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2022/3/20 21:09

中国工程院院士邬江兴:开辟多目标可持续协同发展的6G新范式 打造智联网络新底座

C114通信网  林想

C114讯 3月20日消息(林想)随着5G网络建设加快推进,相关应用开始遍地开花,深入到千行百业。按照移动通信产业“使用一代,建设一代,研发一代”的发展节奏,业界普遍预测6G将在2030年左右商用。

作为6G领域内的行业盛会,第二届“全球6G技术大会”将于2022年3月22日-3月24日线上举办。会议前夕,中国工程院院士邬江兴在接受C114专访时表示,6G作为面向2030年后的智能网联基础设施支撑技术,需要变革移动通信领域基本发展模式,开辟支持多目标可持续协同发展的新范式,提供演进与变革可共生共存的多模态网络新环境,打造具备广义功能安全特性的智联网络新底座。

此外,邬江兴建议,我国6G研究应继续保持在内生安全、多模态网络等技术上的优势,为标准制定布好局;同时要敢于提出新理论,开辟新领域,探索新路径,在独创、独有上下功夫,为我国能够引领6G发展积淀力量。

6G愿景:开辟支持多目标可持续协同发展新范式

俗话说,4G改变生活,5G改变社会。那么6G又将带来怎样的改变?

从目前已知信息来看,6G速率可以达到5G的50倍左右,因此可以有更丰富多样的应用场景需求与挑战,覆盖范围更广,甚至可以实现空天地连接,更高速率可以实现跨界融合与场景的智联等。

不难判断,6G技术将改变世界!然而6G技术未来要想更好地使能智慧世界,必须有明确清晰的发展愿景。邬江兴院士表示,6G作为面向2030年之后的智能网联基础设施重要支撑技术,不能再继续传统的追求覆盖、带宽、延迟等单项技术指标跃升的道路,必须探索和开辟技术性能、成本投入、能源消耗、安全可靠、持续高效等多目标可持续协同发展的新范式。

“事实上,无论是中国,还是美国、欧洲和日本,在所发布的6G愿景中,都强调将通信、安全、能耗、服务、效益等多个目标同步提升和优化。”邬江兴指出。

具体来看,美国国家科学基金会面向NextG网络系统发起RINGS项目计划,强调发展网络弹性,包括安全性、适应性、自主性和可靠性等;北美6G联盟提出的北美第一个6G愿景中,也包含信任、安全和弹性,以及成本效益和可持续性;欧盟6G旗舰项目Hexa-X确定的主要研究挑战中包括智能连接、多网聚合、可持续性,以及网络运营弹性和安全性等;日本通信部发布的B5G发展战略提出2030社会愿景是可靠的、包容的和可持续的,B5G/6G需要实现超低功耗、自治、可扩展、超安全性和弹性。我国IMT-2030(6G)推进组2021年发布的《6G网络架构愿景与关键技术展望》、《6G网络安全愿景技术研究报告》等系列白皮书也同样总结了智慧内生、安全弹性自治、绿色节能、可持续发展等总体愿景。

邬江兴院士认为,6G将融合IT、CT、OT、DT、ST和AI等多领域、多方面理论与技术,体系化考虑底层智联网络与上层智能应用服务关系,科学融合使用计算、存储、网络、接入、传输等分布式多元化资源,变革依赖少数标志性接入技术“裸奔”、网络与业务“解耦”、基于先验知识的“补丁”式安全措施等传统发展范式,为构建具有内生安全功能特质的弹性化、可信赖/可扩展的6G基础设施提供理论和技术供给。

6G网络:构建演进与变革可共生共存多模态网络新环境

业内预测,未来6G业务将呈现出沉浸化、智慧化、全域化等新发展趋势,进而形成沉浸式云XR、全息通信、感官互联、普惠智能、通信感知等业务应用,带来更加丰富多彩的社会生活场景。

“6G网络多样化的业务需要多元化的网络技术支撑。”邬院士强调,6G网络必须建立网络技术体制与支撑环境相分离的发展范式,建立多模态网络环境,使得在同一技术物理环境内通过多模态网络模式从根本上提升6G基础设施对不同应用场景的适应性,满足各种垂直行业无论是“网络与业务分离”、“业务与网络强相关”,还是“多元化网络及服务本身就是其内在的应用场景”、“需要在不失共性服务的情况下提供可自定义的服务”或“干脆拒绝一元化的网络设施和服务”等高性能、高效能、高安全、高可用、个性化、可自定义应用等服务的需求,从根本上满足网络智慧化、多元化、高安全、高鲁棒、高效能的业务需求。

“网络技术体制与支撑环境分离”则是邬院士提出的网络第四发展范式的基本思维视角,其方法论称之为多模态网络环境(Polymorphic Network Environment, PINE),又称“网络之网络(Network of Network)”,其实践规范是“网络物理层环境必须具有可重构、自定义、多元化、内生安全、资源共享等属性,且与承载之上的具体网络技术体制弱相关。

作为支持多元化或多样化网络体制共生共存、演进与变革兼容并蓄、可融合发展的一种“网络之网络”,既能保障各种网络制式及相关业务的自持发展,又能实现多元化网络体制的智能、高效、安全一体化部署和管理。其能力坐标体系体现在三个方面:

一是全维可定义的网络基线能力是实现“支撑环境与技术体制分离”的基础;

二是在PINE中植入基于动态异构冗余的内生安全结构,将“未知的未知”安全威胁转变为“已知的未知”之可靠性事件;

三是多模态网络环境支持各种用网需求以网络模态的形式在统一的物理网元设施上动态加/卸载或运行,按照模态自定义的软硬件组态、业务特点、运维规范和安全策略等进行处理,实现多种网络模态在同一技术物理环境内的共生共存、独立演进与变革、模态间安全隔离和内生的安全防护功能等。

6G安全:打造具备广义功能安全特性智联网络新底座

没有网络安全,就没有国家安全。的确如此。未来6G不仅可以为用户带来更加身临其境的极致体验,满足人类多重感官、情感和意识层面的交流互通需求,还可以广泛应用于娱乐生活、医疗健康、工业生产等领域,助力我国各行业的数字化转型升级,满足未来智能社会的各种应用需求。6G时代,人们面对的不仅仅是一个简单的万物互联社会,而是一个丰富多彩的智能世界,谁在这个时代能够把握住安全能力,谁就能避免被降维打击。那么,6G网络安全体系又将如何构建?

邬江兴院士认为,在当前世界各国关于6G愿景、需求和关键技术的初期探讨中,安全、弹性、可持续性等受到了异乎寻常的重视。面向人机物三元融合的世界,6G需对移动通信网络安全内涵和外延做出新的拓展,要求在注重传统信息安全机密性、完整性、可用性和隐私保护基础之上,还需特别重视6G网络的广义功能安全(Safety & Security),以便能有效应对“高强度网络战”对数字基础设施的“致瘫致乱”攻击。

广义功能安全其本质是传统功能安全(可靠性)概念在网络攻击条件下的拓展和延伸。如果目标系统内部既存在传统可靠性扰动影响,如随机性失效、系统故障等功能安全问题,也存在基于目标系统软硬件漏洞后门等的网络攻击扰动影响,则称之为广义功能安全问题。相应的有,如果存在一种鲁棒或柔韧性构造模型,既能在随机性因素扰动下保持给定模型功能在设定的可靠性范围内,也能在基于模型内软硬件漏洞后门等网络攻击作用下保证模型功能的安全性在可量化设计与验证度量的阈值内,则称该模型具有结构决定的广义功能安全性。

邬江兴院士介绍,我国在2013年就首创了网络空间内生安全理论及拟态防御方法,发明了具有广义鲁棒控制机制的动态异构冗余架构DHR,是迄今为止全球唯一不依赖(但不排斥)先验知识和附加防御手段的内生安全架构。实践证明,能对基于软硬件设计缺陷的网络攻击理论与方法产生颠覆性影响,被誉为“改变游戏规则”的革命性技术。

尤其是我国近年来基于可重构智能表面(RIS)提出的无线内生安全理论与方法,能将抗干扰、通信和安全统一在一体化架构下。利用RIS提供的精细化感知和实时重构无线信道的能力,通过人工塑造无线环境,主动定制改造无线内生安全属性,进一步丰富、放大、加速电磁环境的随机性、异构性和动态性。在信号层(物理层)实现对抗无线广义不确定扰动的无线通信广义鲁棒控制,实现功能安全和信息安全一体化设计,形成6G无线内生安全新范式的实践规范。

广义功能安全属于网络空间相关技术的赋能技术,具有广泛的兼容性与开放性,横向上能够与传统外挂式安全防护技术或体系融合形成协同防御,纵向上能够与智能网联基础平台之上其它安全防护技术或体系融合形成纵深防御。

6G研究:立足自身优势,持续开放联合

当前,全球6G发展尚处于早期阶段,在6G研究技术上保持开放思维,包容各方有益观点。中国通信标准化协会副理事长兼秘书长闻库公开强调,在6G技术预研中多种树,切勿操之过急开始砍树,不宜对6G技术路线过早盖棺定论,避免影响6G创新发展。

实际上,从2017 年起,邬江兴院士团队在新发展范式研究方面已经做出了一些引领潮流的探索。中国科学出版社和德国 Springer 出版社先后发行了《网络空间拟态防御导论》《网络空间拟态防御原理—广义鲁棒控制&内生安全》《 Cyberspace Mimic Defense—Generalized Robust Control and Endogenous Security》《网络空间内生安全—广义鲁棒控制&拟态防御》4套理论专著。已申请国际/国内专利超过 300 项,8项核心专利已获授权。关于网络空间内生安全发展范式、网络技术体制与支撑环境分离的发展范式以及6G无线内生安全的一些观点已在《Science China: Information Sciences》《China Communications》《通信学报》《电子学报》《信息安全学报》等权威期刊和学术会议上发表。

据邬江兴院士介绍,在国家重点研发计划网络空间安全重点专项项目资助下,目前网络空间内生安全的发展围绕网络通信领域形成了从硬件到软件、从构件到系统、从技术到应用的全链条布局,为学科方向的创新发展奠定了坚实基础,也形成了包括支撑技术、共性基础技术、网络信息基础设施、工业控制与大数据、芯片、网络服务应用等领域的系列应用技术。近期研制的“多天线无线内生安全物联网基站原理验证系统”成果入选参加“南京创新周“黑科技”产品/技术展”,研制的“5G无线内生安全基站原理验证系统”、“5G内生安全核心网系统”、“5G信令防护系统”将在网络空间内生安全联盟发展大会上进行成果发布。

同时,在国家重点研发计划宽带通信和新型网络重点专项项目资助下,创新发展技术体系与支撑环境分离的多模态网络,研制了多模态网元设备、多模态寻址路由系统等,研发了业界首个多模态智慧网络原理平台,实现了同一网络基础设施中5种不同模态的共生共存。预计于2022年底,在粤港澳大湾区构建跨区域真实多模态试验网,覆盖3个城市,覆盖不少于35个真实网络节点,支持不少于6种网络模态,开展不少于8种网络试验和应用示范。

采访的最后,邬江兴院士建议,我国6G研究应继续保持在内生安全、多模态网络等技术上的优势,加快推进新技术落地工作,学术和产业界应秉持开放、包容的态度加大与ITU3GPP等移动信息领域国际标准组织和平台的合作,为标准制定布好局,同时要敢于提出新理论,开辟新领域,探索新路径,在独创、独有上下功夫,为我国能够引领6G发展积淀力量。

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