Еволюція безпроводових мереж зв’язку від 5G до 6G: Перспектива майбутнього

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023050047

Ключові слова:

6G, IoT, машинне навчання, за межами 5G, хмарні обчислення, блокчейн

Анотація

Індустрія 4.0 значною мірою покладається на штучний інтелект AI (artificial-intelligence) і хмарні обчислення CC (cloud-computing), яким значною мірою допомогла мобільна мережа 5-го покоління (5G). Однак поява 5G розглядається як переломний момент, який радикально змінить поточні глобальні тенденції в безпроводовому зв’язку та життя широких мас населення. 5G передбачає майбутнє, де цифровий і фізичний світи зливаються. Безпроводова комунікаційна мережа 6-го покоління (6G), ймовірно, об’єднає наземний, повітряний і морський зв’язок в єдину уніфіковану систему, яка буде стабільнішою та швидшою, а також зможе об’єднати набагато більшу кількість пристроїв із наднизькою затримкою. Це дослідження має на меті передбачити сценарій, за яким 6G витіснить 5G як домінуючий стандарт безпроводового зв’язку в найближчі роки. Було досягнуто окремих успіхів, але епоха миттєвої глобальної комунікації, миттєвих глобальних обчислень і відсутності затримок ще не настала. В даній роботі досліджуються найбільш значні перешкоди та труднощі, з якими можна зіткнутися при переході від 5G до 6G на шляху до досягнення поставлених високих цілей. Життєво важливою метою «технологій для людства» є покращення послуг для найбільш знедолених людей у світі, і в даній роботі викладено план розвитку мереж 6G, який включає в себе сприятливу технологічну інфраструктуру, перешкоди на шляху, а також напрямки досліджень, які приведуть до поставленої мети.

Посилання

E. J. Oughton, W. Lehr, “Surveying 5G techno-economic research to inform the evaluation of 6G wireless technologies,” IEEE Access, vol. 10, pp. 25237–25257, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3153046.

M. Banafaa et al., “6G mobile communication technology: Requirements, targets, applications, challenges, advantages, and opportunities,” Alexandria Eng. J., vol. 64, pp. 245–274, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.08.017.

L. Liu, M. Shafiq, V. R. Sonawane, M. Y. B. Murthy, P. C. S. Reddy, K. M. N. C. K. Reddy, “Spectrum trading and sharing in unmanned aerial vehicles based on distributed blockchain consortium system,” Comput. Electr. Eng., vol. 103, p. 108255, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2022.108255.

F. A. Dicandia, N. J. G. Fonseca, M. Bacco, S. Mugnaini, S. Genovesi, “Space-air-ground integrated 6G wireless communication networks: A review of antenna technologies and application scenarios,” Sensors, vol. 22, no. 9, p. 3136, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22093136.

S. Upadhye, K. Lokesh, R. P. Kumar, J. Divya, R. Krishnamoorthy, S. Arun, “An enhanced security scheme for protecting sensitive documents in a public cloud environment using a dual encryption technique,” in 2022 8th International Conference on Smart Structures and Systems (ICSSS), 2022, pp. 1–7, doi: https://doi.org/10.1109/ICSSS54381.2022.9782195.

Vijay et al., “Intertwine connection-based routing path selection for data transmission in mobile cellular networks and wireless sensor networks,” Wirel. Commun. Mob. Comput., vol. 2022, pp. 1–9, 2022, doi: https://doi.org/10.1155/2022/8398128.

M. A. Khan et al., “Swarm of UAVs for network management in 6G: A technical review,” IEEE Trans. Netw. Serv. Manag., vol. 20, no. 1, pp. 741–761, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TNSM.2022.3213370.

L. Ismail, R. Buyya, “Artificial intelligence applications and self-learning 6G networks for smart cities digital ecosystems: Taxonomy, challenges, and future directions,” Sensors, vol. 22, no. 15, p. 5750, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22155750.

F. Zhang, Y. Zhang, W. Lu, Y. Gao, Y. Gong, J. Cao, “6G-enabled smart agriculture: A review and prospect,” Electronics, vol. 11, no. 18, p. 2845, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/electronics11182845.

A. R. Chishti et al., “Optically transparent antennas: A review of the state-of-the-art, innovative solutions and future trends,” Appl. Sci., vol. 13, no. 1, p. 210, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/app13010210.

D. Prashar et al., “SDSWSN—a secure approach for a hop-based localization algorithm using a digital signature in the wireless sensor network,” Electronics, vol. 10, no. 24, p. 3074, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/electronics10243074.

J. Asim et al., “Blockchain-based multifactor authentication for future 6G cellular networks: A systematic review,” Appl. Sci., vol. 12, no. 7, p. 3551, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/app12073551.

M. R. Mahmood, M. A. Matin, P. Sarigiannidis, S. K. Goudos, “A comprehensive review on artificial intelligence/machine learning algorithms for empowering the future IoT toward 6G era,” IEEE Access, vol. 10, pp. 87535–87562, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3199689.

S. Alraih et al., “Revolution or evolution? Technical requirements and considerations towards 6G mobile communications,” Sensors, vol. 22, no. 3, p. 762, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22030762.

T. Q. Duong, J. A. Ansere, B. Narottama, V. Sharma, O. A. Dobre, H. Shin, “Quantum-inspired machine learning for 6G: Fundamentals, security, resource allocations, challenges, and future research directions,” IEEE Open J. Veh. Technol., vol. 3, pp. 375–387, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/OJVT.2022.3202876.

A. Heidari, N. J. Navimipour, M. Unal, “Applications of ML/DL in the management of smart cities and societies based on new trends in information technologies: A systematic literature review,” Sustain. Cities Soc., vol. 85, p. 104089, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.scs.2022.104089.

S. K. Pattnaik et al., “Future wireless communication technology towards 6G IoT: An application-based analysis of IoT in real-time location monitoring of employees inside underground mines by using BLE,” Sensors, vol. 22, no. 9, p. 3438, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22093438.

A. Poonguzhali, G. Premalatha, A. Abinaya, R. Thiagarajan, R. Krishnamoorthy, S. Arun, “Authorization method of control in Android application using Adminio with context-based access devices,” in 2022 8th International Conference on Smart Structures and Systems (ICSSS), 2022, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/ICSSS54381.2022.9782204.

A. L. Imoize, H. I. Obakhena, F. I. Anyasi, S. N. Sur, “A review of energy efficiency and power control schemes in ultra-dense cell-free massive MIMO systems for sustainable 6G wireless communication,” Sustainability, vol. 14, no. 17, p. 11100, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/su141711100.

A. Adel, “Future of industry 5.0 in society: human-centric solutions, challenges and prospective research areas,” J. Cloud Comput., vol. 11, no. 1, p. 40, 2022, doi: https://doi.org/10.1186/s13677-022-00314-5.

A. Sigov, L. Ratkin, L. A. Ivanov, L. Da Xu, “Emerging enabling technologies for industry 4.0 and beyond,” Inf. Syst. Front., 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s10796-021-10213-w.

G. D. Putra, V. Dedeoglu, S. S. Kanhere, R. Jurdak, “Toward blockchain-based trust and reputation management for trustworthy 6G networks,” IEEE Netw., vol. 36, no. 4, pp. 112–119, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/MNET.011.2100746.

M. U. A. Siddiqui, F. Qamar, M. Tayyab, M. N. Hindia, Q. N. Nguyen, R. Hassan, “Mobility management issues and solutions in 5G-and-beyond networks: A comprehensive review,” Electronics, vol. 11, no. 9, p. 1366, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/electronics11091366.

A. Das Gupta, K. Sathiyasekar, R. Krishnamoorthy, S. Arun, R. Thiyagarajan, S. Padmapriya, “Proposed GA algorithm with H-heed protocol for network optimization using machine learning in wireless sensor networks,” in 2022 Second International Conference on Artificial Intelligence and Smart Energy (ICAIS), 2022, pp. 1402–1408, doi: https://doi.org/10.1109/ICAIS53314.2022.9743120.

H. Chen, H. Sarieddeen, T. Ballal, H. Wymeersch, M.-S. Alouini, T. Y. Al-Naffouri, “A tutorial on terahertz-band localization for 6G communication systems,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 24, no. 3, pp. 1780–1815, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/COMST.2022.3178209.

N. Alam, S. Mehfuz, H. Khan, S. T. Siddiqui, “Interference limited area based resource allocation for device to device communication in an underlaying cellular network,” Ad Hoc Sens. Wirel. Networks, vol. 56, no. 3–4, pp. 253–272, 2023, uri: https://www.oldcitypublishing.com/journals/ahswn-home/ahswn-issue-contents/ahswn-volume-56-number-3-4-2023/21126-2/.

S. Yadala, C. S. R. Pundru, V. K. Solanki, “A novel private encryption model in IoT under cloud computing domain,” in The International Conference on Intelligent Systems & Networks, 2023, pp. 263–270, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-99-4725-6_33.

S. Srivastava, R. Thiagarajan, R. Krishnamoorthy, Balajivijayan, S. Arun, S. Padmapriya, “Management of encrypted data and de-duplication of big data in cloud computing,” in 2021 3rd International Conference on Advances in Computing, Communication Control and Networking (ICAC3N), 2021, pp. 1457–1460, doi: https://doi.org/10.1109/ICAC3N53548.2021.9725422.

Y. Huang et al., “6G mobile network requirements and technical feasibility study,” China Commun., vol. 19, no. 6, pp. 123–136, 2022, doi: https://doi.org/10.23919/JCC.2022.06.010.

S. Nayak, R. Patgiri, L. Waikhom, A. Ahmed, “A review on edge analytics: Issues, challenges, opportunities, promises, future directions, and applications,” Digit. Commun. Networks, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.dcan.2022.10.016.

O. Nassef, W. Sun, H. Purmehdi, M. Tatipamula, T. Mahmoodi, “A survey: Distributed machine learning for 5G and beyond,” Comput. Networks, vol. 207, p. 108820, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2022.108820.

M. Salem, A. Elkaseer, I. A. M. El-Maddah, K. Y. Youssef, S. G. Scholz, H. K. Mohamed, “Non-invasive data acquisition and IoT solution for human vital signs monitoring: Applications, limitations and future prospects,” Sensors, vol. 22, no. 17, p. 6625, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22176625.

Відмінність між характеристиками мереж 6G і 5G

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-05-30

Як цитувати

Алам, М. Ш., Сіддікі, Ш. Т., Кідвай, Х. А., Афтаб, А., Камаль, М. Ш., & Шахі, Ф. І. (2023). Еволюція безпроводових мереж зв’язку від 5G до 6G: Перспектива майбутнього. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 66(5), 247–258. https://doi.org/10.20535/S0021347023050047

Номер

Том 66 № 5 (2023): Технології 6G

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.