URLLC (comunicazioni ultra-affidabili a bassa latenza) è definito da 3GPP per il 5G (NR) e mira a soddisfare i requisiti estremamente esigenti per la latenza e la disponibilità dei servizi. Le reti mobili 5G (NR) che supportano URLLC devono fornire bassa latenza e ridurre al minimo la perdita di pacchetti e la consegna fuori ordine.
I. Definizione di URLLC:ITU-R specifica una latenza unidirezionale del piano utente di 1 millisecondo nei sistemi 5G (NR). Questo può essere ulteriormente definito suddividendo l'acronimo URLLC e analizzando i suoi requisiti:
•Requisiti di ultra-alta affidabilità:Che vanno dal 99,99% per il monitoraggio dei processi al 99,999999% per i robot industriali. Questo copre la perdita di pacchetti di trasmissione e il riordino dei pacchetti, entrambi i quali devono essere i più bassi possibile.
• Requisiti di comunicazione a bassa latenza end-to-end:Latenza a livello di applicazione inferiore a 0,5-50 millisecondi e latenza dell'interfaccia wireless 5G inferiore a 1 millisecondo.
II. Applicazioni URLLC: Vari scenari applicativi possono utilizzare appieno la sua ultra-affidabilità a bassa latenza, tra cui:
Realtà aumentata/realtà virtuale e tecnologie di interazione aptica consentono agli utenti di sperimentare realtà create artificialmente o di ottenere informazioni aggiuntive sovrapponendo informazioni del mondo reale. Questa tecnologia è stata applicata nell'industria dell'intrattenimento, in applicazioni industriali come la gestione del magazzino e la manutenzione sul campo, e si prevede che venga applicata in aree critiche come la chirurgia avanzata.
Poiché i veicoli autonomi sostituiscono gradualmente i conducenti umani, anche i trasporti beneficeranno di URLLC. Veicoli e infrastrutture utilizzano sensori avanzati, intelligenza artificiale e tecnologie di comunicazione quasi istantanee per migliorare significativamente l'efficienza e la sicurezza. I principali vantaggi della bassa latenza si riflettono nella guida remota e nella condivisione dei sensori.
Le reti intelligenti
stanno migliorando la distribuzione dell'energia, utilizzando le capacità di comunicazione per ottenere un migliore equilibrio energetico e rilevare e mitigare i guasti.Il
controllo del movimento
copre macchine utensili, stampa e macchinari per l'imballaggio. URLLC dovrebbe controllare il movimento e le parti rotanti dei macchinari in modo sincronizzato, ottenendo così un'elevata efficienza.III. Standard URLLC3GPP ha fatto il primo passo verso URLLC nel suo primo rilascio 5G, R15; la sua interfaccia radio è stata definita con una latenza di 1 millisecondo e un'affidabilità del 99,999%. Nell'architettura di rete NSA (Non-Standalone), la rete centrale e la segnalazione wireless devono fare affidamento su LTE, che non può soddisfare i requisiti di latenza end-to-end di URLLC. 3GPP R16 definisce l'architettura SA (Standalone) 5G, che ha una rete centrale 5G indipendente e può operare senza LTE, fornendo due importanti funzioni—
network slicing e mobile edge computing (MEC).IV. Fattori trainanti di URLLC: La latenza end-to-end dipende tipicamente dalle prestazioni della rete e dalla
distanza tra il server e l'apparecchiatura utente, entrambi ottimizzati per ospitare applicazioni URLLC, tra cui:
4.1 Interfaccia radio:
L'ottimizzazione della bassa latenza nel 5G si ottiene attraverso la spaziatura dei sottoportanti flessibile, la pianificazione ottimizzata per la bassa latenza e la trasmissione uplink senza concessione. Multiplexing differenziale, canali di controllo robusti e miglioramenti HARQ sono cruciali per migliorare l'affidabilità.
Con la nuova spaziatura dei sottoportanti, la spaziatura dei sottoportanti può essere regolata da 15 kHz a 240 kHz. Una spaziatura maggiore significa una durata del simbolo più breve, riducendo così l'intervallo di pianificazione. L'algoritmo di pianificazione può pianificare micro-intervalli di tempo, riducendo ulteriormente la latenza di trasmissione. Per evitare ritardi causati dalla richiesta di risorse di trasmissione, è possibile utilizzare la trasmissione uplink senza concessione.Il multiplexing differenziale utilizza più antenne al ricevitore e al trasmettitore per creare percorsi di propagazione del segnale spaziale indipendenti, prevenendo così guasti a collegamento singolo. Per garantire l'affidabilità, NR mira a costruire canali di controllo robusti con bassi tassi di errore di bit; introducendo nuove codifiche e utilizzando schemi di codifica a bassa modulazione (MCS) per la trasmissione. Il meccanismo di ritrasmissione HARQ è migliorato pre-allocando le risorse di ritrasmissione, riducendo così la latenza e migliorando l'affidabilità.
4.2 Network Slicing: Questa è una caratteristica chiave del 5G, che consente di allocare le risorse su richiesta in base alle esigenze di servizio dei diversi utenti. Le risorse sono partizionate in modo flessibile e isolate dall'influenza di altri utenti, creando canali logici end-to-end. La QoS richiesta per le slice utente può essere configurata su richiesta dall'interfaccia wireless alla rete centrale. Ad esempio, per lo stesso utente, il 5G può creare una slice di streaming video ad alta capacità per i servizi eMBB (enhanced mobile broadband) senza vincoli di latenza rigorosi; allo stesso tempo, può anche creare una slice a bassa latenza per le comunicazioni ultra-affidabili a bassa latenza (URLLC) per il controllo dei robot. Funzionalità aziendale - Questa funzionalità è applicabile solo all'architettura Standalone (SA) della rete centrale 5G.
