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为什么每项6G技术决策都必须把可持续性放在首位

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  • 我们认为6G应该被设计成在各个方面取得可持续的突破:从改善网络占用率,到社会、经济和环境方面的好处,比如宏观经济收益、缩小数字鸿沟、以及改善教育、医疗和其他关键领域。
  • 要实现这些完整的承诺,就需要从今天开始,把可持续性作为6G技术发展的核心,包括正在进行的许多全球跨部门的倡议。
投稿人 (+1)

网络研究负责人

爱立信预见了未来无线网络的许多新用例,包括先进的高要求数字服务,如沉浸式通信和大规模数字仿真,以及可以帮助我们克服数字鸿沟和减少资源消耗的用例。

在爱立信,我们已经为这个做好了准备,并在我们的6G白皮书以及Hexa-X等跨部门倡议中提出了我们对未来无线网络可能性的愿景。联合国ITU-R的技术趋势也对完成这一旅程所需的能力提供了总体描述。

但技术并不是独立存在的。我们必须考虑我们的技术如何影响社会的发展,以及如何在技术设计的最初阶段就能够放大积极影响,同时减轻任何不利影响。

在迈向6G时,我们的行业必须认识到我们有责任帮助解决社会挑战,我们的重点不仅仅是取得卓越的性能,还要对可持续性带来积极影响。

 

可持续性对6G意味着什么?

可持续性,或可持续发展,可以定义为“满足当下需求,而不损害未来世代满足其自身需求的能力”。

2009年,斯德哥尔摩弹性中心(Stockholm Resilience Centre)确定了九个地球界限(planetary boundaries),这些界限将使地球系统继续稳定地进行调控,从而使社会能够繁荣。这一框架最近进行了更新和再版。

从技术开发的角度来看,可持续性在很大程度上涉及尊重这些界限并提供支持体面生活条件的条件。这个等式并不简单,会导致在不同的目标和成本上进行妥协,并为技术开发带来新的考虑因素。

上图:6G与联合国可持续发展目标的关系

上图:6G与联合国可持续发展目标的关系

作为未来数字基础设施的重要组成部分,6G网络将与社会的可持续发展密切相关,涵盖了环境、社会和经济等各个方面,与联合国的可持续发展目标(SDGs)相一致。

在爱立信,我们致力于支持可持续发展,并将“互连的可持续世界”这一技术旅程作为技术开发的一个可持续框架。

重要的是要考虑这一旅程的两个方面:可持续的6G(减小6G在整个生命周期内的负面影响)和支持可持续性的6G(支持具有可持续性价值的用例)。

可持续的6G

6G网络需要尽最大努力减小对可持续性的负面影响。这一目标意味着需要在环境、社会和经济可持续性领域的生命周期中将建设和运营网络的直接影响最小化。在这里,资源消耗是重点,包括能源和材料,还有生产过程以及使用系统和服务所带来的任何其他影响。必须明确的是,这不仅仅是一个抱负,还需要真正承诺优化网络,以减少负面影响,不要只是履行监管要求。此外,技术必须扎根于社会,以实现社会可持续性,这意味着资源的使用必须有充分的动机和说明。

支持可持续性的6G

除了ICT以外,6G网络应该推动所有其他行业进行转型,为社会的整体可持续性做贡献,通过支持现有或新颖的活动惠及社会,产生积极的可持续性影响。同样重要的是要避免任何具有不利影响的用例。在这里,重要的是要考虑,如果确定了对社会有负面影响的用例,甚至可能需要放弃这些用例。

    环境 经济 社会
可持续的6G 原材料采购      
生产      
使用      
生命周期结束      
支持可持续性的6G        

上表:电信行业可持续发展抱负所涉及的方面。

可持续的6G

从环境的角度来看,减少商品、网络和服务整个生命周期的负面影响是6G行业的主要责任。无论用例如何,生产、运营和回收6G系统的各个方面都应该对环境产生最小的负面影响。

在技术发展过程中可持续性的重要性

我们认为6G需要融入一系列的价值观。

首先,6G系统需要尽可能地减少对环境的影响。技术设计需要考虑它将如何影响物理实施和整个生命周期中的环境影响,包括材料的使用、生产过程中的排放以及销售、分销和安装系统的活动所带来的影响。

到目前为止,网络功耗通常是温室气体排放的主要来源。随着通信服务提供商转向低碳电力,我们已经开始看到环境目标的重点更多地转向材料使用和预使用生命周期阶段。例如,对循环利用的关注增加了,硬件应该是可重复使用和能源优化的。此外,随着物联网和传感器使用的预期增加,循环利用变得越来越重要,以避免越来越多的电子废弃物。在6G技术开发阶段,资源优化必须成为关键的设计考虑因素,包括架构、功能分割、模块化、处理分布、性能要求对材料选择的影响,以及定制和灵活的信令协议,以实现循环利用等。

我们还需要关注其他社会和经济考虑因素。例如,任何运营6G系统的人都应该能够确保人权得到保护,能够追究责任和问责,并且网络服务的使用应该是可负担的。

越早考虑到新一代技术的上述方面,就越容易通过整个系统传播资源节约原则、隐私方面和成本优化等内容。

一个例子是架构。在指定系统架构时,模块化的可能性和功能的分配就已经确定了。如果在此之前(在技术开发阶段)没有考虑到能源和材料消耗的最小化,那么必要的功能就有可能会按一种难以在后期进行增量式改进的方式进行分配。一个更具体的例子是广播信息。当信息被确定为广播时,可以通过优化来最小化广播实例,甚至可以关闭广播功能以节省能源。这是可以做到的,例如,如果避免使用多用途信号,就可以这样。

对于隐私方面,安全机制也需要从非常早期的技术设计阶段加以考虑。

6G网络的能源消耗

我们想要实现6G网络的最低能耗,这不仅要求我们提升无线和基带的性能,还要求我们在设计新用例时从一开始就考虑能耗问题。这意味着我们要优化传输的能源效率,以适应比传统的移动宽带更复杂的应用场景。6G不仅会提供通信服务,还可能提供一些新的网络服务,这些服务可以与连接性一起应用于各种用例。例如,分布式计算(支持处理轻量级设备)、提供感知和定位信息。这些服务也会消耗能源,因此我们要尽可能地降低与这些服务相关的能源配置。

从能源性能的角度来看,当硬件没有处理需求时,我们要尽快将其转为零(或非常低)能耗状态。基于人工智能的节能改进主要取决于能源成本与负载依赖性之间的高度相关性,也就是说只有在低流量状态下,硬件才能进入低能源状态。为了做到这一点,我们要密切关注网络的测量和观察。然而,这种可观测性任务也会带来能源成本,也要纳入AI优化的平衡表中。

网络使用阶段还要考虑如何使网络与(可再生)能源进行交互和适应。一些部署可能主要依赖于供应存在变化的可再生能源,而随着更多行业电气化,总体需求可能会增加。从这个角度来看,将网络性能和能耗与能源的可用性适配的功能将是未来的关键。随着低碳电力供应的不断出现,网络运营的环境影响将减少。然而,从成本和可负担性的角度来看,能源效率方面仍然很重要。

构建低成本、包容性的6G系统

经济可持续性是指社会本身的经济发展将可持续发展与就业市场、生产力、基础设施获取和创新等领域联系起来。从这个角度来看,终端用户成本对于确保包容性和可负担性的系统至关重要。然而,为了促进经济可持续性,企业也需要经济上健全和可持续发展。6G网络和随后的用例的价值需要转化为货币价值,以支持终端用户、厂商、运营商、供应商、系统集成商和其他必要利益相关者的提供生态系统。需要有合理的理由来提供必要的投资,支持当前用例和新服务的增加使用。定价等式需要考虑到高性能部署的成本,并且需要考虑到对服务质量收取费用的可能性,否则对性能需求高的用例的发展可能会面临风险。

确保6G能够在经济发展的角度承担其重任,既涉及到业务的持续发展,也涉及到从社会、环境和经济可持续性的角度提供净正向效益。从企业参与的角度来看,如果没有盈利能力,就不能生存下去。然而,从数字包容性的角度来看,同样重要的是考虑终端用户成本。

从社会角度来看,存在评估系统的方法,但迄今为止只在有限程度上得到应用。与环境或经济影响相比,评估整个系统生命周期的社会影响方面是一个尚未深入探索的领域,识别潜在影响必须成为技术发展的重要考虑因素。

另一方面,伦理人工智能可能是从社会角度研究最深入的领域。许多其他方面,如工作保护,传统上被认为是在生产和部署阶段可以解决的问题。社会可持续性与人权问题密切相关,5G的经验教训可以帮助我们从6G的角度理解这些方面。

6G的可持续性

在开发一种通用技术时,我们需要注意三个可持续性支柱上的机遇和潜在的负面影响。6G必须解决促进和实现更可持续社会的用例。

6G应该使许多业务领域和社会功能更容易实现可持续性,例如教育、城市管理、制造和物流以及产品和材料的再循环。

作为其中的关键组成部分,我们相信6G的关键技术,如更沉浸式的通信和基于数据的优化(例如大规模数字孪生),可以在创造可持续价值方面发挥重要作用。这样的用例可能不会推动极端性能要求,但通过高渗透率和使用率,新一代可能比上一代更可持续。

新服务将补充通信服务和网络提供的信息,例如感知信息将实现以前不可能的用例。一种新的网络计算框架,将处理能力嵌入网络本身,可以实现更简单、更节能的设备,进而实现更广泛的用例范围。

在6G的发展过程中,我们还将评估新的用例将如何开启新的价值链,涉及新的利益相关者、新的可能性、新的客户和新的合作伙伴,这对所有各方都有益和有利可图。例如,预计各国政府将对某些用例领域越来越感兴趣,以实现可持续发展目标,而学校、医疗保健和其他机构或机构也可能表现出增加的兴趣。对于这些利益相关者来说,经济限制也是必不可少的,但有时也提供新的机会。

从经济角度看6G

经济可持续性将与6G服务的发展、演进和部署密切相关,主要体现在两个方面。

首先,基于6G构建的服务可以推动社会的生产力,移动宽带的模式就是很好的例子。这种宏观经济方面可能会对基础设施和就业市场产生相关的好处。然而,经济可持续性的视角更广泛,也与福利的包容性和分配有关,这是6G用例应该考虑的另一个方面。

其次,对于6G系统本身,我们所采用的用例也具有商业价值的方面,任何用例都必须提出强有力的商业案例,以实现规模化和持续演进。如果用例无法演进,6G网络的所有潜在积极影响的实现也可能面临风险,这意味着我们最终无法充分探索6G的可持续性潜力。

上图:6G时代(大约在2030-2040年)的重要应用领域。

上图:6G时代(大约在2030-2040年)的重要应用领域。

沉浸式技术的机遇

随着虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的不断发展,设备技术和应用的进步(无论是面向个人还是专业应用)将推动连接性行业,并提供与连接性相关的其他服务的机会。其中一个例子可能是感知信息。物理世界和数字世界的融合可能为教育和专业人士提供新的机会。如今,游戏行业已经越来越多地探索我们称之为融合现实的物理数字融合。

大规模孪生技术的机遇

大规模孪生,即物联网设备的孪生是另一个连接性至关重要的领域。数字孪生的概念已经存在,用于建模对象、地点或过程。然而,在6G时代,预计会出现数万亿个零能耗设备和低嵌入式处理能力的突破,这将为大规模孪生用例开辟新的可能性。

这种孪生服务还将依赖于其他网络服务,如感知和定位数据、计算和人工智能服务。孪生对象本身可以来自任何行业领域,甚至可以包括整个城市和环境生态系统。

情境感知技术的机遇

情境感知领域是支持移动物体、车辆和设备的总称。在2030-2040年的时间范围内,我们预计会有更多的无人机、移动服务机器人、出租车或送货车等自动驾驶车辆,所有这些移动物体都需要导航、减少事故并意识到周围环境和彼此的意图。为此,连接性、感知、定位数据和网络处理(尤其是对于简单车辆)肯定是必需的。从环境的角度来看,共享和使用优化这些技术将对减少影响至关重要。

上述家族代表的是类别,而不是具体的用例或应用。也可以设想一些组合应用,例如,一个部分由人控制的自主导航外骨骼,飞行员可以通过增强现实方式在由大量传感器创建的物理/数字地图中体验环境。这些可能性是无限的,只有我们想不到的。

6G可持续用例家族

虽然上述是以技术为中心的用例领域,但在我们的2030-2040年时间线上,也强调从可持续性的角度提供价值。首先,技术为中心的用例需要从效益和任何不利影响的角度考虑可持续性影响。其次,技术开发所用的一些用例家族将根据潜在价值而不是从技术领域的角度来组织的。

我们认为食品生产和健康是两个重要领域。在这些用例领域下,可以设想通过无人机勘测田地和分布在田地上的微传感器来减少资源需求的农业(通过提供情境意识来实现资源优化)。图像识别还可以通过增强现实支持农民在查看周围环境时提供信息。虽然这些应用包含不同的技术,但从价值的角度来看,它们都可以通过减少资源的过度使用来做出贡献。

电子健康也是同样的道理。虽然电子健康可能常常被认为是全球移动宽带的驱动因素之一(例如通过全球访问与医生进行视频咨询),但它也可以实现更高级的检查或监测。

尽管以上所有用例和用例领域可能确实从6G网络的新服务、新能力或更高质量的服务水平中获益,但也一定要记住,常规的eMBB服务将继续发展,并且越来越多的挑战,无论是专业的还是个人的,都可以通过使用eMBB应用程序来解决。因此,使eMBB在全球范围内可用、更加资源高效并控制eMBB的成本也将是6G的关键。这可能不是一个6G本身特有的用例,但它确实是6G所需的一个特定能力集,我们将其包含在6G用例中以强调这一点。

从可持续性的角度来看,与移动通信的早期几代相比,6G的发展在预标准化阶段已经独具特色,因为它整合了除能耗性能外的可持续性考虑因素。如果管理得当,这将为技术设计中整合可持续性要素提供新的机会,从而实现更深层次的优化,而如果在后期阶段才进行整合只能实现渐进式增强。另一个角度是数字化成熟度的增加,这可能使得更先进的与可持续性相关的服务能够扩展。当发现6G在这方面有显著提高时,我们应该尽可能地将它们纳入到5G中。

解决通用技术的风险

不幸的是,技术很少只被用于好的目的,即使是在最好的意图下开发的技术也往往会被滥用或产生意想不到的负面影响。对于通用技术来说,实现某种好处通常也意味着实现某种坏处。

大多数技术都可能被滥用或产生意想不到的负面影响。因此,在为6G开发新功能、服务和技术时,我们的行业必须确保所有不利影响和风险都得到识别和解决。

晚期的安全意识可能代价高昂,并产生灾难性后果。随着技术能力的增加,风险意识和风险缓解也需要相应增加。这是发展负责任和可持续的6G的一部分。

特别是在引入可能改变范式的技术,如人工智能,既用于优化6G性能又作为一项服务时,一定要考虑相关的风险,并从一开始就构建一个值得信赖的人工智能解决方案。从另一个角度来看,提高社会其他领域的风险和障碍意识也有望为创新带来新的机会,基于6G的服务可以帮助减轻这些风险并建立一个更具韧性的社会。

正在进行的项目中应注重可持续性

要让可持续性成为6G技术发展的一个重要视角,需要全球各方共同努力,将可持续性的理念贯穿在各种正在进行的6G活动中,并持之以恒地加强和扩大这些活动的影响力。为此,爱立信已经参与了几个主要的6G项目和倡议。

6G技术的发展过程

新一代无线技术的发展是一个漫长而复杂的过程,需要十年左右的时间。在这个过程中,各方参与者会在不同的阶段关注和评估不同的视角和方面。一些早期设定的挑战性目标可能需要与其他利益进行权衡,而且不同的利益相关者对未来的展望也会有所不同。

从可持续性的角度来看,关键在于不要忽略长远的目标,并确保在现有的工作方式和流程中充分考虑这些目标。在这方面,我们需要采取积极主动的态度,因为我们知道,如果按照惯例行事,将无法实现可持续发展。

我们可以将6G技术的发展分为三个阶段:低技术成熟度(TRL 1-3)的研究阶段;中等技术成熟度(TRL 4-6)的开发阶段;高技术成熟度(TRL 7-9)的部署阶段。在这些阶段中,我们需要考虑和实现以下目标:

研究阶段

  • 在6G行业中建立一个可持续发展的范式,补充技术要求的关注点。
  • 将可持续性融入系统性能的优化中。
  • 开发具有社会和环境效益的用例,考虑风险并减轻负面的社会和环境影响。引导6G支持解决社会挑战的用例。
  • 在关键论坛(ITU、3GPP等)中引起对可持续性挑战的关注。
  • 确保从早期阶段开始,在技术开发的各个方面,包括反映可持续性需求的要求和设计标准。
  • 制定KVI来衡量对可持续性价值的影响。

里程碑:

  • Hexa-X最终项目交付成果(2023年)
  • ITU-R IMT-2030框架报告(2023年)
  • Hexa-X-II项目交付成果(2023-2025年)
  • ATIS NGA白皮书(2023年)开发和标准化阶段

开发和标准化阶段

  • 参与标准化过程,促进可持续性价值,减轻或避免引入会降低效益或对可持续性价值产生负面影响的新组件和功能。
  • 监测与可持续性挑战相关的目标和要求是否随着时间的推移而保持不变。
  • 确保设计能够保证制造和部署的可持续性影响都有充分的动机并保持在低水平。
  • 对KVI进行评估。

里程碑:

  • ITU-R IMT-2030技术性能和要求报告(2026年)
  • 3GPP SA1 6G要求SI(2024-2025年)-描述用例、需求[阶段1:服务要求]
  • 3GPP RAN要求(2024-2025年)
  • 3GPP RAN 6G SI(约2025年)WI(约2026年)[阶段2:技术实现和架构定义,阶段3:详细规范]部署和市场推广阶段

 

部署和入市阶段

  • 在标准的边界和机会内优化产品的可持续性。
  • 支持市场推广,使6G的使用达到我们期望的最高社会效益。
  • 与相关利益相关者积极推动6G生态系统的实现,以实现新服务。
  • 积极抵制和压制任何负面影响。
  • 在部署系统中对KVI进行评估,以衡量影响。

里程碑:

  • 市场推出(约2030年)
  • 逐步引入新颖的用例(约2030年)
  • 6G演进标准化

我们共同的旅程已经开始

在即将到来的6G开发中,有许多场合是行业应该并且可以朝着可持续发展的方向采取行动。重要的是要看到每个发展阶段的可能性和责任,并将可持续发展的视角融入技术开发的技术工作中。

这些考虑不应该是一个单独的事情,而应该在我们设计、建造和运行6G网络的过程中存在。要真正做出改变,我们需要让所有相关利益相关者参与其中,并让他们看到他们在可持续发展中的角色和他们可以影响的事情。

Acknowledgements

The authors want to thank Christofer Lindheimer, a former colleague at Ericsson, for substantial input to this article.

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