URLLC (ultra-niezawodna komunikacja o niskim opóźnieniu) jest zdefiniowane przez 3GPP dla 5G (NR) i ma na celu spełnienie niezwykle wymagających wymagań dotyczących opóźnień i dostępności usług. Sieci komórkowe 5G (NR) obsługujące URLLC muszą zapewniać niskie opóźnienia i minimalizować utratę pakietów oraz dostarczanie poza kolejnością. I. Definicja URLLC:
ITU-R określa jednostronne opóźnienie płaszczyzny użytkownika na poziomie 1 milisekundy w systemach 5G (NR). Można to dalej zdefiniować, rozbijając akronim URLLC i analizując jego wymagania:•
Wymagania dotyczące ultra-wysokiej niezawodności:Od 99,99% dla monitorowania procesów do 99,999999% dla robotów przemysłowych. Obejmuje to utratę pakietów transmisji i ponowne porządkowanie pakietów – oba te czynniki muszą być jak najniższe.• Wymagania dotyczące komunikacji o niskim opóźnieniu od końca do końca:
Opóźnienie warstwy aplikacji poniżej 0,5-50 milisekund i opóźnienie interfejsu bezprzewodowego 5G poniżej 1 milisekundy.II. Zastosowania URLLC:
Różne scenariusze zastosowań mogą w pełni wykorzystać jego ultra-niezawodne niskie opóźnienia, w tym: Technologie rzeczywistości rozszerzonej/wirtualnej i interakcji dotykowej
pozwalają użytkownikom doświadczać sztucznie stworzonych rzeczywistości lub uzyskiwać dodatkowe informacje poprzez nakładanie informacji ze świata rzeczywistego. Technologia ta została zastosowana w przemyśle rozrywkowym, zastosowaniach przemysłowych, takich jak zarządzanie magazynem i konserwacja w terenie, i oczekuje się, że zostanie zastosowana w krytycznych obszarach, takich jak ulepszona chirurgia.Ponieważ
pojazdy autonomicznestopniowo zastępują ludzkich kierowców, transport również skorzysta z URLLC. Pojazdy i infrastruktura wykorzystują zaawansowane czujniki, sztuczną inteligencję i niemal natychmiastowe technologie komunikacyjne, aby znacznie poprawić wydajność i bezpieczeństwo. Główne zalety niskich opóźnień znajdują odzwierciedlenie w zdalnym prowadzeniu pojazdów i udostępnianiu danych z czujników.Inteligentne sieci
ulepszają dystrybucję energii, wykorzystując możliwości komunikacyjne w celu uzyskania lepszej równowagi mocy oraz wykrywania i łagodzenia awarii.Kontrola ruchu
obejmuje obrabiarki, maszyny drukarskie i pakujące. Oczekuje się, że URLLC będzie kontrolować ruch i obracające się części maszyn w sposób zsynchronizowany, osiągając w ten sposób wysoką wydajność.III. Standardy URLLC
3GPP podjęło pierwszy krok w kierunku URLLC w swojej pierwszej wersji 5G, R15; jego interfejs radiowy został zdefiniowany z opóźnieniem
1 milisekundyi niezawodnością99,999%. W architekturze sieci NSA (Non-Standalone) sieć rdzeniowa i sygnalizacja bezprzewodowa muszą opierać się na LTE, co nie może spełnić wymagań URLLC dotyczących opóźnień od końca do końca. 3GPP R16 definiujeSA (Standalone)architekturę 5G, która ma niezależną sieć rdzeniową 5G i może działać bez LTE, zapewniając dwie ważne funkcje—slicing sieci i mobile edge computing(MEC).IV. Czynniki napędzające URLLC:
Opóźnienie od końca do końca zależy zazwyczaj odwydajności sieciiodległości między serwerem a urządzeniem użytkownika, z których oba są zoptymalizowane pod kątem zastosowań URLLC, w tym:4.1 Interfejs radiowy:
Optymalizacja niskich opóźnień w 5G jest osiągana poprzez elastyczne odstępy między podnośnymi, harmonogramowanie zoptymalizowane pod kątem niskich opóźnień i transmisję bez przyznawania zasobów w górnej ścieżce. Multipleksowanie różnicowe, niezawodne kanały kontrolne i ulepszenia HARQ mają kluczowe znaczenie dla poprawy niezawodności.Dzięki nowym odstępom między podnośnymi, odstępy między podnośnymi można regulować od 15 kHz do 240 kHz. Większe odstępy oznaczają krótszy czas trwania symbolu, skracając w ten sposób interwał harmonogramowania. Algorytm harmonogramowania może planować mikrosloty, dodatkowo redukując opóźnienia transmisji. Aby uniknąć opóźnień spowodowanych żądaniem zasobów transmisji, można użyć transmisji bez przyznawania zasobów w górnej ścieżce.
Multipleksowanie różnicowe wykorzystuje wiele anten po stronie odbiornika i nadajnika do tworzenia niezależnych ścieżek propagacji sygnału przestrzennego, zapobiegając w ten sposób awariom pojedynczego łącza. Aby zapewnić niezawodność, NR ma na celu budowę niezawodnych kanałów kontrolnych z niskim wskaźnikiem błędów bitowych; wprowadzenie nowego kodowania i użycie schematów kodowania modulacji (MCS) do transmisji. Mechanizm retransmisji HARQ jest ulepszony poprzez wstępne przydzielanie zasobów retransmisji, zmniejszając w ten sposób opóźnienia i poprawiając niezawodność.
4.2 Slicing sieci:
Jest to kluczowa funkcja 5G, umożliwiająca przydzielanie zasobów na żądanie zgodnie z potrzebami usług różnych użytkowników. Zasoby są elastycznie podzielone i odizolowane od wpływu innych użytkowników, tworząc logiczne kanały od końca do końca. Wymagane QoS dla wycinków użytkowników można konfigurować na żądanie od interfejsu radiowego do sieci rdzeniowej. Na przykład, dla tego samego użytkownika, 5G może utworzyć wycinek strumieniowania wideo o dużej pojemności dla ulepszonych usług mobilnego szerokopasmowego (eMBB) bez ścisłych ograniczeń opóźnień; jednocześnie może również utworzyć wycinek o niskim opóźnieniu dla ultra-niezawodnej komunikacji o niskim opóźnieniu (URLLC) do sterowania robotami. Funkcjonalność biznesowa - Ta funkcja ma zastosowanie tylko do architektury Standalone (SA) sieci rdzeniowej 5G.4.3 Mobile Edge Computing
znacząco redukuje opóźnienia i poprawia niezawodność, hostując aplikacje użytkownika po "stronie brzegowej" sieci radiowej w chmurze (C-RAN). Dlatego opóźnienie transmisji zależy przede wszystkim od dostępu bezprzewodowego. Hosting na brzegu pozwala uniknąć przechodzenia przez sieć rdzeniową i zmniejsza liczbę węzłów w ścieżce danych, poprawiając w ten sposób niezawodność.
