Die Konvergenz von KI und 6G: Was ist zu erwarten?

Die Telekommunikationsbranche steht kurz vor dem Abschluss des weltweiten Ausbaus von Netzen der fünften Generation (5G). Dennoch blickt sie bereits auf die nächste Entwicklungsstufe – 6G – voraus.

Die Einführung von 6G wird die gefühlt noch nie dagewesenen Geschwindigkeiten und Fähigkeiten von 5G-Netzen auf ein neues Niveau heben.

Angesichts der Nachfrage nach einer robusten Datenübertragung mit hohen Geschwindigkeiten für künstliche Intelligenz (KI) und der Möglichkeit, KI zur Optimierung von Kommunikationsnetzen einzusetzen, werden 6G und KI in vielerlei Hinsicht konvergieren.

Was sind die potenziellen Synergien zwischen 6G und KI? Wie könnten sie die Zukunft der Konnektivität und automatisierten Technologien gestalten?

Der Fortschritt der Vernetzung: von 5G zu 6G

Mit dem kommerziellen Rollout der 5G-Technologie begann man 2019 in Südkorea, China und den USA. Laut der Branchengruppe GSM Association wurden bis Ende 2022 mehr als 1 Milliarde Verbindungen hergestellt.

Die superschnellen Geschwindigkeiten, die niedrigen Latenzzeiten, die Kapazität für gleichzeitige Verbindungen und die erhöhte Sicherheit bei 5G ermöglichen neue Anwendungen für intelligente Geräte und Robotik in allen Branchen – von der Kommunikation über die Fertigung und das Transportwesen bis hin zum Gesundheitswesen, Bildung und Entertainment.

Doch während 5G-Verbindungen die Kapazität bieten, eine neue Ära der vom Internet der Dinge (IoT) angetriebenen Kommunikation einzuläuten, steckt in 6G ein enormes Potenzial.

Es wird nämlich erwartet, dass die 6G-Technologie bis zu 10 Millionen IoT-Geräte pro Quadratkilometer unterstützen wird. Das ist eine Verzehnfachung gegenüber der 1-Million-Grenze für 5G und ein massiver Anstieg im Vergleich zu etwa 2.000 Geräten pro Quadratkilometer bei 4G.

Während sich die Einführung von 5G langsamer als erwartet vollzog, was teilweise auf die COVID-19-Pandemie zurückzuführen ist, rechnet die Wirtschaft mit dem Potenzial von 6G, neue Möglichkeiten zu schaffen.

Die spezifischen Normen für 6G-Netze werden derzeit noch entwickelt. Dennoch wird davon ausgegangen, dass sie ein höheres Frequenzspektrum nutzen und Geschwindigkeiten im Terabit-pro-Sekunde-Bereich, geringere Latenzzeiten und eine breitere Konnektivität als 5G bieten werden, was fortschrittliche Sensorfunktionen in IoT-Geräten ermöglichen wird.

Die ersten 6G-Netze könnten 2028 in Betrieb genommen werden, wobei die Dienste ab 2030 auf dem Markt verfügbar sein werden.

„In diesem Jahr haben wir sehr bedeutende Erfolge erzielt – die ersten greifbaren Schritte auf der Grundlage des Konzepts“, sagte Peter Vetter, Präsident des Industrieforschungsunternehmens Nokia Bell Labs.

Die Rolle von KI in einer 6G-Welt

„Es wird erwartet, dass KI bei 6G eine sehr große Rolle spielen wird, sowohl beim Betrieb des Netzes als auch bei den über das Netzwerk bereitgestellten Diensten“, so Tim O’Farrell, Professor für drahtlose Kommunikation an der University of Sheffield.

Im Hinblick auf neue Anwendungen wird die extrem niedrige Latenz der 6G-Konnektivität die Verarbeitung von KI-Anwendungen näher am Netzrand ermöglichen.

Dadurch können KI-Algorithmen große Datenmengen abrufen und analysieren und schnelle Antworten liefern, was eine Entscheidungsfindung in Echtzeit ermöglicht, die für autonome Fahrzeuge, Fernoperationen und Augmented- und Virtual-Reality-Erlebnisse entscheidend ist.

KI-gesteuerte Geräte wie IoT-Sensoren, intelligente Drohnen und Roboter werden effektiver und mit minimaler Verzögerung kommunizieren können, wodurch sie in Bereichen wie der Landwirtschaft oder dem Gesundheitswesen zuverlässiger und effizienter werden.

„Die Integration von Sensorfunktionen und nativer Unterstützung für künstliche Intelligenz wird ein Mobilfunknetz von einer reinen Verbindungsinfrastruktur zu einer vollwertigen Plattform für die Anwendungsentwicklung machen. Dies wird einen erheblichen Mehrwert bieten und die digitale Transformation unserer Wirtschaft und Gesellschaft weiter beschleunigen“, so Andreas Müller, Projektleiter von 6G bei Bosch.

Technologieunternehmen wie Nokia erforschen das Konzept des „Netzwerks als Sensor“, das die digitale und die physische Welt zusammenbringen soll.

Sensoren werden vollständig in 6G-Netze integriert und arbeiten gleichzeitig mit Kommunikationsdiensten. Dadurch wird es möglich, Informationen über die Umgebung zu sammeln und mit Objekten aus der Ferne zu interagieren.

Wie sich KI und 6G weiterentwickeln können

• Gesundheitswesen: Dank der Verbindung biologischer Sensoren mit 6G-Netzen werden Fachleute ihre Patienten in Echtzeit überwachen können. Mit digitalen Partnerschaften kann die Forschung neue Behandlungen in virtuellen Umgebungen testen, bevor vollständige klinische Studien durchgeführt werden, was den Entwicklungsprozess beschleunigen und die Kosten senken wird.
• Fertigung: Mit vernetzten Geräten werden Industrieanlagen die Sicherheit und Effizienz erhöhen können. Verbesserte Sensortechnologien und IoT-Geräte werden digitale Zwillinge von Anlagen in einer digitalen Umgebung in Echtzeit erstellen und eine bessere Fernsteuerung von Maschinen ermöglichen.
• Verkehrswesen: Der Echtzeit-Datenaustausch über 6G-Verbindungen wird die Kommunikation zwischen Fahrzeugen, Infrastruktur, Fußgängern und anderen Verkehrsteilnehmern auf der Grundlage von Daten von Onboard-Sensoren und anderen Verkehrsmitteln ermöglichen, die KI-Algorithmen zur Anpassung von Fahrzeugen und Infrastruktur an die Verkehrsbedingungen, zur Verringerung von Staus und zur Erhöhung der Sicherheit verarbeiten werden.
• Landwirtschaft: Mit Umweltsensoren werden Landwirte ihre Anbausysteme und Wettermuster überwachen und dadurch ihre Ernteerträge maximieren können.

Neben den neuen Anwendungen, die 6G ermöglichen wird, soll KI auch eine grundlegende Rolle bei der Verwaltung und Optimierung komplexer 6G-Konnektivität zur Sicherstellung der Netzwerkleistung spielen.

Wie kann KI die 6G-Netze optimieren?

KI und maschinelles Lernen (ML) können 6G-Netze verbessern, indem sie eine dynamische „Luftschnittstelle“ schaffen, die sich kontinuierlich an die Netzbedingungen anpasst, um die effizientesten Übertragungswege für die Kommunikation von Geräten zu finden.

„KI kann die Kapazität des Mobilfunksystems durch sofortiges Erlernen des Kanals und Anpassung an den Kanal erhöhen, und zwar 30 % besser als der Stand der Technik“, so Vetter.

Auf diese Weise kann die KI neuronale Netze nutzen, um das menschliche Netzdesign zu ersetzen. Darüber hinaus könnte KI den Stromverbrauch des Netzes durch Ein- und Ausschalten von Komponenten auf der Grundlage von Echtzeit-Betriebsbedingungen reduzieren.

In 5G-Netzen können Anwendungen auf der Ebene der Basisstationen arbeiten, um stromintensive Komponenten wie Leistungsverstärker zu optimieren, wenn sie nicht in Gebrauch sind.

KI kann dies auf die Analyse großer Datenmengen ausweiten und Herausforderungen zur Verbesserung stadtweiter oder nationaler Netze schnell lösen.

Algorithmen könnten ganze Basisstationen in Zeiten geringer Nutzung abschalten und Zellen neu konfigurieren und so auf die Nachfrage in Echtzeit reagieren und den Energieverbrauch optimal steuern.

Angesichts des zunehmenden Datenverkehrs durch 6G wird das Thema Stromeffizienz eine wichtige Rolle spielen.

„Der Datenverkehr nimmt in einem Jahrzehnt um den Faktor 20 bis 30 zu“, so Vetter. „Gleichzeitig wollen wir nicht, dass der Energieverbrauch um die gleiche Größenordnung ansteigt.“

Wie bei der Kapazitätserweiterung von Rechenzentren wird die 6G-Technologie jedoch technologische Innovationen bei energieeffizienter Hardware und Algorithmen zum Erreichen von Netto-Null-Emissionen erfordern.

So erforscht Nokia Bell Labs beispielsweise Lösungen wie Flüssigkeitskühlung und adaptive Wellenformen zur Senkung des Energieverbrauchs.

Herausforderungen bei der Einbindung von KI in 6G

Die Konvergenz von KI und 6G bietet zwar potenzielle Vorteile, doch müssen einige Bedenken ausgeräumt werden. Neben dem erheblichen Stromverbrauch von KI- und 6G-Netzen werden die Privatsphäre und der Datenschutz immer wichtiger werden.

Da KI-Algorithmen und -Modelle eine zunehmend größere Rolle bei der Netzwerkverwaltung und -sicherheit spielen, müssen Unternehmen robuste Sicherheitsmaßnahmen und Vorschriften zum Schutz der Nutzerdaten einführen.

Mit der weiteren Integration von KI-Systemen in 6G-Netze wird auch die Gewährleistung einer ethischen Nutzung und Entscheidungsfindung zu einer zentralen Herausforderung, die KI-Governance-Rahmenwerke und -Bestimmungen erfordert.

Fazit

Die Verschmelzung von KI-Technologie und 6G-Konnektivität wird sowohl Branchen als auch Einzelpersonen dabei helfen, das volle Potenzial ultraschneller Netze mit geringer Latenz zu erschließen.

KI- und ML-Algorithmen werden zur Optimierung der 6G-Kommunikation beitragen, während 6G den Weg für neue intelligente, effiziente und reaktionsschnelle KI-gestützte Anwendungen ebnen wird.

Das Zusammenspiel von KI und 6G wird auch Herausforderungen in Bezug auf Nachhaltigkeit, Datenschutz und die ethische Nutzung von Daten mit sich bringen, die durch organisatorische Sensibilisierung und rechtliche Rahmenbedingungen gelöst werden müssen.