諶 麗，艾 明，孫韶輝

(中信科移動通信技術(shù)股份有限公司，北京 100083)

0 引言

6G是近期研究熱點(diǎn)，如何將人工智能(AI)及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到6G無線接入網(wǎng)絡(luò)是其熱點(diǎn)之一。隨著數(shù)字時代的來臨和無線通信產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)已成為人們生產(chǎn)和生活的基礎(chǔ)設(shè)施。AI強(qiáng)大的作用和影響力在5G時代已現(xiàn)端倪，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織在5G后期版本引入了一些AI特性[1-3]。而6G無線網(wǎng)絡(luò)將是原生AI的網(wǎng)絡(luò)，AI不僅是實(shí)現(xiàn)未來日益多樣化業(yè)務(wù)的需求，也是無線網(wǎng)絡(luò)本身的需求。本文在回顧無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展、AI對無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)影響的基礎(chǔ)上，探討基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過引入內(nèi)嵌在無線接入網(wǎng)中的智能面，在接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對用戶業(yè)務(wù)的AI管理和網(wǎng)絡(luò)本身的智能管控、靈活部署。在基于AI內(nèi)生的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本設(shè)計基礎(chǔ)上，可以形成以用戶為中心的flexible cell(靈活小區(qū))架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)的至簡部署。

1 無線接入網(wǎng)架構(gòu)簡述

1.1 無線接入網(wǎng)架構(gòu)發(fā)展回顧

無線通信網(wǎng)絡(luò)包含核心網(wǎng)和接入網(wǎng)兩部分。核心網(wǎng)負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)/應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)(如TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、IMS網(wǎng)絡(luò)等)的連接，對整個無線網(wǎng)絡(luò)起到策略控制、業(yè)務(wù)流管理、QoS管理、移動性管理等功能[4]。無線接入網(wǎng)基于應(yīng)用層和核心網(wǎng)的需求，滿足用戶業(yè)務(wù)特性，其性能指標(biāo)體現(xiàn)為系統(tǒng)容量、傳輸速率、空口時延、頻譜效率等與空口傳輸直接相關(guān)的參數(shù)[5]。無線接入網(wǎng)是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)幕究蚣?，每一代無線通信系統(tǒng)的演進(jìn)都包含著無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)和躍遷[6]。

3G無線接入網(wǎng)是一種集中管理架構(gòu)，由RNC管理多個基站NodeB[7]。4G網(wǎng)絡(luò)是全I(xiàn)P化網(wǎng)絡(luò)，接入網(wǎng)采用扁平化架構(gòu)，4G基站eNB直接與核心網(wǎng)連接[8]。 5G基站gNB可以分解為CU和DU，以更好地實(shí)現(xiàn)控制云化和資源本地化。CU進(jìn)一步分解為CU-CP和CU-UP，實(shí)現(xiàn)控制面與用戶面的分離[9]。在3G、4G、5G的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(圖1)變遷中，雖然系統(tǒng)容量和傳輸速率得到了極大的提升，無線接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的主要功能一直是終端和核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。

圖1 3G/4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.2 5G系統(tǒng)引入AI的進(jìn)展

隨著AI/ML的發(fā)展，將其引入無線通信網(wǎng)絡(luò)，提升移動通信系統(tǒng)的智能化水平是必然趨勢。3GPP在核心網(wǎng)部分對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能(Network Data Analytics Function，NWDAF)和管理數(shù)據(jù)服務(wù)(Management Data Analytics Service，MDAS)進(jìn)行了增強(qiáng)[1-2,10-12]。在接入網(wǎng)部分，3GPP R17研究了以RAN為中心的面向NR的數(shù)據(jù)收集與應(yīng)用功能，并在2021年底通過了分別由RAN1和RAN3主導(dǎo)的兩個Rel-18 AI立項。其中，RAN1立項的主要目標(biāo)是評估幾個典型用例(CSI反饋增強(qiáng)、beam管理、定位精度增強(qiáng))，以確定可以用于空口的AI/ML框架，研究是否對協(xié)議過程有影響[13]。RAN3的立項研究現(xiàn)有NG-RAN接口和架構(gòu)下，用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能、負(fù)荷均衡和移動性優(yōu)化的數(shù)據(jù)收集增強(qiáng)[14]。

顯然，受限于5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和各網(wǎng)元的基本功能及邏輯關(guān)系已經(jīng)設(shè)計完成，AI在5G無線接入網(wǎng)的引入是外圍、輔助式的[15]。

1.3 AI內(nèi)生的內(nèi)涵

AI內(nèi)生是在架構(gòu)層面通過內(nèi)生設(shè)計模式實(shí)現(xiàn)AI[15]。6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生AI為網(wǎng)絡(luò)高水平自治、行業(yè)用戶智能普惠、用戶極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全等提供所需的實(shí)時和高效的智能化服務(wù)和能力,是在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)部提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練、模型推理、模型評估等AI工作流全生命周期的完整運(yùn)行環(huán)境，將AI服務(wù)所需的算力、數(shù)據(jù)、算法、連接與網(wǎng)絡(luò)功能、協(xié)議和流程進(jìn)行深度融合設(shè)計[15]?；贏I內(nèi)生的網(wǎng)絡(luò)在滿足傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸功能基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行算力、數(shù)據(jù)、AI模型的融合管理。

AI內(nèi)生將智慧功能內(nèi)嵌部署在網(wǎng)絡(luò)的各個網(wǎng)元上，實(shí)現(xiàn)AI for network和network for AI兩個方面的功能。AI for network是采用AI內(nèi)生對整個無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃、維護(hù)和優(yōu)化，其應(yīng)用例涵蓋大到網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營，小到無線信道監(jiān)控、波束調(diào)整等無線通信網(wǎng)絡(luò)的各個方面。Network for AI是無線網(wǎng)絡(luò)各個網(wǎng)元調(diào)動AI內(nèi)生模塊，參與用戶業(yè)務(wù)傳輸、算力、數(shù)據(jù)、AI模型控制的各個方面。在這種深度參與過程中，網(wǎng)絡(luò)不再是個管道，從而能夠以最優(yōu)方式實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)保障等功能[16]。

無線接入網(wǎng)單元之間、接入網(wǎng)與終端之間要做到AI內(nèi)生，需要采用系統(tǒng)內(nèi)推演。在采用系統(tǒng)內(nèi)推演時，需要在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建AI內(nèi)生業(yè)務(wù)。外掛式AI采用系統(tǒng)外推演，主要采用參數(shù)傳遞方式，AI內(nèi)生業(yè)務(wù)的方式則可以部署更為復(fù)雜的模型，并且更有利于模型本身的know-how保護(hù)[17]。

2 6G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)進(jìn)展和趨勢

2.1 6G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求

6G無線網(wǎng)絡(luò)融合了多種場景覆蓋需求，包括空天地一體化的立體全覆蓋[18]、針對新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特性業(yè)務(wù)滿足和智能化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以及對新型超密集網(wǎng)絡(luò)的支持等[19]。

2.1.1 空天地一體化網(wǎng)絡(luò)

空天地一體化網(wǎng)絡(luò)在任何地點(diǎn)、任何時間、以任何方式為用戶提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)全場景全域下各類用戶的接入。由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在覆蓋范圍和移動接入等方面與地面網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性，構(gòu)建統(tǒng)一的天地一體化網(wǎng)絡(luò)是6G網(wǎng)絡(luò)的重要特征。6G網(wǎng)絡(luò)將通過高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、中低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、臨空網(wǎng)絡(luò)和地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)等共同組成立體覆蓋移動通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)寬帶移動通信的發(fā)展目標(biāo)[20-21]。

如圖2所示，星地融合一體化網(wǎng)絡(luò)包括天基網(wǎng)絡(luò)、臨近空間和地基網(wǎng)絡(luò)三個基本子網(wǎng)，通過星間鏈路、測控鏈路、饋電鏈路等實(shí)現(xiàn)空天地一體化連接。進(jìn)一步，通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、運(yùn)營支撐系統(tǒng)和信關(guān)站、測控站，及信令、業(yè)務(wù)網(wǎng)管的聯(lián)合作用，可以滿足天空用戶、空基用戶、?；脩艉偷鼗脩舻娜轿桓采w和業(yè)務(wù)需求。通過對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，如高效傳輸技術(shù)、移動性管理技術(shù)等的研究，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)包括業(yè)務(wù)、體制、架構(gòu)、空口、終端和系統(tǒng)的全方位融合，通過對天基網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理和控制，解決由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)帶來的天地一體化組網(wǎng)復(fù)雜問題，滿足6G網(wǎng)絡(luò)的智能、極簡和按需定制的要求[18]。

圖2 星地融合一體化網(wǎng)絡(luò)

2.1.2 新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

在第四次工業(yè)革命的浪潮下，ICT技術(shù)與工業(yè)技術(shù)形成合力，逐步實(shí)現(xiàn)了技術(shù)裝備的自動化、生產(chǎn)管理集成化以及生產(chǎn)柔性化，觸發(fā)了新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的產(chǎn)生。未來，工業(yè)數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型升級的趨勢愈發(fā)明顯，人機(jī)物通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)彼此交互、相互協(xié)同，形成更為高效智能的工業(yè)系統(tǒng)。現(xiàn)階段，5G技術(shù)通過其大帶寬、低延時、高可靠等特性初步在工廠進(jìn)行特定業(yè)務(wù)的數(shù)字化嘗試，但未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景更加多樣化，包括智能制造、工業(yè)視覺、高端機(jī)器人等，需要網(wǎng)絡(luò)具備更加精準(zhǔn)地控制和實(shí)時感知等能力，因此移動網(wǎng)絡(luò)也需要進(jìn)一步演進(jìn)來滿足不斷增長的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求[19]。

2.1.3 新型超密集網(wǎng)絡(luò)

新型超密集網(wǎng)絡(luò)主要針對現(xiàn)代社會越來越集中化的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，滿足高吞吐量業(yè)務(wù)的特性。典型場景包括商城、車站、體育場館、寫字樓、密集住宅、密集街區(qū)、大學(xué)校園、景區(qū)、大型集會、地鐵、醫(yī)院、工廠數(shù)字孿生等，上述場景多存在超高密度用戶分布，隨著移動通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步豐富，流量需求將會有巨大的增長，密集組網(wǎng)成為提升系統(tǒng)吞吐、應(yīng)對流量激增的有效舉措。

新型超密集網(wǎng)絡(luò)相比于傳統(tǒng)密集網(wǎng)絡(luò)，具有如下特點(diǎn)：用戶流量需求更大、業(yè)務(wù)更加具有多樣性、超密集網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的區(qū)域更加廣泛、用戶分布從二維向三維發(fā)展等。超密集網(wǎng)絡(luò)可以采用單層密集組網(wǎng)和多層立體異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的組網(wǎng)方式。在超密集組網(wǎng)場景下，需要解決帶寬頻譜效率、干擾管理、成本控制等一系列問題。由于站點(diǎn)密集部署且設(shè)備形態(tài)多樣化，密集組網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)空前復(fù)雜，這給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維帶來極大的挑戰(zhàn)，需要考慮利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多維度聯(lián)合優(yōu)化，以便提升網(wǎng)絡(luò)整體性能[19,22]。

2.2 在5G基礎(chǔ)上的無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)進(jìn)展

對于無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)，業(yè)界正在進(jìn)行一系列有益探索，如O-RAN、基于服務(wù)化(Service-Based Architecture，SBA)的網(wǎng)絡(luò)等。

2.2.1 O-RAN

O-RAN聯(lián)盟的目標(biāo)是將無線接入網(wǎng)(RAN)打造成開放、智能、虛擬化和完全互操作的網(wǎng)絡(luò)?？梢?，智能化是O-RAN的天然目標(biāo)[23]。

O-RAN基于3GPP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開放式和智能化管理。 O-RAN邏輯架構(gòu)如圖 3所示，其智能化架構(gòu)包含兩個核心部分：非實(shí)時RAN智能控制器(Non-Real-Time RAN Intelligent Controller ,Non-RT RIC)和近實(shí)時RAN智能控制器(Near-Real-Time RAN Intelligent Controller,Near-RT RIC)。

圖3 O-RAN邏輯架構(gòu)

Non-RT RIC位于服務(wù)管理編排(Service Management and Orchestration,SMO)實(shí)體，主要進(jìn)行針對RAN資源和效率優(yōu)化的非實(shí)時的智能控制。Non-RT RIC可以通過A1接口向Near-RT RIC提供指導(dǎo)性的策略、機(jī)器學(xué)習(xí)模型管理以及Enrichment信息來進(jìn)行RAN的智能優(yōu)化，也可以通過O1接口，應(yīng)用其自身進(jìn)行的RAN智能優(yōu)化結(jié)果對RAN進(jìn)行配置[23]。

Near-RT RIC用于近實(shí)時控制和優(yōu)化E2節(jié)點(diǎn)功能和資源，可通過E2接口實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度的數(shù)據(jù)收集和控制指令等。Near-RT RIC對E2節(jié)點(diǎn)的控制根據(jù)Non-RT RIC通過A1接口提供的策略和輔助信息指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。E2接口也可連接O-eNB與Near-RT RIC[23]。

O-RAN引入AI/ML的工作流包括數(shù)據(jù)收集與準(zhǔn)備、模型建立、模型訓(xùn)練、模型部署、模型執(zhí)行、模型有效性確認(rèn)、模型自監(jiān)測及模型自訓(xùn)練/重訓(xùn)練的系列操作。AI/ML工作流與O-RAN網(wǎng)元存在多種映射關(guān)系，ML模型訓(xùn)練和ML模型推理的部署位置取決于計算復(fù)雜度、待交換數(shù)據(jù)的可獲取性及數(shù)據(jù)量大小、響應(yīng)時間需求和ML模型的類型等[24]。O-RAN分析了如監(jiān)督學(xué)習(xí)、非監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和聯(lián)邦學(xué)習(xí)等典型ML算法的需求，目前對在O-RAN架構(gòu)中部署AI/ML框架取得共識的4種模式如下：

① AI/ML持續(xù)運(yùn)營、模型管理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、AI/ML訓(xùn)練和推理都部署于Non-RT RIC；

② AI/ML持續(xù)運(yùn)營、數(shù)據(jù)預(yù)處理、AI/ML訓(xùn)練部署于Non-RT RIC內(nèi)，模型管理部署于Non-RT RIC之外(SMO內(nèi)或外)，AI/ML模型推理及與推理相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理則部署于Near-RT RIC；

③ AI/ML持續(xù)運(yùn)營、AI/ML推理位于Non-RT RIC內(nèi)，數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練和模型管理則位于Non-RT RIC外(SMO內(nèi)或外)；

④ Non-RT RIC負(fù)責(zé)離線模型訓(xùn)練，Near-RT RIC則執(zhí)行在線訓(xùn)練和模型推理。

O-RAN完成了Non-RT RIC和Near-RT RIC兩部分核心內(nèi)容，二者共同作用，實(shí)現(xiàn)基于AI對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡、移動性管理、多連接控制、QoS管理、網(wǎng)絡(luò)節(jié)能等功能進(jìn)行主動優(yōu)化和調(diào)整。O-RAN基于3GPP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有接口，實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)嵌入式AI，對于3GPP網(wǎng)絡(luò)具有很好的兼容性。未來6G網(wǎng)絡(luò)需要的不僅僅是嵌入式AI，更需要重構(gòu)無線接入網(wǎng)層間關(guān)系和功能的內(nèi)生AI。

2.2.2 SBA

SBA的網(wǎng)絡(luò)是5G的重要特征，應(yīng)用于5G核心網(wǎng)控制面。5G核心網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為可重用的若干個“服務(wù)”，“服務(wù)”之間使用輕量化接口通信，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)的高效化、軟件化、開放化。SBA將點(diǎn)到點(diǎn)接口架構(gòu)轉(zhuǎn)換成總線式“微服務(wù)”架構(gòu)，具有自包含、可重用、獨(dú)立管理三原則，松耦合的微服務(wù)、自動化/智能化的服務(wù)管理框架，以及輕量高效的服務(wù)調(diào)用接口三大特征。

隨著業(yè)務(wù)種類和部署應(yīng)用場景的不斷擴(kuò)展，未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對包括靈活、柔性、可擴(kuò)展性、可演進(jìn)性、可恢復(fù)性在內(nèi)的適應(yīng)性方面的要求在不斷提升,擁有更好適應(yīng)性的服務(wù)化架構(gòu)得到越來越多的關(guān)注。在接入網(wǎng)引入服務(wù)化架構(gòu)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)管理、控制、傳輸各方面功能解耦。對于實(shí)現(xiàn)空天地一體化場景、支持垂直行業(yè)應(yīng)用、支持接入網(wǎng)云原生，實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)開放具有開創(chuàng)性的影響。

接入網(wǎng)引入服務(wù)化架構(gòu)后，接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和第三方應(yīng)用(例如邊緣計算)將可以使用并維護(hù)統(tǒng)一的SBA框架[25]，這有助于簡化系統(tǒng)，增強(qiáng)接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、邊緣計算的互聯(lián)互通及它們的融合。

在接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和第三方應(yīng)用采用通用的SBA框架后，該框架應(yīng)保持足夠的穩(wěn)定性。SBA框架應(yīng)能支持其自身的緩慢演進(jìn)以及在此平臺上各項服務(wù)化功能的快速迭代演進(jìn)。

SBA-RAN架構(gòu)應(yīng)遵循如下設(shè)計原則[20]：

① 采用模塊化設(shè)計以最小化功能間的依賴，特別是接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，物理層和用戶面之間的依賴。支持多種無線接入網(wǎng)制式通過統(tǒng)一的RAN-CN接口連接到統(tǒng)一的核心網(wǎng)，也支持多種物理層技術(shù)通過統(tǒng)一的物理層和用戶面接口連接到統(tǒng)一的用戶面功能。支持無線接入網(wǎng)對于不同物理層技術(shù)的持續(xù)集成和交付。

② 采用面向服務(wù)的定義和功能劃分，應(yīng)該根據(jù)提供什么服務(wù)和提供什么類型的服務(wù)來定義和劃分功能，而不是根據(jù)如何支持這些服務(wù)來劃分功能。

③ 最大程度地重用流程，一種流程可以被視為某個功能，向其他功能提供可重用的服務(wù)。

④ 控制功能和執(zhí)行功能分離，以允許獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)、部署、彈性伸縮和定制。

⑤ 解耦框架性功能(平臺功能)和在此之上的無線相關(guān)的功能，以便無線相關(guān)功能可以獨(dú)立并且更快地演進(jìn)。

⑥ 支持按需的“無狀態(tài)”控制功能，這意味著將上下文的使用和存儲分開。

⑦ 支持按需的實(shí)現(xiàn)和部署(例如多種功能的分離式或一體化實(shí)現(xiàn)和部署)，以滿足靈活性和效率之間的平衡。

內(nèi)生AI可以充分利用網(wǎng)絡(luò)中分布式的算力、數(shù)據(jù)，引入多節(jié)點(diǎn)以及終端與網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、優(yōu)化和業(yè)務(wù)傳輸保障等多種功能。服務(wù)化的思路可以不受制于特定信令過程，支持無線接入網(wǎng)不同功能的獨(dú)立演進(jìn)，是支持內(nèi)生AI的有效方式。

2.3 無線接入網(wǎng)架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對方向

新一代無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)是為了應(yīng)對數(shù)字化社會發(fā)展的種種特性需求。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展和成熟與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，同時又是促進(jìn)相關(guān)需求和場景最終落地的基礎(chǔ)條件。

其發(fā)展挑戰(zhàn)包括以下幾方面：

① 對各種新興技術(shù)的平滑演進(jìn)，靈活適應(yīng)新的物理層技術(shù)的發(fā)展，如RIS、通感一體化技術(shù)等；

② 針對復(fù)雜多樣性的網(wǎng)絡(luò)部署場景，如空天地一體化、新型密集網(wǎng)絡(luò)、新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動IAB等，需要在滿足多樣性的同時，設(shè)計盡量簡單、通用的無線接入網(wǎng)架構(gòu)；

③ 與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的融合與演進(jìn)，在實(shí)現(xiàn)新一代無線通信需求的同時，盡可能保障前期投資利益；

④ 將AI引入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，必將要求網(wǎng)元具備更多的計算能力和存儲，在應(yīng)用新硬件(如DPU)的同時，還應(yīng)滿足碳達(dá)峰的要求。

基于5G的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，6G接入網(wǎng)絡(luò)體系具有以下幾個基本目標(biāo)：

① 5G網(wǎng)絡(luò)雖然帶來用戶體驗(yàn)的極大提升，但其設(shè)備成本CAPEX和運(yùn)營成本OPEX較高。OPEX中的5G基站能耗問題尤其受到業(yè)內(nèi)外關(guān)注。6G無線接入網(wǎng)絡(luò)需要在支持更多樣性的業(yè)務(wù)和終端的前提下，最小化TCO(Total Cost of Operation)，包括最小化CAPEX和OPEX。

② 對6G新技術(shù)的充分利用，如通感一體化、RIS、太赫茲支持等，需要在6G接入網(wǎng)設(shè)計之初就考慮到，并保證引入新技術(shù)時不對接入網(wǎng)架構(gòu)本身造成很大影響。

③ 6G網(wǎng)絡(luò)要保障不低于5G網(wǎng)絡(luò)的用戶體驗(yàn)，直觀來說，對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶，要保障遠(yuǎn)高于5G的用戶體驗(yàn)速率和系統(tǒng)容量。同時，要實(shí)現(xiàn)對新興業(yè)務(wù)，如XR、全息通信、人體域網(wǎng)的可商用化支持。XR、全息業(yè)務(wù)、人體域業(yè)務(wù)有望成為6G的 “殺手級”應(yīng)用，具有現(xiàn)實(shí)需求，很容易被市場接受。相比于5G，6G只能采用去管道化設(shè)計，引入從應(yīng)用層到最底層的跨層設(shè)計，才能滿足這些業(yè)務(wù)極低時延、極高可靠性和超大容量的需求。

去管道化、輕量化、智能化是6G無線接入網(wǎng)絡(luò)的基本要求和趨勢。對各種復(fù)雜場景、各種新型業(yè)務(wù)的支持，對大量涌現(xiàn)的新技術(shù)的支持，看似與輕量化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計目標(biāo)是相違背的。AI內(nèi)生是解決這個問題的內(nèi)在方案。AI內(nèi)生解決的基本問題包括：① 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的靈活組織；② 基于用戶需求的傳輸方式靈活選擇；③ 傳輸參數(shù)，包括協(xié)議棧參數(shù)、算法參數(shù)等的靈活適配等。只有通過AI內(nèi)生，無線接入網(wǎng)架構(gòu)才能擺脫作為管道的限制，實(shí)現(xiàn)智能化，靈活高效地為用戶提供服務(wù)的同時保障網(wǎng)絡(luò)自身的輕量、靈活、穩(wěn)健。

3 基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

6G網(wǎng)絡(luò)AI 內(nèi)生是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練、模型推理、模型評估等 AI 相關(guān)工作，將 AI 所需的算力、數(shù)據(jù)、算法、連接與6G網(wǎng)絡(luò)功能、協(xié)議、流程等進(jìn)行深度融合設(shè)計[26]。6G內(nèi)生AI要解決內(nèi)生AI用例生成、內(nèi)生AI的QoS研究和定義、AI生命周期管理,以及自生成數(shù)據(jù)和服務(wù)等一系列問題[27]，這些問題都需要在整個網(wǎng)絡(luò)體系，包括核心網(wǎng)和接入網(wǎng)中研究和解決。因此，基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)絡(luò)中，智能需要作為一種原生特性嵌入其中，并與控制面、用戶面深度融合。基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本框架如圖 4所示，圖 4簡單給出了無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的鏈接關(guān)系，本文不涉及與核心網(wǎng)相關(guān)的討論。需要說明的是，隨著服務(wù)化技術(shù)研究的進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)計未來6G網(wǎng)絡(luò)中各項網(wǎng)絡(luò)功能均采用服務(wù)化的方式提供，無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的界線將變得越來越模糊。

圖4 基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)基礎(chǔ)框架

在這個基礎(chǔ)框架中，智能面作為樞紐貫穿控制面和用戶面，將無線接入網(wǎng)絡(luò)連接成一個原生智能的整體。

智能面包含了在線智能體和離線智能體，根據(jù)不同的功能需求和AI算法及模型，啟動和運(yùn)行對應(yīng)的AI模塊、AI過程。智能面具有環(huán)境和業(yè)務(wù)感知、針對無線接入網(wǎng)架構(gòu)中的控制面功能和用戶面功能的智能管理、控制、計算、協(xié)調(diào)等功能。智能面功能所形成的業(yè)務(wù)流本文稱之為智能流，與智能流相關(guān)的業(yè)務(wù)可統(tǒng)稱為“內(nèi)生業(yè)務(wù)”。內(nèi)生業(yè)務(wù)的起止點(diǎn)、生命周期、業(yè)務(wù)特性(QoS)需求具有鮮明的特點(diǎn)。內(nèi)生業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部作為原生業(yè)務(wù)運(yùn)行和傳輸，智能面還負(fù)責(zé)內(nèi)生業(yè)務(wù)的QoS管理、策略控制和生命周期管理等。

控制面無線接入網(wǎng)的控制面功能主要指RRC功能和過程。6G網(wǎng)絡(luò)中，控制面除了與用戶連接、業(yè)務(wù)承載相關(guān)的RRC過程外，還需要承載內(nèi)生業(yè)務(wù)相關(guān)的過程，如由內(nèi)生業(yè)務(wù)觸發(fā)的承載建立過程、RRC配置過程、資源管理過程等。當(dāng)算力作為一種資源引入，控制面還要基于智能面的管理，進(jìn)行算力資源的調(diào)度、分配。更細(xì)節(jié)的，內(nèi)生業(yè)務(wù)可以由SRB或DRB承載，詳細(xì)設(shè)計可以在后期研究中根據(jù)具體需求考慮。

用戶面用戶面承擔(dān)流映射、數(shù)據(jù)傳輸、資源調(diào)度等功能。內(nèi)生業(yè)務(wù)根據(jù)其數(shù)據(jù)量、傳輸特性等需求，可以映射到物理信道或高層信道(如邏輯信道)上進(jìn)行傳輸。

從數(shù)據(jù)流角度，融合智能面后，無線接入網(wǎng)絡(luò)中除傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流、信令流外，還引入智能流。智能流傳遞AI內(nèi)生相關(guān)的業(yè)務(wù)信息和數(shù)據(jù)。內(nèi)生業(yè)務(wù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)模型傳遞時，具有數(shù)據(jù)流量大、需要穩(wěn)定的傳輸速率和系統(tǒng)容量保障的特點(diǎn)，需要作為獨(dú)立的智能流，在無線空口、無線接入網(wǎng)絡(luò)各個網(wǎng)絡(luò)功能之間，以及與核心網(wǎng)的智能體之間流動。此外，智能流也有各自的傳輸特性需求，即智能流有各自的內(nèi)生業(yè)務(wù)QoS需求。例如，不同的機(jī)器學(xué)習(xí)類型，在時延可靠性方面有不同的要求，推理過程具有很高的時延要求，推理結(jié)果和模型的傳遞具有很高的可靠性要求。

上述基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)框架中，引入智能面，并使其與控制面、用戶面共同作用，實(shí)現(xiàn)內(nèi)生智能的支持。其中，網(wǎng)絡(luò)中承載的數(shù)據(jù)流除了業(yè)務(wù)流和信令流，還需要支持智能流。

下面從無線接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間關(guān)系角度，進(jìn)一步闡述內(nèi)生AI的6G無線接入網(wǎng)是如何實(shí)現(xiàn)“以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)”，以及內(nèi)生AI在其中的關(guān)鍵作用。

在前文提到，去管道化、輕量化是6G網(wǎng)絡(luò)的必然趨勢，為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，6G無線接入網(wǎng)必然是一個以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)。6G無線網(wǎng)絡(luò)中仍會存在宏站、微站、中繼、點(diǎn)到點(diǎn)通信等多種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署模式，同時還需要支持多種RAT的異構(gòu)融合。以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)，要求從設(shè)計之初，就采用以簡單的模型、統(tǒng)一的接入方式，在多樣化網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)點(diǎn)和多RAT并存的無線網(wǎng)絡(luò)場景下，實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)。

以用戶為中心網(wǎng)絡(luò)的概念在5G預(yù)研階段就曾提及[12]，但受限于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理能力和功能的限制，并未在5G得到很好實(shí)現(xiàn)。隨著終端類型、業(yè)務(wù)類型的發(fā)展，設(shè)備能力的提高，尤其是AI內(nèi)生的驅(qū)動，以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)以其友好的用戶體驗(yàn)特性，必將再次成為關(guān)注點(diǎn)。

以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本思路是根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求、位置和移動性等，動態(tài)選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成靈活小區(qū)(flexible cell)為之服務(wù)，從而避免了小區(qū)中心和小區(qū)邊緣性能差異對用戶體驗(yàn)的影響，以及消除了由于切換等移動性過程導(dǎo)致的可能的業(yè)務(wù)中斷。隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展，AI內(nèi)生網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)場景和需求的感知、用戶移動性預(yù)測、全頻譜無線網(wǎng)絡(luò)資源高效智能調(diào)配、智能構(gòu)建用戶為中心的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滿足用戶需求(帶寬、移動性等)的flexible cell的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)選擇等，在這個過程中，還可以智能調(diào)配所需要的算力、感知等能力。

如圖4所示，在以用戶為中心的靈活小區(qū)架構(gòu)中，從用戶角度，在其移動或業(yè)務(wù)變更過程中(圖中從上向下移動)，網(wǎng)絡(luò)基于智能感知、預(yù)測用戶的移動路線以及業(yè)務(wù)需求，可以始終“按需”提供以該用戶為中心的無線小區(qū)(及對應(yīng)資源)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因而用戶感受不到因網(wǎng)絡(luò)部署等情況造成業(yè)務(wù)體驗(yàn)變化，獲得了體驗(yàn)始終一致的服務(wù)。這是通過網(wǎng)絡(luò)始終選擇最合適的一個或幾個網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)為用戶提供服務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。即：隨著用戶的移動，分別從小區(qū)-1、小區(qū)-2、小區(qū)-3得到無線接入服務(wù)。

以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)在為終端提供一致性服務(wù)的同時，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，還具有以下特性：

① 通過智能面，感知獲取以用戶為中心區(qū)域的頻譜信息，結(jié)合臨近區(qū)域的無線頻率實(shí)際使用情況，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)動態(tài)頻譜共享的控制，提高系統(tǒng)譜效，從而在相同頻率資源下實(shí)現(xiàn)比5G更高的用戶體驗(yàn)速率。

② 通過智能面，可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)干擾管理，從而有效解決一直困擾無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率資源規(guī)劃和管理問題。

③ 通過智能面，實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)流預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)資源使用控制，更高效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，從而在6G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計之初，就可以避免出現(xiàn)5G時代最頭痛的能耗問題，用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生AI的方式實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

④ 通過智能面，可以更智能地按需編排和組織以用戶為中心的無線接入網(wǎng)所需要的各種網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的自主演進(jìn)。

以用戶為中心的AI內(nèi)生無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)適用于任何終端類型、網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)類型、部署區(qū)域和場景，是基于用戶需求構(gòu)建的按需、至簡網(wǎng)絡(luò)。在提供個性化無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)的同時尋求無線系統(tǒng)整體性能最優(yōu)，是AI內(nèi)生無線網(wǎng)絡(luò)面臨的巨大挑戰(zhàn)?；贏I內(nèi)生的以用戶為中心無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的性能保障高度依賴于智能面設(shè)計，如對各類信息的收集、處理、反饋、調(diào)整功能，包括對用戶信息和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息的處理，以及高效組織靈活小區(qū)的算法等。其中，AI內(nèi)生是及時有效地實(shí)現(xiàn)所述信息采集、處理、推演、管理和基于該信息構(gòu)建以用戶為中心的靈活小區(qū)的關(guān)鍵要素。

4 結(jié)束語

AI內(nèi)生是6G網(wǎng)絡(luò)的必然需求，而在無線接入網(wǎng)部分，AI內(nèi)生具有其特有的需求和功能。本文通過對現(xiàn)有無線接入網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計的回顧和探討，以及對AI內(nèi)生需求的分析，提出一種基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)的基本架構(gòu)?；贏I內(nèi)生的無線接入網(wǎng)架構(gòu)，可以很好地應(yīng)用到針對至簡網(wǎng)絡(luò)需求構(gòu)造的以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)中，從而以簡單的架構(gòu)滿足6G的多樣性需求。

基于AI內(nèi)生的無線接入網(wǎng)架構(gòu)尚在初步探討階段，后續(xù)還有大量工作需要進(jìn)行。需要在現(xiàn)有3GPP、O-RAN、6GANA等組織發(fā)掘出的AI應(yīng)用案例基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究6G無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生AI面臨的挑戰(zhàn)和要達(dá)到的目標(biāo)，其中，AI for Network已進(jìn)行了較多考慮，Network for AI的研究還剛剛開始。對于內(nèi)生AI的無線網(wǎng)絡(luò)，ICDOT深度融入是必然趨勢，如何實(shí)現(xiàn)跨界融合是后續(xù)研究的重要問題之一。關(guān)于具體無線接入網(wǎng)層面，內(nèi)生AI對于用戶為中心網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動、服務(wù)化架構(gòu)設(shè)計，如何應(yīng)對空天地海全覆蓋需求，如何滿足通信感知算力的融合等，未來都需要進(jìn)一步研究和細(xì)化具體問題。