Следующее поколение сотовой сети попытается преодолеть ограничения нынешних сетей пятого поколения (5G) и подготовиться к решению проблем, которые станут очевидными в будущем. Эксперты предвидели, что начиная с эпохи после пандемии требования к производительности технологий для виртуальной и реальной коммуникации, подъем нескольких вертикалей, таких как промышленная автоматизация, робототехника и автономное вождение, значительно возрастут и резко возрастут в течение следующего десятилетия.
Ключевые слова: шестое поколение, 6G, пятое поколение, 5G, сеть, трафик, обмен данных, устройства.
Недавно после запуска сетей мобильной связи пятого поколения (5G) несколько приложений и вертикалей с интенсивным использованием данных, которым требуются определенные параметры сети, испытали глубокое чувство облегчения из-за доступности высокой скорости передачи данных, пропускной способности и надежности. Предполагается, что к 2030 году будет 97 миллиардов устройств машинного типа, что приведет к поразительному увеличению мирового трафика мобильных данных до 5,016 дзета-байт (ЗБ) в месяц с 0,062 ЗБ в 2020 году. Кроме того, исследование прогнозирует, что к 2030 году число людей, живущих в 43 мегаполисах по всему миру, увеличится до 10 миллионов [1].
Несколько экспертов сформулировали предполагаемые особенности сетей шестого поколения (6G), которые считаются преемниками сетей 5G [2–6]. Как и ожидалось, сеть 6G преодолеет основные ограничения сетей-предшественников; кроме того, она еще больше расширит три ключевые особенности сети 5G. На рис. 1 показано пересечение этих факторов (классы вариантов использования).
Рис. 1. Пересечение классов варинатов использования
Изучение будущих сетей позволяет нам оснастить себя необходимыми возможностями для отраслевых вертикалей, которые потребуются в течение 2030 года. Углубленный анализ текущих мобильных сетей показывает существование большого разрыва между ожиданиями пользовательских приложений и услугами, предлагаемыми сетевыми провайдерами [3]. Например, ожидания пользователей в отношении иммерсивных мультимедиа, персонализированных голограмм, многосенсорных тактильных услуг и т. д. остаются разрывом, который текущие сети не должны поддерживать [7].
Экосистема 6G состоит из всех заинтересованных сторон, от производителя оборудования до разработчика приложений. Краткая схема экосистемы 6G представлена на рис. 2. Производители чипсетов 6G будут заниматься разработкой нового оборудования и электронных компонентов, таких как радио, модулятор, для внедрения новой технологии. Затем производители мобильных устройств и поставщики сетевого оборудования (установщики сетей радиодоступа) будут основывать свои продукты на поддержке базовой технологии от производителей чипсетов.
Рис. 2. Примерная архитектура экосистемы 6G
Далее все эти технологии помогут операторам мобильной связи запустить свои мобильные услуги для пользователей. Более того, периферийные устройства на границе радиодоступа и базовой сети, облачные серверы, центры обработки данных, программные модули, такие как виртуализация базовой сети, поставщики слайсов, поставщики контента, будут обмениваться данными и услугами с разработчиками приложений. Поскольку 6G будет сосредоточен вокруг пользователей, мобильные устройства, сетевые операторы и другие поставщики услуг сети также будут вращаться вокруг пользователей. Дискретные стрелки указывают, что мобильные пользователи (или устройства IoT, которым требуется обслуживание) будут напрямую поддерживаться сетевым поставщиком, производителем устройств и приложениями. Однако все остальные компоненты экосистемы будут координировать услуги. Такая координация и взаимозависимость/взаимодействие между каждым компонентом экосистемы показаны жирными стрелками.
Следующие сценарии будут более реалистичными в 2030 году.
1) Ультраумные города
Сети 5G будут предоставлять пользователю и приложению QoS и качество восприятия (QoE) через множество вертикалей. Например, телемедицина, интеллектуальное сельское хозяйство и интеллектуальная промышленность могут получить услугу передачи данных с определенной скоростью передачи данных, задержкой или приоритетом.
2) Многомерная реальность
Взаимодействие человека с компьютером, которое имеет дело с графическим контентом сверхвысокой четкости, таким как онлайн-игры на основе дополненной реальности (AR) или виртуальной реальности (VR), генерирует огромный объем данных. Скоро мы станем свидетелями 3D-игр или многомерного видео, которое взаимодействует со всеми пятью органами чувств тела, чтобы создать иллюзию реального мира, объединяя VR и AR для визуализации настоящего виртуального игрового опыта.
3) Тактильная коммуникация
Давайте рассмотрим интеллектуальную систему здравоохранения, в которой травмированный пациент может выражать свои эмоции только путем визуализации в своем уме. В этой ситуации интеллектуальная повязка на голову может реконструировать сигналы мозга и представлять их как 3D-видео воображения пациента и общаться с медработником в режиме реального времени через мобильные сети.
4) Удаленные хирургии и телемедицина
Сети 5G могут обеспечить сверхнизкую задержку около 1 мс для критически важных приложений. Однако удаленные операции чрезвычайно чувствительны, с задержкой, которая должна быть намного меньше 1 мс (почти 0,1 мс). Удаленные роботизированные операции потребуют сверхвысокой точности и надежности данных, высокой скорости передачи данных и управляющих сигналов между двумя удаленными медицинскими учреждениями через мобильную сеть. Появление сетей 6G изменит правила игры, когда телемедицина и удаленное здравоохранение будут приняты во внимание за счет уменьшения пространственных и временных ограничений.
5) Голографическая коммуникация
С развитием приложений AR/VR мы скоро поймем, что виртуальный опыт не обслуживает нас всеми аспектами реальности, и нам нужно больше. В последнее время из-за вспышки пандемии COVID 19 виртуальное присутствие (телеприсутствие) приобрело большую известность по сравнению с реальными физическими встречами. Такого рода задачи требуют передовых методов виртуальной реальности, пропускной способности и вычислений для проецирования объекта или человека в реальном времени удаленно.
Связь 6G будет охватывать микроволновые (300 МГц-300 ГГц), инфракрасные (300 ГГц-400 ТГц) и видимые световые частоты (400–800 ТГц) в диапазоне от дальних до коротких расстояний, сосуществуя с предыдущими поколениями. Однако 300 ГГц-3 ТГц, расширяющийся до 10 ТГц, который широко известен как терагерцовый (ТГц) спектр, является новым диапазоном частот для сотовой связи [7].
Одним из важных требований сетей 6G, в отличие от предыдущих поколений, является наличие всеобъемлющей глобальной связи, такой как связь на большой высоте, под водой и на суше, чтобы умело приспособиться к широкому спектру вертикалей. С этим видением сети 6G нацелены на достижение расширенной и непрерывной связи между людьми и умными вещами, машинами-машинами, такими как подводные аппараты, беспилотные летательные аппараты или космические корабли, и роботами [7].
Что касается уплотнения сети, ожидается, что сети 6G увидят непрезидентское увеличение числа пользовательских терминалов, где пользователи смогут взаимодействовать с другими терминалами либо на том же уровне (наземный-наземный), либо на разных уровнях (наземный-воздушный, наземный-подводный или воздушно-подводный) через несколько сетей радиодоступа. Более того, это будет обычным сценарием, когда пользователь будет иметь сетевое подключение с несколькими ячейками с ресурсами.
В будущем для 6G блокчейн должен обеспечить безопасность мобильных периферийных вычислительных узлов, когда несколько устройств хотят хранить свои данные на периферийном устройстве. Аналогично, в случае связи между устройствами, совместное кэширование данных среди пользователей также должно использовать распределенную безопасность. Видение сети 6G и требования к сетям следующего поколения указывают на то, что сеть 6G значительно превзойдет сеть 5G благодаря своей способности обслуживать экстремальные потребности будущих вариантов использования. С позитивным настроем мы описали некоторые из возможных вариантов использования сети 6G, которые в значительной степени повлияют на общество в 2030 году и позже.
Литература:
- Ahokangas P., Alves H., Bennis M. Key drivers and research challenges for 6G ubiquitous wireless intelligence 6G research visions 1, 6G Flagship White Paper, Sep. 2019.
- David K., Berndt H. 6G vision and requirements: Is there any need for beyond 5G? IEEE Veh. Technol. Mag., vol. 13, no. 3, pp. 72–80, Sep. 2018.
- Chowdhury M. Z., Shahjalal M., Ahmed S., Jang Y. M. 6G wireless communication systems: Applications, requirements, technologies, chal- lenges, and research directions. Sep. 2019, arXiv:1909.11315. [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1909.11315
- Tariq F., Khandaker M., Wong K. K., Imran M., Bennis M., Debbah M., A speculative study on 6G, 2019, arXiv:1902.06700. [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1902.06700
- Huang T., Yang W., Wu J., Ma J., Zhang X., Zhang D. A survey on green 6G network: Architecture and technologies. IEEE Access, vol. 7, pp. 175758–175768, 2019.
- Saad W., Bennis M., Chen M. A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies, and open research problems, 2019
- Ogbebor J. O., Imoize A. L. Energy efficient design techniques in next-generation wireless communication networks: Emerging trends and future directions, Wireless Commun. Mobile Com- put., vol. 2020, pp. 1–19, Mar. 2020.
