6G组网将要用到的软件化/虚拟化、无线网RAN切片、后量子安全等面临的技术挑战、解决挑战的研究方向等如何？下文汇总分析了欧盟6G旗舰项目Hexa-X、欧盟5G-PPP SELFNET项目、德国联邦教育和研究部（BMBF）TACNET4.0项目的相关研究成果。6G网络基础设施应具有灵活性、智能性，并且对多供应商设备和多租户开放。为此，6G网络的软件化和虚拟化是第一步，也是最重要的一步。基于这样的架构，核心网域和无线接入网（RAN）域中的网络切片和资源隔离被认为是降低管理和编排操作复杂性的新机制。此外6G的隐私和安全问题也须引起重视，尤其是“后量子安全”。

1、软件化和虚拟化

5G核心网（5GC）和下一代RAN（NG-RAN）架构的大部分网络功能都使用网络功能虚拟化（NFV）技术进行虚拟化，提供了高度的灵活性，以适应各种场景、要求和下一代通信系统的用例。然而，在实践中，NFV面临着一些需要解决的关键挑战，例如虚拟网络功能（VNF）数量的增加、不同租户的各种需求、共享基础设施中VNF的资源编排、管理和编排操作的复杂性等。因此，虚拟网络资源的分配、多租户环境中VNF的管理和编排需要尖端的工具和有前途的解决方案来解决，例如AI技术和ML算法。在此背景下，欧洲电信标准协会 （ETSI）行业规范组（ISG）引入了体验网络智能（ENI）工作组，以改善网络运营商的体验并为电信服务增加价值。ENI的主要目标是利用AI和ML技术，根据最终用户需求、环境条件和业务目标的动态变化来调整网络服务的VNF。ENI的当前规范处于初始阶段。需要进一步开展工作来探索在B5G和6G移动网络的NFV中部署AI和ML。

软件定义网络（SDN）被认为是5G移动网络最关键的推动因素之一，与NFV功能集成，它们能够提供网络管理的高度灵活性，并在服务模块化方面实现高效。基于其在5G移动网络中不可或缺的作用和性能，SDN也将成为B5G和6G移动网络演进不可或缺的一部分，并将继续在其管理、编排、架构等方面发挥关键作用。尽管5G具有众多优势，但SDN的潜力尚需在下一代通信网络中得到充分利用。面向6G时代SDN面临的关键挑战包括但不限于：有效解决SDN控制器在未来网络中的最佳布局；高效维护动态网络的端到端及时全局视图拓扑及其链接状态；利用AI/ML技术进行自动化网络管理和编排；以及用于保证异构服务的严格QoS要求的流量工程。

2、RAN切片

使用SDN和NFV技术对RAN架构进行切片，是B5G和6G移动网络的RAN资源云化、虚拟化和集中化的新兴研究方向。切片感知 的NG-RAN架构可帮助移动运营商根据最终用户和垂直行业的需求高效地对整个基础设施（或其中的一部分）进行切片。这种分类也适用于将NG-RAN划分为eMBB、URLLC和mMTC子网。这三种RAN切片所需的资源分为物理资源和虚拟资源。物理资源由3GPP网络切片管理系统管理，而虚拟资源由ETSI网络功能虚拟化管理和编排（NFV-MANO）管理。

为了实现高效的RAN切片，目前，NG-RAN中下一代NodeB（gNB）的一些无线电处理功能被容纳为VNF，即集中式单元（CU）和分布式单元（DU）以及其他一些功能作为物理网络功能（PNF）分布，即无线电单元（RU）。VNF在接入点（PoP）上运行，而PNF在蜂窝网络站点的专用硬件上实现。在下一代移动网络中，CU和DU的完全虚拟化，RU的部分/完全虚拟化可以带来许多优势，例如提高RAN架构的性能、可部署RAN切片子网、减少网络支出、简化网络的运营和管理等。因此，需要进一步研究来解决RU功能的虚拟化问题，以实现6G移动网络的虚拟化和切片感知RAN。

对于NG-RAN中的功能拆分，当前在gNB组件上的无线电处理功能分布是静态执行的，并不考虑RAN切片的类型。在支持大量eMBB、URLLC和mMTC类型的RAN切片时，NG-RAN中一刀切的功能拆分架构在资源分配和网络性能方面效率不高。所以需要对gNB功能进行定制和动态分布，以满足未来网络中上述三种类型的RAN切片的服务需求。gNB功能的这种动态分布将提高物理和虚拟资源的利用率，增强NG-RAN性能，并在考虑移动设备之间的服务水平协议（SLA）指标的同时，在不同类型的RAN切片之间保持显著的运营商和租户隔离与定制水平。

NG-RAN有望支持大量RAN切片子网。每种类型的RAN切片子网都满足单个租户的单一用例类型的服务需求。尽管如此，仍有大量垂直行业——例如汽车、制造、电网等由多个用例组成。为由垂直行业组成的多个用例提供RAN切片子网是下一代移动网络需要解决的关键问题。该研究方向的关键部分之一是为6G RAN域设计一个广泛的架构框架，以支持多用例垂直领域的RAN切片子网。该管理和编排框架将使用AI和ML有效管理 6G RAN中每个垂直领域每个用例RAN切片的CU、DU和RU。

3、后量子安全

在5G通信系统中，安全和隐私被认为是业务连续性最关键的组成部分。围绕5G安全的技术层面，加上用户设备、垂直行业、移动虚拟网络运营商、多租户等新业务和创新的兴起，给5G网络的商用部署带来了负担。例如，mMTC类型的通信服务需要轻量级的安全组件，而eMBB和URLLC类型的通信服务需要高效的安全方案。

另一个例子是多租户方面，这意味着缺乏中央身份验证服务器，从而必须以分散或协作的方式确认订阅者的身份。预计6G系统将遇到比当前5G系统更具挑战性的安全问题。许多前沿机制正在探索中，以期满足下一代网络对高安全性和隐私性的要求，例如端到端安全、分布式身份验证和基于深度学习的入侵检测。为了保障6G端到端的安全，人工智能技术的部署可以在安全协议的设计、实现和优化中发挥重要作用，以保护网络、用户设备和垂直行业免受未经授权的访问和威胁。为了允许通信参与者之间的信任，将利用区块链技术设计对gNB进行身份验证以及网络功能（RU、DU和CU）之间的分布式身份验证。

除了常规威胁外，量子计算的兴起也对网络安全提出了巨大挑战。今天使用的密码系统可以分为两类：对称和非对称。前者在两个通信方之间共享一个公共密钥，消息在发送方加密，在接收方使用密钥解密。当今广泛使用的对称密码学的一个例子是高级加密标准（AES），于2001年由美国国家标准与技术研究院（NIST）标准化。Grover的算法可以大大加快对所有可能的密钥进行详尽搜索的过程，一旦量子计算机出现，这种密码系统就会变得不安全。在非对称密码系统中，任何人都可以使用公钥来加密消息，而只有相应私钥的所有者才能解密密文。公钥方案也用于数字签名的实现，其中签名是从私钥生成的，而每个人都可以使用公钥来验证这个签名。当前的非对称密码方案，如 Rivest-Shamir-Adleman（RSA）、椭圆曲线密码系统（ECC）和数字签名算法（DSA），都是基于难以解决一些数论问题，如整数分解和离散对数。然而，数学家彼得肖尔透露，量子计算机可以有效地解决此类问题，这使得所有这些公钥方案都将被彻底破解。

目前尚不清楚实用的量子计算机何时可用，但量子技术的最新进展表明探索通信网络后量子安全的紧迫性。由于6G网络将在2030年左右部署并持续数十年，因此在6G系统的设计和实施过程中，可以认真考虑量子计算带来的长期威胁。因此，对量子计算机和经典计算机都安全的抗量子密码算法和技术（也称为后量子密码）的研究和开发对6G的成功起着至关重要的作用。根据NIST的初步建议，基于格、码、散列和多元多项式的密码方案可用于量子时代。

此外，另一种称为量子通信的量子技术可以显著提高数据传输的安全水平，在6G网络中可能具有应用潜力。根据量子物理学定律，如果窃听者测量粒子的叠加状态，超脆弱量子状态会崩溃为1或0。由于单个携带量子比特的粒子是不可分割的，窃听者无法复制它。 这意味着窃听者无法在不留下活动迹象的情况下篡改量子位。理论上，量子通信可以提供绝对的安全性，并为传统通信系统无法实现的高度安全性提供新的解决方案。