带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.1 6G 总体设计思路(四)-阿里云开发者社区

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带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.1 6G 总体设计思路(四)

简介: 带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.1 6G 总体设计思路
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3.1.4?????“灵”带来的挑战

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6G??引入“灵”作为具有智能性的通信对象,通过“灵”与人—机—物的协同,构建物理世界与虚拟世界的融合空间,自主代理用户完成情景感知、目标定向、智能决策、行动控制等,不可见地提供服务,使用户更专注于任务本身。“灵”的运行不再囿于传统控制闭环,而具备智能“意识(Consciousness)”,将对感觉、直觉、情感、意念、理性、感性、探索、学习、合作等主观情绪与活动进行表征、扩展、混合和编译。考虑到?6G时代人类将更多精力投入探索、认知以及创造性的任务上,“灵”将不仅发挥智能代理作用,还将以用户的“最佳体验”为指引,为用户的认知发展,形成互助互学的意象表达与交互环境,促进人工智能与人类智慧的和谐共生。因此,我们认为?6G时代的信息交互、处理和实施将引入新的维度,从而将目前5G时代的“通信、计算、控制”的一体化上升至“通信、计算、控制和意识”的一体化[1]

意识的引入,包括感觉、生理、心理等新型信息元素,将与传统信息元素在?6G网络中交汇融合,达到完美有序的系统运行目标。相应地,6G网络架构将随着技术演进与社会发展,逐步超越信息通信、群体智能以及人类社会性的未知维度,对未来网络的发展保留可扩展空间,而同时需要交互和处理的信息规模也将呈现几何级数的增长。在人—机—物—灵理念构想的驱动下,移动通信的服务对象、承载资源和网络规模将快速扩展,并引发?6G网络承载信息的?3方面挑战:挑战?1,信息密度非均匀增长导致的传播非线性;挑战?2,信息维度增加导致的信息空间高维性;挑战?3,承载服务差异化导致的信息处理复杂性。这三大挑战将导致6G网络从信源到信宿出现信息传输瓶颈,如图?3-3所示。

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图?3-36G网络的瓶颈效应

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(1)挑战?1:信息传播的非线性

未来人—机—物—灵存在于全社会的各行各业,带来6G网络的业务量和连接数的急剧增长。根据GSMA的预测,2017—2025年,新增的物联网连接数目约为100亿个,是同时期新增5G连接数目的?7.4倍。全球物联网连接数与移动业务量预测曲线如图?3-4所示。从图?3-4可以看出,全球移动业务的增长速度快于物联网连接数目的增长速度,并且随着时间的推移,平均每条连接所承载的业务也呈现指数增长趋势;另外,全球不同区域的移动业务分布也呈现出非均匀的高速增长变化趋势。信息密度非均匀增长导致信息传播呈现出大范围、高动态的特征。加之单播、多播、广播等数据业务传播方式产生的差异,以及未来全息、全感官等信息的引入,信息传播极易在未来6G网络中产生非线性效应,引起信息传播爆炸式增长和信息传播时序错位,增加了网络控制和资源优化利用的难度。

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图?3-4全球物联网连接数与移动业务量预测曲线

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(1)挑战?2:信息空间的高维性

信息空间可以从信息承载和信息呈现两个角度表述。信息空间及维度的变化趋势如图?3-5所示,从图?3-5可以看出,在移动通信演进过程中,信息空间以及表征信息空间的维度不断增长。1G至?5G的信息承载维度所表征的信息空间大于对应时期的信息呈现维度,因此很好地满足了当时的业务需求。6G“灵”的加入,使得信息呈现维度数目与信息承载维度数目相等,并极大扩展了信息空间。与5G“人—机—物”三维组成的信息空间不同,按照“人—机—物—灵”的理念构想,“灵”通过意识与人—机—物进行通信,具备感知、体验、精神、情绪、探索、定向、情感、经验、知识等的信息表征能力,导致信息空间快速扩张。为了使信息承载空间不小于信息呈现空间,亟需拓展计算、存储等新的维度。新的信息承载维度的加入导致了6G网络信息空间的高维特性,引发信息空间暴涨,甚至维度灾难,加剧了表征信息承载空间的难度。

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图?3-5信息空间及维度的变化趋势

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(2)挑战?3:信息处理的复杂性

规模扩大、差异化增高、解耦关系难这?3方面直接导致了?6G网络信息处理的复杂性。

第一方面是?6G网络的信息处理规模持续扩大。我国的移动基站数目在5G商业化前已经达到?732万个[4]。随着移动通信使用的频段从毫米波频段扩展至?6G的太赫兹频段,电磁波损耗随频率升高而增加的属性,将导致基站数目进一步增加。此外,预计在从?2020年起的?5年内,物联网设备产生的连接数量将以每年?20%的速率增加,达到251亿个的规模[5]。此外,由于?6G网络的“灵”与网络中实体节点的对应关系,物理设备节点的规模将远远超出?5G?时代。


第二方面是?6G网络要支持精细粒度的差异化服务。据?ITU预测,2025年全球移动业务量将达到?6.07×105EB/月。得益于?6G网络在速率、频谱效率、能效、连接能力、时延等方面能力的全面提升,6G网络将能够支持数据速率敏感业务、时延敏感业务、连接能力敏感业务和定制化信息交互业务等,而且这些需求差异化的业务在?6G网络中不再是独立出现的,而是相互交织出现或同时出现,极大地增加了信息处理复杂度。


第三方面是?6G网络内部耦合关系复杂。6G中“灵”的加入使信息的多种承载维度耦合关系更加紧密。与意识有关的各种交织、学习、聚集与分离在信息空间中传播与扩展,导致信息耦合在更高维的空间,增加了信息解耦的难度。高效的信息处理协议成为保障“人—机—物—灵”通信对象和谐共存和高维信息空间解耦的关键,计算能力成为解析信息处理协议的核心能力。然而,集成电路中晶体管的尺寸已逼近物理极限,人们无法快速简单地通过集成电路的规模倍增效应满足6G对计算能力的需求。如何应对信息处理的复杂性是6G?网络面临的难题之一。


上述三大挑战表明,6G?网络是一个不断利用可用的维度拓展信息空间的复杂系统。信息传播的非线性导致传统的网络优化理论失效,难以对未来6G网络进行准确分析与预测;信息空间的高维性急剧增加了6G网络表征的困难;相应地,6G网络的信息处理在方法、机理与效果方面,也呈现了高度的动态性与复杂性。为了应对三大挑战,需要在“人—机—物—灵”融合设计理念下,从支持未来人类社会的需求和愿景的顶层设计出发,借鉴复杂系统的相关理论,设计与优化未来的6G网络。


因此?6G的总体设计思路应是为了实现“人—机—物—灵”协作的业务场景,满足人类用户精神与物质的全方位需求。下面,将首先展望?6G业务愿景,通过对?6G业务愿景的展望,提出对?6G网络的愿景和需求,最后分析并提出?6G的能力指标。

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