URLLC (ultra-betrouwbare communicatie met lage latentie) is door 3GPP gedefinieerd voor 5G (NR) en heeft als doel te voldoen aan de extreem veeleisende eisen voor latentie en beschikbaarheid van diensten. 5G (NR) mobiele netwerken die URLLC ondersteunen, moeten een lage latentie bieden en pakketverlies en out-of-order delivery minimaliseren.
I. URLLC Definitie:ITU-R specificeert een one-way user plane latentie van 1 milliseconde in 5G (NR) systemen. Dit kan verder worden gedefinieerd door het URLLC acroniem op te splitsen en de vereisten ervan te analyseren:
•Ultra-hoge betrouwbaarheidseisen:Variërend van 99,99% voor procesbewaking tot 99,999999% voor industriële robots. Dit omvat pakketverlies bij transmissie en het opnieuw ordenen van pakketten – die beide zo laag mogelijk moeten zijn.
• End-to-end communicatie met lage latentie-eisen:Applicatielaag latentie onder 0,5-50 milliseconden, en 5G draadloze interface latentie onder 1 milliseconde.
II. URLLC Toepassingen: Verschillende toepassingsscenario's kunnen volledig gebruikmaken van de ultra-betrouwbare lage latentie, waaronder:
Augmented reality/virtual reality en haptische interactietechnologieën stellen gebruikers in staat om kunstmatig gecreëerde realiteiten te ervaren of aanvullende informatie te verkrijgen door informatie uit de echte wereld te overlappen. Deze technologie is toegepast in de entertainmentindustrie, industriële toepassingen zoals magazijnbeheer en veldonderhoud, en zal naar verwachting worden toegepast in kritieke gebieden zoals verbeterde chirurgie.
Als autonome voertuigen geleidelijk menselijke bestuurders vervangen, zal het transport ook profiteren van URLLC. Voertuigen en infrastructuur maken gebruik van geavanceerde sensoren, kunstmatige intelligentie en bijna-onmiddellijke communicatietechnologieën om de efficiëntie en veiligheid aanzienlijk te verbeteren. De belangrijkste voordelen van lage latentie worden weerspiegeld in remote driving en het delen van sensoren.
Slimme grids verbeteren de stroomverdeling, waarbij communicatiemogelijkheden worden gebruikt om een betere stroombalans te bereiken en fouten te detecteren en te verhelpen.
Motion control omvat machinegereedschap, drukkerijen en verpakkingsmachines. URLLC zal naar verwachting de beweging en roterende delen van machines op een gesynchroniseerde manier besturen, waardoor een hoge efficiëntie wordt bereikt.
III. URLLC Standaarden
3GPP zette de eerste stap richting URLLC in zijn eerste 5G-release, R15; de air interface werd gedefinieerd met een latentie van 1 milliseconde en een betrouwbaarheid van 99,999%. In NSA (Non-Standalone) netwerkarchitectuur moeten het core netwerk en de draadloze signalering vertrouwen op LTE, wat niet kan voldoen aan de end-to-end latentie-eisen van URLLC. 3GPP R16 definieert de SA (Standalone) 5G-architectuur, die een onafhankelijk 5G core netwerk heeft en zonder LTE kan werken, en twee belangrijke functies biedt—netwerkslicing en mobile edge computing (MEC).
IV. URLLC Drijvende Factoren:End-to-end latentie is doorgaans afhankelijk van netwerkprestaties en de afstand tussen de server en de gebruikersapparatuur, die beide zijn geoptimaliseerd om URLLC-toepassingen te accommoderen, waaronder:
4.1 Air Interface:Lage latentie-optimalisatie in 5G wordt bereikt door flexibele subcarrier spacing, planning geoptimaliseerd voor lage latentie en uplink grant-free transmissie. Differentiële multiplexing, robuuste controlekanalen en HARQ-verbeteringen zijn cruciaal voor het verbeteren van de betrouwbaarheid.
Met nieuwe subcarrier spacing kan de subcarrier spacing worden aangepast van 15kHz tot 240kHz. Grotere spacing betekent kortere symboolduur, waardoor het planningsinterval wordt verkort. Het planningsalgoritme kan micro-timeslots plannen, waardoor de transmissielatentie verder wordt verminderd. Om vertragingen veroorzaakt door het aanvragen van transmissiebronnen te voorkomen, kan uplink grant-free transmissie worden gebruikt.
Differentiële multiplexing gebruikt meerdere antennes bij de ontvanger en zender om onafhankelijke ruimtelijke signaalvoortplantingspaden te creëren, waardoor single-link failures worden voorkomen. Om de betrouwbaarheid te waarborgen, streeft NR ernaar robuuste controlekanalen te bouwen met lage bitfoutpercentages; het introduceren van nieuwe codering en het gebruik van low modulation coding schemes (MCS) voor transmissie. Het HARQ-herzendingsmechanisme wordt verbeterd door vooraf herzendingsbronnen toe te wijzen, waardoor de latentie wordt verminderd en de betrouwbaarheid wordt verbeterd.
4.2 Netwerkslicing:Dit is een belangrijke functie van 5G, waarmee bronnen op aanvraag kunnen worden toegewezen op basis van de servicebehoeften van verschillende gebruikers. Bronnen worden flexibel gepartitioneerd en geïsoleerd van de invloed van andere gebruikers, waardoor end-to-end logische kanalen worden gecreëerd. De vereiste QoS voor gebruikersslices kan op aanvraag worden geconfigureerd, van de draadloze interface tot het core netwerk. Zo kan 5G voor dezelfde gebruiker een high-capacity video streaming slice creëren voor enhanced mobile broadband (eMBB) diensten zonder strikte latentiebeperkingen; tegelijkertijd kan het ook een low-latency slice creëren voor ultra-betrouwbare communicatie met lage latentie (URLLC) voor robotbesturing. Business Functionality - Deze functie is alleen van toepassing op de Standalone (SA) architectuur van het 5G core netwerk.
4.3 Mobile Edge Computing vermindert de latentie aanzienlijk en verbetert de betrouwbaarheid door gebruikersapplicaties te hosten aan de "edge side" van het Cloud Radio Access Network (C-RAN). Daarom is de transmissielatentie primair afhankelijk van draadloze toegang. Hosting aan de edge voorkomt het doorlopen van het core netwerk en vermindert het aantal knooppunten in het datapad, waardoor de betrouwbaarheid wordt verbeterd.
