6G 新技术6G数据面介绍

Posted 2023-03-12 从善若水

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

文章目录

• 一、6G数据面介绍
• • 1.1 6G为什么需要数据面
• 二、一种可能的数据面架构
• • 2.1 功能实体
  • 2.2 DO与DA的运行
  • • 2.2.1 DO的运行
    • 2.2.2 DA的运行
    • 2.2.3 DA的部署
  • 2.3 数据转发技术
  • • 2.3.1 DA有状态、报文无状态
    • 2.3.2 DA无状态、报文有状态
    • 2.3.3 DA和报文都无状态
• 三、总结

一、6G数据面介绍

我司在去年发表了一篇关于6G数据面的文章，详细介绍了为什么需要6G数据面，数据面架构以及实现细节。

1.1 6G为什么需要数据面

• 6G中的通信感知、AI等新增能力会产生海量数据，这些数据可以来自终端、边缘、gNB和CN等，现有的5G用户面不适合承载这些数据，下面给出了具体的原因：

  	5G用户面承载	6G数据面数据承载
  功能	PDU会话提供用户设备和网络设备之间端到端的用户面连接	由数据采集、预处理、转发、存储、分析等功能组成分布式数据管道
  起始和终结点	UE和UPF	任何网元和终端设备
  数据转发	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
  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身份进行转发
  拓扑结构	点到点连接	任意拓扑

• 现有5G中的数据多是点对点的，而6G中的数据呈现分布式的状态（例如，感知数据、AI数据、网络行为和状态数据等，可能来自不同的设备最终汇聚到一个设备进行计算），所以需要支持任意拓扑结构；

• 5G网络中存在数据孤岛，例如gNB和CN之间可能存在数据重复采集的问题，也就是说很难实现数据共享（不仅是移动通信系统内，还有跨域厂家的数据共享）；

• 5G中很多数据都是一次性的，几乎不会进行存储，例如终端上报的测量信息等，而这些信息在6G中可以被内生AI使用，来提升用户体验和优化网络性能等，所以6G数据面可以提供一种全局的机制来持久化数据。

• 5G现有的一些数据分析功能均针对特定领域的数据，无法用于处理6G通信网络的通用数据服务管理。下面给出了一个对比分析表：

  	NWDAF	MDT（最小化路测）	SON（自组网）	ETSI-ZSM	ETSI-PDL	IEEE-2144.1
  部署模式	分层	中心化	分布式，中心化或者混合式	分层	分布式	中心化
  功能、优势	通过5GC中的网络数据分析驱动网络自动化和服务编排	网络规划和优化	网络性能和用户体验优化	自动化网络和服务管理	联邦数据采集、数据共享和计算	可行IoT管理和数据服务
  数据采集	从数据源汇聚数据	UE、RAN节点采集数据	UE、RAN节点采集数据	E2E数据采集	IoT设备采集	可信感知，数据生成和采集
  数据源	5GC NFs，OAM，AFs	UEs	EMS	基础设施资源和网络服务	拥有IoT设备的不同组织	IoT设备
  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
  用例	网络状况（带路拥挤和预警信息等）和设备行为（UE移动性等）监测	覆盖优化、移动性优化、容量优化、公共信道参数化、QoS验证	自配置、自优化、自愈、自保护、自学习	E2E网络和服务管理；集成和互操作；安全和追朔	智慧城市；智慧医疗；智慧交通	所有IoT应用
  邻域	5GC	RAN	RAN	OAM	UE、AN、CN、TN	IoT&无线网络
  标准组织	3GPP	3GPP	3GPP	ETSI	ETSI	IEEE

二、一种可能的数据面架构

下图是华为论文中给出的数据面架构图¹：

2.1 功能实体

• 数据编排器（DO，Data Orchestrator）：负责粗粒度、非实时的数据编排，是接收数据服务请求的门户，其会将数据服务请求转换为对应的数据管道构建请求发送给DC。DO还负责与其它网络服务展开写作，比如算力网络服务对算力进行编排，而DO对数据进行编排。同时在DO中内置了一个数据安全防护和隐私保护技术库（DPTR），包含了差分隐私、同态加密、零知识证明等计数，提供数据安全隐私保护能力，并按需将数据保护技术（DPT）赋能给DA。

• 数据控制器（DC，Data Control）：负责细粒度的实时的编排任务，在本地域中依据DA的能力和数据服务请求对数据管道进行组合。DO与DC二者协同可以实现数据管道的弹性和可编程性。其次，DC会接收DA的能力报告并实现对DA的注册和撤销功能，通过检测DA的心跳实现对DA的实时监管。

• 数据代理（DA，Data Agent）：执行数据管道中编排的数据采集、数据预处理、数据存储、数据分析和数据共享等其它服务。其中的数据存储负责少量的、或短期的、或有隐私保护需求数据的本地存储。可以内置于网络功能中也可以单独部署。DA将数据服务能力上报给DC，之后由DO/DC依据服务请求和DA能力选择合适的DA，并实施编排，DO将按需对DA进行DPT更新。DA通过服务API对外提供数据服务。

• 数据存储功能（DSF，Data Storage Function）：主要用于大规模数据存储或长期存储时充当DA的存储扩展组件。

• 可信锚点代理（TAA，Trust Anchor Agent）：数据面架构中定义的专门用于保障6G数据可信度的独立组件。主要负责保护数据机密性、完整性和可靠性。

下图是华为论文中给出的详细架构图¹：

2.2 DO与DA的运行

2.2.1 DO的运行

DO通过DA上报的数据服务能力和DA间逻辑连接状态等，获取DA网路的全局信息。然后，DO根据接收的数据服务请求选择合适的DA，编排数据管道，并计算和构建数据转发路径。DO通过数据转发控制协议（DFCP）将数据转发信息发送给DA，并按需更新和删除数据转发信息。最后，DO通过DFCP从DA处采集统计数据。

2.2.2 DA的运行

DA可以实现多种数据处理功能，这些功能在DA注册期间作为DA的能力上报给DO/DC，并可及时上报能力更新。DO根据应用的具体服务需求和DA的数据功能实施编排。由网络功能（NF）业务逻辑发起的任务进入DA，更具DO编排策略执行DA的特定处理功能。如果需要多个DA的协同工作，则在执行完本地DA最后一个功能后经由数据转发功能转入下一个DA，或在本地DA运行完全部功能后通过数据服务API提供给应用¹。

2.2.3 DA的部署

如下图所示¹，DA在网络中有三种可行的部署模式：独立式、内置式和混合式。

• 独立式：即DA在网络中以独立网元或NF形式部署；
• 内置式：表示在RAN或者NF以及终端设备中内置DA；
• 混合式：表示既新增独立的DA，同时在RAN、NF或终端设备中部署内置DA；

2.3 数据转发技术

6G数据面中，数据的管理和处理采用管道的形式，数据不仅通过管道传输，并在流经的节点完成采集、处理、存储、分析等功能。此外，传统网络中会话的建立以通信路径的构建为前提，路径上的节点（通常是路由器或交换机）只负责会话报文的转发，不对报文进行处理。而在6G网络中，为了满足新业务、新场景的需求，数据管道上的节点（DA）需要按需对报文做相应处理，然后转发至下一个节点。因此，6G数据面需要构建新的面向数据的转发机制。

传统网络中的会话是点对点建立的，旨在复杂的网络拓扑中找到一条合适的通信路径。而6G数据面具有分布式的特点，因此数据管道（入数据的汇聚和分发）需要支持任意拓扑结构。下图¹展示了三种6G数据面数据转发技术方案。

2.3.1 DA有状态、报文无状态

数据转发控制实体（DO）根据数据业务需求，按DA的功能编排组成数据管道及其拓扑，并将数据转发表项写入相应DA的数据转发表。DA根据表项转发数据到下一跳，直至转发表项结束。同时DA统计转发的数据报文数和字节数，按需上报给DO。数据服务执行结束后删除数据管道，DA删除数据转发表项。

2.3.2 DA无状态、报文有状态

DO根据业务需求，按DA的能力/功能编排组成数据管道及其拓扑，并将数据转发表项发送给入口DA。入口DA将转发信息作为数据报文头部信息转发至下一跳。转发路径中的DA根据数据报文头携带的转发信息进行转发，并删除涉及本DA的转发信息。出口DA将报文头部的地址/标识信息删除后递交给上层应用。DA统计转发的数据报文数和字节数，并按需上报给DO。边缘DA在数据服务结束后删除给定数据服务的数据转发表项。

2.3.3 DA和报文都无状态

DO根据业务需求，按DA能力/功能编排组成数据管道及其拓扑。DO将数据服务对应的数据转发路径进行编码，并将编码发送给入口DA。DA通过解码操作计算出数据报文的下一跳，在完成数据处理后转发至下一节点。出口DA将报文递交给上层应用。DA根据报文中携带的统计数据按需上报给DO。边缘DA在数据服务结束后删除数据管道。

三、总结

以上就是华为论文中对6G数据面的一些设计和构想，其实数据面的讨论从2021年就开始了，华为也算是最早有论文和演示Demo的公司了，其实Intel也发表过一篇关于6G云原生系统的论文，也涉及到了数据面的构想，写的也很深入，之后我整理一下写一篇博文。

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1. 图片摘自ISSN 2096-3075,CN 10-1491/TP ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎