政府科專計畫

#開源B5G/6G核心網路開發計畫 #具備全域智慧之B5G/6G三維行動組網與傳輸技術

開源B5G/6G 核心網路開發計畫

長期以來,手機市場一直是百家爭鳴的局面,包括臺灣的世界各國都有廠商推出手機產品;對於基地台,臺灣廠商也有能力生產各式的小型基地台銷售於國際。然而,核心網路(Core Network)卻一直掌握在少數幾家廠商手中,以5G核心網路為例,目前世界上僅有Nokia、Ericsson及華為有能力提供大規模電信級的核心網路。為打破核心網路長期由國外大場壟斷的局面,本團隊過去持續致力於開放源始碼的5G核心網路開發。早在2016年5G標準尚未正式制定時,本團隊就開始從事5G核心網路的研究,將3GPP所提出的5G概念實作在既有4G核心網路上進行驗證,先後開發RECO(Reconfigurable Core)及SLV(Service Level Virtualization)兩套有5G概念的4G核心網路。在2017年依國內通訊廠商需求,為其打造了符合3GPP標準的Non-Standalone (NSA)的核心網路,使之能夠驗證其下的小型基地台產品。 2019年,陽明交大通訊服務與軟體研究中心團隊發表世界「第一」套符合 3GPP R15 標準的開放原始碼的 5G 核心網路「free5GC」。

開源B5G/6G 核心網路開發計畫架構如「圖 1」所示,旨在以前瞻技術持續開展基於3GPP網路之核心網路標準,並符合B5G 往路技術發展。

圖 1

近年核心網路標準及free5GC釋出時間點以及free5GC架構可參考 「圖 2」及「圖 3」。

圖 2
圖 3

有著這些成就得感謝於科技部自2014以來一路的支持,讓我們能順利地自RECO發展至SLV,進而到如今符合3GPP R15標準的free5GC。為延續這股發展能量以及提供更多元的服務此計畫接著在free5GC上繼續實現5G時效性網路(Time-Sensitive Networking, TSN)、資訊安全及網路切片(Network Slicing)等未來B5G/6G功能,期能為國內產學界下一世代B5G/6G發展帶來一股新活力。

 

本計畫預期成果效益如下:

1.    全球首個以3GPP R15標準實作的5G核心網路,提供5G行動網路應用之研究平台。
2.    開源5G核心網路,提供學者驗證學術/數學模式之概念。
3.    Apache 2.0的授權,能加速國內5G行動網路相關之應用的開發和普及。
4.    打破核心網路長期由國外大廠壟斷的局面。
5.    增加台灣於國際的能見度。

具備全域智慧之B5G/6G三維行動組網與傳輸技術

本計畫擬研發具備全域智慧之B5G/6G三維行動組網與傳輸技術,涵蓋實體層至資源管理層,以實現具產業應用之前瞻技術平台為主要目標。本計畫除研發多面向B5G/6G關鍵技術外,更將整合校園實驗網路設備,建立一套軟硬體模擬驗證平台,提供產學研進行技術研發、效能測試及驗證。

為發揮研發碩果之產業效益,本計畫將積極和產業界與法人合作,攜手行動通訊相關產研團隊,共同研發B5G/6G網路之關鍵性創新技術與相應之驗證平台。整體計畫目標為開發高速、廣域覆蓋且能智慧支援多樣態服務之三維空-天-地整合網路,為實現該願景,本計畫將由五個子計畫就不同面向之三維網路關鍵技術進行研發:子計畫一負責網路自主佈建與自我組織技術開發;子計畫二負責無線資源分配與干擾管理技術開發;子計畫三負責多天線及OAM通訊與感知技術開發;子計畫四負責通道估計、波束追蹤及接收端快速偵測解碼技術開發;子計畫五負責具備邊緣智慧之運算、快取及通訊技術開發;總計畫負責協調組織各子計畫技術,推動國際合作,並建立一軟硬體模擬驗證平台,將研發成果整合成為多面向之網路關鍵技術開發工具,以利後續產業推廣。本計畫預計能引領我國通訊產業扎根下世代行動通訊技術布局與研發,奠定6G技術與產業發展之基石。本計畫研究主軸涵蓋總計畫及五個子計畫,如圖所示,總計畫整合、協調各子計畫研究工作推展,並規劃建立 B5G/6G 網路軟硬體整合平台。本計畫旨在開發用以實現 B5G/6G 全像類型通訊(holographic type communications, HTC)之關鍵技術,HTC相關應用及關鍵技術面向如「6G 全像類型通訊」所描述,各個面向均整合不同子計畫重點技術:為了實現全像投影會議、遠距醫療、數位孿生等 HTC 應用,通訊網路須具備超高速、極低延遲、高可靠度、高彈性與高能量效率之特性,並且能對傳輸通道有效掌控,由管理平臺進行整合、管理與監控。為滿足上述需求,本計畫擬研發與UAV、RIS、THz 等相關關鍵技術,並結合 AI 建構出一套多面向的三維智慧網路。

由於學界普遍缺少可以接觸真實基地台或核心網路設備的機會,難以直接進行數據量測或自主參數調整以進行學理上的實驗,多需配合使用業者或廠商提供的固定運行的 5G 商業 環境來進行資訊蒐集或資料量測。因此在校方與本計畫團隊極力與廠商徵求技術與研發合作 的機會下,導入真實 5G 基地台與核心網路設備,以支援現有研究與未來可能探索所需的實 驗彈性,並得以不受限於商業環境的限制、獨立進行前瞻性的理論或應用研究。在此實體 5G 無線接取網路(radio access network, RAN)與核心網路(core network, CN)的基礎上,總計 畫預期以實際商用設備發揮最大彈性之運用,使研究人員可在真實 5G 設備與可控的網路架 構下進行 B5G/6G 理論的發想與實驗,包含如在理論拓樸規劃的架構設計、理論精算的設備 參數配置下得到第一時間的實驗測試結果。

圖、具備全域智慧之 B5G/6G 三維行動組網與傳輸技術研究主軸

總計畫將建置一整合式軟體驗證平台,其中將涵括各子計畫技術模組,以及建置於校內 電子資訊研究大樓之 5G 無線接取網路與核心網路相關設備。該平台主要設計理念是以實體 5G 設備為核心,以模組方式整合成為B5G/6G 軟體定義平台(software defined platform, SDP),提供各子計畫的理論實驗有對應的應用程式介面(application programming interface, API)作參數資訊的輸入,經此 B5G/6G 軟體定義平台對前端無線接取網路、後端核心網路相 關設備的通訊行為進行控制與調整,進以蒐集設備數據供軟體模擬驗證。

圖、O-RAN 架構之 B5G 實驗網路管理系統及驗證平台及關鍵創新技術

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