6G核心网架构深度解析——AI Native时代的网络变革

学习星球2026-08-29 11:14

当所有人都在谈论6G无线侧的太赫兹和智能超表面时，真正意义的架构革命正在核心网悄然发生。

目录

一、引言：为什么6G核心网才是真正的变革

2026年8月，Omdia发布《AI Native 6G System Architecture》报告，首次系统性地描绘了6G核心网的架构蓝图。这份报告传递了一个清晰信号：6G核心网不是5G核心网的简单升级，而是一次架构范式的根本性重构。

回顾移动通信发展史，每一代核心网的变革都定义了那一代网络的本质特征：

  • 4G EPC：全IP扁平化架构，开启了移动互联网时代

  • 5G 5GC：服务化架构（SBA），实现了网络功能的灵活编排

  • 6G 6GC：AI Native架构，将AI从"附加功能"升级为"原生基因"

5G核心网虽然引入了SBA，但AI能力仍然以Overlay方式嵌入------NWDAF（网络数据分析功能）和MDAF（管理数据分析功能）被放置在OAM层面，而非核心网架构的原生组件。这种设计注定了AI在5G网络中只能扮演"辅助角色"。

6G将彻底改变这一局面。本文将系统性地解析6G核心网架构的三大核心变革：AI Plane的诞生、Service Intent驱动架构、三层三面协同机制，并结合开源项目实践，为读者呈现一幅完整的6G核心网技术图景。

二、从5G到6G：SBA框架的继承与颠覆

2.1 5GC SBA：成功的起点

5G核心网的服务化架构（SBA）是通信史上的一次重要创新。它将传统网元功能拆分为独立的服务化实例，通过NBI（Northbound Interface）实现灵活调用。核心网元包括：

网元 全称 核心功能
AMF Access and Mobility Management Function 接入和移动性管理
SMF Session Management Function 会话管理
UPF User Plane Function 用户面数据转发
PCF Policy Control Function 策略控制
NRF Network Repository Function 网络仓储服务
UDM Unified Data Management 统一数据管理
AUSF Authentication Server Function 认证服务
NEF Network Exposure Function 网络能力开放

5G-Advanced阶段，3GPP引入了NWDAF和MDAF，试图在网络中注入AI能力。但这种方式本质上是"打补丁"------AI功能被放置在OAM域，通过非标准化的接口与核心网交互，实时性、可管理性均受限。

2.2 6GC：继承与颠覆

6G核心网对5G SBA的态度是"批判性继承"：

  • 继承：服务化架构的设计哲学，服务化接口（SBI）的标准化方法

  • 颠覆：将AI Plane作为独立域面引入，在架构层面确立AI的原生地位

下面的架构演进图清晰地展示了这一变化：

图1：6G核心网架构演进图------从5GC SBA到6GC AI Plane的演进路径

从图中可以看出，5G时代的AI Overlay（NWDAF/MDAF）在6G中演变为独立的AI Plane，与控制面、用户面平起平坐。这不仅仅是功能模块的移动，而是架构设计哲学的转变------AI不再是网络的"辅助工具"，而是网络的"核心组件"。

三、AI Plane：新域面的诞生

3.1 AI Native vs AI Overlay

要理解AI Plane的意义，首先要理解AI Native与AI Overlay的本质区别：

维度 AI Overlay (5G) AI Native (6G)
架构位置 OAM/管理系统 核心网原生域面
接口 非标准化私有接口 标准化服务化API
实时性 准实时（秒级） 实时（毫秒级）
模型生命周期 手动管理 自动化闭环管理
数据管道 独立旁路采集 原生数据管道
与CP/UP交互 间接（通过OAM） 直接（通过SBI）

3.2 AI Plane架构详解

根据Omdia报告和3GPP Release 20的研究方向，AI Plane包含以下核心功能模块：

  1. AI Training Function (AITF)：负责AI模型的训练，支持在线学习、联邦学习等多种训练范式

  2. AI Inference Function (AIIF)：负责模型推理，为控制面和用户面提供实时AI推理结果

  3. AI Model Management Function (AIMMF)：负责模型版本管理、分发、部署、监控

  4. Data Collection Function (DCF)：负责从网络各层采集原始数据，进行预处理和特征工程

图2：AI Plane架构图------AI Plane内部功能模块与CP/UP的交互关系

3.3 典型应用场景

AI Plane的引入使以下场景在6G中成为可能：

  • AI驱动的智能移动性管理：AI Plane实时分析用户移动模式，预测切换时机，实现零中断切换

  • 动态网络切片优化：AI Plane根据业务流量特征，实时调整切片资源分配

  • 智能QoS保障：AI Plane预测业务质量变化趋势，提前调整QoS策略

  • 异常检测与自愈：AI Plane实时检测网络异常，自动触发恢复流程

四、Service Intent：从"连接管道"到"意图驱动"

4.1 传统方式的局限性

在5G网络中，用户或应用需要通过复杂的参数配置来表达网络需求。例如，一个VR直播应用需要配置：

复制代码 
# 5G方式：显式参数配置
network_request:
  bandwidth: 50Mbps  # 上行带宽
  latency: 20ms      # 时延要求
  reliability: 99.999%  # 可靠性
  slice: eMBB        # 切片类型

这种方式不仅繁琐，而且要求应用开发者深入理解网络参数的含义。更重要的是，当网络状态变化时，静态配置无法自适应调整。

4.2 Service Intent：让网络理解意图

Service Intent（服务意图）的理念是：用户表达"想要什么"，网络自动决定"怎么做"。

例如，同一个VR直播应用只需表达：

复制代码 
{
  "intent": "为我的VR直播提供高质量上行连接",
  "priority": "high",
  "service_type": "VR_live_broadcast"
}

网络会自动：

  1. 解析意图：提取"高质量"、"上行"、"VR直播"等语义

  2. 翻译为策略：映射为对应的带宽、时延、可靠性参数

  3. 编排资源：选择合适的切片、路由路径

  4. 闭环保障：持续监控SLA，动态调整资源配置

图3：Service Intent流程图------Intent-driven架构的完整闭环流程

4.3 Intent-driven的核心流程

  1. Intent Reception：接收用户以自然语言或结构化方式表达的意图

  2. Intent Translation：利用AI Plane的NLP和推理能力，将意图翻译为网络策略

  3. Intent Orchestration：协调控制面和AI Plane，编排网络资源

  4. Intent Assurance：持续监控服务质量，通过闭环反馈确保意图满足

4.4 与5G NBI的关系

5G NBI（Northbound Interface）通过NEF对外暴露网络能力，但这种能力开放是"原子化"的------应用需要自己组合这些原子能力。6G Service Intent在此基础上实现了更高层次的抽象，应用不需要关心网络细节，只需要表达业务需求。

五、三层三面架构：控制面/用户面/AI面的协同

5.1 三层架构

6G核心网从垂直维度划分为三个层次：

层次 功能 关键技术
接入层（Access Layer） 统一管理多种接入方式 5G NR、6G新空口、卫星、固定接入
网络层（Network Layer） 核心网功能主体 会话管理、移动性管理、策略控制
服务层（Service Layer） 应用使能、能力开放 服务编排、API开放

5.2 三面架构

从水平维度，每层都包含三个域面：

  • 控制面（Control Plane）：信令处理、会话管理、移动性管理、策略控制

  • 用户面（User Plane）：数据转发、QoS执行、流量统计

  • AI面（AI Plane）：AI模型训练/推理、意图翻译、自动化决策、数据分析

5.3 协同机制------以AI辅助移动性管理为例

三层三面架构的核心优势在于协同。以AI辅助的移动性管理为例：

  1. 接入层持续采集UE的无线测量数据，通过DCF上报至AI Plane

  2. AI Plane的AITF利用历史数据训练移动性预测模型

  3. AIIF实时运行模型，预测UE的移动轨迹和切换时机

  4. 控制面根据AI Plane的预测结果，提前准备目标小区资源

  5. 用户面在切换瞬间无缝切换数据路径

这种协同机制只有在AI Plane作为原生域面、与CP/UP通过标准化接口直接交互时才能高效实现。

六、关键时间线：3GPP Release 20→21→商用部署

了解6G核心网的标准化时间线，有助于把握产业节奏：

时间 事件 说明
2024 5G-Advanced商用部署 3GPP Release 18/19功能落地
2025 ITU IMT-2030技术评估启动 候选技术征集与评估
2026 3GPP Release 20 Study Phase AI Native架构研究，当前阶段
2027 3GPP Release 20规范冻结 架构框架确定
2028 3GPP Release 21 6G核心规范启动 详细功能规范
2029 6G核心规范冻结 完整规范体系建立
2030 6G商用部署启动 首批商用网络上线

当前（2026年8月）正处于Release 20 Study Phase的关键窗口期，这个阶段的架构决策将直接影响未来十年移动通信的技术走向。

七、开源项目实战：free5GC核心网部署

理论之外，动手实践同样重要。free5GC是目前最活跃的5G核心网开源项目之一，支持完整5GC功能，且社区已启动6G扩展研究。

7.1 环境准备

复制代码 
# 推荐环境：Ubuntu 22.04 LTS
# 硬件要求：4核CPU / 8GB内存 / 20GB磁盘

# 安装Docker和Docker Compose
sudo apt update
sudo apt install -y docker.io docker-compose
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

7.2 部署free5GC

复制代码 
# 克隆项目
git clone https://github.com/free5gc/free5gc.git
cd free5gc

# 使用Docker Compose一键部署
sudo docker-compose -f docker-compose.yaml up -d

# 验证部署状态
sudo docker-compose ps

7.3 关键配置示例

free5GC的核心配置文件位于config/目录下，以AMF配置为例：

复制代码 
# config/amfcfg.yaml
amf:
  nfId: "free5gc-amf-1"
  host: "192.168.1.100"
  port: 29518
  sbi:
    scheme: http
    registerIPv4: "192.168.1.100"
    bindingIPv4: "0.0.0.0"
    port: 29518
  ngapip: "192.168.1.100"
  ngapport: 38412
  supportedGuamiList:
    - plmnId:
        mcc: "208"
        mnc: "93"
      amfId: "8000"

7.4 测试验证

使用UERANSIM模拟终端接入：

复制代码 
# 安装UERANSIM
git clone https://github.com/aligungr/UERANSIM.git
cd UERANSIM
make

# 配置UE
# config/free5gc-ue.yaml
# 启动gNB
./build/nr-gnb -c config/free5gc-gnb.yaml
# 启动UE
./build/nr-ue -c config/free5gc-ue.yaml

7.5 从5G到6G的开源展望

free5GC社区已立项6G扩展研究，包括：

  • AI Plane的原型实现

  • Service Intent接口

  • 三层三面架构的参考实现

对于想深入了解6G核心网架构的开发者，参与开源社区是最佳实践路径。

八、结论：AI Native是6G最本质的特征

回望全文，我们可以清晰地看到6G核心网的三重变革：

  1. AI Plane：AI从"附加功能"升级为"原生域面"，与CP/UP平起平坐

  2. Service Intent：从"参数配置"到"意图驱动"，网络变得更智能、更易用

  3. 三层三面：架构的立体化协同，实现了接入、网络、服务三层的统一管理

这些变革指向同一个核心趋势：AI Native是6G最本质的特征。它不仅仅是无线侧的技术升级，更是网络架构设计范式的根本转变。

对于通信行业的从业者，现在是时候开始关注并学习6G核心网架构了。2026-2027年的Release 20 Study Phase将是架构定型的关键时期，提前布局，方能抢占先机。

正如Omdia报告所言："AI Native不是6G的一个选项，而是6G的定义性特征。"这场变革，正在发生。

参考文献

  1. Omdia, "AI Native 6G System Architecture," Aug 2026

  2. 3GPP TR 23.700-xx, "Study on AI Native 6G System Architecture"

  3. ITU-R M.2160, "IMT-2030 Framework"

  4. NTT Docomo, "6G White Paper"

  5. 华为, "6G: The Next Horizon"

  6. 爱立信, "6G - Connecting a Cognitive World"

  7. 中国移动, "6G愿景与技术趋势白皮书"

  8. free5GC, free5GC

  9. Open5GS, https://open5gs.org/

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