摘 要

5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是當(dāng)前業(yè)界的研究熱點(diǎn)，未來多樣化的新業(yè)務(wù)需求和技術(shù)挑戰(zhàn)將對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求，推動(dòng)5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)。首先介紹了目前5G-A階段業(yè)內(nèi)主流的3種通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。然后從3個(gè)角度剖析了通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力，提出通感智算一體化、用戶面感知能力增強(qiáng)、Wi-Fi協(xié)同感知3個(gè)潛在演進(jìn)方向和方案實(shí)現(xiàn)邏輯，為后續(xù)通感融合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供技術(shù)參考。最后對(duì)研究?jī)?nèi)容做了總結(jié)和展望。

引 言

通感融合是指在通信模塊中賦能感知功能，利用通信系統(tǒng)的頻譜資源、空口技術(shù)、硬件資源處理單元等接收感知信號(hào)并進(jìn)行處理，基于核心網(wǎng)的深度分析、智能化運(yùn)算及能力開放，實(shí)現(xiàn)多維多粒度的環(huán)境和目標(biāo)感知功能并提升系統(tǒng)頻譜效率、硬件效率和信息處理效率。通感融合技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)開始了通感融合方面的研究，重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)場(chǎng)景用例、技術(shù)需求等。2022年5月，3GPP SA1成功立項(xiàng)研究課題《Study on Integrated Sensing and Communication》，涉及智能工業(yè)、智慧交通、智能生活、健康監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)控共五大領(lǐng)域的32個(gè)場(chǎng)景用例。例如，可以基于通信感知一體化基站或基站間協(xié)作實(shí)現(xiàn)對(duì)道路環(huán)境的感知，有效實(shí)現(xiàn)高精地圖構(gòu)建，為自動(dòng)駕駛汽車的安全運(yùn)行提供超視距輔助。通信和感知的融合不僅可以開辟全新的業(yè)務(wù)，還可超越傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接的應(yīng)用空間，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）面向2030的未來技術(shù)趨勢(shì)研究報(bào)告指出，通信感知一體化技術(shù)將成為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)最有潛力的關(guān)鍵技術(shù)方向之一。

0 1 5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界目前處于技術(shù)預(yù)研階段，在5G-A相關(guān)領(lǐng)域取得了一定的研究共識(shí)與階段成果。

1.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)

通感融合網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì)需以能滿足多樣化通感融合場(chǎng)景和感知業(yè)務(wù)服務(wù)要求為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)無線及網(wǎng)絡(luò)的能力升級(jí)。

感知業(yè)務(wù)請(qǐng)求方可以是終端、外部應(yīng)用的應(yīng)用服務(wù)器（Application Server，AS）、網(wǎng)元等，為了支持不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的通感一體化功能，網(wǎng)絡(luò)需支持感知功能，包含具備主要感知功能（感知控制功能和感知計(jì)算功能）的感知網(wǎng)元（Sensing Function，SF）。SF可為獨(dú)立網(wǎng)元或與其他網(wǎng)元合設(shè)，部署方式可為集中式或分布式，SF應(yīng)能進(jìn)行感知設(shè)備的選擇、感知業(yè)務(wù)的控制、獨(dú)立或與其他網(wǎng)元共同處理感知測(cè)量數(shù)據(jù)，并輸出感知結(jié)果給感知請(qǐng)求方等工作。

網(wǎng)絡(luò)需存儲(chǔ)SF的上下文信息，以使得其他網(wǎng)元可發(fā)現(xiàn)和選擇合適的感知網(wǎng)元，需支持SF獲取合適的感知業(yè)務(wù)策略信息。網(wǎng)絡(luò)需根據(jù)感知業(yè)務(wù)需求支持基站或終端等感知設(shè)備上報(bào)感知測(cè)量數(shù)據(jù)到核心網(wǎng)，以及基于業(yè)務(wù)側(cè)需求選擇感知節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行感知QoS控制、根據(jù)感知業(yè)務(wù)需求控制基站或終端執(zhí)行感知。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足感知任務(wù)相關(guān)的安全隱私及管控要求，并支持感知業(yè)務(wù)的鑒權(quán)或授權(quán)以及計(jì)費(fèi)。網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)支持多種潛在的感知方式，并且支持感知方式的選擇、修改和多種感知方式的協(xié)作，支持面向區(qū)域和面向目標(biāo)的感知，并且既支持單次感知也支持連續(xù)感知。此外，在許多感知場(chǎng)景下，被感知設(shè)備（如UE）或被感知物體可能處于移動(dòng)狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)需要保證感知業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

1.2 架構(gòu)

基于上面通用需求的考量，目前業(yè)界主流觀點(diǎn)可歸納為3種潛在的5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，根據(jù)感知功能與5GC中現(xiàn)有功能模塊的耦合程度，通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可分為緊耦合和松耦合2種類型。

1.2.1 緊耦合架構(gòu)

緊耦合架構(gòu)下感知服務(wù)位于核心網(wǎng)，感知功能將與現(xiàn)有5GC架構(gòu)深度融合，盡可能依托現(xiàn)有的5GC功能、接口和協(xié)議來實(shí)現(xiàn)感知能力的使能和對(duì)外開放，可以完成更大范圍感知數(shù)據(jù)的匯聚和處理，故適合作為廣域通用架構(gòu)。考慮到感知功能可以拆分為感知控制面功能（SF-C）和感知用戶面功能（SF-U），根據(jù)這2種子功能分離或集中實(shí)現(xiàn)在2個(gè)或者1個(gè)網(wǎng)元中，通感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)又可分為C-U不分離架構(gòu)和C-U分離架構(gòu)。

1.2.1.1 C-U不分離架構(gòu)

C-U不分離架構(gòu)如圖1所示，SF和（R）AN/UE之間的感知控制信令通過AMF進(jìn)行傳遞，（R）AN/UE獲取的感知測(cè)量數(shù)據(jù)可經(jīng)由控制面或用戶面?zhèn)鬏數(shù)絊F，其中用戶面可經(jīng)UPF轉(zhuǎn)發(fā)或直接傳輸?shù)絊F，另外還支持UE執(zhí)行感知和（R）AN執(zhí)行感知場(chǎng)景中的感知計(jì)費(fèi)。

圖1 緊耦合C-U不分離架構(gòu)

新增的感知網(wǎng)元SF可根據(jù)感知需求，獨(dú)立部署或與5GC網(wǎng)元（如AMF或LMF等）合設(shè)部署。SF與5GC網(wǎng)元之間新增一系列交互接口，其中，NS1為SF與AMF間新增接口，該接口可傳遞感知控制信令和感知測(cè)量數(shù)據(jù)；NS2為SF與NEF間新增接口，該接口可傳遞通過NEF中轉(zhuǎn)的感知網(wǎng)元與業(yè)務(wù)側(cè)應(yīng)用功能（Ap?plication Function，AF）交互的信令消息，同時(shí)將感知結(jié)果開放給AF；NS3為SF與UDM間新增接口，通過該接口可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)或授權(quán)，獲取UE感知簽約信息、服務(wù)AMF信息或其他信息；NS4為SF與NWDAF間新增接口，通過該接口，SF可與NWDAF共同完成感知業(yè)務(wù)相關(guān)的AI處理；NS5為SF與PCF間新增接口，通過該接口，SF可將感知業(yè)務(wù)的感知要求、QoS要求或感知結(jié)果等信息傳遞到 PCF，PCF決策生成感知業(yè)務(wù)相關(guān)的PCC策略；NS6為SF與LMF間新增接口，通過該接口，SF 可獲取位置相關(guān)信息，如感知區(qū)域、感知目標(biāo)的（R）AN信息、被感知UE的位置信息等；NS7為SF與用戶面功能UPF新增接口，感知測(cè)量數(shù)據(jù)可經(jīng)UPF由（R）AN直接傳輸至SF，也可經(jīng)UPF間接轉(zhuǎn)發(fā)至SF，若（R）AN執(zhí)行感知的場(chǎng)景經(jīng)UPF轉(zhuǎn)發(fā)，UPF需改造支持（R）AN粒度的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，N1、N2、N5、N8、N33等現(xiàn)有接口需支持傳遞感知業(yè)務(wù)相關(guān)信息，如鑒權(quán)信息、感知業(yè)務(wù)類型、感知業(yè)務(wù)質(zhì)量要求、感知測(cè)量數(shù)據(jù)、感知結(jié)果等。

1.2.1.2 C-U分離架構(gòu)

C-U分離架構(gòu)如圖2所示，新增感知控制面功能（SF-C）和感知用戶面功能（SF-U）2個(gè)網(wǎng)元。SF-C與現(xiàn)有5GC控制面網(wǎng)元交互，負(fù)責(zé)控制面消息傳遞，將SF-U的地址提供給基站/UE。SF-U負(fù)責(zé)收集和分析終端或基站生成的感知測(cè)量數(shù)據(jù)，得出最終的感知結(jié)果，并將其開放給 UE或應(yīng)用，SF-U還可支持UE或（R）AN執(zhí)行感知時(shí)的感知計(jì)費(fèi)。SF-C和（R）AN/UE之間的感知控制信令通過AMF進(jìn)行傳遞，（R）AN/UE獲取的感知測(cè)量數(shù)據(jù)可經(jīng)UPF轉(zhuǎn)發(fā)或直接傳輸?shù)絊F-U。

圖2 緊耦合C-U分離架構(gòu)

本架構(gòu)新增的2個(gè)網(wǎng)元可以根據(jù)感知需求，獨(dú)立部署或與5GC網(wǎng)元（如AMF或LMF）合設(shè)部署。SF-C、SF-U與5GC網(wǎng)元之間新增交互接口，其中，SF-C與AMF間新增NS1接口，該接口可傳遞感知控制信令和感知測(cè)量數(shù)據(jù)；SF-C與NEF間新增NS2接口，該接口可傳遞通過NEF中轉(zhuǎn)的SF與業(yè)務(wù)側(cè)AF交互的信令消息，同時(shí)將感知結(jié)果開放給AF；SF-C與UDM間新增NS3接口，通過該接口可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)或授權(quán)，獲取UE感知簽約信息、服務(wù)AMF信息或其他信息；SF-C 與NWDAF間新增NS4接口，通過該接口可完成感知業(yè)務(wù)相關(guān)的AI處理；SF-C與PCF間新增NS5接口，通過該接口，SF-C可將感知業(yè)務(wù)的感知要求、QoS要求或感知結(jié)果等信息傳遞到PCF，PCF決策生成感知業(yè)務(wù)相關(guān)的PCC策略；SF-C與LMF間新增NS6接口，通過該接口，感知網(wǎng)元可獲取位置相關(guān)信息，如感知區(qū)域、感知目標(biāo)的（R）AN信息、被感知UE的位置信息等；SF-U與UPF新增NS7接口，感知測(cè)量數(shù)據(jù)可經(jīng)此轉(zhuǎn)發(fā)至SF，此時(shí)UPF需改造支持（R）AN粒度的數(shù)據(jù)傳輸；SF-U與SF-C新增NS8接口，通過該接口可以傳遞感知處理策略、上報(bào)感知結(jié)果等。

1.2.2 松耦合架構(gòu)

松耦合架構(gòu)如圖3所示，SF直接與（R）AN節(jié)點(diǎn)建立連接，負(fù)責(zé)感知授權(quán)、能力交互、網(wǎng)元選擇、控制和數(shù)據(jù)處理等功能，與現(xiàn)有5GC相對(duì)獨(dú)立，對(duì)于只在特定區(qū)域內(nèi)存在感知需求的場(chǎng)景或只存在感知需求的場(chǎng)景，可在無需與5GC交互或只執(zhí)行較少交互的情況下提供感知業(yè)務(wù)。該架構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸節(jié)點(diǎn)少，靈活易部署，按需考慮鑒權(quán)授權(quán)移動(dòng)性管理、計(jì)費(fèi)等功能，可通過SF本地化部署實(shí)現(xiàn)感知測(cè)量數(shù)據(jù)或感知結(jié)果不出園區(qū)，適用于局域場(chǎng)景或?qū)＞W(wǎng)場(chǎng)景。

圖3 松耦合架構(gòu)

本架構(gòu)新增SF與（R）AN間的NS1接口，（R）AN的感知控制面信令消息和感知測(cè)量數(shù)據(jù)均經(jīng)該接口傳遞。UE參與感知時(shí)，控制面信令消息通過AMF轉(zhuǎn)發(fā)到SF，感知測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)NS1傳遞。SF也可能與5GC網(wǎng)元AMF、NEF或NWDAF間存在接口，以控制AF必須通過核心網(wǎng)功能向SF提供感知業(yè)務(wù)需求。SF與AMF間可能新增NS2接口，該接口接收來自UE的感知業(yè)務(wù)需求或者傳遞SF與核心網(wǎng)其他網(wǎng)元的信令消息，如與UDM的交互消息；SF與NEF間可能新增NS3接口，該接口傳遞SF通過NEF中轉(zhuǎn)的與業(yè)務(wù)側(cè)AF交互的信令消息，同時(shí)將感知結(jié)果開放給AF，實(shí)際部署時(shí)，NS2和NS3二選一即可，即AF通過NS2（NEF）間接向SF或直接向SF（無NEF）發(fā)送感知業(yè)務(wù)請(qǐng)求，或者AF通過N33（NEF）和NS2（AMF）向SF發(fā)送感知業(yè)務(wù)請(qǐng)求；SF與NWDAF間可能新增NS4接口，通過該接口與NWDAF共同執(zhí)行智能化分析與預(yù)測(cè)，生成感知結(jié)果。

0 2 5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)潛在演進(jìn)方案

5G-A是通感融合技術(shù)應(yīng)用的初步階段，在通信感知一體化的技術(shù)發(fā)展過程中，未來業(yè)務(wù)需求和痛點(diǎn)問題會(huì)驅(qū)動(dòng)5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不斷演進(jìn)和完善，本章將提出多個(gè)不同角度的通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)潛在演進(jìn)方向與方案實(shí)現(xiàn)邏輯。

2.1 通感智算一體化

2.1.1 演進(jìn)驅(qū)動(dòng)力

5G-A階段將涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如沉浸式XR、全息通信、人機(jī)交互、機(jī)機(jī)交互等，以及未來面向6G時(shí)代的新業(yè)務(wù)場(chǎng)景用例，如全息通信、觸覺互聯(lián)、超能交通、內(nèi)生智能、數(shù)字孿生等都要求終端和網(wǎng)絡(luò)具備更高效泛在的連接能力、更強(qiáng)的環(huán)境及物體感知能力以及根據(jù)業(yè)務(wù)需求在云、網(wǎng)、邊之間動(dòng)態(tài)調(diào)配算力資源，并且能借助AI深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等手段，更精準(zhǔn)快速地識(shí)別、推理、預(yù)測(cè)物理數(shù)字業(yè)務(wù)環(huán)境的未來變化趨勢(shì)和潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

由此觀之，感知、計(jì)算和智能仍將會(huì)是未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需提供的重要基礎(chǔ)能力和系統(tǒng)自身賦能、提質(zhì)、增效的利器抓手。當(dāng)前5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)為AI功能外掛、單點(diǎn)感知的網(wǎng)絡(luò)，而未來感知網(wǎng)絡(luò)將向著“通感智算一體化”演進(jìn)，通感智算以內(nèi)生的、密切協(xié)同的方式內(nèi)嵌、融合于新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.1.2 演進(jìn)方案

網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)各自都可研究如何實(shí)現(xiàn)通感智算一體化功能，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可提供大樣本數(shù)據(jù)庫(kù)和豐富的算力智能資源，提升對(duì)感知信號(hào)數(shù)據(jù)的處理和模式識(shí)別能力，并且網(wǎng)絡(luò)側(cè)執(zhí)行通感智算類任務(wù)更有利于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商未來直接開展和提供通感智算類新服務(wù)。

因此，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通感智算的演進(jìn)是未來移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)研究課題。由于目前5G-A通感融合系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)尚處于研究探討階段，尚未標(biāo)準(zhǔn)化，且6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)仍未明確，對(duì)6G通感融合的架構(gòu)研究相對(duì)更少。因此，本節(jié)僅做面向通感智算一體化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)方案的抽象簡(jiǎn)化表達(dá)，如圖4所示。

圖4 通感智算一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)抽象

此演進(jìn)方案引入通感智算一體化的核心網(wǎng)、通感智算多功能或全功能無線接入網(wǎng)和具有本地通感智算能力的移動(dòng)終端，網(wǎng)絡(luò)對(duì)外開放感知服務(wù)，且服務(wù)可按需定制化。通感智算控制中心作為網(wǎng)絡(luò)控制中心進(jìn)行全局感知，收集各層感知控制功能和計(jì)算控制功能實(shí)時(shí)上報(bào)的其區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，分析業(yè)務(wù)需求并借助感知信息和AI算法推理決策完成網(wǎng)絡(luò)資源映射，實(shí)現(xiàn)感知、計(jì)算節(jié)點(diǎn)的選擇以及通信、感知、算力資源和能力的部署管控及業(yè)務(wù)編排。此演進(jìn)方案的核心為在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)通信、感知、智能、計(jì)算各功能之間的互惠合作，從而有效保障網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與業(yè)務(wù)運(yùn)行需求，在提升網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)提高業(yè)務(wù)感知的精準(zhǔn)性和時(shí)效性。

2.2 用戶面感知能力增強(qiáng)

2.2.1 演進(jìn)驅(qū)動(dòng)力

未來6G網(wǎng)絡(luò)將被賦予隨時(shí)隨地感知外部物理世界、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、業(yè)務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)實(shí)體狀態(tài)等的能力。顯然，未來移動(dòng)通信系統(tǒng)將會(huì)增加更多的感知服務(wù)，引入更豐富多樣的感知手段，而且，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展，以后5G-A、6G等將接入更海量的終端UE，由此將造成感知控制信令數(shù)據(jù)量的顯著增加。如第1.2節(jié)所述，現(xiàn)有5G-A通感融合系統(tǒng)中，UE與SF/SF-C之間的感知控制信令均走網(wǎng)絡(luò)控制面，調(diào)用AMF的信令傳遞服務(wù)，通過AMF轉(zhuǎn)發(fā)到SF，大量信令同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)控制面?zhèn)鬏攲⒖赡茉斐赏ǖ罁砣６ǜ腥诤暇W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理念希望通信與感知系統(tǒng)共同工作時(shí)，一方在滿足自身性能需求的同時(shí)也能輔助提升另一方的性能。故，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的信令承載路徑和方式將不能完全滿足未來感知信令數(shù)據(jù)傳輸和共享的要求。另一方面，目前業(yè)內(nèi)歸納了為實(shí)現(xiàn)端到端通感服務(wù)所需要引入的六項(xiàng)功能，包括感知業(yè)務(wù)的鑒權(quán)授權(quán)、感知能力交互、感知方式/感知設(shè)備選擇、感知控制、感知數(shù)據(jù)采集及處理和感知能力開放。這些能力均主要基于控制面網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)，而用戶面僅繼承現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力和接口，完成感知數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和處理，用戶面感知能力仍有較大的擴(kuò)展空間。

由此觀之，對(duì)5G-A系統(tǒng)中感知控制信令傳輸?shù)膮f(xié)議棧進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化并構(gòu)建更強(qiáng)大的新型用戶面是一種優(yōu)選的潛在演進(jìn)方案。

2.2.2 演進(jìn)方案

此演進(jìn)方案包含2個(gè)部分。

2.2.2.1 引入感知控制信令傳輸新選項(xiàng)

將UE與SF/SF-C交互的保障級(jí)別相對(duì)不高的感知控制信令主動(dòng)卸載到用戶面?zhèn)鬏敚⑼ㄟ^實(shí)時(shí)感知控制面網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，借助AI算法計(jì)算動(dòng)態(tài)調(diào)整卸載的比例，防止控制面擁塞。面向UE和SF/SF-C之間的感知控制信令用戶面?zhèn)鬏數(shù)膮f(xié)議棧設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 感知控制信令用戶面協(xié)議棧

感知控制信令封裝成NR感知協(xié)議-控制面（NR Sensing Protocol for the Control plane，NRSP-C）信元，作為獨(dú)立協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)。UE作為感知設(shè)備探測(cè)獲取感知測(cè)量數(shù)據(jù)，如果感知需求方是UE并可在本地計(jì)算處理和使用，則無需上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)側(cè)，否則需要將感知測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)給SF。UE可以根據(jù)SF的IP地址建立兩者之間的連接，并且通過PDU會(huì)話承載UE和SF/SF-C 之間的NRSP-C。部分感知控制信令通過網(wǎng)絡(luò)用戶面來傳遞，可突破控制面資源限制，提高通感服務(wù)的質(zhì)量。

2.2.2.2 構(gòu)建感知型用戶面

用戶面在繼承傳統(tǒng)UPF對(duì)UE業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、動(dòng)作和策略執(zhí)行等功能之上，重點(diǎn)向業(yè)務(wù)感知能力增強(qiáng)演進(jìn)，對(duì)5G/5G-A接入終端發(fā)送的數(shù)據(jù)可延續(xù)DPI、AI等技術(shù)提取感知業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對(duì)于未來6G終端和新業(yè)務(wù)應(yīng)用，可按需按場(chǎng)景研究新的感知技術(shù)，增強(qiáng)用戶面感知能力，提升感知服務(wù)效力。

2.3 Wi-Fi協(xié)同感知

2.3.1 演進(jìn)驅(qū)動(dòng)力

長(zhǎng)期以來，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi是移動(dòng)設(shè)備的兩大主流技術(shù)。商用Wi-Fi設(shè)備能反饋Wi-Fi物理層的CSI信息，無需改動(dòng)芯片，只需開放測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)，即可實(shí)現(xiàn)基于Wi-Fi CSI的微動(dòng)感知應(yīng)用。IEEE 802.11在2020年9月設(shè)立了IEEE 802.11bf工作組，聚焦無線局域網(wǎng)感知。該標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目旨在提高WLAN傳感的可靠性和效率，并建立無線設(shè)備的互操作性，以推進(jìn)一系列全新、高價(jià)值的應(yīng)用落地和推動(dòng)各種終端應(yīng)用的發(fā)展。5G-A和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)景各有側(cè)重。Wi-Fi主要的應(yīng)用領(lǐng)域是局域網(wǎng)，多部署于室內(nèi)場(chǎng)所，終端的連接范圍有限，可應(yīng)用于房間、汽車內(nèi)部、企業(yè)等，感知人、物體、動(dòng)物的諸多屬性；5G是廣域網(wǎng)技術(shù)，目前主要以室外覆蓋為主，兼顧部分室內(nèi)淺層覆蓋，同時(shí)支持終端大規(guī)模的移動(dòng)以及全球漫游和設(shè)備安全保障。2種無線網(wǎng)絡(luò)均具有感知物理世界的能力，現(xiàn)在完全無縫部署5G-A感知網(wǎng)絡(luò)不太現(xiàn)實(shí)，況且目前部分區(qū)域也沒有明確的場(chǎng)景需求。5G-A/6G和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)融合后，將在感知服務(wù)覆蓋能力上形成互補(bǔ)，擴(kuò)大感知范圍，減少甚至消除感知盲區(qū)，多制式協(xié)同感知，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理環(huán)境的無縫精細(xì)感知。例如，基于5G-A/6G+Wi-Fi融合感知下的老年人健康監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，可保證用戶跨域移動(dòng)的呼吸、心率等生命體征監(jiān)測(cè)和跌倒報(bào)警等服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。3GPP 5G協(xié)議框架已經(jīng)將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入作為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為通感一體化技術(shù)融合Wi-Fi感知的方案研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由此觀之，5G-A網(wǎng)絡(luò)融合WiFi接入并支持多制式協(xié)同感知具有必要性和可行性。在未來通感融合網(wǎng)絡(luò)商用化過程中，為加速通感在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，初期可考慮重點(diǎn)發(fā)展基站自發(fā)自收的簡(jiǎn)單感知方式，面向未來，可研究終端、基站、非3GPP（如Wi-Fi）感知實(shí)體共同參與的協(xié)同感知方式。

2.3.2 演進(jìn)方案

此演進(jìn)方案旨在實(shí)現(xiàn)蜂窩移動(dòng)網(wǎng)和WLAN的適配接入以及協(xié)同感知，并由融合核心網(wǎng)對(duì)兩者進(jìn)行統(tǒng)一管理，如圖6所示。

圖6 蜂窩+Wi-Fi融合網(wǎng)絡(luò)協(xié)同感知

融合核心網(wǎng)在SF和其他必要網(wǎng)元功能的基礎(chǔ)上增加x互通（x Interworking Function，xIF）網(wǎng)元模塊。xIF將Wi-Fi接入點(diǎn)下的Wi-Fi終端接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)蜂窩和Wi-Fi的融合接入，由蜂窩網(wǎng)絡(luò)感知節(jié)點(diǎn)與Wi-Fi感知節(jié)點(diǎn)互為補(bǔ)充和共享的方式完成感知任務(wù)。隨著xIF的不斷迭代研發(fā)，未來還可納管Wi-Fi之外的更多不同制式的節(jié)點(diǎn)。融合網(wǎng)絡(luò)可感知所有節(jié)點(diǎn)的部署位置、密度、感知區(qū)域范圍和感知粒度、相對(duì)位置關(guān)系等，并分析出網(wǎng)絡(luò)的感知能力及性能邊界，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要來優(yōu)化多制式節(jié)點(diǎn)部署方式以及適時(shí)增設(shè)各類節(jié)點(diǎn)。通過對(duì)部署節(jié)點(diǎn)的調(diào)度與分組協(xié)作，可提高網(wǎng)絡(luò)通信與感知的整體性能，擴(kuò)大服務(wù)范圍。同時(shí)，多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)共享感知觀測(cè)結(jié)果并達(dá)成最終判決共識(shí)，提升測(cè)量信息的準(zhǔn)確性及全面性。另一方面，核心網(wǎng)演進(jìn)為可靈活適配多制式接入的融合核心網(wǎng)后，各種終端將可不再僅依靠本制式系統(tǒng)的接入點(diǎn)認(rèn)證，而是由融合核心網(wǎng)統(tǒng)一完成加密鑒權(quán)，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性與感知測(cè)量數(shù)據(jù)的可信任度。

0 3 展 望

通信感知一體化技術(shù)已被廣泛認(rèn)為是6G新系統(tǒng)中極具潛力的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是可以在5G-A階段進(jìn)行提前部署的重要技術(shù)。通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)與演進(jìn)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，需要研究的內(nèi)容很豐富。本文歸納了當(dāng)前業(yè)內(nèi)關(guān)于5G-A通感融合網(wǎng)絡(luò)的主流架構(gòu)設(shè)計(jì)，并分析了通感融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力與潛在的演進(jìn)方案，后續(xù)也將進(jìn)一步深入研究基于5G-A到6G以及到未來更新蜂窩系統(tǒng)的通感融合網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的諸多技術(shù)和應(yīng)用方面的細(xì)節(jié)。未來，期待和業(yè)界同仁共同努力，推進(jìn)通感融合網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化、通感融合設(shè)備的研發(fā)試驗(yàn)以及通感融合應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

作者簡(jiǎn)介

李沸樂，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，工程師，碩士，研究方向?yàn)?G/6G/Wi-Fi6網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)、專網(wǎng)新技術(shù)等；

楊文聰，畢業(yè)于北京交通大學(xué)，高級(jí)工程師，碩士，從事移動(dòng)通信新技術(shù)研究工作。

審核編輯：湯梓紅