通信的未来研究方向

姓名：陈博伟

学号：19021210926

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嵌牛导读：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。

嵌牛鼻子：通信

嵌牛提问：通信的未来研究方向到底在哪儿？

嵌牛正文：

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“不断提升的网络复杂度”。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。有一位专家就直接表示了：“谁能够掌握确定性时延，谁就能掌握市场的主动权。”（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。