Небольшое предисловие
После коммерциализации технологий 5G академические круги и промышленность инициировали исследовательскую деятельность для формирования системы связи следующего поколения, а именно 6G.
Учитывая общую тенденцию последующих поколений систем связи, вводя новые услуги с более жесткими требованиями, разумно ожидать, что 6G удовлетворит требования, пожелания, и ожидания, на которые 5G не может быть способен.
Ожидается, что 6G обеспечит максимальный опыт для всех, посредством «гиперподключения» с участием людей или без него. В этой статье мы попытаемся предоставить читателю обзор различных аспектов, связанных с 6G, включая технические и социальные тенденции, услуги, требования и технологии. Практически все приложения на сегодняшний день используют беспроводную связь, которая становится важной частью социальной инфраструктуры и повседневной жизни людей(действительно, без Wi-Fi жизнь сильно осложняется уже сейчас). Кроме того, сегодня экспоненциальный рост передовых технологий, как искусственный интеллект (ИИ), робототехника и всеобщая автоматизация откроет сильные изменения парадигмы в беспроводной связи. Эти обстоятельства приводят к четырем основным мегатрендам к 6G: подключенные машин, использование искусственного интеллекта для беспроводной связи, открытость мобильной связи и достижение социальных целей. Подключенные машины - предполагается, что к 2030 году число подключенных устройств достигнет 500 миллиардов, что примерно в 59 раз больше, чем ожидается в мире. Возможно, что население к тому времени составит приблизительно 8,5 млрд человек. Мобильные устройства будут принимать различные форм-факторы, такие как очки дополненной реальности (AR), виртуальная реальность (VR) гарнитуры и голографические устройства. Все чаще машины должны быть подключены при помощи беспроводной связи. Примерами подключенных машин являются транспортные средства, роботы, дроны, бытовая техника, дисплеи, интеллектуальные датчики, установленные в различных инфраструктурах, строительных машинах и заводском оборудовании. По мере экспоненциального роста числа подключенных машин эти машины станут доминирующими пользователями связи 6G. В истории беспроводной связи изначально были разработаны технологии, предполагающие предоставление услуг для людей в качестве основных движущих приложений. В 5G, машины также учитывались при определении требований и разработке технологий. Мы ожидаем, что новые технологии 6G должны быть разработаны специально для подключения сотен миллиардов машин с учетом всего необходимого. Что требуется для машин? Обеспечить первоначальное понимание целевых показателей производительности, необходимых для подключенные машины. Например, возможности человеческого глаза ограничены с максимальным разрешением 1/150 ° и углом обзора 200 ° по азимуту и 130 ° в зените. С другой стороны, возможности машинного зрения не ограничены такими ограничениями, поскольку могут использовать камеры, дающие огромные преимущества по сравнению с человеческим глазом, в плане обзора. Плюс и камеры эти могут быть с различными функциями. Учитывая такие высокие возможности машин, требования к производительности для системы 6G могут быть чрезвычайно высокими для соответствующих сценариев обслуживания. Искусственный интеллект (или ИИ) – как новый инструмент для беспроводной связи. В последние годы рост ИИ охватил различные области, такие как финансы, системы здравоохранения, производства, промышленность и беспроводная связь. Применение ИИ в беспроводной связи имеет потенциал для повышения производительности и сокращению капитальных затрат (CAPEX) и операционные расходы (OPEX). К примеру, ИИ может:
- Улучшить производительность операций передач обслуживания с учетом
сетевых развертываний и географических сред
˗ Оптимизировать планирование сети, включающее определение местоположения базовой станции (BS)
˗ снизить энергопотребление сети
˗ Прогнозирование, обнаружение и включение самовосстановления сетевых аномалий.
Потенциальные преимущества ИИ для беспроводной связи являются очень перспективным. С другой стороны, есть предел тому, что достижимо сегодня, использование ИИ в сетях связи не учитывалось при разработке существующих систем связи, таких как 5G. В случае 6G, зная что технологии ИИ доступны для практического применения, может быть разработана система, которая учитывает возможность встраивания ИИ в различные объекты, содержащие беспроводные сети и услуги. Огромное количество данных, связанных с сотнями миллиардов подключенных машин и людей нужно собирать и использовать в системах 6G.
Рассмотрение ИИ на начальном этапе разработки концепций и технологий для 6G даст нам больше возможностей использовать ИИ для улучшения общей работы сети с точки зрения производительности, стоимости, и способности предоставлять различные услуги.
Открытость мобильной связи 6G
Существенные улучшения вычислительной мощности процессоров общего назначения, такие как центральные процессоры (ЦП) и процессоров графической обработки.
Программные реализации сетевых объектов, включая базовые сети и БС, позволили использовать модули GPU. Эта тенденция также работает с открытым исходным кодом.
Программное обеспечение является привлекательным вариантом для реализации сетевых функций, поскольку оно может снизить барьеры для входа на рынок, способствуют функциональной совместимости и ускоряют циклы разработки на основе общих знаний. Примером смежных отраслевых мероприятий является альянс с открытой сетью радиодоступа (O-RAN), целью которого является обеспечить открытую и интеллектуальную сеть радиодоступа (RAN). Другим примером является открытая платформа автоматизации сети (ONAP), которая разрабатывает платформы для управления сетью и ее автоматизации с помощью общей архитектуры с открытым исходным кодом.
Еще одной примечательной тенденцией является использование личной, но, возможно, анонимной пользовательской информации для улучшения персонализированного качества обслуживания.
Использование ИИ в различных сервисах увеличивает потребность для использования информации пользователя.
Социальные цели и мобильная связь 6G
Учитывая растущую важность мобильной связи как социальной инфраструктуры, правительства и международные организации ожидают, что 5G сыграет ключевую роль в улучшении многих социальных проблем, таких как изменение климата, голод и неравенство в образовании. Например, комбинация «5G и оцифровка», как ожидается, поможет сократить выбросы парниковых газов до 15% к 2030 году. Сети 5G могут включать дистанционное обучение, которое может обеспечить средства для улучшения равенства образования. Несмотря на помощь от 5G и
другие меры, региональные и социальные различия продолжают расширяться. Для фундаментального решения социальных вопросов ООН приняла Цели устойчивого развития (ЦУР) в Повестке дня на период до 2030 года.
Так что общественная потребность в мобильной связи 6G, чтобы внести еще больший вклад в решение социальных проблем и достижение ЦУР - очевидна. «Гиперподключение» и, без преувеличения, непревзойденный опыт мобильной связи 6G улучшит и обеспечит доступ к необходимой информации, ресурсам (как виртуальные и физические), и социальные услуги без ограничений по времени и физическому местонахождению. Широкое развертывание 6G уменьшит различия в региональной и социальной инфраструктуре и экономических возможностях и тем самым предоставить альтернативы, массовой урбанизации и сопутствующей ей
проблемы. Поэтому ожидаем, что мобильная связь 6G играют важную роль в достижении Целей ООН, и чрезвычайно важно внести свой вклад в качество и возможности человеческой жизни.
6G Услуги
Категории услуг 5G, то есть расширенная мобильная широкополосная связь (eMBB), сверхнадежная связь и связь с низкой задержкой (URLLC), и массовая связь машинного типа (mMTC)- будет продолжать улучшаться,
двигаясь в сторону 6G. Сейчас мы сосредоточимся на новых услугах 6G, которые возникают благодаря достижениям в области связи, а также других технологий такие как зондирование, визуализация, отображение и ИИ
Погружение XR
XR - это новый термин, который объединяет VR, AR и смешанную реальность (MR). XR привлекает большое внимание и открывает новые горизонты в различных областях, включая развлечения, медицину, науку, образование и промышленное производство. Техническая разработка для реализации XR все еще продолжается, и новые инновационные технологии постоянно появляются. Критическое препятствие между потенциалом и реальностью XR аппаратно. В частности, эти технологии требуют передовых форм-факторов устройств, таких как портативные компоненты, для поддержки мобильного и активного программного обеспечения. Мобильные устройства на данный момент не имеют достаточных возможностей автономных вычислений. К сожалению, прогресс в производительности оборудования, особенно мобильных вычислительных мощностей и емкость батареи, не может идти в ногу с тем, что требует бум XR. Это несоответствие может серьезно сдерживать расширение рынка. Как вариант, эти проблемы могут быть преодолены путем разгрузки компьютеров на более мощные устройства или серверы.
Еще одной проблемой является достаточная емкость беспроводной сети. Обратите внимание, что текущий AR технология требует 55,3 мегабит в секунду (Мбит/с) для поддержки отображения 8K на мобильный дисплей. Тем не менее, чтобы обеспечить действительно захватывающий AR, плотность должна быть значительно улучшена, и для этого потребуется 0,44 гигабит в секунду.
(Гбит/с) пропускная способность (с 16 млн. точек). Кроме того, XR потокового мультимедиа может иметь схожие требования с качеством видео 16K UHD (Ultra High Definition). Например, 16K VR требует пропускной способности 0,9 Гбит / с (с коэффициентом сжатия 1/400). Для текущего пользователя скорость передачи данных 5G недостаточна для бесшовного потокового. Ожидается, что размеры рынка для VR и AR будут достигать 44,7 млрд. долл. США и 87 млрд. долл. США соответственно к 2030 году.
Высококачественная мобильная голограмма
С беспрецедентной скоростью в рендеринге высокого разрешения, носимые дисплеи и беспроводные сети, мобильные устройства смогут обеспечить рендеринг мультимедиа для отображения 3D голограммы. Голограмма - это медиа-технология нового поколения, которая может представлять жесты и выражения лица с помощью голографического дисплея. Контент для отображения можно получить с помощью методов захвата, передачи и 3D-рендеринга в реальном времени. Для того, чтобы обеспечить отображение голограммы как часть услуг в реальном времени, чрезвычайно важна высокая скорость передачи данных, в сотни раз превышающая текущую систему 5G.
Цифровая копия
С помощью современных датчиков, искусственного интеллекта и коммуникационных технологий, можно будет копировать физические объекты, включая людей, устройства, объекты, системы и даже места в виртуальном мире. Это цифровая копия физического объекта называется цифровым близнецом. В среде 6G, через Цифровых близнецов, пользователи смогут исследовать и контролировать реальность в виртуальном мире, без временных или пространственных ограничений. Пользователи смогут наблюдать изменения или обнаруживать проблемы удаленно через представление предложенный цифровыми близнецами. Пользователи смогут даже выйти за пределы наблюдения и реально взаимодействовать с цифровыми близнецами, используя устройства VR или голографические дисплеи. Цифровой близнец может быть представлением набора датчиков с дистанционным управлением и приводом. Таким образом, взаимодействие пользователя с цифровым близнецом может привести к в действиях в физическом мире. Например, пользователь может физически двигаться внутри удаленного сайта, полностью управляя роботом в этом пространстве через взаимодействие в реальном времени с цифровым двойным представлением этого удаленного сайта. С помощью ИИ, цифровой репликации, управления реальным миром и
обнаружение и устранение проблем может быть сделано эффективно без присутствия или даже детального наблюдения со стороны человека
Требования к сетям 6G
В эпоху 6G появятся новые усовершенствованные услуги, которые требуют огромного объема обработки данных в реальном времени, сверхбыстрой скорости передачи данных и чрезвычайно низкой задержки, как обсуждалось ранее. Эти новые услуги могут быть характеризованы как предоставление максимального опыта через так называемое «гиперсоединение». Опираясь только на улучшение производительности линии связи не хватает для реализации новых услуг 6G. Это потому, что прогресс увеличения мощности мобильных компьютеров не поспевает за ростом скорости требований к вычислительной мощности. Кроме того, время автономной работы мобильных устройств недостаточно.
Требования к надежности сетей 6G
Как обсуждалось в качестве мегатренда, предварительно настроив 6G, использование открытого исходного кода программного обеспечения и личная информация пользователя увеличат открытость системы связи и, следовательно, увеличат поверхность атаки. Это может сделать всю систему более уязвимой для угроз безопасности и конфиденциальности, так как описано в следующих примерах.
Во-первых, может не быть достаточной проверки кодов программного обеспечения с открытым исходным кодом на предмет возможных атак.
Во-вторых, доступ поставщика услуг к пользовательской информации подвергнет атаку поверхности для утечки конфиденциальной информации пользователя и представляет серьезную угрозу обеспечению связи и вычислений, чтобы различные устройства конечного пользователя могли беспрепятственно использовать вычислительную мощность, доступную в сети.
Помимо конвергенции коммуникаций и вычислений, AI потребуется быть встроенным во все компоненты системы в сетях 6G. Можно назвать это конструктивным подходом «нативного ИИ», позволяющий получить все компоненты системы и оценить огромное количество информации в режиме реального времени. Таким образом, система может обрабатывать сложные задачи оптимизации по уровням для оптимизации системных параметров и общей производительности системы. Сеть 6G должна быть разработана для поддержки наземных компонентов, например, фиксированные BS или движущиеся BS, а также неэфирные компоненты, например, самолеты, системы городской воздушной подвижности (UAM), спутники на низкой околоземной (LEO) и геостационарной орбите (GEO) и станции на высотной платформе (HAPS).