6G في عام 2030: 5 اتجاهات رئيسية و13 تقنية أساسية

لقد تم تسويق تقنية الجيل الخامس (5G) تجارياً بالكامل. ومع استمرار انتشارها في مختلف القطاعات، بدأت أفكار الناس حول تقنية الجيل السادس (6G) تتبلور تدريجياً. وبحلول عام 2030 وما بعده، ستدعم تقنية الجيل السادس (6G) بشكل كامل رقمنة العالم بأسره بالاعتماد على تقنية الجيل الخامس (5G)، بالتزامن مع تطوير الذكاء الاصطناعي والتقنيات الأخرى، لتحقيق التوافر الشامل للذكاء، وتمكين كل شيء بشكل كامل، ودفع المجتمع نحو عالم "التوأم الرقمي" الذي يجمع بين الواقع الافتراضي والواقع الحقيقي، وتحقيق الرؤية الطموحة لـ "التوأم الرقمي، والذكاء الشامل".

Around this overall vision, 6G networks willEnjoy life intelligently،إنتاج ذكي،Zhihuan SocietyThese three aspects have given rise to new application scenarios, such as twin digital humans, holographic interaction, super transportation, synaesthesia interconnection, intelligent interaction, etc.

ستتطلب هذه السيناريوهات معدلات ذروة تصل إلى تيرابت، وزمن استجابة أقل من جزء من الألف من الثانية، وسرعات جوالة تتجاوز 1,000 كم/ساعة، وقدرات شبكية جديدة مثل الأمن الداخلي، والذكاء الداخلي، والتوائم الرقمية. ولتلبية المتطلبات المتزايدة لهذه السيناريوهات والخدمات الجديدة، تتطلب تقنية وبنية واجهة الهواء لشبكات الجيل السادس (6G) تغييرات مماثلة.

01 future network technology

في الوقت الحاضر، ومع التكامل العميق لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، والبيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي، والتوسع المستمر لانتشار الشبكة، والتحسين المستمر لتجربة المستخدم ومتطلبات الخدمة الشخصية، والظهور المستمر للعديد من التقنيات التمكينية الجديدة، فإن شبكات المستقبل تُظهر أيضًا الخصائص الرئيسية واتجاهات التطوير التالية.

1. اتصالات الطيف الكامل

مع استمرار تزايد احتياجات الاتصالات، تتطلب شبكات الاتصالات المتنقلة نطاقًا تردديًا أوسع. ونظرًا لتخصيص نطاق الترددات الأقل من 6 جيجاهرتز، فقد تم تخصيص نطاقي تردد الموجات المليمترية 26 و39 جيجاهرتز لشبكات الجيل الخامس. ويجري دراسة نطاقات ترددات أعلى، مثل نطاق الترددات تيراهيرتز والضوء المرئي، لتلبية متطلبات السعة العالية ومعدلات تجربة فائقة السرعة.

يشير الضوء المرئي عادةً إلى الموجات الكهرومغناطيسية في نطاق التردد 430-790 تيراهيرتز (طول الموجة 380-750 نانومتر)، والتي يبلغ طيفها المرشح حوالي 400 تيراهيرتز. أما تيراهيرتز، فيشير إلى الموجات الكهرومغناطيسية في نطاق التردد 0.1-10 تيراهيرتز (طول الموجة 30-3000 ميكرومتر)، والتي يبلغ طيفها المرشح حوالي 10 تيراهيرتز. يتميز كلا النطاقين بعرض نطاق ترددي واسع، مما يسهل تحقيق اتصالات فائقة السرعة، ويشكلان إضافة محتملة لأنظمة الاتصالات المتنقلة المستقبلية.

▲ توزيع التردد

2. تكامل السماء والأرض

مع تحسين تجربة المستخدم بشكل كبير، يجب أن تلبي الشبكات المستقبلية أيضًا احتياجات خدمة الإنترنت المحمول جوًا على متن الطائرات والسفن وغيرها، وأن تضمن استمرارية الخدمة للمركبات البرية عالية السرعة والسكك الحديدية فائقة السرعة وغيرها من المحطات، وأن تدعم نشر أجهزة إنترنت الأشياء على نطاق واسع، مثل أجهزة الإنقاذ الفوري والإغاثة في حالات الكوارث، والرصد البيئي، والوقاية من حرائق الغابات، وفحص الأراضي غير المأهولة، وتتبع معلومات حاويات الشحن البحري، وغيرها، وأن تحقق تغطية منخفضة التكلفة في المناطق قليلة السكان. لذلك، يتمثل الشكل الرئيسي في المستقبل في توسيع نطاق تغطية الشبكة لتشمل شبكات ثلاثية الأبعاد في المساحات الطبيعية مثل الفضاء والجبال الشاهقة والبحار العميقة واليابسة. لذا، من الضروري بناء شبكة متكاملة للفضاء والأرض لتحقيق "تغطية شاملة" ثلاثية الأبعاد لشبكات الاتصالات في جميع أنحاء العالم.

The space-space-ground integrated network mainly includes three parts: space bases composed of satellites in different orbits, space bases composed of various aerial vehicles, and ground bases composed of satellite ground stations and traditional ground networks.Wide coverage, flexible deployment, ultra-low power consumption, ultra-high accuracy and not susceptible to ground disastersوغيرها من الخصائص.

3. تكامل DOICT

6G is a new generation of mobile communication system that is deeply integrated with communication technology, information technology, big data technology, AI technology, and control technology. It shows strong interdisciplinary and cross-field development characteristics.The 6G vision of "digital twins and ubiquitous intelligence" requires end-to-end design from information collection, information transmission, information calculation, and information application. DOICT integration will be the development trend of 6G end-to-end information processing and service architecture.

يُعزز التكامل العميق لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات إمكانية تحديد أبعاد الشبكة بشكل كامل، وهو ما يُشكل أساس الشبكات المرنة. كما يُعزز التكامل العميق لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الرقمية التغلغل الشامل للذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة في الشبكة، وهو ما يُشكل أساس الشبكات الذكية. ويُعزز التكامل العميق لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الرقمية تطوير الشبكات الحتمية، ويُشكل أساس أنظمة الأتمتة وأنظمة التوأم الرقمي.

سيعمل مكتب تكنولوجيا المعلومات والاتصالات على تحقيق التكامل العميق بين السحابة والشبكة والحافة والمحطة الطرفية والصناعة استنادًا إلى تدفق البيانات الضخمة، وإنشاء بيئة موثوقة بوسائل ممثلة بتقنية البلوك تشين، وتحسين كفاءة استخدام الموارد لجميع الأطراف، والارتقاء بشكل تعاوني بقدرات الحوسبة السحابية والحافة، وقدرات الشبكة، وقدرات المحطة الطرفية، وقدرات الأعمال.

4. إمكانية إعادة تكوين الشبكة

مع التطور السريع لتكنولوجيا الاتصالات المتنقلة، أصبحت احتياجات الأعمال وسيناريوهاتها أكثر تنوعًا وتخصيصًا. وفي المستقبل، ستعتمد شبكات الجيل السادس تصميمًا معماريًا أكثر مرونة وقابلية لإعادة التكوين.

من جهة، وبفضل موارد الأجهزة المشتركة، تُخصّص الشبكة موارد الشبكة وواجهات الاتصال اللاسلكي المناسبة لخدمات المستخدمين المختلفة، مما يُتيح تقديم خدمات متكاملة عند الطلب. وبينما تُقدّم الشبكة أفضل خدمة ممكنة، فإنها تُحقق أيضًا مشاركة الموارد لتعظيم الاستفادة منها وخفض تكاليف إنشائها. ومن جهة أخرى، يُوفّر تصميم الشبكة البسيط وميزاتها المرنة والقابلة للتوسع سهولة كبيرة في صيانة الشبكة وترقيتها وتحسينها لاحقًا، مما يُقلّل تكاليف تشغيل الشبكة للمشغلين. إضافةً إلى ذلك، تتطلب المتطلبات الخاصة بتقنية الجيل السادس (6G) قدرة حاسوبية أكبر وقابلية توسع أعلى للشبكة.

5. التكامل بين الإدراك والتواصل والحوسبة

يشير تكامل الإدراك والاتصال والحوسبة إلى إطار عمل تقني لمعالجة المعلومات من البداية إلى النهاية، حيث يتم فيه جمع المعلومات وحسابها في آنٍ واحد أثناء عملية نقلها. ويتجاوز هذا التكامل إطار عمل خدمة المعلومات التقليدي القائم على جمع المعلومات من الأجهزة الطرفية، ونقلها عبر الشبكة، وحسابها على حافة السحابة. ويُعدّ هذا التكامل متطلباً تقنياً أساسياً لتوفير خدمات متكاملة للغاية في مجالات الإدراك والاتصال والحوسبة، مثل الخدمات غير المأهولة، والواقع الافتراضي، والتوائم الرقمية.

ينقسم تكامل الإدراك والاتصال والحوسبة تحديدًا إلى مستويين: التعاون الوظيفي والدمج الوظيفي. في إطار التعاون الوظيفي، يمكن للمعلومات الحسية تعزيز قدرات الاتصال، ويمكن للاتصال توسيع أبعاد الإدراك وعمقه، ويمكن للحوسبة إجراء دمج البيانات متعدد الأبعاد وتحليل البيانات الضخمة، ويمكن للإدراك تحسين أداء نماذج الحوسبة وخوارزمياتها، ويمكن للاتصال تحقيق الحوسبة الشاملة، ويمكن للحوسبة تحقيق اتصال واسع النطاق للغاية.

في إطار التكامل الوظيفي، يمكن دمج إشارات الاستشعار وإشارات الاتصال في تصميم شكل الموجة والكشف عنها، مع إمكانية مشاركة مجموعة من المعدات. وقد أصبحت تقنية تكامل اتصالات الرادار حاليًا من أبرز التقنيات الرائجة. كما يُعدّ دمج قدرات الكشف عن الترددات التيراهيرتزية وقدرات الاتصال، فضلًا عن دمج التصوير الضوئي المرئي والاتصالات، من الاتجاهات المحتملة لتقنية الجيل السادس. ويتم دمج الإدراك والحوسبة في شبكة تراعي قدرة الحوسبة، كما يتم دمج الحوسبة والشبكة لتحقيق بنية شبكة وخدمات مصغرة قابلة للتحديد من طرف إلى طرف.

في المستقبل، يمكن للحوسبة الإدراكية للاتصالات أن تحقق إعادة تكوين وظيفية بناءً على تطوير تقنية الرقائق المعرفة بالبرمجيات.

▲Perception-communication-computing integrated application scenario

1. تقنية MIMO الموزعة فائقة الاتساع

بعد إدخال تقنية MIMO فائقة الاتساع، تحسّنت سعة شبكات الجيل الرابع والخامس بشكل ملحوظ. مع ذلك، ونظرًا لفقدان الإشارة والتداخل بين الخلايا، لا تزال تجربة المستخدم على حافة الخلية بحاجة إلى تحسين. تعمل تقنية MIMO فائقة الاتساع الموزعة على توسيع نطاق أسلوب النشر المركزي التقليدي ليشمل النشر الموزع، وتُدخل التعاون الذكي بين عدة عُقد موزعة، وتُحقق جدولة مشتركة للموارد ونقلًا مشتركًا للبيانات، كما هو موضح في الشكل أدناه. من خلال النشر الموزع والتعاون الذكي، تُزيل هذه التقنية التداخل بشكل فعّال وتُحسّن جودة استقبال الإشارة؛ كما تُحسّن التغطية بشكل فعّال، مما يُوفر للمستخدمين تجربة أداء سلسة دون حدود. في شبكة الجيل السادس المستقبلية، وخاصة في نطاقات الترددات العالية وسيناريوهات النشر الكثيف، ستُظهر هذه التقنية إمكانات تطبيقية هائلة.

▲Distributed ultra-large-scale MIMO diagram

أثبتت الصناعة نظريًا مزايا تقنية MIMO الموزعة في تحسين سعة القناة. يُظهر التحليل النظري أنه في ظل نفس الظروف، من حيث العدد الإجمالي للهوائيات، وقوة الإرسال الإجمالية، والتغطية، يكون أداء نظام MIMO الموزع أكثر تجانسًا من أداء نظام MIMO المركزي، وذلك لوجود عُقد موزعة أقرب إلى المستخدمين، واستخدام التعاون الذكي في جدولة البيانات وتشكيلها. وعلى وجه الخصوص، يكون تحسن الأداء لمستخدمي الحافة أكثر وضوحًا.

نظراً للزيادة الكبيرة في حجم الهوائي وعدد العقد، فإن تقنية MIMO الموزعة واسعة النطاق للغاية تشكل تحديات لقدرات تبادل المعلومات بين العقد، واختيار عقد التعاون المشترك وتصميم مخطط التشكيل، وتعقيد الخوارزميات، ومعالجة التداخل، وما إلى ذلك. في الوقت نفسه، يفرض الإرسال المشترك المتماسك متطلبات أعلى لتناسق قنوات الإرسال والاستقبال بين العقد، ويتطلب الأمر مزيداً من البحث حول حلول معايرة واجهة الهواء.

2. سطح فائق ذكي

تتحكم الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS) في الموجات الكهرومغناطيسية من خلال وحدات هيكلية على سطحها. وبضبط معايير وموقع كل وحدة هيكلية، يمكن تعديل سعة وتوزيع طور انعكاس/إطلاق الموجات الكهرومغناطيسية. ولها أهمية بالغة في حل مشكلات الاتصالات اللاسلكية التقليدية، مثل الإرسال في غياب خط الرؤية المباشر وتقليل ثغرات التغطية.

يوضح الشكل أدناه مخطط نظام الاتصالات اللاسلكية المدعومة بتقنية RIS. تتحكم المحطة الأساسية في تقنية RIS، وتقوم الأخيرة بضبط سعة وطور وحداتها الهيكلية بناءً على هذا التحكم، مما يحقق انعكاسًا مُتحكمًا به للإشارة المرسلة من المحطة الأساسية. بالمقارنة مع الاتصالات التقليدية عبر المرحل، تعمل تقنية RIS بنظام الإرسال والاستقبال المتزامن (Full-Duplex) وتتميز باستغلال أفضل للطيف الترددي. كما أنها لا تتطلب وصلات ترددات لاسلكية أو مصادر طاقة كبيرة، مما يوفر مزايا من حيث استهلاك الطاقة وتكاليف النشر.

3. تكنولوجيا النقل سوبر نيكويست

في أنظمة الاتصالات التقليدية، يُستخدم معيار نايكويست عادةً لتجنب تداخل الرموز (ISI)، مما يحد من معدل إرسال الرموز. وقد تم رصد خلل في تقنية نقل نايكويست الفائقة (Super Nyquist transfer technology) بالرجوع إلى المصدر. تعتمد هذه التقنية على استخدام معدل إرسال أسرع، وإدخال تداخل الرموز بشكل مصطنع أثناء الإرسال، ثم استخدام جهاز استقبال أكثر تطورًا للتخلص من تداخل الرموز من خلال أخذ عينات زائدة عند طرف الاستقبال، كما هو موضح في الشكل أدناه، مما يُحسّن معدل الإرسال الفعلي واستخدام الطيف الترددي للوصلة.

▲Comparison of capacity between super-Nyquist transmission and traditional Nyquist transmission systems

4. تحويل الشكل الموجي للمجال

لعبت تقنية الموجات دورًا هامًا في تصميم واجهة الهواء لأنظمة الاتصالات اللاسلكية في الأجيال السابقة. يعتمد أداء موجات OFDM المستخدمة في أنظمة الجيل الرابع والخامس على تعامد الموجات الحاملة الفرعية. إذا اختل هذا التعامد بسبب عوامل مثل انحراف تردد دوبلر، فغالبًا ما ينخفض ​​الأداء بشكل ملحوظ.

▲ رسم تخطيطي لمبدأ شكل موجة مجال التحويل

▲Transform domain waveform and OFDM performance comparison

5. الروابط المادية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي

منذ ظهور اتصالات الجيل الخامس، أصبح ذكاء الشبكات اللاسلكية موضوعًا بالغ الأهمية، بهدف تحقيق تخصيص واستخدام أكثر كفاءة لموارد الشبكة. وباعتبارها إحدى التقنيات التمكينية الرئيسية لذكاء الشبكات اللاسلكية، تتغلغل تقنية الذكاء الاصطناعي في جميع مستويات الشبكة الأساسية، وإدارة الشبكة، والطبقة الفيزيائية، ومجموعة بروتوكولات الشبكة عالية المستوى. ومن بينها، يشير الذكاء الاصطناعي في الطبقة الفيزيائية عمومًا إلى الحلول التقنية التي تستخدم أساليب الذكاء الاصطناعي/التعلم الآلي لتحقيق أو تحسين وظائف الطبقة الفيزيائية للشبكات اللاسلكية.

يمكن تطبيق الذكاء الاصطناعي بشكل أساسي على معالجة معلومات حالة القناة (CSI)، وتصميم أجهزة الاستقبال، وتصميم الروابط من طرف إلى طرف على مستوى الطبقة الفيزيائية. على سبيل المثال، تُستخدم الشبكة العصبية في التعلم العميق لتعلم التمثيل المضغوط لمعلومات حالة القناة عالية الأبعاد في الاتصالات اللاسلكية، مما يقلل من عبء التغذية الراجعة لمعلومات حالة القناة؛ كما تُستخدم الشبكة العصبية الاصطناعية لتعلم العلاقة العكسية بين إشارة التداخل المستقبلة والإشارة الأصلية، مما يلغي الحاجة إلى التقدير الصريح للقناة ومعادلتها؛ ويمكن لتحسين كل من جهاز الإرسال والاستقبال معًا في بيئة قناة محددة أن يتعلم التأثيرات غير المثالية في القناة ويحسن أداء الإرسال.

مع ذلك، فإن استخدام وحدات الذكاء الاصطناعي كبديل لوحدات الطبقة الفيزيائية التقليدية بطريقة "الصندوق الأسود" سيصعب معه تجاوز التصاميم التقليدية من حيث الأداء. في المقابل، يُعدّ الجمع بين أساليب الذكاء الاصطناعي وخبرة الخبراء البشريين خيارًا أفضل، إذ يُتيح الاستفادة من مزايا كلا الطرفين. إضافةً إلى ذلك، ولتحقيق الاستفادة الكاملة من إمكانات الذكاء الاصطناعي في تقليل النفقات العامة والتعقيد، يجب تصميم إشارات المرجعية وتخصيص موارد واجهة الهواء وفقًا لذلك، بل وتصميمها بشكل مشترك بين وحدات الربط المتعددة، الأمر الذي قد يكون له تأثير أكبر على إطار عمل واجهة الهواء الحالي وتصميم الإشارات.

6. التحكم في وصلة التوصيل والتشغيل

تحتاج شبكة الوصول اللاسلكي من الجيل السادس إلى إمكانيات توسيع التغطية التلقائي لتحسين تغطية السيناريوهات ثلاثية الأبعاد الكاملة. عند انضمام جهة خدمة شبكة جديدة، يمكنها الاتصال بسرعة، والتشغيل الفوري، وتحقيق توسيع التغطية. تشمل تقنية التحكم في وصلات التوصيل والتشغيل الجوانب التالية:
الوعي بالعملية:Sense various types of access requests and initiate appropriate handshakes and control signaling processes. Different types of access points need to be accurately identified and accessed quickly to achieve flexible expansion of coverage.

Cloud-to-edge control and coordination:The cloud provides flexible and precise management and control of edge access points, including access control, automatic allocation of bandwidth resources, and coordination between links. Cloud processing can introduce AI capabilities to support the above functions.

Auto-generated and self-optimized access points:Utilize digital twin/AI and other technologies to conduct fully automated, full life cycle management and monitoring of various access points. When the access point is newly added to the network, it can automatically complete the configuration and realize self-generation; when the access point is running, it can adjust parameters and automatically optimize according to real-time scenarios, and improve services as needed to better meet the needs of users.

7. التحكم التكيفي في جودة الخدمة عبر واجهة الهواء

سيكون عصر الجيل السادس عصرًا يعتمد بشكل كبير على البيانات والذكاء الاصطناعي. وقد فرضت خدمات جديدة مثل التصوير المجسم، وخدمات الواقع الممتد، وإدراك الفضاء الافتراضي والتفاعل معه، متطلبات أكثر صرامة لضمان جودة الخدمة في شبكات الجيل السادس.

يعتمد التحكم التكيفي في جودة الخدمة عبر واجهة الهواء على قيود جودة الخدمة الشاملة. ويحقق هذا التحكم ضمان جودة الخدمة لبيانات نقل واجهة الهواء بناءً على خصائص نقل واجهة الهواء في الوقت الفعلي، وموارد واجهة الهواء المحدودة نسبيًا، وقيود وقت الإرسال والتغذية الراجعة، وغيرها. وهو تقنية أساسية لخدمات واجهة الهواء عند الطلب وقدرات الشبكة الفعالة.

يشمل التحكم التكيفي في جودة الخدمة لواجهة الهواء الجوانب التالية:
1. Flexible QoS detection mechanism:Combined with AI/big data technology, it can realize QoS detection and modeling of carried services, as well as adaptive adjustment.
2. Deep integration of business QoS and air interface capabilities:Explore a new QoS mechanism that combines business QoS and air interface service capabilities. Based on the precise requirements of the service, the wireless access network matches the service requirements with the real-time air interface status through scheduling and wireless resource management.
3. AS layer end-to-end QoS mechanism:The terminal combines the QoS information provided by the access network to perform more refined QoS management to achieve accurate and efficient transmission of uplink and downlink data over the air interface.
مع اقتراب المستقبل، تتطور متطلبات أعمال شبكات الجيل السادس باستمرار. تشمل آلية جودة الخدمة الشبكة الأساسية وشبكة النقل وشبكة الوصول. لذا، يُعدّ توحيد آلية جودة الخدمة وتنسيقها مع الشبكة الأساسية وطبقة النقل وشبكة الوصول مسألةً يجب أخذها في الاعتبار مستقبلاً.
03network enabling technologies

1. حل إشارات خفيف الوزن

من منظور عملية تطوير شبكات الجيل الثاني والثالث والرابع وصولاً إلى الجيل الخامس، أدى التوسع المستمر في نطاق الشبكة وتزايد تعقيدها إلى بنية شبكية معقدة ومتكررة. ووفقًا لاتجاهات تطوير الشبكات الحالية، سيزداد تعقيد شبكة الجيل السادس الداعمة لإنترنت الأشياء بشكل كبير. لذا، تُعد حلول الإشارات خفيفة الوزن خيارًا لا غنى عنه في تصميم شبكات الجيل السادس.

يتطلب تصميم شبكة الوصول اللاسلكي من الجيل السادس (6G) اتباع نظام إشارات موحد، ودمج تقنيات الوصول المتعددة عبر واجهة الهواء تحت تحكم موحد، وذلك لتحقيق تحكم موحد في واجهة الهواء وتقليل تعقيد وصول الأجهزة إلى الشبكة. أما فيما يتعلق بتصميم وظائف حزمة البروتوكولات، فيمكن النظر في تصميم وظائف بروتوكولات متباينة، وتحسين توزيع وظائف البروتوكولات وتصميم واجهاتها، بالإضافة إلى دمج تقنيات الذكاء الاصطناعي لتعزيز وظائف البروتوكولات بشكل أكبر.

In terms of network functions, 6G networks can be divided intoWide coverage of signaling layerوOn-demand data layer. Through the mechanism of separating the signaling plane and the user plane, a unified signaling overlay is used to ensure reliable mobility management and fast service access; through dynamic on-demand data layer loading, the business needs of network users are met. The two work together flexibly to reduce the number of base stations deployed and improve users' service perception experience.

▲التحكم في الإشارات خفيفة الوزن

2. تصميم الخدمة الشاملة

مع التكامل العميق لتقنية DOICT وظهور عدد كبير من الخدمات الجديدة، يحتاج مشغلو الشبكات إلى شبكة قادرة على الاستجابة السريعة للطلبات الجديدة لتوفير خدمات الشبكة بكفاءة. تُعد تقنية الخدمات السحابية الأصلية تقنيةً مهمةً تُتيح هذه الإمكانيات وتُحفز تطور وظائف البروتوكول نحو بنية قائمة على الخدمات. تتميز وظيفة البروتوكول القائمة على بنية الخدمات الموجهة بقدرتها على العمل وفقًا لاحتياجات العمل. وتتجلى الخصائص التقنية في الجوانب التالية:

1. Protocol functions driven by cloud native service technology:On the premise of complying with the logical constraint relationships of each protocol layer, the protocol functional entities are reconstructed into flexibly combined modules. Each module can be flexibly combined, deployed and operated as needed to realize new network business service capabilities.
2. Interfaces driven by cloud-native service technology:The internal and external interfaces of the access network are reconstructed based on the cloud-native service-oriented interface form and interface protocols, which already support the flexible combination of protocol function modules and the opening of network capabilities;
3. Capability opening driven by cloud native service technology:Provide third parties with a convenient, fast and unified access network information exchange mechanism and policy adjustment mechanism to achieve a win-win situation through intelligence integration.

• تتيح المرونة القصوى استجابات على مستوى الثانية أو حتى على مستوى الميلي ثانية؛

• يمكن لآلية الجدولة الآلية للغاية أن تحقق قدرات قوية على الإصلاح الذاتي؛

• تتيح درجة التكيف العالية إمكانيات نشر واسعة النطاق وقابلة للتكرار عبر المناطق والمنصات وحتى مزودي الخدمات.

تُسهّل الحوسبة السحابية الأصلية بشكل كبير الوصول إلى خدمات الحوسبة السحابية، وتُمكّن من التعاون بين مختلف الأقسام، بما في ذلك البحث والتطوير والتشغيل والصيانة، وتُسرّع وتيرة التطوير المستمر، وتُعزّز الابتكار في الأعمال. وتشهد التقنيات السحابية الأصلية رواجًا متزايدًا حاليًا، ومنها: تنسيق الحاويات متعددة السحابات، والخوادم السحابية الأصلية، والتخزين السحابي الأصلي، والشبكات السحابية الأصلية، وقواعد البيانات السحابية الأصلية، وقوائم انتظار الرسائل السحابية الأصلية، وشبكات الخدمات، والحاويات غير الخادمة، والوظائف كخدمة (FaaS)، والخوادم الخلفية كخدمة (BaaS)، وغيرها.

تتطلب خدمات الاتصالات معايير أعلى فيما يتعلق بالأداء، وانخفاض زمن الاستجابة، والموثوقية، والأمان، وتكاليف المعدات. وهذا يستلزم تطوير تقنيات الحوسبة السحابية الأصلية بما يتناسب مع خصائص خدمات الاتصالات لتلبية معاييرها العالية.

3. وظيفة الاستشعار الذكية

تتزايد الخدمات التفاعلية القائمة على الحوسبة السحابية والتي تتميز بزمن استجابة منخفض للغاية ونطاق ترددي عالٍ لشبكات الجيل السادس. ويؤدي التصميم الحالي "الطبقي" و"المُجزأ" لطبقة التطبيقات، وطبقة نقل الأعمال، وطبقة شبكة الهاتف المحمول إلى زيادة أوقات نقل حزم البيانات وانخفاض جودة تجربة المستخدم.

لتحقيق توافق دقيق وفوري بين إمكانيات نقل البيانات التجارية وإمكانيات الشبكة، من الضروري إدخال قياسات وتغذية راجعة عالية الدقة في الوقت الفعلي لكل طبقة من طبقات بروتوكول الشبكة الشاملة لتمكين التحسين التعاوني، وإدخال وظائف معالجة ذكية على جانب الشبكة، بما في ذلك التقدير والتنبؤ الذكيين. من جهة، تُعالج بيانات القياس والتفاعل مسبقًا لتقليل الأبعاد وضغطها. ومن جهة أخرى، يتم تنفيذ الاشتراك والإشعارات وفقًا لاحتياجات طبقة التطبيق وطبقة نقل البيانات التجارية لتقليل تكلفة نقل البيانات عبر الشبكة.

4. نظام استقلالية الشبكة القائم على التوائم الرقمية

تشير تقنية التوأم الرقمي إلى إنشاء كيان افتراضي من كيان العالم المادي في العالم الرقمي عبر الوسائل الرقمية، مما يتيح المراقبة والتحليل والمحاكاة والتحكم والتحسين الديناميكي للكيان المادي. تشمل تقنية شبكة التوأم الرقمي النمذجة الوظيفية، ونمذجة عناصر الشبكة، ونمذجة الشبكة، ومحاكاة الشبكة، ونماذج المعلمات والأداء، والاختبار الآلي، وجمع البيانات، ومعالجة البيانات الضخمة، وتحليل البيانات، والتعلم الآلي باستخدام الذكاء الاصطناعي، والتنبؤ بالأعطال، وتحسين الطوبولوجيا والتوجيه. وبهذه الطريقة، يمكن نقل المشكلات المعقدة في كل مرحلة من مراحل الشبكة إلى العالم الرقمي لحلها، ويمكن تحقيق استقلالية الشبكة من خلال المراقبة والتنبؤ والتحسين والمحاكاة.

▲Digital twins realize network autonomy

5. نقل البيانات الحتمية

طُرح مفهوم الحتمية لأول مرة ووُضع معيارياً من قِبل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). أنشأ فريق عمل IEEE 802.1 فريق عمل جسر الصوت والفيديو (AVB) في عام 2007 بهدف استبدال كابلات HDMI ومكبرات الصوت والكابلات المحورية في المنازل بتقنية الإيثرنت. ومع نجاح تطبيق معيار IEEE 802.1AVB في الاستوديوهات والملاعب الرياضية وأماكن الترفيه، بدأت هذه التقنية تجذب انتباه الأوساط الصناعية وقطاع السيارات.
In 2012, the IEEE 802.1AVB Task Group was renamed the Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group. The TSN standard extends AVB technology, has time synchronization, delay guarantee and other mechanisms to ensure real-time performance, and supports traffic scheduling and shaping, reliability, configuration management and other related protocols. In 2015, the IETF established the Deterministic Network (DetNet) Working Group, which is committed to extending Ethernet-based deterministic technology to wide-area IP networks to provide worst-case bounds on delay, packet loss, and jitter to provide deterministic data transmission.
كما يتضح مما سبق، فقد طُرحت فكرة الإرسال الحتمي للشبكات الثابتة منذ عشر سنوات، بينما بدأت الأبحاث المتعلقة بالإرسال الحتمي للشبكات المتنقلة مؤخرًا. ويعود ذلك أساسًا إلى سببين: أولهما، سهولة تأثر واجهة الإرسال بالبيئة المحيطة وصعوبة التنبؤ بجودة الإرسال؛ وثانيهما، غياب آلية ضمان حتمية شاملة.
في عصر الجيل السادس، سيصبح نقل البيانات الحتمي السمة المميزة لشبكات الجيل السادس، محققًا خصائص مثل التأخير المحدود، والارتعاش المنخفض، والموثوقية العالية، ومزامنة الوقت عالية الدقة. وتشمل الصعوبات التي يجب التغلب عليها الجوانب التالية:
1. How to achieve flexible resource reservation and real-time scheduling on wireless air interfaces.The unpredictability of the air interface is the main bottleneck in achieving end-to-end deterministic transmission. This requires that in the 6G era, first of all, air interface resources are sufficient and unrestricted, and data packets can be flexibly scheduled in real time within the access network to ensure that packets can be processed and sent out within the specified time.
2. How to implement a wide-area deterministic transmission mechanism.IEEE TSN technology is difficult to apply to wide areas. This is mainly because the CNC in the TSN system cannot perform large-scale path calculations and accurate real-time scheduling, and the time synchronization accuracy becomes lower and lower as the path lengthens.
3. How to achieve cross-layer and cross-domain deterministic mechanism integration.In the 5G era, mobile networks are still a layer of networks carried on top of IP, which poses severe challenges to deterministic transmission scheduling for cross-domain collaboration. In the 6G era, from the beginning of network design, it is hoped to achieve heterogeneous access, fixed-mobile integration, and collaborative management. Mobile networks need to absorb the second- and third-layer deterministic transmission protocols of existing fixed networks to achieve deployment integration, protocol support, and collaborative scheduling, thereby achieving end-to-end cross-layer and cross-domain deterministic data transmission.

6. شبكة قابلة للبرمجة

تحتاج شبكة الجيل السادس إلى دعم قابلية برمجة الشبكة وتحقيق التكامل بين شبكات الوصول، والحافة، والشبكة الأساسية، والشبكة واسعة النطاق، وشبكات البيانات، بحيث تتمتع شبكة الاتصالات بقدرات قابلة للتخصيص الكامل عبر سيناريوهات متعددة، ومجالات متعددة، ودورة حياة كاملة. تنعكس قابلية برمجة الشبكة على مستويات عديدة، من الأدنى إلى الأعلى: قابلة للبرمجة على مستوى الشريحة (مثل P4 وPOF)، وقابلة للبرمجة على مستوى FIB (مثل OpenFlow)، وقابلة للبرمجة على مستوى RIB (مثل BGP وPCEP)، وقابلة للبرمجة على مستوى نظام تشغيل الجهاز، وقابلة للبرمجة على مستوى تكوين الجهاز (مثل CLI وNETCONF/YANG وOVSDB)، وقابلة للبرمجة على مستوى وحدة التحكم، وقابلة للبرمجة على مستوى الخدمة (مثل GBP وNEMO).
يجب أن تلبي الشبكات المستقبلية إمكانيات البرمجة من أربعة أبعاد: عناصر الشبكة، والبروتوكولات، والخدمات، والإدارة:
1. Equipment network elements are programmable:As data service types become more diversified and personalized, and users have ever-increasing demands for new network functions, the protocol stacks of equipment network elements support limited network functions, and the network card chips used cannot predict all possible network functions in the next few years. As the basic component of the network, the network element needs its hardware architecture to allow users to redefine functions and complete different types of protocols, encapsulation and decapsulation processing as needed.
في الوقت نفسه، تتكون بنية البرمجيات العليا من وحدات أو واجهات برمجة تطبيقات ذات وظائف مقسمة بوضوح، مما يسمح للمستخدمين بإعادة تنظيم هذه الوحدات أو استدعاء الواجهات لتحقيق أغراض مخصصة، مثل التصنيف والتشكيل وجودة الخدمة وما إلى ذلك. تدعم عناصر شبكة المعدات قابلية البرمجة، مما يجعل من الممكن دعم تخصيص المستخدم بكفاءة والتطور المستمر للبروتوكولات الجديدة.
2. Network protocol is programmable:The functional division of telecommunications networks and data networks is becoming increasingly blurred, and network protocols and architectures are also interpenetrating each other. As application scenarios continue to evolve, new demands for network protocol stack functions emerge one after another, and the evolution and innovation of network protocols continue to emerge (such as NewIP, SRv6, QUIC, etc.). Faced with the long-term coexistence of old and new protocols, it is inevitable that protocols within and between end-to-end networks can support synchronous switching, and even end-to-end network protocols for slicing can be selected on demand based on user service types and quality requirements. This will enable smooth switching from the post-5G+ network to the 6G network.
3. Business paths are programmable:As end-to-end networks carry more and more services, we need to see that there is a sequence of time for the network or network elements to complete new service upgrades. It supports on-demand configuration of different user data and use of different business processing paths. It can not only adopt the reuse and transformation scheme, but also realize the gradual diversion to innovative network architecture, smooth switching, and meet the unlimited expansion of user needs on the basis of limited cost. Furthermore, the forwarding path from the terminal, access network, core network, wide area network, to the entire data center network is measurable and adjustable, so that end-to-end business, network, and edge collaboration can be truly realized, and end-to-end network assurance can be achieved.
4. The management method is programmable:As telecommunications networks become increasingly complex, intra-network operation and maintenance costs remain high, and inter-network operation and maintenance barriers have not yet been cleared, resulting in insufficient commercial monetization capabilities and slowing down the launch of new services. Management method programming means that in terms of monitoring and management methods, network elements in the network should support multiple or customized management methods to promote the three improvements of resource efficiency, energy efficiency, and operation and maintenance efficiency, and achieve a closed-loop autonomous network system oriented to user experience.
We previously reported on the application of 5G in 21 vertical industries. As 5G continues to become more popular, the demand for future-oriented communications will become clearer. Related fields of new businesses, new applications, new services, and new materials are developing rapidly, and new technologies such as cloud computing, big data, blockchain, and artificial intelligence are constantly integrating with communication technologies. These urgent needs combine with the latest changes and development trends to continuously promote the design and research of 6G. Although the current ideas for 6G may seem a bit fanciful, the development speed of technology often exceeds people's expectations.

هذه المقالة مستنسخة من"China Electronics Societyندعم حماية حقوق الملكية الفكرية، لذا يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذف المحتوى.