多运营商协同场景。此外，国内还开展了包括探索通过网络AI技术、数字孪生技术解决共享网络配置优化等运营问题，探索频谱融合和动态频谱共享机制解决覆盖和容量商重点关注的网络技术，面向6G，网络共享研究的深度和广度将进一步延伸，计算能力以及AI服务能力的共享技术研究，包括新能力共享的需求场景、网络（3）面向卫星等空天网络的共享，建议研究卫星等空天网络漫游和共享场方案的网络架构及关键流程机制设计，以及技IMT-2030(6G)PromotionGroup四、网络性能提升技术1、韧性网络零接触的自主管理和运营能力，能够适应业务需求IMT-2030(6G)PromotionGroup图8韧性网络提出基于零信任原则构建网络，以便为用户提供高水平的可靠性以及对可持弹性分布式计算，6G应该能够理解计算任务、能够将计算请求发送到合适的节点并保证通信资源。需要定义新的控制面协议，使及需求研究》和《6G分布式自治网络架构和关键技术研究》提出分布式自治网络架构，从架构角度支持网络弹性，在《场景定制化的6G通信、物联网、无人机(UAV)、移动自组织等，网络能够根据业务需求通过网络IMT-2030(6G)PromotionGroup体系架构理论、分布式节点知识构建和安全可信共享、的技术研究包括了网络架构、数据管理、智能内生、安全内生等多个方面。从络的增强，并且开展关键技术原型验证工作，以验证2、确定性通信解决。6G确定性网络的特征具体包括低传输延时、高精度授时、高传输速率、IMT-2030(6G)PromotionGroup图9确定性网络技术准确（可靠）的数据传输的确定性服务质量保障技术，各节点的时钟同步是6G图10确定性网络时钟同步面向6G，通信网络的各节点均可能具备一定的感知和计算能力，各节点能IMT-2030(6G)PromotionGroup网络的研究工作。IEEE主导的TSN技术面向局域网场景，在层二以太网层面上部系统集成实现数据转发的确定性。为更好匹配行业应用内/间的UE-UE间的确定性转发能力。R18版本持续增强确定性能力，实现对DetNet的支持，以及5GS授时和时间同步方面的功能增强，提升空口的确定性业务流确定性面临的技术挑战[4]，通过流量整形和控制，在满足时延和带向确定性时延性能的端到端拥塞控制协议,根据业务流和网络状态动态调整级[7]；提出一种联合拥塞控制和队列管理的方法，获得确定性端到端时延内，突破了确定性流和非确定性流并存的问题。在北京-南京千公里级别试验和电子制造商协会(ZVEI)成立了5G互联产业与自动化联盟ACIA，推动5G在工IMT-2030(6G)PromotionGroup业联盟DNA等以促进相关技术的研究和应用。AII积极推进TSN链发展，5GDNA先后发布多份白皮书并面向不同垂直行业领域开展融合应用研的端到端时延，99.999%的可靠性传输，支持了部分IEEETSN和IETFDetNet功能。6G确定性网络有望在下述多个关键技术领域获得突破，最终实现0.1到0.5ms传输时延，99.99999%的可靠（2）空口确定性保证：研究多对多联合传输，基于用户的动态网络选择，（4）端到端全流程联合确定性保证：研究跨域确定性信息协同、网络管理3、语义通信和语义认知网络6G的重要愿景之一是实现通信网络的智慧内生。其内涵是围绕人类用户和IMT-2030(6G)PromotionGroup资源随愿共享的目标。6G网络将不仅仅聚焦信号的传输和复现，而将同时具备以语义为桥梁打通人-人、人-机和机-机之间的通信壁垒，实现海量设备与用户图11面向6G网络的语义认知网络架构示意图IMT-2030(6G)PromotionGroup例如，在视频编解码国际标准MPEG正在积极推动的机器视觉编码VCM，其中采除此之外，IMT-2030（6G）推进组也正在积极推进语义通信和语义认知网的通信网络的潜在关键赋能技术。2023年9月，IMT-2030(6G)推进组正式发布IMT-2030(6G)PromotionGroup（1）支持个性化服务。通过理解用户需求和偏好，提供定制服务，如根据（3）改进网络安全。通过理解信息含义和上下文，可以更准确地识别并防（4）支持新型应用。通过对环境和用户指令的语义理解支持智能家庭自动（1）处理用户数据可能涉及隐私，如何在保证用户隐私的同时进行有效语（2）如何将语义认知与现有网络技术和架构结合以实现高效可靠通信是一大挑战。此外，需要制定统一的语义信息标准以五、网络服务能力拓展技术从移动互联，到万物互联，再到万物智联，6G网络将与人工智能技术进行IMT-2030(6G)PromotionGroup图126G网络AI的场景需求将在验证阶段发挥重要作用，如室外复杂环境的通道生成IMT-2030(6G)PromotionGroup当前业界主流标准化和行业组织在网络与A各组织以网络原生智能为目标，一方面在AIforNetwork（AI4Net）方向上向实时，或者使数据安全隐私保护得到提升等。业界普遍认为，6G原生智能网络将传统网络服务范围从连接服务，扩展到算力、数据、算法等层面。6G原生智表1.国内外主流行业组织的相关研究和核心观点技术方向组织名称核心观点AIforNetwork3GPP管理面AI功能MDAF，核心网AI功能NWDAF，物理层AICCSA将AI作为优化网络的工具，研究基于AI/ML的物理层、链路层、和语义通信将AI作为优化网络的工具，实现网络智能化。云原生赋能AI，聚焦于人工智能云平台技术规范和能力要求，指导云服务提供商建立人工智能云平台服务规范IMT2020以usecase研究为主，包括基于AI的节能、移动性管理、切片优化、覆盖和容量优化IMT2030基于AI/ML的物理层、链路层、网络层优化，网络智能化管控等使用人工智能（AI）技术和情境感知策略，帮助运营商自动化其网络配置和监控过程，减少运营支出并改善网络运维效果NGMN使用AI技术实现网络自主能效优化等使用AI技术实现6G网络智能边缘计算，优化网络运营效果IMT-2030(6G)PromotionGroupFlagshipAI驱动的空口设计、RRM优化、网络自治和安全Alliance网络实现开放的架构和数据集，使用AI技术优化物理层，MAC，RRM，网络管理，安全方面的性能基于生成式模型弥补数据缺乏问题、基于AI的UHD系统中的信道估计和波束对齐（beamalignment）方法、基于AI的无线边缘网络通算资源调度构建集成边缘计算与以信息为中心的网络，实现基于AI的高级数据分析VTT未来网络的性能优化需要AI驱动的管理和控制，网络更加基于软件NetworkforAI或AIaaS3GPP探索AI在5G网络中功能框架的设计、增强网元功能、制定节点间接口协议与信令流程CCSA研究网络支持AI所需基本能力：AI异构资源编排、AI工作流编排、AI数据治理等，提出NetforAI需要网络架构的革新。IMT2020与3GPP保持同步。研究支持AI用例的统一无线网络架构、功能及无线网元功能增强，研究分布式AI算法的技术特征及对网络的需求。IMT2030网络将AI作为一项服务（AIaaS）提供给网络自身和第三方用户。需明确AIaaS的场景和业务需求、构建支持AIaaS的6G智能内生网络架构。NGMN提出AIaaS是6Gusecase之一。6G网络提供的AI服务可用于实现网络自治，筛选高价值数据等。边缘分布式网络架构需支持大规模可扩展的AI模型训练，并提供运营商与第三方协作的分布式AI解决方案。Flagship边缘智能的架构从全云端智能逐步向边缘下沉直至全端侧智能，经历云边协同和边端协同in-networklearning：分布式智能需要安全和高效的通信，端侧智能的发展需要边缘智能功能、网络内生AI、以及高效的分布式AI；提出了AIaaS和CaaS等概念及usecase，这些新服务将影响网络架构的设计、需定义相应的KVI/KPI，并研究通信计算融合的分布式学习、安全、隐私和可信等方面无线技术forAI：通过空口使能分布式计算和跨端网智能。需要研究高IMT-2030(6G)PromotionGroupAlliance效的、能感知分布式计算和智能功能的空口技术和协议分布式云和计算：提出通信、计算和数据的深度融合，使能广域分布式云，并提出了计算面、数据面的逻辑概念。研究边缘AI服务场景下的关键技术，如分布式学习框架、端-边-云协作学习，联邦学习场景下可扩展和弹性的网络学习系统（包括理论分析，网络架构设计，应用和协议设计分布式学习和网络机制的联合设计等从上表可以看出，CCSA、IMT2030、NGMN、Hexa-X和NextGAlliance均表明了未来网络需在架构设计上支持AI工作流。NSFRINGS项目设置了多项研可以看出AI与通信融合已有较多研究和丰富的成果产出，国内从标准制定的角度开展网络AI架构和关键特性研究，还需进一步展开功能、接口和流程等设计。网络AI相关的网络功能将可能包括前述通信与AI预见“大模型与通信融合”是“AI与通信融合IMT-2030(6G)PromotionGroup2、通信感知网络更先进的下一代移动通信系统6G将提供超越通信的多接的物理与数字融合世界。6G网络服务将以人为中心向智能体为中心扩展，从结果。通信感知网络旨在从资源和功能层面支持通过无线通信设备（基站/UE）IMT-2030(6G)PromotionGroup图13通信感知网络系统功能框sensing）和对内服务（6G系统本身，即sIMT-2030(6G)PromotionGroupIMT-2020推进组成立通信感知任务组，从场景需求、网络架构、仿真评估感融合场景需求研究报告》、《5G-Advanced通感融合网络架构研究报告》和择、感知服务质量参数映射与使用、通感隐私安全、与非终端/基站的传统感知协作与协同设计、资源分配、协同感知、JCAS产生的硬件要求、杂波抑制、UE定向、多雷达联合处理、基于AI/ML（Machilocalization,imagingaIMT-2030(6G)PromotionGroup干扰等，从而提升系统整体性能。通信感知网络将针（1）从标准制定的角度思考通信感知网络，还需进一步研讨网络功能的定（2）从通感算一体化架构设计的角度，通感感知网络将具有全感知模式、通用感知框架、感知与AI等计算能力融合、多设备感知融合等特征。例如面向感知数据如何高效传输，感知协议是沿用定位协议承载在控制面或用户面，还计等。期望业界针对6G通感算一体化技术方向进行细化研究3、沉浸式通信6G沉浸式通信是对5GeMBB的扩展，是在各类环境（热点地区、城市、乡沉浸式通信逻辑架构如图14所示。通过在业务层将一系列原子能力集合组能，沉浸式通信可实现对XR、全息通信、感官互联、智慧交互等沉浸式业务和IMT-2030(6G)PromotionGroup图14沉浸式通信逻辑架构示意图6G将在5G基础上全面支持物理世界的数字化和资源的虚拟化，实现数字例，沉浸式多媒体涉及多类差异化QoS需求的媒体业务流，而为了满足用户的求提供支持。5G网络下，已经开展了利用MEC边缘云作为业务使能开放平台IMT-2030(6G)PromotionGroupIMT-2030(6G)PromotionGroupTC11在完成相关研究报告的基础上，已经分别开展网络支持DataChannel能力的基础上，增加网络侧的AR媒体渲染能力以支持6G网络将会支撑将多种感官（如味觉、嗅觉、触觉甚（1）在技术创新方面，提出和设计开放、共享、协同等特征的新型业务网和计算技术入手研发6DoF沉浸式视觉媒体的视野预测技术、带宽术和分布式计算卸载技术。研究