[논문 리뷰] Computing Research Challenges in Next Generation Wireless Networking

Elisa Bertino, Daniel W. Bliss외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 04.

Telecommunications and Broadcasting Technologies참고 문헌 4인용 수 9

한 줄 요약

이 컴퓨팅 공동체 협의회(Computing Community Consortium)의 백서는 차세대 6G 무선 네트워킹 분야에서의 핵심 컴퓨팅 연구 과제를 규명하며, 하드웨어-소프트웨어 복잡성 증가 속에서 안전하고 개인 정보를 보호하며 견고한 시스템이 필요하다고 강조한다. 이 백서는 AI 통합 네트워크 관리의 필요성을 주장하고, 홀로그램 원격 시청, 스마트 시티, 자율 주행 차량과 같은 변혁적 응용을 가능하게 하는 핵심 연구 방향을 제시한다.

ABSTRACT

By all measures, wireless networking has seen explosive growth over the past decade. Fourth Generation Long Term Evolution (4G LTE) cellular technology has increased the bandwidth available for smartphones, in essence, delivering broadband speeds to mobile devices. The most recent 5G technology is further enhancing the transmission speeds and cell capacity, as well as, reducing latency through the use of different radio technologies and is expected to provide Internet connections that are an order of magnitude faster than 4G LTE. Technology continues to advance rapidly, however, and the next generation, 6G, is already being envisioned. 6G will make possible a wide range of powerful, new applications including holographic telepresence, telehealth, remote education, ubiquitous robotics and autonomous vehicles, smart cities and communities (IoT), and advanced manufacturing (Industry 4.0, sometimes referred to as the Fourth Industrial Revolution), to name but a few. The advances we will see begin at the hardware level and extend all the way to the top of the software "stack." Artificial Intelligence (AI) will also start playing a greater role in the development and management of wireless networking infrastructure by becoming embedded in applications throughout all levels of the network. The resulting benefits to society will be enormous. At the same time these exciting new wireless capabilities are appearing rapidly on the horizon, a broad range of research challenges loom ahead. These stem from the ever-increasing complexity of the hardware and software systems, along with the need to provide infrastructure that is robust and secure while simultaneously protecting the privacy of users. Here we outline some of those challenges and provide recommendations for the research that needs to be done to address them.

연구 동기 및 목표

• 하드웨어에서 소프트웨어 스택에 이르기까지 증가하는 6G 무선 시스템의 복잡성에 대응한다.
• 빠른 기술 발전 속에서도 사용자 개인정보를 보호하는 견고하고 안정적인 네트워크 인프라를 확보한다.
• 홀로그램 원격 시청, 원격 헬스케어, 자율 주행 차량, 스마트 시티와 같은 변혁적 응용을 가능하게 한다.
• 모든 네트워크 계층에 인공지능(AI)을 통합하여 관리 및 성능 향상을 도모한다.
• 6G 구현을 위한 핵심 기술적 및 사회적 과제를 규명함으로써 향후 연구를 이끌어낸다.

제안 방법

• 신규 6G 기술과 그 시스템 수준의 영향을 종합적으로 분석한다.
• 모든 프로토콜 계층에서 네트워크 기능을 자동화하고 최적화하는 데 있어 AI의 역할을 검토한다.
• 6G 시스템에서 증가하는 연결성과 데이터 민감성으로 인해 발생하는 보안 및 개인정보 위협을 평가한다.
• 신뢰성, 내구성, 확장성을 중시하는 교차 계층 시스템 설계를 기반으로 연구 로드맵을 제안한다.
• 컴퓨터 과학, 네트워킹 및 사회적 영향 전문가 간의 다학제적 협력을 추진한다.
• 백서 형식을 활용하여 통찰을 통합하고 계산 공동체를 위한 실행 가능한 연구 우선순위를 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 안전하고 개인 정보를 보호하며 확장 가능한 6G 무선 네트워크를 구축하는 데 있어 핵심 기술적 및 사회적 과제는 무엇인가요?
• RQ2 인공지능은 6G 네트워크 아키텍처의 모든 계층에 효과적이고 안전하게 통합될 수 있을까요?
• RQ3 원격 헬스케어, 자율 주행 차량, 스마트 시티와 같은 신규 응용을 지원하기 위해 어떤 시스템 수준의 연구가 필요한가요?
• RQ4 거대한 데이터 수집과 연결성이 특징인 차세대 무선 시스템에서 개인정보 보호와 신뢰를 어떻게 확보할 수 있을까요?
• RQ5 6G 하드웨어 및 소프트웨어 스택의 복잡성 증가를 관리하기 위해 어떤 새로운 연구 범주가 필요할까요?

주요 결과

• 6G 네트워크는 4G LTE 대비 데이터 전송 속도를 한 단계 높일 것으로 예상되며, 홀로그램 원격 시청 및 실시간 원격 수술과 같은 새로운 응용을 가능하게 한다.
• 6G 시스템의 복잡성과 동적 특성을 관리하기 위해 AI를 모든 네트워크 계층에 통합하는 것이 필수적이다.
• 6G 환경에서 데이터의 규모와 민감성으로 인해 보안 및 개인정보 보호 문제가 핵심 과제로 떠오른다.
• 자율 주행 차량 및 산업 자동화와 같은 임무 핵심 응용을 지원하기 위해 견고하고 내구성 있으며 신뢰할 수 있는 인프라가 필요하다.
• 하드웨어, 소프트웨어, 시스템 수준 설계에 걸쳐 교차 계층 과제를 해결하기 위한 통합된 연구 노력이 필요하다.
• 본 백서는 6G의 안전하고 효과적인 구현을 지원하기 위한 향후 연구를 위한 핵심 분야를 규명하는 기초 연구 로드맵으로 기능한다.