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6G網路 – 連接虛擬和現實世界的橋樑

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2030年的研究展望

White paper

介紹

5G網路在全球持續擴展;網路正提供將改變整個社會的全新通訊功能和服務。 5G Advanced網路正推動著下一波發展浪潮,帶來增強型行動寬頻(enhanced Mobile Broad band,eMBB)、超可靠低延遲通訊(ultra-reliable low latency communication,URLLC)和大規模機器類通訊(massive Machine Type Communication,mMTC)等領域的更強大功能。

毋庸置疑,長期社會演變與進步將催生5G網路所無法化解的種種挑戰。到2030年,5G網路影響社會發展的時間將達到10年,我們從5G網路部署中吸取了經驗和教訓,同時新的需求和新的服務不斷湧現。儘管5G網路具有與生俱來的出色靈活性,我們仍會發現需要進一步擴展,並採用新功能。這就要求我們進一步發展與演進,在社會需求的拉動和更先進技術工具的推動下,迎接即將到來的6G時代。

未來網路將成為一個基本要素,支撐生活、社會和產業幾乎所有面向的正常運轉,滿足人類及智慧機器的通訊需求。要最有效地順應這一趨勢,產業和科學研究團體應緊密合作,為實現共同的願景而努力。

與6G時代的各種挑戰相關的4大主要驅動因素正日益顯現:社會核心系統的可靠性、借助行動技術的高效而實現的永續性、旨在簡化和改善人類生活的加速自動化和數位化、隨時隨地增強普遍通訊的無限連通性。

要化解這些未來挑戰,6G網路需要繼續突破5G網路的技術極限,進一步推動關鍵服務、沉浸式通訊和無處不在的物聯網(IoT)。此外還應探索全新的功能維度、整合計算服務,並提供通訊之外的功能,如空間數據和時間數據。

本白皮書簡要描述了2030年的6G網路世界願景,重點討論未來網路應實現哪些目標,以及應開發哪些技術來實現這些目標。

5G to 5G Advanced to 6G

2030年的虛實整合世界

到2030年,整個社會將圍繞日益先進的技術發生重大變革,網路將成為通訊和資訊傳輸的重要元素,實現隨時隨地的通訊。

隨著無線連結成為社會生活不可或缺的一部分,對連網傳輸的數據及網路連結本身的信任、數據服務及運算平台功能將變得更為重要。社會應能夠完全依賴網路來交付關鍵服務,確保所發送資訊的完整性。不管是人還是各產業,都必須能夠依賴經過驗證的身份,同時盡享全面的隱私性。

永續性至關重要,社會各界需要攜手實踐聯合國永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDG)1。無線網路在實現這些目標方面已然扮演著重要角色。而且顯而易見的是,無線網路有巨大潛力做出更大貢獻,包含提高資源利用效率,支持新的生活方式,因此成了推動積極變革的重要工具。

人工智慧(Artificial Intelligence, AI)可以降低對人為參與和監控的需求,進而最佳化和簡化多種流程,改善營運。因此,為了進一步最佳化社會效率,簡化人類生活,人工智慧技術的快速普及指日可待。有鑒於此,網路必須基於數據驅動的架構,在各種系統中使用大數據支持AI;而且其設計應考慮最高的安全性和可解釋性。

今天,對網路有嚴苛要求的應用程式快速增加。它們需要很低的延遲和很高的數據傳輸速率,以支持虛擬實境、增強實境和混合實境等應用,實現對機敏操作的遠距控制。隨著2030年日益接近,這一趨勢預計將繼續存在,而且對網路性能的需求也將進一步增加。

The cyber-physical world of 2030

6G的典範轉移

要化解未來挑戰,還代表著必須轉變某些基本網路模式。勢在必行的轉變包括:

6G paradigm shifts
  • 從安全通訊到可信賴平台:擴大服務範圍,從保護數據擴展到在相關場景下確保提供端到端服務。
  • 從數據管理到數據擁有權:確保發送給第三方的個人和關鍵數位資產的管控和隱私性。
  • 從能源效率到永續轉型:高效率利用能源的網路,透過有效的數位化影響社會,減少環境影響。
  • 從地面2D到全球3D連結:旨在實現全面數位化,確保對農村地區、海上甚至空中的全覆蓋連網。
  • 從手動控制到學習網路:在整個網路中使用人工智慧和大數據,從聚焦指導系統如何實現目標,轉移到提供可自動實現目標的系統。
  • 從預先定義服務到以使用者為中心的靈活服務:利用靈活的網路配合使用者需求,允許各種應用帶來影響,而不是預先定義服務和介面。
  • 從獨立的現實世界和數位世界到虛實整合的世界:網路平台不僅應連結人類和機器,還應實現全面的融合,支援無縫串聯,打造沉浸式體驗。
  • 從數據鏈路到通訊之外的服務:擴大網路角色範圍,作為多功能資訊平台交付可用於各種目的的全面服務。

利用技術推動社會轉型

6G可引領我們進入虛實整合的世界,在由知覺、行為和體驗組成的物理世界和可程式設計的數位世界之間架起一座橋樑。網路提供智慧和無限的連結性,實現物理世界和數位世界間的完全同步。嵌入到物理世界中的大量感測器即時發送數據以更新數位世界呈現方式。真實物理世界中的執行機構去執行數位世界執行器發出的命令。我們可以追溯和分析過去的事件、即時觀察並採取行動,並類比、預測和程式設計未來操作。與元宇宙相比,虛實整合的世界與現實世界的聯繫更緊密,數位物件映射到以數位化方式呈現的物理物件上,使它們可以透過「融合現實」的方式無縫地共存並增強現實世界。

Observe and act in real-time

在上述4大因素的驅動下,新的應用領域將不斷出現,要求將來的網路提供更多新功能。但當前應用的未來發展以及填補數位落差也是同等重要的事情。

可程式化的數位世界可以提供整座城市的互動式4D地圖,精確地顯示位置和時間,而且可以由大量人和智慧機器同時存取和修改,實現詳細的活動規劃。這些串聯虛擬與現實世界的服務平台可以向大規模可控制系統發出命令,如大眾交通、垃圾處理、供水和暖氣供應管理系統,以提高資源利用效率、增強控制和韌性。

在測量人體機能的微型節點和提供藥物建議及物理幫助設備的推動下,精準醫療孕育而生,並將以連續接受線上分析的數位世界為後盾。人類生命科學領域的這種高度技術整合透過可用性、安全性和數據隱私性彰顯了可信度的重要性。這還需要具有以下特徵的新型設備:可以嵌入到幾乎任何地方且無需維護,同時使用高效的分布式處理和管理,並在人體網路中安全地通訊。

將來,城市的地面和空中將充斥大量自動駕駛汽車和飛機,因此需要即時4D地圖來管理密集的車流。網路感測器架構可以透過感測基地台及車載感測器來匯總精確的測量結果和全球數據,然後與軌跡數據一同共享,可以用於指導完成安全、清潔而高效的交通運輸。

自動化社會將受益於AI輔助功能,幫助增進人民福祉,簡化人們的生活。例如,協作式AI可以更安全而高效地完成許多需要手工操作的艱鉅任務,在工業生產和家居生活中帶來幫助,自動運作並適應人類行為。這種高度可信的虛實整合系統可以順暢地與人群及其它智慧機器進行互動,需要極高的可靠性、韌性、精確定位與感知、低延遲通訊、AI信任和整合。從個人層面來說,智慧身份(Intelligent Identity)和偏好處理將在日常生活中幫助人類,根據人們的偏好管理與聯網世界的互動並相應地改變聯網世界。

要建構永續的新世界,需要全體社會的共同努力,藉由網路確保全球範圍的「數位包容」(Digital Inclusion)。這包括多種要素,如在地球上每一個角落支援智慧自動化服務、透過全球聯網感測器監控森林和海洋狀態、推動高效利用資源的聯網農業生產、提供個人化的數位化個人醫療、説明全球各地的學校和醫院等機構使用進階服務等。透過在全球範圍內對商品進行端到端生命周期追蹤,自主供應鏈可以加快整個循環經濟的發展速度。數位資產追蹤可以減少浪費,自動完成回收。綜合起來,這要求真正的全球覆蓋,需要極高的能源、材料利用率和經濟效率、嵌入式自主化設備及感測器、具有高可用性和安全性的網路平台。

沉浸式通訊將帶來全面的遠端臨場(Telepresence)體驗,使距離不再成為人類互動的障礙。具有人類級別感知回饋的擴展實境(XR)技術2需要很高的數據傳輸速率和容量,以及透過精確定位和感知實現的空間映射和邊緣雲端處理技術實現的端到端低延遲。此外,通訊技術將打造全面融合的現實環境,允許在物理世界和數位世界間使用感知和全息圖片轉換。支持精確人體互動的個人沉浸式設備將允許從遠距進行體驗和執行操作,確保沉浸式體驗,更有效地滿足人們的通訊需求(這一點的重要性在新冠肺炎疫情期間變得尤其清晰),同時增加全新的通訊模式,實現對訪問操作和身份的嚴格控制。

6G:未來的網路平台

日益增長的期待為產業和研究團體製定了清晰的目標⸺6G網路應利用不間斷智慧通訊功能,幫助打造一個高效、對人類友善而且永續的社會。

通訊所需功能

與現有網路相比,未來無線網路若欲作為支持各種新舊式服務的平台,其功能必須從多個面向得到增強和擴展。這既包括傳統功能,如可實現的數據速率、延遲和系統容量,又包括新功能⸺其中某些可能具有更明顯的“性質”特徵。應該注意的是,未來無線網路的功能不僅應匹配目前設想的應用場景,還應確保可支持當前計劃之外的未來服務。

未來網路應在所有相關場景下實現更高的資料速率和更低的延遲。這包括在某些場景下提供每秒數百Gb的資料速率及不到一毫秒的端到端延遲。同樣甚至更重要的是,未來網路應以可預測的低延遲和很小的抖動(Jitter)提供高速連網。

未來的無線網路應能夠具經濟效益地滿足快速增長的流量處理需求。無線接取技術(Radio Access Technology)的更高頻譜效率是實現這一目標的影響因素之一,另一個因素是如何自然而然地獲取額外的頻譜。但更重要的是,如何真正具經濟效益地完成超高密度網路的部署。

我們需要繼續擴展無線通訊網路,實現全面的全球覆蓋,即消除數位落差,實現對偏遠地區的覆蓋,同時支援整個社會上飛速增加的設備。這方面的一個關鍵要素是要確保用戶和服務供應商的總成本保持在一個永續的水準。

通訊在5G網路的發展過程中,出色的網路效能是一項關鍵要求。對未來無線接取解決方案來說,這一要求將更加重要3。非常關鍵的一點是,流量傳送速率的加快不應代表能量消耗也會不斷增加。此外,節點中沒有流量時,耗能應趨於零。

隨著無線網路日益成為當今社會的關鍵要素,網路韌性和安全功能變得至關重要。網路必須能夠正常提供服務,而且必須能夠可靠地抵禦有意而為的惡意攻擊。

在可信度方面,網路應能夠利用新的機密運算技術,提高服務可用性,提供增強的安全身份驗證、協定和端到端保障。

這些網路將需要具備可靠的運算和AI整合基礎架構的功能,允許快速開發和部署分散式應用及網路功能,提供數據和運算加速服務,並保證能夠在整個網路中實現這些目標,同時確保性能水準。

Total cost of operation

最後,為了推動整個社會的全面數位化和自動化,網路需要具備高精準度定位和詳細檢測周圍環境的功能。感測是一種新功能,透過分析環境對無線電波傳導的影響完成。例如,微波鏈路會受到下雨影響,這些資訊對天氣預報非常重要。還可以主動發射無線電訊號進行感測,使通訊網路可以提供類似雷達的功能。與使用專用感測系統相比,重複使用行動網路進行感測不僅可使感測系統更加具經濟效益,而且可以實現更廣泛的覆蓋。例如,感測可以用於類比環境,瞭解道路車流量情況,或在有人進入廠房大廳內的限制區域時發出警告。未來的網路需要高效地利用無線電資源來實現通訊和探測。另外還需要可擴展的機制來發送檢測結果、對檢測結果的人工智慧解釋,以及幫助確保訊息隱私性的安全機制。

6G網路的基礎

對於2030年的6G網路,應考慮使用多種前景光明的技術。研究未來6G網路的這些潛在要素,將成為今後幾年研究工作的重要主題。

綜合來講,6G網路的各組成要素將形成一個無縫的系統,提供所有必需的功能,幫助實現推動不間斷智慧通訊、連結虛擬和現實世界的願景。有了可信賴的系統基礎和具有內建認知功能的高效運算架構後,未來的網路將能夠為即將問世的應用和服務提供全覆蓋連網。這樣就使6G網路可以成為推動創新的廣泛平台及整個社會的訊息核心。

6G pyramid

 

6G網路的基礎

網路適應能力

增強網路的適應能力,可以提高幾個關鍵方面的效率,帶來部署成本、能耗、網路開發和擴展、管理和運行方面的優勢。

動態網路部署

確保動態網路部署的機制將是未來能以具經濟效益的方式來部署大容量、具韌性網路的關鍵。關鍵挑戰是無縫地將服務提供者部署的傳統網路節點與使用者部署的補充性、臨時性移動或非地面網路相整合。

實現多跳通訊(multi-hop communication)的可能性已在5G網路中透過整合接入回傳(Integrated Access and Backhaul, IAB)部分實現,我們預計這將進一步發展演進,以低成本和出色的靈活性確保無縫的多跳無線網路連結。這還將在一定程度上消除連結設備的無線接取鏈路和網路節點間無線回傳鏈路之間的區別,建立一個統一的無線連結框架。

所有未來網路部署場景的一個共同點是,它們都需要一個靈活、可擴展而且可靠的先進傳輸網路,以支援要求嚴苛的6G應用場景和新的部署選項,如分散式無線接取網路(Radio Access Network, RAN)和集中式/雲化RAN的混合部署。這透過AI驅動的程式設計功能實現。這一程式設計功能使用軟體定義、異質網路中的多重服務虛擬化和封閉迴路自動化來確保傳輸網路的靈活性和可管理性。

設備和網路程式設計能力

前幾代行動網路從控制網路配置來明確規定設備行為。這種情況下的侷限性是新特性不能用於傳統設備,因此對開發速度產生限制。

用更易於程式設計的環境,如使用不同的應用程式設計介面(Application Programming Interface, API)進行定義取代「寫死(Hardcoded)」的做法,就可以增強設備行為的程式能力,使設備準備好支援更先進的網路功能。而這樣又可以增強網路的可程式性,因為現在可以從根本上修改網路和設備,實現新功能,例如允許服務提供者同時向設備和網路中下載AI模型,最佳化整體網路性能或針對具體垂直應用場景訂製設備行為。另外,這還可能幫助實現更快速的特性部署,加快上市時間和故障修復,支援更多類似DevOps的營運。

網路簡化和跨RAN/CN最佳化

預期網路成為整個社會的更不可分割的一部分的同時,伴隨而來的還有對更高可用性和韌性的需求。網路的功能日益豐富,將使多種網路元件用於支援多種不同功能,而且有時候用於解決相似或相同的問題。未來的部署將不太以節點為中心,無線接取網路(RAN)和核心網路(Core Network, CN)將使用更多通用平台。以消除重複部署各種功能的部分原因,如使RAN依賴CN作為閒置設備的數據儲存。因此,重新考慮目前在RAN和CN間進行功能隔離背後的一些架構假設非常重要。

在選擇部署正確的RAN和CN功能及介面時,需要做出明智的選擇,提供最出色的性能、應用場景和部署多樣性,同時確保開發工作的敏捷性。需要慎重地選擇一系列多廠商介面,以確保網路和生態系統的開放性,同時最大限度地降低系統複雜性,建立強健具韌性的網路。

增強的端到端連結

未來的應用需要仰賴高品質的連網以滿足對所需頻寬、動態行為、韌性及其它方面的需求。網路功能必須能提供端到端的連結,並與應用程式和互聯網技術的發展演進保持一致。舉例來說,這將影響應用和網路間的協作、韌性機制、端到端傳輸協定的演進和處理延遲的方式。

網路協作

應用程式和網路可以從協作中受益,確保提供最適當的網路服務。對受保護通訊的更大需求意味著任何協作都需要協作雙方明確同意,達成一致並使雙方均可受益。

韌性

網路韌性問題需要從不同角度解決。不管是用於連結還是端到端通訊,都需要支援需要韌性的應用。同樣,所需的互聯網基礎架構需要隨時可用、有韌性而且可防止商業監控。分散式架構確保並非所有資訊都在協作方之間集中保存,因此也不必面對所有風險。

協定演進

最近,Web和傳輸協議經歷了快速演進,使互聯網協定堆疊變得更易於修改,例如,現在可以在不影響操作系統內核的情況下更新傳輸協定。同時,未來通訊預計將更多地採用多工接取(Multi-access)技術,而各種應用將提出更加嚴格的要求。這是建構理想的解決方案,在行動網路中更高效地處理多路徑通訊、韌性和壅塞控制問題的大好機會。

可預測的延遲

經驗表明,有著更嚴格延遲要求的許多(初始)應用場景通常有著可以容忍最長的延遲限制。確保可預測的延遲,將為測試更多應用場景創造機會,而且可同時支援分散式和更加集中的部署模式。

 

極致的性能和覆蓋範圍

將來的無線接取解決方案必須在多個功能維度上和所有相關場景下提供真正極致的性能,以可接受的成本實現未來的隨選服務(in-demand services)。例如,這包括在需要時提供極高的資料速率和低延遲表現,提供極高的系統容量來為大量使用者提供服務,以及實現真正的全球無線接取覆蓋。要以極高的系統容量與具經濟效益地實現高密度部署,關鍵是要引入封包前傳(Fronthaul)和新的無線傳輸技術,如中繼和網狀網路、無線光通訊(Free-space Optics)、整合接入和回傳(Backhaul)。

頻譜

頻譜是目前、而且將一直是無線連結的重要資源。獲得額外的寬頻頻譜並高效地利用現有頻譜至關重要,授權頻譜和非授權頻譜都很重要。

較低頻段(最高約6GHz)目前供4G/5G網路使用,在未來的6G時代仍會很重要,對於實現6G服務廣域覆蓋尤其如此。6GHz以下的可用新頻譜預計非常少,因此使6G無線接取技術能夠與前幾代網路共用較低頻段非常重要。24GHz到52GHz的毫米波頻段最初供5G網路使用,很快將擴展到最高100GHz,以後自然而然也將用於6G網路。

7GHz到24GHz之間的頻段目前用於行動通訊之外的其它目的,但也可以探索透過先進的分享機制供6G網路使用。在100GHz以上,可能有大量頻譜可用,但由於該頻段的傳播條件極具挑戰性,因此這部分頻段主要用於高密度網路部署條件下需要極高流量、容量和/或資料速率的具體場景。

非地面接取

擴展傳統地面接取,增加非地面(non-terrestrial, NT)接取,是將來實現真正的無線連結全球覆蓋的有效途徑。這些補充性NT接取方式可以透過多種不同途徑提供,例如無人機(Drones)、高空平台(high-altitude platforms, HAPS)和/或低軌道(low-Earth orbit, LEO)衛星。這些行動NT節點應該是總體無線接取解決方案的一個整合部分,作為對地面網路的擴展,提供真正無縫的全球覆蓋。

多點連結(Multi-connectivity)和分散式MIMO

為了增強韌性和性能,確保更加一致的無線連結品質,預計多點連結將在未來得到普及。目前,5G網路中已開始使用多重無線單元(Multi-radio)、雙連結和多點傳輸等技術,預計將來會進一步普及。例如,這種擴展可能包括物理層的大規模多點連結。在這種情況下,設備經由多條物理鏈路同時連結到大量密切協作的網路傳輸點,稱為分散式MIMO。另一種可能的途徑是多RAT(Multiple-Radio Access Technology, Multi-RAT)連結。在這種情況下,設備透過不同無線接取技術連結到一個網路,以增強韌性或以最佳化的方式提供不同的同步服務。

無處不在的嵌入式設備

未來的服務將需要無處不在的普遍連網。6G網路將支援數萬億台嵌入式設備,提供始終可用的可信賴網路連結。

零耗能設備

今天的大規模機器型通訊(Massive Machine Type Communication, mMTC)可以提供高達數十萬位元每秒的資料速率,支援遠端自動讀表等應用。以光、振動、溫差甚至無線電波的形式收集周邊能源供設備使用,使設備有可能不需要更換電池或充電。然而,可收集的能量一般可能非常少,意味著需要開發效能極高的通訊協定。由於可用能量很少,因此可傳輸的資訊量也很小,很多情況下每小時只能傳輸幾個位元組。然而,對於資產追蹤等應用,這已足夠。與當前的解決方案相比,無線技術可能是更有吸引力的選擇,如條碼光學掃描,而且可實現與視線外設備的通訊。

沉浸式互動設備

將來,用戶將獲得更加沉浸式的體驗,可以透過智慧手套、皮膚感測器等穿戴式裝置自然地與數位世界互動。使用者將可以連結到虛擬物件(這些物件經常需要精確的定位,如向虛擬飲料中投入冰塊),透過所有感官體驗虛擬物件的更新,因此要求低於1毫秒的延遲。腦機介面(Brain-computer Interface, BCI)設備可以捕獲並安全地共用使用者的意圖,適應網路渲染的虛擬物件,進而進一步改進用戶體驗。網路還將幫助在這些對象和視覺外感官刺激,如聲音、觸感等之間實現同步。此外還需要解決可靠性方面的問題,如驗證使用者ID,保護易受攻擊的使用者免受不適當的內容和聯繫訊息影響。

認知網路

為了在不增加成本和部署復雜性的情況下實現未來網路,同時營運大量多功能服務,提高網路智慧化水準成為必要課題。認知網路將説明提高效能,最佳化性能,確保服務可用性。這一目標預計將透過兩種方式實現:一是在AI機器學習(Machine Learning, ML)支援的情況下進行傳統演算法很難實現的最佳化操作;二是在AI機器推理(Machine Reasoning, MR)可以扮演重要角色的情況下演進操作系統,以自主方式完成當前的大多數系統管理任務。

基於意圖的管理

人類可以透過表達意圖的形式規定運行目標,進而控制系統行為。這種基於意圖的自動化管理方法要求在人機介面中提高抽象化程度,而且要求系統能夠圍繞這些目標進行解釋和推理操作。我們需要理解抽象知識,利用MR技術,根據現有知識和數據集得出結論,從人類使用者和分析演算法中收集知識和經驗並保存在通用知識庫中。接著,認知網路就可以利用這些可變的要素,瞭解不同場景,確定適當的糾正措施,制定並在網路中實施最正確的行動計劃。

自治系統

這種方法還意味著系統的自治程度會不斷提高。認知系統需要使用本機功能,根據具體環境進行調整,連續進行監控並從先前的操作中吸取經驗教訓,並以近乎即時(Near-real-time)的方式快速給予回饋,以便改進配置、流程和軟體。網路邏輯中將對演算法進行連續改進,説明做出多個物理地點和邏輯功能中分散的執行階段(Runtime)決策。這種連續最佳化將使系統與現有系統相比更加動態靈活。地理上分散的網路中將以多種不同形式提供智慧功能。

可解釋與信賴的AI

只有得到人的信任,自治系統才能成功。這涉及到幾個方面。首先,系統需要能夠解釋其行為以及為什麼會進入當前的狀態。其次,智慧系統在技術上應該強健可靠,即使在受到各種干擾和攻擊時,也能考慮所處的社會環境,以符合道德標準的方式運行,恪守正確的原則和價值觀,根據所有適用的法律和法規運行4。第三,該系統在必要時必須允許人類干預。

資料驅動的架構

資料驅動的架構是負責做出決策的AI演算法的基礎架構。這種基礎架構支援資料傳遞途徑(Data Pipelines)。資料傳遞途徑負責以針對管道使用者進行了訂製的格式傳輸、保存、處理、顯示和提供來自內部服務提供者網路及外部資料來源的數據。

網路運算架構

6G網路將所有物理系統合併到運算架構中。它不僅可作為各種物理系統(從簡單的終端一直到複雜的性能敏感型機器人控制系統和增強現實應用)的連結器,還是這些系統的控制器,在網路運算架構中提供運算和通訊功能,實現出色的效率和可靠性。5

服務提供者可以利用他們的資產,將運算和儲存設備整合到日益虛擬化的網路中,為各種應用程式提供最高的性能、可靠性、低抖動和毫秒級延遲。如此一來,網路運算架構就可以提供連結範疇之外的工具和服務,為各種客戶和垂直產業帶來一個普遍、全球互連、靈活而強健的平臺,而且具有應用託管、無縫的任務移植功能和運算抽象化功能。

生態系賦能者(Enabler)

只有透過同一個全球聯合生態系統中有關各方的密切協作,才能建成這樣一個系統。網路和雲端服務提供者、應用開發商、服務提供者和設備生產商都扮演著一定的角色。各方之間的大量互動將在軟體層面進行。在這裡,無代理市場(Broker-less Marketplace)技術將説明生態系統進行擴展,透過自動契約協商機制的執行來支援銷售、交付和收費工作。生態系統合作還將帶來將不同廠商的服務整合到一起的技術挑戰。可確保互通性的技術標準或自動處理合作關係的技術將幫助實現高效的合作。生態系統中的高度協作是實現可擴展性和推動創新的關鍵。

可靠的運算

新興應用場景將要求使用多種嚴格的即時特性,如低延遲、高傳輸量、高可靠性和可擴充性。為了滿足這些端到端性能要求,6G網路平台將使用對應的運算功能來補充可預測而且可靠的連網解決方案。透過網路運算架構,網路將提供統一介面,幫助將分散式應用輕鬆部署到整合運算堆疊中,並為關鍵應用任務提供可靠的即時作業服務。例如,開發商將可以訪問網路內的運算服務。這些運算服務透過高效硬體加速技術及針對即時運行提供最佳化的操作系統和平台組成元素。

統一、流暢的運算

為與物理現實進行互動而開發的應用需要更高的部署靈活性。它們可以受益於高度分散式設計,以盡可能地靠近資料來源和資料使用者,如感測器和驅動器,實現對關鍵任務流程的封閉迴路控制及對大量資料的智慧匯總。此外,智慧地將處理工作分配到設備、網路運算節點和中央雲端中,就能夠在極其小巧的設備中以有限的功耗運行更多應用。我們需要新的方式來合併、部署和運行軟體,滿足應用要求,即使在用戶移動或出現故障時也能滿足要求。

例如,動態運算負載分流將受益於統一執行環境。這個執行環境基於可移植的輕量執行階段(Runtime)技術,透過硬體強制隔離實現安全的任務執行,提供對開發人員友好的功能和介面。這樣就可以在這個架構中無縫部署應用程式,而且可以跨越中央雲端,透過網路邊緣延伸到設備。這一切使6G成了一種真正的創新平台。

可信賴的系統

在設計可信賴系統時,耐受、檢測、回應攻擊和意外中斷並從中完成恢復的能力是關鍵。可信賴系統的4大組成部分是機密運算解決方案的使用、安全的身份和協定、服務可用性、安全保障和防禦。AI有望給未來技術演進和安全性帶來重大影響,其可信賴度也非常重要。

機密運算

當前的網路可以對傳輸的資料進行有效保護,但對正在處理的或保存的資料的保護不太有效。在保護正在處理的或保存的資料方面,機密運算正成為一種強大武器。在雲端運算中,它可以對負載(payload)進行基於硬體的隔離和處理,這是雲端服務提供者所無法修改的。它還允許遠端雲端使用者驗證他們想在其中部署負載的隔離環境,運算硬體本身還可以執行驗證和證明流程,防止負責硬體設備的雲端服務提供者繞過這一過程。這些機密運算特性的基礎是信任根(Root of trust, RoT)機制的一部分。

機密運算還有望增強網路切片的安全性。透過結合使用傳輸資料保護機制和機密運算技術,還可以利用加密方法來將網路切片彼此隔離開來,以保護正在處理或保存的資料。安全身份和協定需要為基礎架構、網路連結、設備、邊緣和網路切片功能分配可信賴的身份。這可以藉由以下方法實現:為每個物理元件、軟體功能及介面建立身份,然後對這些身份執行RoT機制。最終目標是建立一個為部署的所有軟體提供隱私性的系統,並有效保護數據,防止非法訪問。

服務可用性

服務可用性可以透過關注有助於提升整個網路可靠性及韌性的細節得到實現。無線鏈路是滿足可用性要求的關鍵要素。無線電韌性可以透過配置足夠的容量、覆蓋冗餘並使用多種連結和介質接取控制得到增強。為了滿足工業場景或其它關鍵控制功能中的近即時要求,RAN、傳輸和核心網路中面向關鍵服務的資源配置可以支援不同級別的服務和服務保證。

可用性的另一個方面是從通訊系統的各個部分中匯總數據並進行分析,進而建構自動恢復機制。這意味著必須設計一種分散式分層方法,增強性能觀察能力,同時進行中間分析以即時驗證並確保這些要求得到滿足。此外,在整合數據驅動的觀測功能,幫助對服務可用性進行端到端驗證,AI也扮演著一定的角色。基於AI的即時分析能夠增強網路韌性,應對流量負載和無線環境的動態變化,進而根據不同網路切片的需求進一步保證可靠性和性能。

安全保障

目前,安全保障和認證受到廣泛關注。例如,2019年頒布的《歐盟網路安全法》為網路安全認證制定了一個框架,增強了歐洲數位產品和服務的網路安全性。目前的最先進安全保證機制(如GSMA NESAS)是為具體產品版本提供安全保障的有用工具,然而,某些方面還需要進一步開發。這一過程中必須考慮虛擬化和雲端運算的增強、連續整合與交付流程和AI人工智慧。這裡的一個重點是,對安全性的解釋不僅限於產品安全;而這是安全保障機制目前關注的重點。將來,它們應該得到改進,更完善地考慮系統的所有面向,包括運行的網路。在建立安全保障機制時,重要的一點是要確定所有相關單位都能接受明確要求和流程。而這一工作最好依據全球標準完成。

結論

5G帶來了巨大變革,不斷推高社會的期望。隨著賦能技術的進步和網路發展轉向改善人們生活的新服務和案例,2030年人們對電信營運商的預期更高,希望他們不僅僅提供通訊技術。

圍繞6G的開發工作正在如火如荼地開展,以形成6G時代的能力為目標,研究一系列有前景的技術元件,以建構2030年網路平台的一部分。要實現這一轉變,關鍵在於確保無線接取有極致性能、網路適應性以及全球無處不在的覆蓋。除了提供網路連結外,6G還應成為智慧、運算和空間資料的可信賴平台,鼓勵創新並成為社會的資訊支柱。

現在就是將6G技術的先進研究轉化為網路平台的大好時機,顯著擴大能力來滿足2030年的需求。Hexa-X專案[6]和次世代網路聯盟(Next G Alliance)7 等研究合作紛紛展開,推動技術和系統設計取得了巨大進展,賦能網路物理世界和無限的網路連結。未來網路自然應該基於5G的優勢,5G將透過5G Advanced不斷升級演進,加強學術界和其他產業夥伴的合作,協調各區域倡議,讓全球朝著同一方向邁進。

詞彙表

  1. 《聯合國永續發展目標》(UN Sustainability Development Goals),http://www.undp.org/content/undp/en/home/sustainable-development-goals.html
  2. 《感知聯網報告》(The Internet of Senses report
  3. 《指數準則》(Exponential roadmap),exponentialroadmap.org/
  4. 《可信賴人工智慧倫理準則》(Trustworthy AI),ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/ethics-guidelines-trustworthy-ai
  5. 《愛立信科技評論》(Ericsson Technology Review)之“網路運算架構”(The network compute fabric),  https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/ericsson-technology-review/articles/network-compute-fabric
  6. 《Hexa-X專案》(The Hexa-X project),hexa-x.eu
  7. 《次世代網路聯盟》(The Next G Alliance),nextgalliance.org

內容貢獻者

Gustav Wikström
Patrik Persson
Stefan Parkvall
Gunnar Mildh
Erik Dahlman
Bipin Balakrishnan
Peter Öhlén
Elmar Trojer
Göran Rune
Jari Arkko
Zoltán Turányi
Dinand Roeland
Bengt Sahlin
Wolfgang John
Joacim Halén
Håkan Björkegren