Die 6G Plus Digital Twin-Technologie wird die Entwicklung beider beschleunigen

Auch wenn die Bereitstellung von 5G-Mobilfunknetzen in den USA und weltweit weiter zunimmt, konzentrieren sich große akademische Programme, Forschungsinstitute und kommerzielle F&E-Betriebe auf tiefere Untersuchungen zu den Versprechen und der Umsetzung der 6G-Technologie. Es wurden bereits erhebliche staatliche Investitionen getätigt, und es wird erwartet, dass sie in den nächsten Jahren dramatisch zunehmen werden. Die Nationen ringen um eine Führungsposition bei 6G sowohl für kommerzielle als auch für militärische Anwendungsfälle und starten frühe Erkundungen von Technologien und Anwendungen.¹

Die signifikanten Erweiterungen, die bei allen üblichen Kennzahlen der Mobilfunkkommunikation erwartet werden, einschließlich Kapazität, Latenz, Gerätedichte, Verbindungszuverlässigkeit und anderen technologischen Wachstumsmarkern, sind gut dokumentiert.² Bemerkenswert ist auch das rasante Wachstum in der Anzahl und Vielfalt der Geräte, die über das schnell expandierende IoT online gehen.

Um nur einige Bereiche mit erheblichem Wachstum zu nennen, werden diese natürlich bedeutende technologische Durchbrüche in den Bereichen Chipsatzdesign, Antennentechnologie, ML-eingebettete Netzwerke und maschinelles Lernen in Echtzeit erfordern.

Aus einer breit angelegten Geschäfts- und Verbraucherperspektive wird jedoch erwartet, dass die Hauptwirkung von 6G in der Entwicklung, Bereitstellung und weit verbreiteten Einführung einer Vielzahl neuartiger Anwendungen liegt, die diese wesentlichen technologischen Durchbrüche nutzen (Siehe Abbildung). Einige der diskutierten Anwendungen umfassen holografische Telepräsenz, Fernoperationen, den Einsatz einer autonomen Flotte unbemannter Fahrzeuge und die Erforschung des Weltraums oder der Tiefsee.³

Der Durchbruch der 6G-Technologie muss einen konsistenten, vorhersehbaren und anspruchsvollen Satz von Service Level Agreements (SLAs) erfüllen, um so unterschiedliche Anwendungen zu unterstützen und sich gleichzeitig konsistent an ein beispielloses Maß an Systemdynamik anzupassen.

Vornormenarbeit

Obwohl die ersten 6G-Standards voraussichtlich erst um 3 von 2028GPP veröffentlicht werden, wird erwartet, dass die Bemühungen der führenden Chipsatz-, Netzwerkausrüstungs- und Geräteanbieter sowie der Dienstanbieter mit der Erforschung, dem Design und der Integration von Technologien erheblich früher beginnen. Dies führt zu einer wichtigen Frage: Wie testen wir die Auswirkungen von Technologieinnovationen auf der End-to-End-Systemebene und ihre letztendliche Auswirkung auf die Bereitstellung der SLAs auf Anwendungsebene?⁴

Ein damit verbundenes Anliegen ist das Verständnis und die Minderung von Interoperabilitätsproblemen mit älteren 5G- und vielleicht sogar LTE-Infrastrukturen. Es wird erwartet, dass Sicherheitsaspekte in viele dieser Innovationen eingebaut werden – wie können diese aus einer System-of-Systems-Perspektive und nicht aus einer Perspektive auf Komponentenebene angegangen werden?

Digital Engineering im Allgemeinen und insbesondere digitale Zwillinge bieten eine einzigartige Gelegenheit, die kombinierten Auswirkungen dieser Innovationen in früheren Phasen des Produktlebenszyklus zu bewerten, vielleicht bevor erhebliche Investitionen getätigt wurden, um sie herzustellen, zu integrieren und in 6G-Systemen einzusetzen. Die Verwendung digitaler Zwillinge und das Potenzial des Digital Engineering zur Verkürzung der Produktentwicklungs- und Bereitstellungslebenszyklen haben zunehmend Aufmerksamkeit erregt.

Warum digitale Zwillinge?

Ich schlage das Konzept eines integrierten 6G-Testbeds für digitale Zwillinge vor, als eine Zusammensetzung aus digitalen Zwillingen der Komponente, des Geräts, des Subsystems und der Netzwerkelemente, die auf verschiedenen Genauigkeitsebenen konstruiert und unter Verwendung von Standard-APIs verbunden sind. Wir können ein solches Testbed von anderen bestehenden und vorgeschlagenen 6G-Testbeds dadurch unterscheiden, dass es sich letztendlich auf die Bewertung der End-to-End-Anwendungsleistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen konzentriert.

Der Fokus eines solchen Testbeds liegt weniger auf der Bewertung der Leistung oder der Konformität mit der Spezifikation einzelner Komponenten. Vielmehr geht es darum festzustellen, wie die Komponente, wenn sie in die Bereitstellung auf Systemebene integriert wird, bei der Bereitstellung von End-to-End-SLAs hilft.

Eine häufig gestellte Frage ist, wie sich digitale Zwillinge von Simulations- oder Emulationsmodellen unterscheiden? Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist die dynamisch Natur des Modells, dargestellt durch einen digitalen Zwilling, der sich auf seine Fähigkeit bezieht, seinen Zustand regelmäßig zu aktualisieren, um den des entsprechenden physischen Systems nachzuahmen, das er modelliert.

Beispielsweise kann das Modell im Fall eines digitalen Netzwerkzwillings den modellierten Verkehrsfluss oder die Signalausbreitungsumgebung oder die Position der Transceiver-Funkgeräte von dem physischen System periodisch aktualisieren. Die Aktualisierungen können auch von einem KI- oder ML-System stammen, das die Modellattribute des digitalen Zwillings basierend auf der Kenntnis historischer Ereignisse oder sogar einer Aggregation von Läufen regelmäßig aktualisiert, um das erwartete Verhalten zu synthetisieren.

Da immer mehr Sensoren über das industrielle IoT (IIoT) online gehen, werden sie einen robusten Datenstrom liefern, der intelligent abgebaut werden kann, um die digitalen Zwillinge kontinuierlich zu aktualisieren und die Genauigkeit ihrer Vorhersagen zu verbessern.

Solche Testbeds werden es der breiten 6G-Community ermöglichen, eine Vielzahl kritischer Fragen im Laufe ihres Entwicklungslebenszyklus zu beantworten – von der Priorisierung von Technologiebereichen über architektonische Kompromisse, Bereitstellungsplanung, Interoperabilitätshindernisse und -minderungen bis hin zu Bewertungen der Cyber-Resilienz auf Systemebene.

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