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带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.2 6G 业务愿景 (二)

简介: 带你读《6G需求与愿景》第三章6G 设计思路与愿景3.2 6G 业务愿景

3.2.2 全感知类业务

 

全感知通信是指信息将携带更多感官感受,充分调动人类的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等功能,实现人—机—物间的全感官交互。

5G时代,绝大多数业务都只调动了视觉和听觉这两类人类的感官。6G时代,数字虚拟感知的引入,将调动人类更多的感官,包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉五感,甚至包括心情、病痛、习惯、喜好等个体感受。在此基础上,各种与人类生活需求密不可分的服务也将诞生,如远程遥感诊断、远程心理介入、远程手术、沉浸式购物与沉浸式游戏等。另一类与感官相关的业务是远程工业控制类业务,即触觉传感器通过动觉反馈,并伴以触觉控制来帮助操作员控制远程机器。这两类与感官相关的业务称为“全感知类业务”。

下面分析全感知类业务的特点和对网络的需求。

(1)带宽需求

带宽在全感知通信业务中尤为重要。对于很多全感知业务而言,涉及视觉传感技术、体感识别技术、眼球追踪技术、触觉反馈技术等,各种感觉类传感器通过对人体动作的追踪、对周围位置环境的感知,进而对用户形成动作反馈,从而完成用户在视觉、听觉、触觉、嗅觉等方面的全部人体感知体验。当仅存在视觉感知时,信息从传统的2D图像到3D视频,再到全息图像,视觉馈送的复杂性增加意味着带宽需求的急剧增加,仅高维度视觉感知(如全息影像)的带宽要求即可能达到太比特每秒级别。

若再加上触觉感知,以一个握手感知为例,为感知触觉信息,在触觉手套上面安装了40×40个柔性压阻传感器的阵列,基本可以覆盖全手掌。通过该手套可以感

知握手或触摸时的压力和温度,假设压力感应的灵敏度为0.1kPa,则编码压力信息

至少需要 12位,温度感应的灵敏度为 0.1℃,则编码日常感受温度至少需要 11位,

此外编码作用力方向至少需要9位,理想的触觉感受灵敏度以 1ms计,即采样频率为 1kHz,则传送握手触觉信息速率需要 32bit×1×103次/s×1600(个传感器)≈50Mbit/s。这只是一个简单的感受压力的握手信号,如果考虑更多的触感,如纹理、柔韧度等,带宽要求还会增加。而听觉、视觉、触觉、嗅觉、味觉、感受等更加个性化的多态感官数据的同步传输和融合则需要更高的带宽。

(2)时延需求

低时延对于高精度的感知类业务非常关键。根据测算,人类听觉的反应时间为

100ms,人眼未注意到的最大时延约为 5ms,一般视觉反应时间为 10ms,而触觉

的反应时间为 1ms,传输全感官类业务的时延需要满足感官的最低时延需求。而且,为了使操作流畅且令人身临其境,对于触感而言,甚至要求亚毫秒级的端到端等待时间来实现瞬时触觉反馈。

(3)同步需求

人脑对不同的感觉输入有不同的反应时间,如上所述,人类听觉感受响应时间是 100ms,视觉是 10ms,而触觉响应时间为 1ms。当网络时延超出人类感受响应时间时,大脑就能感知到时延,进而影响用户体验。因此,来自混合感官输入的实时反馈(可能来自不同位置)须严格同步。即使满足了超低时延要求,同步也很重要,并且需要比时延短得多。此外,当分配网络资源或计算资源时,不同感官反应的时间差异可能需要区分。同一应用程序往往涉及多个甚至数百个数据流,每个数据流都有自己不同的时延要求,并需最终实现数据的同步。

(4)对业务的感知需求

网络应该能够根据业务数据流的直接相关性和重要性对流进行优先级排序或其他相关处理,即网络应能够感知到业务。以沉浸式多媒体业务为例,不同的沉浸式多媒体业务可能都需要传递视觉、触觉、味觉、嗅觉、听觉等数据,但不同类业务的视觉、触觉、味觉、嗅觉、听觉等数据流的优先级是不同的。例如,对于采购鲜花业务而言,嗅觉数据和视觉数据优先级最高;对于餐馆外卖业务,味觉数据优先级最高;对于虚拟音乐会业务,听觉数据优先级最高等。因此,网络需要能够智能感知到业务,并根据业务的不同需求对不同数据流提供不同优先级的传输服务。

(5)安全性与可靠性需求

网络应保障全感知通信业务数据传输的安全性不受损害,尤其是对于与人类生命、生活健康等相关的感知业务;同时对可靠性的要求同样严格,数据丢失应尽可能少。未来,人类也许会在体内植入一些生物监测装置、仿生器官甚至纳米机器人,以监测人体健康状况或者进行医学治疗等。这些装置对网络有依赖性,必须确保网络的安全与可靠。此外,如何精准获取人类感官世界的各种数据是全感知通信类业务面临的重要挑战之一。6G网络必须在强安全性和高可靠性的约束下实现感官数据的获取和超高带宽超低时延传输。

对比5G多媒体类业务与 6G全感知类业务对网络的需求指标,见表 3-2。

 

表 3-25G多媒体类业务与6G全感知类业务对网络的需求指标

 

需求指标

5G 多媒体类业务

6G 全感知类业务

峰值速率

20Gbit/s

1~10Tbit/s

人体体验速率

100Mbit/s

1 Gbit/s

时延

<125 ms

<1 ms

抖动

<50 ms

<1 ms

网络对业务的感知

部分感知

精细感知

算力

/

可靠性

99.9%

99.99%

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