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通信的未来研究方向,究竟在哪里?

2019-12-03
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大家好,我是小枣君。


前几天,我参加了在四川成都举办的第二届CICC中国信息通信大会。


这个大会是由中国通信学会主办的,相对于MWC和PT展来说,更具学术色彩。与会的嘉宾,基本上都是ICT领域的权威,各大研究机构和高校的专业带头人。嘉宾们分享的内容也都是最新的研究成果,或者各大标准组织最新的会议进展,满满的干货。


通过在现场的聆听,小枣君有很大的收获,今天迫不及待地来给大家韶一韶。


今天的话题,将围绕“通信的未来研究方向”展开。


这个话题听起来很大很远,但是,实际上是目前最值得我们思考的问题之一。


众所周知,我们现在处于5G的起步时期。同时,我们也处于一个空前的“迷茫”时期


我们刚刚推出的5G通信标准,堪称有史以来最强的一代标准,也是最让人“纠结”的一代标准。

从诞生之日起,围绕它的发展前景就充满了争议和质疑。

很多人认为5G是巨大的创新和突破,将开创“万物互联”的全新时代。但是,不少人认为,5G没有实质性的技术创新,也没有找到真正的需求痛点,它很可能遭遇失败。


在这样的争论背景下,人们不免更为焦虑——

5G尚未得到验证,现在又急于确认方向,那么,下一代通信标准,究竟该何去何从?除了移动通信之外,包括互联网在内的整个通信技术的未来研究方向,又在何方?


在这次大会上,很多专家学者都表达了自己对上述问题的看法。“未来在哪里”,也成为了大会的“隐藏主旨”。

根据我的所见所听所想,我把专家们的意见整理为以下几个方面:



1、简单or复杂


未来方向的选择一般有两个原则,一是满足未来需求,而是解决现有问题。

专家们对当前通信网络的最大意见,在于“不断提升的复杂”。


随着时代的发展,通信网络技术也在不断发展。总体的趋势,是变得越来越庞大,越来越复杂,熵增效应明显。


每次工程师们在鼓吹新技术的时候,都会说这些技术会让我们的网络更加简单,更加容易维护。可是事实上,新技术往往带来更加复杂的组网,更加复杂的协议,更加复杂的业务流程。


邬江兴院士在主题演讲时,就直接对现在流行的虚拟化技术提出了质疑。

他认为,“靠虚拟化技术繁荣网络功能终究不可持续”,“网络业务的发展,使得网络功能已不能与之完全解耦”,“核心路由器复杂度剧增,软件代码量超过1亿行,已完全背离互联网发展初衷”。句句振聋发聩,引人深思。


难道不是吗?


技术的发展是源于需求的,也许你会说,是用户的需求越来越多,所以网络越来越复杂。可是,扪心自问,我们所开发的技术,有多少是真正源自用户需求?又有多少是“假设”出来的需求?新增的代码,100%是必要的吗?


实际上,现在更多企业在做的事情,是创造需求,创造复杂度,创造工作量。原因不言自明,美其名曰“为了行业的发展”。

发展到现在,我们的通信网络就是一个体积无比巨大、架构无比复杂的怪物。

面对这样一个怪物,如何让它瘦身,就是一个重要的技术发展方向。


于是,研究机构和个人提出了至简网络,或者智简网络、极简网络,并将此作为自己的研究方向。


想要做到网络至简,一方面是基础功能极简化,另一方面是网络层级扁平化。专家们不约而同提到了AI人工智能技术对至简网络的必要性,认为AI是网络瘦身的一次机遇。


此外,运营商鼓足勇气和魄力,加快落后技术的淘汰,也是创造至简网络的一个关键因素。



2、异构网络的挑战


提到网络的复杂,除了内部组网和功能的复杂之外,最重要的“帮凶”其实是异构网络,甚至超异构网络。


什么是异构网络?简单来说,一种技术标准搞不定,同时采用多种技术标准,满足多样化需求,就是异构网络。例如我们现在采用2G/3G/4/5G,甚至加上Wi-Fi、蓝牙,提供多种接入技术的网络,就是异构网络。


异构网络本身是一个褒义词,代表网络的多样性,什么都能支持,大小通吃。而且异构网络对于频谱效率的充分利用,是有帮助的。


但是,它带来的后果,就是大幅增加了网络的复杂度,以及网络的维护难度。就有点像一个国家的军队,如果使用了多种制式口径的武器,那么对它的后勤就是一场噩梦,一样的道理。


异构网络还会大幅提升通信系统的能耗,这也是很致命的缺陷。


通信技术的发展,未来是否可以通过一种统一的接入技术,融合所有的制式标准呢?承载网和核心网,是不是也可以“去异构化”呢?

与会的专家,就有提出这样的设想。他们认为,这是可行的,也是非常值得研究的方向。


这里顺便提一下,有专家提出,6G可能会研究“频谱灵活共享技术


我们知道,现在有很多种接入技术,不同的接入技术使用不同的频谱。我们传统的频谱分配模式,是固定划分,也就是指定频谱给指定的对象。


这种模式,导致频谱资源被强行分割占用。但实际上,使用对象对频谱的利用率是不平衡的。很多频段,利用率不足10%。


于是,就提出了“频谱灵活共享技术”。就是说,频谱资源动态占用,某一使用对象可以灵活使用空闲的频谱,也可以使用非授权频谱(类似LTE-U),多个运营商多制式共享频谱(5G的用2/3/4G的,或者电信5G用联通5G频段,刚好符合电联共建)。


这确实为解决频谱资源不足问题提供了一个很好的思路。


3、天线射频的究极形态


小枣君以前给大家科普过,频率×波长=光速。我们移动通信使用的频率,正在不断变得更高,从800M、900M到1800M、1900M,然后现在是Sub-6G的2600M,3500M,马上进入毫米波。未来6G,又要进入太赫兹领域。


那么,波长不断减小,从毫米到微米,甚至更小,我们的天线形态,会往什么方向发展呢?


有专家提出一个概念——超表面。


具体来说,是用于光束转向的等离子表面散射元件和超表面。天线的电磁特性动态可调,可以有效用于太赫兹频段的信号收发,还可以用于隐身、成像。


具体的描述可以参考下面的PPT:


结合今年爱立信展示的“胶带天线”,还有日本厂家提出的“玻璃天线”,相信以后的天线形态一定会有进一步的变化。也许整面墙刷的涂层,整个建筑的外立面玻璃,都是天线也说不定。


4、确定性时延


本次大会上,有多位专家反复提到了时延。


我们知道,5G的众多特性里面,就包括一个“低时延”。5G号称能做到1ms的时延,远远低于4G。


但是专家认为,时延这个值并不是单纯追求低,更重要的是,应该追求“确定性时延”


确定性时延,是指时延值处于一个稳定的状态。也就是说,你的时延可以是10ms,但必须保证能在10ms上下很小的范围内波动,不能一会10ms,一会突然跳一个50ms。


大部分场景,其实追求的并不是极低的时延,而是时延的稳定性。例如远程手术和远程驾驶,如果出现时延抖动,后果将是致命的。


有一位专家就说:“谁能掌握确定性时延,谁就掌握了市场的主动权。”(类似这个意思,表明了确定性时延的重要性吧。


5、柔性网络


柔性网络也是本次大会的热词。

所谓柔性网络,简单来说,就是网络软件化、服务软件化,根据不同的业务场景,提供不同的网络能力。此前的运营商网络,都是刚性网络,网络架构和网元设备封闭、资源分散、无法快速配置。


其实柔性网络并不是新词,NFV/SDN其实就是柔性网络的一种实现方式。


专家认为,柔性网络的需求相比以往更加迫切。现有网络柔性不足,影响了业务的快速部署,也影响了用户需求的快速响应。一张可感知、可重构、可演进的柔性网络,更加关注上层应用的表现,更符合未来的用户需求。传统SDN更关注网络底层。


和柔性网络类似的说法,是邬院士提到的“全维可定义”,即软件定义功能编排、软件定义多模态转发、软件定义多模态路由。通信网络的一切,皆可软件定义。


6、内生安全


安全的重要性不用多说,本次大会关于安全的内容占了不小的比例。


相比传统的安全防御,这次更为强调的是内生安全。传统安全是“外生”安全,立足于边界保护,修“围墙”。内生安全则强调信息系统的安全体系必须具有自我免疫、内外兼修、自我进化的特点。

目前的网络安全,主要面对四个难题:软硬件设计缺陷导致的安全漏洞;全球化时代开放式的产业生态,导致系统后门无法彻底管控或清除;系统软硬件代码问题难以穷尽和彻查;软硬件产品的安全性无法从源头加以控制。


现有系统设计的主题思想是面向性能,缺乏安全性分析和设计,没有建立安全指标量化体系,加之结构设计对软件开发者不开发,导致系统在构建时,就存在一些错误的安全架构。


说白了,系统在设计的时候,就没有做好安全的防护。


而内生安全,就是强调在系统设计时,将“免疫系统”设计进去,具备免疫能力,消灭各种风险。


邬院士认为,内生安全是新一代IT/ICT/ICS/CPS等技术的标志性功能。



7、AI


最重要的,也是最公认的未来方向,就是AI人工智能。


所有专家都认为AI是未来网络不可缺少的组成部分。和上面的安全内生一样,有专家提出了“智慧内生”、“网络智慧化”,也就是说,网络自身就整合了AI,具有AI大脑。


电信领域是目前最大的AI细分市场。根据预测,到2025年,全球电信行业对人工智能软件、硬件和服务的投资,预计将达到367亿美元。


5G时代,移动通信网络和AI的连接将更为紧密。一方面,电信网络和终端将产生大量的数据,为AI挖掘分析提供数据源、学习样本。另一方面,通信网络各个层级(云、边缘、端)可以为AI提供算力资源。此外,通信网络很多场景,都非常适用于AI建立学习模型,便于AI快速落地。


目前业界对网络智能化能力也进行了像车联网无人驾驶一样的分级,也是一共6级,分别是:


L0、无智能辅助
L1、初级智能辅助
L2、高级智能辅助
L3、网络部分自治
L4、网络高度自治
L5、网络完全自治


达到L5的话,将实现网络操作无人化,完全凭意图驱动。


目前AI在移动通信网络中落地最快的是维护和优化方面的工作。例如:
借助AI技术,优化无线网络参数,提升无线资源利用率,提升网络容量。
借助AI技术,预测用户运动轨迹和业务行为,优化内容缓存策略,提升用户感受。
借助AI技术,管理Massive MIMO天线阵列,快速适应变化,提升接入体验。
借助AI技术,对切片资源进行管理,使切片配置自动化、帮助切片故障快速自愈恢复、提升切片性能等。
借助AI技术,动态调节设备工作功率,控制设备能耗。
……

AI的落地场景举例

正因为AI的价值非常明显,所以各大设备商和运营商现在都在投入大量精力在AI落地上。今天所说的这些方向里,AI可以说是最明确的发展方向了。



除了上述方向之外,还有算力内生、标识寻址、天地一体化数字孪生等等概念,本次大会都有提及。限于篇幅,无法一一介绍,后续将通过专题进行说明。


总而言之,通过专家们的分享,小枣君的脑海里对通信技术未来的发展方向有了一个大致的了解。需要强调的是,会议毕竟是学术讨论和分享,很多内容和概念只是一个想法,并不一定是对的。如果是确定性的,那就不是想法,而是规划了。


今后,也许会有新的想法诞生,也可能有想法会被验证是错误的。咱们不能盲目相信,更不能盲目跟随或者炒作。


好了,今天的内容就到这里,干货比较多,欢迎大家在留言中分享自己的看法,大家一起交流讨论!


谢谢大家!



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