面向6G时代新通信系统的内生感知

薛妍，谢峰，杨立，张梦洁

（1.中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 5180552.移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室，广东 深圳 518055）

0 引言

随着互联网的普及、通信技术的发展，当今社会已进入数据大爆炸的时代。网络海量的数据需要通过对数据的感知来进行信息的认知、筛选和管控。从2G、3G到4G、5G的无线通信发展历程中，感知一直在网络中扮演着不可或缺的角色[1]。

从1G的模拟语音到2G/3G数字语音、文本和图片业务，3G时代以前的网络对业务感知没有强烈需求。感知需求主要体现在网络前期规划和后期优化的网络状态感知，感知目的也仅限于提升用户通话的满意度和降低运维成本。并且，网络的感知要配备专业测试人员、路测仪器和车辆，还要事先规划好路线用于实地路测。这种传统路测的方式存在耗费人力物力、网络优化周期长，网络感知受制于车辆行驶路线等问题。到了4G和5G时代，网络发生了巨大的变化。业务种类日益丰富，高清视频、在线游戏、在线直播、社交、办公软件等各种移动业务不断涌现出来。网络场景也越来越多样化，5G三大经典场景eMBB、URLLC、mMTC特点鲜明。随着通信系统的发展和网络复杂度的提升，运维自动化也迫在眉睫。

在4G-5G时代，自动化的需求带来了能够进行自动测量和信息采集的MDT（Minimize Driving Test）[2]。MDT取代了传统路测，在测试区域范围和内容上也突破了传统路测的限制。然而即使采用MDT，网络感知仍然难以满足业务、场景等等新增的感知需求。在现有协议架构内，技术人员想到了利用数据包深度检测的DPI（Deep Packet Inspection）解析来进行业务特征识别，还想到了利用导频测速来判断高速场景等方式。虽然业务和场景的感知需求在一定程度上得到满足，但其感知信息的获得仍然离不开专业技术人员的大量数据分析。并且，在本质上，这些感知方式仍然是“头疼医头，脚疼医脚”的单一思维模式和“外挂式”实现。当前的感知方式无法做到全网信息感知、网络宏观特征感知，所获得的也是与真实意图有出入的局部信息。为了增强5G的感知能力，在3GPP核心网引入了网络数据分析功能（NWDAF），用NWDAF统一收集网络信息实现对网络状态的感知[3-4]。但是这种集中方式仍然无法做到及时地对网络全面感知，除了时效性和灵活性差，其采集目的不明确还造成了数据的堆积和低效。可以看到，无线通信系统在对信息的认知、筛选和管控上还有很大的上升空间。

随着5G标准的落地和逐步商用，业界已展开对6G的研究。从业界分析[5]可以看到，6G网络将会是智慧连接、深度连接、全息连接、泛在连接的网络。传统的感知方式将会限制6G的发展，6G网络迫切需要解决在感知方面的缺陷和困境。本文提出需要内生感知来解决6G网络的感知需求，并对如何构建6G内生感知进行了探讨。

1 面向6G网络的感知需求

在CT、IT和DT深度融合的趋势推动下，未来6G网络架构向智能化、服务化、云原生的方向演进。随着6G新技术、新场景、新业务不断涌现，对网络精细化、灵活性、及时性、高能效的要求越来越强烈。当前单一思维、外挂式的感知过于碎片化、粗粒度、无系统性，难以满足日益复杂的无线网络架构和无线环境，不能精确地应对差异化需求以及提供高质量的服务。当前通信网络待完善和难解决的感知问题，催生出6G网络的各种感知需求，如图1所示：

图1 面向6G的感知需求

1.1 多元化业务差异化感知

在传统的toC业务不断丰富的同时，通信业务也在向垂直行业不断延伸。除了面向个人消费者的交互类、会话类、消息类业务，还有面向物联网的传输类、控制类和采集类业务。不同类型的业务对端到端传输的要求不同。如智慧医疗相关的业务要求低延迟高可靠，智能抄表业务对延迟不敏感但要求低功耗。另外，为了避免大视频业务在资源上的挤占，传统语音业务需要使用资源预留和干扰控制来增强。并且，即使同一类型下的业务，也可能需要进一步细分。如视频业务有视频监控、视频会议、视频点播、直播等，此外还有高清和标清的区别，这些视频业务对画面和语音的流畅度、清晰度、画音同步等要求各不相同。业务的多元化需求希望能得到差异化满足，尤其是实时性高的业务需要网络能快速适配其业务需求。也就是说，在业务开始，网络自身就要能感知到这些差异。通过差异化感知，网络才能对不同业务进行资源的协同和业务策略的制定。

1.2 全场景全频谱全类型感知

对场景的感知可以指导网络规划部署和性能优化，协助网络功能、资源的编排和网络控制。如通过测量用户移动速度和轨迹可以识别高铁场景，从而在用户覆盖、切换和参数配置上采取增强措施以优化高速场景用户体验。如通过对用户位置信息和通信业务量的感知，识别体育馆是否举办大型集会活动。对体育馆场景感知后，使用动态增加物理资源、执行本地分流策略等手段缓解流量压力和提升用户体验。

在6G“泛在连接”的需求下，通信的场景从传统的陆地10 km高度范围[5]扩展到高空、海洋、沙漠。通信频谱也从低频、毫米波扩展到太赫兹乃至可见光频段。通信对象的类型和数量快速增长，除了传统的基站和手机，还有接入回传节点、无人机、无人车、海艇、各类传感器等。在空天地海一体化全场景、全频谱、全类型覆盖的6G需求下，6G网络要能够对场景、频谱、通信对象精确感知，使用自适应的通信算法和高度适配的通信手段。值得注意的是，未来的通信设备及其连接对象大部分将变成智能体，智能化需要更深度的感知、更实时的反馈与响应。

1.3 特定应用专项感知

随着移动互联网的蓬勃发展，各种应用层出不穷。对热门应用，同质化开发也越来越多。为了保持在同行中的竞争力，资金雄厚的应用提供商愿意花钱买贵宾级的通信管道来提升如视频点播、在线游戏等app的使用体验。为OTT提供增值服务可以让运营商和设备商获得新的利润增长点[6]。通过对特定app的感知识别和专项优化，为其提供相应的网络部署和优质的通信资源保证，也有助于培育6G生态。

随着应用层加密技术的广泛使用，以前利用网络抓包分析的手段难以对特定应用的感知识别。特定应用的准确识别需要多面多层的综合感知，如结合核心网和接入网的控制面信令、用户面数据流分析，如结合应用层、业务层、接入层信息分析等。并且，端到端的综合感知有助于特定应用的端到端质量控制和性能优化。

1.4 智能运维自动化感知

在4G以前的无线通信系统，系统网络参数的配置主要基于运营商、用户位置这两个维度进行参考。在5G系统引入了切片技术，这要求以前的系统网络参数配置基于切片的新维度进行重配[7]。随着6G的演进，系统网络参数的配置还受移动性、用户类型、终端类型、场景等因素影响。使用传统网管配置的方式，将会面临超大数量、频繁的手工配置，网络配置将成为网络性能的瓶颈。如果能通过网络配置感知来对智能运维进行加持，实现网络配置自动化、网络性能精准自优化，则有望解决网管配置在产品实现上的痛点问题。通过感知实现对网络进行动态调整，可以实现资源的高效利用和运营成本的降低。如大城市写字楼、地铁这些区域具有明显的通信潮汐效应特征，可以在不同时间段自动化调整适合的网络配置，减少通信资源的浪费。

1.5 全维度跨域感知

全维度的信息感知可以实现对通信对象刻画和通信质量的精确把控。如通过对业务偏好、位置移动等信息感知识别具有特殊需求的用户（如对体验敏感的用户），对这些用户提供伴随服务来有效定位、解决网络性能问题；还可以通过感知终端机型来定位某款手机问题。多角度的用户感知能实现精确的用户画像，进而为用户提供更贴心的服务。另外，通过对用户位置和业务的综合感知，对位置接近的用户群进行信道质量估计的聚类训练，有助于提高偶发小包业务的传输成功率。

基础设施为通信网络提供了算力资源，通信网络需要感知基础设施领域的算力情况才能进行算力的高效利用。通过算力感知[8]，网络能够感知各处计算能力，把计算类业务灵活调度分配到最优的节点。用户无需关心网络中的计算资源的位置和部署状态，实现通信、存储、计算统一管理和协同调度。

数字孪生也是业界广泛讨论[9-11]的6G愿景之一。数字孪生指通过对物理世界进行数字化和映射，未来将会生成与现实世界孪生的虚拟世界。物理世界的数字孪生实现需要跨域泛在感知。未来6G将会出现融合了视觉、听觉、味觉的全息通信，通过跨域感知将会激发出更多的6G生态参与者。

1.6 安全内生伴随内生感知

为了提高6G的安全防护能力，业界提出了安全内生的系统设计。安全内生提出[12]通过对不同安全协议与安全机制的聚合，自主适应网络变化获得网络内在稳健的防御力。为实现身份真实、控制安全、通信可靠、数据可信的安全内生目标，多样化主动感知是不可或缺的。内生感知是获得安全内生的重要条件，安全内生过程必然伴随着提供助力的内生感知。如通过感知接入失败次数、鉴权失败次数发现非法用户入侵；通过异常流量感知、异常信令感知、异常短消息感知等发现外部攻击等。通过风险感知，为安全防御提供预测参考。

2 内生感知系统架构

综上分析，我们看到6G网络需要差异化、多层面、全维度跨域泛在、深度、智能的内生感知。这种内生的感知需要具备自我认知、自我制定策略和自我迭代更新的能力。内生感知意味着感知对网络的自适应、对感知意图的自主执行和感知能力的自我进化。为实现内生感知，需要进行感知系统架构的统一设计。

众所周知，人体神经系统是天然的内生感知系统，神经系统通过遍布全身的感知神经元与大脑的配合来实现系统化感知。同样，在内生感知的无线通信架构中也需要遍布各种感知单元，使用分布式的感知单元保证无所不在的感知。各种感知单元的组合形成对网络不同角度的判断。感知单元采集本层或所在位置的信息来提供构建感知能力的必要元素，将这些分布的感知单元有机地组织起来，让分散的感知信息流动起来，就会形成网络内生的感知流并生成强大的感知能力。图2给出了当前通信系统协议栈下通过各处的感知单元进行内生感知的示意图，使用这种逻辑上相对独立的感知系统，在信息收集、分类和处理上可实现跨层处理和各层反馈，并且，感知信息还可以通过安全的方式开放给第三方和运营支撑系统（OSS）后台。

图2 内生感知系统整体框架示意图

感知能力的形成和感知信息的流动包括信息采集、过滤分类、跨层信息处理以及智能决策和反馈，最终实现感知流的智能闭环控制。因此，一个完整的感知体系包含信息采集模块、信息共享模块、策略制定模块、决策模块、控制执行模块等几个模块，如图3所示。感知系统信息采集模块从各处感知单元获得信息；在信息共享和分类模块中，通过案例对比和信息处理，可以对采集到的信息进行过滤和抽象，提取出重要信息的典型特征，根据案例对比单元的建议对信息归类和处理；通过案例对比和信息处理抽象，把感知信息传递到策略库；通过策略库分析，制定本地策略、远程策略、集中控制策略等；根据感知决策，控制执行模块把决策信息翻译成具体指导方式。当感知系统完成了从信息采集到执行感知策略后，还可以通过对效果的反馈来再次采集信息，进行感知信息的更新。通过反馈，形成了感知信息的闭环调整。

图3 感知系统内部模块

3 内生感知关键技术

在传统的通信网络中，信息的感知并不关注原始需求，实现过程中存在信息的取舍和损失，从而造成感知实现的效果与客户的意图不一致。因此，6G内生感知要以意图作为驱动力。为满足真实意图的感知，需要考虑下列因素进行顶层设计[13-15]：

（1）网络整体需求和端到端目标；

（2）感知需求可能需要通过跨层感知来实现；

（3）感知信息的颗粒度不同；

（4）感知信息的生命周期不同；

（5）多个感知需求尽可能重用相同的感知信息。

如图4所示，在网络中原始意图被分解成多个层级的意图，在意图自上而下的分解中，每个层级也形成了向上提供的感知服务。在意图驱动和意图分解的过程中，网络形成了多级的感知需求。通过对每级感知需求的提供服务，感知信息被有机地组织起来，从而形成了动态传输的感知流和可传递的感知能力。这种分级构建的感知能力可以保证最终效果和感知需求的一致性。并且，感知服务可以基于各种意图灵活编排。感知服务化也使得上下层实现独立闭环的感知信息流动，这对分布式感知非常重要。

图4 意图驱动下服务化内生感知示意图

通过对感知意图的分解和服务化抽象，可以形成可独立调用、隐含意图信息的感知服务。如图5所示，感知服务需要进行分级映射到能满足原始意图的感知服务层级。基于意图的感知分级映射过程具体为：在产生原始需求的位置，生成带有意图的感知服务，该感知服务转换成为满足本级服务的下一级采集源及其采集指示。下一级采集源根据这些上下文信息了解到自己能提供的感知能力，并把这个感知能力转换成感知服务。下一级的感知服务会再进行转换和分解，直到能满足最终服务要求。每级感知服务反映了本级向上提供的服务能力，也指示了本级对下一级的服务需求。可以看到，分级映射的过程也是感知能力构建、感知服务化以实现内生感知的过程。

图5 内生感知模型

一个感知服务的实现，往往需要关联多个下级采集源；不同的感知服务也可共用同一个下级采集源，如图6所示。这种方式我们可以认为是一种DAG（有向无环）图结构，每个采集源对应一个采集源ID和本身感知服务ID，每个采集源本身的感知服务代表了在该位置能提供的感知服务能力。上述采集源ID可以是多个对象的群体标识、某个节点标识、某个协议层或协议层中用户内部标识等。

图6 感知模型有向无环映射关系

感知服务的映射在网络初期可以用每个节点存储静态映射表的方式实现。随着感知信息和感知服务的提供，网络对自身和外部的认知能力越来越强。智能网络可以利用AI、大数据分析等智能化方式对感知服务进行动态映射。这种意图驱动下服务化的内生感知的方式突破传统感知瓶颈，实现了及时、全面并精细地感知和多维度、跨层跨域感知。通过智能化的动态映射，网络实现了感知能力的自我进化。

4 结束语

本文通过对6G网络感知的需求分析，提出了适应未来网络发展的新型感知体系架构和关键技术。内生感知是指在意图驱动下对感知进行服务化分级映射，将感知信息有机地组织，在网络内部生成可传递的感知能力和服务。在该感知体系架构中，通过对网络各部分信息的感知来获知各部分能提供的能力，并基于这些能力形成感知服务。在感知意图驱动下，感知能力通过各级的感知服务来承载，感知需求通过感知服务来满足。上层感知服务分解成多个离散的、更细小的下层感知服务，这种更细粒度的服务化机制能够更精准地匹配感知对象和意图，能更准确和灵活地支持各种内生感知能力的构建。

展望未来，对接入网的服务化（SBA RAN）将会实现与服务化核心网（SBA CN）的打通。为适应6G发展，也将会出现新的流模型和新的承载传输技术。SBA、新流模型和新承载传输技术都将为内生感知提供技术支撑并成为内生感知主要抓手。全面、精准、及时、高效的感知能力是提升6G网络效率、走向网络智简的关键因素。以意图为导向的感知服务化和感知架构顶层设计让通信网络产生感知能力，“内生感知”将在各个方面对未来通信网络赋能。