作者：中国联通研究院 张雪贝 隋腾飞 曹畅等
摘要
移动算力网络是算力网络在移动接入场景下的具象化，通过管理和分配分布式计算资源，提高网络与计算协同的效率。文章首先介绍中国联通提出的6G网络体系架构，强调“超越连接”的设计理念，并由此引出移动算力网络的总体框架设计和潜在关键技术研究，接下来介绍移动算力网络典型场景的应用探索。最后，总结梳理其在国内外标准化组织的相关研究进展，并建议持续推动移动算力网络关键技术研究和标准化工作，呼吁业界共同构建移动算力网络的标准体系，推动面向6G及下一代网络的算网融合的深入研究和探索。
关键词
6G；移动算力网络；网络架构
引言
算力网络是一种新型的信息基础设施，通过管理和分配分布式的计算资源，实现计算任务的并行执行和负载均衡，提高计算效率和性能。随着移动终端算力发展迅猛、端边网云移动业务发展多样、网络内生算力服务需求日益增长，6G移动网络架构的持续演进成为必然。
移动算力网络是算力网络在移动接入场景下的具体体现，它在传统移动网络的基础上增强了内生计算能力，并通过管控机制实现连接资源与算力资源的协同。移动算力网络拓展增强了算力网络的云边端算力协同能力，兼顾算力与移动性需求。
6G移动算力网络研究背景
算力网络是指利用分布在云、边、端上的计算资源，通过网络连接协同工作，按需分配和灵活调度计算资源、存储资源以及网络资源的新型信息基础设施。通过有效地管理和分配分布式计算资源，将计算任务分发到合适的设备上进行处理，提供高效、灵活、可扩展的计算能力，以满足不同应用场景的需求，实现任务的并行执行和负载均衡，提高计算效率和性能。
随着近两年AI大模型的迅猛发展，从单模态到多模态技术的演变，催生如ChatGPT、SORA等AI应用的规模落地；同时伴随着XR设备、智慧汽车等终端算力的快速增强，和无人机、车联网等端边网云协同的移动业务的发展，带来了对运营商网络的算力、显存、带宽等的巨大需求，激发着通信网络的新一轮变革[1-2]，移动网络需要具备提供内生的算力服务的能力，推动网络由外挂智能向内生智能转变[3]，6G网络架构从单一的提供连接服务，向提供超越连接的多维服务演进[4-5]。
算力网络前期的研究主要关注承载侧的算网资源感知调度，随着6G网络架构的深入研究，IMT2030网络组发布的《6G网络架构展望白皮书》[6]中，提出把计算功能引入6G网络，将算力网络的概念延伸到移动网络。移动算力网络是算力网络在移动接入场景下的具象化体现，以传统移动网络及其提供的连接服务为基础，在保障业务连接质量要求的同时，增强了移动网络内的泛在算力(如终端、边缘、核心侧等算力资源)能力，并兼顾算力与移动性需求，通过管控机制来协同连接资源和算力资源，从而实现在移动网内提供按需的计算服务，拓展了算力网络云边端协同的能力。
中国联通6G移动算力网络架构
中国联通继承CUBE-Net3.0的技术理念和架构设计，于2023年发布了《中国联通6G网络体系架构白皮书》[7]，提出了面向6G“新网络，新服务，新生态”的层次化数智化服务使能平台架构设计。其设计理念可概括为以下三个方面。
1)面向“超越链接”：打造超越连接的“新网络”，网络提供的服务从单一的连接服务扩展到智能、感知、数据、计算、安全新服务，构筑智能泛在的综合型数字信息基础设施。
2)面向“多元用户”：创新面向多元用户的“新服务”，网络从为终端用户提供服务转变为向行业用户、OTT应用、子网络等泛在用户提供综合服务，满足千行百业差异化需求和智算融合需要。
3)面向“平台即服务”：构建平台赋能的“新生态”，网络从提供单边的连接管道服务变成面向多元用户提供多边服务的使能平台，以促进云网边端业协同和产业生态繁荣发展。
基于上述网络架构设计，面向“超越连接”的设计，网络提供的服务将从单一的连接服务，扩展到智能、感知、数据、计算、安全新服务。主要体现在以下三个方面。
1)内生：现有网络架构，以大带宽、低时延的连接功能为主，其他功能的引入和实现，主要通过外挂式的方式完成，无法满足6G多样的业务需求和动态复杂环境需求。因此，6G网络架构需要注入多种功能内生和融合基因，从网络功能、接口、协议栈等方面端到端支持智能、算力、安全等内生能力。
2)协同：现有面向连接的网络架构，提供了基于会话的管控和连接QoS保障机制。当6G网络需要超越连接提供各类新业务时，需要提供超越会话的协同机制，在网络架构层面引入新的管控量纲，基于任务协同新业务所需要的连接、数据、计算多个维度资源，以此实现新业务的管控和QoS保障。
3)分布：6G多样化新业务所需的连接、计算、数据等能力来源于不同区域、不同资源池、不同组织，6G网络需要调度和联接上述多种不同的网络能力，提供用户就近、随用户移动的、分布式的网络服务，满足用户对6G融合业务的诉求。
因此，围绕这一设计理念，本文基于中国联通6G网络系统架构开展了深入细化的研究，在功能层引入计算功能，作为打造超越连接的“新网络”，构筑智能泛在的综合型数字信息基础设施的重要一环。并持续开展移动算力网络相关的研究探索，提出了中国联通6G移动算力网络的总体框架，通过在移动网络中引入内生的计算功能，增强传统控制面支持计算会话、移动性管理、算网协同等全局控制，提供灵活调度和QoS保障，实现算网服务的按需高效供给。该架构在服务管控层、功能层和资源层三个层面分别做了内生计算的增强扩展。6G移动算力网络总体框架如图1所示，主要包括算网服务编排、算网资源管理、移动算网控制调度等关键模块，在3.1章节展开详述。
图1 6G移动算力网络总体架构
中国联通6G移动算力网络模块设计及关键技术
移动算力网络模块设计
面向超越连接的设计，未来面向6G的网络将不再只提供单一的连接服务，而是集成了连接服务、计算服务、数据服务等的多业务使能平台，面向移动网络与算力底座协同的6G移动算力网络将是实现这一目标的核心。基于前文提出的移动算力网络总体架构，本章节围绕涉及的关键模块和技术展开详细阐述。如图1所示，移动算力网络架构基于《中国联通6G网络体系架构白皮书》[7]里的6G系统架构做了以下几方面细化扩展。
1)在服务和管控层，增加了算网服务编排功能和算网资源管理功能。其中，算网服务编排功能主要负责算网服务标识、需求及生命周期管理，服务分解和资源映射，以及跨域算网服务信息的获取；算网资源管理功能则通过算网编排单元(CO)统一管理底层计算/存储/网络等资源信息，实现算网资源的感知、注册、建模等，以及跨域的算网资源交互等。
2)在功能层，主要包括控制面功能、用户面功能、计算功能等。其中，在控制面功能中增加了算网控制单元(CC)，用于实现算网联合的路径规划和QoS保障，并增强现有控制面对计算会话的管控能力，为UE动态选择最优算网资源及连接资源等；在计算功能部分，在终端/边缘/核心侧嵌入算网执行单元(CE)，在统一编排控制下按需执行分布式算网服务，并通过如通告方式实现资源和服务感知；在用户面功能部分，则主要关注现有用户面协议栈的演进、计算会话通道协议，以及跨面/跨域隧道协同[8-9]，如GTP-U与承载侧SRv6的融合、对MoQ等特定业务传输协议的支持、增强对业务SLA感知能力，实现针对不同业务和服务类型的多样化传输，用户面可编程能力、跨域隧道的打通等，与承载侧算力网络的实现协同和统一调度。
3)在资源层，则在原先频谱资源的基础上，增加了计算、存储、网络等多维资源纳管。
基于面向超越连接设计的6G移动算力网络总体框架，通过在移动网络中引入内生的计算功能，增强传统控制面支持计算会话、移动性管理、算网协同等全局控制，提供灵活调度和QoS保障，实现计算服务的按需高效供给。
移动算力网络潜在关键技术
根据3.1章节的功能模块设计，移动算力网络的潜在关键技术主要面向算网业务编排、算网融合感知、计算会话的控制调度等三个方面。
1)在算网业务编排方面，需要增强对算网业务需求的识别分析和编排调度能力，考虑引入服务功能链等能力，实现业务在不同功能计算节点的按序服务和路径规划，提供更高效率的按需计算服务，并研究算网服务的开放使能。
2)在算网融合感知方面，研究移动网内泛在异构计算资源的感知度量，增强NFV域内对泛在异构的算网资源的统一纳管能力，研究用户面融合SRv6等新协议的演进，提升网络可编程能力，增强对承载侧算网信息的交互能力，优先考虑聚焦边缘侧实现算网融合，打通跨域的算网业务路径、资源调度和跨域协同。
3)在计算会话的控制和调度方面，研究计算服务会话的管控机制，包括研究移动算力网络典型场景相关的计算服务增强QoS需求和计算会话的融合调度、服务连续性保障等机制，高效支撑多元异构计算节点间协作的计算会话管控，同时也关注与用户面等的协同能力，研究适应6G计算面与用户面协同的演进路线，提升端网业协同能力，保障移动场景下的计算服务连续性和业务路由最佳，从而实现通信与计算更深度的融合。
移动算力网络典型应用场景及标准化建设
典型应用场景探索
基于上述移动算力网络总体框架，本文介绍在移动算力网络应用场景上的一些实践探索，包括车路云一体化智能网联、移动终端算力上移、潮汐调度等场景，展示了移动算力网络在不同领域的应用潜力。
1)车路云一体化智能联网场景。通过构建端—边—云协同的计算架构，根据车联网不同业务对算力和时延的差异化需求，实现车联网业务的分级部署和协同调度编排，赋能车路云一体化的智能网联业务需求。目前重点关注的两类典型场景如图2所示：一个是面向局域的移动自主泊车场景，引入移动算力网络，实现为车辆调度合适的计算服务节点，在车辆移动时保障UPF和计算节点的联合调度；另一个是面向广域的OTA升级场景，通过引入移动算力网络，验证非UE发起的计算会话控制能力，按需选择合适的计算节点为UE传输/处理所需数据。其他典型的车联网业务还有十字路口调度、边端协同驾驶决策等场景。
图2 车路云一体化智能联网场景
移动终端算力上移场景：沉浸式业务(AR、VR)等应用强依赖算力支撑，受限于终端算力以及有限的电池容量和存储空间，无法满足大模型、大数据量的计算。由云服务器完成图像计算，无法满足时延要求，影响用户体验。因此，如图3所示，可以借助移动算网提供近端算力服务，并通过实时感知算网资源状态，实时动态进行算力路径的调度切换。
图3 移动终端算力上移场景示意图
潮汐调度场景：主要是从绿色节能角度考虑，应对随着算力下沉边缘部署带来的算力潮汐效应等额外问题。如图4所示，以车联网场景为例，在交通早晚高峰时期，算力高负载运行，移动算力网络将碰撞告警、十字路口动态调度等实时性敏感的业务就近调度到边缘节点，实现就近的计算处理和时延保障；而在非高峰期，边缘算力节点低负载运行，通过统一的算网协同机制，实现固移融合的调度，将固网接入用户的图形渲染等算力任务，调度到低负载的边缘算力节点处理，提高算力节点的能效。
图4潮汐调度场景示意图
移动算力网络标准化思考
在移动算力网络标准化方面，本文梳理总结了国内外各主要标准组织相关的研究报告和技术标准，围绕构建网络与计算深度融合的下一代新型泛在一体化基础设施的标准化建设提出了思考和建议。
在5G网络架构演进阶段，IMT-2020(5G)推进组发布了《面向5G-A的移动算力网络需求及关键技术展望》研究报告[10]，指出采用云—边—端和边—端协同的多层统一管理与协同调度机制，主要面向5G-A场景，难以满足未来6G新型业务和架构演变需求。国内标准组织CCSA也发起了围绕移动算力网络总体技术研究的讨论，指出在5G网络架构演进阶段重点需要开展基于5G-A的移动算力网络的架构和技术研究。
在6G研究阶段中，IMT-2030(6G)推进组也先后发布了《6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书》《6G 前沿关键技术研究报告》《算力网络协同的场景及需求研究报告》[11-13]等多本白皮书和研究报告。白皮书和报告里均有提到要构建计算与网络深度融合的新型泛在一体化基础设施，提供“随时、随心、随愿”的触手可及的算力网络服务；将移动算力网络作为6G的关键组网技术之一，强调移动算力网络是实现6G的关键组网技术，需要探索通算融合控制、计算服务会话管控、智能服务感知、移动算网编排等潜在关键技术的发展态势和引入的可能性；并通过开展广泛的讨论和原型样机测试等工作，推动业界在逐步形成通算融合架构和关键技术的共识。
在国际标准组织方面，虽然3GPP对引入算力一直保持较为审慎的态度[14]，但是可以看到从R19阶段也在用户面增强[15]、边缘服务发现、XRM等多个研究课题中有涉及引入算力考量的潜在研究方案和提案：在FS_UPEAS用户面增强研究课题中关注用户面的服务化能力增强，在新的潜在技术方案中提出定义新参数来指示UPF非标准化能力，如CPU、NIC等；在FS_eEDGE_5GC[16]边缘增强研究课题中则重点关注增强移动网发现边缘应用服务EAS，包括新增EAS负载、计算能力等来综合选择合适的边缘应用，推动边缘算网融合形成共识；在XRM标准课题中，研究UPF作为Relay功能支持内容缓存实现媒体内容入网，增强移动网中的存储能力和用户面全互联能力。在面向未来6G标准化建设的R20阶段，也建议面向6G持续开展移动算力网络典型场景的需求分析以及通算融合等关键技术的研究。
此外，在底层算力资源的管理和编排方面，则主要在ETSI展开讨论。ETSI的网络功能虚拟化NFV组主要关注底层计算/存储/网络资源的统一纳管，建议考虑在NFV体系中增强算网资源管理、算网业务编排能力，增强对NFV域的异构算力节点统一纳管编排能力和对异构计算资源的建模；扩展定义算力资源模型，建立端到端网络模型等。
可以看出，移动算力网络从5G-A萌芽，未来在6G将着重发力。建议未来在移动网络及NFV框架中引入算网管理编排、控制调度、用户面路径可编程等相关技术研究和标准化工作，共同构建移动算力网络标准体系，助力未来为多样化算网融合业务提供按需服务。
结语
伴随着移动终端算力发展迅猛、端边网云移动业务发展多样、网络内生算力服务需求日益增长，运营商网络的算力、显存、带宽等的需求剧增，激发着通信网络的新一轮变革。本文从移动算力网络的研究背景切入，深入分析了开展面向6G及下一代网络的移动算力网络架构和关键技术研究的紧迫性和必要性，之后以中国联通提出的6G网络体系架构为基础展开扩展细化，引出了面向“超越连接”的6G移动算力络的架构设计和关键技术研究，并对移动算力网络的典型应用场景展开探索尝试，最后梳理了国内外移动算力网络相关的标准组织研究进展，并呼吁业界围绕面向6G及下一代网络的多样化算网融合业务和移动算力网络架构技术展开进一步的探讨研究。
参考文献
[1] 吴建军,邓娟,彭程晖,等.任务为中心的6G网络AI架构[J].无线电通信技术,2022,48(4):599-613
[2] 彭程晖,邓娟,吴建军,等.6G通算融合网络架构[J].无线电通信技术,2022,48(4):583-591
[3] IMT-2030(6G)推进组.6G智能内生网络架构研究报告[R].2022
[4] 岳毅,张雪贝,王立文,等.面向6G的核心网网络架构研究[J].邮电设计技术,2023(5):7-11
[5] 张雪贝,岳毅,杨文聪,等.6G数据及其功能研究[J].邮电设计技术,2023(5):19-24
[6] IMT-2030(6G)推进组.6G网络架构展望白皮书[R].2023
[7] 中国联通.中国联通6G网络体系架构白皮书[R].2023
[8] 张雪贝,王立文,杨文聪,等.面向5G-A及6G的用户面演进研究及趋势分析[J].信息通信技术与政策,2022(9):64-70
[9] 薛妍,杨立,谢峰.6G时代新用户面设计和关键技术[J].移动通信,2022,46(6):1-7
[10] IMT-2020(5G)推进组.面向5G-A的移动算力网络需求及潜在关键技术研究报告[R].2023
[11] IMT-2030(6G)推进组.6G网络架构愿景与关键技术展望白皮书[R].2021
[12] IMT-2030(6G)推进组.6G前沿关键技术研究报告(网络技术领域)[R].2023
[13] IMT-2030(6G)推进组.算力网络协同管理的场景及需求研究报告[R].2023
[14] 3GPP. 3GPP TS 22.261 v19.6.0: Service Requirements for the 5G system; Stage 1[S]. 2024
[15] 3GPP. 3GPP TS 29.892 v16.0.0: Study on User Plane Protocol in 5GC[S]. 2019
[16] 3GPP. 3GPP TS 23.548 v18.6.0: 5G System Enhancements or Edge Computing; Stage 2[S]. 2024
