6G: что может дать новая технология

Время на прочтение: 3 мин

С 1978 года, когда в Чикаго была запущена первая опытная система сотовой связи на 2 тысячи абонентов, сменилось уже четыре поколения технологий.

Если сети первого поколения 1G давно исчезли, то сети 2G, 3G и 4G до сих пор продолжают эксплуатироваться. Более того, некоторое количество унаследованной инфраструктуры сетей 3G и 4G было органично интегрировано в состав мобильных сетей пятого поколения 5G. И хотя технология 5G еще не стала массовой и знакомой обычному потребителю, инженеры и ученые уже сейчас смотрят в будущее — активно ведется разработка шестого поколения мобильной связи, внедрение которого предполагается в 2028-2030 годах.

Для обеспечения максимального пользовательского и клиентского опыта сети 6G должны реализовать значительные улучшения с точки зрения ключевых показателей/возможностей. Основываясь на тенденциях эволюций поколений мобильной связи, ожидается, что в сетях связи 6G произойдет улучшение характеристик в 10−100 раз по сравнению с сетями 5G.

Рис. Ключевые показатели эффективности радиоподсистем 6G (ФГУП НИИР/Журнал Электросвязь)

Опишем основные перспективы, которые освещают пользователям визионеры технологии 6G в исследовании «Беспроводные системы 6G: Видение, требования, проблемы, идеи и возможности».

Голографическая связь

Авторы публикации описывают «голографическое общество высокой точности», в котором голографическое присутствие позволит удаленным пользователям присутствовать в визуализированном пространстве. Это могут быть технические специалисты, выполняющие удаленную диагностику и ремонт оборудования, дистанционно оперирующие хирурги, преподаватели, проводящие удаленное обучение с применением более совершенных методов.

Особенностью голографического изображения является то, что для его передачи требуются значительно большая пропускная способность каналов связи. Помимо стандартных свойств видео высокого качества, таких как цвет, глубина, разрешение и частота кадров, голографические изображения нуждаются в передаче данных одновременно с большого количества точек зрения, чтобы учитывать различия в наклонах, углах и положениях наблюдателя относительно голограммы. Кроме того, потребуется дополнительная синхронизация для координации передач с нескольких точек зрения, обеспечивающая беспрепятственную доставку контента и взаимодействие с пользователем.

Подсчитано, что если разделить изображение на фрагменты размером 10х10 см, то для передачи голографического образа человека средней комплекции в близком к реальному режиме времени требуется пропускная скорость передачи порядка 4,32 Тбит/с. Существующие технологии 4G и 5G не смогут обеспечить эти показатели — но предполагается, что такая скорость в сетях 6G будет достижима.

Тактильный интернет

Логичным развитием идеи передачи голографического изображения станет тактильный интернет. «Мы считаем, что различные сенсорные ощущения могут быть объединены с голограммами, – пишут авторы. – Сейчас мы можем общаться только с помощью аудио и видео, но мы не можем касаться объектов и перемещать их. Но это станет возможным благодаря объединению периферийных вычислений, робототехники, искусственного интеллекта, дополненной реальности и коммуникаций 6G. Интернет следующего поколения сделает коллективными навыки точно так же, как интернет сделал коллективной информацию».

Мозг человека имеет различное время реакции на информацию от различных органов чувств, которое колеблется в пределах от 1 до 100 мс. В то время, как для понимания визуальной информации человеку требуется порядка 10 мс, для «декодирования» звуковых сигналов — до 100 мс, то для получения и обработки тактильного сигнала мозгу требуется всего 1 мс. Таким образом, тактильный интернет требует задержки не более 1 мс (и этот показатель должен выдерживаться не между узлами сети, а непосредственно между источником и приемником тактильного сигнала). Задержка менее 1 мс может потребоваться для мгновенной тактильной обратной связи; в противном случае конфликты между зрительными и другими сенсорными системами могут вызвать у пользователей тактильного интернета неприятные ощущения.

Вообще, технологии 6G позволят оперировать в реальном времени такими объёмами данных и с такой скоростью, что это будет сопоставимо с работой человеческого мозга. Поэтому шестое поколение связи может дать новые возможности для создания прямой связи между мозгом и компьютером – интерфейсом «человек-машина». Один из примеров такой разработки — электронный чип, который вживляют в мозг людей с нарушениями в работе центральной нервной системы. Такие технологии потребуют на три порядка более высоких скоростей передачи данных по сравнению с сетями 5G.

Мобильные граничные вычисления

Мобильные граничные вычисления (MEC) уже сейчас разворачиваются как часть сетей 5G, но эта технология продолжит свое развитие и в сетях 6G.

Когда пользователь запрашивает какую-либо услугу, критичную к низкой задержке сигнала, вычислительная сеть может направить ее на ближайший кластер граничных вычислений. Примеры таких услуг (задач) — рендеринг дополненной (AR) / виртуальной (VR) реальности, автономное вождение и связь голографического типа. Для приложений с интенсивными расчетами и из-за необходимости балансировки нагрузки может быть задействовано множество периферийных вычислительных кластеров, но их вычислительные ресурсы должны использоваться скоординированным образом. Ключевыми сетевыми требованиями для решения таких задач являются компьютерная осведомленность о составляющих периферийных объектах, совместное планирование вычислительной сети и ресурсов (централизованное или распределенное), гибкая адресация (каждый сетевой узел может стать поставщиком ресурсов) и быстрая маршрутизация и перемаршрутизация (трафик должен иметь возможность маршрутизации или перемаршрутизации в зависимости от условий загрузки).

Межчиповое взаимодействие

Хотя внутричиповые, межчиповые и межплатные коммуникации в настоящее время осуществляются через проводные соединения, эти соединения становятся узким местом, когда скорости передачи данных превышают 100–1000 Гбит/с. По этой причине выдвигаются предложения использовать либо оптические, либо терагерцовые беспроводные соединения для замены проводных. Развитие таких «наносетей» представляет собой еще одно перспективное направление для технологии 6G. Важными критериями для таких сетей, помимо скорости передачи данных, являются энергоэффективность (которая должна учитывать требования к возможной обработке на стороне приемника сигнала), надежность и задержка. Конкретные показатели эффективности для наносетей зависят от реализации технологий на кристалле и будут уточняться по мере их разработки и внедрения в течение следующего десятилетия.

Как отмечают авторы статьи, публикация не является исчерпывающим и полным описанием возможностей и ограничений 6G, а скорее документированием исследований, проведенных на сегодняшний день, и интересных направлений для технологий 6G, которыми могут следовать будущие разработчики.