6G物联网在哪些方面构建基础核心能力？

6G 物联网将在感知、通信、算力、平台、智能、应用、管理和安全等八个维度构建基础核心能力，并通过“全域融合、互相协同、按需组合”的方式实现能力的深度融合，支撑各类应用差异化需求，实现全场景赋能。

1.感知

感知是物联网的基石，它使得物联网设备能够获取准确、实时的环境数据，并将其用于控制、交互和决策。6G 物联网的感知能力需要具备高精度、微型化、集成化、无线化、无源化、智能化、全融合、泛在化等核心特征。“高精度、微型化、集成化”的感知能力是 6G 物联网的关键基础。高精度感知的发展将主要体现在传感器敏感材料、传感器加工工艺、匹配电路、识别算法等方面的迭代升级，以进一步提高感知精度和准确性。微型化要求未来传感器体积进一步缩小到微纳级别，满足同体积下传感器容纳更多器件，释放更多空间。集成化通过把多个功能不同的传感元件集成在一起，提高系统功能密度。

“无线化、无源化、智能化”的感知能力是 6G 物联网的重要方向。无线化有利于未来传感器快速部署，增强设备移动性，减少线缆占用空间。无源化可解决传感器在部署、供电方面的痛点问题，自采能技术通过环境能量的采集和转化实现“开源”，能量管理通过关闭空闲模块、降低通信功耗等实现“节流”，二者并用可进一步降低传感设备能耗。智能化是指基于人工智能算法的感知，进一步支持 6G 物联网的自主学习和演化，提高智能化程度。“全融合，泛在化”的感知能力是 6G 物联网的内在要求。全融合是通过多源异构传感能力的融合，实现数据综合分析、整合和优化，获得更准确、更可靠、更全面的感知结果。泛在化是利用通感一体技术实现无处不在的感知能力，解决传感器在部署、功耗、维护方面的限制。例如：太赫兹通感一体通过从太赫兹无线信号中提取特征和信息，可实现 Tbit/s 级链路传输速率和毫米级感知精度[41]。

2.通信

6G 物联网的通信是指在第六代移动通信技术的基础上，应用于物联网领域的通信方式和技术，旨在通过不同物联网技术融合及能力组合，实现更低功耗、更低成本、更高速、更可靠、更确定、更安全、易部署、免维护的通信，以满足生活、生产、社会三大领域各类场景的差异化需求。 “零功耗、低成本、免维护”是 6G 物联网实现泛在连接的基础。蜂窝无源物联标签可利用环境能量实现电能转化，支撑标签数据传输，其通信终端具备低功耗、低成本、长生命周期等特性。同时，蜂窝无源物联网可实现密集组网，抑制设备互干扰，增强运维管理能力，进一步提升通信距离和传输可靠性，将成为构建万物互联的数字化底座，为产业应用带来革命性变化。

“高可靠、低时延、确定性”是 6G 物联网实现智能交互的核心。为满足未来复杂环境下物联网交互的高可靠要求，6G 物联网将进一步通过物理层、链路层、网络层、应用层等技术突破，结合超短帧、语义通信、面向业务的资源预留、路径规划等技术，实现高可靠、低时延、确定性通信，逐步实现对传统有线网络的替换，实现全场景无线化、柔性化、灵活化。同时可通过对协议性能指标的精确控制，实现网络过程的可预测性和稳定性，降低通信的随机性。“多网融合、弹性扩容”是 6G 物联网实现一网多能、数据互通的关键。多网融合是指将不同类型的网络（如传统有线网络、短距通信、非地面网络等）进行整合，形成统一、无缝衔接网络体系，使各种网络资源和服务得到优化利用，提供更高效、更灵活、全域化的通信体验。6G 物联网将由传统地面接入向空天地海全方位多维度接入转变，将支持多种异构网络融合，通过网络资源管理和调度、网络动态切换与优化、跨网络管理等能力，以满足复杂多样的场景需求。

3.算力

未来物联网终端和移动终端产生的实时数据将爆炸式增长，6G 物联网对算力的需求将由大规模中心化算力部署向泛在分布式算力部署转变，新型人工智能场景对低时延和低功耗计算需求强劲，因此，6G 物联网应用场景要求算力满足高能效、低功耗、高隐私保护、低时延的计算要求。 “高能效、低功耗”的新型计算架构是实现 6G 物联网泛在智能的关键。当前普遍采用的冯·诺依曼计算架构，因计算功能和存储功能分离，导致数据在CPU 和存储器之间反复搬运，从而产生大量功耗和时延（即“存储墙”和“功耗墙”问题），在人工智能等计算密集和访存密集型场景下问题尤为突出。存算一体技术从材料、器件、计算范式、架构等方面进行革新，可使用存储单元完成计算功能，实现存算零距离，大幅提升芯片算力和能效水平。存算一体正处于多技术路线探索阶段，主要包含近存计算、存内处理以及存内计算三条技术路线（如图 6 所示），其中存内计算可在完成存储功能的电路内同时实现计算功能，彻底消除冯氏架构瓶颈，真正实现“存算一体化”。目前，以RRAM、MRAM、PRAM为代表的新型存储器具有非易失、与标准工艺兼容性好、可微缩性强等优点，被广泛应用于存内计算研究，具有广阔的应用前景。

“低成本、强算力”的集成电路新技术是实现 6G 物联网万物智联的核心。Chiplet 技术将复杂的 SoC 芯片按照功能单元分解，每个单元选择最适合的工艺制程进行制造，通过先进封装技术将各个单元高速互联在一起，可提升系统集成度、降低芯片成本、提升集成规模、提高设计效率。GAAFET技术通过将 N 型和 P 型晶体管沿垂直方向堆叠的三维集成方式，可进一步改善电路性能和提升电路集成度。基于碳化硅、氮化镓的第三代半导体材料具有高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射等特性，可广泛应用于新能源汽车、移动通信、能源互联网等领域。而基于氧化镓、锑化物、金刚石的第四代半导体材料，其体积更小、能耗更低、功能更强，能够更好地运用在光电器件、电力电子器件中。新材料与新工艺将持续推动集成电路发展，有望实现摩尔定律的扩展和超越。

4.平台

6G 物联网平台将成为汇聚海量物联数据、承载各种6G 物联网业务的核心基础设施。6G 物联网平台不再只局限于将物联网设备和软件模块进行结合，而是通过数字孪生数据和模型，提升流程管理效率、工具协调性等平台能力。“高并发+大数据”为 6G 物联网平台提供广泛可靠的基础数据能力。6G物联网可实现每平方公里 1000 万台设备的超大规模连接，汇聚多重海量信息，创建更广泛更丰富的环境来支撑决策优化。超大连接设备管理平台提供海量设备接入、设备和平台双向消息通信、海量设备管理、远程控制和监控、OTA 升级、设备联动等能力。在 6G 物联网平台中，数据是核心资产和驱动力之一，平台应具备强大的数据处理能力，能够快速采集、存储和处理来自各类物联网设备的海量数据。这些数据需要进行清洗、聚合和分析，以提取有价值的信息和洞察，并为决策和控制提供支持。

“数据+模型”为 6G 物联网平台提供面向应用的数字孪生核心能力。平台是 6G 物联网数字孪生数据和模型的综合载体，通过对物理世界的设备和系统进行信息模型、机理模型等的构建，能够为 6G 物联网对象提供统一架构和语义统一解析，打破数据壁垒。同时，基于人工智能技术对对象的机理模型和数据驱动模型进行表征增强和学习调整，可实现对 6G 物联网应用的实时监测、分析和管理，从而支持设备的远程监控、故障诊断和预测性维护，为6G 物联网应用提供更智能化的服务和决策支持。

5.智能

6G 物联网具有智能化、自主化和共享化的特征。随着物联网的持续快速发展以及百亿连接的移动通信设备下海量数据的产生，物联网场景逐步呈现计算边缘化、连接泛在化、应用碎片化及终端智能化等趋势，6G 物联网设备需要智能地与外部交互，并在开放环境中持续学习、进化，以不断满足用户个性化的需求[38]。新型计算范式、物联网知识图谱以及类脑智能是 6G 物联网的核心使能技术。新型计算范式有助于实现功耗低、实时性强、个性化程度高的泛在智能。新型计算范式包含知识驱动学习、协作学习、持续学习、小样本学习、模型压缩等算法，能够在小样本数据情况下快速完成模型构建，且模型具有可解释性。同时，能够在计算资源、存储资源、能量受限物联网设备上实现快速模型推理；能够在数据分布、数据类别、外部环境等发生变化时，快速适应环境并实现模型更新调整，维持稳定的性能。

知识图谱有助于实现物联网设备的智能思考、自主决策与智能协作。知识图谱提供了一种从海量数据中抽取结构化知识并利用图分析进行关系挖掘的手段[42]。通过物联网知识图谱，可以对知识进行有效组织，为设备的智能协作提供一个共同的知识模型，从而实现设备之间知识共享和语义互通。关键核心技术包括知识图谱自动化构建、知识图谱持续更新和知识图谱可信性验证。类脑智能有助于满足 6G 物联网应用场景的端侧推理和低功耗需求。类脑智能借鉴了生物神经网络的功能机制和行为特点，通过构建新型神经元电路结构及适配的网络算法，有望在终端实现感知、存储、处理功能于一体, 可实现更高效更低能耗的端侧推理，进一步加强 6G 物联网终端的智能化水平。

6.应用

6G 物联网将基于 6G 网络的超低时延、超广连接和超高可靠的优势，为各场景提供面向实时协同和人机交互的关键应用能力。 应用需要具备实时的云控制能力。6G 物联网控制系统未来将形成基于云计算的云控制技术架构，云控制旨在提供一种控制即服务（Control as a Service,CaaS）的开放体系架构，控制功能可泛在部署、灵活复用，在异构网络下实现设备的即插即“控”。现有控制系统与被控设备、控制系统内部软件与硬件耦合紧密，阻碍控制系统向云控制演进。6G 物联网的高性能网络将助力实现基于开放硬件的控制系统解耦。首先是控制系统软硬分离，基于通用硬件代替专用设备；其次是控制功能虚拟化，通过可扩展的软件对象实现控制能力；再根据被控设备业务需求和性能要求，分配软硬件资源，实现优化配置和按需部署，最终构建新型的云控制体系，为用户提供实时多元化的交互服务。应用需要具备基于扩展现实的人机交互能力。与虚拟世界的交互方式决定了用户体验和信息获取、决策的效率，未来 6G 物联网与扩展现实结合将为用户带来全新的沉浸式人机交互体验。6G 网络的高速传输和低延迟能够为用户提供更快速、更流畅的数据传输和更真实的虚拟内容叠加，6G 的大容量能够处理更多的数据和更复杂的虚拟场景，为人机交互提供更丰富、更复杂的虚拟元素和互动体验。此外，6G 网络的广覆盖性能够提供稳定的连接，实现跨地域、跨场所的无缝人机交互体验。通过 6G 网络的高可靠性和安全性，基于扩展现实的人机交互能力可以在各行各业得到广泛应用，包括教育、娱乐、医疗、工业等领域，进一步推动了该能力的创新和普及，为用户带来更具真实性、灵活性的交互体验。

7.管理

随着 6G 物联网“万物智联”的产业升级，海量终端接入，异构网络复杂，业务差异化的特点对管理能力提出了新的需求，面向服务的全局业务质量保证和面向资源的全局资源掌控和最优化配置将成为 6G 物联网管理的核心。“集散共存，分布自治”是 6G 物联网管理的数据基础。6G 网络融合多种异构网络，形成“一个 6G 基座+无数私有物联网网络域”的架构，需要全局监控网络、设备、业务，动态调度资源。由于智能化通信资源分属于不同的企业、运营商、第三方或个人等，不同归属的数据融合难度大，敏感隐私数据安全要求高，需以通用指标集中化管理为基础，将个性化精细管理下沉至业务现场，引入区块链等分布式技术联合各数据方建立去中心化网络管理可信协作机制。

“轻量运维，智慧内生”是 6G 物联网管理的算法核心。智能终端设备指数级增长，但物联网边缘侧资源有限，亟需通过数据挖掘、降维等指标提取技术，语义通信等传输效率提升技术，蒸馏、剪枝等模型压缩技术，降低存储、传输、分析三方面的资源消耗，实现轻量级运维。同时将智能算法内嵌6G 物联网中，实现网络运维的智慧内生，形成“故障发现-运维处理-算法迭代-故障预测-网络自愈”的自治化管理闭环。

“意图感知，人机交互”是 6G 物联网管理的服务关键。对于智能算法未覆盖的场景，管理中的故障排查和修复仍需部分人工干预，需要提供意图解析等人机交互能力，实现人-机-数据快速联动。通过数字孪生，ChatGPT 等技术实现人机交互智能化，提供跨域管理问题解答，自动化分析诊断依据展示，故障修复建议，实现专家经验与智能算法融合，高效生成故障处置策略。

8.安全

6G 物联网系统集成功能层级多，应用覆盖广，面向角色多样化的特征使其对安全性有着更高标准、更复杂的需求，优异的网络安全表现是6G 物联网系统的基础。与此同时，海量物联网应用场景均对网络安全和数据安全有着强烈需求。网络安全是 6G 物联网实现万物智联的基础保障。由于6G 物联网设备在未来将构成数以亿计的子网络，如此庞大的规模和诸多无法验证的物联网设备接入请求会给网络安全带来新的挑战。鉴于此，量子通信、后量子加密等创新技术将成为维护 6G 物联网安全的核心能力。量子通信技术利用量子态的纠缠、不确定性等性质实现信息的安全传输，并具有更大传输速率和更低时延[43]。后量子加密技术利用不依赖量子态特征的数学算法和密码学原理，能确保系统不受量子计算机攻击影响 [44]。

数据安全是 6G 物联网实现健康发展的重要前提。未来6G 物联网庞大的业务系统中将包含大量的个人隐私数据或行业敏感数据，一旦这些数据遭到泄露，将给个人健康、行业发展、政府运行带来极大的负面影响。6G 物联网数据安全的要求体现在数据的保密性、完整性和可用性等方面，并贯穿数据在采集、汇聚、传输、处理、使用等全生命周期的各个环节中。未来基于分布式账本技术可以在海量设备之间完成更安全的资源同步、分配与认证服务，结合AI 算法在边缘节点的部署，可在降低时延的同时为 6G 物联网带来隐私性、安全性和可靠性的有力保障 [45]。