通感算一体化网络场景和需求

一、通感算一体化网络场景和需求

1.1 6G 网络愿景与发展趋势

第五代移动通信系统（5th Generation Mobile Communication System, 5G）的大规模商用正在加速促进经济社会向数字化、网络化、智能化转型，推动网络跨入万物互联新时代。快速涌现的智慧城市、智慧交通、智慧工业生产等方面的应用需求，使得网络设备能力差异化、网络功能多样化、网络管控智能化的发展趋势持续增强，进一步推动了万物智联的第六代移动通信系统（6th Generation Mobile Communication System, 6G）的到来。

图 1-1 展示了以全域覆盖、普惠智能、通感一体化、感官互联等为特征的 6G 网络愿景，通过人机物泛在互联、智慧协作、数字孪生、沉浸式体验等技术为手段，实现物理世界和数字世界的相互作用与深度融合，进而推动构建泛在无线、智能普惠的人类社会总体愿景。

1.2 通感算一体化网络

通感算一体化网络是指同时具备物理-数字空间感知、泛在智能通信与计算能力的网络。该网络内的各网元设备通过通感算软硬件资源的协同与共享，实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合、互惠增强，进而使网络具备新型闭环信息流智能交互与处理及广域智能协作的能力，为 6G 的智慧城市、智慧交通、智能家居等典型应用场景提供支持。进一步，我们对通感算一体化网络中感知、计算、通信的内涵进行如下解读：

感知：如同人体的感官。感知是指物理-数字多维空间的感知，包含：网络外部感知和网络内生感知两大部分。其中，网络外部感知包括对电磁环境（信道状态、频谱质量、电磁干扰等）、外部物理环境（目标运动状态检测与识别、目标成像等）的感知；网络内生感知包括对业务需求（传输速率、通信时延、算力要求等）、网络物理与数字空间状态（网元设备运行状态及资源使用情况、AI 训练模型库、数字孪生网络运行状态等）的感知。

计算：如同人体的大脑。一般意义上，计算是指零散、孤立的分散在网络各处的具有计算能力的网元。在通感算一体化网络中，计算是指增强感知与通信后可协同分配调用的分布式泛在智算。

通信：如同人体的神经。通信是赋予智能网络节点间多维感知信息共享、分布式智能计算等信息交互的载体，也是实现网络广域智能协作的基础。通信、感知、计算，三者深度融合、互惠增强，其逻辑关系可以从如下三方面进行解读：

（1）通信、计算辅助感知增强

通信功能可以有效传递和汇聚感知信息，以支撑多节点协作感知，进而扩展感知的维度和深度。此外，实时共享的分布式算力可对感知数据进行定制化的特征抽取及信息融合处理，借助先进算法模型将原始感知信息转化为可被终端或用户直接理解的意图及语义信息，实现从环境感知到环境认知的能力增强。

（2）感知、计算辅助通信增强

感知功能通过获取更丰富的用户信息、环境数据等为通信提供先验信息。智能终端可利用随取随用的分布式算力，进行精准高效的信道估计、测量及快速波束对准，有效增强智能终端的信息处理能力；智能云网可通过多维数据融合处理及大数据分析，重构未知的物理信道状态，设计最优传输方式，提升通信的整体性能。

（3）感知增强与通信增强进一步辅助计算增强

增强后的感知功能可以为分布式算力的最优化快速调度提供先验信息，也可以为 AI 服务与应用提供更丰富的数据来源，以增强训练模型的鲁棒性；而增强后的通信功能则进一步提高了算力网络的泛在计算能力，实现 6G 时代各类场景下算力资源的即用即配。

具备以上特点和功能的通感算一体化网络架构，如图 1-2 所示，主要由终端、边缘网络、核心云网三部分构成。

通感算一体化终端：主要由集成各类传感单元的大规模智能机器（Intelligent Machines, IMs）组成。IMs 通过共用射频收发器、共享频段实现通信和感知功能的融合，即通感一体化[8]。通过辅助的环境感知信息获取（如通感一体化设备和传感单元的节点位置信息），IMs可以快速执行拓扑构建和媒介访问控制等操作，进而建立分布式或集中式的自组织网络。除此之外，IMs 可采用分布式智能计算技术（如强化学习等）融合大规模感知信息，通过智能协作和网络化感知，辅助即时通信系统的自主决策。分布式智能计算的加持，将辅助通信网络的资源分配和路由优化，进而提高通感算一体化网络的整体性能。

通感算一体化边缘网络：主要由基站（Base Station, BS）和移动边缘计算服务器（Mobile Edge Computing Servers, MECS）组成。BS通过通感一体化技术实现 IMs 间的通信及环境感知；MECS 通过 BS与 IMs 进行交互，也可接收基站覆盖范围内的来自不同 IMs 的感知信息，进行局部感知信息的融合和处理，进而通过边缘智能计算技术（如强化学习、深度学习等）执行局部决策和局部控制。