隐私保护将是关键推动因素： 6G的关键特征与挑战

芬兰奥卢大学及70位通信专家

5G应用才刚刚启动，6G概念就扑面而来。6G是什么？传输速度有多快？有哪些关键特征和挑战？2019年9月，芬兰奥卢大学与70位世界顶尖通信专家共同发布了全球首份6G白皮书《无处不在的无线智能——6G的关键驱动与研究挑战》，对6G进行了系统阐述。从中可以看出，6G不仅在速度上更快，而且服务领域更广泛，将引发更全面的社会角色参与其中。在未来的6G时代，边缘计算将盛行，信任模型必须嵌入其中，隐私保护将成为关键的应用驱动要素。

介绍

从历史上看，移动通信大約每十年就会出现一次更新换代，通过引入新兴技术实现频谱效率和容量的提升，为新业务、新业态培育提供基础。5G新无线电（NR）的第一个版本已于2018年准备就绪，在诸多领域已展现出提高生产力的潜能，且有望成为引领许多领域长期发展、融合发展和自主应用的关键技术。与5G相比，6G会采用新技术、新模式，能满足并超越5G所需的通信要求，加速经济和社会的数字化。从之前移动通信技术更新换代的时间、路径来看，现在是研究6G通信需求、性能要求、系统和传输面临的挑战以及技术路线选择等核心问题的最佳时机。

第一届6G无线峰会于2019年3月在芬兰列维举行，来自29个国家的近300名与会者参加了会议，包括了主要基础设施制造商、运营商、监管机构和学术界的核心人员。该活动的6G愿景宣言抓住了6G的本质，即“无处不在的无线智能”。“无处不在”指服务与用户随时随地进行无缝对接;“无线”意味着无线连接是关键基础设施的一部分;“智能”意味着为人类和非人类用户提供情景感知的智能服务和应用程序。峰会结束后，组织者举办了研讨会并起草了第一份6G白皮书《无处不在的无线智能—6G的关键驱动与研究挑战》（以下简称“白皮书”），白皮书确定了与6G相关的主要驱动因素、研究要求、挑战和基本研究问题，并指出了6G的主要驱动力：可持续发展、社会、生产力和技术。此白皮书每年都会在年度6G无线峰会结束后进行更新。

2016年，联合国发布了2030年议程的17个可持续发展目标（SDG），有望推动政策并影响许多经济体的政府支出，从而创造出新的全球需求。到2030年，全球人口将增长到85亿，预计世界上将有43个人口超过1000万的特大城市，其中大多数位于发展中地区。城市化要求在整个社会范围内提供超高效、自动化、无时无刻、无处不在的信息与通信技术服务，从而提高生产率、减少碳排放、节省公共支出。同时，未来城市地区开发的服务需要转变为满足偏远地区、贫困地区的需要，以便实现联合国的可持续发展目标。在6G时代，随着社会与信息通信技术的融合愈发紧密，将出现更多的数据安全问题，如何应对这一难题、做好风险防范将成为6G技术不容忽视的重点。

白皮书确定了关键的研究领域，以便使6G愿景成为现实，白皮书的后继版本将会补充第一次峰会上未讨论的缺失领域。

6G的社会和商业驱动力

5G能够为更多种类的设备和用户提供更快的数据传输速率，满足消费者预期的容量增长需求以及行业的生产力需求，随着5G的发展，物联网（IoT）等领域的重要性正在不断凸显。与5G相比，6G的定义不能仅仅考虑其商业价值，更需要全面的定义来满足社会对未来通信的要求，包括从通信技术角度确定未来社会面临的趋势、需求、挑战以及塑造未来世界形态的力量。在5G时代，移动网络运营商依然是网络部署的主导者，而6G时代可能会出现由更多市场参与者推动的超高效短距离连接解决方案，在传统移动网络运营之外产生新的生态系统，这也将使6G网络更具包容性。

来自社会的驱动力将塑造6G

从1G到5G，社会和商业驱动因素对移动通信网络的影响愈发深刻，对于6G而言，政治、经济、社会、技术、法律和环境等都是重要的驱动因素。一方面，为了确保智能城市服务和城市化的红利得到充分共享且具有包容性，政策要着重关注城市贫困人口和其他弱势群体对生活保障的需求。另一方面，无时无刻、无处不在的系统化、自动化的小工具和传感器将对网络的可靠性和鲁棒性提出更高要求。预计6G“无处不在”的特性将大大扩张信息与通信技术涵盖的范围，释放更多社会经济价值和机会。与此同时，高效节能也是6G的关键性需求，在整个网络产品使用周期中对材料进行选择、使用、重复使用和回收利用，可以降低网络建设、使用的成本，有助于将网络连接扩展到更多偏远地区，以持续、高效、绿色的方式提供无线网络。此外，6G对人体健康的影响也是关注的重点，新型6G技术的引入需要启动科学审查，发现并确认需要开展的研究，以便填补健康风险评估上的理论空白。

数据所有权和合同政策问题需要特别关注

数据访问和使用规则逐渐成为未来创造价值的重要要素，为此，对数据的限制也变成了一种管理手段。创建一个可以改变数据收集、优先级和共享方式的系统可以为更大程度地发挥数据价值提供保障，但也可能导致在数据存储和使用等方面产生严重的隐私及伦理问题。在通信生态系统中，不同参与者对数据的使用权利和义务已有界定，但在6G时代，一个重大挑战是如何将这些权利和义务映射到高度智能的系统或设备中，以便使用数据创建更多未来服务。

6G将推动城市和室内空间的网络共享，“本地运营商”模式将得到推广

在6G时代，定位服务于超高效短距离传输的网络新频段将会开放，各个参与者将在新频段上以垂直行业为目标进行网络部署，以吸引新的参与者、投资者等共同打开市场。以往重叠的超密集网络将不再可行，不同的参与者在一个设施内只部署单个网络来满足多个用户组和服务的需求，参与者将借助软件化、网络功能的虚拟化以及接口的开放来共享网络连接层和数据层。在此背景下，频谱接入权、网络、网络资源、设施和客户的所有权变更将导致多种技术要求和技术架构组合，大大增加网络接入的复杂性。同时，频谱使用的全球协调也需要各方共同努力去推进解决。

长远来看，6G将比任何事物更深入地渗透到社会和人们的生活中，为避免过高的运营成本，6G相关软件都将运行在具有高度自动化水平的云端上，这也将促使责任部门改进监管系统。

6G中的利益方将发生变化，并且将出现新的

6G作为共享经济体将改变现有角色，并引入新的利益相关方角色，从而形成更加复杂的生态系统。6G系统的利益方代表了来自人和机器用户的不同需求，也包括不同垂直领域的公共部门或企业。满足需求范围所需的资源和资产将由提供物理基础设施（生产设施、场地）、装备（设备、网络架构）和数据（内容、场景）的不同参与者在政策制定者制定的监管框架下（外八边形最外层）提供。需求和资源将通过匹配/共享利益方而整合在一起。这些利益方既包括不同类型的运营商（本地或垂直特定运营商、固定运营商、移动网络运营商、卫星运营商），也包括资源代理以及各种服务/应用程序提供商，例如信任/安全提供商。

总体而言，与当前的移动业务生态系统相比，6G中的参与角色将发生变化，同时还会出现全新的角色。尤其是前文提到的驱动因素，它们将从根本上改变生态系统，并为6G中的各种利益相关者带来新的机遇。

6G应用场景和新设备

智能手机已成为我们生活中不可或缺的一部分，但随着新的显示技术、传感和成像设备以及低功耗专用处理器的飞速发展，硬件设备将进入一个新时代。该时代，设备将与感官和运动控制无缝结合在一起。虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）这些技术正在融合到交叉现实（XR）中，该技术包含可穿戴的显示装置以及产生并保持感知错觉的交互机制，提供了更多的可能。

智能手机很有可能被XR眼镜所替代

未来，轻巧的XR眼镜能以提前所未有的分辨率、刷新率和动态范围将图像投射到眼睛上，并通过耳机和触觉界面把反馈提供给其他感官系统。要实现这一体验，必要的配套技术包括：（1）成像设备，例如光场、全景、深度感应和高速的相机;（2）用于监视使用者健康状况的生物传感器;（3）用于计算机图形、计算机视觉、传感器融合、机器学习和人工智能的专用处理器;（4）无线技术，包括定位和传感。

新的技术将使远程呈现成为可能

随着高分辨率成像和传感设备、可穿戴显示装置、移动机器人和无人机、专用处理器以及下一代无线网络等辅助技术的发展，远程呈现最终将成为现实。人物模型可以通过实时捕获、传输和渲染会议中每个参与者的三维全息再现，或者通过图形组合表示（如化身）和传感器捕获的移动数据来实现。XR设备等可以创造感知上的错觉，使地理上分散的一群人相信他们出现在同一个位置。借助这些技术，人们甚至可以影响远程世界的变化，典型的应用包括远程教育、协同设计、远程医疗、远程办公、先进的三维模拟等技术，包括定位和传感。

自动驾驶汽车将成为可能

即使有了远程呈现，人员和货物的流动随着人口增长和全球化推进仍然是一个严峻挑战。畅想在2030年及以后的世界，将会有数百万辆联网的自动驾驶汽车，通过高度协同的系统使运输和物流更加高效。这些汽车包括在家庭、工作场所或学校之间移动的自动驾驶汽车，也包括送货的自动卡车或无人机，这对于提高生产效率、减少化石燃料消耗均具有重要意义。

在6G网络中，每辆车都将配备许多传感器，包括相机、激光扫描仪、可能用于三维成像的太赫兹宽带阵列成像设备、里程表和惯性测量单元。在算法上，自动驾驶必须快速融合多来源数据来决定如何控制车辆，并具有专用的交互界面以提醒乘客或监督员注意潜在风险。在网络上，无线网络除了具有低延迟和高带宽外，还必须有超高可靠性。

6G关键技术指标和频谱

从已有的技术指标上看，5G的关键指标也适用于6G，但必须对这些指标进行严格审查并增添新的内容。当前5G的指标已经确定，6G的目标与先前的移动蜂窝网络升级一致，将已有指标提高10-100倍。

除了已有指标，新的6G指标大致可以分为两类，一类是技术和生产力驱动的指标（包括延迟、抖动、链路预算、扩展范围/覆盖范围、三维地图保真度、位置精度和更新的速度、成本和能源等），另一类是可持续发展和社会驱动的指标（包括在定义需求和标准化中包含垂直参与者、透明度（例如与AI相关的指标）、隐私/安全/信任、面向应用程序接口的全球用例、联合国可持续发展目标激励、开源以及道德指标等），部分指标类别目前很难定义，在未来的白皮书版本中将会改进。

6G研究应突破最高传输速率1Tb/s的瓶颈

6G有望成为第一个要求超快速链接的无线标准，其每个链接的峰值吞吐量将超过Tb/s（Tbps）。6G使用场景（例如无线工厂自动化）的操作非常苛刻，例如具有超高可靠性和超低延迟的通信、高分辨率的定位（厘米级别）和高精度设备间的同步需控制在1微秒内。6G的可靠性和延迟要求非常多样化，且视具体情况而异。最极端的一个案例是工业控制，它要求在10亿个传输比特中只允许有一个错误比特，且延迟为0.1毫秒。可以预见，6G时代数据流量和连接物的数量将大大增加，设备密度可能会增长到每立方米数百个，这对面积或空间频谱效率，以及连接所需的频段都提出了严格的要求。安全性、隐私性和可靠性也是重要的新指标，6G必须要有极高的安全等级，以满足工业和高端用户的极高要求。

太赫兹中频谱的利用需要根据吸收和反射特性来制定

当前，许多物联网场景都受到范围、成本和电池的限制，无法轻易扩展到更高的频率，且目前毫米波也无法满足部分新带宽场景。在太赫兹体系中，频谱的利用需要根据子带的吸收和反射特性来安排，以优化通信和其他应用使用和重用。具体而言，在支持多个应用场景中，必须通过严谨的频率规划防止谐波叠加。

6G网络

6G需要嵌入信任

到2030年，数字世界和现实世界将深度交织，人们的生活将依赖于网络的可靠运行，如果网络出现故障，重要的工业价值将会丧失。在网络物理世界中，有形资产可能会因数字攻击而被窃取、灭失或受到损害，恶意网络活动可能导致财产和生命的损失。

为了解决这个问题，信任模型应当嵌入到网络当中，以提高用户对网络通信的信任度。对于安全、信任和服务来说，网络应提供嵌入的分布式拒绝服务（DDoS）来实现缓解和保护功能，以使其免受其他人的攻击。

6G采用身份与位置分离的方案，主要依靠设备的私有地址

從保障安全上看，将信任关系嵌入网络需要为设备和节点配备一个更稳定的ID，而不仅仅是可转换或动态的地址。每个设备至少应具有一个唯一的名称或多个可由网络随时转换为地址的名称，并且可以将这些名称转换为地址以及根据需要转换回ID，在设备连接后，设备应能够控制其自身的可达性。这种寻址原则的结果是端到端通信“层”与用户的数据包转发是分开的，如同软件定义的OpenFlow网络一样，该网络可以使用多种转发协议，例如IPv4、IPv6、以太网和多种隧道协议等。

6G的隐私保护将是一个关键推动因素

未来，物联网、工业物联网等将产生大量前所未有的私人信息。互联网公司已经证明了私人信息具备使用价值，从现实世界中收集私人信息可能非常敏感，诸多场景私人信息的使用或多或少涉及侵犯私人利益。对于6G而言，要为社会所接受，对私人信息的保护是一个关键推动因素。

6G需要进行网络模式升级

在6G中，5G范式将得到细化和扩展。一种可能性是虚拟化（关键）设备之间通过移动网络到分组数据网络并直达云端，实现端到端连接。在6G范式下，网络可以通过多种技术手段（智能流量管理、边缘计算、用户主动或流量编排设置等）来最大化用户体验，如通过将用户或运营商设置为一组订阅用户，每个订阅用户在该组中统一进行网络分配。在某种意义上说，网络是中立的，它平等地对待一个切片中的所有应用程序，并且平等对待具有相同订阅类型的所有用户。

6G研究还需要包括私有网络和公共网络之间的责任划分，短程连接解决方案与大覆盖蜂窝系统的无缝集成将会变得更加普遍，并需在开发和标准化方面提供更多的支持。

人工智能和区块链可能在6G网络中扮演重要角色

在6G时代，机器学习和人工智能越来越重要，依赖于挖掘大数据来训练学习，不断增强应对更高传输速率的计算能力，同时通过不断学习获得更多的灵活性。

区块链是另一个备受期待的新技术，该技术在没有中枢机构的情况下，以分布式方式存储和共享不常更改的信息，但变更的完整记录也会被保存。这可能会导致数据市场组织方式的变更，也可能有助于运营商在相互设置网络架构时保持相互信任。