סקירה כללית של מחקר ופיתוח 6G עולמיים

01סקירה כללית

טכנולוגיית התקשורת הסלולרית התפתחה כעת לדור החמישי (5G). לאורך היסטוריית הפיתוח שלה, 2G/3G השיגה חיבורים ניידים בסיסיים, בעוד ש-4G, הפריסה הנפוצה ביותר, הביאה תפוקת נתונים עצומה באמצעות פופולריזציה של מסופים חכמים ושינתה את אורח חייהם של המשתמשים. 5G משכה תשומת לב רבה עוד לפני שהונפקה במלואו. מטרתה אינה רק לשפר את חוויית העסקים של המשתמשים המסורתיים, אלא גם לשלב תקשורת סלולרית עם תעשיות אנכיות כדי להרחיב מאוד את תחום עסקי התקשורת הסלולרית. למרות ש-5G עדיין נמצא בשלב הראשוני של הפריסה העולמית, ושיתוף הפעולה עם תעשיות אנכיות רק החל להתקדם, בעתיד, ככל שהפריסה והשירותים ימשיכו להתבגר, היא בוודאי תביא שגשוג לשוק התקשורת הסלולרית ותאיץ את תהליך הדיגיטציה של תעשיות שונות ואף את החברה כולה.

למרות שמדדים ויכולות המערכת של 5G שופרו מאוד, ותרחישי היישום הפכו מגוונים יותר ויותר, עדיין קיימות מגבלות. אל מול העתיד, עדיין קיימים כוחות מניעים עצומים לקידום האבולוציה המתמשכת של רשתות תקשורת סלולריות. מצד אחד, היא מונעת על ידי טכנולוגיות מתפתחות, כגון בינה מלאכותית, בלוקצ'יין, מחשוב ענן וטכנולוגיות ICT אחרות, כמו גם חומרים חדשים, אנטנות ותהליכים אחרים. מצד שני, עקב האבולוציה המתמשכת של הביקוש, עם פיתוח מסופים מגוונים ושיפור רמות הדיגיטציה בתעשיות שונות, הוצעו שירותים כגון הולוגרפיה, XR סוחף, אינטרנט מישושי ומפעלים חכמים, אשר לא רק דורשים שיפורים במדדי ביצועים מסורתיים כגון מהירות, השהייה, מספר חיבורים וכיסוי, אלא גם מביאים ממדים חדשים של ביקוש לתפיסה, מיקום ואבטחה. לכן, מחקר על החזון, הצרכים והטכנולוגיה של הדור הבא של תקשורת סלולרית בוצע בהדרגה. עקב השינויים העצומים והערך הכלכלי הנוסף שמביא 5G לחברה, מדינות תחרותיות ורשתות תעשייתיות ברחבי העולם מייחסות חשיבות רבה לטכנולוגיית תקשורת סלולרית. לא רק ארגוני תקינה גדולים, האקדמיה ואפילו מוסדות ותעשיות לאומיות רלוונטיות רבות החלו במחקר מקדים, במטרה ליצור מערכת טכנית בוגרת ב-10 השנים הקרובות, כלומר בשנת 2030, כדי שתוכל ליצור מערכת טכנולוגית בוגרת שתענה על צרכים עסקיים חדשים תוך שיפור התחרותיות שלה.

מאמר זה, המתמקד בדור הבא של תקשורת סלולרית, דהיינו מערכת 6G, סוקר את רקע המחקר וההתקדמות הקשורה של ארגוני תקינה גלובליים גדולים, ארגונים אזוריים ולאומיים, ומוסדות מחקר אוניברסיטאיים, מנתח את כיווני הטכנולוגיה הפוטנציאליים הנוכחיים בצד האלחוטי ובצד הרשת ואת היתרונות הטכניים שהם מביאים, ולבסוף מסכם את התקדמות ה-6G ומציג מחשבות על חזון ה-6G וכיוון הפיתוח הכללי.

02סטטוס מחקר 6G עולמי

2.1 ארגונים בינלאומיים ואזוריים

2.1.1 איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU)

The Telecommunications Standardization Sector Study Group 13 (ITU-T SG13) under the International Telecommunications Union is committed to future network research and established the NET-2030 Network Focus Group in July 2018 to explore network service needs for 2030 and beyond. The focus group has three sub-groups, including application scenarios and requirements, network services and technologies, and architecture and infrastructure. It released two white papers in 2019, focusing on application scenarios and new service capabilities of the 2030 network. It proposed a variety of new scenarios such as holographic and tactile Internet, as well as current network gaps and services that require the most attention in future networks.

בנוסף, קבוצת העבודה 5D של מגזר תקשורת הרדיו (ITU-R WP5D) תחת ה-ITU השיקה עבודת מחקר לשנת 2030 והעתיד (6G) בפגישה שנערכה בז'נבה, שוויץ, בפברואר 2020. בפגישה גיבשנו לוח זמנים ראשוני למחקר 6G, הכולל דוחות מחקר על מגמות טכנולוגיות עתידיות, הצעות לחזון טכנולוגי עתידי וצמתי תכנון חשובים אחרים. בפגישה זו, ITU החלה בכתיבת "דוח מגמות טכנולוגיות עתידיות", אשר מתוכנן להסתיים ביוני 2022. הדו"ח מתאר את כיוון האבולוציה הטכנולוגית של מערכות IMT לאחר 5G, כולל טכנולוגיית האבולוציה של IMT, טכנולוגיית יעילות ספקטרלית גבוהה ופריסה. בנוסף, מתוכנן גם להשיק את "הצעת חזון טכנולוגי עתידית" במחצית הראשונה של 2021 ולהשלימה עד יוני 2023. הצעה זו מכילה את המטרות הכוללות של מערכת IMT לשנת 2030 והעתיד, כגון תרחישי יישום, יכולות מערכת עיקריות וכו'. נכון לעכשיו, ה-ITU טרם קבעה את תוכנית הפיתוח לתקן 6G.

2.1.2 המכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה (IEEE)

באוגוסט 2018, IEEE השיקה מחקר רשתות עתידיות במטרה "להגשים את 5G ומעבר לו". ב-25 במרץ 2019, התקיימה בפינלנד ועידת ה-6G האלחוטית הראשונה בעולם בחסות IEEE. נציגים רבים מהתעשייה והאקדמיה פרסמו את התובנות והחידושים האחרונים בנושא 6G, ודנו באתגרים התיאורטיים והמעשיים שיש להתמודד איתם כדי לממש את חזון 6G. המאמרים והדוחות של הכנס כיסו טכנולוגיות רבות כגון דמיון תרחישי 6G, גלי מילימטר וטרה-הרץ, חיבורים חכמים, בינה מלאכותית בקצה, תקשורת אלחוטית של מכונות ועוד. ועידת ה-6G האלחוטית השנייה נערכה גם היא באינטרנט בשנת 2020, עם נאומי מפתח, פגישות טכניות והדגמות קשורות של התעשייה, מפעילים, חוקרים ממוסדות מחקר ובעלי עניין. ועידת 6G היא אירוע טכנולוגי עולמי, שמטרתו להבהיר את החזון וכיוון הפיתוח של 6G באמצעות מאמצים משותפים של תעשיות שונות.

2.1.3 פרויקט שותפות דור שלישי (3GPP)

הגרסה הנוכחית של 3GPP הנמצאת בפיתוח, R17, עדיין מהווה אבולוציה ושיפור של תכונות 5G, אך קבוצת הביקוש SA1 החלה בפרויקטים קשורים לשירותים עתידיים, כולל רשתות חכמות, תקשורת מגע וכו', אשר צפויים לעבור בצורה חלקה לדור הבא של מערכות תקשורת ניידות. על פי ההתקדמות והתוכניות הנוכחיות, 3GPP ככל הנראה תתחיל לעבוד על חזון, טכנולוגיה ודרישות 6G ב-R19 (2023), ותתחיל לעבוד על סטנדרטיזציה של 6G ב-R21 או בשלבים מאוחרים יותר.

2.1.4 ספינת דגל 6G

חברת הדגל 6G, בחסות קונסורציום פיני ובראשות אוניברסיטת אואולו, הוקמה בשנת 2019 ומחויבת לספק טכנולוגיית תקשורת סטנדרטית עם "חיבורים אלחוטיים כמעט מיידיים וללא הגבלה". בספטמבר 2019, היא פרסמה נייר עמדה "מניעים מרכזיים ואתגרי מחקר עבור בינה אלחוטית בכל מקום של 6G", אשר ענה בתחילה על שאלות כיצד 6G ישנה את חייהם של אנשים, אילו תכונות טכניות יש לה ואילו קשיים טכניים יש לפתור. התוכן כולל את חזון 6G, הכוח המניע, היישומים והשירותים. כיוון המחקר האלחוטי מתמקד בבינה מלאכותית, גישה חדשה ללא הרשאה, עיצוב אותות, אפנון אנלוגי, משטחים חכמים בקנה מידה גדול וכו'. כמו כן מנותחות ההתקדמות והקושי של חומרה אלחוטית. כיוון המחקר ברשת מתמקד ביצירת שרשרת אמון.

2.2 פרספקטיבה לאומית ופריסה

2.2.1 欧盟

האיחוד האירופי השיק התייעצות בנוגע לפרויקט מחקר ופיתוח טכנולוגיית תקשורת סלולרית דור שישי (6G) בשנת 2017, במטרה למסחור את טכנולוגיית 6G בשנת 2030. במקביל, האיחוד האירופי השיק פרויקט מחקר טכנולוגי בסיסי בן שלוש שנים בתחום 6G. המשימה העיקרית היא לחקור טכנולוגיית קידוד תיקון שגיאות קדמי מהדור הבא, קידוד ערוצים מתקדם וטכנולוגיית אפנון ערוצים שניתן להשתמש בה ברשתות תקשורת 6G. ארגון Horizon 2020 של האיחוד האירופי ישיק גם פרויקט מחקר 6G בנושא "רשתות ושירותים חכמים", הנמצא כעת בשלבי הדגמה ראשוניים ומחקר מקדים.בנוסף, האיחוד האירופי מממן באופן פעיל אוניברסיטאות ומוסדות מחקר, כולל המרכז הלאומי למחקר טכני של פינלנד ואוניברסיטת אואולו, תוך התמקדות בתרחישי יישומים עתידיים וכיוונים טכניים כגון טרה-הרץ, גישה אלחוטית בפס רחב, אינטליגנציית קצה וקודקים.

2.2.2 美国

ממשלת ארה"ב מייחסת חשיבות רבה לטכנולוגיית 6G וממשיכה להשקיע מאמצים בתחומי טכנולוגיות האינטגרציה של טרה-הרץ ואוויר-מרחב-קרקע. במרץ 2019, ה-FCC פרסמה את הקצאת הספקטרום בתחום תדר הטרה-הרץ בארצות הברית: 95 גיגה-הרץ עד 3 גיגה-הרץ. היא מאמינה ש-6G יתקדם לעבר עידן תדרי הטרה-הרץ. ככל שהרשת הופכת צפופה יותר, שלוש טכנולוגיות עיקריות, כולל טכנולוגיית שיתוף ספקטרום דינמית וטכנולוגיית ריבוב מרחבי המבוססת על THz ובלוקצ'יין, הופכות למגמות טכנולוגיות חדשות. אוניברסיטת ניו יורק, אוניברסיטת קליפורניה ווירג'יניה טק בארצות הברית עורכות כולן עבודת מחקר מקדימה בטרה-הרץ ובכיוונים אחרים של 6G. בנוסף, Space-X, OneWeb, Amazon וכו' השיקו תוכניות אינטרנט לווייני כטכנולוגיות מאפשרות פוטנציאליות עבור 6G עתידי.

2.2.3 日本

ממשלת יפן מתכננת לגבש אסטרטגיית פיתוח מקיפה ל-6G עתידית באמצעות שיתוף פעולה ציבורי-פרטי. משרד הכלכלה, המסחר והתעשייה הקים קרן בסכום כולל של 220 מיליארד יואן להקמת פרויקט לאומי מרכזי בעדיפות גבוהה ולהשקת מחקר ופיתוח בתחום ה-6G. בראשות נשיא אוניברסיטת טוקיו, וענקיות טכנולוגיה כמו טושיבה מספקות תמיכה טכנית. ליפן יש כיום יתרון ייחודי בתחום הטרה-הרץ, והיא מפרטת את טכנולוגיית הטרה-הרץ כראשונה מבין "עשרת היעדים האסטרטגיים המרכזיים של טכנולוגיות עמוד העמוד הלאומי". קבוצת NTT קידמה את פיתוחן של שתי טכנולוגיות B5G ו-6G, טרה-הרץ ותנע זוויתי מסלולי. בנוסף, יפן תשתמש גם ב"מוליכים למחצה אופטיים" כטכנולוגיית עיבוד מידע לתמיכה ב-6G. NTT מסרה כי תשתף פעולה עם 65 חברות ותשאף להשיג ייצור המוני של מוליכים למחצה אופטיים עבור 6G עד 2030.

2.2.4 韩国

מחקר ה-6G של דרום קוריאה מרוכז בעיקר במוסדות מחקר אוניברסיטאיים ומפעלים, כולל סמסונג, SK, LG Electronics, המכון המתקדם למדע וטכנולוגיה של קוריאה ועוד. ביניהם, LG Electronics שיתפה פעולה עם המכון המתקדם למדע וטכנולוגיה של קוריאה כדי להקים מרכז מחקר 6G; המכון לאלקטרוניקה ותקשורת חתם על מזכר הבנות עם אוניברסיטת אואולו בפינלנד לפיתוח טכנולוגיית רשת 6G. SK Telecom חתמה על הסכמים עם נוקיה הפינית ואריקסון השוודית לחיזוק שיתוף הפעולה במחקר ופיתוח רשתות 6G. ביוני 2019, סמסונג הקימה מרכז מחקר לתקשורת מתקדמת והחלה במחקר על רשתות 6G. ביולי 2020, סמסונג פרסמה נייר עמדה בנושא חזון 6G "6G: חוויית ההיפר-מחוברת הבאה לכולם", המכסה את חזון ה-6G של סמסונג, מגמות האבולוציה, תרחישי יישומים, דרישות אינדיקטורים, טכנולוגיות מועמדות ולוח זמנים צפוי לתקינה.

2.2.5 中国

בנובמבר 2019, קיים משרד המדע והטכנולוגיה פגישת פתיחה לעבודות מחקר ופיתוח טכנולוגיית 6G והודיע ​​על הקמת קבוצת עבודה לאומית לקידום מחקר ופיתוח טכנולוגיית 6G וקבוצת מומחים כוללת. ביניהם, קבוצת העבודה לקידום אחראית על קידום יישום עבודות מחקר ופיתוח טכנולוגיית 6G; קבוצת המומחים הכוללת אחראית על הצעת הצעות למערך מחקר טכנולוגיית 6G והדגמות טכניות, ומתן ייעוץ והצעות להחלטות מרכזיות. משרד התעשייה וטכנולוגיית המידע הקים גם קבוצת מחקר 6G בשנת 2019, ששמה שונה מאוחר יותר ל-IMT-2030. היא אספה כוחות מהתעשייה ומאוניברסיטאות, כיסתה ביקוש, טכנולוגיות אלחוטיות ורשת, וחיזקה את דרישות החזון והמחקר הטכנולוגי, במטרה להבהיר רעיונות וכיוונים מרכזיים לקידום 6G.

03כיווני מחקר פוטנציאליים

מחקר על תקשורת סלולרית מהדור הבא הוא בלתי נפרד מדיון בטכנולוגיות חדשות וארכיטקטורות רשת חדשות. פרק זה ממיין את סדרי העדיפויות המחקריים הנוכחיים של ארגונים, אוניברסיטאות ומוסדות מחקר גדולים, ומחלק אותם לשלוש קטגוריות: ספקטרום חדש, טכנולוגיית צד אלחוטי חדשה, וארכיטקטורת רשת חדשה ויכולות רשת. הוא מציג בעיקר את המאפיינים הטכניים ואת הצורך במערכות 6G מכוונות, ומספק מקור בסיסי לעבודות מחקר נרחבות ושיטתיות יותר.

3.1 ספקטרום חדש
בעתיד, סוגי העסקים והמשתמשים יהפכו מגוונים יותר, ודרישות ביצועי הרשת יהפכו גבוהות יותר ויותר. כיום, משאבי תדרים בתדר נמוך נפוצו בהדרגה, כך שהרחבת הספקטרום לפסים גבוהים יותר תהפוך לכיוון המחקר של 6G. הספקטרום שמושך כיום יותר תשומת לב מצד התעשייה כולל פסי תדר טרה-הרץ ואור נראה.

טרה-הרץ מתייחס לפס התדרים מ-100 גיגה-הרץ עד 10 טהרנץ, עם טווח אורכי גל של 0.03~3 מ"מ. זוהי קרינה אלקטרומגנטית בין גלי רדיו לגלי אור. יש לה את המאפיינים של נשיאת מידע עשיר, רוחב פולס של תת-פיקו-שנייה, קוהרנטיות מרחבית-זמנית גבוהה, אנרגיית פוטונים נמוכה, חדירה חזקה, בטיחות גבוהה בשימוש, כיווניות טובה ורוחב פס גבוה. ניתן לחלק יישומי תקשורת טרה-הרץ לשתי קטגוריות על סמך מרחק הכיסוי. יישומי כיסוי למרחקים ארוכים כוללים תקשורת קדמית/אחורית אלחוטית בעלת קיבולת גדולה, מרכזי נתונים אלחוטיים, יישומי חלל וכו'. מרחק הכיסוי הוא בסדר גודל של מאות מטרים עד קילומטרים. יישומים של כיסוי למרחקים קצרים כוללים תקשורת נקודה לנקודה לטווח קצר, תקשורת שבבים, ניטור בריאות ואינטרנט של הדברים בקנה מידה ננומטרי וכו', עם כיסוי הנע בין מילימטרים למטרים. הנושאים המרכזיים במחקר טרה-הרץ הנוכחי הם פיתוח התקני ליבה ותכנון ממשק אוויר גמיש ודינמי.

ספקטרום פס האור הנראה הוא 420~780 טי-הרץ, וטווח אורכי הגל הוא 380~780 ננומטר. ניתן להשתמש בו ללא אישור. לתקשורת אור נראה יתרונות של שילוב תאורה ותקשורת, היעדר הפרעות אלקטרומגנטיות, והיותה ירוקה וידידותית לסביבה. לכן, VLC הוא אמצעי חשוב לפתרון בעיית ההתערבות בבתים קרובים ונחשב לטכנולוגיה אופציונלית עבור מערכות תקשורת עתידיות. תרחישי היישומים העיקריים של VLC כוללים גישה אלחוטית פנימית, מיקום פנימי, ניווט פנימי, תחבורה חכמה, יישומים בתחום התעופה, שיתוף נתונים בין מכשירים, העברת מידע בקצב גבוה, תקשורת תת-ימית, אבטחת מידע וכו'. עם זאת, שרשרת תעשיית התקשורת הנוכחית של אור נראה אינה בוגרת מספיק, וצוואר הבקבוק טמון בהתקני משדר-מקלט אור נראה של מסופים ניידים.

3.2 טכנולוגיית צד אלחוטית חדשה

3.2.1 משטחים חכמים גדולים

במערכות ניידות קודמות, טכנולוגיות אלחוטיות רבות הוקדשו להתאמה טובה יותר לסביבת הערוץ האלחוטי המשתנה ושימוש בעיצובי משדר-מקלט אופטימליים (כגון סכמות צורת גל, סכמות קידוד, מנגנוני שידור בזמן-תדר ובמרחב וכו') כדי לשפר את קיבולת המערכת. בעבר, השליטה בגלים אלקטרומגנטיים הוגבלה למשדרים ולמקלטים. עם זאת, בשנים האחרונות, הופעתם של מטא-משטחים חכמים אפשרה לשלוט בגמישות במאפיינים האלקטרומגנטיים של סביבת הערוץ, מה שמשך תשומת לב רבה מצד האקדמיה והתעשייה. מטא-משטח חכם הוא מבנה משטח אלקטרומגנטי מלאכותי בעל תכונות אלקטרומגנטיות ניתנות לתכנות, המורכב בדרך כלל מחומרים מטא-מתכנתים חדשים. מטא-משטחים חכמים יכולים לווסת גלים אלקטרומגנטיים באופן פעיל וחכם באמצעות קידוד דיגיטלי, וליצור שדה אלקטרומגנטי עם משרעת, פאזה, קיטוב ותדר ניתנים לשליטה. מנגנון זה מספק ממשק בין העולם האלקטרומגנטי הפיזי של מטא-משטחים חכמים לעולם הדיגיטלי של מדעי המידע. היתרונות של טכנולוגיית מטא-משטחים חכמים כוללים גם צריכת אנרגיה נמוכה, עלות חומרה נמוכה, חוסר הפרעה עצמית, תצורה גמישה ויישום רחב. הוא יכול לשלוט בקרני אלקטרומגנטיות בזמן אמת באמצעות החזרה, שידור, פיזור וכו' בהתאם לתרחישי יישום שונים, לשנות את הסביבה האלחוטית, לשפר את איכות האות השימושית, ובכך להשיג את המטרה של שיפור הכיסוי, שיפור קיבולת המערכת ופישוט התכנון. הוא אטרקטיבי במיוחד לפיתוח תקשורת ניידת עתידית.

3.2.2 קידוד וצורות גל חדשים

באבולוציה הקודמת של מערכות ניידות, מ-4G ל-5G, קצב השיא גדל ביותר מפי 10. ניתן לחזות שבדור הבא של מערכות ניידות, מגמת צמיחת הקצב עדיין תישמר או אף תואץ. דרישת תפוקת הפענוח מגיעה ליותר מ-100 ג'יגה-ביט לשנייה, ויש צורך לעצב מחדש את אלגוריתם הפענוח וקוד תיקון השגיאות כדי לשפר את הקבלה של הפענוח. במקביל, דרישות האמינות עולות בהדרגה, מה שמחייב קידוד בעל רמת שגיאה נמוכה יותר ולייעל עיצובים קשורים. טכנולוגיות קידוד הנחקרות כיום כוללות טכנולוגיית קידוד ספינלי, טכנולוגיית אפנון אינדקס וקידוד מקדים לא ליניארי. במקביל, גם בינה מלאכותית מושכת בהדרגה תשומת לב בקידוד. בנוסף, במערכות 5G, ניתן להתאים גמישות את עיצוב צורות הגל לתרחישי יישום שונים. בעתיד, 6G יתמוך בתרחישים ובשירותים מורכבים יותר, וגם מדדי הביצועים ישתפרו מאוד. העיצוב וההכנסה של צורות גל חדשות הם הכרחיים. המחקר הנוכחי כולל תכנון המבוסס על צורות גל לא אורתוגונליות, תכנון צורות גל מסוג טרנספורמציה ועוד. קידוד וצורות גל חדשים ימלאו תפקיד חשוב במערכות עתידיות והם כיוונים טכניים שיש לחקור.

3.3 New networking architecture and network capabilities

3.3.1 שילוב של חלל, קרקע, אוויר וים

תקשורת לוויינית ממלאת תפקיד חיוני בשיפור החיים בכלכלה הדיגיטלית של ימינו. בהשוואה לרשתות יבשתיות, לרשתות לווייניות יש כיסוי מלא על פני השטח של כדור הארץ, ניידות מתקדמת, אבטחה ואמינות גבוהות, וערבויות עיכוב שידור למרחקים ארוכים. שילוב של לוויינים, מטוסים ורשתות קרקעיות להשגת חיבור רשת תלת-ממדי והטרוגני יכול להשיג הפצת מידע ואינטראקציה רחבת טווח, בעלת קיבולת גדולה וחיבורים עצומים, לעמוד בתרחישים מיוחדים כגון חיבורים מוגבלים באזורים כפריים, חיבורים במרחב האווירי והים, וניהול אסונות, להשיג כיסוי חלק עולמי ומסירה חסרת משמעות, ולספק ערבויות לכיסוי ודרישות חיבור של תקשורת סלולרית מהדור הבא. האתגרים הטכניים העומדים בפני המערכת הטכנית הנוכחית כוללים שינויים דינמיים ביותר בקישורי השידור, התנהגות מרחבית-זמנית מורכבת של הרשת, והבדלים גדולים בקני מידה עסקיים הטרוגניים. פריצות דרך טכנולוגיות ברשתות משולבות בו-זמניות באוויר, בחלל ובקרקע, תורת השידור, תזמון אופטימלי ושיתוף פעולה חכם דורשים גם פריצות דרך טכנולוגיות גדולות.

3.3.2 רשת דטרמיניסטית

רשת דטרמיניסטית (DetNet - רשת דטרמיניסטית) הייתה במקור טכנולוגיה שסייעה לממש את השינוי של רשתות IP מ"מאמץ מיטבי" ל"דייקנות, מדויקות ומהירות", תוך שליטה והפחתת השהייה מקצה לקצה. היא כוונה בתחילה לתעשיות אנכיות כמו תעשייה, אנרגיה ואינטרנט של כלי רכב, בעלות דרישות גבוהות במיוחד להשהיית רשת נמוכה, אמינות ויציבות. תקן TSN הנוכחי שפותח על ידי IEEE מספק את הדטרמיניזם של Ethernet, וקבוצת העבודה לרשת דטרמיניסטית שהוקמה על ידי IETF מחויבת להרחיב את הטכנולוגיה שפותחה ב-TSN לנתבים ולהרחיב את קנה המידה של הרשת. בעתיד, ככל שמסופים ניידים וסוגי השירותים שהם נושאים הופכים מגוונים יותר, דרישות "דטרמיניסטיות" כגון סנכרון זמן מדויק, השהיית גבול עליון מוחלטת מקצה לקצה ומסירת מנות נתונים אמינה במיוחד ללא הפסדים יהפכו לדרישות של הדור הבא של מערכות ניידות. הצד האלחוטי הוא המפתח להשגת ודאות מקצה לקצה במערכות ניידות. שידור אלחוטי מושפע בקלות מהסביבה, וקשה להבטיח את איכות השידור. בעידן ה-5G, תקני 3GPP גיבשו תוכנית לשילוב של TSN ו-5G. מערכת ה-5G משמשת כגשר TSN והארכיטקטורה משולבת בצורה של קופסה שחורה. עם זאת, השתיים עדיין הן מערכות עצמאיות וקשה להבטיח באופן מלא את ביצועי ה-TSN. בעתיד, בדור הבא של מערכת התקשורת הסלולרית, מאפייני העסק יילקחו בחשבון במלואם כדי להפוך את התמיכה המקורית של 6G לדטרמיניסטית. יש צורך לשפר עוד יותר את הפתרונות הטכניים הרלוונטיים ואת ארכיטקטורת המערכת.

3.3.3 תוכנה לענן

‏Cloud native פירושו שיישומים נפרסים על שרתי ענן ובעלי מאפיינים של קונטיינריזציה, מיקרו-שירותים, אספקה ​​רציפה ו-DevOps. טכנולוגיות אלו יכולות לבנות מערכת רופפת, עמידה בפני תקלות, קלה לניהול וקלה לתצפית. בעידן ה-5G, רשת הליבה מבוססת על ארכיטקטורה מוכוונת שירותים, מה שמקל על יישום פונקציות רשת באמצעות שרתים למטרות כלליות והשגת אפקטים של ענן במרכזי נתונים. עם זאת, פריסת רשת הליבה הנוכחית של 5G עדיין אינה כוללת תכונות כמו קונטיינריזציה ומיקרו-שירותים. בעתיד, על מנת לבנות שירותי רשת גמישים, ניתנים להרחבה, חדשנות מהירה ושירותי רשת מקוונים, Cloud native יכול להיות פתרון מתאים. למרות שמכשירים אלחוטיים מסורתיים ברשתות סלולריות תמיד היו סגורים מאוד, ולפונקציות הרשת יש דרישות גבוהות ביותר לביצועים בזמן אמת, המחקר והחקירה הקשורים לרשתות סלולריות ענן-ילידיות מתקדמים. ההערכה היא שככל שהטכנולוגיה והתעשייה ימשיכו להתבגר, יתרונותיה ינוצלו במלואם בעתיד לבניית ארכיטקטורת רשת חדשה גמישה וגמישה.

3.3.4 אינטליגנציה נפוצה

השגשוג המתמשך של הבינה המלאכותית מחולל מהפכה בכל ענף טכנולוגי, ושילוב בינה מלאכותית עם רשתות סלולריות מהדור הבא הפך למגמה בלתי ניתנת לעצירה. כיום, רוב הדרכים לשלב בינה מלאכותית בתחום התקשורת הן שימוש באיסוף נתונים ובאלגוריתמים של בינה מלאכותית כדי לייעל את העסק לאחר פריסת המערכת, אך מידת והיקף היישום שלה נמוכים. בעתיד, עם ההתפתחות המתמשכת של ארכיטקטורת הרשת ופיתוח חיבורים נפוצים, ניתן יהיה לשלב בינה מלאכותית בצורה הדוקה יותר עם כל היבט של הרשת. היא לא רק תיפרס בענן, אלא גם תחדור לצדדי הקצה והטרמינל. היא לא תשמש רק לאופטימיזציה חכמה של שירותים ספציפיים, אלא גם תשולב באופן נרחב יותר עם תכנון המערכת, כולל פריסת רשת, תכנון אלגוריתמים והקצאת כוח מחשוב. בינה מלאכותית תוטמע באופן נרחב יותר ברשת כדי להשיג נוכחות חכמה אמיתית ולשפר באופן מקיף את יכולות הרשת הסלולרית העתידיות.

3.3.5 אבטחה אנדוגנית

חזונות עסקיים וארכיטקטורות רשת חדשות עתידיות, כולל XR אימרסיבי, הולוגרפיה, חיבורים משולבים בכל מקום בין אוויר לקרקע, בינה מלאכותית וכו', יציגו נקודות תקיפה רבות יותר ויביאו אתגרים נוספים לאבטחה. מודל הגנת האבטחה המסורתי הוא מסוג טלאי, כלומר, לאחר בניית המערכת, באמצעות תכנון אבטחה מבודד, הערמה וחיזוק, זהו מודל הגנה פסיבי, שאינו יעיל ואינו כלכלי. לכן, רשתות סלולריות עתידיות חייבות לחקור מודלים חדשים של אבטחה. אבטחה אנדוגנית מבוססת על תכונות כמו לכידות, שיתוף פעולה ומקוריות, מה שהופך את האבטחה למאופיינת ביצירה מקורית ואבולוציה סימביוטית. אבטחת הרשת מנוהלת באמצעות צבירה של פרוטוקולי אבטחה ומנגנוני אבטחה שונים. יחד עם זאת, ליכולות הגנת האבטחה יש כוח מניע עצמאי להסתגל לשינויים ברשת באופן סינכרוני או אפילו באופן פרוספקטיבי, על מנת להפיק את ההגנה החזקה הטבועה ברשת. היא כבר אינה תגובה פסיבית לאיומי אבטחה ויכולה למלא תפקיד חשוב ברשת 6G העתידית.

04לסכם

רשת 6G היא רשת שתכוון לשנת 2030 ואילך. למרות שהיא נמצאת כעת בשלבי המחקר הראשוניים, עדיין ניתן לראות אותה לראשונה ממגמות האבולוציה של העסקים והטכנולוגיה. רשת 6G צריכה לתמוך ברוחב פס גבוה יותר, ודאות מחמירה יותר, כיסוי רחב ועמוק יותר של שירותים עתידיים, ובמקביל, לשקול מתן שירותי רשת חכמים, בטוחים וגמישים יותר. מאמר זה מפרט את ההתקדמות ואת הכיוונים הטכניים הפוטנציאליים של מוסדות מחקר עבור 6G. למרות שמסלול ה-6G הנוכחי אינו ברור עדיין, והכיוונים הפוטנציאליים טומנים בחובם בעיות גם בתיאוריה, ביישום פיזי וברשתות. עם זאת, עם ההשקעה המתמשכת במחקר מדעי וההתקדמות המתמשכת של התעשייה, ההערכה היא שהדור הבא של מערכות תקשורת ניידות בהחלט יביא שינויים ממדיים נוספים וחתרנות עמוקה יותר!

הפניות

【1】Dang S, Amin O, Shihada B, et al. מה צריך להיות 6G?[J]. Nature Electronics，2020（3）：20-29.
【2】קלאוס ד , הנדריק ב . חזון ודרישות 6G: האם יש צורך ב-Beyond 5G?[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2018, 13(3):72-80.
【3】Yastrebova A, Kirichek R, Koucheryavy Y, et al. Future Networks 2030: Architecture & Requirements[C]// קונגרס בינלאומי בנושא מערכות וסדנאות טלקומוניקציה ובקרה אולטרה מודרניות. 2019.
【4】נייר לבן. מנהלי התקנים ואתגרי מחקר עבור מודיעין אלחוטי 6G בכל מקום.2019
【5】גאו פאנג, לי מנגווי. אוניברסיטת אואולו בפינלנד פרסמה נייר עמדה המציע בתחילה את חזון ה-6G ואתגריו [J]. מדע וטכנולוגיה סין, 2019(12).
【6】ליו ג'ונפנג, ליו שואו, פו שיאוג'יאן ואחרים. מטא-חומרים ומטא-משטחים של מידע טרהרץ [J]. כתב העת למכ"ם, 2018.
【7】ליו יאנג, פנג מוגן. אבטחה אנדוגנית 6G: ארכיטקטורה וטכנולוגיות מפתח [J]. מדעי התקשורת, 2020(1):11-20.
【8】Zhang X, Wang J, HV המסכן. מודל הפרעות ומקסום מידע הדדי מעל 6G THz Wireless Ad-Hoc Nano Networks[C]// GLOBECOM 2020 - 2020 IEEE Global Communications Conference. IEEE, 2020.
【9】שיה שא, לי האורן, לי לינגשיאנג ואחרים. סקירת מחקרים על טכנולוגיית תקשורת טרה-הרץ עבור רשתות 6G [J]. תקשורת ניידת, 2020(6):36-43.
【10】Yu M, Tang A, Wang X, et al. תזמון משותף והקצאת חשמל עבור רשתות 6G Terahertz Mesh[C]// כנס בינלאומי 2020 למחשוב, רשת ותקשורת (ICNC). 2020.
【11】לי שין, וואנג צ'יאנג. דיון על התקדמות המחקר של 6G וסיכויי היישום של טכנולוגיות מפתח [J]. Telecommunications Express, 2020, מס' 593(11):10-13.
【12】You X, Wang CX, Huang J, et al. לקראת רשתות תקשורת אלחוטיות 6G: חזון, טכנולוגיות מאפשרות ושינויי פרדיגמה חדשים[J]. מדע סין. מדעי המידע, 2021, 64(1).
【13】Chen S, Liang YC, Sun S, et al. חזון, דרישות ומגמת טכנולוגיה של 6G: כיצד להתמודד עם האתגרים של כיסוי מערכת, קיבולת, קצב נתוני משתמש ומהירות תנועה[J]. תקשורת אלחוטית IEEE, 2020.
【14】Guang Y, Liu Y, Huang N, et al. חזון, דרישות וארכיטקטורת רשת של רשת סלולרית 6G מעבר לשנת 2030[J]. 中国通信, 2020, 17(9):100-112.
【15】רוט SP. תקשורת אלחוטית 6G: החזון, הכדאיות, היישום, הדרישה, הטכנולוגיות, המפגשים והמחקר שלה[C]// הכנס הבינלאומי ה-2020 של 11 בנושא טכנולוגיות מחשוב, תקשורת ורשתות (ICCCNT). 2020.
【16】Zhang Z, Xiao Y, Ma Z, et al. רשתות אלחוטיות 6G: חזון, דרישות, ארכיטקטורה וטכנולוגיות מפתח[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2019 (99):1-1.
【17】Chowdhury MZ, Shahjalal M, Ahmed S, et al. מערכות תקשורת אלחוטיות 6G: יישומים, דרישות, טכנולוגיות, אתגרים וכיווני מחקר[J]. IEEE Open Journal of the Communications Society, 2020, PP(99):1-1.