Mạng 6G và các xu thế trong tương lai

Hiện tại, chỉ một số ít người dùng trên thế giới được sử dụng mạng 5G còn phần lớn vẫn đang sử dụng mạng 4G hoặc 3G. Tuy nhiên, đã khá nhiều nước bắt đầu chuẩn bị cuộc đua về công nghệ mạng 6G. Theo chu kỳ, mỗi thế hệ mạng mới thường được triển khai sau mỗi 10 năm, mạng di động thế hệ thứ 6 (6G) được dự đoán sẽ được đưa vào khai thác thương mại vào năm 2030.

Nếu như mục tiêu của mạng 5G là gắn kết tất cả các lĩnh vực kinh tế - xã hội, nhằm xây dựng hệ sinh thái thông tin mà trung tâm là người dùng nhưng do hạn chế về công nghệ, mạng 5G vẫn còn nhiều giới hạn về truyền thông như độ cao, độ sâu, độ rộng thì mục tiêu của mạng 6G là giải quyết các hạn chế của mạng 5G, hướng tới khả năng kết nối không gian - khí quyển - mặt đất - dưới biển.

Các ứng dụng tiềm năng của mạng 6G

Trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ được tích hợp vào hệ thống mạng 6G [3]. Tất cả các thành phần mạng như các thiết bị vật lý, xử lý tín hiệu, quản lý tài nguyên, dịch vụ kết nối sẽ được hợp nhất và quản lý sử dụng AI. Nhờ đó, các vấn đề như chuyển đổi số, công nghiệp 4.0 sẽ được thúc đẩy phát triển. Một số viễn cảnh của các ứng dụng tiềm năng của mạng 6G bao gồm:

Xã hội siêu thông minh (Super-Smart society): nhà thông minh sẽ được triển khai rộng rãi khi các thiết bị thông minh đều có khả năng kết nối và điều khiển từ xa. Giao thông thông minh với hệ thống điều khiển, xe tự hành, taxi bay có thể được triển khai dựa trên công nghệ mạng 6G. Thành phố thông minh được xây dựng dựa trên các hệ thống giám sát môi trường, hệ thống điều khiển tối ưu năng lượng nhằm nâng cao mức sống của người dân.

Internet của mọi thứ (Internet of Everything - IoE): mạng 6G ngoài việc đảm bảo kết nối với số lượng lớn các thiết bị như máy tính, sensor, và mọi loại thiết bị vật lý, còn đảm bảo tích hợp 4 thành phần quan trọng là dữ liệu, con người, quy trình và thiết bị vật lý thành một thể thống nhất. IoE sẽ là thành phần quan trọng để xây dựng xã hội thông minh bao gồm ô tô thông minh, công nghiệp thông minh, sức khoẻ thông minh.

Thực tại ảo mở rộng (Extended reality - XR): XR là bước tiếp theo của thực tại ảo (VR), thực tại ảo tăng cường (AR) và thực tại ảo hỗn hợp (MR). Ngoài việc các đối tượng được mô phỏng 3D và điều khiển AI, trải nghiệm người dùng sẽ được hỗ trợ bởi cả 5 giác quan nghe, nhìn, khứu giác, vị giác, xúc giác thông qua các sensor. Với băng thông tốc độ và ổn định cao, độ trễ thấp, mạng 6G sẽ đảm bảo chất lượng của trải nghiệm người dùng.

Giao diện bộ não và máy tính (The Brain-Computer Interface - BCI): nhằm mục tiêu điều khiển thiết bị, đặc biệt là các thiết bị trong nhà hoặc trong hệ thống y tế. BCI sẽ thu nhận các tín hiệu từ bộ não và chuyển đến các thiết bị số, phân tích và diễn dịch tín hiệu thành các lệnh điều khiển thiết bị. Các đặc tính của truyền thông không dây của mạng 6G cho phép thiết lập hệ thống BCI trong cuộc sống hàng ngày.

Các công nghệ xây dựng mạng 6G

Mô hình kiến trúc mạng 6G

Mạng 6G sẽ có thay đổi đột phá về mặt kiến trúc với thành phần như sau:

Tích hợp mạng vệ tinh: cho phép mạng 6G khả năng di động toàn cầu. Việc tích hợp mạng mặt đất, mạng vệ tinh, vệ tinh quỹ đạo tầm thấp, máy bay, thiết bị bay không người lái trở thành hệ thống mạng di động duy nhất là một đặc tính nổi trội của mạng 6G. Việc tích hợp các thiết bị truyền thông ở các tầng không gian khác nhau sẽ xây dựng thành mạng siêu kết nối 3D khắp nơi, bao gồm vũ trụ - không gian - mặt đất - dưới biển.

Kết nối thông minh: là một tiêu chuẩn mới của mạng 6G so với các mạng di động thế hệ trước. Mạng 6G sẽ chuyển đổi và nâng cấp kết nối thông thường thành kết nối thông minh. Công nghệ AI sẽ được thâm nhập, trải khắp trong quá trình truyền thông, điều khiển và quản lý các tầng mạng.
Tích hợp truyền thông tin và năng lượng: mạng 6G không chỉ cho phép truyền thông tin mà còn truyền năng lượng không dây nhằm sạc các thiết bị, như điện thoại di động, các sensor. Các công nghệ truyền năng lượng không dây (Wireless power transfer - WPT) sẽ được tích hợp vào hệ thống.

Các thách thức của mạng 6G

Mạng 6G với mục tiêu đem lại băng thông tốc độ cao, độ phủ khắp nơi và thông minh hơn. Có rất nhiều bài toán kỹ thuật cần quan tâm nghiên cứu, tuy nhiên đồng hành với giải quyết các bài toán kỹ thuật các vấn đề xã hội, chính sách liên quan cũng cần được nghiên cứu và giải quyết thấu đáo.

Suy hao tần số cao: băng thông của mạng có thể được tăng bằng cách tăng tần số và độ rộng giải phổ, tuy nhiên tần số vô tuyến (RF) đã được khai thác gần hết và không đủ đáp ứng yêu cầu về băng thông của mạng 6G. Giải tần THz là một giải pháp về băng thông của mạng 6G. Dải tần THz có thể hiểu là khoảng giữa của sóng điện từ microway và sóng ánh sáng hồng ngoại.

Tần số THz có khả năng cung cấp băng thông lớn, nhưng cũng bị suy hao lớn trong khí quyển. Do vậy cần có sự nghiên cứu để đảm bảo việc truyền thông dải tần THz ở khoảng cách xa. Chúng ta cần các công nghệ và thiết kế cho các thiết bị truyền và nhận tín hiệu tần số THz. Vấn đề này có thể dẫn đến hệ thống mạng 6G yêu cầu mật độ trạm dày đặc hơn, tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Các nhà hoạch định chính sách cần phải suy nghĩ vấn đề cấp phép sử dụng tần số THz. An toàn đối với sức khoẻ cũng là vấn đề cần nghiên cứu trong việc truyền thông băng thông THz.

Ảnh hưởng tới sức khỏe: các tính toán chỉ ra rằng, bức xạ THz là không kích thích vì năng lượng photon không quá lớn, chỉ cỡ khoảng 0.1-12.4 meV [4], năng lượng này chỉ bằng 1/3 mức cường độ năng lượng photon có thể gây ion hóa. Tuy nhiên, các tổ chức có trách nhiệm trong việc đưa ra các tiêu chuẩn nhằm bảo vệ con người khỏi các mối nguy tiềm ẩn của sóng điện từ đến sức khỏe, đặc biệt là đối với mắt và các mô da, cần có các nghiên cứu thử nghiệm để đánh giá.

Mục tiêu truyền năng lượng trong mạng 6G cũng là một vấn đề cần nghiên cứu để giảm thiểu các tác động tới sức khỏe của con người.

Bảo mật thông tin cá nhân: mạng 6G trở nên thông minh hơn, khả năng kết nối rộng rãi hơn nhưng mặt trái sẽ ảnh hưởng đến quyền riêng tư của người sử dụng. Các thuật toán AI cần tương tác với dữ liệu cá nhân nhằm cải tiến chức năng của mạng, thay đổi cấu hình mạng để có thể mang lại chất lượng dịch vụ hoàn hảo cho người dùng, tuy nhiên việc này sẽ làm ảnh hưởng đến việc bảo mật thông tin cá nhân của người dùng. Một giải pháp cho vấn đề này là phát triển hệ thống trung gian có nhiệm vụ chuyển giao dữ liệu người dùng và các thuật toán AI. Hệ thống trung gian có thể được phát triển bởi bên thứ ba tin cậy, độc lập và hoạt động phân tán. Các dữ liệu của người dùng sẽ được ẩn danh trước khi chuyển sang hệ thống tối ưu và điều khiển mạng.

Công nghệ mạng 6G là một cuộc cách mạng lớn so với các thế hệ mạng trước đó, có thể biến các mạng di động ở các quốc gia trở thành một mạng di động duy nhất trên toàn thế giới, như cách chúng ta đã từng biến các mạng di động của các tỉnh, thành phố trở thành một mạng di động của quốc gia.

Tổng hợp theo khoahoccongnghe.vn