Il 6G nel 2030: 5 tendenze principali, 13 tecnologie chiave

Il 5G è ormai pienamente commercializzato. Con la sua continua diffusione in diversi settori verticali, le idee per il 6G si fanno sempre più concrete. Guardando al 2030 e oltre, il 6G supporterà pienamente la digitalizzazione del mondo intero, basandosi sul 5G e combinandosi con lo sviluppo dell'intelligenza artificiale e di altre tecnologie, per realizzare la disponibilità onnipresente dell'intelligenza, potenziando ogni cosa e promuovendo la transizione della società verso un mondo di "gemello digitale" che integri virtualità e realtà, concretizzando così la splendida visione di "gemello digitale e intelligenza onnipresente".

Around this overall vision, 6G networks willEnjoy life intelligently,Produzione intelligente,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.

Questi scenari richiederanno velocità di picco a livello di terabit, latenza inferiore al millisecondo, velocità mobili superiori a 1,000 km/h e nuove funzionalità di rete come sicurezza endogena, intelligenza endogena e gemelli digitali. Per soddisfare i requisiti più elevati dei nuovi scenari e dei nuovi servizi, la tecnologia e l'architettura dell'interfaccia radio 6G richiedono modifiche corrispondenti.

01 future network technology

Attualmente, con la profonda integrazione delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione, dei big data e dell'intelligenza artificiale, l'ulteriore espansione dell'ubiquità della rete, il continuo miglioramento dell'esperienza utente e dei requisiti di servizio personalizzato, nonché la continua comparsa di molte nuove tecnologie abilitanti, le reti del futuro mostrano anche le seguenti caratteristiche principali e tendenze di sviluppo.

1. Comunicazione a spettro completo

Con l'aumento costante delle esigenze di comunicazione, le reti di comunicazione mobile richiedono una maggiore quantità di spettro. Poiché lo spettro al di sotto dei 6 GHz è già stato assegnato, anche le bande di frequenza a onde millimetriche di 26 GHz e 39 GHz sono state destinate al 5G. È necessario studiare bande di frequenza più elevate, come i THz e la luce visibile, per soddisfare le esigenze di maggiore capacità e velocità di trasmissione dati ultraveloci.

La luce visibile si riferisce generalmente alle onde elettromagnetiche nella banda di frequenza 430~790 THz (lunghezza d'onda 380~750 nm), che presenta uno spettro candidato di circa 400 THz. I terahertz si riferiscono alle onde elettromagnetiche nella banda di frequenza 0.1~10 THz (lunghezza d'onda 30~3000 micron), che presentano uno spettro candidato di circa 10 THz. Entrambe le bande hanno le caratteristiche di un'ampia larghezza di banda, consentono di realizzare facilmente comunicazioni ad altissima velocità e rappresentano un potenziale complemento per i futuri sistemi di comunicazione mobile.

▲Distribuzione di frequenza

2. Integrazione di cielo, cielo e terra

Pur migliorando notevolmente l'esperienza utente, le reti del futuro dovranno anche soddisfare le esigenze di servizio di rete per Internet a bordo di aerei, navi, ecc., garantire la continuità del servizio per veicoli terrestri ad alta velocità, ferrovie ad alta velocità e altri terminali, supportare la diffusione di un gran numero di dispositivi IoT per attività come soccorso immediato e gestione delle emergenze, monitoraggio ambientale, prevenzione degli incendi boschivi, ispezione di terreni disabitati, tracciamento delle informazioni sui container marittimi, ecc., e raggiungere una copertura a basso costo nelle aree scarsamente popolate. Pertanto, la forma principale in futuro sarà quella di espandere la copertura di rete a reti di copertura tridimensionali in spazi naturali come lo spazio, le alte montagne, gli abissi marini e la terraferma. Di conseguenza, è necessario costruire una rete integrata spazio-terra per ottenere una "copertura onnipresente" tridimensionale delle reti di comunicazione in tutto il mondo.

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 disasterse altre caratteristiche.

3. Integrazione 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.

La profonda integrazione delle ICT promuove la definibilità dimensionale completa della rete, che costituisce il fondamento delle reti flessibili. La profonda integrazione delle DICT promuove la penetrazione completa dell'intelligenza artificiale e dei big data nella rete, che è il fondamento delle reti intelligenti. La profonda integrazione delle DOICT promuove lo sviluppo di reti deterministiche ed è il fondamento dei sistemi di automazione e dei sistemi di digital twin.

DOICT realizzerà la profonda integrazione di cloud, rete, edge computing, terminali e industria basandosi sul flusso di big data, creerà un ambiente affidabile con strumenti rappresentati da blockchain, migliorerà l'efficienza dell'utilizzo delle risorse da parte di tutte le parti e potenzierà in modo collaborativo le capacità di cloud computing edge, le capacità di rete, le capacità dei terminali e le capacità aziendali.

4. Riconfigurabilità della rete

Con il rapido sviluppo della tecnologia di comunicazione mobile, le esigenze e gli scenari aziendali si sono diversificati e personalizzati. In futuro, le reti 6G adotteranno un'architettura riconfigurabile più flessibile.

Da un lato, basandosi su risorse hardware condivise, la rete alloca risorse di rete e di interfaccia radio corrispondenti ai diversi servizi degli utenti, realizzando servizi on-demand end-to-end. Oltre a fornire il servizio di eccellenza, realizza anche la condivisione delle risorse per massimizzarne l'utilizzo e ridurre i costi di costruzione della rete. Dall'altro lato, l'architettura di rete minimalista e le caratteristiche di rete flessibili e scalabili offrono grande praticità per la successiva manutenzione, gli aggiornamenti e l'ottimizzazione della rete, riducendo ulteriormente i costi operativi per gli operatori. Inoltre, i requisiti caratteristici dell'intelligenza 6G richiedono anche una maggiore potenza di calcolo e scalabilità per la rete.

5. Integrazione percezione-comunicazione-informatica

L'integrazione percezione-comunicazione-calcolo si riferisce a un framework tecnologico end-to-end per l'elaborazione delle informazioni, che esegue simultaneamente la raccolta e l'elaborazione delle informazioni durante il processo di trasmissione. Supererà la tradizionale struttura a "camino" dei servizi informativi, caratterizzata dalla raccolta delle informazioni da parte del terminale, dalla trasmissione in rete e dal calcolo in locale (cloud edge computing). Rappresenta un requisito tecnico per la fornitura di servizi altamente integrati di percezione, comunicazione e calcolo, come quelli offerti da sistemi senza pilota, sistemi immersivi e gemelli digitali.

L'integrazione tra percezione, comunicazione e calcolo si articola in due livelli specifici: collaborazione funzionale e fusione funzionale. Nel quadro della collaborazione funzionale, le informazioni sensoriali possono potenziare le capacità comunicative, la comunicazione può ampliare la dimensione e la profondità della percezione, il calcolo può eseguire la fusione di dati multidimensionali e l'analisi di big data, la percezione può migliorare le prestazioni dei modelli e degli algoritmi di calcolo, la comunicazione può favorire l'ubiquità del calcolo e il calcolo può realizzare comunicazioni su scala ultra-ampia.

Nel quadro dell'integrazione funzionale, i segnali di rilevamento e i segnali di comunicazione possono integrare la progettazione e il rilevamento della forma d'onda e condividere un insieme di apparecchiature hardware. Attualmente, la tecnologia di integrazione della comunicazione radar è diventata un punto focale. L'integrazione delle capacità di rilevamento dei terahertz e delle capacità di comunicazione, così come l'integrazione dell'imaging a luce visibile e della comunicazione, sono diventate potenziali tendenze tecnologiche del 6G. Percezione ed elaborazione sono integrate in una rete consapevole della potenza di calcolo, e l'elaborazione e la rete sono integrate per realizzare una rete definibile end-to-end e un'architettura a microservizi.

In futuro, l'elaborazione della comunicazione percettiva potrà raggiungere una riconfigurazione funzionale basata sullo sviluppo della tecnologia dei chip definiti via software.

▲Perception-communication-computing integrated application scenario

1. MIMO distribuito su scala ultra-larga

Dopo l'introduzione del MIMO su scala ultra-larga, la capacità delle reti 4G/5G è stata notevolmente migliorata. Tuttavia, a causa dell'attenuazione del segnale e delle interferenze inter-cella, l'esperienza utente ai margini della cella necessita ancora di miglioramenti. Il MIMO su scala ultra-larga distribuito estende il tradizionale metodo di implementazione centralizzato a un'implementazione distribuita, introducendo la collaborazione intelligente tra più nodi distribuiti e realizzando la pianificazione congiunta delle risorse e la trasmissione congiunta dei dati, come mostrato nella figura seguente. Attraverso l'implementazione distribuita e la collaborazione intelligente, da un lato, si eliminano efficacemente le interferenze e si migliora la qualità della ricezione del segnale; dall'altro, si amplia efficacemente la copertura, offrendo agli utenti un'esperienza senza confini. Nelle future reti 6G, soprattutto nelle bande di frequenza più elevate e negli scenari di implementazione ad alta densità, mostrerà un grande potenziale applicativo.

▲Distributed ultra-large-scale MIMO diagram

L'industria ha dimostrato teoricamente i vantaggi del MIMO distribuito nel migliorare la capacità del canale. L'analisi teorica mostra che, a parità di numero totale di antenne, potenza di trasmissione totale e copertura, le prestazioni del sistema MIMO distribuito sono più uniformi rispetto a quelle del MIMO centralizzato, poiché sono sempre presenti nodi distribuiti più vicini agli utenti e viene utilizzata una collaborazione intelligente per la pianificazione e la modellazione del segnale. In particolare, il guadagno in termini di prestazioni per gli utenti periferici è più significativo.

A causa del significativo aumento della scala delle antenne e del numero di nodi, il MIMO distribuito su scala ultra-larga pone sfide alle capacità di scambio di informazioni tra i nodi, alla selezione congiunta dei nodi di collaborazione e alla progettazione dello schema di modellazione, alla complessità degli algoritmi, all'elaborazione delle interferenze, ecc. Allo stesso tempo, la trasmissione congiunta coerente impone anche requisiti più elevati per la coerenza dei canali di ricetrasmissione tra i nodi, e sono necessarie ulteriori ricerche sulle soluzioni di calibrazione dell'interfaccia radio.

2. Metasuperficie intelligente

La superficie intelligente riconfigurabile (RIS) controlla le onde elettromagnetiche tramite unità strutturali poste sulla superficie. Regolando i parametri e la posizione di ciascuna unità strutturale, è possibile modulare l'ampiezza e la distribuzione di fase di riflessioni/emissioni di onde elettromagnetiche di qualsiasi tipo. Ciò si rivela particolarmente utile per risolvere i problemi tipici delle comunicazioni wireless tradizionali, come la trasmissione in assenza di visibilità diretta e la riduzione delle zone d'ombra.

La figura seguente mostra uno schema di sistema per la comunicazione wireless assistita da RIS. La stazione base controlla il RIS, il quale regola l'ampiezza e la fase delle proprie unità strutturali in base al controllo ricevuto, realizzando così una riflessione controllata del segnale trasmesso dalla stazione base. Rispetto alla comunicazione a relè tradizionale, il RIS può operare in modalità full-duplex e offre un maggiore utilizzo dello spettro. Il RIS non richiede collegamenti RF né alimentatori di grandi dimensioni, e presenta vantaggi in termini di consumo energetico e costi di implementazione.

3. Tecnologia di trasmissione Super Nyquist

Nei sistemi di comunicazione tradizionali, per evitare l'interferenza intersimbolica (ISI, Inter-Symbol Interference), si utilizza solitamente il criterio di Nyquist, limitando così la velocità di trasmissione dei simboli. Si utilizza una velocità di trasmissione più elevata per inviare i simboli, si introduce artificialmente l'ISI durante la trasmissione e si utilizza un ricevitore più avanzato per eliminare l'ISI tramite sovracampionamento all'estremità ricevente, come mostrato nella figura seguente, migliorando così la velocità di trasmissione effettiva e l'utilizzo dello spettro del collegamento.

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

4. Trasformare la forma d'onda del dominio

Nelle generazioni passate, la tecnologia delle forme d'onda ha svolto un ruolo fondamentale nella progettazione dell'interfaccia radio dei sistemi di comunicazione wireless. Le prestazioni delle forme d'onda OFDM utilizzate nei sistemi 4G e 5G dipendono dall'ortogonalità tra le sottoportanti. Se l'ortogonalità tra le sottoportanti viene compromessa da fattori quali l'effetto Doppler, le prestazioni spesso diminuiscono in modo significativo.

▲Schema schematico del principio della forma d'onda del dominio di trasformazione

▲Transform domain waveform and OFDM performance comparison

5. Collegamenti fisici guidati dall'intelligenza artificiale

Dall'avvento delle comunicazioni 5G, l'intelligenza delle reti wireless è diventata un tema di primaria importanza, con l'obiettivo di ottenere un'allocazione e un utilizzo più efficienti delle risorse di rete. L'intelligenza artificiale (IA), una delle principali tecnologie abilitanti per l'intelligenza delle reti wireless, si sta diffondendo a tutti i livelli della rete centrale, della gestione della rete, del livello fisico e dello stack di protocolli di alto livello della rete di accesso. In particolare, l'IA a livello fisico si riferisce generalmente a soluzioni tecniche che utilizzano metodi di intelligenza artificiale/apprendimento automatico per realizzare o migliorare le funzionalità del livello fisico delle reti wireless.

L'intelligenza artificiale può essere applicata principalmente all'elaborazione delle informazioni sullo stato del canale (CSI), alla progettazione dei ricevitori e alla progettazione dei collegamenti end-to-end a livello fisico. Ad esempio, le reti neurali nel deep learning vengono utilizzate per apprendere la rappresentazione compressa delle informazioni sullo stato del canale ad alta dimensionalità nelle comunicazioni wireless, riducendo così il sovraccarico di feedback; le reti neurali artificiali vengono utilizzate per apprendere la mappatura inversa dal segnale di interferenza ricevuto al segnale originale, eliminando la necessità di stima ed equalizzazione esplicite del canale; l'ottimizzazione congiunta del trasmettitore e del ricevitore in uno specifico ambiente di canale consente di apprendere gli effetti non ideali nel canale e migliorare le prestazioni di trasmissione.

Tuttavia, utilizzare moduli di intelligenza artificiale per sostituire i tradizionali moduli del livello fisico in modo "a scatola nera" renderà difficile superare le prestazioni dei progetti tradizionali. Al contrario, l'idea di combinare metodi di intelligenza artificiale con la conoscenza di esperti umani rappresenta una scelta migliore, in grado di sfruttare i vantaggi di entrambe le parti. Inoltre, per realizzare appieno il potenziale dell'IA nella riduzione dei costi generali e della complessità, i segnali di riferimento e l'allocazione delle risorse dell'interfaccia radio devono essere progettati di conseguenza, e persino congiuntamente tra moduli multilink, il che potrebbe avere un impatto maggiore sull'attuale struttura dell'interfaccia radio e sulla progettazione della segnalazione.

6. Controllo del collegamento plug and play

La rete di accesso wireless 6G deve disporre di funzionalità di espansione automatica della copertura per garantire una copertura tridimensionale completa in ogni scenario. Quando un nuovo fornitore di servizi di rete si unisce alla rete, può stabilire rapidamente un handshake, essere plug and play e realizzare l'espansione della copertura. La tecnologia di controllo del collegamento plug and play comprende i seguenti aspetti:
Consapevolezza del processo: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. Controllo adattivo della QoS dell'interfaccia radio

L'era del 6G sarà un'era fortemente basata sui dati e sull'intelligenza artificiale. Nuovi servizi come l'imaging olografico, i servizi XR e la percezione e interazione nello spazio virtuale hanno imposto requisiti ancora più stringenti per la garanzia della qualità del servizio nelle reti 6G.

Il controllo adattivo della QoS dell'interfaccia radio si basa su vincoli di QoS end-to-end. Garantisce la QoS dei dati trasmessi tramite interfaccia radio in base alle caratteristiche di trasmissione in tempo reale, alle risorse limitate dell'interfaccia radio, ai vincoli temporali di feedback della trasmissione, ecc. Rappresenta una tecnologia chiave per i servizi di interfaccia radio on-demand e per un'efficiente capacità di rete.

Il controllo adattivo della QoS dell'interfaccia radio comprende i seguenti aspetti:
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.
Guardando al futuro, i requisiti aziendali delle reti 6G sono in continua evoluzione. Il meccanismo QoS coinvolge la rete centrale, la rete di trasmissione e la rete di accesso. Un meccanismo QoS unificato e coordinato tra rete centrale, livello di trasporto e rete di accesso è una questione che dovrà essere presa in considerazione in futuro.
03network enabling technologies

1. Soluzione di segnalazione leggera

Dal punto di vista del processo di sviluppo dal 2G, 3G, 4G al 5G, la continua espansione della scala di rete e la crescente complessità hanno portato ad architetture di rete complesse e ridondanti. Secondo le attuali tendenze di sviluppo delle reti, la complessità della rete 6G a supporto dell'Internet of Everything aumenterà esponenzialmente. Soluzioni di segnalazione leggere rappresentano una scelta inevitabile per la progettazione del 6G.

La rete di accesso wireless 6G deve essere progettata secondo uno schema di segnalazione unificato e integrare molteplici tecnologie di accesso all'interfaccia radio sotto un controllo di segnalazione unificato per ottenere un controllo unificato dell'interfaccia radio e ridurre la complessità dell'accesso dei terminali alla rete. In termini di progettazione delle funzioni dello stack di protocollo, si può considerare una progettazione differenziata delle funzioni di protocollo, ottimizzare la distribuzione delle funzioni di protocollo e la progettazione dell'interfaccia, e combinare la tecnologia AI per migliorare ulteriormente le funzioni di protocollo.

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

▲Controllo della segnalazione leggero

2. Progettazione del servizio end-to-end

Con la profonda integrazione della tecnologia DOICT e l'emergere di un gran numero di nuovi servizi, gli operatori necessitano di una rete in grado di rispondere rapidamente alle nuove esigenze e di fornire servizi di rete in tempi brevi. La tecnologia di servizio basata su cloud-native è fondamentale per garantire le suddette capacità e guidare l'evoluzione delle funzioni di protocollo verso un'architettura orientata ai servizi. La funzione di protocollo basata su un'architettura orientata ai servizi è in grado di operare in base alle esigenze aziendali. Le caratteristiche tecniche si riflettono nei seguenti aspetti:

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.

• L'elasticità estrema consente tempi di risposta dell'ordine dei secondi o addirittura dei millisecondi;

• Il meccanismo di pianificazione altamente automatizzato è in grado di raggiungere elevate capacità di auto-riparazione;

• L'elevato grado di adattabilità consente implementazioni su larga scala e replicabili in diverse regioni, piattaforme e persino fornitori di servizi.

Il cloud nativo abbassa notevolmente la soglia di accesso al cloud computing, consente la collaborazione intersettoriale tra ricerca e sviluppo e operazioni e manutenzione, accelera l'iterazione aperta e potenzia l'innovazione aziendale. Attualmente, le tecnologie cloud native più in voga sono in rapida espansione, tra cui l'orchestrazione di container multi-cloud, i server cloud nativi, lo storage cloud nativo, le reti cloud native, i database cloud nativi, le code di messaggi cloud native, le service grid, i container serverless, Function as a Service (FaaS), Backend as a Service (BaaS), ecc.

I servizi di telecomunicazione hanno requisiti più elevati in termini di prestazioni, bassa latenza, affidabilità, sicurezza e costi delle apparecchiature. Ciò richiede che la tecnologia cloud-native si evolva in base alle caratteristiche dei servizi di telecomunicazione per soddisfare gli elevati standard di tali servizi.

3. Funzione di rilevamento intelligente

Sono sempre più numerosi i servizi interattivi basati sul cloud con latenza ultra-bassa e larghezza di banda elevata per il 6G. L'attuale architettura "a strati" e "a camino" del livello applicativo, del livello di trasmissione aziendale e del livello di rete mobile si traduce in tempi di trasmissione dei pacchetti dati più lunghi e in un peggioramento dell'esperienza utente.

Per ottenere un'accurata corrispondenza in tempo reale tra le capacità di trasmissione aziendale e le capacità di rete, è necessario introdurre una misurazione e un feedback in tempo reale ad alta precisione per ogni livello di protocollo della rete end-to-end, al fine di consentire un'ottimizzazione collaborativa, e introdurre funzioni di elaborazione intelligenti sul lato rete, tra cui la stima e la previsione intelligenti. Da un lato, i dati di misurazione e interazione vengono preelaborati per ottenere la riduzione della dimensionalità e la compressione. Dall'altro, la sottoscrizione e la notifica vengono eseguite in base alle esigenze del livello applicativo e del livello di trasmissione aziendale per ridurre i costi di trasmissione della rete.

4. Sistema di autonomia di rete basato su gemelli digitali

La tecnologia del gemello digitale si riferisce alla creazione di un'entità virtuale a partire da un'entità del mondo fisico nel mondo digitale attraverso mezzi digitali, realizzando così l'osservazione dinamica, l'analisi, la simulazione, il controllo e l'ottimizzazione dell'entità del mondo fisico. La tecnologia di rete del gemello digitale include la modellazione funzionale, la modellazione degli elementi di rete, la modellazione di rete, la simulazione di rete, i modelli di parametri e prestazioni, i test automatizzati, la raccolta dati, l'elaborazione di big data, l'analisi dei dati, l'apprendimento automatico basato sull'intelligenza artificiale, la previsione dei guasti, l'ottimizzazione della topologia e del routing. In questo modo, i problemi di difficile soluzione in ogni fase della rete possono essere trasferiti nel mondo digitale per essere risolti, e l'autonomia della rete può essere realizzata attraverso il monitoraggio, la previsione, l'ottimizzazione e la simulazione.

▲Digital twins realize network autonomy

5. Trasmissione deterministica dei dati

Il concetto di determinismo è stato proposto e standardizzato per la prima volta dall'IEEE. Il gruppo di lavoro IEEE 802.1 ha creato l'Audio Video Bridging (AVB) Task Group nel 2007 con l'obiettivo di sostituire HDMI, altoparlanti e cavi coassiali nelle abitazioni con Ethernet. Grazie alla riuscita applicazione dello standard IEEE 802.1 AVB in studi di registrazione, impianti sportivi e luoghi di intrattenimento, questa tecnologia ha iniziato ad attirare l'attenzione anche dei settori industriale e automobilistico.
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.
Come si evince da quanto sopra, la trasmissione deterministica per le reti fisse è stata proposta già da 10 anni, ma la ricerca sulla trasmissione deterministica per le reti mobili è appena iniziata. Ciò è dovuto principalmente a: 1. L'interfaccia radio è facilmente influenzata dall'ambiente e la qualità della trasmissione è difficile da prevedere; 2. Mancanza di un meccanismo di garanzia deterministica end-to-end.
Nell'era del 6G, la trasmissione dati deterministica diventerà la capacità rappresentativa delle reti 6G, raggiungendo caratteristiche quali ritardo limitato, basso jitter, elevata affidabilità e sincronizzazione temporale ad alta precisione. Le difficoltà da superare includono i seguenti aspetti:
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. Rete programmabile

La rete 6G deve supportare la programmabilità di rete e realizzare la collaborazione tra reti di accesso, edge, core, WAN e dati, in modo che la rete di telecomunicazioni abbia capacità di personalizzazione complete in diversi scenari, attraverso molteplici servizi, molteplici campi e l'intero ciclo di vita. La programmabilità di rete si riflette a molti livelli, dal basso verso l'alto: programmabile a livello di chip (come P4, POF), programmabile a livello di FIB (come OpenFlow), programmabile a livello di RIB (come BGP, PCEP), programmabile a livello di sistema operativo del dispositivo, programmabile a livello di configurazione del dispositivo (come CLI, NETCONF/YANG, OVSDB), programmabile a livello di controller e programmabile a livello di servizio (come GBP, NEMO).
Le reti del futuro dovranno soddisfare capacità di programmabilità in quattro dimensioni: elementi di rete, protocolli, servizi e gestione:
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.
Allo stesso tempo, l'architettura software di livello superiore è composta da moduli o API con funzioni chiaramente distinte, consentendo agli utenti di riorganizzare questi moduli o interfacce di chiamata per raggiungere scopi personalizzati, come classificazione, modellazione, QoS, ecc. Gli elementi di rete delle apparecchiature supportano la programmabilità, rendendo possibile supportare in modo efficiente la personalizzazione da parte dell'utente e la continua evoluzione di nuovi protocolli.
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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