Overzicht van wereldwijd 6G-onderzoek en -ontwikkeling

01Overzicht

Mobiele communicatietechnologie is inmiddels geëvolueerd naar de vijfde generatie (5G). Gedurende de ontwikkelingsgeschiedenis heeft 2G/3G gezorgd voor basisverbindingen, terwijl 4G, de meest wijdverspreide technologie, enorme datadoorvoer mogelijk heeft gemaakt door de popularisering van smartphones en tablets en de levensstijl van gebruikers heeft veranderd. 5G heeft al veel aandacht getrokken, zelfs voordat het volledig commercieel beschikbaar is. Het doel is niet alleen om de zakelijke ervaring van traditionele gebruikers te verbeteren, maar ook om mobiele communicatie te combineren met verticale sectoren om zo het werkveld van mobiele communicatie aanzienlijk uit te breiden. Hoewel 5G zich wereldwijd nog in de beginfase van de uitrol bevindt en de samenwerking met verticale sectoren nog maar net op gang is gekomen, zal het in de toekomst, naarmate de uitrol en de diensten verder worden ontwikkeld, ongetwijfeld een bloeiperiode voor de mobiele communicatiemarkt betekenen en het digitaliseringsproces van diverse sectoren en zelfs de hele samenleving versnellen.

Hoewel de systeemindicatoren en mogelijkheden van 5G aanzienlijk zijn verbeterd en de toepassingsscenario's steeds diverser worden, zijn er nog steeds beperkingen. Vooruitkijkend naar de toekomst zijn er nog steeds enorme drijvende krachten die de continue evolutie van mobiele communicatienetwerken bevorderen. Enerzijds wordt deze gedreven door opkomende technologieën, zoals kunstmatige intelligentie, blockchain, cloudcomputing en andere ICT-technologieën, evenals nieuwe materialen, antennes en andere processen. Anderzijds, door de voortdurende evolutie van de vraag, met de ontwikkeling van diverse terminals en de verbetering van de digitalisering in verschillende sectoren, zijn diensten zoals holografie, immersieve XR, tactiel internet en slimme fabrieken ontstaan. Deze vereisen niet alleen verbeteringen in traditionele prestatie-indicatoren zoals snelheid, vertraging, aantal verbindingen en dekking, maar brengen ook nieuwe dimensies van vraag met zich mee op het gebied van perceptie, positionering en beveiliging. Daarom wordt er gestaag onderzoek gedaan naar de visie, behoeften en technologie van de volgende generatie mobiele communicatie. Vanwege de enorme veranderingen en de toegevoegde economische waarde die 5G voor de samenleving met zich meebrengt, hechten concurrerende landen en industriële ketens wereldwijd veel waarde aan mobiele communicatietechnologie. Niet alleen grote normalisatieorganisaties, maar ook de academische wereld en zelfs veel relevante nationale instellingen en industrieën zijn begonnen met vooronderzoek, met als doel om binnen 10 jaar, oftewel in 2030, een volwaardig technisch systeem te hebben dat kan voldoen aan nieuwe zakelijke behoeften en tegelijkertijd de eigen concurrentiepositie kan verbeteren.

Dit artikel richt zich op de volgende generatie mobiele communicatie, namelijk het 6G-systeem. Het beschrijft de onderzoeksachtergrond en de voortgang van belangrijke wereldwijde standaardisatieorganisaties, regionale en nationale organisaties en universitaire onderzoeksinstellingen, analyseert de huidige potentiële technologische ontwikkelingen aan de draadloze en netwerkzijde en de technische voordelen die deze met zich meebrengen, en vat ten slotte de voortgang van 6G samen. Daarnaast worden ideeën gepresenteerd over de visie en de algehele ontwikkelingsrichting van 6G.

02Wereldwijde status van 6G-onderzoek

2.1 Internationale en regionale organisaties

2.1.1 Internationale Telecommunicatie Unie (ITU)

De Telecommunicatie Standaardisatie Sector Studiegroep 13 (ITU-T SG13) van de Internationale Telecommunicatie Unie zet zich in voor toekomstig netwerkonderzoek en heeft in juli 2018 de NET-2030 Netwerk Focusgroep opgericht om de behoeften aan netwerkdiensten voor 2030 en daarna te onderzoeken. De focusgroep bestaat uit drie subgroepen: toepassingsscenario's en -vereisten, netwerkdiensten en -technologieën, en architectuur en infrastructuur. In 2019 publiceerde de focusgroep twee whitepapers, gericht op toepassingsscenario's en nieuwe servicefunctionaliteiten van het netwerk in 2030. Hierin werden diverse nieuwe scenario's voorgesteld, zoals een holografisch en tactiel internet, evenals de huidige netwerklacunes en diensten die de meeste aandacht verdienen in toekomstige netwerken.

Daarnaast heeft de 5D-werkgroep van de radiocommunicatiesector (ITU-R WP5D) onder de ITU tijdens een bijeenkomst in Genève, Zwitserland, in februari 2020 onderzoek gestart naar 2030 en de toekomst (6G). Tijdens deze bijeenkomst werd een voorlopig onderzoeksschema voor 6G opgesteld, inclusief rapporten over toekomstige technologietrends, voorstellen voor een toekomstvisie op technologie en andere belangrijke planningspunten. De ITU is tijdens deze bijeenkomst begonnen met het schrijven van het "Rapport over toekomstige technologietrends", dat naar verwachting in juni 2022 zal worden afgerond. Het rapport beschrijft de technologische evolutierichting van IMT-systemen na 5G, inclusief IMT-evolutietechnologie, technologie met hoge spectrale efficiëntie en de implementatie ervan. Daarnaast is het de bedoeling om in de eerste helft van 2021 het "Voorstel voor een Visie op Toekomstige Technologie" te lanceren en dit uiterlijk in juni 2023 af te ronden. Dit voorstel bevat de algemene doelstellingen van het IMT-systeem voor 2030 en de toekomst, zoals toepassingsscenario's, belangrijkste systeemfunctionaliteiten, enzovoort. Op dit moment heeft de ITU het ontwikkelingsplan voor de 6G-standaard nog niet vastgesteld.

2.1.2 Instituut voor elektrische en elektronische ingenieurs (IEEE)

In augustus 2018 lanceerde IEEE toekomstgericht netwerkonderzoek met als doel "5G en verder te realiseren". Op 25 maart 2019 vond in Finland de eerste 6G Wireless Summit ter wereld plaats, gesponsord door IEEE. Veel deelnemende vertegenwoordigers uit het bedrijfsleven en de academische wereld presenteerden de nieuwste inzichten en innovaties op het gebied van 6G en bespraken de theoretische en praktische uitdagingen die moeten worden aangepakt om de 6G-visie te verwezenlijken. De papers en rapporten van de conferentie behandelden diverse technologieën, zoals scenario's voor 6G, millimetergolven en terahertz, slimme verbindingen, edge AI, draadloze communicatie tussen machines, enzovoort. De tweede 6G Wireless Summit werd in 2020 ook online gehouden, met keynote speeches, technische bijeenkomsten en demonstraties door vertegenwoordigers uit het bedrijfsleven, operators, onderzoeksinstellingen en andere belanghebbenden. De 6G Summit is een wereldwijd technologie-evenement met als doel de visie en ontwikkelingsrichting van 6G te verduidelijken door de gezamenlijke inspanningen van verschillende sectoren.

2.1.3 Partnerschapsproject van de derde generatie (3GPP)

De huidige versie van 3GPP, R17, is nog steeds een evolutie en verbetering van 5G-functies, maar de vraaggroep SA1 is al begonnen met gerelateerde projecten voor toekomstige diensten, waaronder slimme netwerken, tactiele communicatie, enz., wat waarschijnlijk een soepele overgang naar de volgende generatie mobiele communicatiesystemen mogelijk zal maken. Volgens de huidige voortgang en plannen zal 3GPP waarschijnlijk in R19 (2023) beginnen met de ontwikkeling van de visie, technologie en vereisten voor 6G, en in R21 of later starten met de standaardisatie van 6G.

2.1.4 6G-vlaggenschip

Het 6G Flagship, gesponsord door een Fins consortium en geleid door de Universiteit van Oulu, werd in 2019 opgericht en streeft ernaar gestandaardiseerde communicatietechnologie te bieden met "vrijwel directe, onbeperkte draadloze verbindingen". In september 2019 publiceerde het een whitepaper getiteld "Key Drivers and Research Challenges for 6G Ubiquitous Wireless Intelligence", waarin in eerste instantie vragen werden beantwoord over hoe 6G het leven van mensen zal veranderen, welke technische kenmerken het heeft en welke technische problemen moeten worden opgelost. De inhoud omvat de visie op 6G, de drijvende krachten, toepassingen en diensten. De onderzoeksrichting op het gebied van draadloze technologie richt zich op kunstmatige intelligentie, nieuwe autorisatievrije toegang, signaalvorming, analoge modulatie, grootschalige intelligente oppervlakken, enzovoort. Ook de vooruitgang en de uitdagingen van draadloze hardware worden geanalyseerd. De onderzoeksrichting op het gebied van netwerken richt zich op het opzetten van een vertrouwensketen.

2.2 Nationaal perspectief en indeling

2.2.1 欧盟

De Europese Unie startte in 2017 een consultatie over het onderzoeks- en ontwikkelingsproject voor de zesde generatie mobiele communicatie (6G), met als doel de 6G-technologie in 2030 te commercialiseren. Tegelijkertijd lanceerde de Europese Unie een driejarig onderzoeksproject naar de basistechnologie van 6G. De hoofdtaak is het bestuderen van de volgende generatie voorwaartse foutcorrectiecoderingstechnologie, geavanceerde kanaalcodering en kanaalmodulatietechnologie die in 6G-communicatienetwerken kunnen worden gebruikt. De EU-organisatie Horizon 2020 zal ook een 6G-onderzoeksproject starten over "intelligente netwerken en diensten", dat zich momenteel in de voorbereidende demonstratie- en vooronderzoeksfase bevindt.Daarnaast financiert de EU actief universiteiten en onderzoeksinstellingen, waaronder het Finse Nationale Centrum voor Technisch Onderzoek en de Universiteit van Oulu, met de focus op toekomstige toepassingsscenario's en technische ontwikkelingen zoals terahertz, draadloze breedbandtoegang, edge intelligence en codecs.

2.2.2 美国

De Amerikaanse overheid hecht veel belang aan 6G-technologie en blijft zich inzetten voor terahertz- en lucht-ruimte-grondintegratietechnologieën. In maart 2019 publiceerde de FCC de frequentietoewijzing in de THz-band in de Verenigde Staten: 95 GHz tot 3 THz. De FCC is van mening dat 6G zich zal ontwikkelen richting het terahertz-frequentietijdperk. Naarmate het netwerk dichter wordt, ontwikkelen drie belangrijke technologieën zich tot nieuwe trends: dynamische spectrumdelingstechnologie, ruimtelijke multiplexing op basis van THz en blockchain. De universiteiten van New York, Californië en Virginia Tech in de Verenigde Staten verrichten voorbereidend onderzoek naar terahertz en andere 6G-technologieën. Daarnaast hebben bedrijven als SpaceX, OneWeb en Amazon plannen voor satellietinternet gelanceerd als potentiële technologieën voor de toekomst van 6G.

2.2.3 日本

De Japanse overheid is van plan een alomvattende ontwikkelingsstrategie voor de toekomstige 6G te formuleren door middel van publiek-private samenwerking. Het Ministerie van Economie, Handel en Industrie heeft een fonds van in totaal 220 miljard yuan opgericht om een ​​belangrijk nationaal prioriteitsproject op te zetten en onderzoek en ontwikkeling naar 6G te stimuleren. Het fonds wordt voorgezeten door de rector van de Universiteit van Tokio en technologiegiganten zoals Toshiba bieden technische ondersteuning. Japan heeft momenteel een unieke voorsprong op het gebied van terahertz en heeft terahertztechnologie opgenomen in de top tien van de "Top tien belangrijkste strategische doelstellingen van nationale pijlertechnologieën". De NTT Group heeft de ontwikkeling van twee B5G- en 6G-technologieën, terahertz en orbitaal impulsmoment, bevorderd. Daarnaast zal Japan ook "optische halfgeleiders" gebruiken als informatieverwerkingstechnologie ter ondersteuning van 6G. NTT heeft aangegeven samen te werken met 65 bedrijven en ernaar te streven om tegen 2030 optische halfgeleiders voor 6G op grote schaal te produceren.

2.2.4

Het 6G-onderzoek in Zuid-Korea is voornamelijk geconcentreerd in bedrijven en universitaire onderzoeksinstellingen, waaronder Samsung, SK, LG Electronics en het Korea Advanced Institute of Science and Technology. Zo heeft LG Electronics samen met het Korea Advanced Institute of Science and Technology een 6G-onderzoekscentrum opgericht; het Institute of Electronics and Telecommunications heeft een memorandum van overeenkomst getekend met de Universiteit van Oulu in Finland voor de ontwikkeling van 6G-netwerktechnologie. SK Telecom heeft overeenkomsten gesloten met het Finse Nokia en het Zweedse Ericsson om de samenwerking op het gebied van 6G-netwerkonderzoek en -ontwikkeling te versterken. In juni 2019 richtte Samsung een Advanced Communications Research Center op en begon met onderzoek naar 6G-netwerken. In juli 2020 publiceerde Samsung een whitepaper over de 6G-visie "6G: The Next Hyper Connected Experience for All", waarin de visie van Samsung op 6G, ontwikkelingstrends, toepassingsscenario's, indicatorvereisten, kandidaattechnologieën en het verwachte standaardiseringsschema worden beschreven.

2.2.5

In november 2019 hield het Ministerie van Wetenschap en Technologie een aftrapbijeenkomst voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van 6G-technologie en kondigde de oprichting aan van een nationale werkgroep ter bevordering van onderzoek en ontwikkeling van 6G-technologie en een overkoepelende expertgroep. De werkgroep ter bevordering van onderzoek en ontwikkeling van 6G-technologie is verantwoordelijk voor het stimuleren van de uitvoering van dit onderzoek, terwijl de expertgroep zich richt op het formuleren van suggesties voor de opzet van 6G-onderzoek en technische demonstraties, en het geven van advies en suggesties voor belangrijke beslissingen. Het Ministerie van Industrie en Informatietechnologie richtte in 2019 ook een 6G-onderzoeksgroep op, die later werd omgedoopt tot IMT-2030. Deze groep bracht vertegenwoordigers uit het bedrijfsleven en universiteiten samen en richtte zich op de vraag, draadloze en netwerktechnologieën. De groep versterkte de toekomstgerichte visie en het technologisch onderzoek, met als doel de ideeën en belangrijkste richtingen voor de bevordering van 6G te verduidelijken.

03Mogelijke onderzoeksrichtingen

Onderzoek naar de volgende generatie mobiele communicatie is onlosmakelijk verbonden met de discussie over nieuwe technologieën en netwerkarchitecturen. Dit hoofdstuk brengt de huidige onderzoeksprioriteiten van belangrijke organisaties, universiteiten en onderzoeksinstellingen in kaart en verdeelt deze in drie categorieën: nieuw spectrum, nieuwe draadloze technologie en nieuwe netwerkarchitectuur en netwerkmogelijkheden. Het beschrijft met name de technische kenmerken en de noodzaak van 6G-systemen en biedt een basisreferentie voor toekomstig, uitgebreider en systematischer onderzoek.

3.1 Nieuw spectrum
In de toekomst zullen bedrijfstypen en gebruikers diverser worden en zullen de eisen aan netwerkprestaties steeds hoger worden. Momenteel zijn de laagfrequente frequentiebronnen geleidelijk volledig bezet, waardoor het uitbreiden van het spectrum naar hogere frequentiebanden de onderzoeksrichting van 6G zal worden. Het spectrum dat momenteel de meeste aandacht van de industrie trekt, omvat terahertz- en zichtbaar lichtfrequentiebanden.

Terahertz verwijst naar de frequentieband van 100 GHz tot 10 THz, met een golflengtebereik van 0.03 tot 3 mm. Het is elektromagnetische straling tussen radiogolven en lichtgolven. Het kenmerkt zich door het vermogen om rijke informatie te transporteren, een pulsbreedte van minder dan een picoseconde, hoge spatiotemporele coherentie, lage fotonenergie, sterke penetratie, hoge veiligheid in gebruik, goede directionaliteit en een hoge bandbreedte. Toepassingen voor terahertzcommunicatie kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën op basis van de dekkingsafstand. Toepassingen met een lange dekkingsafstand omvatten draadloze fronthaul/backhaul met grote capaciteit, draadloze datacenters, ruimtevaarttoepassingen, enz. De dekkingsafstand ligt in de orde van honderden meters tot kilometers. Toepassingen met een korte dekkingsafstand omvatten point-to-pointcommunicatie over korte afstand, chipcommunicatie, gezondheidsmonitoring en het Internet of Things op nanoschaal, enz., met een dekkingsafstand van millimeters tot meters. De belangrijkste vraagstukken in het huidige terahertzonderzoek zijn de ontwikkeling van kerncomponenten en het ontwerp van een flexibele en dynamische luchtinterface.

Het spectrum van zichtbaar licht ligt tussen 420 en 780 THz, met een golflengtebereik van 380 tot 780 nm. Het kan zonder toestemming worden gebruikt. Communicatie via zichtbaar licht heeft als voordelen dat het licht en communicatie combineert, geen elektromagnetische interferentie veroorzaakt en groen en milieuvriendelijk is. Daarom is VLC een belangrijk middel om het probleem van interventie in de directe omgeving op te lossen en wordt het beschouwd als een veelbelovende technologie voor toekomstige communicatiesystemen. De belangrijkste toepassingsgebieden van VLC zijn onder andere draadloze toegang binnenshuis, positionering binnenshuis, navigatie binnenshuis, intelligent transport, toepassingen in de luchtvaart, gegevensuitwisseling tussen apparaten, snelle gegevensoverdracht, onderwatercommunicatie en informatiebeveiliging. De huidige industrie voor communicatie via zichtbaar licht is echter nog niet voldoende ontwikkeld, met als knelpunt de zendontvangers voor zichtbaar licht in mobiele terminals.

3.2 Nieuwe draadloze zijtechnologie

3.2.1 Grote slimme oppervlakken

In eerdere mobiele systemen waren veel draadloze technologieën gericht op een betere aanpassing aan de veranderende draadloze kanaalomgeving en het gebruik van geoptimaliseerde transceiverontwerpen (zoals golfvormschema's, coderingsschema's, tijd-frequentie- en ruimtelijke transmissiemechanismen, enz.) om de systeemcapaciteit te verbeteren. In het verleden was de controle van elektromagnetische golven beperkt tot zenders en ontvangers. De opkomst van slimme metasurfaces heeft de laatste jaren echter de flexibele controle van de elektromagnetische eigenschappen van de kanaalomgeving mogelijk gemaakt, wat brede aandacht heeft getrokken van zowel de academische wereld als het bedrijfsleven. Een slimme metasurface is een kunstmatige elektromagnetische oppervlaktestructuur met programmeerbare elektromagnetische eigenschappen, meestal samengesteld uit nieuwe programmeerbare metamaterialen. Slimme metasurfaces kunnen elektromagnetische golven actief en intelligent reguleren door middel van digitale codering, waardoor een elektromagnetisch veld ontstaat met regelbare amplitude, fase, polarisatie en frequentie. Dit mechanisme vormt een interface tussen de fysieke elektromagnetische wereld van slimme metasurfaces en de digitale wereld van de informatica. De voordelen van slimme metasurface-technologie omvatten onder andere een laag energieverbruik, lage hardwarekosten, geen zelfinterferentie, flexibele configuratie en brede toepassingsmogelijkheden. Het maakt het mogelijk om elektromagnetische stralen in realtime te controleren door middel van reflectie, transmissie, verstrooiing, enzovoort, afhankelijk van verschillende toepassingsscenario's. Hierdoor kan de draadloze omgeving worden aangepast, de kwaliteit van het bruikbare signaal worden verbeterd en kan het doel worden bereikt om het bereik te vergroten, de systeemcapaciteit te verbeteren en het ontwerp te vereenvoudigen. Dit maakt het bijzonder aantrekkelijk voor de ontwikkeling van toekomstige mobiele communicatie.

3.2.2 Nieuwe codering en golfvormen

In de vorige evolutie van mobiele systemen, van 4G naar 5G, is de pieksnelheid meer dan vertienvoudigd. Naar verwachting zal deze groei in de volgende generatie mobiele systemen zich voortzetten of zelfs versnellen. De vereiste decoderingsdoorvoer bedraagt ​​meer dan 100 Gbps, waardoor het decoderingsalgoritme en de foutcorrectiecode opnieuw ontworpen moeten worden om de parallelle verwerking te verbeteren. Tegelijkertijd nemen de betrouwbaarheidseisen toe, waardoor een lager foutniveau in de codering noodzakelijk is en gerelateerde ontwerpen geoptimaliseerd moeten worden. Codeertechnologieën die momenteel veel onderzocht worden, zijn onder andere Spinal-coderingstechnologie, indexmodulatietechnologie en niet-lineaire precodering. Ook kunstmatige intelligentie (AI) wint steeds meer aan populariteit in de coderingswereld. Bovendien kan het ontwerp van de golfvorm in 5G-systemen flexibel worden aangepast aan verschillende toepassingsscenario's. In de toekomst zal 6G complexere scenario's en diensten ondersteunen, waardoor de prestatie-indicatoren aanzienlijk zullen verbeteren. Het ontwerpen en introduceren van nieuwe golfvormen is daarom essentieel. Huidig ​​onderzoek omvat onder meer ontwerpen gebaseerd op niet-orthogonale golfvormen en golfvormontwerp in het transformatiedomein. Nieuwe codeermethoden en golfvormen zullen een belangrijke rol spelen in toekomstige systemen en vormen technische richtingen die verder onderzocht moeten worden.

3.3 Nieuwe netwerkarchitectuur en netwerkmogelijkheden

3.3.1 Integratie van ruimte, land, lucht en zee

Satellietcommunicatie speelt een cruciale rol in de verbetering van het leven in de huidige digitale economie. In vergelijking met aardse netwerken bieden satellietnetwerken volledige dekking over het aardoppervlak, geavanceerde mobiliteit, hoge beveiliging en betrouwbaarheid, en garanties voor transmissievertraging over lange afstanden. Door satellieten, vliegtuigen en grondnetwerken te combineren voor driedimensionale en heterogene netwerkinterconnectie kan informatie over een groot bereik, met een hoge capaciteit en op grote schaal worden verspreid en gedeeld. Dit maakt het mogelijk om te voldoen aan specifieke scenario's zoals beperkte verbindingen in landelijke gebieden, luchtruim- en zeegebieden, en rampenbestrijding. Het zorgt voor wereldwijde, naadloze dekking en vlekkeloze overdracht, en biedt garanties voor de dekking en verbindingseisen van de volgende generatie mobiele communicatie. De technische uitdagingen voor het huidige systeem omvatten zeer dynamische veranderingen in transmissieverbindingen, complex ruimtelijk-temporeel gedrag van het netwerk en grote verschillen in heterogene bedrijfsomvang. Technische doorbraken op het gebied van gelijktijdige geïntegreerde netwerken in lucht, ruimte en grond, transmissietheorie, geoptimaliseerde planning en intelligente samenwerking vereisen eveneens grote technologische vooruitgang.

3.3.2 Deterministisch netwerk

Deterministic Networking (DetNet) was oorspronkelijk een technologie die de transformatie van IP-netwerken van "best-effort" naar "on-time, accurate, and fast" mogelijk maakte, door de end-to-end latency te beheersen en te verminderen. Het was aanvankelijk gericht op verticale sectoren zoals de industrie, energie en het Internet of Vehicles, die extreem hoge eisen stellen aan lage netwerklatentie, betrouwbaarheid en stabiliteit. De huidige TSN-standaard, ontwikkeld door de IEEE, biedt de deterministische eigenschappen van Ethernet, en de door de IETF opgerichte werkgroep voor deterministische netwerken zet zich in om de in TSN ontwikkelde technologie uit te breiden naar routers en de schaal van het netwerk te vergroten. In de toekomst, naarmate mobiele terminals en de soorten diensten die ze aanbieden diverser worden, zullen "deterministische" eisen zoals zeer nauwkeurige tijdsynchronisatie, een absolute maximale end-to-end vertraging en ultrabetrouwbare, verliesvrije datapakketlevering de vereisten worden voor de volgende generatie mobiele systemen. De draadloze kant is cruciaal voor het bereiken van end-to-end zekerheid in mobiele systemen. Draadloze transmissie wordt gemakkelijk beïnvloed door de omgeving en de transmissiekwaliteit is moeilijk te garanderen. In het 5G-tijdperk hebben de 3GPP-standaarden een plan opgesteld voor de integratie van TSN en 5G. Het 5G-systeem fungeert als een TSN-brug en de architectuur is op een black-box-achtige manier geïntegreerd. De twee systemen blijven echter onafhankelijk van elkaar en het is moeilijk om de prestaties van TSN volledig te garanderen. In de toekomst, bij de volgende generatie mobiele communicatiesystemen, zal er volledig rekening worden gehouden met de specifieke kenmerken van de markt om native ondersteuning voor 6G te garanderen. De relevante technische oplossingen en architectuur moeten verder worden verbeterd.

3.3.3 Cloud native

Cloud native betekent dat applicaties worden geïmplementeerd op cloudservers en de kenmerken hebben van containerisatie, microservices, continue levering en DevOps. Deze technologieën maken het mogelijk om een ​​losgekoppeld systeem te bouwen dat fouttolerant, gemakkelijk te beheren en eenvoudig te monitoren is. In het 5G-tijdperk is het kernnetwerk gebaseerd op een servicegerichte architectuur, waardoor het eenvoudiger is om netwerkfuncties te implementeren met behulp van algemene servers en cloudificatie-effecten in datacenters te realiseren. De huidige implementatie van 5G-kernnetwerken beschikt echter nog niet over functies zoals containerisatie en microservices. In de toekomst kan cloud native een geschikte oplossing zijn om flexibele, schaalbare, snel innoverende en online netwerkdiensten te bouwen. Hoewel traditionele draadloze apparaten in mobiele netwerken altijd sterk gesloten zijn geweest en netwerkfuncties extreem hoge eisen stellen aan realtime prestaties, is er veel onderzoek gedaan naar cloud native mobiele netwerken. Men verwacht dat naarmate de technologie en de industrie zich verder ontwikkelen, de voordelen ervan in de toekomst volledig benut zullen worden om een ​​flexibele en elastische nieuwe netwerkarchitectuur te bouwen.

3.3.4 Alomtegenwoordige intelligentie

De voortdurende opkomst van kunstmatige intelligentie (AI) zorgt voor een revolutie in alle takken van de technologie, en de combinatie van AI met de volgende generatie mobiele netwerken is een onstuitbare trend geworden. Momenteel bestaat de meeste toepassing van AI in de communicatiesector uit het verzamelen van data en het gebruik van AI-algoritmen om de bedrijfsvoering te optimaliseren nadat het systeem is geïmplementeerd. De mate en reikwijdte van deze toepassing zijn echter nog beperkt. In de toekomst, met de voortdurende evolutie van netwerkarchitectuur en de ontwikkeling van alomtegenwoordige verbindingen, kan AI nauwer worden geïntegreerd met elk aspect van het netwerk. Het zal niet alleen in de cloud worden ingezet, maar ook doordringen tot de randapparatuur en de terminals. Het zal niet alleen worden gebruikt voor de intelligente optimalisatie van specifieke diensten, maar ook breder worden geïntegreerd in het systeemontwerp, inclusief netwerkimplementatie, algoritmeontwerp en toewijzing van rekenkracht. Intelligentie zal steeds meer in het netwerk worden ingebed om echte intelligente alomtegenwoordigheid te bereiken en de mogelijkheden van toekomstige mobiele netwerken volledig te verbeteren.

3.3.5 Endogene beveiliging

Toekomstige nieuwe bedrijfsvisies en netwerkarchitecturen, waaronder immersieve XR, holografie, alomtegenwoordige verbindingen tussen lucht, ruimte en grond, AI, enzovoort, zullen meer aanvalspunten introduceren en grotere uitdagingen voor de beveiliging met zich meebrengen. Het traditionele beveiligingsmodel is gebaseerd op patches, dat wil zeggen dat na de bouw van het systeem, door middel van geïsoleerde beveiligingsontwerpen, stapeling en versterking, een passief beschermingsmodel wordt toegepast. Dit is inefficiënt en onzuinig. Daarom moeten toekomstige mobiele netwerken nieuwe beveiligingsmodellen verkennen. Endogene beveiliging is gebaseerd op kenmerken zoals cohesie, samenwerking en intrinsieke eigenschappen, waardoor beveiliging wordt gekenmerkt door een natuurlijke creatie en symbiotische evolutie. Netwerkbeveiliging wordt beheerd door de aggregatie van verschillende beveiligingsprotocollen en -mechanismen. Tegelijkertijd beschikken de beveiligingsmogelijkheden over een onafhankelijke drijvende kracht om zich synchroon of zelfs proactief aan te passen aan netwerkveranderingen, waardoor een inherent robuuste verdediging van het netwerk ontstaat. Het is niet langer een passieve reactie op beveiligingsdreigingen en kan een belangrijke rol spelen in het toekomstige 6G-netwerk.

04Samenvatten

6G-netwerken zijn netwerken die gericht zijn op 2030 en verder. Hoewel ze zich momenteel nog in de beginfase van onderzoek bevinden, zijn de eerste tekenen ervan al zichtbaar in de evolutie van het bedrijfsleven en de technologie. 6G-netwerken moeten een hogere bandbreedte, een hogere betrouwbaarheid en een bredere en diepere dekking voor toekomstige diensten ondersteunen, en tegelijkertijd slimmere, veiligere en flexibelere netwerkdiensten bieden. Dit artikel beschrijft de voortgang en potentiële technische richtingen van onderzoeksinstellingen voor 6G. Hoewel de huidige koers van 6G nog niet duidelijk is en potentiële richtingen ook problemen kennen op het gebied van theorie, fysieke implementatie en netwerken, is men ervan overtuigd dat de volgende generatie mobiele communicatiesystemen, met de voortdurende investeringen in wetenschappelijk onderzoek en de aanhoudende vooruitgang in de industrie, ongetwijfeld een fundamentele verandering en een diepgaande omwenteling teweeg zal brengen!

Referenties

【1】Dang S, Amin O, Shihada B, et al. Wat moet 6G zijn?[J]. Natuurelektronica, 2020 (3): 20-29.
[2]Klaus D, Hendrik B. Visie en vereisten voor 6G: is er behoefte aan meer dan 5G?[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2018, 13(3):72-80.
[3]Yastrebova A, Kirichek R, Koucheryavy Y, et al. Future Networks 2030: architectuur en vereisten[C]// Internationaal congres over ultramoderne telecommunicatie- en controlesystemen en workshops. 2019.
[4]White paper. Belangrijkste drijfveren en onderzoeksuitdagingen voor 6G alomtegenwoordige draadloze intelligentie. 2019
[5]Gao Fang, Li Mengwei. De Universiteit van Oulu in Finland publiceerde een whitepaper waarin aanvankelijk een visie op 6G en de bijbehorende uitdagingen werden voorgesteld [J]. Science and Technology China, 2019(12).
[6]Liu Junfeng, Liu Shuo, Fu Xiaojian, et al. Terahertz-informatie-metamaterialen en metasurfaces [J]. Journal of Radar, 2018.
[7]Liu Yang, Peng Mugen. 6G endogene beveiliging: architectuur en sleuteltechnologieën [J]. Telecommunicatiewetenschap, 2020(1):11-20.
[8]Zhang X, Wang J, Arme HV. Interferentiemodellering en wederzijdse informatiemaximalisatie via 6G THz draadloze ad-hoc nanonetwerken [C]// GLOBECOM 2020 - 2020 IEEE Global Communications Conference. IEEE, 2020.
[9]Xie Sha, Li Haoran, Li Lingxiang, et al. Een overzicht van onderzoek naar terahertz-communicatietechnologie voor 6G-netwerken [J]. Mobile Communications, 2020(6):36-43.
[10]Yu M, Tang A, Wang X, et al. Gezamenlijke planning en energietoewijzing voor 6G Terahertz Mesh-netwerken[C]// Internationale conferentie over computers, netwerken en communicatie 2020 (ICNC). 2020.
[11]Li Xin, Wang Qiang. Discussie over de voortgang van 6G-onderzoek en de toepassingsvooruitzichten van belangrijke kandidaattechnologieën [J]. Telecommunications Express, 2020, nr. 593(11): 10-13.
[12]Jij X, Wang CX, Huang J, et al. Op weg naar 6G draadloze communicatienetwerken: visie, ontsluitende technologieën en nieuwe paradigmaverschuivingen[J]. Wetenschap China. Informatiewetenschappen, 2021, 64(1).
[13]Chen S, Liang YC, Sun S, et al. Visie, vereisten en technologietrend van 6G: hoe de uitdagingen van systeemdekking, capaciteit, gebruikersdatasnelheid en bewegingssnelheid aan te pakken[J]. IEEE draadloze communicatie, 2020.
[14]Guang Y, Liu Y, Huang N, et al. Visie, vereisten en netwerkarchitectuur van het 6G mobiele netwerk na 2030[J]. Datum, 2020, 17(9):100-112.
[15]Route SP. 6G draadloze communicatie: zijn visie, levensvatbaarheid, toepassing, vereisten, technologieën, ontmoetingen en onderzoek[C]// 2020e internationale conferentie over computer-, communicatie- en netwerktechnologieën (ICCCNT) 11. 2020.
[16]Zhang Z, Xiao Y, Ma Z, et al. 6G draadloze netwerken: visie, vereisten, architectuur en sleuteltechnologieën[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2019 (99): 1-1.
[17]Chowdhury MZ, Shahjalal M, Ahmed S, et al. 6G draadloze communicatiesystemen: toepassingen, vereisten, technologieën, uitdagingen en onderzoeksrichtingen [J]. IEEE Open Journal of the Communications Society, 2020, PP(99):1-1.