Mạng 6G: Xu thế của tương lai

Lịch sử phát triển của mạng di động

Theo chu kỳ, mỗi thế hệ mạng mới thường được triển khai sau mỗi 10 năm, mạng 6G được dự đoán sẽ được đưa vào khai thác thương mại vào năm 2030.

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. Vậy công nghệ mạng 6G là gì?

Băng thông tốc độ cao, độ phủ khắp nơi và thông minh hơn

Trong khi tốc độ mạng 5G đạt tới 20 Gbps thì mạng 6G hướng tới tốc độ Tegabit (Tbps) nhanh hơn cỡ vài trăm đến vài nghìn lần mạng 5G. Tuy nhiên, mục tiêu của mạng 6G không phải chỉ ở tốc độ, mà còn nhằm giải quyết các vấn đề còn tồn tại của mạng 5G và hướng tới giải quyết các yêu cầu của tương lai.

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. Mặc dù được coi là mạng của Internet vạn vật (IoT) nhưng mạng 5G vẫn còn khoảng cách khá xa để đạt được tính phổ quát khắp nơi (ubiquitous). Về không gian truyền thông, mạng 5G hạn chế truyền thông trong độ cao cỡ vài nghìn mét so với mặt đất và ở độ sâu dưới mặt đất, mặt biển.

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. Bốn định hướng chính về kết nối đang được nghiên cứu là: Kết nối thông minh (Intelligent Connectivity), kết nối sâu (Deep Connectivity), kết nối không đồng nhất (Holographic Connectivity) và kết nối khắp nơi (Ubiquitous Connectivity).

Hiện đang có khá nhiều công nghệ tiềm năng, kể cả các công nghệ của tương lai được xem xét đưa vào mạng 6G như truyền thông không dây quang, truyền thông lượng tử, thiết bị bay không người lái, vệ tinh tầng thấp… các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích dữ liệu lớn cũng được đưa vào hỗ trợ mạng 6G nhằm bảo đảm các mục tiêu về chất lượng mạng (QoS).

Các ứng dụng tiềm năng

Trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ được tích hợp vào hệ thống mạng 6G. 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 bảo đảm 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 bảo đảm 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 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 hằng ngày.

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.

Mô hình kiến trúc mạng 6G

Xu thế trên thế giới

Mạng 6G hứa hẹn sẽ số hoá và kết nối toàn thế giới. Nhiều nước đã sẵn sàng cho cuộc đua về nghiên cứu triển khai công nghệ mạng 6G.

Điển hình như Hoa Kỳ: Ủy ban truyền thông liên bang (Federal Communications Commission FCC) cung cấp giấy phép cho các thử nghiệm dải tần từ 95 GHz tới 3 THz. Hội Kỹ sư điện và điện tử (IEEE) và Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) thực hiện các nghiên cứu định hướng cho công nghệ mạng tương lai. Tháng 8 năm 2020, SpaceX vừa phóng vệ tinh Starlink lần thứ 9 nâng tổng cộng khoảng 600 vệ tinh lên quỹ đạo, và bắt đầu thử nghiệm cung cấp dịch vụ Internet vệ tinh ở khu vực Canada và Bắc Mỹ. Nhằm thực hiện tham vọng phủ sóng Internet trên toàn cầu từ vệ tinh, SpaceX sẽ phóng lên quỹ đạo khoảng 12.000 vệ tinh ở độ cao từ 335 km đến 1.325 km. Đến nay, có gần 20 công ty/tập đoàn lớn phát triển chùm vệ tinh.

Phần Lan: Được thực hiện bởi Đại học Oulu, các thử nghiệm mạng 6G bắt đầu được thực hiện từ năm 2018.

Châu Âu (EU): Dự án EU’s Terranova project hướng tới kết nối trên mạng 6G với tốc độ 400 Gbps ở dải tần terahertz.

Hàn Quốc: Tập đoàn LG và Viện Nghiên cứu KAIST hợp tác xây dựng trung tâm nghiên cứu về công nghệ mạng 6G. Tập đoàn Samsung và SK Telecom cùng hợp tác để phát triển công nghệ và mô hình kinh doanh trên mạng 6G.

Trung Quốc: Bộ KH&CN lên kế hoạch với hai nhóm phát triển mạng 6G: Nhóm thứ nhất thuộc Chính phủ Trung Quốc nhằm xây dựng các chính sách thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển mạng 6G; nhóm thứ hai là tập hợp của 37 trường đại học, viện nghiên cứu và công ty tập trung phát triển mảng kỹ thuật của mạng 6G.

Nhật Bản: Chính phủ Nhật Bản đã sẵn sàng 2 tỷ USD hỗ trợ cho doanh nghiệp trong nghiên cứu công nghệ mạng 6G. Tập đoàn NTT và Intel đã ký thỏa thuận hợp tác cùng phát triển mạng 6G.

Chia sẻ tại Hội thảo khoa học “Xu thế phát triển, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thông tin, tự động hóa, robot và vật lý” sáng 26/11 tại Hà Nội, PGS.TS. Phạm Thanh Giang, Phó Trưởng khoa Công nghệ thông tin và Viễn thông, Viện Công nghệ thông tin (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) cho biết, trong việc triển khai các thế hệ mạng di động, Việt Nam thường đi sau thế giới từ 7-10 năm đối với các mạng di động 2G, 3G, 4G. Đối với mạng 5G, chúng ta đã thực hiện các thử nghiệm từ năm 2019, kỳ vọng đưa Việt Nam vào các nhóm nước đầu tiên trên thế giới triển khai mạng 5G, sau các nước như: Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Australia.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn khoảng cách khá xa so với thế giới về năng lực nghiên cứu và triển khai trong lĩnh vực viễn thông bởi thời gian từ việc triển khai thử nghiệm đến khai thác thương mại thường kéo dài trung bình đến 5 năm đối với các mạng di động thế hệ trước.

Đối với mạng 6G, các nước hiện nay đều có cơ hội như nhau về mặt thời gian để có thể dẫn đầu về nghiên cứu, triển khai mạng 6G, nhưng không phải nước nào cũng đủ năng lực về khoa học và công nghệ cũng như tài chính để tham gia cuộc đua ngay từ thời điểm này.

Việt Nam sẽ có nhiều hạn chế nếu tham gia các lĩnh vực yêu cầu đầu tư tốn kém như dự án vệ tinh, các dự án sản xuất chip cho các thiết bị truyền thông THz, truyền thông quang nhưng chúng ta cũng có khá nhiều thế mạnh trong các hướng tham gia sau: Nghiên cứu và sản xuất các thiết bị đầu cuối 6G; Nghiên cứu chuyên sâu trong việc tối ưu, điều khiển trong hệ thống mạng 6G; Nghiên cứu công nghệ AI cho hệ thống quản trị, xử lý dữ liệu trong hệ thống mạng 6G; Nghiên cứu các bài toán an toàn, bảo mật blockchain để giải quyết bài toán an toàn trong hệ thống mạng mới.

Hoàng Giang