来源：中国科协创新战略研究院《创新研究报告》

第52期（总第480期）

编者按：随着5G部署率的提高和持续稳定的发展，研究人员已将注意力转向下一代通信技术6G。2021年6月，美国著名非营利机构MITRE发布《6G、人工智能与机器学习》（6G and Artificial Intelligence&Machine Learning）报告。报告指出，6G网络在用户服务质量、网络安全和物理定律的竞争利益之间快速优化，人工智能（AI）和机器学习（ML）将为推动6G发挥重要作用。本文对其主要内容进行摘编。

一、背景‍

目前，5G几乎可以互联所有事物，包括手机、自动驾驶汽车、智能工厂中使用的机器人、物联网传感器、智能仓库和智慧城市等。其主要应用场景有三种：(1)增强移动宽带(EMBB)；(2)低延迟和高可靠性任务的关键通信；(3)大规模物联网。

随着5G通过扩大部署率以及提高稳定性逐渐占据通信技术的主导地位，将超出当前网络演进能力，研究人员开始将注意力转向了下一代6G网络。6G融合了多项技术，不仅利用了前几代通信技术的优势，还创新性地使用了新的使能器。6G旗舰计划已经在欧洲启动，预计也将在韩国、中国和日本的初创公司启动。美国电信行业解决方案联盟(ATIS)于2020年10月启动了“Next G”联盟倡议，其目标是对抗其他国家在国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）中的影响，并从美国的角度提出6G倡议。图1展示了截至2030年实现6G目标的时间框架。

图1 通信技术的目标时间轴

二、6G概述

随着网络设备使用数量的爆炸式增长，信息传输的重点将继续从人转向设备。当前物联网设备的数量与全球人口数量相当。然而到2030年，预计联网设备的数量将是地球上人口数量的15倍。越来越多的机器通过无线通信进行连接，包括车辆、机器人、无人机、家用电器、显示器，以及安装在各种基础设施中的智能传感器、建筑机械和工厂设备等，这些都将是6G重要的新增长动力。全球无线连接技术的发展趋势如表1所示。

表1 无线连接的全球趋势

与5G一样，6G将为人类、机器和其他设备提供持续信息共享以及完全沉浸式的持久互连，其网络架构将涉及社会的各个方面，其中几个关键属性如下：

（1）灵活性与开放性。过去蜂窝技术专注于语音、文本和移动宽带，而近5年，物联网、网络间通信和无人自助平台的需求呈指数级增长。

（2）可持续性。能源消耗、电池寿命和环境影响是维持沉浸式通信网络的几个关键因素。

（3）智能化算法。边缘人工智能和网络感知将推动新的价值范式。

（4）可靠度。网络必须确保用户的安全和隐私需求。

1. 技术需求与促成因素

上述愿景的实现需要创新网络架构中的颠覆性通信技术，解决一些基本问题，如系统容量、数据速率、延迟，以及比5G系统更好的服务品质。表2概述了与传统的4G和5G相比，6G的关键性能指标（KPI）和启用技术。

表2  6G与4G、5G需求的对比

2．6G用例

目前6G的用例和功能有两种观点。一种是基于现有5G能力的扩展，6G可以显著改善5G的各项关键性能指标；另一种观点认为6G带来了之前5G没有提出过的新功能，其潜在使用场景包括增强现实技术（AR）和虚拟现实技术（VR）、全息远程呈现、电子保健、工业4.0和机器人应用等。图2显示了这些潜在应用需求的指数增长。

图2 从1G到6G蜂窝网络的演进及每一代的代表性应用

3. 网络架构

尽管6G正处于开发的早期阶段，但专家认为6G标准的架构将超越4G和5G标准的移动互联网架构。图3展示了未来6G的一个潜在网络架构，并说明将如何跨越所有通信层(物理、数据、网络等)整合异构的支持硬件架构。

图3 6G的系统架构的潜在愿景

事实上，6G代表了一种全新智能通信生态系统。6G需在当前最先进的通信技术上进行多项改进和升级，实时的智能优化将跨越传统通信层之间的边界，以实现所需的KPI。而人工智能将在设计和优化6G架构、协议和运营方面发挥关键作用，必将成为最重要的赋能因素之一。人工智能可使网络快速适应，最大限度地提高流量路由和频谱效率，以满足6G关键性能指标的服务。

三、6G智能通信生态系统

未来6G无线通信及其网络架构的愿景是建立一个智能通信生态系统，结合几种新兴技术，满足不断增长的对通信连通性和数据资源的需求。因此，这种智能通信生态系统需要通过人工智能（AI）和机器学习（ML）算法进行自我感知。AI和ML将集成在整个6G架构中，融合在每个协议层和整个计算体系架构中，包括虚拟功能、网络切片、网络边缘以及网络编排和管理。

1．人工智能和机器学习的用例

AI和ML将通过优化网络和设计新的波形来为6G技术的实现发挥重要作用。除此之外，6G本身将促进AI和ML的进一步发展。具体来说，AI和ML将使6G成为可能，如AI和ML算法可以实现信息跨越物理层和网络访问层的边界；AI和ML也将利用6G，如6G可加速人工智能在网络边缘的应用，涉及模型训练过程的联合优化、对延迟要求严格的通信以及数据隐私安全问题。

2．开放式无线电接入网（RAN）

开放式无线接入网(RAN)是一种通过基础设施虚拟化和嵌入式智能来实现网络转移的新兴框架，以此为终端用户提供更灵活的服务和先进功能。开放式RAN将实现商用现货硬件和软件组成的异构系统，通过优化和自组织实现整体的生态系统目标和关键性能指标。其中一个重要的创新是RAN智能控制器(RIC)的引入，如图4所示，这在传统的RAN设计中是不存在的。开放式RAN计划通过支持利用RIC的供应商生态系统来打破原供应商的锁定模式，服务提供商可以通过RIC添加自己的特性来控制RAN的功能。RIC主要支持两类用例，即近实时和非实时用例。随着技术转向算法驱动设计，还需要研究评估和理解算法决策的能力。

图4 RAN智能控制器(近实时和非实时)、控制和分布式单元的开放式RAN体系结构

3．网络切片与安全

近年来，网络切片和网络安全变得越来越重要。随着5G安全方面的经验教训，6G将解决5G的许多安全漏洞，同时也可能引入新的漏洞。尽管AI和ML可以改进6G系统性能，但仍然存在安全和隐私问题，主要原因是人们尚未充分理解6G攻击向量，而且许多提议的6G用例将使用更多的人类数据（除听觉和视觉外，还包括触觉、嗅觉感知数据）。

四、结语

总体而言，新一代通信技术6G代表着通信网络发展方向，它将向用户提供可持续信息共享的完全沉浸式连接。6G的使用场景如增强现实技术（AR）、全息远程呈现、电子健康、工业4.0和机器人等以帮助推动6G的目标关键性能指标（每个设备1百万兆比特/秒的峰值数据速率、1毫秒的端到端延迟和1千万兆赫的最高频率范围）。此外，AI和ML将在6G网络发展中扮演重要的推动角色，其中，数据的质量、创建、消费以及数据的信息内容将会为整个智能通信生态系统创造巨大的价值。

机构简介：

MITRE公司于1958年成立，是一家私营非营利公司，为美国联邦政府提供工程和技术指导。通过由联邦政府资助的R&D中心和公私合作伙伴关系，MITRE在政府各部门开展工作，尤其在先进技术和国家重大关切的交汇点开展业务，应对国家的安全、稳定和福祉所面临的挑战。MITRE对美国本土和全球网络空间安全的影响力，远超任何一家科技公司。作为一个非营利组织，MITRE强调致力于联邦、州和地方政府以及工业界和学术界的公共利益。在人工智能、数据科学、量子信息科学、健康信息学、空间安全、政策和经济专业知识、自主性、网络威胁共享和网络复原等各种领域提出了创新想法。自2014年以来，Mitre已向行业和大学合作伙伴转让了670多个许可证。‍

文章来源：

#‍‍