Kịch bản của phát triển viễn thông di động quốc tế tới 2030 và 6G

Lịch sử loài người giao tiếp qua sóng vô tuyến không dây bắt đầu từ năm 1896, khi nhà vật lý người Ý Guglielmo Marconi phát minh ra điện báo không dây. Thế hệ này qua thế hệ khác, các chức năng của hệ thống liên lạc đã phát triển từ các cuộc gọi thoại tương tự, tin nhắn văn bản tức thời đến lướt Internet và phát trực tiếp. Mạng không dây thế hệ thứ 5 (5G) đã thúc đẩy hơn nữa các dịch vụ kết nối truyền thống và hỗ trợ nhiều hơn cho các ngành, các lĩnh vực khác nhau. Chứng kiến những tác động do 5G mang lại khiến chúng ta tự hỏi, thế hệ thứ 6 (6G) sẽ là gì?

Với sự ra mắt của 5G tại các thành phố lớn trên thế giới, cuộc sống của người dân cũng như các ngành, lĩnh vực đã thay đổi nhiều. Dữ liệu cho nhiều người hơn với chi phí giảm, kết nối ổn định và tốc độ cao hơn. Các ngành như sản xuất, chăm sóc sức khỏe, vận tải cũng được hưởng lợi từ kết nối cao cấp. Mặc dù công nghệ 5G mang lại nhiều lợi thế, bao gồm tăng dung lượng, giảm độ trễ, nâng cao độ tin cậy, nhưng có một số thách thức liên quan đến vẫn cần tiếp tục giải quyết. Người ta kỳ vọng rằng 6G sẽ trở thành nhân tố thay đổi cuộc chơi bằng cách cung cấp nhiều tính năng nội tại và tích hợp hơn, có thể thích ứng với các nhu cầu khác nhau của xã hội.

Về 6G, bộ phận Thông tin vô tuyến của Liên minh viễn thông quốc tế (ITU-R) là cơ quan quản lý chính thức của Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) được giao nhiệm vụ quản lý tài nguyên quang phổ trên toàn thế giới và chỉ định các tiêu chuẩn cho các hệ thống viễn thông di động quốc tế. Nhóm công tác ITU-R 5D (WP5D) chịu trách nhiệm phát triển và đánh giá các hệ thống IMT trên mặt đất.

Kể từ đầu năm 2021, WP5D đã nghiên cứu đề xuất về tầm nhìn 6G, sau đó tiêu đề nghiên cứu được đổi thành khung IMT-2030, vì khung bao hàm ý nghĩa cụ thể hơn tầm nhìn. "Khuyến nghị về Khung và Mục tiêu tổng thể về tương lai phát triển của viễn thông di động quốc tế tới năm 2030 và xa hơn" (Khuyến nghị) được hoàn thành trong cuộc họp lần thứ 44 của WP5D vào 22/6/2023 [2]. Nội dung chính của Khuyến nghị bao gồm các kịch bản sử dụng và khả năng của 6G.

Ngoài ra, các xu hướng ứng dụng của người dùng và khả năng tương tác với các hệ thống IMT trước đây hoặc các hệ thống truy cập vô tuyến khác cũng được nêu ra. WP5D sẽ công bố một loạt báo cáo, cung cấp hướng dẫn cho các tổ chức phát triển tiêu chuẩn (SDO) khác để phát triển mạng 6G ứng cử viên và gửi đề xuất của họ để ITU-R đánh giá. Do các nghiên cứu sơ bộ về 6G mới bắt đầu nên các chỉ số khả năng được được đưa ra chủ yếu là các giá trị tiềm năng, chưa cụ thể.

Quan điểm phát triển chung

Có 4 nội dung bao quát tất cả các tình huống sử dụng và cũng sẽ được tính đến khi thiết kế hệ thống 6G. Đầu tiên, tính bền vững phản ánh nhu cầu về các mạng truyền thông xanh hơn, không chỉ bằng cách giảm mức tiêu thụ điện năng mà còn thông qua việc sản xuất các thiết bị và công cụ có vòng đời dài hơn và ít tác động đến môi trường hơn (sustainability).

Có sự đồng thuận rộng rãi rằng bảo mật và quyền riêng tư là rất quan trọng, vì nhiều dữ liệu cá nhân và dữ liệu công nghiệp hơn sẽ được truyền qua mạng 6G (security/privacy/resilience).

Khi xã hội truyền thông phát triển từ 4G lên 5G và lên 6G, điều đáng chú ý là nhiều khu vực kém phát triển trên thế giới vẫn dựa vào các mạng rất cũ; vì vậy, sứ mệnh của IMT là đảm bảo mọi người được thụ hưởng thành quả của kỹ thuật số (connecting the unconnected). Vì trí thông minh là cần thiết trong mọi thành phần của mạng, từ máy chủ, trạm cơ sở đến thiết bị người dùng và cảm biến, nên trí thông minh sẽ trở nên phổ biến trong tất cả các tình huống sử dụng (ubiquitous intelligence).

Kịch bản ứng dụng

Trong kỷ nguyên 5G, có ba kịch bản ứng dụng là băng thông rộng di động nâng cao (eMBB), truyền thông máy số lượng lớn (mMTC) và truyền thông siêu đáng tin cậy và độ trễ thấp (URLLC). Trong triển vọng phát triển của 6G, ba kịch bản sử dụng này được nâng cấp thành giao tiếp nhập vai, giao tiếp quy mô lớn, giao tiếp siêu tin cậy và độ trễ thấp (các kịch bản dựa trên giao tiếp). Ngoài ra, có ba kịch bản ngoài giao tiếp gồm: kết nối khắp nơi, cảm biến và truyền thông tích hợp (ISAC), tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và truyền thông.

Giao tiếp nhập vai: Là mở rộng kịch bản băng thông rộng di động nâng cao của 5G, cung cấp cho người dùng trải nghiệm video tương tác (nhập vai) phong phú và tương tác với giao diện máy. Các yêu cầu mới so với 5G eMBB là các trường hợp điển hình như: giao tiếp thực tế mở rộng (XR), giao tiếp hình ba chiều,…. Trong giao tiếp nhập vai, hỗ trợ lưu lượng hỗn hợp của video, âm thanh và dữ liệu theo cách đồng bộ hóa thời gian là một phần không thể thiếu. Một số trường hợp sử dụng giao tiếp nhập vai cần hỗ trợ độ tin cậy cao, độ trễ thấp để tương tác nhanh, chính xác với các đối tượng và dung lượng hệ thống lớn hơn để kết nối đồng thời nhiều thiết bị.

Giao tiếp siêu tin cậy và độ trễ thấp: Là kịch bản mở rộng của truyền thông siêu đáng tin cậy và độ trễ thấp (URLLC) của 5G và bao gồm các trường hợp sử dụng chuyên biệt, ​​có các yêu cầu khắt khe về độ tin cậy và độ trễ. Các ứng dụng có thể bao gồm tương tác với robot, dịch vụ khẩn cấp, y tế từ xa cũng như giám sát truyền tải và phân phối điện.

Giao tiếp quy mô lớn: Là kịch bản mở rộng của truyền thông máy số lượng lớn (mMTC) của 5G, liên quan đến việc kết nối một số lượng lớn thiết bị hoặc cảm biến. Các trường hợp sử dụng điển hình cho kịch bản này bao gồm các tiện ích mở rộng cho thành phố thông minh, giao thông vận tải, hậu cần, y tế, năng lượng, giám sát môi trường, nông nghiệp và nhiều lĩnh vực khác. Các kịch bản như vậy cần hỗ trợ mật độ kết nối cao, yêu cầu tốc độ dữ liệu khác nhau, mức tiêu thụ điện năng thấp, tính di động, vùng phủ sóng rộng cũng như độ tin cậy và bảo mật cao.

Kết nối mọi nơi: Kịch bản này nhằm mục đích tăng cường kết nối để thu hẹp khoảng cách số, có thể được tăng cường thông qua tương tác với các hệ thống khác. Vấn đề trọng tâm của kịch bản này là giải quyết các khu vực hiện chưa được phủ sóng hoặc ít khi được phủ sóng, như các vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa và dân cư thưa thớt. Các trường hợp sử dụng điển hình bao gồm nhưng không giới hạn ở Internet vạn vật (IoT) và truyền thông băng thông rộng di động.

Tích hợp AI và truyền thông: Kịch bản này hỗ trợ điện toán phân tán và các ứng dụng do AI điều khiển. Các trường hợp sử dụng điển hình bao gồm lái xe tự động có hỗ trợ 6G, phối hợp tự động giữa các thiết bị ứng dụng hỗ trợ y tế, giảm tải tính toán nặng trên các thiết bị và mạng, tạo và dự đoán bản sao số, robot tương tác hỗ trợ 6G, … Các kịch bản cần hỗ trợ lưu lượng truy cập cao, độ trễ thấp và độ tin cậy cao.

Ngoài ra, kịch bản sử dụng còn bao gồm một loạt các khả năng mới liên quan đến việc tích hợp AI và khả năng tính toán vào 6G, như: thu thập và xử lý dữ liệu từ các nguồn khác nhau; đào tạo mô hình AI phân tán; chia sẻ mô hình và suy luận phân tán trên các hệ thống IMT; sắp xếp, liên kết tài nguyên tính toán.

Cảm biến và truyền thông tích hợp (ISAC): Cảm biến như một dịch vụ mạng sẽ trở thành hiện thực, cung cấp nhiều lựa chọn hơn cho thị trường cũng như thúc đẩy các ngành có liên quan. Các trường hợp sử dụng như chụp ảnh môi trường xung quanh, lập bản đồ, nhận dạng cử chỉ và hoạt động, phát hiện và theo dõi mục tiêu, giám sát và điều hướng an ninh, thậm chí cả phúc lợi xã hội như giám sát thảm họa đều có thể được hỗ trợ bởi 6G. Điều này làm cho ISAC trở thành một kịch bản sử dụng hấp dẫn. [3]

Các chỉ số năng lực của 6G

Khuyến nghị xác định 15 chỉ số năng lực (đặc tính). So với 5G, các chỉ số IMT-2030 được chia thành hai loại, gồm các đặc tính nâng cao cho IMT-2020 và các đặc tính mới hỗ trợ các kịch bản sử dụng mở rộng của IMT-2030. Các đặc tính nâng cao cho IMT-2020 bao gồm (9 chỉ số): (1) tốc độ cao nhất, (2) tốc độ trải nghiệm người dùng, (3) hiệu suất phổ, (4) mật độ lưu lượng truy cập khu vực, (5) mật độ kết nối, (6) tính di động, (7) độ trễ, (8) độ tin cậy, (9) hiệu suất phục hồi bảo mật và quyền riêng tư.

Các đặc tính mới hỗ trợ các kịch bản sử dụng mở rộng của IMT-2030 (6 chỉ số) bao gồm: (1) phạm vi phủ sóng, (2) chỉ số liên quan đến nhận thức, (3) chỉ số liên quan đến AI, (4) chỉ số hiệu suất bền vững, (5) khả năng tương tác, (6) chỉ số về định vị.

Tốc độ cao nhất: Là tốc độ dữ liệu tối đa mà mỗi thiết bị có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng, lớn hơn tốc độ tương ứng của 5G. Khuyến nghị đưa ra các giá trị 50, 100 và 200 Gbps làm ví dụ.

Tốc độ trải nghiệm người dùng: Là tốc độ dữ liệu có thể được các thiết bị di động cung cấp ở mọi nơi trong toàn bộ vùng phủ sóng. Khuyến nghị đưa ra các giá trị 300 Mbps và 500 Mbps làm ví dụ.

Hiệu suất phổ: Đề cập đến thông lượng dữ liệu trung bình trên mỗi đơn vị phổ tài nguyên. Khuyến nghị đưa ra mục tiêu là cao hơn 1,5 lần và 3 lần so với 5G.

Mật độ truyền thông khu vực: Là tổng lưu lượng truyền thông mà một đơn vị diện tích có thể cung cấp. Khuyến nghị đưa ra các giá trị 30 Mbps/m2 và 50 Mbps/m2 làm ví dụ khả thi.

Mật độ kết nối: Tổng số kết nối và/hoặc thiết bị có thể truy cập trên một đơn vị diện tích. Mục tiêu cho mật độ kết nối từ 1 triệu đến 100 triệu thiết bị trên mỗi km vuông.

Tính cơ động: Mục tiêu nghiên cứu đưa ra là 500-1000 km/h.

Độ trễ: Là thời gian từ khi mạng không dây gửi gói dữ liệu đến khi đích nhận được. Mục tiêu độ trễ được đưa ra trong Khuyến nghị là 0,1 – 1 mili giây.

Độ tin cậy: Độ tin cậy liên quan đến khả năng truyền thành công dữ liệu. Mục tiêu độ tin cậy được đưa ra trong Khuyến nghị là 99,999% - 99,99999%.

An ninh, quyền riêng tư và khả năng phục hồi: Bao gồm duy trì tính bảo mật, tính toàn vẹn và tính sẵn sàng của thông tin, bảo vệ thông tin cá nhân và khả năng mạng/hệ thống tiếp tục hoạt động bình thường trong và sau các xáo trộn tự nhiên hoặc do con người gây ra.

Vùng phủ sóng: Đề cập đến khả năng cung cấp cho người dùng quyền truy cập vào các dịch vụ trong khu vực dịch vụ được yêu cầu.

Định vị: Độ chính xác định vị được đưa ra trong Khuyến nghị là 1-10 cm.

Các khả năng liên quan đến cảm biến: Khả năng cung cấp các chức năng cảm biến trong giao diện vô tuyến, bao gồm ước tính khoảng cách/tốc độ/góc, phát hiện mục tiêu, định vị, chụp ảnh, lập bản đồ,…

Khả năng liên quan đến AI: Đề cập đến khả năng cung cấp các chức năng nhất định để hỗ trợ các ứng dụng AI của 6G, bao gồm xử lý dữ liệu phân tán, đào tạo phân tán, tính toán AI, thực thi mô hình AI, ...

Tính bền vững: Đề cập đến khả năng giảm thiểu phát thải khí nhà kính và các tác động môi trường khác của mạng lưới và thiết bị trong suốt vòng đời. Các yếu tố quan trọng bao gồm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, tối ưu hóa tuổi thọ, tái sử dụng và tái chế thiết bị…

Khả năng tương tác: Để có thể thực hiện các chức năng giữa các thực thể khác nhau của hệ thống.

Kết luận

6G sẽ hiện thực hóa kết nối giữa con người, máy móc và vạn vật; hiện thực hóa liên kết giữa thế giới thực và thế giới ảo; hy vọng ​​sẽ tích hợp các khả năng như nhận thức và AI vào mạng. Người dùng và ứng dụng 6G xuất hiện các xu hướng chính như: phổ dụng thông minh hóa, phổ dụng tính toán, truyền thông đa phương tiện và đa giác quan, cặp song sinh kỹ thuật số và thế giới mở rộng, công nghiệp thông minh, y tế và sức khỏe số, kết nối phổ biến, hợp nhất của nhận thức và giao tiếp, tính bền vững, … Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức phải đối mặt để hiện thực hóa tầm nhìn trên. [4]