Przegląd globalnych badań i rozwoju 6G

01Przegląd

Technologia komunikacji mobilnej osiągnęła już piątą generację (5G). W całej swojej historii rozwoju, 2G/3G zapewniło podstawowe połączenia mobilne, podczas gdy 4G, najszerzej wdrożona, przyniosła ogromną przepustowość danych dzięki popularyzacji inteligentnych terminali i zmieniła styl życia użytkowników. Technologia 5G przyciągnęła uwagę jeszcze przed jej pełną komercjalizacją. Jej celem jest nie tylko poprawa doświadczeń biznesowych tradycyjnych użytkowników, ale także połączenie komunikacji mobilnej z branżami wertykalnymi, co pozwoli znacząco poszerzyć obszar działalności w zakresie komunikacji mobilnej. Chociaż technologia 5G jest wciąż w początkowej fazie wdrażania na całym świecie, a współpraca z branżami wertykalnymi dopiero się rozwija, w przyszłości, wraz z rozwojem wdrożeń i usług, z pewnością przyniesie ona dobrobyt rynkowi komunikacji mobilnej i przyspieszy proces cyfryzacji różnych branż, a nawet całego społeczeństwa.

Chociaż wskaźniki i możliwości systemu 5G uległy znacznej poprawie, a scenariusze zastosowań stały się coraz bardziej zróżnicowane, nadal istnieją ograniczenia. W obliczu przyszłości nadal istnieją ogromne siły napędowe promujące ciągłą ewolucję sieci komunikacji mobilnej. Z jednej strony jest ona napędzana przez nowe technologie, takie jak sztuczna inteligencja, blockchain, przetwarzanie w chmurze i inne technologie ICT, a także nowe materiały, anteny i inne procesy. Z drugiej strony, ze względu na ciągłą ewolucję popytu, wraz z rozwojem zróżnicowanych terminali i poprawą poziomu digitalizacji w różnych branżach, zaproponowano usługi takie jak holograficzne, immersyjne XR, dotykowy internet i inteligentne fabryki, które wymagają nie tylko poprawy tradycyjnych wskaźników wydajności, takich jak prędkość, opóźnienie, liczba połączeń i zasięg, ale także wnoszą nowe wymiary zapotrzebowania na percepcję, pozycjonowanie i bezpieczeństwo. Dlatego stopniowo prowadzono badania nad wizją, potrzebami i technologią kolejnej generacji komunikacji mobilnej. Ze względu na ogromne zmiany i dodatkową wartość ekonomiczną, jaką 5G przynosi społeczeństwu, konkurencyjne kraje i sieci przemysłowe na całym świecie przywiązują ogromną wagę do technologii komunikacji mobilnej. Nie tylko główne organizacje normalizacyjne, środowisko akademickie, a nawet wiele istotnych instytucji krajowych i branż rozpoczęło wstępne badania, dążąc do stworzenia dojrzałego systemu technicznego w ciągu najbliższych 10 lat, czyli do 2030 roku, aby móc dysponować dojrzałym systemem technologicznym, który będzie w stanie sprostać nowym potrzebom biznesowym, jednocześnie zwiększając własną konkurencyjność.

Skupiając się na następnej generacji komunikacji mobilnej, a mianowicie systemie 6G, artykuł ten porządkuje tło badawcze i postępy głównych światowych organizacji normalizacyjnych, organizacji regionalnych i krajowych oraz uniwersyteckich placówek badawczych, analizuje obecne potencjalne kierunki rozwoju technologii bezprzewodowej i sieciowej oraz korzyści techniczne, jakie ze sobą niosą, a na koniec podsumowuje postęp 6G i przedstawia przemyślenia na temat wizji 6G i ogólnego kierunku rozwoju.

02Stan globalnych badań nad technologią 6G

2.1 Organizacje międzynarodowe i regionalne

2.1.1 Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU)

Grupa Studyjna Sektora Normalizacji Telekomunikacji 13 (ITU-T SG13) działająca w ramach Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU-T) jest zaangażowana w badania nad przyszłością sieci i w lipcu 2018 roku powołała Grupę Fokusową ds. Sieci NET-2030, aby zbadać potrzeby w zakresie usług sieciowych w roku 2030 i w dalszej perspektywie. Grupa fokusowa składa się z trzech podgrup, zajmujących się scenariuszami i wymaganiami aplikacji, usługami i technologiami sieciowymi oraz architekturą i infrastrukturą. W 2019 roku opublikowała dwa dokumenty techniczne, koncentrujące się na scenariuszach aplikacji i nowych możliwościach usługowych sieci w roku 2030. Zaproponowała szereg nowych scenariuszy, takich jak internet holograficzny i dotykowy, a także obecne luki sieciowe i usługi, które wymagają największej uwagi w przyszłych sieciach.

Ponadto, Grupa Robocza 5D Sektora Radiokomunikacji (ITU-R WP5D) działająca w ramach ITU rozpoczęła prace badawcze na rok 2030 i przyszłość (6G) na spotkaniu, które odbyło się w Genewie w Szwajcarii w lutym 2020 roku. Na spotkaniu ustalono wstępny harmonogram badań 6G, obejmujący raporty z badań nad trendami w technologiach przyszłości, propozycje wizji technologii przyszłości oraz inne ważne punkty planowania. Na tym spotkaniu ITU rozpoczął prace nad „Raportem o trendach w technologiach przyszłości”, którego ukończenie planowane jest na czerwiec 2022 roku. Raport opisuje kierunek ewolucji technologicznej systemów IMT po 5G, w tym technologię ewolucji IMT, technologię wysokiej efektywności widmowej oraz wdrożenie. Ponadto planowane jest również uruchomienie „Propozycji wizji przyszłości technologii” w pierwszej połowie 2021 r. i jej ukończenie do czerwca 2023 r. Propozycja ta zawiera ogólne cele systemu IMT na rok 2030 i na przyszłość, takie jak scenariusze zastosowań, główne możliwości systemu itp. Obecnie Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) nie określił jeszcze planu rozwoju standardu 6G.

2.1.2 Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE)

W sierpniu 2018 roku IEEE rozpoczęło badania nad przyszłością sieci, których celem jest „realizacja 5G i dalej”. 25 marca 2019 roku w Finlandii odbył się pierwszy na świecie szczyt 6G Wireless Summit, sponsorowany przez IEEE. Wielu uczestniczących przedstawicieli przemysłu i środowiska akademickiego opublikowało najnowsze spostrzeżenia i innowacje dotyczące 6G, a także omówiło teoretyczne i praktyczne wyzwania, które należy podjąć, aby zrealizować wizję 6G. Referaty i raporty z konferencji obejmowały wiele technologii, takich jak scenariusze 6G, fale milimetrowe i terahercowe, inteligentne połączenia, sztuczna inteligencja brzegowa (edge ​​AI), bezprzewodowa komunikacja maszynowa itp. Drugi szczyt 6G Wireless Summit również odbył się online w 2020 roku, z przemówieniami plenarnymi, spotkaniami technicznymi i powiązanymi demonstracjami przedstawicieli przemysłu, operatorów, naukowców z instytucji badawczych i interesariuszy. 6G Summit to globalne wydarzenie technologiczne, którego celem jest wyjaśnienie wizji i kierunku rozwoju 6G poprzez wspólne wysiłki różnych branż.

2.1.3 Projekt Partnerstwa Trzeciej Generacji (3GPP)

Obecna wersja 3GPP, R17, jest nadal rozwijana i udoskonalana w zakresie funkcji 5G, ale grupa popytowa SA1 rozpoczęła projekty dotyczące przyszłych usług, w tym inteligentnych sieci, komunikacji dotykowej itp., co prawdopodobnie umożliwi płynne przejście do systemów komunikacji mobilnej nowej generacji. Zgodnie z obecnym postępem i planami, 3GPP najprawdopodobniej rozpocznie prace nad wizją, technologią i wymaganiami 6G w R19 (2023 r.), a prace nad standaryzacją 6G w R21 lub późniejszych etapach.

2.1.4 Flagowiec 6G

Projekt flagowy 6G, sponsorowany przez fińskie konsorcjum i kierowany przez Uniwersytet w Oulu, powstał w 2019 roku i ma na celu zapewnienie znormalizowanej technologii komunikacyjnej z „niemal natychmiastowymi, nieograniczonymi połączeniami bezprzewodowymi”. We wrześniu 2019 roku opublikowano dokument „Kluczowe czynniki napędowe i wyzwania badawcze dla wszechobecnej inteligencji bezprzewodowej 6G”, który początkowo odpowiadał na pytania o to, jak 6G zmieni życie ludzi, jakie posiada funkcje techniczne i jakie trudności techniczne należy rozwiązać. Treści obejmują wizję 6G, siłę napędową, aplikacje i usługi. Kierunek badań bezprzewodowych koncentruje się na sztucznej inteligencji, nowym dostępie bez autoryzacji, kształtowaniu sygnału, modulacji analogowej, inteligentnych powierzchniach na dużą skalę itp. Analizowany jest również postęp i trudności w zakresie sprzętu bezprzewodowego. Kierunek badań sieciowych koncentruje się na ustanowieniu łańcucha zaufania.

2.2 Perspektywa i układ narodowy

2.2.1 欧盟

Unia Europejska rozpoczęła konsultacje w sprawie projektu badawczo-rozwojowego dotyczącego technologii łączności mobilnej szóstej generacji (6G) w 2017 roku, którego celem jest komercjalizacja technologii 6G w 2030 roku. Jednocześnie Unia Europejska uruchomiła trzyletni projekt badawczy dotyczący podstawowej technologii 6G. Głównym zadaniem jest zbadanie technologii kodowania korekcji błędów w przód (FCR), zaawansowanego kodowania kanałowego i technologii modulacji kanałowej, które mogą być wykorzystywane w sieciach komunikacyjnych 6G. Program UE Horyzont 2020 uruchomi również projekt badawczy 6G dotyczący „inteligentnych sieci i usług”, który jest obecnie na etapie wstępnych demonstracji i badań wstępnych.Ponadto UE aktywnie finansuje uniwersytety i placówki badawcze, w tym Narodowe Centrum Badań Technicznych Finlandii i Uniwersytet w Oulu, koncentrując się na przyszłych scenariuszach zastosowań i kierunkach technicznych, takich jak teraherce, bezprzewodowy dostęp szerokopasmowy, inteligencja brzegowa i kodeki.

2.2.2 Rozwiązanie

Rząd USA przywiązuje dużą wagę do technologii 6G i kontynuuje działania w dziedzinie technologii terahercowych oraz integracji technologii powietrze-przestrzeń-ziemia. W marcu 2019 r. FCC ogłosiła przydział częstotliwości w paśmie THz w Stanach Zjednoczonych: od 95 GHz do 3 THz. Uważa się, że 6G będzie zmierzać w kierunku ery częstotliwości terahercowych. Wraz ze wzrostem gęstości sieci, trzy główne technologie, w tym technologia dynamicznego współdzielenia widma i technologia multipleksowania przestrzennego oparta na THz i blockchain, stają się nowymi trendami technologicznymi. Uniwersytet Nowojorski, Uniwersytet Kalifornijski i Virginia Tech w Stanach Zjednoczonych prowadzą wstępne prace badawcze w zakresie teraherców i innych kierunków 6G. Ponadto Space-X, OneWeb, Amazon i inne firmy uruchomiły plany dotyczące internetu satelitarnego jako potencjalne technologie wspomagające dla przyszłego 6G.

2.2.3 日本

Rząd Japonii planuje opracować kompleksową strategię rozwoju dla przyszłej sieci 6G poprzez współpracę publiczno-prywatną. Ministerstwo Gospodarki, Handlu i Przemysłu utworzyło fundusz w wysokości 220 miliardów juanów na utworzenie kluczowego krajowego projektu priorytetowego i uruchomienie badań i rozwoju w zakresie sieci 6G. Przewodniczy mu rektor Uniwersytetu Tokijskiego, a giganci technologiczni, tacy jak Toshiba, zapewniają wsparcie techniczne. Japonia ma obecnie unikalną przewagę w dziedzinie technologii terahercowych i wymienia technologię terahercową jako pierwszą wśród „dziesięciu najważniejszych celów strategicznych krajowych technologii filarowych”. Grupa NTT promuje rozwój dwóch technologii B5G i 6G: terahercowej i orbitalnego momentu pędu. Ponadto Japonia będzie również wykorzystywać „półprzewodniki optyczne” jako technologię przetwarzania informacji wspierającą sieć 6G. NTT zadeklarowało współpracę z 65 firmami i dążenie do osiągnięcia masowej produkcji półprzewodników optycznych dla sieci 6G do 2030 roku.

2.2.4

Badania nad siecią 6G w Korei Południowej koncentrują się głównie w przedsiębiorstwach i uniwersyteckich instytucjach badawczych, takich jak Samsung, SK, LG Electronics, Korea Advanced Institute of Science and Technology itp. Wśród nich LG Electronics nawiązało współpracę z Korea Advanced Institute of Science and Technology w celu utworzenia centrum badawczego 6G; Instytut Elektroniki i Telekomunikacji podpisał memorandum z Uniwersytetem w Oulu w Finlandii w celu opracowania technologii sieci 6G. SK Telecom podpisał umowy z fińską Nokią i szwedzką firmą Ericsson w celu zacieśnienia współpracy w zakresie badań i rozwoju sieci 6G. W czerwcu 2019 roku Samsung utworzył Centrum Badań nad Zaawansowaną Komunikacją i rozpoczął badania nad sieciami 6G. W lipcu 2020 roku Samsung opublikował białą księgę dotyczącą wizji 6G „6G: Następne Hiperpołączone Doświadczenie dla Wszystkich”, która obejmuje wizję 6G Samsunga, trendy ewolucji, scenariusze zastosowań, wymagania dotyczące wskaźników, technologie kandydujące oraz przewidywany harmonogram standaryzacji.

2.2.5 Rozwiązanie

W listopadzie 2019 roku Ministerstwo Nauki i Technologii zorganizowało spotkanie inauguracyjne prac badawczo-rozwojowych nad technologią 6G i ogłosiło utworzenie krajowej grupy roboczej ds. promocji badań i rozwoju technologii 6G oraz ogólnej grupy ekspertów. Grupa robocza ds. promocji odpowiada za promowanie wdrażania prac badawczo-rozwojowych nad technologią 6G; ogólna grupa ekspertów odpowiada za proponowanie sugestii dotyczących struktury badań nad technologią 6G i demonstracji technicznych, a także za konsultacje i sugestie dotyczące kluczowych decyzji. Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych również powołało w 2019 roku grupę badawczą ds. 6G, którą później przemianowano na IMT-2030. Grupa ta zgromadziła przedstawicieli przemysłu i uniwersytetów, zajmując się popytem, ​​technologiami bezprzewodowymi i sieciowymi, a także wzmocniła przyszłościowe wymagania dotyczące wizji i badań technologicznych, mając na celu doprecyzowanie pomysłów na promocję technologii 6G i kluczowych kierunków rozwoju.

03Potencjalne kierunki badań

Badania nad komunikacją mobilną nowej generacji są nierozerwalnie związane z dyskusją na temat nowych technologii i architektur sieciowych. Niniejszy rozdział porządkuje aktualne priorytety badawcze głównych organizacji, uniwersytetów i instytucji badawczych, dzieląc je na trzy kategorie: nowe spektrum, nowe technologie bezprzewodowe oraz nowa architektura sieciowa i możliwości sieciowe. W rozdziale tym omówiono przede wszystkim charakterystykę techniczną i konieczność stosowania zorientowanych systemów 6G, a także przedstawiono podstawowe informacje na temat późniejszych, bardziej obszernych i systematycznych prac badawczych.

3.1 Nowe widmo
W przyszłości rodzaje działalności i użytkownicy będą coraz bardziej zdywersyfikowani, a wymagania dotyczące wydajności sieci będą coraz wyższe. Obecnie zasoby częstotliwości o niskiej częstotliwości są stopniowo w pełni zajęte, dlatego rozszerzenie widma na pasma wyższe stanie się kierunkiem badań 6G. Widmo, które obecnie przyciąga coraz większą uwagę branży, obejmuje pasma częstotliwości terahercowych i światła widzialnego.

Teraherc odnosi się do pasma częstotliwości od 100 GHz do 10 THz, o zakresie długości fal od 0.03 do 3 mm. Jest to promieniowanie elektromagnetyczne pomiędzy falami radiowymi a falami świetlnymi. Charakteryzuje się przenoszeniem bogatych informacji, szerokością impulsu subpikosekundową, wysoką koherencją czasoprzestrzenną, niską energią fotonów, silną penetracją, wysokim bezpieczeństwem użytkowania, dobrą kierunkowością i dużą przepustowością. Zastosowania komunikacji terahercowej można podzielić na dwie kategorie w zależności od zasięgu. Zastosowania o dużym zasięgu obejmują bezprzewodowe sieci fronthaul/backhaul o dużej przepustowości, bezprzewodowe centra danych, aplikacje kosmiczne itp. Zasięg wynosi od setek metrów do kilometrów. Zastosowania o krótkim zasięgu obejmują komunikację punkt-punkt krótkiego zasięgu, komunikację chipową, monitorowanie stanu i nanoskalowy Internet Rzeczy itp., o zasięgu od milimetrów do metrów. Kluczowymi zagadnieniami w obecnych badaniach nad terahercami są rozwój urządzeń rdzeniowych oraz projektowanie elastycznego i dynamicznego interfejsu radiowego.

Widmo pasma światła widzialnego wynosi 420–780 THz, a zakres długości fal 380–780 nm. Można go używać bez zezwolenia. Komunikacja w świetle widzialnym łączy w sobie oświetlenie i komunikację, nie powoduje zakłóceń elektromagnetycznych oraz jest przyjazna dla środowiska. Dlatego technologia VLC stanowi ważny sposób rozwiązania problemu interwencji w pobliżu domu i jest uważana za opcjonalną technologię dla przyszłych systemów komunikacyjnych. Główne zastosowania technologii VLC obejmują bezprzewodowy dostęp do pomieszczeń, pozycjonowanie wewnętrzne, nawigację wewnętrzną, inteligentny transport, zastosowania w lotnictwie, udostępnianie danych między urządzeniami, szybką transmisję informacji, komunikację podwodną, ​​bezpieczeństwo informacji itp. Jednak obecny łańcuch branżowy komunikacji w świetle widzialnym nie jest wystarczająco rozwinięty, a wąskie gardło stanowią urządzenia nadawczo-odbiorcze światła widzialnego w terminalach mobilnych.

3.2 Nowa technologia bezprzewodowa

3.2.1 Duże inteligentne powierzchnie

W poprzednich systemach mobilnych wiele bezprzewodowych technologii indywidualnych koncentrowało się na lepszym dostosowywaniu się do zmieniającego się środowiska kanałów bezprzewodowych i wykorzystywaniu zoptymalizowanych konstrukcji transceiverów (takich jak schematy kształtów fal, schematy kodowania, mechanizmy transmisji czasowo-częstotliwościowej i przestrzennej itp.) w celu zwiększenia przepustowości systemu. W przeszłości sterowanie falami elektromagnetycznymi ograniczało się do nadajników i odbiorników. Jednak w ostatnich latach pojawienie się inteligentnych metapowierzchni umożliwiło elastyczną kontrolę charakterystyki elektromagnetycznej środowiska kanałowego, co przyciągnęło szerokie zainteresowanie środowiska akademickiego i przemysłu. Inteligentna metapowierzchnia to sztuczna struktura powierzchni elektromagnetycznej o programowalnych właściwościach elektromagnetycznych, zazwyczaj złożona z nowych programowalnych metamateriałów. Inteligentne metapowierzchnie mogą aktywnie i inteligentnie regulować fale elektromagnetyczne poprzez kodowanie cyfrowe, tworząc pole elektromagnetyczne o kontrolowanej amplitudzie, fazie, polaryzacji i częstotliwości. Mechanizm ten stanowi interfejs między fizycznym światem elektromagnetycznym inteligentnych metapowierzchni a cyfrowym światem informatyki. Do zalet technologii inteligentnych metapowierzchni należą również niskie zużycie energii, niski koszt sprzętu, brak zakłóceń własnych, elastyczna konfiguracja i szerokie zastosowanie. Umożliwia sterowanie wiązkami elektromagnetycznymi w czasie rzeczywistym poprzez odbicie, transmisję, rozpraszanie itp., zgodnie z różnymi scenariuszami zastosowań, zmieniając środowisko bezprzewodowe, poprawiając użyteczną jakość sygnału, a tym samym osiągając cel zwiększenia zasięgu, zwiększenia wydajności systemu i uproszczenia konstrukcji. Jest to szczególnie atrakcyjne rozwiązanie dla rozwoju przyszłej komunikacji mobilnej.

3.2.2 Nowe kodowanie i przebiegi

W poprzedniej ewolucji systemów mobilnych, od 4G do 5G, szczytowa przepustowość wzrosła ponad dziesięciokrotnie. Można przewidywać, że w kolejnej generacji systemów mobilnych trend wzrostu przepustowości będzie nadal utrzymywany, a nawet przyspieszany. Wymagania dotyczące przepustowości dekodowania przekraczają 100 Gb/s, a algorytm dekodowania i kod korekcji błędów wymagają przeprojektowania w celu poprawy paralelizmu dekodowania. Jednocześnie stopniowo rosną wymagania dotyczące niezawodności, co wymaga kodowania o niższym poziomie błędów i optymalizacji powiązanych projektów. Technologie kodowania, które są obecnie intensywnie badane, obejmują technologię kodowania spinalnego, technologię modulacji indeksowej i nieliniowe kodowanie wstępne. Jednocześnie sztuczna inteligencja również stopniowo zyskuje na znaczeniu w kodowaniu. Ponadto w systemach 5G projektowanie przebiegów fal można elastycznie dostosowywać do różnych scenariuszy zastosowań. W przyszłości 6G będzie obsługiwać bardziej złożone scenariusze i usługi, a wskaźniki wydajności również zostaną znacznie poprawione. Projektowanie i wprowadzanie nowych przebiegów fal jest koniecznością. Obecne badania obejmują projektowanie bazujące na nieortogonalnych kształtach fal, projektowanie kształtów fal w domenie transformacji itd. Nowe kodowanie i kształty fal odegrają ważną rolę w przyszłych systemach i stanowią kierunki techniczne, które należy zbadać.

3.3 Nowa architektura sieciowa i możliwości sieciowe

3.3.1 Integracja przestrzeni kosmicznej, lądu, powietrza i morza

Komunikacja satelitarna odgrywa kluczową rolę w poprawie jakości życia w dzisiejszej gospodarce cyfrowej. W porównaniu z sieciami naziemnymi, sieci satelitarne zapewniają pełne pokrycie powierzchni Ziemi, zaawansowaną mobilność, wysoki poziom bezpieczeństwa i niezawodności oraz gwarancje opóźnień transmisji na duże odległości. Połączenie satelitów, samolotów i sieci naziemnych w celu uzyskania trójwymiarowej i heterogenicznej łączności sieciowej może zapewnić szeroki zasięg, dużą przepustowość i ogromną liczbę połączeń, sprostać szczególnym scenariuszom, takim jak ograniczone połączenia na obszarach wiejskich, połączenia w przestrzeni powietrznej i na morzu, a także zarządzanie kryzysowe, zapewnić globalny, bezproblemowy zasięg i bezsensowne przekazywanie połączeń, a także zagwarantować zasięg i wymagania dotyczące połączeń mobilnych nowej generacji. Wyzwania techniczne, przed którymi stoi obecny system techniczny, obejmują wysoce dynamiczne zmiany w łączach transmisyjnych, złożone zachowanie czasoprzestrzenne sieci oraz znaczne różnice w heterogenicznej skali działalności. Przełomy techniczne w zakresie jednoczesnej zintegrowanej sieci powietrznej, kosmicznej i naziemnej, teorii transmisji, zoptymalizowanego harmonogramowania i inteligentnej współpracy również wymagają wielkich przełomów technologicznych.

3.3.2 Sieć deterministyczna

Sieci deterministyczne (DetNet – Deterministic Networking) były pierwotnie technologią, która pomogła w transformacji sieci IP z „najlepszego wysiłku” na „punktualne, dokładne i szybkie”, kontrolując i redukując opóźnienia między punktami końcowymi. Początkowo były one skierowane do branż wertykalnych, takich jak przemysł, energetyka i Internet Pojazdów, które mają wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące niskich opóźnień, niezawodności i stabilności sieci. Obecny standard TSN opracowany przez IEEE zapewnia determinizm Ethernetu, a grupa robocza ds. sieci deterministycznych powołana przez IETF jest zaangażowana w rozszerzenie technologii opracowanej w TSN na routery i zwiększenie skali sieci. W przyszłości, wraz ze wzrostem zróżnicowania terminali mobilnych i rodzajów usług, które one oferują, wymagania „deterministyczne”, takie jak precyzyjna synchronizacja czasu, absolutne opóźnienie między punktami końcowymi oraz ultraniezawodne dostarczanie pakietów danych bez strat, staną się wymaganiami kolejnej generacji systemów mobilnych. Sieć bezprzewodowa jest kluczem do osiągnięcia pewności działania między punktami końcowymi w systemach mobilnych. Transmisja bezprzewodowa jest podatna na wpływ otoczenia, a jej jakość trudno zagwarantować. W erze 5G standardy 3GPP opracowały plan integracji TSN i 5G. System 5G jest wykorzystywany jako most TSN, a architektura jest zintegrowana w sposób typu „czarna skrzynka”. Jednak oba systemy nadal pozostają niezależnymi i trudno jest w pełni zagwarantować wydajność TSN. W przyszłości, w systemach komunikacji mobilnej nowej generacji, charakterystyka przedsiębiorstwa będzie w pełni uwzględniana, aby zapewnić deterministyczną obsługę natywnej technologii 6G. Odpowiednie rozwiązania techniczne i system architektury wymagają dalszego udoskonalenia.

3.3.3 Natywna chmura

Cloud native oznacza, że ​​aplikacje są wdrażane na serwerach w chmurze i charakteryzują się konteneryzacją, mikrousługami, ciągłym dostarczaniem i DevOps. Technologie te pozwalają na budowę luźno powiązanego systemu, który jest odporny na błędy, łatwy w zarządzaniu i łatwy do obserwacji. W erze 5G sieć szkieletowa opiera się na architekturze zorientowanej na usługi, co ułatwia implementację funkcji sieciowych za pomocą serwerów ogólnego przeznaczenia i osiągnięcie efektów chmuryzacji w centrach danych. Jednak obecne wdrożenie sieci szkieletowej 5G nadal nie oferuje takich funkcji, jak konteneryzacja i mikrousługi. W przyszłości, aby budować elastyczne, skalowalne, szybkie innowacje i usługi sieciowe online, chmura natywna może być odpowiednim rozwiązaniem. Chociaż tradycyjne urządzenia bezprzewodowe w sieciach komórkowych zawsze były wysoce zamknięte, a funkcje sieciowe mają niezwykle wysokie wymagania dotyczące wydajności w czasie rzeczywistym, badania i eksploracja związane z sieciami mobilnymi opartymi na chmurze postępują. Uważa się, że wraz z rozwojem technologii i branży, jej zalety zostaną w pełni wykorzystane w przyszłości do budowy nowej, elastycznej architektury sieciowej.

3.3.4 Wszechobecna inteligencja

Ciągły rozwój sztucznej inteligencji rewolucjonizuje każdą gałąź technologii, a łączenie jej z sieciami komórkowymi nowej generacji stało się nieuniknionym trendem. Obecnie większość sposobów łączenia inteligencji w dziedzinie komunikacji polega na wykorzystaniu gromadzenia danych i algorytmów sztucznej inteligencji do optymalizacji działalności po wdrożeniu systemu, ale stopień i zakres ich zastosowania są niewielkie. W przyszłości, wraz z ciągłą ewolucją architektury sieci i rozwojem połączeń wszechobecnych, sztuczna inteligencja może być ściślej zintegrowana z każdym aspektem sieci. Będzie ona wdrażana nie tylko w chmurze, ale także wkraczać na jej brzeg i do terminali. Będzie wykorzystywana nie tylko do inteligentnej optymalizacji określonych usług, ale także będzie szerzej zintegrowana z projektowaniem systemów, w tym wdrażaniem sieci, projektowaniem algorytmów i alokacją mocy obliczeniowej. Inteligencja będzie szerzej osadzona w sieci, aby osiągnąć prawdziwą inteligentną wszechobecność i kompleksowo zwiększyć możliwości przyszłych sieci komórkowych.

3.3.5 Bezpieczeństwo endogeniczne

Przyszłe nowe wizje biznesowe i architektury sieciowe, w tym immersyjne XR, holografia, zintegrowane połączenia wszechobecne powietrze-przestrzeń-ziemia, sztuczna inteligencja itp., stworzą więcej punktów ataku i stworzą nowe wyzwania dla bezpieczeństwa. Tradycyjny model obrony bezpieczeństwa jest typu łatki, co oznacza, że ​​po zbudowaniu systemu, poprzez izolowane projektowanie zabezpieczeń, układanie w stosy i wzmacnianie, jest to pasywny model ochrony, który jest nieefektywny i nieekonomiczny. Dlatego przyszłe sieci komórkowe muszą eksplorować nowe modele bezpieczeństwa. Bezpieczeństwo endogeniczne opiera się na takich atrybutach, jak spójność, współpraca i natywność, co sprawia, że ​​bezpieczeństwo charakteryzuje się natywnym tworzeniem i symbiotyczną ewolucją. Bezpieczeństwo sieci jest zarządzane poprzez agregację różnych protokołów i mechanizmów bezpieczeństwa. Jednocześnie funkcje ochrony bezpieczeństwa posiadają niezależną siłę napędową, która pozwala im dostosowywać się do zmian w sieci synchronicznie lub nawet prospektywnie, zapewniając wrodzoną, solidną obronę sieci. Nie jest to już pasywna odpowiedź na zagrożenia bezpieczeństwa i może odegrać ważną rolę w przyszłej sieci 6G.

04Podsumuj

Sieć 6G to sieć, która będzie zorientowana na rok 2030 i lata późniejsze. Chociaż znajduje się ona obecnie na wczesnym etapie badań, wciąż można ją dostrzec w trendach ewolucji biznesu i technologii. Sieć 6G musi obsługiwać większą przepustowość, większą pewność, szerszy i głębszy zasięg przyszłych usług, a jednocześnie uwzględniać dostarczanie inteligentniejszych, bezpieczniejszych i bardziej elastycznych usług sieciowych. Niniejszy artykuł omawia postęp i potencjalne kierunki techniczne instytucji badawczych w zakresie 6G. Chociaż obecna droga 6G nie jest jeszcze jasna, a potencjalne kierunki również napotykają na problemy w teorii, fizycznej implementacji i sieciowaniu. Jednak dzięki ciągłym inwestycjom w badania naukowe i ciągłemu rozwojowi branży, uważa się, że następna generacja systemów komunikacji mobilnej z pewnością przyniesie więcej zmian i głębszą dywersję!

Referencje

【1】Dang S, Amin O, Shihada B i in. Jakie powinno być 6G? [J]. Nature Electronics, 2020 (3): 20-29.
【2】Klaus D, Hendrik B. Wizja i wymagania 6G: czy istnieje potrzeba wykraczania poza 5G?[J]. Magazyn IEEE Vehcular Technology, 2018, 13(3):72-80.
【3】Yastrebova A, Kirichek R, Koucheryavy Y i in. Future Networks 2030: Architektura i wymagania[C]// Międzynarodowy Kongres na temat ultranowoczesnych systemów telekomunikacyjnych i sterowania oraz warsztaty. 2019.
【4】Biała księga. Kluczowe czynniki i wyzwania badawcze dotyczące wszechobecnej inteligencji bezprzewodowej 6G. 2019
【5】Gao Fang, Li Mengwei. Uniwersytet w Oulu w Finlandii opublikował dokument, w którym początkowo zaproponowano wizję i wyzwania związane z siecią 6G [J]. Science and Technology China, 2019(12).
【6】Liu Junfeng, Liu Shuo, Fu Xiaojian i in. Metamateriały i metapowierzchnie informacji terahercowej [J]. Journal of Radar, 2018.
【7】Liu Yang, Peng Mugen. Bezpieczeństwo endogeniczne 6G: architektura i kluczowe technologie [J]. Telecommunications Science, 2020(1):11-20.
【8】Zhang X, Wang J, Biedny HV. Modelowanie zakłóceń i maksymalizacja wzajemnych informacji w bezprzewodowych nanosieciach Ad-Hoc Ad-Hoc [C]// GLOBECOM 6 - 2020 IEEE Global Communications Conference. IEEE, 2020.
【9】Xie Sha, Li Haoran, Li Lingxiang i in. Przegląd badań nad technologią komunikacji terahercowej dla sieci 6G [J]. Komunikacja Mobilna, 2020(6):36-43.
【10】Yu M, Tang A, Wang X i in. Wspólne planowanie i alokacja mocy dla sieci kratowych terahercowych 6G [C]// Międzynarodowa konferencja na temat informatyki, sieci i komunikacji 2020 (ICNC). 2020.
【11】Li Xin, Wang Qiang. Dyskusja na temat postępów badań nad 6G i perspektyw zastosowania kluczowych technologii kandydackich [J]. Telecommunications Express, 2020, nr 593(11):10-13.
【12】You X, Wang CX, Huang J i in. W kierunku bezprzewodowych sieci komunikacyjnych 6G: wizja, technologie wspomagające i nowe zmiany paradygmatu [J]. Nauka Chiny. Nauki Informacyjne, 2021, 64(1).
【13】Chen S, Liang YC, Sun S i in. Wizja, wymagania i trend technologiczny 6G: jak stawić czoła wyzwaniom związanym z pokryciem systemu, pojemnością, szybkością transmisji danych i szybkością ruchu [J]. Komunikacja bezprzewodowa IEEE, 2020.
【14】Guang Y, Liu Y, Huang N i in. Wizja, wymagania i architektura sieciowa sieci komórkowej 6G po roku 2030[J]. 中国通信, 2020, 17(9):100-112.
【15】Trasa SP. Komunikacja bezprzewodowa 6G: jej wizja, wykonalność, zastosowanie, wymagania, technologie, spotkania i badania[C]// 2020 11. Międzynarodowa konferencja na temat technologii informatycznych, komunikacyjnych i sieciowych (ICCCNT). 2020.
【16】Zhang Z, Xiao Y, Ma Z i in. Sieci bezprzewodowe 6G: wizja, wymagania, architektura i kluczowe technologie [J]. Magazyn IEEE Vehcular Technology, 2019 (99):1-1.
【17】Chowdhury MZ, Shahjalal M, Ahmed S i in. Systemy komunikacji bezprzewodowej 6G: zastosowania, wymagania, technologie, wyzwania i kierunki badań [J]. IEEE Open Journal of the Communications Society, 2020, PP(99):1-1.