6G im Jahr 2030: 5 große Trends, 13 Kerntechnologien

5G ist vollständig kommerzialisiert. Mit dem fortschreitenden Vordringen von 5G in verschiedene Branchen rücken die Ideen für 6G zunehmend in den Fokus. Ab 2030 wird 6G, basierend auf 5G und in Verbindung mit der Entwicklung künstlicher Intelligenz und anderer Technologien, die Digitalisierung der gesamten Welt vorantreiben. Ziel ist die allgegenwärtige Verfügbarkeit von Wissen, die umfassende Vernetzung aller Bereiche und der Übergang der Gesellschaft zu einer Welt des „digitalen Zwillings“, die Virtualität und Realität vereint. So wird die Vision von „digitalem Zwilling und allgegenwärtiger Intelligenz“ Wirklichkeit.

Around this overall vision, 6G networks willEnjoy life intelligently,Intelligente Produktion,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.

Diese Szenarien erfordern Spitzendatenraten im Terabit-Bereich, Latenzzeiten im Submillisekundenbereich, mobile Geschwindigkeiten von über 1,000 km/h sowie neue Netzwerkfunktionen wie integrierte Sicherheit, integrierte Intelligenz und digitale Zwillinge. Um den höheren Anforderungen dieser neuen Szenarien und Dienste gerecht zu werden, sind entsprechende Anpassungen der 6G-Luftschnittstellentechnologie und -architektur notwendig.

01 future network technology

Angesichts der tiefgreifenden Integration von Informations- und Kommunikationstechnologie, Big Data und künstlicher Intelligenz, der weiteren Ausweitung der Netzwerk-Allgegenwärtigkeit, der kontinuierlichen Verbesserung der Benutzererfahrung und der Anforderungen an personalisierte Dienste sowie des ständigen Aufkommens vieler neuer Basistechnologien weisen zukünftige Netzwerke auch die folgenden Hauptmerkmale und Entwicklungstrends auf.

1. Vollspektrum-Kommunikation

Da der Kommunikationsbedarf stetig steigt, benötigen Mobilfunknetze mehr Frequenzspektrum. Nachdem das Spektrum unter 6 GHz bereits vergeben ist, wurden auch die Millimeterwellen-Frequenzbänder von 26 GHz und 39 GHz für 5G reserviert. Höhere Frequenzbänder wie Terahertz und sichtbares Licht müssen erforscht werden, um den Bedarf an höherer Kapazität und extrem hohen Datenraten zu decken.

Sichtbares Licht bezeichnet üblicherweise elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 430 bis 790 THz (Wellenlänge 380 bis 750 nm) mit einem Spektrum von etwa 400 THz. Terahertz bezeichnet elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 0.1 bis 10 THz (Wellenlänge 30 bis 3000 Mikrometer) mit einem Spektrum von etwa 10 THz. Beide Frequenzbereiche zeichnen sich durch große Bandbreite aus, ermöglichen die Realisierung von Hochgeschwindigkeitskommunikation und stellen eine potenzielle Ergänzung für zukünftige Mobilkommunikationssysteme dar.

▲Frequenzverteilung

2. Integration von Himmel, Himmel und Erde

Zukünftige Netzwerke müssen nicht nur die Nutzererfahrung deutlich verbessern, sondern auch die Anforderungen an Bordinternet (z. B. in Flugzeugen und Schiffen) erfüllen, die unterbrechungsfreie Versorgung von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, Hochgeschwindigkeitszügen und anderen Terminals gewährleisten, den Einsatz zahlreicher IoT-Geräte (z. B. für Soforthilfe und Katastrophenschutz, Umweltüberwachung, Waldbrandprävention, Inspektion unbewohnter Gebiete, Containerverfolgung) unterstützen und eine kostengünstige Versorgung in dünn besiedelten Gebieten ermöglichen. Daher besteht die Hauptstrategie zukünftig darin, die Netzwerkabdeckung auf dreidimensionale Bereiche wie Weltraum, Gebirge, Tiefsee und Land auszuweiten. Um eine flächendeckende, dreidimensionale Kommunikationsversorgung weltweit zu erreichen, ist der Aufbau eines integrierten Netzwerks aus Weltraum, terrestrischen und terrestrischen Verbindungen erforderlich.

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 disastersund andere Merkmale.

3. DOICT-Integration

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.

Die tiefe Integration von IKT fördert die vollständige Definierbarkeit des Netzwerks und bildet damit die Grundlage für flexible Netzwerke. Die tiefe Integration von DIKT fördert die umfassende Durchdringung des Netzwerks mit künstlicher Intelligenz und Big Data und ist somit die Grundlage für intelligente Netzwerke. Die tiefe Integration von DOIKT fördert die Entwicklung deterministischer Netzwerke und bildet die Grundlage für Automatisierungssysteme und digitale Zwillinge.

DOICT wird die tiefe Integration von Cloud, Netzwerk, Edge, Endgerät und Industrie auf Basis des Big-Data-Flusses realisieren, eine vertrauenswürdige Umgebung mit Mitteln der Blockchain schaffen, die Effizienz der Ressourcennutzung aller Beteiligten verbessern und gemeinsam die Cloud-Edge-Computing-Fähigkeiten, Netzwerkfähigkeiten, Endgerätefähigkeiten und Geschäftsfähigkeiten weiterentwickeln.

4. Netzwerk-Rekonfigurierbarkeit

Mit der rasanten Entwicklung der Mobilkommunikationstechnologie sind die Geschäftsanforderungen und -szenarien vielfältiger und individueller geworden. Zukünftig werden 6G-Netze eine flexiblere, rekonfigurierbare Architektur aufweisen.

Einerseits weist das Netzwerk, basierend auf gemeinsam genutzten Hardware-Ressourcen, den verschiedenen Diensten der Nutzer entsprechende Netzwerk- und Luftschnittstellenressourcen zu und realisiert so durchgängige On-Demand-Dienste. Neben der Bereitstellung des optimalen Dienstes ermöglicht es auch die gemeinsame Nutzung von Ressourcen, um die Ressourcenauslastung zu maximieren und die Netzwerkausbaukosten zu senken. Andererseits bieten die minimalistische Netzwerkarchitektur und die flexiblen und skalierbaren Netzwerkfunktionen einen hohen Komfort für die spätere Netzwerkwartung, -erweiterung und -optimierung und reduzieren die Netzwerkbetriebskosten der Betreiber weiter. Darüber hinaus erfordern die spezifischen Anforderungen der 6G-Intelligenz eine höhere Rechenleistung und Skalierbarkeit des Netzwerks.

5. Integration von Wahrnehmung, Kommunikation und Computer

Die Integration von Wahrnehmung, Kommunikation und Datenverarbeitung bezeichnet ein durchgängiges Technologieframework zur Informationsverarbeitung, das die Informationserfassung und -verarbeitung während der Datenübertragung simultan durchführt. Dadurch wird die bisherige Trennung von Endgeräten (Informationserfassung), Netzwerkübertragung und Cloud-Edge-Verarbeitung aufgehoben. Dies ist eine technische Voraussetzung für die Bereitstellung eng gekoppelter Dienste in den Bereichen Wahrnehmung, Kommunikation und Datenverarbeitung, wie beispielsweise unbemannte Systeme, immersive Anwendungen und digitale Zwillinge.

Die Integration von Wahrnehmung, Kommunikation und Datenverarbeitung lässt sich in zwei Ebenen unterteilen: funktionale Kollaboration und funktionale Fusion. Im Rahmen der funktionalen Kollaboration können sensorische Informationen die Kommunikationsfähigkeit verbessern, die Kommunikation die Dimension und Tiefe der Wahrnehmung erweitern, die Datenverarbeitung mehrdimensionale Datenfusion und Big-Data-Analysen durchführen, die Wahrnehmung die Leistung von Rechenmodellen und -algorithmen steigern, die Kommunikation allgegenwärtiges Rechnen ermöglichen und die Datenverarbeitung die Kommunikation im extrem großen Maßstab realisieren kann.

Im Rahmen der funktionalen Integration können Sensor- und Kommunikationssignale Wellenformdesign und -erkennung integrieren und Hardwarekomponenten gemeinsam nutzen. Die Integration von Radar- und Kommunikationstechnologien ist derzeit ein zentrales Forschungsgebiet. Die Integration von Terahertz-Detektions- und Kommunikationsfunktionen sowie die Integration von Bildgebung und Kommunikation im sichtbaren Lichtbereich gelten als potenzielle Technologietrends für 6G. Wahrnehmung und Datenverarbeitung werden in ein leistungsbewusstes Netzwerk integriert, und Datenverarbeitung und Netzwerk werden integriert, um eine durchgängig definierbare Netzwerk- und Mikroservicearchitektur zu realisieren.

Zukünftig kann die Wahrnehmungskommunikations-Computertechnologie eine funktionale Rekonfiguration auf Basis der Entwicklung softwaredefinierter Chiptechnologie erreichen.

▲Perception-communication-computing integrated application scenario

1. Verteiltes Ultra-Large-Scale-MIMO

Nach der Einführung von Ultra-Large-Scale MIMO (ULSM) wurde die Kapazität von 4G/5G-Netzen deutlich verbessert. Aufgrund von Pfadverlusten und Interferenzen zwischen Zellen besteht jedoch weiterhin Verbesserungsbedarf für die Nutzererfahrung am Zellenrand. Verteiltes ULSM erweitert die traditionelle zentrale Bereitstellungsmethode auf eine verteilte Bereitstellung, führt eine intelligente Zusammenarbeit mehrerer verteilter Knoten ein und realisiert die gemeinsame Ressourcenplanung und Datenübertragung (siehe Abbildung unten). Durch verteilte Bereitstellung und intelligente Zusammenarbeit werden einerseits Interferenzen effektiv eliminiert und die Signalempfangsqualität verbessert; andererseits wird die Netzabdeckung deutlich erhöht, wodurch Nutzern ein grenzenloses Nutzungserlebnis ermöglicht wird. Im zukünftigen 6G-Netz, insbesondere in höheren Frequenzbändern und bei dichter Netzausbau, wird diese Technologie großes Anwendungspotenzial entfalten.

▲Distributed ultra-large-scale MIMO diagram

Die Industrie hat die Vorteile von verteiltem MIMO zur Verbesserung der Kanalkapazität theoretisch nachgewiesen. Theoretische Analysen zeigen, dass die Leistung eines verteilten MIMO-Systems unter gleichen Bedingungen (gleiche Gesamtzahl der Antennen, gleiche Sendeleistung und gleiche Abdeckung) gleichmäßiger ist als die eines zentralisierten MIMO-Systems. Dies liegt daran, dass sich die verteilten Knoten stets in der Nähe der Nutzer befinden und eine intelligente Zusammenarbeit bei der Planung und Formung des Datenverkehrs genutzt wird. Insbesondere für Nutzer am Rand des Netzwerks ist der Leistungsgewinn deutlich höher.

Aufgrund der signifikanten Vergrößerung der Antennenfläche und der Anzahl der Knoten stellt verteiltes Ultra-Large-Scale-MIMO Herausforderungen an die Informationsaustauschfähigkeiten zwischen den Knoten, die gemeinsame Auswahl von Kollaborationsknoten und die Gestaltung von Verfahren zur Kanalformung, die algorithmische Komplexität, die Interferenzbehandlung usw. dar. Gleichzeitig stellt die kohärente gemeinsame Übertragung höhere Anforderungen an die Konsistenz der Sende- und Empfangskanäle zwischen den Knoten, und weitere Forschung zu Lösungen für die Kalibrierung der Luftschnittstelle ist erforderlich.

2. Intelligente Metasurface

Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS) steuern elektromagnetische Wellen mithilfe von Strukturelementen auf der Oberfläche. Durch die Anpassung der Parameter und Position jedes Strukturelements lassen sich Amplitude und Phasenverteilung beliebiger elektromagnetischer Wellenreflexionen bzw. -aussendungen steuern. Dies trägt wesentlich zur Lösung herkömmlicher Probleme der drahtlosen Kommunikation bei, wie z. B. fehlende Sichtverbindung und die Verringerung von Funklöchern.

Die Abbildung unten zeigt ein Systemdiagramm der drahtlosen Kommunikation mit RIS-Unterstützung. Die Basisstation steuert das RIS, welches Amplitude und Phase seiner Struktureinheiten entsprechend anpasst und so eine kontrollierte Reflexion des von der Basisstation gesendeten Signals erreicht. Im Vergleich zur herkömmlichen Relaiskommunikation kann RIS im Vollduplex-Modus arbeiten und bietet eine höhere Spektrumsnutzung. Da RIS keine Funkverbindungen und keine großflächige Stromversorgung benötigt, ergeben sich Vorteile hinsichtlich Energieverbrauch und Bereitstellungskosten.

3. Super-Nyquist-Übertragungstechnologie

In herkömmlichen Kommunikationssystemen wird zur Vermeidung von Intersymbolinterferenzen (ISI) üblicherweise das Nyquist-Kriterium angewendet, wodurch die übertragene Symbolrate begrenzt wird. Die Super-Nyquist-Übertragungstechnik weist laut Quellenangaben einen Fehler auf. Durch die Verwendung einer höheren Symbolrate, die künstliche Einführung von ISI während der Übertragung und den anschließenden Einsatz eines fortschrittlicheren Empfängers zur ISI-Eliminierung mittels Oversampling am Empfangsende (siehe Abbildung unten) werden die tatsächliche Übertragungsrate und die Spektrumsnutzung der Verbindung verbessert.

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

4. Transformieren Sie die Domänenwellenform

Die Wellenformtechnologie spielte in den vergangenen Generationen eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Luftschnittstelle drahtloser Kommunikationssysteme. Die Leistungsfähigkeit der in 4G- und 5G-Systemen verwendeten OFDM-Wellenformen hängt von der Orthogonalität ihrer Subträger ab. Wird diese Orthogonalität beispielsweise durch den Doppler-Frequenzversatz beeinträchtigt, sinkt die Leistungsfähigkeit häufig deutlich.

▲Schematisches Diagramm des Transformationsdomänen-Wellenformprinzips

▲Transform domain waveform and OFDM performance comparison

5. KI-gesteuerte physische Verbindungen

Seit der Einführung von 5G ist die Intelligenz drahtloser Netzwerke zu einem wichtigen Thema geworden, mit dem Ziel, Netzwerkressourcen effizienter zuzuweisen und zu nutzen. Als eine der Schlüsseltechnologien für intelligente drahtlose Netzwerke dringt die KI-Technologie in alle Ebenen des Kernnetzes, des Netzwerkmanagements sowie in die physikalische Schicht und den Protokollstapel des Zugangsnetzes vor. Die KI auf der physikalischen Schicht umfasst dabei im Allgemeinen technische Lösungen, die Methoden der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens nutzen, um die Funktionen der physikalischen Schicht drahtloser Netzwerke zu realisieren oder zu verbessern.

Künstliche Intelligenz (KI) findet vor allem in der CSI-Verarbeitung, im Empfängerdesign und im End-to-End-Link-Design auf der physikalischen Schicht Anwendung. Beispielsweise wird ein neuronales Netz im Deep Learning genutzt, um die komprimierte Darstellung hochdimensionaler CSI in der drahtlosen Kommunikation zu erlernen und so den CSI-Feedback-Overhead zu reduzieren. Ein künstliches neuronales Netz lernt die inverse Abbildung vom empfangenen Störsignal auf das Originalsignal, wodurch die explizite Kanalschätzung und -entzerrung entfällt. Die gemeinsame Optimierung von Sender und Empfänger in einer spezifischen Kanalumgebung ermöglicht es, nicht-ideale Effekte im Kanal zu erkennen und die Übertragungsleistung zu verbessern.

Der Einsatz von KI-Modulen als Ersatz für herkömmliche physikalische Schichtmodule im Sinne einer „Black Box“ wird jedoch kaum dazu führen, dass traditionelle Designs hinsichtlich der Leistung übertroffen werden. Die Kombination von Methoden der künstlichen Intelligenz mit menschlichem Expertenwissen ist hingegen ein vielversprechenderer Ansatz, der die Vorteile beider Ansätze nutzt. Um das Potenzial der KI zur Reduzierung von Aufwand und Komplexität voll auszuschöpfen, müssen Referenzsignale und die Zuweisung von Luftschnittstellenressourcen entsprechend ausgelegt und sogar modulübergreifend gemeinsam entwickelt werden. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf das bestehende Luftschnittstellen-Framework und das Signalisierungsdesign haben.

6. Plug-and-Play-Verbindungssteuerung

Das 6G-Mobilfunknetz benötigt automatische Abdeckungserweiterungsfunktionen, um eine umfassende dreidimensionale Netzabdeckung zu gewährleisten. Beim Beitritt eines neuen Netzbetreibers kann dieser sich schnell verbinden und die Abdeckung erweitern. Die Plug-and-Play-Verbindungssteuerungstechnologie umfasst folgende Aspekte:
Prozessbewusstsein: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. Adaptive QoS-Steuerung der Luftschnittstelle

Das 6G-Zeitalter wird ein stark datenbasiertes und intelligentes Zeitalter sein. Neue Dienste wie holografische Bildgebung, XR-Dienste sowie die Wahrnehmung und Interaktion im virtuellen Raum stellen extrem hohe Anforderungen an die Qualitätssicherung von 6G-Netzen.

Die adaptive QoS-Steuerung der Luftschnittstelle basiert auf durchgängigen QoS-Anforderungen. Sie gewährleistet die QoS-Qualität der Datenübertragung über die Luftschnittstelle unter Berücksichtigung der Echtzeit-Übertragungseigenschaften, der begrenzten Ressourcen der Luftschnittstelle, der Rückkopplungszeiten usw. Sie ist eine Schlüsseltechnologie für bedarfsgerechte Luftschnittstellendienste und effiziente Netzwerkfunktionen.

Die adaptive QoS-Steuerung der Luftschnittstelle umfasst folgende Aspekte:
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.
Mit Blick auf die Zukunft entwickeln sich die Geschäftsanforderungen an 6G-Netze stetig weiter. Der QoS-Mechanismus umfasst das Kernnetz, das Übertragungsnetz und das Zugangsnetz. Ein einheitlicher und mit dem Kernnetz, der Transportschicht und dem Zugangsnetz koordinierter QoS-Mechanismus ist eine Herausforderung, die zukünftig berücksichtigt werden muss.
03network enabling technologies

1. Leichtgewichtige Signallösung

Aus der Perspektive der Entwicklung von 2G über 3G und 4G zu 5G hat die kontinuierliche Erweiterung des Netzes und die zunehmende Komplexität zu komplexen und redundanten Netzwerkarchitekturen geführt. Gemäß den aktuellen Netzwerkentwicklungstrends wird die Komplexität des 6G-Netzes, das das Internet der Dinge unterstützt, exponentiell ansteigen. Leichtgewichtige Signalisierungslösungen sind daher für das 6G-Design unerlässlich.

Das 6G-Mobilfunknetz muss nach einem einheitlichen Signalisierungsschema konzipiert werden und verschiedene Luftschnittstellen-Zugriffstechnologien unter einheitlicher Signalisierungskontrolle integrieren, um eine einheitliche Steuerung der Luftschnittstelle zu erreichen und die Komplexität des Endgerätezugriffs auf das Netz zu reduzieren. Im Hinblick auf die Protokollstapelfunktionalität können differenzierte Protokollfunktionen in Betracht gezogen, die Verteilung der Protokollfunktionen und das Schnittstellendesign optimiert und KI-Technologien zur weiteren Verbesserung der Protokollfunktionen integriert werden.

In terms of network functions, 6G networks can be divided intoWide coverage of signaling layerundOn-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.

▲Leichte Signalsteuerung

2. End-to-End-Service-Design

Mit der tiefgreifenden Integration von DOICT-Technologien und dem Aufkommen zahlreicher neuer Dienste benötigen Betreiber Netzwerke, die schnell auf neue Anforderungen reagieren und Netzwerkdienste zügig bereitstellen können. Cloud-native Servicetechnologien sind eine wichtige Grundlage für diese Fähigkeiten und treiben die Weiterentwicklung von Protokollfunktionen hin zu einer serviceorientierten Architektur voran. Protokollfunktionen, die auf dieser Architektur basieren, können bedarfsgerecht ausgeführt werden. Die technischen Merkmale zeigen sich in folgenden Aspekten:

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.

• Die maximale Elastizität ermöglicht Reaktionen im Sekunden- oder sogar Millisekundenbereich;

• Der hochautomatisierte Planungsmechanismus ermöglicht eine starke Selbstheilungsfähigkeit;

• Die hohe Anpassungsfähigkeit ermöglicht großflächige, replizierbare Bereitstellungskapazitäten über Regionen, Plattformen und sogar Dienstanbieter hinweg.

Cloud-native Technologien senken die Einstiegshürde für Cloud Computing erheblich, ermöglichen die domänenübergreifende Zusammenarbeit zwischen Forschung und Entwicklung sowie Betrieb und Wartung, beschleunigen offene Iterationen und fördern Geschäftsinnovationen. Aktuell erleben Cloud-native Technologien einen rasanten Aufschwung, darunter Multi-Cloud-Container-Orchestrierung, Cloud-native Server, Cloud-native Speicher, Cloud-native Netzwerke, Cloud-native Datenbanken, Cloud-native Message Queues, Service Grids, Serverless Containers, Function as a Service (FaaS), Backend as a Service (BaaS) usw.

Telekommunikationsdienste stellen höhere Anforderungen an Leistung, geringe Latenz, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Gerätekosten. Daher müssen Cloud-native Technologien sich entsprechend den Eigenschaften von Telekommunikationsdiensten weiterentwickeln, um deren hohe Standards zu erfüllen.

3. Intelligente Sensorfunktion

Es gibt immer mehr cloudbasierte interaktive Dienste mit extrem niedriger Latenz und hoher Bandbreite für 6G. Die bestehende „geschichtete“ und „kaminartige“ Architektur der Anwendungsschicht, der Geschäftsübertragungsschicht und der Mobilfunknetzschicht führt zu längeren Datenpaketübertragungszeiten und einer Verschlechterung des Nutzererlebnisses.

Um eine präzise Echtzeit-Abstimmung der Übertragungskapazitäten von Geschäftsprozessen und der Netzwerkkapazitäten zu erreichen, ist es notwendig, hochpräzise Echtzeitmessungen und -rückmeldungen jeder Protokollschicht des End-to-End-Netzwerks einzuführen, um eine kollaborative Optimierung zu ermöglichen. Zudem sind intelligente Verarbeitungsfunktionen auf Netzwerkseite erforderlich, darunter intelligente Schätzungen und Prognosen. Zum einen werden die Mess- und Interaktionsdaten vorverarbeitet, um Dimensionsreduktion und Komprimierung zu erzielen. Zum anderen werden Abonnements und Benachrichtigungen entsprechend den Bedürfnissen der Anwendungs- und Übertragungsschicht durchgeführt, um die Netzwerkübertragungskosten zu senken.

4. Netzwerkautonomiesystem basierend auf digitalen Zwillingen

Die Technologie des digitalen Zwillings bezeichnet die Erstellung einer virtuellen Entität aus einer physischen Entität in der digitalen Welt mithilfe digitaler Mittel. Dadurch werden die dynamische Beobachtung, Analyse, Simulation, Steuerung und Optimierung der physischen Entität ermöglicht. Die Technologie des digitalen Zwillingsnetzwerks umfasst die Funktionsmodellierung, die Modellierung von Netzwerkelementen und Netzwerken, die Netzwerksimulation, Parameter- und Leistungsmodelle, automatisierte Tests, Datenerfassung, Big-Data-Verarbeitung, Datenanalyse, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, Fehlerprognose sowie Topologie- und Routing-Optimierung. Auf diese Weise können schwer lösbare Probleme in jeder Phase des Netzwerks zur Lösung in die digitale Welt übertragen werden, und die Autonomie des Netzwerks kann durch Überwachung, Prognose, Optimierung und Simulation erreicht werden.

▲Digital twins realize network autonomy

5. Deterministische Datenübertragung

Das Konzept des Determinismus wurde erstmals vom IEEE vorgeschlagen und standardisiert. Die IEEE 802.1 Working Group gründete 2007 die Audio Video Bridging (AVB) Task Group mit dem Ziel, HDMI, Lautsprecher und Koaxialkabel im Haushalt durch Ethernet zu ersetzen. Durch den erfolgreichen Einsatz des IEEE 802.1AVB-Standards in Studios, Sport- und Veranstaltungsstätten hat diese Technologie auch das Interesse der Industrie und der Automobilbranche geweckt.
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.
Wie oben dargestellt, wird die deterministische Übertragung in Festnetzen bereits seit 10 Jahren diskutiert, die Forschung dazu in Mobilfunknetzen steht jedoch noch am Anfang. Dies liegt hauptsächlich an folgenden Gründen: 1. Die Luftschnittstelle ist stark von der Umgebung beeinflusst, wodurch die Übertragungsqualität schwer vorherzusagen ist; 2. Es fehlt ein Mechanismus zur Gewährleistung einer durchgängigen deterministischen Übertragung.
Im 6G-Zeitalter wird die deterministische Datenübertragung zum charakteristischen Merkmal von 6G-Netzen werden und Eigenschaften wie begrenzte Verzögerung, geringen Jitter, hohe Zuverlässigkeit und hochpräzise Zeitsynchronisation ermöglichen. Zu den zu bewältigenden Herausforderungen gehören folgende Aspekte:
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. Programmierbares Netzwerk

Das 6G-Netz muss Netzwerkprogrammierbarkeit unterstützen und die Zusammenarbeit von Zugangs-, Rand-, Kern-, Weitverkehrs- und Datennetzen ermöglichen, damit das Telekommunikationsnetz über verschiedene Dienste, Anwendungsbereiche und den gesamten Lebenszyklus hinweg umfassend anpassbare Funktionen für jedes Szenario bietet. Netzwerkprogrammierbarkeit zeigt sich auf vielen Ebenen: von der Basis bis zur Spitze: programmierbare Chips (z. B. P4, POF), programmierbare FIBs (z. B. OpenFlow), programmierbare RIBs (z. B. BGP, PCEP), programmierbare Gerätebetriebssysteme, programmierbare Gerätekonfigurationen (z. B. CLI, NETCONF/YANG, OVSDB), programmierbare Controller und programmierbare Dienste (z. B. GBP, NEMO).
Zukünftige Netzwerke müssen Programmierbarkeitsfähigkeiten in vier Dimensionen aufweisen: Netzwerkelemente, Protokolle, Dienste und Management:
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.
Gleichzeitig besteht die übergeordnete Softwarearchitektur aus Modulen oder APIs mit klar abgegrenzten Funktionen, die es den Benutzern ermöglichen, diese Module neu zu organisieren oder Schnittstellen aufzurufen, um benutzerdefinierte Zwecke zu erreichen, wie z. B. Klassifizierung, Shaping, QoS usw. Die Netzwerkkomponenten der Geräte unterstützen die Programmierbarkeit, wodurch eine effiziente Unterstützung der Benutzeranpassung und der kontinuierlichen Weiterentwicklung neuer Protokolle ermöglicht wird.
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.

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