全球首发《6G白皮书》，6G到底是什么？

2019-10-30 22:53| 发布者: 龙翔五洲| 查看: 6615| 评论: 0|原作者: 综合|来自: 昆仑策网

摘要: 尽管全球5G才刚开始，但研究机构已把目光转向6G技术了。近日，芬兰奥卢大学发布了全球首个6G白皮书，此白皮书是基于70位受邀专家于2019年3月在芬兰拉普兰举行的首届6G无线峰会特别研讨会上分享的观点，涵盖6G的关键驱动因素、研究要求、挑战和研究问题等。

6G网络

到2030年，数字世界和物理世界将纠缠在一起，人们的生活将取决于网络的可靠运行。如果网络故障，将失去主要的工业价值。在数字世界中，攻击可能会损害无形资产，而在网络物理世界中，物理资产可能会因数字攻击而被盗，丧失能力或受到损害。恶意网络活动可能导致财产和生命损失。

为了解决这个问题，我们应该将普遍存在的信任模型嵌入到网络中，以便用户可以信任网络上的通信。用户在这里是指个人和组织实体。信任模型应该无处不在地收集不当行为的证据，并提供间接的互惠和不可否认的行为。对于安全，信任和对安全至关重要的服务，网络应提供嵌入式分布式拒绝服务（DDoS）缓解和保护功能，使其免受其他攻击，并能快速，准确地追溯到用于攻击的资源，并采用自动方式推动缓解攻击者。设备应该只能看到预期的流量，而非预期的流量应被网络丢弃。

将信任关系嵌入网络需要设备和节点的更稳定的ID，而不仅仅是可能转换或动态的地址。每个设备至少应具有一个唯一的名称或多个名称，网络可以将这些名称转换为地址以及根据需要转换回ID。应该为设备分配一个专用地址，或者像经典IP主机一样，它们可能具有全局唯一的地址。连接后，设备应能够控制其自身的可达性。寻址原理的自然结果是端到端通信“层”与用户的数据包转发是分开的。像软件定义的OpenFlow网络一样，该网络可以使用多种转发协议，例如IPv4，IPv6，以太网和多种隧道协议。

端到端网络连接是从一个客户网络到广泛区域中的另一个客户网络。由于边缘节点创建的通用流抽象，每个区域中的技术选择都是独立的。端到端连接层管理在异构数据包转发层之上进行通信的意愿。边缘节点具有服务主机的注册表。它为所有服务的主机分配并维护稳定的ID，并根据请求将ID转换为地址，并将地址转换为ID。边缘节点根据支持和使用主机和网络实体信誉的实体的ID收集所有可见实体的行为的证据。

1.webp (12).jpg

▲6G中的通信可以建立在信任链之上

网络将产生有关人员的前所未有的信息（物联网，工业物联网，eHealth，人体局域网等）。IIoT将产生大量业务敏感和个人数据。互联网公司已经证明私人信息的使用是多么有利可图。从现实世界中收集的私人信息可能非常敏感，并以多种方式用于侵犯人们的利益。我们相信，要使6G为社会所接受，对私人信息的保护将是发挥其全部潜力的关键推动力。

公平的市场要求有可能保护业务敏感数据。用户最终应该能够通过简单直观的用户界面来控制和管理其私人数据。对个人数据的所有权和控制权应交给相关个人或实体。

由6G设备和公共和私有网络中的元素生成的某些数据对许多社会功能具有价值，并且可能对收集数据的公司以外的其他私有公司有价值。6G数据市场提供了自然而然的新业务案例。需要为这个市场制定明确的规则，以便包括普通消费者在内的所有类型的参与者都可以进入该市场。

当前的互联网范例通常被称为“尽力而为”交付。为了满足差异化服务质量的需求，5G进行了切片，其中通过应用流量管理，链接和计算机资源分配以及选择的虚拟网络功能来控制和处理流量，从而针对用例量身定制网络资源，容量和功能在切片中。分片可以为其用户提供最大的努力，也可以应用某些QoS模式来处理数据包。

在6G中，将完善和扩展5G范式。一种可能性是虚拟化（关键）设备之间通过移动网络到分组数据网络以及到云的端到端连接。在6G范式下，网络寻求通过多种技术手段（例如，智能流量管理，边缘计算，用户主动或针对每个交易或通过流量编排设置的策略）最大化用户福利或体验质量（QoE）。后者可以例如使用由用户或运营商为一组订户使用的策略，每个订户在该组中均被平等对待。在某种意义上说，网络是中立的，它平等地对待一个片中的所有应用程序，并且平等对待具有相同订阅类型的所有用户。

到6G时，网络中立性法规可能会更新，并会强制MNO向用户控制下的用户提供增值安全服务。这样的规定将为无法照顾自己设备安全性的用户定义合理和可理解的责任，以防他们被用于攻击其他用户。同时，网络应为服务和应用程序竞争提供公平的基础，以最大化最终用户的选择。

6G研究将需要研究私有网络和公共网络之间的替代责任划分。短距离连接解决方案与大覆盖蜂窝系统的无缝集成将需要变得更加普遍，并且在开发和标准化方面将具有更大的推动力。

最近，对机器学习（ML）和人工智能的兴趣日益浓厚。ML依赖于挖掘的大数据来获取信息和知识。该方法是检测远程实体的恶意行为的合理选择。网络中还存在其他需要“智能”的需求，例如自我配置或管理复杂性。除了大数据，人工智能还依赖于大量的计算能力。6G将使用不断增加的计算能力来应对更高的比特率，同时也将获得更多的灵活性。除非在整个系统设计中解决，否则这将大大增加功耗。

另一个备受期待的新技术是区块链，也称为分布式分类帐。如果没有中央机构，则该技术将允许以分布式方式存储和共享不经常更改的信息。更改的完整记录也会保留。这可能会带来组织数据市场或帮助维持互操作员环境中信任的新方法。

研究者们主要关注的问题：

1、如何定义一个新的网络范式，同时支持消费者、企业、生活和关键任务通信?需要什么样的监管变化才能允许这种创新?
2、如何在网络中嵌入信任和安全?如何利用虚拟化提供的隔离风格来保护端到端连接和通信?
3、什么样的数据市场业务模型是可行的，需要什么样的技术来支持它们?架构会是什么样子，非技术用户如何轻松地使用它?
4、需要什么样的网络功能、接口和协议来支持广域和本地市场参与者之间以及消费者和垂直市场参与者之间新的责任划分?
5、如何增强和改进虚拟化，以支持非关键通信和关键通信的最低成本实现网络的最大灵活性?
6、6G可以利用哪些新的计算和软件技术?

新服务的推动者

在5G蜂窝系统之前，蜂窝开发的重点一直放在通信方面，而其他服务（例如定位）的优先级却很低：它们已经很晚才引入系统设计中。这并未导致最佳性能或系统功能的充分利用。未来的服务（例如混合现实）将很难生产，并且需要大量组件使能器（例如定位，3D映射，数字内容与物理模型的融合以及低延迟的超高速通信），以至于设计必要的促成因素不仅是可取的，而且对于实现良好的混合现实性能至关重要。密集的无线网络在边缘具有高频天线阵列和强大的计算能力，可为此类集成服务提供自然支持。挑战在于如何以节能的方式实现这些目标。

在深度学习方面的最新突破，可用数据的增加以及智能设备的兴起推动下，人工智能正在见证无线领域的空前发展。迫在眉睫的AI用例（特别是用于强化学习）围绕着创建可以自主管理资源和控制功能的自学网络和系统。此外，随着新一代自治设备的出现，它们在本地环境中进行传感，通信和操作。在实践中，将大量本地数据传输到集中式云以进行训练和推理。这需要新的神经网络体系结构及其相关的无线链路通信效率训练算法，同时在网络边缘进行实时可靠的推断。这样的架构还带来了新的挑战：对训练数据的访问受限，推理准确性低，缺乏通用性以及边缘设备的处理能力和内存受到限制。

边缘计算为在基础架构方面运行计算密集型，低延迟的用户应用程序提供了新的可能性。此类计算的一个示例是针对移动虚拟现实体验的偏向渲染。另一个例子是物理世界和数字世界的融合（将虚拟内容与3D点云匹配）以实现混合现实应用。第三种有趣的可能性是本地即时信息服务：边缘云可以快速发现人员，服务，设备，资源以及用户附近无法通过集中式搜索引擎收集的任何动态且高度本地化的信息。这样的边缘信息服务平台可以用于创建服务，事物和信息的本地和动态市场。边缘计算的极端情况是瘦用户客户端，本质上是一种轻巧的低能耗设备，能够与人类的感知或神经系统进行交互，而所有用户特定的计算都在边缘云中进行。

1.webp (13).jpg

▲使用边缘技术的用户应用程序及其移动性

与当前的网络不同，未来的通信系统将遍及多个垂直行业，从而实现大量需要定位的服务，例如资产跟踪，上下文感知营销，运输和物流系统，增强现实和医疗保健。实际上，依赖GPS卫星和小区多重定位的传统定位方法在城市和室内部署场景中是有限的，甚至是不切实际的。极高的载波频率，大带宽，庞大的天线阵列，致密化和设备到设备的通信是即将到来的技术，这些技术因其通信优势而广受赞誉，而其固有的本地化潜力通常被忽略。例如，虽然3D波束成形可在总体上提高频谱利用率和信号质量，但它还可以为IoT应用程序进行精确定位。

基于RF的传感是未来网络的高载波频率所带来的另一种定位机会。例如，3D THz成像可通过准确的位置确定和物体检测来提高交通安全性。基于光学或无线电技术的3D映射将是未来混合现实系统中的关键组成部分，并且将成为未来边缘服务的自然组成部分。5G及以后的系统通过大规模天线阵列支持大带宽（数百兆赫兹），也将提供进行高精度RF定位和跟踪的潜力。但是，此类技术的完整应用仍然受到发射机与接收机之间足够的隔离的困扰：下一代接入点很可能能够通信，同时解决来自不同目标的反射。太赫兹频率的频谱环境传感是另一个有趣的新机会。它允许诸如检测和识别环境中的有害或有毒气体等方面。

1.webp (14).jpg

▲6G网络可以在边缘处理定位、三维点云映射、混合现实数据融合等

上面讨论的启动器将处理和存储有关用户的个人和非常敏感的信息。例如，假设您的银行或身份验证应用程序在网络边缘而不是个人移动设备上运行。令人难以置信的是，任何人都同意在网络中运行此类应用程序而没有最大程度地关注信任，隐私和信息安全性。这是与通信系统安全性略有不同的目标。服务启用者对隐私数据和安全性的要求更高，因为它们在不保护E2E加密（例如VPN）的情况下处理个人数据时（如果用户应用程序在边缘运行，则很明显）。边缘服务问题使人联想到云服务，但由于边缘中的用户应用程序和上下文需要跟随用户，因此增加了移动性挑战。

研究者们主要关注的问题：

1、如何为移动端服务和精准定位等敏感服务建立信任、安全和隐私解决方案?
2、如何在室内外空间达到cm级定位精度?
3、如何为混合现实服务提供基于网络的三维传感/成像能力?
4、哪些用户应用程序将从边缘服务中受益?如何受益?
5、如何提供低延迟、能够访问本地信息并持续跟踪用户的边缘服务(即具有跨网络边界的移动性)?
6、边缘AI在服务管理和系统编排方面的角色是什么?边-本机环境在当前人工智能方法上设置了哪些新需求(例如来自隐私、安全、位置或分布的需求)?当前人工智能方法如何满足这些需求?

5G移动通信技术的到来将成为推动生产力的主要因素之一，并有望成为许多行业长期设想的、高度集成和自主应用的关键推动者。这波新技术浪潮将加速经济和社会的数字化。从历史上看，新的移动“一代”大约每十年出现一次，5G的全球商业化目前正在起步。5G的性能和用例将在未来的版本中继续发展。6G将搭载新技术，满足超越5G发展的通信需求。现在是确定未来通信需求、性能要求、系统和无线电挑战，以及6G确立面向21世纪30年代的研究目标的主要技术选择的最佳时机。当然，在5G许多技术都还不太成熟的情况下谈6G或许在某种程度上有些为时过早，但提前思考未来世界的变化以及人们对通信的进一步需求，对新技术、新设备的推动有着很重要的意义。

（来源：昆仑策网【综合】，摘编自“国智清创雄安机器人研究院”“智东西”）

1 2 34