边缘网络，核心策略：保障美国6G的未来（译文）

新美国安全中心

李 一 译

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

技术政策具有深刻的地缘政治意义。作为能力创造和应用赋能器的新兴技术，需要健全的发展与部署战略作为支撑。美国虽然占领了70多年的技术优势，但当前全球科技力量的崛起和发展正在改变技术竞争的动力，崛起的中国更是对其构成了挑战。因此，美国政府需要制定新技术发展的战略方针，尽早、更深入地制定未来几十年关键技术的发展规划并构建相互关系，这些技术包括人工智能（AI）、生物技术、量子科学、微电子学和通信技术。

1 6G——未来通信的基石

下一代无线通信技术6G将加快数据传输，使数据传输方式多样化。6G网络传输速度预计比5G快100倍、延迟更小，且具有嵌入式人工智能的支持，其能效更高，实现传感、计算和通信的无缝融合。

目前，美国正在进行6G早期的研发工作，预计在2030年进行6G的部署。6G的技术优势是通过频谱扩展和共享、网络拓扑演进和可扩展的网络体系架构来实现的。

1.1 频谱扩展和共享

对于下一代网络，研究人员设想利用频谱中的较短波长来传输信号。由于较短波长具有较高的频率和较快的振荡速度的特点，因此，可以传输更多的数据量。但高频率很容易遭受大气衰减，所以研究人员正在考虑将更多的频谱用于广域服务，如 6 GHz～24 GHz。为了提高频谱分配效率，需要使用先进的频谱共享技术。目前，研究人员正在探索太赫兹光谱技术。同时，为了解决信号视距传输过程中的挑战，还进行了智能反射表面技术的研究，引导光束到达最终目的地。除无线电波之外，光谱也是6G通信的重点研究领域，尤其是无线回程。

1.2 网络拓扑演进

除了地面无线电接入技术和回程基础设施，研究人员还研究了非地面网络设备，以提高覆盖范围和网络可靠性。与5G相比，6G的分层能力和网格化程度更高，不仅包括地面无线电设备，还包括无人驾驶飞行器（UAV）、低地球轨道（LEO）和地球静止轨道（GEO）卫星以及高纬度地面站（HAPS）。硬件节点的日益多样化可以将用户服务范围扩大至海上或空间设备，同时可以利用新型无线电和天线技术以及无线回程技术来填补网络空白。

1.3 可扩展的网络体系架构

在5G中，云计算实现了从核心到边缘的扩展，网络管理功能也随之扩展，预计在6G中仍继续使用，这是欧洲6G生态系统愿景所谓的“从用户/物联网设备扩展到集中式云的单个计算连续体”。边缘处的网络管理工具凭借物理上的邻近性，可减少延迟，同时实现网络资源优化（如频谱分配）和网络体系架构的整体扩展。机器学习（ML）工具对于“无接触”决策的自动网络管理和快速的“机器—机器”通信至关重要。因此，需要对AI/ML的所有组件，包括硬件在内进行投资。

2 6G政策的现状

维护安全、可靠和有弹性的通信网络成为保护美国主权和安全的重要议题。美国的政策制定者目前把重点放在5G上，并围绕经济竞争力和先进技术的领导力同对手展开重要的对话。虽然5G的竞争还未结束，但是6G的研究已经开始。美国目前必须制定相关政策，以定义、激励和支持6G技术的发展。通信技术的发展进程逐步加快，3G从最初的愿景和技术标准发展到成熟技术的部署，花了15年的时间，4G花费了12年的时间，而5G只用了8年的时间。业界估计，在2028年6G技术鉴定完成后，其首次商业部署最早可能在2030年完成。因此，美国不能等到6G的部署迫在眉睫再制定政策和设计监管框架。自2020年以来，国际电信联盟（ITU）等标准化机构一直设法明确6G要求。美国联邦通信委员会（FCC）于2019年为6G开放了实验频谱许可证，以此对新6G服务进行测试和验证。6G政策具有预见性和前瞻性，其标准、频谱许可证的决策以及联邦研发投入将决定6G技术的未来。

3 从5G吸取教训

展望2022年及未来，美国的政策制定者需要吸取全球5G实施中的教训，应尽早关注新一代无线通信技术的前景和面临的威胁，及早规划6G的未来。

5G的最大问题是缺乏统一的愿景和高效的协调。因此，为了防止6G出现类似问题，需要及时制定6G战略有效的政策框架，并协调好同盟、联邦机构、私营部门利益相关者以及城市和州政府之间的关系。

3.1 技术教训

技术上的教训涉及无线远程通信的各个方面，它们影响网络的工作效率、安全性和弹性，该领域的决策不当影响了5G在美国的推广。

（1）频谱。5G部署的主要挑战之一是确定频谱分配，高效的频谱分配可以在快速传输速度和信号范围之间进行合理平衡。对于联邦监管方面的问题，包括频谱许可证的获取难度也明显地减缓了5G在美国的部署。

6G将在现有的5G频率以及新的频率上运行，其宽域覆盖范围从 7 GHz～24 GHz，高速通信从 95 GHz～3 THz。这种扩展将使速度更快、能效更高、延迟更低、频谱共享更优化。FCC最近已经开放了试验性的频谱许可证，但机构间的协调和监管行动将决定美国6G的未来。保障6G的有效推出需要包括FCC、美国国家电信和信息管理局（NTIA）在内的政策制定者与私营部门在频谱方面进行协调，合作解决频谱管理问题，共同研究6G网络频谱管理的最佳方法，包括更新现有指南等。就5G而言，频谱管理方式的分散化等问题给决策者带来了巨大挑战。

（2）互操作性。5G网络的互操作性为实现供应商的多样化创造了机会，为避免安全风险提供了一种间接解决方案。实现了供应商从单一垄断到支持特定竞争对手，再到创建国际同盟的多样化转变。尽管开放接口和Open RAN会困扰现有网络设备供应商，但目前Open RAN仍被广泛使用。2020年底，德勤公司（Deloitte）确定完成35项开放式RAN部署，2021年对RAN部署增加了一倍，到2025年RAN的市场占有率将从1%提高到10%。日本网络集成商乐天表明，与传统的RAN相比，Open RAN是可行的，且成本较低。爱立信供应商也表明互操作性将是实现6G的关键。

5G网络涉及众多供应商，因此，为了应对日益严峻的威胁态势，需要制定信息安全解决方案。与5G网络相比，6G网络更有挑战，需要美国政府和私营行业达成共识并发挥作用，制定有效的安全政策和安全实践。

3.2 政策方面

在全球产业发展和地缘政治的背景下，5G的政策教训将为美国政府增强电信技术竞争力提供参考。

（1）研发。美国政府应和美国科技政策办公室（OSTP）合作，尽快制定下一代无线通信发展的愿景和技术路线图。早期研发对于6G技术的测试和验证至关重要，它将决定未来电信技术的领先地位。主要国家的研究人员几年前就开始了这项工作，但在对研究的总体指导上不尽相同。目前，中国、日本和韩国政府都制定了规划文件，欧盟于2021年6月发布了对《欧洲6G网络生态系统愿景》白皮书，美国还没有这样的计划。拜登政府正在与伙伴国开展促进6G发展的多项合作举措，但并没有公开宣布6G战略，6G政策目标是促进美国在这一领域的竞争力。

（2）全球需求与市场竞争。网络现代化的需求具有全球性。全球移动供应商协会（GSA）已在133个国家和地区确定了443家运营商，投资了不同规模和成熟度的5G项目。为了降低项目成本，通过扩大竞争和加大资金的方法来提高市场占有率，目前，多国已开始建立新的数字化发展资源。美国国际开发金融公司（DFC）和美国进出口银行（EXIM）将新的重点放在数字基础设施上。2021年5月，DFC为沃达丰（Vodafone LSE）集团牵头的一项5G项目提供了资金支持。七国集团（G7）发布了多边公共财政倡议，倡议明确指出，美国政府将致力于增强这些举措的影响，并为可持续基础设施的发展调动更多的公共和私人资本。

（3）供应商垄断和效率低下。在5G部署之前，电信市场面临效率低下且单一供应商垄断的安全风险。由于建设网络的前期成本较高，所以该行业容易受到影响，在5G部署中则表现为只有少数供应商才能提供设备。2020年，华为、爱立信和诺基亚3家供应商占据了全球市场份额的80%，排名前5的公司（包括中兴通讯和三星）占领全球市场份额的95%。其结果是只有少数供应商可供选择，而且由于采用的是基于硬件的专有网络解决方案，其更换网络设备成本较高，导致供应商垄断带来更大风险。

开放接口的技术原则可以通过更广泛的竞争来抵消供应商垄断带来的地缘政治风险。对于6G来说，鉴于网络组件的高度同质化和专业化，市场多样化尤为关键。开放接口需要实现通用硬件的模块化和互操作性，通过减少垂直集成解决方案所需的时间和成本，从而降低进入门槛。德勤发布的一份报告称，除给电信寡头带来麻烦外，Open RAN可能会将运营成本减少40%～50%，运营费用减少30%～40%。此外，基于软件的互操作性可以在升级网络功能的同时，在不破坏硬件的情况下完成硬件更换，快速的软件升级和减少对固定供应商的依赖将提高网络安全。

（4）不可信供应商与供应链安全。除了供应商垄断的风险外，在5G的推出过程中，与供应链安全有关的问题占据了突出位置。与不可信供应商相关的风险包括针对性的服务中断或操纵、间谍活动，以及对依赖5G网络的关键基础设施的威胁。考虑到5G的教训，即移动网络运营商没有考虑不可信硬件的生命周期成本。这些费用发生在5G部署之后，可能包括意外的网络安全费用或因翻版和替换带来的成本开销，并且决策者应与私营部门合作伙伴沟通，降低不可信网络的外部成本。

初步研究某些供应商带来的相关安全风险是明确6G策略的一个重要环节。然而，如何把不可信的供应商从全球供应链中剔除，目前还没有一个完美的解决方案。

（5）知识产权与专利。标准必要专利（SEP）对其所有者来说是有利可图的，因此SEP成为6G的一个竞争领域。目前，中国已经申请了13000多项与6G相关的专利，占世界专利总数的三分之一以上。研发工作，包括6G相关技术的专利，对于确定下一代网络中的主要国际参与者至关重要。正如5G一样，中国等国家为国内供应商提供了很多机遇。事实上，华为公司的创始人兼首席执行官称，6G和未来电信标准的竞争始于专利。

（6）标准制定。政府对标准制定机构的干预会为一些公司带来不合理的优势，由此产生的不平等竞争环境可能会给某个国家的产业政策目标带来好处，但不利于创新者。中国实行了自上而下的标准化逻辑，与美国和欧盟的自下而上的做法形成了鲜明对比。由于6G的标准基于5G制定，因此这些挑战仍会继续下去。

上述的技术和政策经验教训对制定6G政策提供了帮助。为做出正确的决定，美国决策者还必须了解全球6G的研究前景。

4 全球6G行动

在全球范围内，6G正在以政府和工业为主导的国家和跨国行动而展开。中国、芬兰、日本、印度、韩国、瑞典和美国最为突出。然而，尽管各国开展了大量的研究活动，但是只有中日两国政府对6G的未来提出了详细的设想，他们认为6G是满足社会挑战和经济实力等国家优先事项的重要推动因素。

4.1 中国

中国工程院院士张平对6G的描述如下：“4G改变生活，5G改变了社会，6G将改变世界。”中国认为网络技术对地缘政治和战略目标至关重要。早在2015年，5G就出现在政府的正式战略文件中，包括“十三五”规划和《中国制造2025》。作为数字治理战略的一部分，取得在电信技术方面的领导地位将促进中国建设网络强国的行动。中国的政策重申了5G和6G对长期经济竞争力的重要性和国际领导力的历史性机遇。展望未来，中国将继续制定一系列战略，在电信技术的下一个领域中占据主导地位。中国国家战略文件“十四五”规划中提到了6G技术，同时提出中国将建立一个互联的、无处不在的、将空间和地面（天地一体化信息网络）结合起来的网络愿景。

6G竞赛已经开始了。华为公司早在2017年就开始6G技术研究。2019年11月，中国正式宣布对6G技术的研究，政府各部门和研究机构举行了首次会议。2021年6月，政府支持的产业组织——IMT-2030(6G)推进组成立并发布了《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，白皮书指出，中国在5G领域的领导地位将延伸到6G领域。IMT-2030(6G)推进组成员主要包括中国运营商、供应商、大学和研究机构。中国的6G行动并不局限于学术机构，华为公司目前正在加拿大进行6G研发，与中兴通讯和中国联通合作开发6G技术。2021年9月，华为公司的创始人兼首席执行官称，华为将在6G领域中建立全球领导地位。

中国最近发布的6G白皮书中没有明确包括军事应用，但6G是一种具有军事意义的军民两用技术，就像5G一样，与国家的军民融合战略联系起来。2018年，中国国家主席习近平强调了军民两用技术的战略和军事目标，网络空间和网络技术是军事与民用融合最具活力和潜力的领域。5G要支持中国建立“世界级”军事强国的计划，包括信息支持、无人驾驶飞机之间的机对机通信、态势感知和侦察以及导航技术。中国电信通过与中国国防工业的联盟，支持5G试验项目。对于6G，领导者们把重点放在太空和卫星通信技术的相关领域上，中国成功发射了一颗6G卫星。中国官员还提到，6G将地面、空间和海上通信集成为“天地一体化信息网络”，最终可能在导航、信号或导弹预警功能方面具有军事应用。基于中国在军民两用技术上的投资，电信公司肯定会与国防工业合作进行6G试点项目。

美国政策制定者预计，中国对6G的期待和5G一样。尽管不是第一个正式启动5G网络的国家，但中国很早就开始5G网络的测试和验证过程。据工业和信息化部副部长刘烈宏介绍，中国拥有世界上70%的5G基站和80%的5G连接设备。

4.2 芬兰

芬兰站在6G相关研发的前沿，正在打造下一代无线通信的愿景。奥卢大学（University of Oulu）的6G旗舰被誉为世界上第一个6G研究、开发和创新项目，它是该国开展6G活动的主要中心。该中心于2018年成立，目标是在无线连接、设备和电路技术、分布式计算以及服务和应用4个战略研究领域实现科学突破。

尽管芬兰目前没有政府主导的6G愿景，但研究机构阐述了6G网络所带来的未来，包括高速运输的概念、物理和网络世界的融合等。

4.3 印度

尽管印度尚未推出5G，但政府和研究人员正在为未来推出6G网络做准备，印度有潜力成为电信技术的领导者。印度的电信公司表现出非凡的技术能力，该国最大的电信公司之一Reliance Jio早在2019年就使4G网络覆盖全国99%的人口。政府已经着手实施5G计划，重点是保障网络安全和供应链的完整性。目前，印度已经融入了与Open RAN兼容的体系结构，通过与美国、日本公司的合作来实现。

印度对于未来安全6G网络的推出非常重要，印度拥有世界领先的软件业，可以为Open RAN解决方案提供动力。

4.4 日本

预计到21世纪30年代，下一代无线通信将成为日本的主要基础结构，它的目标是创建所谓的“社会5.0”，“社会5.0”将模糊物理和网络世界。日本国家信息和通信研究所（NICT）描述了这样的场景，人类用户通过脑机接口，利用6G网络的高数据吞吐量、低延迟和高精度定位能力接收三维触觉反馈。目前，NICT已经在研究将6G用于月球探索。NICT发布的《5G提升/6G白皮书》中称，未来的网络将“消除城市和农村地区、边界等各种障碍和差异”，基础设施资源将“从垄断转向共享”。在日本的网络技术发展方针中，反垄断和促进共享仍很重要。

日本5G提升战略包括研发、知识产权、标准化和5G部署。日本政府支持开放架构和最大限度的虚拟化，以发挥其创新优势，促进互操作性。为了支持研发活动，日本政府在2020年财政年度投入了相当于5亿美元的研究资金和设施。

NICT将产业界、政府和学术界聚集在一起，实施标准化战略。NICT在2021财年建立了试验性基础设施，支持学术和私营部门在太赫兹传输、光网络和自动化网络管理方面的创新。日本的目标是获得并持有大于10%的下一代无线通信技术专利。此外，日本把5G网络视为6G的前身，并加快光纤网络和基站的部署，做好基础设施建设工作和创建“活试验床”。

4.5 韩国

韩国是第一个正式启动5G网络的国家，并开始了6G的研发。预计2028年韩国将实现6G的商业化。2021年6月，韩国科学和信息通信技术部（MSIT）制定了6G研发行动计划，对包括LEO卫星在内的10项战略技术的投资超过1.94亿美元，并与诺基亚、爱立信、中国信息通信研究院（CAICT）建立了伙伴关系。

目前三星测试了6G能力，其中包括一个端到端的140 GHz无线链路，该链路使用全数字波束形成解决方案；LG集团与德国研究机构合作演示了6G波束的形成。

4.6 瑞典

瑞典是6G研发的主要参与者，爱立信公司是该国6G行动的核心，该公司的研究重点是多天线技术，目标是建立新型无线接入基础设施，公司领导对Open RAN作为5G网络解决方案的前景持谨慎态度，但他们认为开放架构是6G的必然，并积极投资兼容技术。瑞典政府似乎倾向于让欧盟和私营企业为6G的未来发展定下基调。

4.7 美国

美国在6G的研究方面处于领先地位。美国在6G领域的行动始于2018年，当时加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）耗资2750万美元成立了研究中心，专注于融合太赫兹通信和传感。美国国防高级研究计划局（DARPA）的ComSenTer项目旨在实现微电子技术的突破，工业界还与包括得克萨斯大学奥斯汀分校（UTAustin）、普渡大学（Purdue University）等在内的学术机构合作，开展卫星链接等其他新技术的研究。此外，研究人员认为频谱的可用性对于维持美国在这一领域的领导地位至关重要。2019 年 3 月，FCC 开放了 95 GHz～3 THz频段进行测试和验证实验。

美国政府的一些部门也在参与6G行动。2021年，美国国家科学基金会（NSF）宣布了一项耗资4000万美元的计划，以加速下一代网络相关领域的研究。在2022财年预算要求中，NTIA寻求资金支持，开发基于人工智能的频谱共享技术。FCC也将成立一个特别针对6G标准制定的工作组。

作为对欧盟6G研究项目Hexa-X行动的回应，美国电信行业解决方案联盟（ATSI）在2020年启动了Next G联盟，其目标是维持北美在移动技术的领先地位。该组织的主要行动是制定行业6G路线图。

5 美国6G战略的实施计划

为确保美国6G的未来，美国政府和立法机构将对一系列问题采取行动。首先为维持美国在6G领域的领导地位制定路线图，其次该路线图将说明实现该愿景所要采取的行动，包括从投资研发到部署基础设施，最后启动新技术外交。

5.1 提高美国在6G领域的竞争力

为提高美国在6G领域的竞争力，白宫应该采取以下行动：（1）制定6G战略。需制定一份战略路线图，为美国在6G领域的领导地位以及2030年以后该技术所处的国际和国内环境做好战略规划。（2）增加6G技术研发经费。研究通过拨款、税收抵免和财政支持获得6G的研发资金。（3）利用现有能力进行6G技术的测试、验证和实验。与网络和信息技术研究及发展项目进行合作，建立政府6G试验台，以支持在5G技术基础之上的研发。（4）颁发更多的实验频谱许可证以加快研发工作。（5）成立美国6G频谱工作组。（6）通过美国政府的采办推进新的6G应用。

国会应该采取以下行动：（1）指定美国商务部（DOC）为美国情报界成员。商务部与美国情报界的联系将有助于提高相关技术发展的信息共享。（2）设立研发资金以解决农村6G发展所面临的挑战。（3）通过启动移民改革来吸引和留住美国急需的外国科技人才。

NSF应该采取行动：为初创企业制定一项等效的弹性和智能Next G系统计划。在政府和主要行业合作伙伴的支持下，为高等教育机构提供资助，寻找实现Next G弹性的解决方案；扩展高级无线研究计划平台。

5.2 加强与盟友和合作伙伴的合作

为加强与盟友和合作伙伴的合作，国会应该采取行动：在国务院设立技术合作办公室。需要一个由助理技术部长领导的新办公室来发起、维护和延展国际技术合作伙伴关系。

白宫应该采取以下行动：（1）组织国际6G政策和安全会议。美国政策决策者应与盟国合作，定期组织6G会议，讨论技术发展、安全、标准制定和频谱等关键问题。（2）领导成立多边数字开发银行。美国应与盟国的出口信贷和出口金融实体合作，牵头建立一个新的组织，其使命是促进全球安全和公平的数字基础设施发展。

国务院应该采取行动：开展技术外交活动。

5.3 保障6G网络安全

FCC应在相关机构的支持下制定并应用6G安全原则。应与工业界和学术界的合作伙伴采取积极主动的方法来识别6G安全风险，并确保国际标准具有保护网络安全的作用。

白宫和国会应该促进并支持开放性和互操作技术的发展。协调外展、联合测试、行业参与和政策合作能够形成国际趋势，指出不受信任的供应商带来的相关风险。此外，还可以创建6G安全基金。

6 结 语

6G技术的发展不只是提高了数据传输速度，还促进了社会融合，并影响未来经济的竞争力、军事力量和地缘政治。目前，围绕电信政策的讨论虽然主要集中在中国的5G行动，但是美国需要考虑长期的技术竞争。

美国在制定6G政策时应该汲取5G的经验教训，并参考其他国家已经采取的相关措施，例如日本已经制定了6G国家战略。若美国将6G的发展推迟，将损害其竞争力和技术领先地位。