6G移动通信网络数据服务与数据面

doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2023.00322

物联网学报 ›› 2023, Vol. 7 ›› Issue (1): 60-72.doi: 10.11959/j.issn.2096-3750.2023.00322

6G移动通信网络数据服务与数据面

严学强¹, 程冠杰², 邓水光², 吴建军¹, 陆璐³, 赵明宇¹, 习燕¹, 刘超³, 李唯源³, 丰雷⁴, 张童³

¹ 华为技术有限公司无线技术实验室，上海 201206
² 浙江大学计算机科学与技术学院，浙江杭州 310027
³ 中国移动通信研究院基础网络技术研究所，北京 100053
⁴ 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876

修回日期:2023-01-30 出版日期:2023-03-30 发布日期:2023-03-01
作者简介:严学强（1970- ），男，华为技术有限公司高级工程师，主要研究方向为网络架构、数据治理、联邦学习、分布式计算、隐私保护
程冠杰（1996- ），男，浙江大学计算机科学与技术学院博士生，主要研究方向为区块链、物联网、可信数据管理、身份认证等
邓水光（1979- ），男，浙江大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师，主要研究方向为服务计算、边缘计算、可信数据管理、软件工程、大数据等
吴建军（1976- ），男，华为技术有限公司无线技术实验室上海地域负责人，主要研究方向为未来无线网络架构等
陆璐（1979- ），女，中国移动通信研究院基础网络技术研究所副所长，主要研究方向为5G/6G网络架构、算力网络等
赵明宇（1977- ），男，华为技术有限公司高级工程师，主要研究方向为无线网络架构、分布式架构、数据服务、区块链、边缘AI等
习燕（1980- ），女，现就职于华为技术有限公司，主要研究方向为6G无线网络架构
刘超（1982- ），男，中国移动通信研究院基础网络技术研究所主任研究员，主要研究方向为 5G/6G 网络架构、分布式自治网络等
李唯源（1988- ），女，中国移动通信研究院基础网络技术研究所研究员，主要研究方向为6G网络架构、网络智能化等
丰雷（1987- ），男，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室副教授，主要研究方向为无线网络管理、分布式智能和工业互联网
张童（1992- ），男，中国移动通信研究院基础网络技术研究所研究员，主要研究方向为6G网络架构、空天地一体化网络等
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(U20A20173);国家自然科学基金资助项目(62125206);浙江省“领雁”研发攻关计划项目(2022C01145)

Data services and data plane for 6G mobile communication network

Xueqiang YAN¹, Guanjie CHENG², Shuiguang DENG², Jianjun WU¹, Lu LU³, Mingyu ZHAO¹, Yan XI¹, Chao LIU³, Weiyuan LI³, Lei FENG⁴, Tong ZHANG³

¹ Wireless Technology Lab, Huawei Technology Co., Ltd., Shanghai 201206, China
² College of Computer Science and Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
³ Institute of Network and IT Technology, China Mobile Research Institute, Beijing 100053, China
⁴ State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China

Revised:2023-01-30 Online:2023-03-30 Published:2023-03-01
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(U20A20173);The National Natural Science Foundation of China(62125206);The Key Research Project of Zhejiang Province(2022C01145)

摘要/Abstract

摘要：

以5G为代表的现有通信网络作为通信会话类数据传输的“管道”，是终端设备和网络之间建立信息交互的通路。不同于通信会话类数据的点到点传输，6G 网络中智能、感知，以及网络运营自身产生和消费的数据需要以一种分布式的方法进行数据采集、预处理、存储和分析。为此，提出了一种独立于传统用户面的数据面架构，系统性地解决 6G 移动通信网络对非用户面数据的管控和价值变现的挑战。给出了 6G 网络数据和数据服务的分类和特征。并在对比分析5G用户面以及现有数据驱动的技术架构基础上，提出了一种以数据编排器和数据代理为核心的独立的6G数据面框架，详细阐述了数据面功能架构。此外，设计了3种支持随路计算和支持任意拓扑数据管道的数据转发控制机制，实现了动态可编程数据管道的构建与维护，以及路由算法和数据转发的彻底分离。

关键词: 6G, 数据服务, 数据面, 数据编排, 数据转发控制协议

Abstract:

The existing communication network represented by 5G is used as a communication session data “pipeline”for information exchange between terminal devices and the network.Different from the point-to-point transmission of communication session data, the data generated and consumed by AI, sensing and network operations in 6G network needs to be collected, preprocessed, stored, and analyzed in a distributed manner.To this end, a data plane architecture independent of the traditional user plane was proposed to systematically solve the challenges of managing and monetization of the non-user-plane data for 6G mobile communication networks.The classification and characteristics of 6G network data and data services were identified and defined.Furthermore, based on the comparative analysis of the 5G user plane and the existing data-driven network architecture, a 6G data plane framework composed of two main components i.e.data orchestrator and data agent was proposed, and the data plane functional architecture was elaborated.In addition, three potential options for data forwarding control mechanisms were designed.These mechanisms can support on-path-packet processing within any topology of data pipelines, realizing the construction and maintenance of dynamic programmable data pipeline and the thorough separation of routing algorithms and data forwarding.

Key words: 6G, data service, data plane, data orchestration, data forwarding control protocol

中图分类号:

TN919.23

严学强, 程冠杰, 邓水光, 吴建军, 陆璐, 赵明宇, 习燕, 刘超, 李唯源, 丰雷, 张童. 6G移动通信网络数据服务与数据面[J]. 物联网学报, 2023, 7(1): 60-72.

Xueqiang YAN, Guanjie CHENG, Shuiguang DENG, Jianjun WU, Lu LU, Mingyu ZHAO, Yan XI, Chao LIU, Weiyuan LI, Lei FENG, Tong ZHANG. Data services and data plane for 6G mobile communication network[J]. Chinese Journal on Internet of Things, 2023, 7(1): 60-72.

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参考文献 50

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对比项	5G用户面数据承载	6G数据面数据承载
功能	PDU会话提供用户终端设备和网络之间端到端的	由数据采集、预处理、转发、存储和分析等功能组成分
	用户面连接	布式数据管道
数据承载的起始点和终结点	UE和UPF	任何网元和终端设备
数据转发设备行为	转发设备仅转发数据包	需要实现随路计算：在数据管道中，数据在被转发的同
		时被转换和优化，以达到可以分析和应用的状态
数据转发原则	数据包基于目标地址进行转发	数据包基于数据服务和数据管道标识进行转发
拓扑结构	点到点连接	任意拓扑

概念	简称
跟踪采集实体	TCE, trace collection entity
网络功能	NF, network function
网元管理系统	EMS, element management system
操作管理和维护	OAM, operation, administration and maintenance
应用功能	AF, application function
接入网	AN, access network
核心网	CN, core network
传输网	TN, transfer network
网络开放功能	NEF, network exposure function
物联网	IoT, internet of things

基础特性	NWDAF	MDT	SON	ETSI-ZSM	ETSI-PDL	IEEE-2144.1
部署模式	分层	中心化	分布式，中心	分层	分布式	中心化
			化或者混合式
功能/优势	通过 5GC 中的网络	网络规划与优化	网络性能和用	自动化网络和	联邦数据采集、	可信 IoT 管理和数据
	数据分析驱动网络		户体验优化	服务管理	数据共享和计算	服务
	自动化和服务编排
数据采集	从数据源汇聚数据	UE、RAN 节点	UE、RAN	E2E数据采集	IoT设备采集	可信感知，数据生成
		采集数据	节点采集数据			和采集
数据源	5GC NF, OAM, AF	UE	EMS	基础设施资源	拥有IoT设备的不	IoT设备
				和网络服务	同组织
服务开放	通过NEF	不支持	不支持	通过集成总线	不支持	通过数据API
可信（安全、隐私）	需要用户许可	需要用户许可	不支持	不支持	基于分布式账本	基于区块链
	网络状况（道路拥挤	覆盖优化、移动	自配置、自优	E2E 网络和服	智慧城市；智慧	所有IoT应用
用例	和预警信息等）和设	性优化、容量优	化、自愈、自	务管理；集成	医疗；智慧交通
	备行为（UE 移动性	化、公共信道参	保护、自学习	和互操作；
	等）监测	数化、QoS验证		安全和追溯
领域	5GC	RAN	RAN	OAM	UE, AN, CN, TN	IoT和无线网络
标准组织	3GPP	3GPP	3GPP	ETSI	ETSI	IEEE

数据管理特性	NWDAF	MDT	SON	ETSI-ZSM	ETSI-PDL	IEEE-2144.1
数据类型	网络数据	网络数据	网络数据	网络数据	IoT数据	IoT数据
可信数据服务	认证	授权	不支持	不支持	认证＆授权	基于区块链的可信方案
部署弹性	不支持	不支持	不支持	部分支持	不支持	不支持
是否支持第三方数据共享	支持	不支持	不支持	不支持	支持	支持
用例灵活性	不支持	不支持	不支持	不支持	不支持	支持（通过服务API）
E2E数据管理	部分支持	部分支持	部分支持	部分持证	部分支持	支持

类别	数据来源	应用范围	时变性	隐私保护要求	存储要求
用户签约数据	网络/业务用户	网络功能，第三方应用	静态	直接隐私相关	永久存储
网络数据	网络设备和基础设施	网络优化，第三方应用	动态	直接或间接隐私相关	长期存储
IoT数据	传感器	IoT应用，智能决策	动态	直接或间接隐私相关	短期存储
AI数据	AI算法	智能决策	动态	推断隐私	中期存储

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协议类型（0）	Header length	DS ID
DP ID		Sequence Number（1^stoctet）	Sequence Number（2^ndoctet）
Sequence Number (3^rdoctet)	Payload length		Payload
Payload
Payload

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协议类型（1）	Header length	DS ID
DP ID		路由跳数	routetype1(0)　　next da id1
next da id1-cont	routetype2(1)	下一跳DA个数	next da id2
next da id2-cont	next da id3		routetype3(0)　　next da id4
next da id4-cont	routetype4(0)	next da id5
Sequence Number（1^stoctet）	Sequence Number（2^ndoctet）	Sequence Number (3^rdoctet)	Payload length
Payload length-cont　　　Payload
Payload
Payload

	IoT数据	AI数据	网络数据（测量报告）	混合数据
方案1	81.97%	99.25%	57.69%	96.60%
方案2	61.35%	97.87%	32.26%	90.84%
方案3	81.97%	99.25%	57.69%	96.60%

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