基于聚类算法的6G典型应用场景研究

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2022013

摘要/Abstract

摘要：

摘要：相比5G三大经典应用场景，6G典型应用场景的内容和种类将更为丰富与繁多，如何客观高效地提炼6G应用场景成为一大挑战。基于此，采用聚类算法研究6G应用场景，首先考虑6G业务及性能指标，然后对6G业务进行指标需求数值收集和各指标评分，最后利用不同聚类算法分析样本数据。根据聚类结果提出了6G八大典型应用场景，可为业界6G研究提供一定参考。

关键词: 6G, 应用场景, 聚类

Abstract:

Compared with the three classic 5G usage scenarios, the content and types of 6G typical usage scenarios will be more abundant and diverse.How to refine 6G usage scenarios objectively and efficiently has become a major challenge.Based on this, the clustering algorithm was used to study the 6G usage scenarios.Firstly, the 6G service and performance indicators were considered.Then, the demand values of 6G service were collected and the indicators were scored.Finally, the sample data were analyzed by different clustering algorithms.According to the clustering results, eight typical usage scenarios of 6G were proposed, which could provide some reference for 6G research in the industry.

Key words: 6G, usage scenarios, clustering

中图分类号:

TN929.5

金宁, 王庆扬. 基于聚类算法的6G典型应用场景研究[J]. 电信科学, 2022, 38(1): 121-131.

Ning JIN, Qingyang WANG. Research on clustering algorithm based 6G typical usage scenarios[J]. Telecommunications Science, 2022, 38(1): 121-131.

图/表 11

图1

表1

表2

表3

表4

表5

图2

图3

表6

表7

图4

参考文献 23

[1]	ITU-R.M. 2083-0：IMT愿景–2020年及之后IMT未来发展的框架和总体目标[R]. 2015.
	ITU-R.M. 2083-0：IMT vision-framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond[R]. 2015.
[2]	NTT DoCoMo. 5G Evolution and 6G white paper[R]. DoCoMo, 2020.
[3]	尤肖虎, 王承祥, 黄杰 ,等. 6G无线网络：愿景、使能技术与新应用范式白皮书[R]. 2020.
	YOU X H , WANG C X , HUANG J ,et al. 6G Wireless network:Vision,enabling technology and new application paradigm[R]. 2020.
[4]	紫光展锐. 6G：无界,有AI[R]. 2020.
	Unisoc. 6G:Unbounded,with AI[R]. 2020.
[5]	王庆扬, 金宁 . 基于聚类算法的 IMT-2030 应用场景初步研究[J]. 移动通信, 2021,45(4): 110-114.
	WANG Q Y , JIN N . Preliminary study on IMT-2030 application scenarios based on clustering algorithm[J]. Mobile Communications, 2021,45(4): 110-114.
[6]	HAN J W , KAMBER M . 数据挖掘概念与技术[M]. 范明,孟小峰,译.北京: 机械工业出版社, 2001.
	HAN J W , KAMBER M . Data mining concept and technology[M]. Translated by FAN M,MENG X F. Beijing: Machinery Industry Press, 2001.
[7]	MOHAMMED J Z , WAGNER M J . Data mining and analysis:concepts and algorithms[M]. Beijing: Posts and Telecom Press, 2017.
[8]	谢中华 . MATLAB统计分析与应用:40个案例分析[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2010.
	XIE Z H . Statistical analysis and application of MATLAB:40 case studies[M]. Beijing: Beihang University Press, 2010.
[9]	赵亚军, 郁光辉, 徐汉青 . 6G移动通信网络:愿景、挑战与关键技术[J]. 中国科学:信息科学, 2019,49(8): 963-987.
	ZHAO Y J , YU G H , XU H Q . 6G mobile communication networks:vision,challenges,and key technologies[J]. Scientia Sinica (Informationis), 2019,49(8): 963-987.
[10]	张平, 李文璟, 牛凯 . 6G需求与愿景[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2021.
	ZHANG P , LI W J , NIU K . 6G Requirements and vision[M]. Beijing: Posts and Telecom Press, 2021.
[11]	张琳峰, 林奕琳, 王庆扬 . 6G 智能全连接网络架构[J]. 移动通信, 2021,45(4): 45-49.
	ZHANG L F , LIN Y L , WANG Q Y . 6G intelligent full connection network architecture[J]. Mobile Communications, 2021,45(4): 45-49.
[12]	3GPP. Study on communication for automation in vertical domains:TR22.804-g30[R]. 2020.
[13]	袁晓志, 彭莉, 张琳峰 . 全息通信对未来网络的需求与挑战[J]. 电信科学, 2020,36(12): 59-64.
	YUAN X Z , PENG L , ZHANG L F . Requirement and challenge of holographic-type communication to the future network[J]. Telecommunications Science, 2020,36(12): 59-64.
[14]	FuTURE Mobile Communication Forum. White paper:6G services and requirements[R]. 2020.
[15]	Samsung Research. 6G:The next hyper-connected experience for AI[R]. 2020.
[16]	IEC. Communication networks and systems for power utility automation-part:wide area network engineering guidelines:61850-90-12[S]. 2015.
[17]	大唐移动. 全域覆盖.场景智联——6G 愿景与技术趋势白皮书[R]. 2020.
	DTmobile. Global coverage.scene intelligence alliance — 6G vision and technology trend white paper[R]. 2020.
[18]	中国移动通信有限公司研究院. 2030+愿景与需求白皮书[R]. 2019.
	China Mobile Research Institute. 2030 + Vision and Demand Report[R]. 2019.
[19]	未来移动通信论坛. 面向云网融合服务的 6G 网络技术[R]. 2020.
	FuTURE Mobile Communication Forum. 6G network technology for cloud network convergence service[R]. 2020.
[20]	VISWANATHAN H , MOGENSEN P E . Communications in the 6G era[J]. IEEE Access, 2020,8: 57063-57074.
[21]	崔春风, 王森, 李可 ,等. 6G 愿景、业务及网络关键性能指标[J]. 北京邮电大学学报, 2020,43(6): 10-17.
	CUI C F , WANG S , LI K ,et al. 6G vision,scenarios and network requirements[J]. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications, 2020,43(6): 10-17.
[22]	IMT-2030(6G)推进组. 6G 总体愿景与潜在关键技术白皮书[R]. 2021.
	IMT-2030(6G) Promotion Group. 6G overall vision and potential key technology white paper[R]. 2021.
[23]	ITU-R.M. 2410-0：Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)[R]. 2017.

层次聚类方法	类与类间距离定义
最短距离法	两类最近样品间距离
最长距离法	两类最远样品间距离
类平均法	样品对之间平方距离的平均值
可变类平均法	类平均法的进一步扩展
重心法	重心间的欧氏距离
中间距离法	中间距离，介于最远和最近之间的距离
离差平方和法	类中各元素到类重心的平方欧氏距离之和

关键性能指标	6G
带宽	Tbit/s
时延	0.1 ms
时延抖动	1 μs
连接密度	10⁷/km²
可靠性	99.999 99%
移动性	1 000 km/h
定位精度	亚厘米级

性能指标	0	1	2	3	4	5
连接密度	/	卫星、无人机等	/	人	/	机器
定位精度	/	无须定位	/	低精度	/	高精度
覆盖范围	/	地面局域	/	/	/	地面广域+空
安全需求	/	低需求	/	/	/	高需求
通感融合能力	/	无需求	/	/	/	有需求
移动性	静止	＜10 km/h	/	100 km/h	/	＞600 km/h

序号	业务	带宽/(kbit·s^-1)	时延/ms	抖动	连接密度	能耗	可靠性	移动性/(km·h^-1)	定位精度	覆盖范围	安全需求	通感融合
1	移动高清视频直播	10⁶	20	2	3	3	99.999%	5	1	1	1	1
2	固定高清视频直播	10⁶	20	2	3	3	99.999%	0	1	1	1	1
3	身临其境旅游	10⁹	1	3	3	1	99.99%	1	1	1	1	1
4	虚实结合游戏	10⁹	1	4	3	1	99.999%	1	1	1	1	1
5	云端渲染XR	10⁷	10	4	3	1	99.999%	1	3	1	1	1
6	工业AR	10⁷	10	4	3	1	99.999%	1	5	1	1	1
7	商客PON接入	10⁹	20	2	3	4	99.999%	0	1	1	1	1
8	视频检控	10⁶	10	4	3	2	99.999 9%	1	5	1	1	1
9	精密仪器自动化制造	10⁴	0.1	5	3	5	99.999 99%	1	5	1	5	1
10	超高压继电保护	10²	3	5	3	5	99.999 99%	0	1	1	5	1
11	移动机器运动控制	10²	0.1	5	3	4	99.999 99%	3	5	1	5	1
12	产品缺陷监测感知	10⁶	10	2	3	3	99.999 9%	1	5	1	1	5
13	无人机巡检	10⁶	20	2	1	3	99.999 9%	5	3	5	1	1
14	家庭光纤接入	10⁹	20	1	3	4	99.999%	0	1	1	1	1
15	全息视频会议	10⁸	5	4	3	1	99.999%	1	1	1	1	1
16	远程全息课堂	10⁹	5	4	3	1	99.999 9%	1	1	1	1	1
17	来访人员识别感知	10⁶	20	2	3	3	99.999%	3	3	1	1	5
18	孪生城市	10⁹	5	4	5	1	99.999 9%	3	3	5	1	1
19	远程手术	10⁶	0.1	5	3	3	99.999 99%	1	5	1	5	1
20	完全自动驾驶	10⁶	0.1	4	3	3	99.999 99%	3	5	1	5	1
21	交通环境感知	10⁶	10	2	3	2	99.999 9%	3	5	1	5	5
22	智能灯杆互联	10⁴	50	1	5	4	99.9%	0	1	5	1	1
23	车载卫星通信	10⁵	50	1	1	3	99.999%	5	3	5	1	1
24	客船卫星通信	10⁶	50	1	1	3	99.999%	5	3	5	1	1
25	民航机载卫星通信	10⁶	50	1	1	3	99.999%	5	3	5	1	1
26	环境监测	10²	100	1	5	5	99.9%	0	1	5	1	1
27	远程抄表	10²	100	1	5	5	99.9%	0	1	5	1	1
28	灾后救援卫星通信	10⁶	50	1	1	4	99.999 9%	5	3	5	5	1
29	工业机器人触觉反馈	10⁹	1	4	3	1	99.999 9%	3	5	1	1	1

对比项	最短距离法	最长距离法	类平均法	重心法	离差平方和法	中间距离法	可变类平均法
cophenetic相关系数	0.869 3	0.898 0	0.918 9	0.908 5	0.872 5	0.897 9	0.908 5