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面向6G 网络架构，“人-机-物-灵”的深度融合需要拉通泛在异构节点的资源形态。在接入网架构形态层面，传统接入网以基站为终端中心化管控节点，而这种竖井式接入架构限制了泛在节点的及时协同，并制约了网络服务形式。本书作者认为，面向6G空天地海等环境，通过接入网的去中心化，使基站与终端角色对等，将有效支撑泛在异构节点的灵活接入及相互协同，并能够有效提升网络服务的可拓展性和鲁棒性。本节将对去中心化的无线接入网络架构、特性及面临的挑战展开介绍。
随着移动终端设备的便携性、性价比、功能多样化等优势变得更加突出，移动互联网为用户提供的应用服务质量不断提高、内容更加丰富，未来6G 的移动设备数量会呈现爆炸式增长的趋势。在移动终端设备的应用服务中，移动用户追求的是良好的通信质量、稳定高效的网络连接和优质的数据服务。然而，移动终端设备接入核心网建立网络连接时需要大量固定基础设施（如基站）提供接入服务，但是基础设施网络提供给移动终端设备接入网络的服务是需要付出代价的，对于通信基础设施的建立需要大量的人力、财力以及时间。除此之外，随着6G 要求实现泛在连接的需求，对于荒漠、深海、高空等无人区同样也需要大量通信基础设施的建设；发生自然灾害之后，在基础设施被摧毁的恶劣条件下，如何在最短的时间内迅速恢复网络连接也是亟须解决的难题。
因此在未来6G网络的架构层面，去中心化的无线接入网络架构将作为6G的支撑架构之一。去中心化的无线接入网络架构包含两层：用户层和核心网层。在用户层中，移动通信用户与基站等通信基础设施将作为这一层异构异质的泛在节点存在，这些泛在节点是相互等价的，任何一个泛在节点都可以与其他泛在节点进行交互，任何一个泛在节点都能够通过其他的泛在节点接入核心网层。换句话说，去中心化的无线接入网络架构改变了传统的无线接入网络架构，使移动通信节点的职能得到了改变。移动通信节点不仅可以与其他节点互相通信，还能够充当通信网络的网关节点为其他节点提供网络服务，在一定程度上拓宽通信网络服务范围 [10] 。
去中心化网络的无线接入网络架构具备完全去中心化性、自组织性、自愈性等多个特点，是一种高效率的组网架构。
（1）完全去中心化性
在去中心化网络的无线接入网络架构下，移动通信节点和通信网关节点被统一等价地归类为泛在节点。因此，作为泛在节点，移动通信节点具有充当中继节点的能力，它接入核心网时不再对通信基础设施过度依赖，真正做到具备去中心化的网络接入能力。
（2）自组织性
在去中心化网络的无线接入网络架构下，移动通信节点可以自由且动态地以自组织的形式组成网络拓扑结构，从而允许通信节点在通信基础设施匮乏的区域在该网络拓扑结构下进行通信交互。去中心化网络的每一个智能化的通信节点都可以根据路由算法动态地选择数据分组的最佳传输路径，并且将数据分组逐级逐跳地转发到该网络拓扑下的其他任意一个节点。
（3）自愈性
在去中心化网络的无线接入网络架构下，每一个泛在节点都具有自愈功能，当任何一个网络拓扑中有泛在节点移动、传播条件变化、泛在节点故障及毁坏等情况发生时，网络都能够在最短时间内进行恢复。
在去中心化的无线接入网络架构下，移动通信节点不再依赖固定通信网络基础设施，在无人工干预的前提下，节点可以自主连接网络，是一个完全去中心化、自组织、自愈的网络架构。与传统的无线接入网络架构相比，泛在节点之间相互协作，通过无线链路彼此进行通信、信息交互，实现信息传递和服务共享；泛在节点能够动态化、频繁化、随意化地加入网络或者退出网络，得益于去中心化的无线接入网络架构的自愈能力，泛在节点并不需要对网络接入变化进行预告或警告，网络中其他泛在节点的通信也不会被影响。去中心化的无线接入网络架构下的移动通信节点的泛在化使该节点具备网关节点的职能，可以负责路由、网络接入等工作，能够通过数据分组的转发与接收进行通信。泛在节点在该网络架构下具备移动性，节点之间形成的网络拓扑结构也会因此而动态改变，各节点之间的通信链路处于动态变化的状态。
去中心化的无线接入网络架构是一个对等的网络架构。这也是该架构与基站和固定通信基础设施的网络架构的一个重要区别。去中心化的引入使网络架构下的节点泛在化，任意两个移动通信节点之间的无线传播条件仅受限于这两个节点的发射功率，而不依靠通信基站，只要无线传播条件足够充分，那么两个节点之间就可以进行直连通信 [11] 。如果源节点与目的节点之间不满足直连通信条件，那么可以利用路由算法进行多跳路由。多跳路由能够让数据分组以最小的代价从源节点经过多个节点、多条通信链路转发到最终的目的节点。一个合适的路由协议在去中心化的无线接入网络架构中是必要条件，因为节点具有泛在化特征，所以路由协议也应该是具备去中心化性质的协议。
去中心化的无线接入网络架构中的泛在节点具有高移动性。泛在节点能够在一定的区域内自由移动，随时随地建立或解除与其他泛在节点之间的连接关系 [11] 。具有同一个目的的一组泛在节点可以形成一个节点群，并且一起移动，这些节点能够保持连接的高稳定性，无论何时何地都能够不受限制地相互通信。
去中心化的无线接入网络架构可提供一个时变的网络。在该架构下，泛在节点具备能够在任意通信环境下迅速与其他节点组网的能力并能够迅速展开使用，同样节点也能够针对网络拓扑结构的变化及时做出链路连接的调整。由于在去中心化的无线接入网络架构下的泛在节点具有自组织网络（Self-Organized Network，SON）的特性，因此该架构下不需要考虑通信网络的基础设施，6G网络中的泛在连接特性就能得到体现。该架构下的移动通信节点可以自组织地形成通信网络，不同的随时间、地点变化而变化的节点移动方式和电磁波传播条件等因素会导致SON中相邻节点之间拓扑方式的改变，因此去中心化的无线接入网络架构可以为移动通信用户提供一个时变的高效率网络。
去中心化的无线接入网络架构中的泛在节点具备非直接接入的特性。在传统的接入方式下，移动终端用户接入核心网必须要通过网关节点。而泛在节点本身具备网关节点的职能，可以充当其他节点接入核心网的中继节点，实现网络边缘的泛在节点多层级接入网络的功能。
与传统的无线接入网络架构相比，在设计去中心化的无线接入网络架构时所面临的主要挑战就是高度去中心化而导致的集中式实体缺乏、泛在节点高速移动的可能性，以及所有通信都在无线媒介上进行。在标准的蜂窝无线网络中，有很多集中式的实体，例如基站，这些集中式实体将执行网络协调功能。在去中心化的无线接入网络架构中，集中式的实体不再是必需品，而分布式算法将执行这些网络功能。此外，依赖于集中式的移动性管理和基站支撑的媒介访问控制方案等传统形式的算法，都将不再适于去中心化的无线接入网络架构。
在去中心化的无线接入网络架构中，所有的泛在节点之间的相互通信都是建立在无线媒介上的。网络连接的中断时常发生，因此节点之间的连接没有保障。由于无线带宽资源有限，因此无线带宽的占有率也应当控制；不同泛在节点的工作方式不一样导致供电资源有限，因此其发射功率也应该控制到最小化 [11] 。因此，泛在节点之间通信的连接范围可能远小于整个网络拓扑结构所覆盖的范围，两个泛在节点之间通常需要多个中间节点作为中继节点，形成多跳路由路径。在去中心化的无线接入网络架构中，节点的高移动性和多变化的传播条件时常会导致网络的拓扑结构改变、网络信息过时作废。网络的频繁重新构建势必会导致控制信息的频繁交换，控制信息的频繁交换是为了反映当前网络的状态。但是，这些信息的生命期较短，大部分的信息可能从未被使用就被抛弃，用来更新路由情况的带宽会在一定程度上被浪费 [11] 。因此，在设计去中心化的无线接入网络架构时，需要考虑到网络的自愈性、可靠性、有效性以及易管理性。
由于在去中心化的无线接入网络架构下不存在孤立的泛在节点，因此该架构下存在单跳或者多跳的网络拓扑结构。单跳网络的泛在节点从源节点直接将数据分组发送到目的节点，而多跳网络的泛在节点利用其他节点作为中继转发自己的数据分组，经过多跳链路发送到目的节点。虽然多跳网络增大了数据分组传输的时延，但是提高了通信链路的数据分组传输速率作为补偿。多跳通信是提升频谱效率和远距离通信质量的必需手段，多跳网络在网络的扩展性、节点间干扰、整个网络的吞吐量、端到端时延、数据传输过程中的能量消耗等几个方面明显优于单跳网络。
基于上述的讨论，本书对于去中心化的无线接入网络架构有以下几点要求。
① 智能化的路由算法和移动性管理算法，用以提高整个网络的稳定性和有效性，确保每一个泛在节点都能够保持网络的连接而不被网络所孤立。
② 自适应的算法和协议，需要对频繁变化的泛在节点位置、电磁波传播条件、网络信息等方面的内容进行动态规划并调整。
③ 低开销的算法和协议，用于促进无线通信各类资源的利用率。
④ 源节点与目的节点应当存在截然不同的多条路由，这样能够提升整个多跳网络的可靠性和抵抗性。
⑤ 稳定的网络体系结构，用于避免对网络失效的敏感，避免高级节点周围的碰撞发生，避免遭到无效路由信息的惩罚 [11] 。
去中心化的无线接入网络架构中的泛在节点配备有无线发射机、无线接收机、全向广播天线、点对点高定向天线等设备。在某个特定的时刻，泛在节点根据其位置以及发射机和接收机的覆盖范围、功率、同频干扰等方面的因素进行随机自组织组网。本节将围绕去中心化的无线接入网络架构的几个特性展开介绍。
（1）去中心化式操作
去中心化的无线接入网络架构中最大的特点就是它的去中心化特性，网络架构中的泛在节点不再依赖于通信基础设施或者中心管理设备，在架构的用户层即可实现平面化。在未来6G 通信系统中，寻址、认证以及诸多网络服务等网络功能都将是去中心化的，从而整个6G生态将变得去中心化。
（2）移动性与网络拓扑结构动态变化
去中心化的无线接入网络架构中的泛在节点能够在一定的区域内自由移动，随时随地建立或解除与其他泛在节点之间的连接关系，这一现象必然会导致网络拓扑结构的动态变化。因此网络拓扑结构通常以随机、迅速、难以预测的形式变化，并且网络拓扑的链路由单向链路和双向链路共同组成 [11] 。泛在节点的高移动性限制了网络的扩展性，因此应当开发出更为合适的路由协议来进行辅助。
（3）物理安全有限
去中心化的无线接入网络架构比起一般的网络架构更容易遭受到物理安全的威胁，比如窃听、欺骗、拒绝服务攻击等不稳定因素。因此，现有的链路安全技术应该在去中心化的无线接入网络架构中加以运用，以降低网络安全威胁。此外，网络架构的去中心化特性使得当网络中的单个节点出现安全漏洞时能够集中对抗该漏洞而不影响整个网络的运行，从而提供了安全稳健性。
去中心化的无线接入网络架构为未来6G 网络提供了无限可能，但是仍然面临如下挑战和问题。
（1）传统的无线问题
在去中心化的无线接入网络架构下，泛在节点能够动态地自组织组网，节点之间通过无线链路进行互通，而不需要传统的网络基础设施或者管理中心。泛在节点具备高移动性，可任意组成不同的通信链路，它们所组成的网络拓扑结构变化迅速并且具备不可预测性。泛在节点可以独立进行工作，也可以成为中继节点为其他节点接入核心网提供桥梁。传统的通信基础设施不再是必需品，去中心化的无线接入网络架构为6G 网络充能。每个泛在节点可以和其通信覆盖范围内的其他节点进行直连通信，若是与其通信覆盖范围外的节点进行通信，那么可以依靠中继节点进行多跳转发消息。去中心化的无线接入网络架构下的泛在节点的移动性和便利性是需要付出代价的，这其中就包含了传统的无线通信信道易受干扰、时间非对称转播等问题。
（2）网络架构设计约束条件
去中心化的无线接入网络架构的特点和上述提到的传统的无线问题都为该网络架构的设计附加了许多约束条件。
① 自治性。去中心化的无线接入网络架构下的泛在节点不再依赖于任何已经建立好的通信基础设施或管理中心。每一个泛在节点都是分布式等价的，可以作为一个独立的路由器进行独立的数据生成。每一个泛在节点都具备网络管理功能，因此对于网络的故障检测和管理都增加了一定复杂度。
② 多跳路由。每一个泛在节点都承担着转发数据分组的任务和路由器的职责，多跳路由的建立为不同节点直接进行信息交互提供了方便。
③ 网络拓扑结构动态多变。在去中心化的无线接入网络架构中，节点的高移动性导致网络拓扑结构的变化频繁及不稳定，从而导致路由变化、网络分割频繁，甚至多变的网络拓扑结构会导致数据分组的丢失。
④ 链路容量和节点容量的差异。每一个泛在节点的容量都不尽相同，工作频段也不同，而这种差异会导致链路的非对称性。除此之外，每一个泛在节点都具有彼此不同的软件、硬件配置。因此，为节点差异性大的网络设计网络协议和算法是非常艰难的，对于功率条件、信道条件、流量载荷、分布式变量、拥塞等条件都要做到自适应。
⑤ 能量限制操作。每一个泛在节点的电池供应能力都是有限的，从而每一个泛在节点的处理能力也是有限的，这会导致泛在节点所支持的服务和应用也相应有所限制。因此每一个泛在节点在被赋予更多通信能力的同时，也需要增加能够支撑的能量。
⑥ 网络扩展性。在去中心化的无线接入网络架构中，网络扩展性是需要面对的挑战。6G网络旨在做到空天地海一体化通信，那么网络中所设计的节点数量必然呈指数级增长，扩展性是6G网络成功展开的关键。因此，在网络架构设计时，寻址、路由、移动性管理、配置管理、互操作、安全、大容量无线技术等挑战都需要考虑。
⑦ 网络性能分析与评估。由于去中心化的无线接入网络架构的性能分析需要考虑到无线物理层、无线传播、多址访问、随机拓扑、路由、多种性能之间的交互，因此去中心化的无线接入网络架构中的性能分析与评估是有难度的。
（3）泛在节点电池能力极其有限
去中心化的无线接入网络架构下的大多数节点都是小型移动终端，它的电池续航能力是不理想的；并且在未来6G 网络中存在大量的传感器，它们的电池问题决定其寿命，因此节点电池能量的应用是需要关注的问题之一。泛在节点在收发分组时功率消耗很大，如果电池能量没有得到合理的运用，那么泛在节点将不能正常工作。因此可以通过改变发射功率来控制能耗，或是控制路由信息的按需发送，从而达到节省能量的目的。
（4）安全问题
去中心化的无线接入网络架构面临的安全问题可以归类为以下3个。
① 网络的无线媒介使频繁的网络攻击有机可乘，整个网络会变得脆弱。因为网络架构中没有明确的防护来阻挡网络攻击，任何一个泛在节点都要为网络的各类攻击做准备。
② 泛在节点是自治的，它的高移动性也同样承担了高风险，节点更容易被捕捉。在该网络架构下，各泛在节点都具备协作通信的能力，而被捕捉的节点更加难以被检测出，因而可能一个节点的错误会造成整个SON的瘫痪。
③ 最严重的安全隐患可能是该网络架构的完全去中心化决策导致的集中式通信基础设施和集中式安全证书权威机构缺乏等 [12] 。在去中心化的无线接入网络架构中，可信赖的密钥和安全证书的分发更加有难度，这些因素会引起包括路由协议安全等信息安全方面的一系列问题。