[논문 리뷰] White Paper on Critical and Massive Machine Type Communication Towards 6G

Nurul Huda Mahmood, Stefan Böcker외 29명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 29.

Advanced Wireless Communication Technologies참고 문헌 43인용 수 164

한 줄 요약

이 백서(white paper)는 6G MTC의 운전자, 요구사항 및 가능 기술들을 조사하고, 2030년 수요를 충족하기 위한 포괄적 아키텍처, 에너지 효율적인 기기, 새로운 서비스 클래스를 제안합니다.

ABSTRACT

The society as a whole, and many vertical sectors in particular, is becoming increasingly digitalized. Machine Type Communication (MTC), encompassing its massive and critical aspects, and ubiquitous wireless connectivity are among the main enablers of such digitization at large. The recently introduced 5G New Radio is natively designed to support both aspects of MTC to promote the digital transformation of the society. However, it is evident that some of the more demanding requirements cannot be fully supported by 5G networks. Alongside, further development of the society towards 2030 will give rise to new and more stringent requirements on wireless connectivity in general, and MTC in particular. Driven by the societal trends towards 2030, the next generation (6G) will be an agile and efficient convergent network serving a set of diverse service classes and a wide range of key performance indicators (KPI). This white paper explores the main drivers and requirements of an MTC-optimized 6G network, and discusses the following six key research questions: - Will the main KPIs of 5G continue to be the dominant KPIs in 6G; or will there emerge new key metrics? - How to deliver different E2E service mandates with different KPI requirements considering joint-optimization at the physical up to the application layer? - What are the key enablers towards designing ultra-low power receivers and highly efficient sleep modes? - How to tackle a disruptive rather than incremental joint design of a massively scalable waveform and medium access policy for global MTC connectivity? - How to support new service classes characterizing mission-critical and dependable MTC in 6G? - What are the potential enablers of long term, lightweight and flexible privacy and security schemes considering MTC device requirements?

연구 동기 및 목표

• 2030년으로 MTC를 추진하는 사회적‧산업적 드라이버를 식별한다.
• 6G MTC를 위한 KPI 진화와 다양한 서비스 클래스 요구사항을 정의한다.
• 엔드투엔드 MTC 최적화를 위한 가능 기술과 포괄적 네트워크 아키텍처를 제안한다.
• 에너지 효율적인 MTD 설계, 제로에너지 개념 및 절전 모드 전략을 논의한다.
• 다중 RAT, 상호 운용 가능한 MTC를 위한 개인 정보 보호, 보안 및 표준 과제를 다룬다.

제안 방법

• 이종 네트워크 및 도메인 전반에 걸쳐 엔드투엔드 QoS를 지원하는 포괄적 MTC 네트워크 아키텍처를 제안한다.
• 초저전력 수신기와 주변 백스캐터(ambient backscatter) 개념을 포함한 에너지 효율적 기기 설계를 개요한다.
• 광범위한 커버리지, 최적화된 물리계층, 적응형 매체접근을 통해 세계적으로 확장 가능한 MTC를 논의한다.
• 임무-중요(Mission-critical) MTC의 요구와 비셀룰러, 다양한 연결이 신뢰성 요구를 어떻게 충족할 수 있는지 설명한다.
• 장기적으로 안전한 보안 체계와 함께 프라이버시 및 보안 고려사항을 다루고, 스마트 계약 및 블록체인 개념의 역할을 다룬다.
• 상호 연결된 MTC를 가능하게 하기 위한 개방형 표준과 도메인 간 상호운용성을 촉진한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G의 주요 KPI인 신뢰성-지연-확장성이 6G에서도 지배적일 것인가, 아니면 에너지 효율성 및 센싱과 같은 지표가 더 중요해질 것인가?
• RQ2 다학제적 접근으로 물리 계층에서 애플리케이션 계층까지의 최적화를 통해 다양한 E2E 서비스 요구를 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ3 초저전력 수신기와 절전 모드를 지원하는 차세대 enabling 기술은 무엇인가?
• RQ4 대규모 확장 가능한 파형과 매체접근의 파괴적 공동 설계가 MTC의 글로벌 연결성을 어떻게 효율적으로 지원할 수 있는가?
• RQ5 다양한 연결성과 비셀룰러 솔루션을 통해 임무-중요하고 신뢰할 수 있는 MTC를 지원하는 선도 기술은 무엇이며, 프라이버시/신뢰는 어떻게 효과적으로 관리될 수 있는가?

주요 결과

• 다양한 6G 서비스 클래스와 KPI 요구를 처리할 수 있는 포괄적이고 엔드투엔드 최적화된 MTC 네트워크의 필요성.
• 에너지 효율성은 초저전력 기기 및 주변 백스캐터를 포함한 확장 가능한 mMTC 구축의 핵심이다.
• 포괄적 네트워크 아키텍처는 교차 도메인 조정, 소프트웨어화, 레거시 세대와의 상호 운용성 개방성을 가능하게 해야 한다.
• 제로 에너지 및 에너지 하베스팅 접근 방식은 향후 MTC 기기의 수명 연장에 중요한 경로로 강조된다.
• 프라이버시와 보안 고려사항은 이질적 MTC 기능에 맞춰 진화해야 하며, 잠재적인 블록체인 기반 개념과 경량 신뢰 메커니즘을 포함한다.
• 비셀룰러 및 전 세계적으로 확장 가능한 연결 솔루션(예: UAV 무리, NTN)이 6G MTC 달성에 중요하다고 식별된다.