Эксперты Samsung поделились своим видением по разработке сетей 6G

По оценкам экспертов, к 2030 году в мире будет насчитываться порядка 500 миллиардов подключенных устройств – то есть в 59 раз больше, чем прогнозируемое население планеты.

Поскольку эти устройства подключаются друг к другу, чтобы упрощать и оптимизировать нашу жизнь как потребителей, им будет необходимо более быстрое подключение к сети для создания цельного, комплексного пользовательского опыта. Для этого потребуются коммуникационные системы нового поколения – сети 6G.

Появление сетей 6G уже не так далеко, как можно представить. Системы мобильной связи сменили несколько поколений, каждое из которых появлялось примерно спустя десять лет после предыдущего, и каждое из этих поколений совершало огромный скачок с точки зрения внедрения новых технологий. При этом время между формированием и определением концепции и разработкой технических стандартов сократилось с 15 для сетей 3G до 8 лет для технологий 5G, что обусловлено динамичным развитием инноваций и рыночным спросом. В контексте этой тенденции специалисты Samsung ожидают, что уже в следующем году Международный Союз Электросвязи (ITU-R) приступит к определению своего видения сетей 6G, с возможным началом ее коммерциализации в 2028 году. И Samsung готова возглавить эту работу.

Беспроводная связь стала ключевой частью нашей социальной инфраструктуры, поскольку благодаря своему развитию она используется не только для общения людей, но и теперь – для взаимодействия между устройствами и вещами. Одновременно с этим, передовые технологии, такие как искусственный интеллект, робототехника и автоматизация, демонстрируют геометрический рост, формируя новую парадигму развития беспроводной связи. В основе этой парадигмы – четыре мегатренда, которые выступают движущим фактором для развития технологий 6G:

1. Подключенные машины и механизмы: К 2030 году количество подключенных устройств перерастет население планеты, а сами устройства будут представлены самыми разными форм-факторами – от устройств дополненной и виртуальной реальности до голографических устройств. Всевозможные механизмы – автомобили, бытовая техника, интеллектуальные датчики и многое другое – потребуют подключения к беспроводной сети, чтобы постоянно приспосабливаться к нашему образу жизни и нашим предпочтениям, и по мере роста числа подключенных машин и механизмов именно такие устройства станут доминирующими потребителями в сетях 6G.

2. Искусственный интеллект в качестве нового инструмента беспроводных коммуникаций: Сегодня искусственный интеллект используется практически во всех отраслях, и его применение в беспроводной связи способно повысить производительность сетей, например, за счет снижения энергопотребления сети или профилактического обслуживания с целью предупреждения сетевых аномалий. При разработке технологий 6G искусственный интеллект будут внедряться на самых ранних этапах формирования этой концепции, что было невозможно при разработке нынешних систем связи, в том числе сетей 5G.

3. Открытость мобильных коммуникаций: Вычислительная мощность процессоров общего назначения была значительно улучшена, что делает привлекательным использование программного обеспечения с открытым исходным кодом для реализации сетевых функций. Использование концепции Open Source снизило входные барьеры и способствовало повышению функциональной совместимости и ускорению разработки – точно так же, как отрасль добивается этого с помощью таких инициатив, как альянс Open Radio Access Network (O-RAN).

4. Социальные цели и мобильные коммуникации: Мобильная связь играет ключевую роль в социальной инфраструктуре, и, согласно прогнозам, 5G внесет значительный вклад в решение социальных проблем, таких как изменение климата или неравенство в образовании. «Гиперподключенность», которая станет возможной благодаря технологиям 6G, будет способствовать дальнейшему улучшению доступа к информации, ресурсам и сервисам, без ограничений по времени и физическому расположению. Она будет играть важную роль в достижении Целей ООН в области устойчивого развития, улучшении качества и возможностей человеческой жизни.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Благодаря инновациям в технологиях и коммуникациях, мультимедийные сервисы будут значительно улучшены, обеспечивая максимально качественный пользовательский опыт, в основе которого будет лежать концепция «гиперподключенности».

1. Полностью иммерсивная расширенная реальность (XR), которая включает в себя дополненную реальность, виртуальную реальность и смешанную реальность. На сегодняшний день потенциал этой технологии ограничен недостаточными возможностями беспроводных сетей и вычислительными ресурсами устройств. Компании, развивающие эту технологию, в том числе Samsung, полагают, что, если переместить вычисления на мощные устройства или сервера с искусственным интеллектом, мы, наконец, сможем реализовать следующее поколение потоковой передачи.

2. Высокоточные мобильные голограммы позволят передавать физические жесты и выражение лица через голографический дисплей. Создание голограмм в режиме реального времени требует чрезвычайно высоких скоростей передачи данных, которые в сотни раз превосходят сегодняшнюю пропускную способность в сетях 5G. Но с развитием искусственного интеллекта голографические дисплеи позволят использовать высокоэффективные алгоритмы сжатия, восстановления и рендеринга данных, опираясь на ресурсы сетей 6G.

3. Концепция цифровых копий позволит реплицировать физические сущности, в том числе людей, устройства, объекты, системы или целые локации в виртуальном мире как цифрового двойника. В условиях сетей 6G пользователи смогут взаимодействовать с цифровым близнецом, используя устройства виртуальной реальности или голографические дисплеи. При этом взаимодействие пользователя с цифровым близнецом приведет к реальным действиям в физическом мире. Искусственный интеллект позволяет эффективно и без вмешательства человека осуществлять цифровую репликацию и удаленное выявление проблем.

АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ 6G

Вычислительные ресурсы мобильных устройств не поспевают за растущими требованиями, что свидетельствует о необходимости целостного представления общей архитектуры сети 6G, от узлов сети до мобильных устройств. В сочетании с наметившейся тенденцией в сторону использования Open Source, все это диктует необходимость в формулировке новых требований для обеспечения безопасности и поддержания доверия:

1. Для реализации современных мультимедийных сервисов, таких как мобильные голограммы, создания в полном смысле иммерсивной расширенной реальности и построения цифровых копий, требования к производительности сети 6G должны быть выше, чем в сетях 5G.

· Чтобы обеспечить максимальную отдачу в чувствительных к задержкам приложениях реального времени, например, в задачах интерактивного тактильного Интернета, производительность сети должна быть значительно улучшена. Если получится уменьшить задержки в радио-тракте и джиттер, то могут стать реальностью такие сервисы как расширенная реальность (XR).

· Для чувствительных к задержкам услуг, требующих чрезвычайной надежности, таких как дистанционная хирургия, сети 6G должны быть в 100 раз надежнее, чем сегодняшние сети 5G.

· С учетом экспоненциального роста числа подключенных машин, сети 6G должны обеспечивать более широкое покрытие сети, чем 5G. По оценкам Samsung, для этого потребуется около 10 устройств на квадратный километр, то есть в десять раз больше, чем требование к плотности соединения в сетях 5G.

2. Архитектура сетей 6G должна разрабатываться таким образом, чтобы она могла решать проблему ограниченных вычислительных возможностей мобильных устройств.

· Этого можно достичь за счет перемещения ресурсоемких вычислений на более мощные устройства или серверы за счет сверхбыстрой связи с чрезвычайно низкой задержкой. Чтобы преодолеть практические ограничения в достижении таких скоростей, сеть связи должна быть спроектирована таким образом, чтобы она объединяла в себе и коммуникационные, и вычислительные возможности.

· Системные компоненты в сетях 6G должны нативно поддерживать искусственный интеллект, чтобы получать и оценивать огромные объемы информации в режиме реального времени и решать сложные задачи по оптимизации.

· При проектировании сети 6G необходимо закладывать поддержку наземных компонентов, например, базовых станций, а также других компонентов, не являющихся наземными – в том числе самолетов, систем городской воздушной мобильности (urban air mobility, UAM), высотных телекоммуникационных платформ (high-altitude platform stations, HAPS).

3. Поскольку использование программного обеспечения с открытым исходным кодом способствует повышению открытости коммуникационных систем, в то же время эти системы становятся более уязвимыми рискам и угрозам безопасности, что подчеркивает необходимость обеспечения надежности и доверительности как неотъемлемого требования к сетевой инфраструктуре в сетях 6G. Таким образом, технологии 6G должны:

· обеспечивать окружение с аппаратной защитой, которое поддерживает возможность безопасного программирования (software coding) и позволяет защитить учетные записи;

· реализовывать защищенный и безопасный подход, который бы гарантировал, что любое используемое в сети программное и аппаратное обеспечение является доверительным;

· обеспечивать прозрачность, которая бы гарантировала, что система искусственного интеллекта защищена от вредоносных алгоритмов на базе машинного обучения.

СОЗДАНИЕ УСЛОВИЙ ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

В Samsung выделили 8 потенциальных технологий, которые можно использовать для реализации 6G. На этом первоначальном этапе важность и полезность каждой технологии могут естественным образом меняться, по мере того как Samsung продвигается в своих исследованиях и делает новые открытия. Итак, на сегодняшний день Samsung выделяет следующие ключевые технологии:

1. Терагерцовые технологии подразумевают обеспечение огромной доступной пропускной способности, что позволит реализовать в сетях 6G скорости до терабита в секунду, а также, вероятно, создаст возможности для высокоточных сервисов геолокации.

2. Новейшие антенные технологии, такие как антенна на метаматериальной подложке (Metamaterial), могут стать альтернативным решением для выполнения сложных требований при передаче данных в ТГц-диапазонах.

3. Эволюция дуплексной технологии способна повысить спектральную эффективность, а также увеличить гибкость работы системы.

4. Развитие топологии сети может улучшить поддержку мобильности с целью обеспечения непрерывности работы мобильных сетей и сервисов для пользовательских устройств, обслуживаемых этими сетями, а также автоматизировать добавление, настройку и оптимизацию новых сетей, подключаемых к уже существующим базовым станциям через беспроводные соединения.

5. Совместное использование спектра позволяет наиболее оптимальным образом использовать ограниченные и ценные частотные ресурсы, особенно в низкочастотных диапазонах, которые имеют критически важное значение для обеспечения бесперебойного покрытия подвижной связи, и которые в настоящее время находятся в дефиците.

6. Комплексное использование искусственного интеллекта с нативной поддержкой систем на базе искусственного интеллекта для создания более эффективных, более надежных и более дешевых решений.

7. Раздельные вычисления (Split Computing) позволяют эффективным образом увеличить производительность мобильных устройств и время их работы от аккумулятора за счет переноса ресурсоемких вычислений на находящиеся в сети вычислительные ресурсы, обеспечивая таким образом возможность реализации трех новых сервисов поверх сетей 6G: настоящую иммерсивную расширенную реальность, мобильные голограммы и цифровые копии.

8. Высокоточная сеть (High-Precision Network) позволяет гарантировать высокое качество работы сети для реализации интерактивных сервисов, предъявляющих высокие требования к скорости передачи данных и к сетевым задержкам.