URLLC (ارتباطات فوقالعاده قابل اطمینان با تأخیر کم) توسط 3GPP برای 5G (NR) تعریف شده است و هدف آن برآورده کردن الزامات بسیار سختگیرانه برای تأخیر و در دسترس بودن خدمات است. شبکههای تلفن همراه 5G (NR) که از URLLC پشتیبانی میکنند، باید تأخیر کمی را ارائه دهند و از دست رفتن بسته و تحویل خارج از ترتیب را به حداقل برسانند.
I. تعریف URLLC: ITU-R تأخیر یک طرفه در صفحه کاربر را 1 میلیثانیه در سیستمهای 5G (NR) مشخص میکند. این را میتوان با تجزیه و تحلیل سرنام URLLC و تجزیه و تحلیل الزامات آن بیشتر تعریف کرد:
• الزامات قابلیت اطمینان فوقالعاده بالا: از 99.99٪ برای نظارت بر فرآیند تا 99.999999٪ برای روباتهای صنعتی. این شامل از دست رفتن بسته انتقال و تغییر ترتیب بسته میشود - که هر دو باید تا حد امکان کم باشند.
• الزامات ارتباطی با تأخیر کم سرتاسری: تأخیر لایه برنامه کمتر از 0.5-50 میلیثانیه و تأخیر رابط بیسیم 5G کمتر از 1 میلیثانیه.
II. برنامههای URLLC: سناریوهای مختلف کاربردی میتوانند به طور کامل از قابلیت اطمینان فوقالعاده بالا و تأخیر کم آن استفاده کنند، از جمله:
فناوریهای واقعیت افزوده/واقعیت مجازی و تعامل لمسی به کاربران اجازه میدهد تا واقعیتهای مصنوعی ایجاد شده را تجربه کنند یا با همپوشانی اطلاعات دنیای واقعی، اطلاعات اضافی را به دست آورند. این فناوری در صنعت سرگرمی، کاربردهای صنعتی مانند مدیریت انبار و نگهداری میدانی اعمال شده است و انتظار میرود در زمینههای حیاتی مانند جراحی پیشرفته اعمال شود.
همانطور کهوسایل نقلیه خودران به تدریج جایگزین رانندگان انسانی میشوند، حمل و نقل نیز از URLLC بهرهمند خواهد شد. وسایل نقلیه و زیرساختها از حسگرهای پیشرفته، هوش مصنوعی و فناوریهای ارتباطی تقریباً آنی برای بهبود قابل توجه راندمان و ایمنی استفاده میکنند. مزایای اصلی تأخیر کم در رانندگی از راه دور و اشتراکگذاری حسگر منعکس میشود.
شبکههای هوشمند در حال بهبود توزیع برق هستند و از قابلیتهای ارتباطی برای دستیابی به تعادل بهتر قدرت و تشخیص و کاهش خطاها استفاده میکنند.
کنترل حرکت شامل ابزارهای ماشینی، چاپ و ماشینآلات بستهبندی میشود. انتظار میرود URLLC حرکت و قطعات چرخشی ماشینآلات را به صورت همزمان کنترل کند و در نتیجه به راندمان بالایی دست یابد.
III. استانداردهای URLLC
3GPP اولین گام را به سمت URLLC در اولین نسخه 5G خود، R15 برداشت. رابط هوایی آن با تأخیر1 میلیثانیه و قابلیت اطمینان 99.999٪ تعریف شد. در معماری شبکه NSA (غیر مستقل)، شبکه اصلی و سیگنالدهی بیسیم باید به LTE متکی باشند که نمیتواند الزامات تأخیر سرتاسری URLLC را برآورده کند. 3GPP R16معماری SA (مستقل) 5G را تعریف میکند که دارای یک شبکه اصلی 5G مستقل است و میتواند بدون LTE کار کند و دو عملکرد مهم را ارائه میدهد—تقسیمبندی شبکه و محاسبات لبه سیار (MEC).
IV. عوامل محرک URLLC: تأخیر سرتاسری معمولاً بهعملکرد شبکه وفاصله بین سرور و تجهیزات کاربر بستگی دارد که هر دو برای تطبیق برنامههای URLLC بهینه شدهاند، از جمله:
4.1 رابط هوایی: بهینهسازی تأخیر کم در 5G از طریق فاصله زیرحامل انعطافپذیر، زمانبندی بهینه شده برای تأخیر کم و انتقال بدون مجوز بالابر انجام میشود. مالتیپلکسینگ دیفرانسیل، کانالهای کنترل قوی و پیشرفتهای HARQ برای بهبود قابلیت اطمینان بسیار مهم هستند.
با فاصله زیرحامل جدید، فاصله زیرحامل را میتوان از 15 کیلوهرتز تا 240 کیلوهرتز تنظیم کرد. فاصله بیشتر به معنای مدت زمان نماد کوتاهتر است، بنابراین فاصله زمانبندی را کوتاه میکند. الگوریتم زمانبندی میتواند ریز زمانبندیها را زمانبندی کند و تأخیر انتقال را بیشتر کاهش دهد. برای جلوگیری از تأخیرهای ناشی از درخواست منابع انتقال، میتوان از انتقال بدون مجوز بالابر استفاده کرد.
مالتیپلکسینگ دیفرانسیل از آنتنهای متعدد در گیرنده و فرستنده برای ایجاد مسیرهای انتشار سیگنال فضایی مستقل استفاده میکند و از این طریق از خرابی تک پیوند جلوگیری میکند. برای اطمینان از قابلیت اطمینان، NR قصد دارد کانالهای کنترل قوی با نرخ خطای بیت کم ایجاد کند. معرفی کدگذاری جدید و استفاده از طرحهای کدگذاری مدولاسیون کم (MCS) برای انتقال. مکانیسم ارسال مجدد HARQ با از پیش تخصیص دادن منابع ارسال مجدد بهبود یافته است و در نتیجه تأخیر را کاهش داده و قابلیت اطمینان را بهبود میبخشد.
4.2 تقسیمبندی شبکه: این یک ویژگی کلیدی 5G است که امکان تخصیص منابع را بر اساس تقاضا با توجه به نیازهای خدمات کاربران مختلف فراهم میکند. منابع به طور انعطافپذیر تقسیم و از تأثیر سایر کاربران جدا میشوند و کانالهای منطقی سرتاسری ایجاد میکنند. QoS مورد نیاز برای برشهای کاربر را میتوان بر اساس تقاضا از رابط بیسیم تا شبکه اصلی پیکربندی کرد. به عنوان مثال، برای یک کاربر یکسان، 5G میتواند یک برش پخش ویدئویی با ظرفیت بالا برای خدمات پهنای باند تلفن همراه پیشرفته (eMBB) بدون محدودیتهای تأخیر سختگیرانه ایجاد کند. در عین حال، میتواند یک برش با تأخیر کم برای ارتباطات فوقالعاده قابل اطمینان با تأخیر کم (URLLC) برای کنترل روبات ایجاد کند. عملکرد تجاری - این ویژگی فقط برای معماری مستقل (SA) شبکه اصلی 5G قابل اجرا است.
4.3 محاسبات لبه سیار با میزبانی برنامههای کاربردی کاربر در «سمت لبه» شبکه دسترسی رادیویی ابری (C-RAN)، تأخیر را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد و قابلیت اطمینان را بهبود میبخشد. بنابراین، تأخیر انتقال در درجه اول به دسترسی بیسیم بستگی دارد. میزبانی در لبه از عبور از شبکه اصلی جلوگیری میکند و تعداد گرهها را در مسیر داده کاهش میدهد و در نتیجه قابلیت اطمینان را بهبود میبخشد.
