［呂振華 朱曉潔 馬金蘭］

1 引言

回顧移動通信的發(fā)展歷史，從最初的概念研究到網(wǎng)絡(luò)真正全面應(yīng)用大約需要十年的時間，也就是說，當(dāng)一代移動網(wǎng)絡(luò)進入商用階段，下一代網(wǎng)絡(luò)就逐步開始進入概念研究。隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的初步完善和商用部署的逐步推進，移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展全面跨入了一個新的時代，5G網(wǎng)絡(luò)的成熟標(biāo)志著移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展逐步適應(yīng)數(shù)字化社會，并在網(wǎng)絡(luò)延遲、數(shù)據(jù)速率、移動性和連接數(shù)量方面都有長足的進步，但是，隨著人類社會化、智能化的需求不斷提升和增強，5G網(wǎng)絡(luò)的瓶頸也開始顯現(xiàn)，6G網(wǎng)絡(luò)的研究也逐步提上了議事日程，相對5G網(wǎng)絡(luò)來說，6G網(wǎng)絡(luò)將比我們迄今所看到的任何東西更深入地滲透到社會和人們的生活中，它不僅僅通過技術(shù)手段提供了強大的通信連接能力和傳送效率，而且還通過附加的數(shù)據(jù)收集、處理和無所不在的智能全面增強了用戶的體驗，未來十年6G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)目標(biāo)是：

（1）超高數(shù)據(jù)速率（高達(dá)1 Tbit/s）和超低延遲

（2）空天地海一體化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋

（3）整個系統(tǒng)的可靠智能連接

2019年3月，第一屆6G無線峰會于在芬蘭舉辦，多個國家的研究機構(gòu)、運營商、設(shè)備制造商參與的會議，目前，中國、歐盟、美、韓、日等多個國家都著手對6G進行戰(zhàn)略布局，各國均表示將在2028年前后實現(xiàn)6G商用。

2 萬網(wǎng)互聯(lián)的研究進展

2018年7月，ITU-T第13研究組在日內(nèi)瓦舉行的會議上成立了網(wǎng)絡(luò)2030技術(shù)焦點組(FG NET-2030)，旨在探索面向2030年及以后的新興ICT業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求以及IMT-2020(5G)系統(tǒng)的演進，包括新的媒體數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用及其使能技術(shù)、新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其演進。目前焦點組對網(wǎng)絡(luò)2030提出了三方面的目標(biāo)：超大容量（VLC）與極小距離通信（TIC）、超越“盡力而為”（BBE）的高精度通信（HPC）以及融合多類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（ManyNets）也就是文中提出的支撐萬網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。而目前，焦點組已經(jīng)發(fā)布了“網(wǎng)絡(luò)2030設(shè)計藍(lán)圖”2和“網(wǎng)絡(luò)2030愿景與驅(qū)動力”3兩份技術(shù)報告，提出了網(wǎng)絡(luò)2030的驅(qū)動力、典型業(yè)務(wù)場景、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)能力要求及技術(shù)發(fā)展趨勢。

ITU在最新的研究報告中明確指出：“萬網(wǎng)互聯(lián)（ManyNets）是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的無縫共存，總體而言，網(wǎng)絡(luò)不僅處于邊緣，而且在技術(shù)、所有權(quán)和最終用戶參與方面變得越來越豐富。網(wǎng)絡(luò)很可能不會只有一個，而是有許多公共互聯(lián)網(wǎng)連接而成?！?/p>

同時在ITU-R M.2083建議書“IMT愿景——2020年及以后IMT未來發(fā)展的框架和總體目標(biāo)”中也提出了“下一代移動通信網(wǎng)應(yīng)滿足用戶能隨時隨地訪問服務(wù)”的需求，并針對上述需求，在衛(wèi)星接入技術(shù)領(lǐng)域開展了一系列標(biāo)準(zhǔn)的研究，內(nèi)容包括：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用場景、未來衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)等多方面，為未來的空天地海一體化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋奠定了基礎(chǔ)。

3 萬網(wǎng)互聯(lián)的主要應(yīng)用場景

如上所述，6G網(wǎng)絡(luò)有望實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的社會無縫無線連接，萬網(wǎng)互聯(lián)也因此成為6G需求的一個重要組成部分，智能手機推動了移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，推進4G網(wǎng)絡(luò)的成功，5G則在個人應(yīng)用層面和工業(yè)應(yīng)用層面提出了人聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的概念，6G網(wǎng)絡(luò)則能夠通過有效的方式將二者有機結(jié)合具體體現(xiàn)在下面幾個方面。

3.1 面向天地海一體化的智能網(wǎng)絡(luò)互連

未來的6G網(wǎng)絡(luò)將提供更加豐富的網(wǎng)絡(luò)接入方式以完成更加廣泛的業(yè)務(wù)連接，6G網(wǎng)絡(luò)將包含多樣化的接入網(wǎng)，如移動蜂窩、衛(wèi)星通信、無人機通信、水聲通信、可見光通信等多種接入方式。 從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍看，6G將構(gòu)建跨地域、跨空域、跨海域的空—天—?！匾惑w化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)真正意義上的全球無縫覆蓋并提供無縫的接入服務(wù)。同時，通過智能化的引入，將網(wǎng)絡(luò)和用戶統(tǒng)一成一個整體，AI在賦能6G網(wǎng)絡(luò)的同時，與用戶的智能需求相結(jié)合，大幅度地提升用戶體驗。

3.2 面向智能汽車、智能制造的工業(yè)及產(chǎn)業(yè)互連

在道路和工業(yè)中，無處不在的網(wǎng)絡(luò)智能車輛和機器人不僅需要超寬帶移動網(wǎng)絡(luò)具有卓越可靠性和超低延遲的無線特性，還需要網(wǎng)絡(luò)提供人工智能（AI）、機器學(xué)習(xí)（ML）等能力。

（1）今天的自動駕駛概念車到2030年代實現(xiàn)大眾化。除了汽車本身消耗大量數(shù)據(jù)，如：車輛傳感器數(shù)據(jù)將實時上傳到網(wǎng)絡(luò)，高分辨率地圖將被下載，汽車將直接鏈接到另一個；還能夠提供全天候、超寬帶的實時服務(wù)，如：8K/4K視頻、AR/VR云游戲和3D全息視頻等。

（2）網(wǎng)聯(lián)機器人和自制系統(tǒng)將得到普遍的應(yīng)用，移動機器人群體和各種垂直領(lǐng)域的無人機將大量使用在工業(yè)、社會的各個領(lǐng)域，如：生產(chǎn)、接待、救援、醫(yī)院、物流等領(lǐng)域

3.3 面向個人和家庭網(wǎng)絡(luò)的消費性互連

在未來的家庭網(wǎng)絡(luò)中，智能手機而且平板電腦仍會存在，但是通過功能的擴展以及和其他設(shè)備的結(jié)合，將會帶給我們更多的豐富便利的體驗。

（1）人體數(shù)字孿生：未來可穿戴設(shè)備，例如耳塞、手環(huán)和嵌入式設(shè)備在我們的衣服中會變得很普遍，我們甚至可能會依賴新的大腦傳感器驅(qū)動機器。我們將有多個可穿戴設(shè)備我們隨身攜帶，他們之間將無縫地彼此銜接。衛(wèi)生保健將發(fā)生重大變化，達(dá)到24/7監(jiān)測健康和健康的重要參數(shù)通過眾多可穿戴設(shè)備來生成。健康監(jiān)控還將包括可進行通訊的體內(nèi)設(shè)備及外部的可穿戴設(shè)備，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)。

（2）信息交互形式將進一步從AR/VR逐步演變成高保真擴展現(xiàn)實（XR）為主，甚至是全息通信的信息交互。目前我們使用的設(shè)備將完全具有上下文感知能力，并能夠預(yù)測我們的需求。這種上下文意識相結(jié)合新的人機界面將使我們的互動物理和數(shù)字世界更多直觀高效。觸摸屏打字可能會過時。打手勢或通過交談與我們周邊的任何設(shè)備互連將成為常態(tài)。

4 萬網(wǎng)互聯(lián)的終端類型變化

由于萬網(wǎng)互聯(lián)需求的不斷深入，終端技術(shù)將不斷發(fā)展，終端設(shè)備將逐步具有以下特征：

4.1 自組織

可以預(yù)見，終端設(shè)備的能力將逐步增強，可以等價到一個巨大的移動計算機工作站的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力，并可能最終演變成設(shè)備網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)。舉例來說，我們可以想象一個機器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或一個機器人區(qū)域涉及連接多個部分的網(wǎng)絡(luò)機器，例如控制器及其驅(qū)動器。

4.2 智能化

設(shè)備在6G時代的另一個標(biāo)志將是更加智能，在設(shè)備人工智能技術(shù)的驅(qū)動下，未來的移動手機不僅是為個人使用而設(shè)計的，但也適用于智能網(wǎng)絡(luò)。它有助于主動式6G網(wǎng)絡(luò)管理和自動化網(wǎng)絡(luò)配置，從而提高體驗（QoE）和服務(wù)質(zhì)量（QoS）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。我們將擁有更加直觀的界面，依靠終端設(shè)備的智能和自我學(xué)習(xí)完成相關(guān)的連接。如：通過打手勢而不是打字來訪問網(wǎng)絡(luò)。未來，智能手機很可能會被無處不在的通過輕量級眼鏡所替代，該眼鏡將圖像投射到前所未有的分辨率、幀速率和動態(tài)范圍，此外，還通過語音、視線甚至意念感知等方式提供便利的人機交互，并通過耳機和觸覺接口向其他人提供反饋。

4.3 低功耗

未來的6G終端設(shè)備的功率將非常低，可以依靠網(wǎng)絡(luò)給設(shè)備供電。對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備則可能從低功率變?yōu)榱隳芰课锫?lián)網(wǎng)設(shè)備。眾所周知的無源射頻識別（RFID）標(biāo)簽，帶有低成本有源rfid，通常支持傳感器電池壽命為3到5年，但是通常限于很短的射程。而未來的應(yīng)用則需要傳感器設(shè)備有更大的范圍和更長的操作時間，如：橋梁或隧道的施工檢查，最好有無線傳感器設(shè)備完全嵌入施工中沒有人為干預(yù)的100年。潛力解決方案空間可能包括低功耗的混合通信、極低怠速電流、能量收集（可能來自通信網(wǎng)絡(luò)），并且可以訪問能量儲存。

5 萬網(wǎng)互聯(lián)的接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

在6G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程中，由于終端形態(tài)和能力演變，如何使其以持續(xù)和更具資源效率的方式接入網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)的接入技術(shù)提出了新的要求。正如上面所述，未來的接入網(wǎng)絡(luò)采用先進的無線接入技術(shù)，能夠無縫并且高效的覆蓋我們可預(yù)見需求的各種區(qū)域，可以預(yù)見，未來的6G天地一體化網(wǎng)絡(luò)可以分為多個層面：由衛(wèi)星接入節(jié)點和衛(wèi)星中繼節(jié)點組成的宇宙光骨干網(wǎng)絡(luò)、由空中熱點和衛(wèi)星接入節(jié)點組成的空中接入網(wǎng)絡(luò)、由地面接入網(wǎng)關(guān)組成的通用陸地蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)和覆蓋海域的接入網(wǎng)絡(luò)；而涉及到的接入訪問鏈路則需要根據(jù)需求動態(tài)采用光鏈路，毫米波鏈路和光毫米波混合鏈接。如圖1所示。

圖1 天地海一體化網(wǎng)絡(luò)接入示意圖

未來6G接入會涉及支持海量數(shù)據(jù)速率傳送，太赫茲和超低頻部署也將增加節(jié)點訪問密度，因此，接入網(wǎng)絡(luò)還需要具備數(shù)據(jù)的實時處理和回傳能力，并具備靈活自主連接到其相鄰節(jié)點和核心網(wǎng)絡(luò)的能力。這也對接入網(wǎng)絡(luò)的自主性配置提出了更高的要求。

考慮到未來的面向智能汽車和智能制造的工業(yè)及產(chǎn)業(yè)互連以及面向個人和家庭網(wǎng)絡(luò)的消費性互連，則對接入網(wǎng)絡(luò)與周邊技術(shù)的深度結(jié)合提出了更高的要求，必要的支持技術(shù)包括：

（1）支持遠(yuǎn)端成像技術(shù)諸如全景、深度傳感和高速攝像機等設(shè)備；

（2）支持生物傳感器技術(shù)；

（3）支持專用處理器以完成計算機圖形學(xué)、計算機視覺、機器學(xué)習(xí)和人工智能的融合；

（4）支持定位和感應(yīng)技術(shù)，遙感和成像設(shè)備可以捕捉周圍的物理環(huán)境，使虛擬世界的保真度不斷提高。

6 萬網(wǎng)互聯(lián)對運營商網(wǎng)絡(luò)能力的要求

從上面的闡述可以看到，萬網(wǎng)互聯(lián)對接入網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，但接入網(wǎng)絡(luò)的自組織、智能化也對運營商的骨干網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。主要涉及到以下幾個方面：

6.1 自組織網(wǎng)絡(luò)建立的支持

為了適應(yīng)接入的多樣性和智能型，未來的6G網(wǎng)絡(luò)可能在邊緣有多種類型的自組織接入網(wǎng)絡(luò)，從靜態(tài)的，隔離設(shè)備，到相互關(guān)聯(lián)的本地交互設(shè)備，這種半自治6G子網(wǎng)絡(luò)，需要核心網(wǎng)提供更靈活多樣的連接方式，并確保網(wǎng)絡(luò)的超高數(shù)據(jù)速率、極低延遲、可靠性和彈性伸縮資源分配；同時，通過優(yōu)化的切片技術(shù)可以保證資源的靈活利用，每個切片可以加載不同的軟件棧，用于不同的功能的處理，如：一個人可以在視頻服務(wù)切片加載特定的視頻優(yōu)化微服務(wù)但在其他切片中不需要，類似的，低吞吐量的物聯(lián)網(wǎng)切片可以允許在無連接訪問時合并到其他基于傳統(tǒng)訪問的切片中。另外，我們靈活定義切片的功能放置，如：網(wǎng)關(guān)、中繼設(shè)備、單元站點、邊緣和區(qū)域云等不同的硬件平臺，并通過編排來創(chuàng)建和管理高度專業(yè)化的切片。

6.2 編號和路由

現(xiàn)有的5G核心網(wǎng)是基于設(shè)備標(biāo)識和用戶標(biāo)識的編號方式，未來的6G網(wǎng)中，由于互連設(shè)備的多樣性和自組織接入網(wǎng)的存在，對網(wǎng)絡(luò)的編號和路由提出了更靈活的要求，可以預(yù)見，未來的6G網(wǎng)絡(luò)的編號可能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層級的不同劃分為多個層面，一個設(shè)備可能具有多種網(wǎng)絡(luò)編號以適配在不同網(wǎng)絡(luò)中的路由，如：設(shè)備可能具有全球唯一的身份編碼，同時具備個子網(wǎng)內(nèi)的屬性編碼及子網(wǎng)內(nèi)的身份編碼，這些編碼可以是復(fù)用的，（如：子網(wǎng)身份編碼為全球身份標(biāo)識的一部分）也可以是獨立的，其定義規(guī)則也不局限于現(xiàn)有的號碼或地址形式，而是可以靈活定義并進行相互的轉(zhuǎn)換。

6.3 安全和信任

未來6G網(wǎng)絡(luò)連接的多樣性，對網(wǎng)絡(luò)的安全性也提出新的要求。以工業(yè)制造為例，未來，干擾也可以采取簡單的延遲分組的形式只是偶爾產(chǎn)生干擾，但這將會嚴(yán)重影響依賴時間敏感的工業(yè)運營網(wǎng)絡(luò)。6G網(wǎng)絡(luò)需要考慮各種環(huán)境下的安全防護。

同時，子網(wǎng)的定義需要網(wǎng)絡(luò)更改授權(quán)策略。它不僅僅由網(wǎng)絡(luò)授權(quán)，還需要由子網(wǎng)絡(luò)授權(quán)。子網(wǎng)絡(luò)中的資產(chǎn)屬于子網(wǎng)絡(luò)，因此，授權(quán)和資產(chǎn)管理必須在信任邊界內(nèi)處理。網(wǎng)絡(luò)將連接子網(wǎng)絡(luò)，不同的子網(wǎng)絡(luò)可能屬于相互不信任的實體，這就要求在網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)絡(luò)之間加以隔離。子網(wǎng)絡(luò)作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，授權(quán)并負(fù)責(zé)子網(wǎng)資產(chǎn)管理。

在6G網(wǎng)絡(luò)中，用戶數(shù)據(jù)安全和隱私也將是一個有待解決的問題。當(dāng)物理世界以高精度在數(shù)字世界中完成鏡像，實現(xiàn)真實和虛擬對象的結(jié)合時，用戶將希望限制其他用戶可以體驗的和與之分享的內(nèi)容。簡而言之，用戶必須能夠以簡單的方式設(shè)置他們希望共享，用戶數(shù)據(jù)應(yīng)自動確保其安全和隱私性。而分布式網(wǎng)絡(luò)和區(qū)塊鏈技術(shù)研究和應(yīng)用也將為網(wǎng)路層面的安全和信任提供一種可能的解決方案。

7 結(jié)束語

文章對6G網(wǎng)絡(luò)萬網(wǎng)互聯(lián)的應(yīng)用場景、終端要求、接入網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及運營商的網(wǎng)絡(luò)能力要求進行了分析，應(yīng)該看到，萬網(wǎng)互聯(lián)研究尚處于起步探索階段，相關(guān)應(yīng)用場景需求還需要進一步研究和挖掘，而基于此的網(wǎng)絡(luò)能力、網(wǎng)絡(luò)組織、網(wǎng)絡(luò)安全、終端能力等各個方面的技術(shù)和方案還在不斷的發(fā)展和演進，未來的還有更多的需求和技術(shù)等待我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>