Tổng quan về nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G toàn cầu

01Giới thiệu chung

Công nghệ truyền thông di động hiện đã phát triển đến thế hệ thứ năm (5G). Trong suốt lịch sử phát triển, 2G/3G đã đạt được các kết nối di động cơ bản, trong khi 4G, thế hệ được triển khai rộng rãi nhất, đã mang lại lưu lượng dữ liệu khổng lồ thông qua việc phổ biến các thiết bị đầu cuối thông minh và thay đổi lối sống của người dùng. 5G đã thu hút rất nhiều sự chú ý ngay cả trước khi được thương mại hóa hoàn toàn. Mục tiêu của nó không chỉ là cải thiện trải nghiệm kinh doanh của người dùng truyền thống, mà còn là kết hợp truyền thông di động với các ngành công nghiệp chuyên biệt để mở rộng đáng kể lĩnh vực kinh doanh truyền thông di động. Mặc dù 5G vẫn đang trong giai đoạn đầu triển khai trên toàn cầu, và sự hợp tác với các ngành công nghiệp chuyên biệt mới chỉ bắt đầu phát triển, nhưng trong tương lai, khi việc triển khai và dịch vụ tiếp tục hoàn thiện, chắc chắn nó sẽ mang lại sự thịnh vượng cho thị trường truyền thông di động và đẩy nhanh quá trình số hóa của nhiều ngành công nghiệp và thậm chí cả toàn xã hội.

Mặc dù các chỉ số và khả năng của hệ thống 5G đã được cải thiện đáng kể, và các kịch bản ứng dụng ngày càng đa dạng, nhưng vẫn còn những hạn chế. Nhìn về tương lai, vẫn còn những động lực to lớn thúc đẩy sự phát triển liên tục của mạng lưới truyền thông di động. Một mặt, đó là sự thúc đẩy bởi các công nghệ mới nổi, như trí tuệ nhân tạo, blockchain, điện toán đám mây và các công nghệ ICT khác, cũng như các vật liệu, anten và quy trình mới. Mặt khác, do nhu cầu liên tục phát triển, cùng với sự phát triển của các thiết bị đầu cuối đa dạng và sự nâng cao mức độ số hóa trong các ngành công nghiệp khác nhau, các dịch vụ như hình ảnh ba chiều, XR nhập vai, Internet xúc giác và nhà máy thông minh đã được đề xuất, không chỉ đòi hỏi cải thiện các chỉ số hiệu suất truyền thống như tốc độ, độ trễ, số lượng kết nối và vùng phủ sóng, mà còn mang lại những chiều hướng nhu cầu mới về nhận thức, định vị và bảo mật. Do đó, nghiên cứu về tầm nhìn, nhu cầu và công nghệ của thế hệ truyền thông di động tiếp theo đang được tiến hành dần dần. Do những thay đổi to lớn và giá trị kinh tế bổ sung mà 5G mang lại cho xã hội, các quốc gia cạnh tranh và các chuỗi công nghiệp trên toàn thế giới đều rất coi trọng công nghệ truyền thông di động. Không chỉ các tổ chức tiêu chuẩn lớn, giới học thuật mà ngay cả nhiều tổ chức và ngành công nghiệp quốc gia có liên quan cũng đã bắt đầu nghiên cứu sơ bộ, hướng tới mục tiêu có một hệ thống kỹ thuật hoàn thiện trong 10 năm tới, tức là năm 2030, để có thể đáp ứng nhu cầu kinh doanh mới đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh của chính mình.

Bài viết này tập trung vào thế hệ tiếp theo của truyền thông di động, cụ thể là hệ thống 6G, tổng hợp bối cảnh nghiên cứu và tiến trình liên quan của các tổ chức tiêu chuẩn toàn cầu, khu vực và quốc gia, cũng như các viện nghiên cứu đại học, phân tích các hướng công nghệ tiềm năng hiện tại về phía không dây và phía mạng cùng những lợi thế kỹ thuật mà chúng mang lại, và cuối cùng tóm tắt tiến trình của 6G và đưa ra những suy nghĩ về tầm nhìn 6G và hướng phát triển tổng thể.

02Tình trạng nghiên cứu 6G toàn cầu

2.1 Các tổ chức quốc tế và khu vực

2.1.1 Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU)

Nhóm Nghiên cứu Tiêu chuẩn hóa Viễn thông 13 (ITU-T SG13) thuộc Liên minh Viễn thông Quốc tế cam kết nghiên cứu mạng lưới tương lai và đã thành lập Nhóm Tập trung Mạng NET-2030 vào tháng 7 năm 2018 để khám phá nhu cầu dịch vụ mạng cho năm 2030 và xa hơn nữa. Nhóm tập trung này có ba nhóm nhỏ, bao gồm các kịch bản và yêu cầu ứng dụng, dịch vụ và công nghệ mạng, và kiến ​​trúc và cơ sở hạ tầng. Nhóm đã công bố hai báo cáo chuyên đề vào năm 2019, tập trung vào các kịch bản ứng dụng và khả năng dịch vụ mới của mạng năm 2030. Báo cáo đề xuất nhiều kịch bản mới như Internet ba chiều và xúc giác, cũng như các lỗ hổng mạng hiện tại và các dịch vụ cần được chú trọng nhất trong mạng lưới tương lai.

Ngoài ra, Nhóm làm việc 5D thuộc lĩnh vực Truyền thông vô tuyến (ITU-R WP5D) trực thuộc ITU đã khởi động công tác nghiên cứu cho năm 2030 và tương lai (6G) tại cuộc họp được tổ chức ở Geneva, Thụy Sĩ, vào tháng 2 năm 2020. Cuộc họp đã hình thành một lịch trình nghiên cứu 6G sơ bộ, bao gồm các báo cáo nghiên cứu xu hướng công nghệ tương lai, đề xuất tầm nhìn công nghệ tương lai và các điểm lập kế hoạch quan trọng khác. Tại cuộc họp này, ITU đã bắt đầu biên soạn "Báo cáo Xu hướng Công nghệ Tương lai", dự kiến ​​hoàn thành vào tháng 6 năm 2022. Báo cáo mô tả hướng phát triển công nghệ của hệ thống IMT sau 5G, bao gồm công nghệ phát triển IMT, công nghệ hiệu suất phổ cao và triển khai. Bên cạnh đó, cũng dự kiến ​​sẽ khởi động "Đề xuất Tầm nhìn Công nghệ Tương lai" vào nửa đầu năm 2021 và hoàn thành vào tháng 6 năm 2023. Đề xuất này chứa đựng các mục tiêu tổng thể của hệ thống IMT cho năm 2030 và tương lai, chẳng hạn như các kịch bản ứng dụng, khả năng hệ thống chính, v.v. Hiện tại, ITU vẫn chưa xác định kế hoạch phát triển cho tiêu chuẩn 6G.

2.1.2 Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE)

IEEE đã khởi động nghiên cứu mạng lưới tương lai với mục tiêu "hiện thực hóa 5G và hơn thế nữa" vào tháng 8 năm 2018. Vào ngày 25 tháng 3 năm 2019, Hội nghị thượng đỉnh không dây 6G đầu tiên trên thế giới do IEEE tài trợ đã được tổ chức tại Phần Lan. Nhiều đại diện tham gia từ ngành công nghiệp và giới học thuật đã công bố những hiểu biết và đổi mới mới nhất về 6G, đồng thời thảo luận về những thách thức lý thuyết và thực tiễn cần được giải quyết để hiện thực hóa tầm nhìn 6G. Các bài báo và báo cáo của hội nghị đã đề cập đến nhiều công nghệ như hình dung kịch bản 6G, sóng milimét và terahertz, kết nối thông minh, trí tuệ nhân tạo biên, truyền thông không dây máy móc, v.v. Hội nghị thượng đỉnh không dây 6G lần thứ hai cũng được tổ chức trực tuyến vào năm 2020, với các bài phát biểu quan trọng, các cuộc họp kỹ thuật và các cuộc trình diễn liên quan của ngành công nghiệp, nhà mạng, các học giả viện nghiên cứu và các bên liên quan. Hội nghị thượng đỉnh 6G là một sự kiện công nghệ toàn cầu, với mục tiêu làm rõ tầm nhìn và hướng phát triển của 6G thông qua nỗ lực chung của nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

2.1.3 Dự án hợp tác thế hệ thứ ba (3GPP)

Phiên bản R17 hiện đang được 3GPP phát triển vẫn là sự tiến hóa và nâng cao các tính năng của 5G, nhưng nhóm yêu cầu SA1 đã bắt đầu các dự án liên quan đến các dịch vụ tương lai, bao gồm lưới điện thông minh, truyền thông xúc giác, v.v., điều này có khả năng tạo ra sự chuyển đổi suôn sẻ sang thế hệ tiếp theo của hệ thống truyền thông di động. Theo tiến độ và kế hoạch hiện tại, 3GPP rất có thể sẽ bắt đầu nghiên cứu về tầm nhìn, công nghệ và yêu cầu của 6G trong phiên bản R19 (năm 2023), và bắt đầu công tác tiêu chuẩn hóa 6G trong phiên bản R21 hoặc các giai đoạn sau đó.

2.1.4 Flagship 6G

Sáng kiến ​​6G Flagship, được tài trợ bởi một tập đoàn Phần Lan và dẫn đầu bởi Đại học Oulu, được thành lập vào năm 2019 và cam kết cung cấp công nghệ truyền thông tiêu chuẩn với "kết nối không dây gần như tức thời, không giới hạn". Vào tháng 9 năm 2019, sáng kiến ​​này đã công bố sách trắng "Các động lực chính và thách thức nghiên cứu cho trí tuệ không dây phổ biến 6G", ban đầu trả lời các câu hỏi về cách 6G sẽ thay đổi cuộc sống của con người, các tính năng kỹ thuật của nó và những khó khăn kỹ thuật cần giải quyết. Nội dung bao gồm tầm nhìn 6G, động lực, ứng dụng và dịch vụ. Hướng nghiên cứu không dây tập trung vào trí tuệ nhân tạo, truy cập không cần ủy quyền mới, định hình tín hiệu, điều chế tương tự, bề mặt thông minh quy mô lớn, v.v. Tiến trình và khó khăn của phần cứng không dây cũng được phân tích. Hướng nghiên cứu mạng tập trung vào việc thiết lập chuỗi tin cậy.

2.2 Quan điểm và bố cục quốc gia

2.2.1 tình yêu

Liên minh châu Âu đã khởi động một cuộc tham vấn về dự án nghiên cứu và phát triển công nghệ truyền thông di động thế hệ thứ 6 (6G) vào năm 2017, với mục tiêu thương mại hóa công nghệ 6G vào năm 2030. Đồng thời, Liên minh châu Âu cũng đã khởi động một dự án nghiên cứu công nghệ cơ bản 6G kéo dài ba năm. Nhiệm vụ chính là nghiên cứu công nghệ mã hóa sửa lỗi tiến thế hệ tiếp theo, công nghệ mã hóa kênh tiên tiến và công nghệ điều chế kênh có thể được sử dụng trong mạng truyền thông 6G. Tổ chức Horizon 2020 của EU cũng sẽ khởi động một dự án nghiên cứu 6G về "mạng và dịch vụ thông minh", hiện đang trong giai đoạn trình diễn sơ bộ và nghiên cứu tiền đề.Ngoài ra, EU tích cực tài trợ cho các trường đại học và viện nghiên cứu, bao gồm Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Quốc gia Phần Lan và Đại học Oulu, tập trung vào các kịch bản ứng dụng tương lai và các hướng kỹ thuật như terahertz, truy cập băng thông rộng không dây, trí tuệ biên và codec.

2.2.2 美国

Chính phủ Hoa Kỳ rất coi trọng công nghệ 6G và tiếp tục nỗ lực trong lĩnh vực công nghệ terahertz và tích hợp không gian-mặt đất. Tháng 3 năm 2019, FCC đã ban hành phân bổ phổ tần trong băng tần THz tại Hoa Kỳ: từ 95 GHz đến 3 THz. Họ tin rằng 6G sẽ hướng tới kỷ nguyên tần số terahertz. Khi mạng lưới trở nên dày đặc hơn, ba công nghệ chính, bao gồm công nghệ chia sẻ phổ tần động và công nghệ ghép kênh không gian dựa trên THz và blockchain, đang trở thành xu hướng công nghệ mới. Đại học New York, Đại học California và Đại học Virginia Tech tại Hoa Kỳ đều đang tiến hành nghiên cứu sơ bộ về terahertz và các hướng 6G khác. Ngoài ra, Space-X, OneWeb, Amazon, v.v. đã đưa ra các kế hoạch Internet vệ tinh như những công nghệ hỗ trợ tiềm năng cho 6G trong tương lai.

2.2.3 日本

Chính phủ Nhật Bản có kế hoạch xây dựng chiến lược phát triển toàn diện cho công nghệ 6G trong tương lai thông qua hợp tác công tư. Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp đã thành lập một quỹ trị giá 220 tỷ nhân dân tệ để thiết lập dự án trọng điểm quốc gia và khởi động nghiên cứu và phát triển 6G. Dự án này do hiệu trưởng Đại học Tokyo chủ trì, và nhận được hỗ trợ kỹ thuật từ các tập đoàn công nghệ lớn như Toshiba. Hiện tại, Nhật Bản có lợi thế độc đáo trong lĩnh vực terahertz, và công nghệ terahertz được xếp hạng đầu tiên trong "Mười mục tiêu chiến lược trọng điểm về công nghệ trụ cột quốc gia". Tập đoàn NTT đã thúc đẩy sự phát triển của hai công nghệ B5G và 6G, đó là terahertz và động lượng góc quỹ đạo. Ngoài ra, Nhật Bản cũng sẽ sử dụng "bán dẫn quang học" làm công nghệ xử lý thông tin để hỗ trợ 6G. NTT cho biết sẽ hợp tác với 65 công ty và nỗ lực đạt được sản xuất hàng loạt bán dẫn quang học cho 6G vào năm 2030.

2.2.4 韩国

Nghiên cứu 6G của Hàn Quốc chủ yếu tập trung tại các doanh nghiệp và viện nghiên cứu đại học, bao gồm Samsung, SK, LG Electronics, Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), v.v. Trong đó, LG Electronics đã hợp tác với KAIST để thành lập trung tâm nghiên cứu 6G; Viện Điện tử và Viễn thông (IET) đã ký biên bản ghi nhớ với Đại học Oulu của Phần Lan để phát triển công nghệ mạng 6G. SK Telecom đã ký thỏa thuận với Nokia của Phần Lan và Ericsson của Thụy Điển để tăng cường hợp tác trong nghiên cứu và phát triển mạng 6G. Vào tháng 6 năm 2019, Samsung đã thành lập Trung tâm Nghiên cứu Truyền thông Tiên tiến và bắt đầu nghiên cứu về mạng 6G. Vào tháng 7 năm 2020, Samsung đã phát hành sách trắng về tầm nhìn 6G "6G: Trải nghiệm siêu kết nối tiếp theo dành cho tất cả mọi người", bao gồm tầm nhìn 6G của Samsung, xu hướng phát triển, kịch bản ứng dụng, yêu cầu chỉ số, công nghệ tiềm năng và lịch trình tiêu chuẩn hóa dự kiến.

2.2.5 中国

Tháng 11 năm 2019, Bộ Khoa học và Công nghệ đã tổ chức cuộc họp khởi động công tác nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G, đồng thời công bố thành lập nhóm công tác quốc gia về xúc tiến nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G và nhóm chuyên gia tổng quan. Trong đó, nhóm công tác xúc tiến chịu trách nhiệm thúc đẩy việc triển khai nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G; nhóm chuyên gia tổng quan chịu trách nhiệm đề xuất các phương án nghiên cứu và trình diễn kỹ thuật công nghệ 6G, cũng như tư vấn và đóng góp ý kiến ​​cho các quyết định quan trọng. Bộ Công nghiệp và Thông tin cũng thành lập nhóm nghiên cứu 6G vào năm 2019, sau này đổi tên thành IMT-2030. Nhóm này tập hợp lực lượng từ ngành công nghiệp và các trường đại học, bao gồm nhu cầu, công nghệ không dây và mạng, đồng thời tăng cường các yêu cầu về tầm nhìn tương lai và nghiên cứu công nghệ, với mục tiêu làm rõ các ý tưởng và định hướng chính thúc đẩy 6G.

03Các hướng nghiên cứu tiềm năng

Nghiên cứu về truyền thông di động thế hệ tiếp theo không thể tách rời khỏi việc thảo luận về các công nghệ mới và kiến ​​trúc mạng mới. Chương này phân loại các ưu tiên nghiên cứu hiện tại của các tổ chức, trường đại học và viện nghiên cứu lớn, và chia chúng thành ba nhóm: phổ tần mới, công nghệ phía không dây mới, và kiến ​​trúc mạng và khả năng mạng mới. Chương này chủ yếu giới thiệu các đặc điểm kỹ thuật và sự cần thiết của các hệ thống 6G định hướng, và cung cấp tài liệu tham khảo cơ bản cho các công trình nghiên cứu sâu rộng và có hệ thống hơn trong tương lai.

3.1 Quang phổ mới
Trong tương lai, các loại hình doanh nghiệp và người dùng sẽ trở nên đa dạng hơn, và yêu cầu về hiệu năng mạng sẽ ngày càng cao. Hiện nay, tài nguyên tần số thấp đã dần được sử dụng hết, vì vậy việc mở rộng phổ tần lên các băng tần cao hơn sẽ trở thành hướng nghiên cứu của 6G. Phổ tần hiện đang thu hút nhiều sự chú ý từ ngành công nghiệp bao gồm các băng tần terahertz và ánh sáng nhìn thấy.

Terahertz đề cập đến dải tần số từ 100 GHz đến 10 THz, với phạm vi bước sóng từ 0.03 đến 3 mm. Nó là bức xạ điện từ nằm giữa sóng radio và sóng ánh sáng. Nó có các đặc điểm như mang nhiều thông tin, độ rộng xung dưới picogiây, độ kết dính không gian-thời gian cao, năng lượng photon thấp, khả năng xuyên thấu mạnh, độ an toàn cao khi sử dụng, khả năng định hướng tốt và băng thông rộng. Các ứng dụng truyền thông Terahertz có thể được chia thành hai loại dựa trên khoảng cách phủ sóng. Các ứng dụng phủ sóng tầm xa bao gồm truyền dẫn không dây dung lượng lớn, trung tâm dữ liệu không dây, ứng dụng không gian, v.v. Khoảng cách phủ sóng nằm trong khoảng từ hàng trăm mét đến ki-lô-mét. Các ứng dụng phủ sóng tầm ngắn bao gồm truyền thông điểm-điểm tầm ngắn, truyền thông chip, giám sát sức khỏe và Internet vạn vật nano, v.v., với phạm vi phủ sóng từ milimét đến mét. Các vấn đề then chốt trong nghiên cứu Terahertz hiện nay là phát triển các thiết bị lõi và thiết kế giao diện không khí linh hoạt và năng động.

Dải phổ ánh sáng nhìn thấy được là 420~780 THz, và phạm vi bước sóng là 380~780 nm. Nó có thể được sử dụng mà không cần sự cho phép. Truyền thông ánh sáng nhìn thấy có ưu điểm là kết hợp chiếu sáng và truyền thông, không gây nhiễu điện từ, và thân thiện với môi trường. Do đó, VLC là một phương tiện quan trọng để giải quyết vấn đề can thiệp vào nhà ở gần và được coi là một công nghệ tùy chọn cho các hệ thống truyền thông trong tương lai. Các kịch bản ứng dụng chính của VLC bao gồm truy cập không dây trong nhà, định vị trong nhà, dẫn đường trong nhà, giao thông thông minh, ứng dụng trong lĩnh vực hàng không, chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị, truyền tải thông tin tốc độ cao, truyền thông dưới nước, an ninh thông tin, v.v. Tuy nhiên, chuỗi ngành công nghiệp truyền thông ánh sáng nhìn thấy hiện nay vẫn chưa đủ trưởng thành, và nút thắt cổ chai nằm ở các thiết bị thu phát ánh sáng nhìn thấy của thiết bị đầu cuối di động.

3.2 Công nghệ không dây mới

3.2.1 Bề mặt thông minh lớn

Trong các hệ thống di động trước đây, nhiều công nghệ không dây riêng lẻ được dành riêng để thích ứng tốt hơn với môi trường kênh không dây thay đổi và sử dụng các thiết kế bộ thu phát tối ưu (như sơ đồ dạng sóng, sơ đồ mã hóa, cơ chế truyền dẫn thời gian-tần số và không gian, v.v.) để cải thiện dung lượng hệ thống. Trước đây, việc điều khiển sóng điện từ bị giới hạn ở bộ phát và bộ thu. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sự xuất hiện của các siêu vật liệu thông minh đã cho phép điều khiển linh hoạt các đặc tính điện từ của môi trường kênh, điều này đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ giới học thuật và công nghiệp. Siêu vật liệu thông minh là một cấu trúc bề mặt điện từ nhân tạo với các thuộc tính điện từ có thể lập trình được, thường được cấu tạo từ các siêu vật liệu có thể lập trình mới. Siêu vật liệu thông minh có thể chủ động và thông minh điều chỉnh sóng điện từ thông qua mã hóa kỹ thuật số, tạo thành một trường điện từ với biên độ, pha, phân cực và tần số có thể điều khiển được. Cơ chế này cung cấp một giao diện giữa thế giới điện từ vật lý của siêu vật liệu thông minh và thế giới kỹ thuật số của khoa học thông tin. Ưu điểm của công nghệ siêu vật liệu thông minh cũng bao gồm tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí phần cứng thấp, không tự nhiễu, cấu hình linh hoạt và ứng dụng rộng rãi. Nó có thể điều khiển các chùm tia điện từ trong thời gian thực thông qua phản xạ, truyền dẫn, tán xạ, v.v., tùy thuộc vào các kịch bản ứng dụng khác nhau, thay đổi môi trường không dây, nâng cao chất lượng tín hiệu hữu ích, và từ đó đạt được mục đích mở rộng vùng phủ sóng, cải thiện dung lượng hệ thống và đơn giản hóa thiết kế. Điều này đặc biệt hấp dẫn đối với sự phát triển của truyền thông di động trong tương lai.

3.2.2 Mã hóa và dạng sóng mới

Trong quá trình phát triển hệ thống di động trước đây, từ 4G lên 5G, tốc độ đỉnh đã tăng hơn 10 lần. Có thể dự đoán rằng trong thế hệ hệ thống di động tiếp theo, xu hướng tăng trưởng tốc độ sẽ tiếp tục được duy trì hoặc thậm chí tăng tốc. Yêu cầu về thông lượng giải mã đạt hơn 100 Gbps, và thuật toán giải mã cũng như mã sửa lỗi cần được thiết kế lại để cải thiện khả năng giải mã song song. Đồng thời, yêu cầu về độ tin cậy ngày càng tăng, đòi hỏi mã hóa phải có mức lỗi thấp hơn và tối ưu hóa các thiết kế liên quan. Các công nghệ mã hóa hiện đang được nghiên cứu nhiều hơn bao gồm công nghệ mã hóa Spinal, công nghệ điều chế chỉ số và tiền mã hóa phi tuyến tính. Đồng thời, trí tuệ nhân tạo cũng đang dần thu hút sự chú ý trong lĩnh vực mã hóa. Ngoài ra, trong hệ thống 5G, thiết kế dạng sóng có thể được điều chỉnh linh hoạt cho các kịch bản ứng dụng khác nhau. Trong tương lai, 6G sẽ hỗ trợ các kịch bản và dịch vụ phức tạp hơn, và các chỉ số hiệu suất cũng sẽ được cải thiện đáng kể. Việc thiết kế và giới thiệu các dạng sóng mới là điều bắt buộc. Các nghiên cứu hiện tại bao gồm thiết kế dựa trên dạng sóng không trực giao, thiết kế dạng sóng trong miền biến đổi, v.v. Mã hóa và dạng sóng mới sẽ đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống tương lai và là những hướng kỹ thuật cần được khám phá.

3.3 Kiến trúc mạng và khả năng mạng mới

3.3.1 Sự tích hợp của không gian, mặt đất, không khí và biển

Truyền thông vệ tinh đóng vai trò thiết yếu trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống trong nền kinh tế số hiện nay. So với mạng lưới mặt đất, mạng lưới vệ tinh có vùng phủ sóng toàn bộ bề mặt trái đất, tính di động cao, độ bảo mật và độ tin cậy cao, cũng như đảm bảo độ trễ truyền dẫn đường dài. Việc kết hợp vệ tinh, máy bay và mạng lưới mặt đất để đạt được kết nối mạng ba chiều và đa dạng có thể đạt được khả năng phân phối và tương tác thông tin trên phạm vi rộng, dung lượng lớn và kết nối khổng lồ, đáp ứng các kịch bản đặc biệt như kết nối khu vực nông thôn hạn chế, kết nối không phận và vùng biển, quản lý thiên tai, đạt được vùng phủ sóng toàn cầu liền mạch và chuyển giao không cần cảm biến, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về vùng phủ sóng và kết nối truyền thông di động thế hệ tiếp theo. Những thách thức kỹ thuật mà hệ thống kỹ thuật hiện tại đang phải đối mặt bao gồm sự thay đổi động mạnh mẽ trong các liên kết truyền dẫn, hành vi không gian-thời gian phức tạp của mạng lưới và sự khác biệt lớn về quy mô kinh doanh không đồng nhất. Những đột phá kỹ thuật trong mạng lưới tích hợp đồng thời trên không, vũ trụ và mặt đất, lý thuyết truyền dẫn, lập lịch tối ưu và hợp tác thông minh cũng đòi hỏi những đột phá công nghệ lớn.

3.3.2 Mạng xác định

Mạng xác định (Deterministic Networking - DetNet) ban đầu là một công nghệ giúp hiện thực hóa sự chuyển đổi của mạng IP từ "nỗ lực tối đa" sang "đúng giờ, chính xác và nhanh chóng", kiểm soát và giảm độ trễ đầu cuối. Ban đầu, nó nhắm mục tiêu vào các ngành công nghiệp chuyên biệt như công nghiệp, năng lượng và Internet vạn vật (Internet of Vehicles) có yêu cầu cực kỳ cao về độ trễ mạng thấp, độ tin cậy và tính ổn định. Tiêu chuẩn TSN hiện tại do IEEE phát triển cung cấp tính xác định cho Ethernet, và nhóm làm việc về mạng xác định do IETF thành lập cam kết mở rộng công nghệ được phát triển trong TSN sang các bộ định tuyến và mở rộng quy mô của mạng. Trong tương lai, khi các thiết bị đầu cuối di động và các loại dịch vụ mà chúng cung cấp trở nên đa dạng hơn, các yêu cầu "xác định" như đồng bộ hóa thời gian chính xác cao, độ trễ giới hạn trên tuyệt đối đầu cuối và truyền tải gói dữ liệu không mất mát cực kỳ đáng tin cậy sẽ trở thành yêu cầu của thế hệ hệ thống di động tiếp theo. Phía không dây là chìa khóa để đạt được sự chắc chắn đầu cuối trong các hệ thống di động. Truyền dẫn không dây dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường và chất lượng truyền dẫn khó đảm bảo. Trong kỷ nguyên 5G, các tiêu chuẩn 3GPP đã đề ra kế hoạch tích hợp TSN và 5G. Hệ thống 5G được sử dụng như một cầu nối TSN và kiến ​​trúc được tích hợp theo kiểu hộp đen. Tuy nhiên, hai hệ thống này vẫn độc lập và khó có thể đảm bảo hoàn toàn hiệu năng của TSN. Trong tương lai, ở hệ thống truyền thông di động thế hệ tiếp theo, các đặc điểm của hoạt động kinh doanh sẽ được xem xét đầy đủ để đảm bảo hỗ trợ 6G một cách chắc chắn. Các giải pháp kỹ thuật và hệ thống kiến ​​trúc liên quan cần được cải thiện hơn nữa.

3.3.3 Kiến trúc đám mây gốc

Điện toán đám mây gốc (cloud native) nghĩa là các ứng dụng được triển khai trên máy chủ đám mây và có các đặc điểm của container hóa, kiến ​​trúc vi dịch vụ, phân phối liên tục và DevOps. Những công nghệ này có thể xây dựng một hệ thống liên kết lỏng lẻo, có khả năng chịu lỗi, dễ quản lý và dễ quan sát. Trong kỷ nguyên 5G, mạng lõi dựa trên kiến ​​trúc hướng dịch vụ, giúp dễ dàng triển khai các chức năng mạng bằng cách sử dụng máy chủ đa năng và đạt được hiệu quả điện toán đám mây trong trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, việc triển khai mạng lõi 5G hiện nay vẫn chưa có các tính năng như container hóa và kiến ​​trúc vi dịch vụ. Trong tương lai, để xây dựng các dịch vụ mạng linh hoạt, có khả năng mở rộng, đổi mới nhanh chóng và trực tuyến, điện toán đám mây gốc có thể là một giải pháp phù hợp. Mặc dù các thiết bị không dây truyền thống trong mạng di động luôn có tính khép kín cao và các chức năng mạng có yêu cầu cực kỳ cao về hiệu suất thời gian thực, nhưng nghiên cứu và khám phá liên quan đến mạng di động điện toán đám mây gốc đang ngày càng phát triển. Người ta tin rằng khi công nghệ và ngành công nghiệp tiếp tục trưởng thành, những lợi thế của nó sẽ được tận dụng tối đa trong tương lai để xây dựng một kiến ​​trúc mạng mới linh hoạt và đàn hồi.

3.3.4 Trí tuệ phổ quát

Sự phát triển không ngừng của trí tuệ nhân tạo đang cách mạng hóa mọi lĩnh vực công nghệ, và việc kết hợp trí tuệ nhân tạo với mạng di động thế hệ tiếp theo đã trở thành một xu hướng không thể ngăn cản. Hiện nay, hầu hết các phương pháp kết hợp trí tuệ trong lĩnh vực truyền thông đều sử dụng việc thu thập dữ liệu và các thuật toán trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa hoạt động kinh doanh sau khi hệ thống được triển khai, nhưng mức độ và phạm vi ứng dụng còn thấp. Trong tương lai, với sự tiến hóa liên tục của kiến ​​trúc mạng và sự phát triển của các kết nối phổ biến, trí tuệ nhân tạo có thể được tích hợp chặt chẽ hơn vào mọi khía cạnh của mạng. Nó sẽ không chỉ được triển khai trên đám mây mà còn thâm nhập vào các thiết bị đầu cuối và thiết bị biên. Nó sẽ không chỉ được sử dụng để tối ưu hóa thông minh các dịch vụ cụ thể mà còn được tích hợp rộng rãi hơn vào thiết kế hệ thống, bao gồm triển khai mạng, thiết kế thuật toán và phân bổ sức mạnh tính toán. Trí tuệ sẽ được nhúng rộng rãi hơn vào mạng để đạt được tính phổ biến thông minh thực sự và nâng cao toàn diện khả năng của mạng di động trong tương lai.

3.3.5 An ninh nội sinh

Các tầm nhìn kinh doanh mới và kiến ​​trúc mạng trong tương lai, bao gồm XR nhập vai, ảnh ba chiều, kết nối phổ biến tích hợp không-vũ trụ-mặt đất, trí tuệ nhân tạo, v.v., sẽ tạo ra nhiều điểm tấn công hơn và mang đến nhiều thách thức hơn cho an ninh. Mô hình phòng thủ an ninh truyền thống là kiểu vá lỗi, nghĩa là sau khi hệ thống được xây dựng, thông qua thiết kế an ninh riêng lẻ, xếp chồng và tăng cường, đó là một mô hình bảo vệ thụ động, không hiệu quả và không kinh tế. Do đó, các mạng di động trong tương lai phải tìm kiếm các mô hình an ninh mới. An ninh nội sinh dựa trên các thuộc tính như tính gắn kết, hợp tác và tính bản địa, làm cho an ninh được đặc trưng bởi sự hình thành bản địa và sự tiến hóa cộng sinh. An ninh mạng được quản lý thông qua sự tổng hợp của các giao thức an ninh và cơ chế an ninh khác nhau. Đồng thời, khả năng bảo vệ an ninh có động lực độc lập để thích ứng với các thay đổi của mạng một cách đồng bộ hoặc thậm chí mang tính dự báo, để từ đó tạo ra khả năng phòng thủ mạnh mẽ vốn có của mạng. Nó không còn là phản ứng thụ động trước các mối đe dọa an ninh và có thể đóng vai trò quan trọng trong mạng 6G tương lai.

04Tóm tắt

Mạng 6G là mạng lưới hướng đến năm 2030 và xa hơn nữa. Mặc dù hiện tại vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu, nhưng có thể thấy được những hình dung sơ bộ từ xu hướng phát triển của ngành và công nghệ. Mạng 6G cần hỗ trợ băng thông cao hơn, độ tin cậy cao hơn, vùng phủ sóng rộng hơn và sâu hơn cho các dịch vụ trong tương lai, đồng thời, cần xem xét cung cấp các dịch vụ mạng thông minh hơn, an toàn hơn và linh hoạt hơn. Bài viết này sẽ tổng hợp những tiến bộ và hướng nghiên cứu tiềm năng của các viện nghiên cứu về 6G. Mặc dù lộ trình 6G hiện tại vẫn chưa rõ ràng, và các hướng tiềm năng cũng gặp vấn đề về lý thuyết, triển khai vật lý và mạng lưới. Tuy nhiên, với sự đầu tư liên tục vào nghiên cứu khoa học và sự tiến bộ không ngừng của ngành, người ta tin rằng thế hệ tiếp theo của hệ thống thông tin liên lạc di động chắc chắn sẽ mang lại nhiều thay đổi mang tính chiều hướng và đột phá sâu sắc hơn!

dự án

[1] Đặng S , Amin O , Shihada B , và cộng sự. 6G nên là gì?[J]. Điện tử Thiên nhiên, 2020（3): 20-29.
【2】Klaus D, Hendrik B. Tầm nhìn và yêu cầu của 6G: Có cần thiết hơn 5G không?[J]. Tạp chí Công nghệ Xe cộ IEEE, 2018, 13(3):72-80.
【3】Yastrebova A, Kirichek R, Koucheryavy Y, và những người khác. Mạng tương lai 2030: Kiến trúc & Yêu cầu[C]// Hội thảo quốc tế về Hệ thống & Hệ thống điều khiển và viễn thông cực kỳ hiện đại. 2019.
【4】Sách trắng.Các động lực chính và thách thức nghiên cứu đối với trí thông minh không dây phổ biến 6G.2019
【5】Gao Fang, Li Mengwei. Đại học Oulu ở Phần Lan đã công bố một báo cáo trắng đề xuất ban đầu về tầm nhìn và thách thức của 6G [J]. Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, 2019(12).
【6】Liu Junfeng, Liu Shuo, Fu Xiaojian, et al. Vật liệu siêu cấu trúc và siêu bề mặt thông tin Terahertz [J]. Tạp chí Radar, 2018.
【7】Liu Yang, Peng Mugen. Bảo mật nội sinh 6G: kiến ​​trúc và các công nghệ chủ chốt [J]. Khoa học Viễn thông, 2020(1):11-20.
【8】Zhang X, Wang J, Poor HV. Mô hình hóa nhiễu và tối đa hóa thông tin lẫn nhau trên mạng Nano Ad-Hoc không dây 6G THz [C]// GLOBECOM 2020 - 2020 Hội nghị truyền thông toàn cầu của IEEE. IEEE, 2020.
【9】Xie Sha, Li Haoran, Li Lingxiang, et al. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ truyền thông terahertz cho mạng 6G [J]. Truyền thông di động, 2020(6):36-43.
【10】Yu M, Đường A, Vương X, và cộng sự. Lập kế hoạch chung và phân bổ nguồn cho Mạng lưới 6G Terahertz[C]// Hội nghị quốc tế về Máy tính, Mạng và Truyền thông (ICNC) năm 2020. 2020.
【11】Li Xin, Wang Qiang. Thảo luận về tiến trình nghiên cứu 6G và triển vọng ứng dụng của các công nghệ ứng cử viên chủ chốt [J]. Telecommunications Express, 2020, Số 593(11):10-13.
【12】Bạn X, Wang CX, Huang J, và cộng sự. Hướng tới mạng truyền thông không dây 6G: tầm nhìn, công nghệ hỗ trợ và những thay đổi mô hình mới[J]. Khoa học Trung Quốc. Khoa học thông tin, 2021, 64(1).
【13】Chen S, Liang YC, Sun S, và những người khác. Tầm nhìn, Yêu cầu và Xu hướng Công nghệ của 6G: Cách giải quyết các thách thức về Vùng phủ sóng, Công suất, Tốc độ Dữ liệu Người dùng và Tốc độ Di chuyển[J]. Truyền thông không dây IEEE, 2020.
【14】Quảng Y, Lưu Y, Hoàng N, và cộng sự. Tầm nhìn, Yêu cầu và Kiến trúc Mạng của Mạng Di động 6G sau năm 2030[J]. 中国通信, 2020, 17(9):100-112.
【15】Định tuyến SP . Truyền thông không dây 6G: Tầm nhìn, Tính khả thi, Ứng dụng, Yêu cầu, Công nghệ, Cuộc gặp gỡ và Nghiên cứu[C]// Hội nghị Quốc tế lần thứ 2020 năm 11 về Công nghệ Máy tính, Truyền thông và Mạng (ICCCNT). 2020.
【16】Zhang Z, Xiao Y, Ma Z, và cộng sự. Mạng không dây 6G: Tầm nhìn, Yêu cầu, Kiến trúc và Công nghệ chính[J]. Tạp chí Công nghệ Xe cộ IEEE, 2019 (99):1-1.
【17】Chowdhury MZ, Shahjalal M, Ahmed S, và cộng sự. Hệ thống truyền thông không dây 6G: Ứng dụng, yêu cầu, công nghệ, thách thức và hướng nghiên cứu[J]. Tạp chí mở của Hiệp hội Truyền thông IEEE, 2020, PP(99):1-1.