元宇宙技术未来的9大发展趋势

解决DWE（数字世界体验/元宇宙）技术挑战并充分实现DWE需要多项技术的长足进步。美国6G联盟认为这些技术进步将要求研究机构和行业等继续推动几个关键领域的创新，包括支持DWE的设备、人机交互、NextG网络、AI/ML以及分布式和空间计算等，分析如下。

1、支持DWE的设备

DWE设备在将DWE落地变为现实方面发挥着至关重要的作用。支持DWE的设备被认为应是舒适、经济且节能的。预计这些设备将配备跟踪传感器、摄像头、计算器、显示器和镜头。当前一些趋向于DWE的设备正在涌现。

预计6G通信大部分计算和传感将从接入点和边缘计算执行，以使DWE设备更轻、更节能。

为了提高能源效率，DWE设备将使用自然能源或射频信号等能量收集技术，其中包括环境反向散射通信（AmBC）、基于压缩传感（CS）的随机接入技术和可重构智能表面（RIS）等。

如果价格不便宜，技术永无成功之日，因此DWE设备和运营商服务有望随着各种价格范围的发展而使每个人受益。

2、沉浸式人机交互

DWE合并了物理空间和网络空间，将物理世界转变为数字世界。DWE的网络物理系统（CPS）是一个由大量具有物理输入和输出的交互触觉传感器（触觉和动觉）组成的网络。人机交互接口（HCI）是将DWE变为现实的核心技术之一。

HCI对传统的命令用户界面（CUI）和图形用户界面（GUI）技术进行改造，将其转化为更自然的用户交互（NUI），允许用户以最人性化的自然方式进行交流，例如通过语音、面部表情、运动手势、移动身体或头部旋转。

随着XR研究领域内类皮肤材料和设备的出现，各种触觉传感器正在开发中。尽管CPS将DWE转变为数字世界，但它产生了大量需要联网的触觉传感器。6G通信有望支持此类新的应用程序、带宽和数据速率要求（例如，大规模宽带URLLC连接是满足这些要求的类别）。因此，有广泛的研究方向有待探索，以实现沉浸式HCI，包括类皮肤材料、触觉编解码器（例如IEEE P1918.1.1标准）、触觉传感器网络和CPS等。

3、下一代网络

DWE涉及视觉、音频和触觉传感器以与数字世界进行通信。人脑最多需要10毫秒来理解视觉信息，任何抖动或较长的延迟往往会导致DWE用户出现模拟器病。但是，解码音频信号最多需要100毫秒。

由于人脑对触觉传感器的反应紧密同步，DWE分别要求亚毫秒到1毫秒的瞬时触觉反馈和触觉信号。未能满足这些延迟和抖动的减少将导致视觉和其他感官系统之间的冲突，从而导致DWE用户出现网络疾病。

预计6G网络将引入新的频谱频率（例如，亚太赫兹频段）并将单独的应用分类为严格的延迟并减少抖动。

此外，对通感一体化的综合支持将为新的和有趣的DWE创造机会。例如，以厘米级精度感知物体与用户之间的位置和距离的能力将实现丰富的个性化购物体验以及更丰富的交互XR体验。

6G网络的架构也将继续演进，并提供DWE所需的增强网络覆盖和可靠性。这将为用户提供更高的网络覆盖范围、性能和可靠性，以便他们可以在日常生活中随时享受DWE。

4、通过AI/ML赋能DWE

6G将是移动智能时代，AI/ML有望渗透到6G生态系统的每一层。AI/ML将成为实现6G愿景的关键技术，即实现完全自主的网络运行和自动化，并具有极大的灵活性，以实现动态网络和空口自适应。

所有这些都将是服务于更多样化的DWE及同时显著提高网络运营效率的关键。更根本的是，基于人工智能的空口设计和用于分布式计算和智能的空口支持将允许端到端的原生人工智能和通信与计算的真正融合。

AI/ML还将通过允许系统自主学习、检测和响应威胁，在确保网络安全和可信度方面发挥关键作用。

所有这一切不仅意味着需要AI原生6G设计和在6G网络中实施基于AI的解决方案，还意味着需要增强和研究AI/ML以开发更多量身定制的工具。

5、推进DWE的计算技术

在物理和数字维度无缝融合的世界中，为每个人促进新兴应用程序的沉浸式体验需要额外的计算增强。

空间计算是机器、人类、（物理或虚拟）对象以及它们发生的环境之间的活动和交互的虚拟化，以使能和优化这些动作和交互。它是反映与DWE相关的技术领域的计算范例。

另一种相关的计算技术是分布式计算。解决方案将无缝协调来自多个计算设备/实体的共享计算资源和功能，帮助它们相互通信以实现各自的任务并保证DWE应用程序的服务需求。

这在高度动态的环境（例如数字世界）中尤其具有挑战性，因为在数字世界中，系统的基数、拓扑和整体结构事先未知并且可能会发生变化。

分布式计算在可扩展性方面具有优势：(i) 通过“横向扩展架构”，(ii) 通过并行性实现性能，(iii) 通过冗余实现弹性，以及 (iv) 使用低成本商品硬件实现成本效益。

6、安全/可信

要使能DWE，6G网络的安全性和可信度将至关重要。上层安全增强与潜在的新PHY/MAC安全机制相结合，有望保护用户安全和隐私，以及整体网络安全（通过保护用于网络端训练的用户数据）。

分散式身份管理和/或数据来源技术可能会使能新类别的用户设备，例如低功耗物联网设备，以进一步扩展6G蜂窝网络系统的功能。

量子/后量子安全是一个前瞻性的技术方向，以确保在未来几十年内免受破坏性量子计算技术和对手计算能力的影响。

7、数字孪生

物理世界对象在数字世界中的虚拟表示被称为数字孪生。对象可以是物理世界实体的任何副本，例如人类、动物、树木、桌子、椅子等。数字孪生在安全性、质量、真实性、合规性和可追溯性方面面临挑战。数字孪生可以与区块链和空间计算等新兴技术相结合。

此外，还有正在进行的研究领域来应对这些挑战，例如数字孪生及其相关物理对象的数学表示，以及空间数据映射——其多维数据存储技术是未来有前途的研究方向。

数字孪生可用于广泛的应用，例如非实时设计和教育，或实时监控、控制、管理和预测。城市中的交通控制、人群安全和机动性，或简化机器人和车辆的生产力，以及矿山中的事故预防，都是后者的例子。

8、分布式区块链

现在我们有了支持DWE和数字孪生的设备，DWE的另一个重要方面是安全性。我们如何在DWE中保护数字孪生？

在加密货币取得巨大成功后，区块链被视为数字孪生安全。区块链基于分类帐，分布在所有参与者之间。区块链起源于创世块，每个新块都使用从父块派生的哈希值附加到该区块链。区块链中的每个区块都有一个区块头和交易数据。随着区块链用户执行交易，这条链不断增长。区块中的交易由矿工打包——矿工通过解决工作量证明（PoW）将一批交易记录并打包到区块中。这个新开采的区块被广播到整个区块链，所有节点对其进行验证并就其可信度达成共识。区块链是不可变的、去中心化的和透明的。

9、通用DWE生态系统

DWE宇宙由游戏、教育、购物、娱乐俱乐部等多个虚拟世界组成，每个虚拟世界都需要服务和特征，如声誉、历史经验的持久化、购买神器、皮肤、历史经验等。DWE宇宙包含许多虚拟世界，并提供跨越这些世界的服务，以将货币、人工制品和体验从一个世界转换到另一个世界。

编辑：黄飞