隱私保護將是關鍵推動因素： 6G的關鍵特征與挑戰

芬蘭奧盧大學及70位通信專家

5G應用才剛剛啟動，6G概念就撲面而來。6G是什么？傳輸速度有多快？有哪些關鍵特征和挑戰？2019年9月，芬蘭奧盧大學與70位世界頂尖通信專家共同發布了全球首份6G白皮書《無處不在的無線智能——6G的關鍵驅動與研究挑戰》，對6G進行了系統闡述。從中可以看出，6G不僅在速度上更快，而且服務領域更廣泛，將引發更全面的社會角色參與其中。在未來的6G時代，邊緣計算將盛行，信任模型必須嵌入其中，隱私保護將成為關鍵的應用驅動要素。

介紹

從歷史上看，移動通信大約每十年就會出現一次更新換代，通過引入新興技術實現頻譜效率和容量的提升，為新業務、新業態培育提供基礎。5G新無線電（NR）的第一個版本已于2018年準備就緒，在諸多領域已展現出提高生產力的潛能，且有望成為引領許多領域長期發展、融合發展和自主應用的關鍵技術。與5G相比，6G會采用新技術、新模式，能滿足并超越5G所需的通信要求，加速經濟和社會的數字化。從之前移動通信技術更新換代的時間、路徑來看，現在是研究6G通信需求、性能要求、系統和傳輸面臨的挑戰以及技術路線選擇等核心問題的最佳時機。

第一屆6G無線峰會于2019年3月在芬蘭列維舉行，來自29個國家的近300名與會者參加了會議，包括了主要基礎設施制造商、運營商、監管機構和學術界的核心人員。該活動的6G愿景宣言抓住了6G的本質，即“無處不在的無線智能”?！盁o處不在”指服務與用戶隨時隨地進行無縫對接;“無線”意味著無線連接是關鍵基礎設施的一部分;“智能”意味著為人類和非人類用戶提供情景感知的智能服務和應用程序。峰會結束后，組織者舉辦了研討會并起草了第一份6G白皮書《無處不在的無線智能—6G的關鍵驅動與研究挑戰》（以下簡稱“白皮書”），白皮書確定了與6G相關的主要驅動因素、研究要求、挑戰和基本研究問題，并指出了6G的主要驅動力：可持續發展、社會、生產力和技術。此白皮書每年都會在年度6G無線峰會結束后進行更新。

2016年，聯合國發布了2030年議程的17個可持續發展目標（SDG），有望推動政策并影響許多經濟體的政府支出，從而創造出新的全球需求。到2030年，全球人口將增長到85億，預計世界上將有43個人口超過1000萬的特大城市，其中大多數位于發展中地區。城市化要求在整個社會范圍內提供超高效、自動化、無時無刻、無處不在的信息與通信技術服務，從而提高生產率、減少碳排放、節省公共支出。同時，未來城市地區開發的服務需要轉變為滿足偏遠地區、貧困地區的需要，以便實現聯合國的可持續發展目標。在6G時代，隨著社會與信息通信技術的融合愈發緊密，將出現更多的數據安全問題，如何應對這一難題、做好風險防范將成為6G技術不容忽視的重點。

白皮書確定了關鍵的研究領域，以便使6G愿景成為現實，白皮書的后繼版本將會補充第一次峰會上未討論的缺失領域。

6G的社會和商業驅動力

5G能夠為更多種類的設備和用戶提供更快的數據傳輸速率，滿足消費者預期的容量增長需求以及行業的生產力需求，隨著5G的發展，物聯網（IoT）等領域的重要性正在不斷凸顯。與5G相比，6G的定義不能僅僅考慮其商業價值，更需要全面的定義來滿足社會對未來通信的要求，包括從通信技術角度確定未來社會面臨的趨勢、需求、挑戰以及塑造未來世界形態的力量。在5G時代，移動網絡運營商依然是網絡部署的主導者，而6G時代可能會出現由更多市場參與者推動的超高效短距離連接解決方案，在傳統移動網絡運營之外產生新的生態系統，這也將使6G網絡更具包容性。

來自社會的驅動力將塑造6G

從1G到5G，社會和商業驅動因素對移動通信網絡的影響愈發深刻，對于6G而言，政治、經濟、社會、技術、法律和環境等都是重要的驅動因素。一方面，為了確保智能城市服務和城市化的紅利得到充分共享且具有包容性，政策要著重關注城市貧困人口和其他弱勢群體對生活保障的需求。另一方面，無時無刻、無處不在的系統化、自動化的小工具和傳感器將對網絡的可靠性和魯棒性提出更高要求。預計6G“無處不在”的特性將大大擴張信息與通信技術涵蓋的范圍，釋放更多社會經濟價值和機會。與此同時，高效節能也是6G的關鍵性需求，在整個網絡產品使用周期中對材料進行選擇、使用、重復使用和回收利用，可以降低網絡建設、使用的成本，有助于將網絡連接擴展到更多偏遠地區，以持續、高效、綠色的方式提供無線網絡。此外，6G對人體健康的影響也是關注的重點，新型6G技術的引入需要啟動科學審查，發現并確認需要開展的研究，以便填補健康風險評估上的理論空白。

數據所有權和合同政策問題需要特別關注

數據訪問和使用規則逐漸成為未來創造價值的重要要素，為此，對數據的限制也變成了一種管理手段。創建一個可以改變數據收集、優先級和共享方式的系統可以為更大程度地發揮數據價值提供保障，但也可能導致在數據存儲和使用等方面產生嚴重的隱私及倫理問題。在通信生態系統中，不同參與者對數據的使用權利和義務已有界定，但在6G時代，一個重大挑戰是如何將這些權利和義務映射到高度智能的系統或設備中，以便使用數據創建更多未來服務。

6G將推動城市和室內空間的網絡共享，“本地運營商”模式將得到推廣

在6G時代，定位服務于超高效短距離傳輸的網絡新頻段將會開放，各個參與者將在新頻段上以垂直行業為目標進行網絡部署，以吸引新的參與者、投資者等共同打開市場。以往重疊的超密集網絡將不再可行，不同的參與者在一個設施內只部署單個網絡來滿足多個用戶組和服務的需求，參與者將借助軟件化、網絡功能的虛擬化以及接口的開放來共享網絡連接層和數據層。在此背景下，頻譜接入權、網絡、網絡資源、設施和客戶的所有權變更將導致多種技術要求和技術架構組合，大大增加網絡接入的復雜性。同時，頻譜使用的全球協調也需要各方共同努力去推進解決。

長遠來看，6G將比任何事物更深入地滲透到社會和人們的生活中，為避免過高的運營成本，6G相關軟件都將運行在具有高度自動化水平的云端上，這也將促使責任部門改進監管系統。

6G中的利益方將發生變化，并且將出現新的

6G作為共享經濟體將改變現有角色，并引入新的利益相關方角色，從而形成更加復雜的生態系統。6G系統的利益方代表了來自人和機器用戶的不同需求，也包括不同垂直領域的公共部門或企業。滿足需求范圍所需的資源和資產將由提供物理基礎設施（生產設施、場地）、裝備（設備、網絡架構）和數據（內容、場景）的不同參與者在政策制定者制定的監管框架下（外八邊形最外層）提供。需求和資源將通過匹配/共享利益方而整合在一起。這些利益方既包括不同類型的運營商（本地或垂直特定運營商、固定運營商、移動網絡運營商、衛星運營商），也包括資源代理以及各種服務/應用程序提供商，例如信任/安全提供商。

總體而言，與當前的移動業務生態系統相比，6G中的參與角色將發生變化，同時還會出現全新的角色。尤其是前文提到的驅動因素，它們將從根本上改變生態系統，并為6G中的各種利益相關者帶來新的機遇。

6G應用場景和新設備

智能手機已成為我們生活中不可或缺的一部分，但隨著新的顯示技術、傳感和成像設備以及低功耗專用處理器的飛速發展，硬件設備將進入一個新時代。該時代，設備將與感官和運動控制無縫結合在一起。虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和混合現實（MR）這些技術正在融合到交叉現實（XR）中，該技術包含可穿戴的顯示裝置以及產生并保持感知錯覺的交互機制，提供了更多的可能。

智能手機很有可能被XR眼鏡所替代

未來，輕巧的XR眼鏡能以提前所未有的分辨率、刷新率和動態范圍將圖像投射到眼睛上，并通過耳機和觸覺界面把反饋提供給其他感官系統。要實現這一體驗，必要的配套技術包括：（1）成像設備，例如光場、全景、深度感應和高速的相機;（2）用于監視使用者健康狀況的生物傳感器;（3）用于計算機圖形、計算機視覺、傳感器融合、機器學習和人工智能的專用處理器;（4）無線技術，包括定位和傳感。

新的技術將使遠程呈現成為可能

隨著高分辨率成像和傳感設備、可穿戴顯示裝置、移動機器人和無人機、專用處理器以及下一代無線網絡等輔助技術的發展，遠程呈現最終將成為現實。人物模型可以通過實時捕獲、傳輸和渲染會議中每個參與者的三維全息再現，或者通過圖形組合表示（如化身）和傳感器捕獲的移動數據來實現。XR設備等可以創造感知上的錯覺，使地理上分散的一群人相信他們出現在同一個位置。借助這些技術，人們甚至可以影響遠程世界的變化，典型的應用包括遠程教育、協同設計、遠程醫療、遠程辦公、先進的三維模擬等技術，包括定位和傳感。

自動駕駛汽車將成為可能

即使有了遠程呈現，人員和貨物的流動隨著人口增長和全球化推進仍然是一個嚴峻挑戰。暢想在2030年及以后的世界，將會有數百萬輛聯網的自動駕駛汽車，通過高度協同的系統使運輸和物流更加高效。這些汽車包括在家庭、工作場所或學校之間移動的自動駕駛汽車，也包括送貨的自動卡車或無人機，這對于提高生產效率、減少化石燃料消耗均具有重要意義。

在6G網絡中，每輛車都將配備許多傳感器，包括相機、激光掃描儀、可能用于三維成像的太赫茲寬帶陣列成像設備、里程表和慣性測量單元。在算法上，自動駕駛必須快速融合多來源數據來決定如何控制車輛，并具有專用的交互界面以提醒乘客或監督員注意潛在風險。在網絡上，無線網絡除了具有低延遲和高帶寬外，還必須有超高可靠性。

6G關鍵技術指標和頻譜

從已有的技術指標上看，5G的關鍵指標也適用于6G，但必須對這些指標進行嚴格審查并增添新的內容。當前5G的指標已經確定，6G的目標與先前的移動蜂窩網絡升級一致，將已有指標提高10-100倍。

除了已有指標，新的6G指標大致可以分為兩類，一類是技術和生產力驅動的指標（包括延遲、抖動、鏈路預算、擴展范圍/覆蓋范圍、三維地圖保真度、位置精度和更新的速度、成本和能源等），另一類是可持續發展和社會驅動的指標（包括在定義需求和標準化中包含垂直參與者、透明度（例如與AI相關的指標）、隱私/安全/信任、面向應用程序接口的全球用例、聯合國可持續發展目標激勵、開源以及道德指標等），部分指標類別目前很難定義，在未來的白皮書版本中將會改進。

6G研究應突破最高傳輸速率1Tb/s的瓶頸

6G有望成為第一個要求超快速鏈接的無線標準，其每個鏈接的峰值吞吐量將超過Tb/s（Tbps）。6G使用場景（例如無線工廠自動化）的操作非?？量蹋缇哂谐呖煽啃院统脱舆t的通信、高分辨率的定位（厘米級別）和高精度設備間的同步需控制在1微秒內。6G的可靠性和延遲要求非常多樣化，且視具體情況而異。最極端的一個案例是工業控制，它要求在10億個傳輸比特中只允許有一個錯誤比特，且延遲為0.1毫秒?？梢灶A見，6G時代數據流量和連接物的數量將大大增加，設備密度可能會增長到每立方米數百個，這對面積或空間頻譜效率，以及連接所需的頻段都提出了嚴格的要求。安全性、隱私性和可靠性也是重要的新指標，6G必須要有極高的安全等級，以滿足工業和高端用戶的極高要求。

太赫茲中頻譜的利用需要根據吸收和反射特性來制定

當前，許多物聯網場景都受到范圍、成本和電池的限制，無法輕易擴展到更高的頻率，且目前毫米波也無法滿足部分新帶寬場景。在太赫茲體系中，頻譜的利用需要根據子帶的吸收和反射特性來安排，以優化通信和其他應用使用和重用。具體而言，在支持多個應用場景中，必須通過嚴謹的頻率規劃防止諧波疊加。

6G網絡

6G需要嵌入信任

到2030年，數字世界和現實世界將深度交織，人們的生活將依賴于網絡的可靠運行，如果網絡出現故障，重要的工業價值將會喪失。在網絡物理世界中，有形資產可能會因數字攻擊而被竊取、滅失或受到損害，惡意網絡活動可能導致財產和生命的損失。

為了解決這個問題，信任模型應當嵌入到網絡當中，以提高用戶對網絡通信的信任度。對于安全、信任和服務來說，網絡應提供嵌入的分布式拒絕服務（DDoS）來實現緩解和保護功能，以使其免受其他人的攻擊。

6G采用身份與位置分離的方案，主要依靠設備的私有地址

從保障安全上看，將信任關系嵌入網絡需要為設備和節點配備一個更穩定的ID，而不僅僅是可轉換或動態的地址。每個設備至少應具有一個唯一的名稱或多個可由網絡隨時轉換為地址的名稱，并且可以將這些名稱轉換為地址以及根據需要轉換回ID，在設備連接后，設備應能夠控制其自身的可達性。這種尋址原則的結果是端到端通信“層”與用戶的數據包轉發是分開的，如同軟件定義的OpenFlow網絡一樣，該網絡可以使用多種轉發協議，例如IPv4、IPv6、以太網和多種隧道協議等。

6G的隱私保護將是一個關鍵推動因素

未來，物聯網、工業物聯網等將產生大量前所未有的私人信息。互聯網公司已經證明了私人信息具備使用價值，從現實世界中收集私人信息可能非常敏感，諸多場景私人信息的使用或多或少涉及侵犯私人利益。對于6G而言，要為社會所接受，對私人信息的保護是一個關鍵推動因素。

6G需要進行網絡模式升級

在6G中，5G范式將得到細化和擴展。一種可能性是虛擬化（關鍵）設備之間通過移動網絡到分組數據網絡并直達云端，實現端到端連接。在6G范式下，網絡可以通過多種技術手段（智能流量管理、邊緣計算、用戶主動或流量編排設置等）來最大化用戶體驗，如通過將用戶或運營商設置為一組訂閱用戶，每個訂閱用戶在該組中統一進行網絡分配。在某種意義上說，網絡是中立的，它平等地對待一個切片中的所有應用程序，并且平等對待具有相同訂閱類型的所有用戶。

6G研究還需要包括私有網絡和公共網絡之間的責任劃分，短程連接解決方案與大覆蓋蜂窩系統的無縫集成將會變得更加普遍，并需在開發和標準化方面提供更多的支持。

人工智能和區塊鏈可能在6G網絡中扮演重要角色

在6G時代，機器學習和人工智能越來越重要，依賴于挖掘大數據來訓練學習，不斷增強應對更高傳輸速率的計算能力，同時通過不斷學習獲得更多的靈活性。

區塊鏈是另一個備受期待的新技術，該技術在沒有中樞機構的情況下，以分布式方式存儲和共享不常更改的信息，但變更的完整記錄也會被保存。這可能會導致數據市場組織方式的變更，也可能有助于運營商在相互設置網絡架構時保持相互信任。