Nhóm 5 truyền thông độ trễ thấp và độ tin cậy cực cao URLLC

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I - BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI Đề tài: Truyền thông độ trễ thấp độ tin cậy cực cao URLLC Danh sách thành viên: Chu Anh Dũng Tống Thùy Linh Nguyễn Mạnh Dũng Nguyễn Quý Đôn Mục lục Mở đầu Lời mở đầu Hạ tầng truyền thông người năm gần có bước phát triển đáng kể với nhiều công nghệ Nhưng tất nhiên kèm với đột phá cơng nghệ khó khăn việc liên kết phần tử hệ thống lại Do đó, hàng loạt biện pháp để báo hiệu điển khiển kết nối đưa vào áp dụng cho khối làm việc này, với bật gần kết nối URLLC (Ultra-reliable low latency connection) có mặt hệ thống 5G phát triển Bài viết giải thích URLLC, phân tích vai trị tính ưu việt hệ thống URLLC hạ tầng thông tin đưa ứng dụng thực tiễn áp dụng công nghệ Truyền thông độ trễ thấp độ tin cậy cực cao URLLC Chương I: Khái quát URLLC: Sơ lược 5G: Thế hệ mạng di động thứ hệ thống không dây thứ 5- hệ công nghệ truyền thông di động sau hệ 4G, hoạt động băng tần 28, 38 60 GHz Theo nhà phát minh, mạng 5G có tốc độ nhanh khoảng 10 lần so với mạng 4G nay, mở nhiều khả hấp dẫn Mạng 5G xem chìa khóa để vào giới Mạng lưới vạn vật kết nối Internet(IoT), cảm biến yếu tố quan trọng để trích xuất liệu từ đối tượng từ môi trường Khái niệm URLLC: - Được giới thiệu phát hành 3GPP 15 để giải u cầu ITU-R M.2083, truyền thơng có độ trễ siêu đáng tin cậy (URLLC) trụ cột 5G New Radio - Là tính cần thiết để hỗ trợ lưới cảm biến dày đặc điểm cuối IoT, yếu tố hỗ trợ cho số trường hợp sử dụng lĩnh vực sản xuất, truyền tải lượng, vận chuyển chăm sóc sức khỏe Đặc điểm URLLC: 3.1: Độ trễ Báo cáo ITU-R M.2410 chia yêu cầu độ trễ thành hai phần: - Độ trễ mặt phẳng người dùng: Yêu cầu tối thiểu độ trễ mặt phẳng người sử dụng 1ms Độ trễ mặt phẳng điều khiển: Yêu cầu tối thiểu mặt phẳng điều khiển 20 ms 3.2: Tính di động: Là tốc độ chuyển động trạm di động(km/h) mà đạt chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu 5G hỗ trợ tốc đọ tối đa tramh di động lên đến 500 km/h Với yêu cầu này, người dùng thiết bị di động tàu cao tốc đảm bảo kết nối Tốc độ tàu cao tốc lớn Nhật Bản CGV Châu Âu 320 km/h Các loại di động sau định nghĩa: - Đứng im : km/giờ - Đi : 0-10 km/ - Xe cộ: 10-120 km/ - Xe cộ tốc độ cao: 120-500 km/ M.2410 không cung cấp thước đo cụ thể QoS Báo cáo ITU-R M.2412 ( Hướng dẫn Đánh giá Công nghệ Giao diện Vô tuyến cho IMT-2020, Tháng 10 năm 2017) định nghĩa Qó phân phối thành cơng 99% tin nhắn vịng 10s M.2410 giải gián đoạn tính di động thời gian, khoảng thời gian ngắn hỗ trợ hệ thống mà UE khơng thể trao đổi gói máy bay người dùng với trạm gốc chuyển tiếp Yêu cầu tối thiểu cho thời gian gián đoạn di động ms Do đó, khơng bị gián đoạn dịch vụ UE di chuyển từ trạm gốc đến trạm khác 3.3: Độ tin cậy: - Mặc dù không đề cập M.2083 thông số quan trọng khác URLCC bao gồm M.2410 - Độ tin cậy định nghĩa xác suất truyền thành cơng gói lớp 2/3 phạm vi tối đa yêu cầu thời gian, thời gian cần thiết để phân phối gói liệu nhỏ từ radio giao thức Điểm xâm nhập đơn vị liệu dịch vụ (SDU) lớp 2/3 tới radio giao thức lớp 2/3 điểm SDU giao diện vô tuyến chất lượng kênh Yêu cầu tối thiểu xác suất thành công 1- truyền đơn vị liệu giao thức lớp 2(PDU) 32 byte vòng ms cho mơi trường thử nghiệm URLLC Chương II: Vai trị ứng dụng URLLC: Ứng dụng URLLC kiện nhiệm vụ quan trọng 1.1 Tự động hóa cơng nghiệp - Ứng dụng có lẽ đón nhận nhiều quan tâm nhất, yêu cầu hỗ trợ từ URLLC nhà máy thông minh hay tự động hóa cơng nghiệp Đây ví dụ tiêu biểu ứng dụng địi hỏi chất lượng kết nối 5G vô khắt khe, liên kết chặt chẽ cảm biến, dẫn động điều khiển 1.2 Phương tiện mặt đất, thiết bị bay không người lái người máy: - Ứng dụng đề cập đến công việc điều khiển thiết bị di động người máy từ xa Những thiết bị sử dụng phổ biến ứng dụng nhà máy đồng thời triển khai nhiều khía cạnh khác, nói đến nơng nghiệp thơng minh Một lĩnh vực cụ thể ứng dụng quản lý giao thơng bay khơng người lái, nói đến mục riêng 1.3 Tương tác xúc giác: Ứng dụng đề cập tới mức độ phản ứng định hoạt động tương tự theo tỉ lệ người Lấy ví dụ, chăm sóc sức khỏe từ xa ứng dụng chơi game yêu cầu khoảng thời gian phản hồi thấp để thuyết phục giác quan người cảm nhận từ xúc giác, thị giác hay thính giác giống với đời thực Những trường hợp bao gồm tương tác người hệ thống, người điều khiển khơng dây đối tượng, vật thể thực ảo, tương tác u cầu tín hiệu điều khiển xúc giác với âm hình ảnh phản hồi Điều khiển người máy tương tác bao gồm viễn cảnh khác với nhiều ứng dụng sản xuất, chăm sóc y tế từ xa tơ tự hành Tương tác xúc giác yêu cầu phản ứng thời gian thực vài mili giây Phẫu thuật từ xa, đề cập thêm chương này, có lẽ trường hợp địi hỏi nhiều ứng dụng Bảng sau đưa thông số KPIs điển hình ứng dụng Internet xúc giác Bảng 1: Các số hiệu suất KPIs dành cho ứng dụng Internet xúc giác: KPI Mật độ Thông lượng người dùng Độ trễ Độ khả dụng Độ tin cậy Thông số 0.03 – Mbps/m2 ( bán kính 100m2) UL: 0.3 – Mbps Ít ms > 99,9999 % > 99,9999 % cho chăm sóc sức khỏe lái xe (thao tác) từ xa 95 % dành cho chơi game từ xa ứng dụng tương tác thực tế ảo tăng cường từ xa Hình 1: Mơ tả khoảng trễ cho phép dành cho hệ thống Internet xúc giác 1.4 Thực tế ảo tăng cường thực tế ảo: Thực tế ảo tăng cường thưc tế ảo có xu hướng địi hỏi cao tốc độ truyền liệu Một số trường hợp cụ thể có yêu cầu URLLC Một báo NGMN (Verticals URLLC Use Cases and Requirements, 7/2019) liệt kê ví dụ AR/VR có u cầu URLLC: cơng nhân tăng cường thực tế ảo, xem video thực tế ảo 360 độ công nghệ chơi game thực tế ảo/thực tế ảo tăng cường sử dụng điện tốn đám mây - Cơng nhân sử dụng thực tế ảo tăng cường: Công việc áp dụng thực tế ảo tăng cường việc sử dụng công nghệ kĩ thuật số vào môi trường công nghiệp để cải thiện cách thức hồn thành cơng việc Cơng việc phù hợp với tình khơng cần phải tiết kiệm chi phí hồn tồn tự động hóa nhiệm vụ, phù hợp cho việc tăng cường khả người công nhân Một ví dụ hay cho vấn đề nhiệm vụ sửa chữa cho vị trí thiết bị mà ta khó tiếp cận (như môi trường độc hại chẳng hạn) chuyên gia gặp cản trở khoảng cách di chuyển Trong trường hợp vậy, công nhân từ xa trang bị kính AR số giao diện giúp tương tác dành cho việc điều khiển từ xa Thông tin cảm biến từ vị trí mục tiêu từ xa dạng âm thanh, video xúc giác phản hồi cho phép người điều khiển từ xa điều khiển thiết bị truyền động vị trí mục tiêu để đạt cơng việc mong muốn Hình 2, từ báo NGMN, mơ tả cơng việc này: Hình 2: Cơng nhân sử dụng thực tế ảo tăng cường Tài liệu NGMN liệt kê dịch vụ viễn thông sau yêu cầu cho trường hợp này: * Độ trễ trình đầu cuối: 10 ms * Độ tin cậy trình đầu cuối: 99,9999% * Vị trí: Dịch vụ đặt nhà với chiều ngang xác 1m , tính khả dụng 99%, hướng phía < 10 độ, độ trễ vị trí ước tính < 15 ms dành cho việc di chuyển UE với tốc độ lên tới 10km/h * Yêu cầu khác: Các yêu cầu mức ứng dụng - Ứng dụng AR nên dễ tiếp cận tới phạm vi thông tin khác (như thông tin môi trường, sản xuất máy móc, trạng thái liên kết tại) - Luồng phát video trực tuyến hai chiều thiết bị AR server xử lý hình ảnh nên mã hóa chứng thực hệ thống 5G - Yêu cầu xử lý liệu thời gian thực Yêu cầu kiến trúc mạng 5G: - Không cần khả mở rộng động - Có tính di động mức tiêu chuẩn - Có kết nối thường xuyên - Thỏa mãn việc đưa vào điện toán biên - Yêu cầu chế bảo mật xác - Có thể u cầu phần mạng cụ thể chuyên dụng 1.5 Trình chiếu video tầm nhìn thực tế ảo tồn cảnh 360 độ: Video góc nhìn 360 độ video có góc nhìn quay tồn khung cảnh xung quanh thời điểm, sử dụng camera đa hướng tổ hợp camera Ứng dụng trình chiếu giúp cho video truyền phát thời điểm quay Người dùng từ xa với kính VR quan sát nguồn phát video trực tiếp thay đổi hướng đầu, họ thấy hướng mà họ quan sát thay đổi thời gian thực Hình mơ tả việc quan sát từ xa sân vận động thông qua mạng 5G Yêu cầu độ trễ RTT ( hay gọi độ trễ motion-to-photon (MTP) ) VR thơng thường đạt mức 20 ms Hình 3: Trình chiếu video tầm nhìn thực tế ảo Ta cần mở rộng thêm khái niệm độ trễ MTP, ví dụ hay cho yêu cầu giới thực hệ thống 5G Đây độ trễ chuyển động đầu người dùng thay đổi thiết bị VR mơ lại chuyển động người sử dụng Khi đầu người dùng di chuyển, khung cảnh VR nên thay đổi để khớp với chuyển động Ở trường hợp này, độ trễ thấp quan trọng lí do: * Độ trễ MTP thấp cần thiết cho người dùng để họ cảm nhận họ giới mô Khi đầu người dùng di chuyển , khung cảnh thực tế ảo nên khớp với chuyển động Độ trễ hai hành động lâu, giới thực tế ảo trở nên khó chân thực * Độ trễ MTP cao dẫn tới trải nghiệm thực tế ảo dễ gây tượng khó chịu lẫn gây buồn nơn Khi người dùng thực việc đeo kính VR, tâm trí mong đợi hình cập nhật xác để phản ánh lại hành động Cịn việc hình phản hồi lại trễ hành động người dùng, họ trải nghiệm phải phương hướng cảm giác say xe Tài liệu NGMN liệt kê yêu cầu dịch vụ thông tin liên lạc dành cho ứng dụng này: * Thời gian khứ hồi: < 20ms * Độ tin cậy q trình đầu cuối: 99,9999 % * Thơng lượng cho trải nghiệm người dùng: 40 Mbps (với video có độ phân giải 4K) Gbps (Video có độ phân giải 12K, tương đương với độ phân giải 4K tivi) * Một số yêu cầu khác: - Phạm vi phủ sóng khu vực khép kín khán giả khu vực khép kín - Cần hỗ trợ đa thiết bị (3000 thiết bị /km2) khu vực - Hỗ trợ DoF với tốc độ 60 FPS DoF với tốc độ 75 FPS 1.6 Công nghệ chơi game đám mây AR MR: Một ví dụ hay vế ứng dụng VR/AR địi hỏi URLLC cơng nghệ chơi game đám mây AR thực tế hỗn hợp tăng cường (MR), hiểu trò chơi thời gian thực sử dụng máy tính có cấu hình tối thiểu với phần lớn phần mềm máy chủ server biên mơ tả hình Kiểu dịch vụ trò chơi trực tiếp cung cấp việc phát trực tuyến theo u cầu trị chơi máy tính, bảng điểu khiển console thiết bị di động Do đó, người dùng khơng bắt buộc phải nâng cấp thường xuyên đối mặt với vấn đề tương thích Những trò chơi đòi hỏi tương tác cao với yêu cầu chất lượng dịch vụ chặt chẽ dẫn tới cần thiết hệ thống mạng có độ trễ thấp Hình 4: Cơng nghệ trị chơi đám mây sử dụng điện toán biên Tài liệu NGMN liệt kê yêu cầu dịch vụ kết nối dành cho ứng dụng này: * Độ trễ trình đầu cuối đường lên: < 7ms * Độ tin cậy q trình đầu cuối: 99,9999% * Thơng lượng cho trải nghiệm người dùng: Gbps (cả chiều về) * Cần hỗ trợ đa thiết bị khu vực: 3000/km2 1.7 Các trường hợp khẩn cấp, thiên tai an tồn cơng cộng: Các trường hợp mục thường yêu cầu độ tin cậy cao để thích hợp cho việc phản hồi lại thảm họa tự nhiên trường hợp khẩn cấp Vị trí tọa độ xác độ trễ thấp giúp phản hồi nhanh chóng thường có yêu cầu tối quan trọng 1.8 Chăm sóc sức khỏe khẩn cấp: Mục bao gồm ứng dụng liên quan tới chẩn đoàn từ xa chữa trị Một báo 5G America (5G Services & Use Cases,11/ 2017) liệt kê ví dụ thuộc mục như: * Theo dõi bệnh nhân từ xa: Ứng dụng liên quan tới việc giám sát bệnh nhân từ xa thông qua kết nối với thiết bị đo đạc sức khỏe định, nhịp tim, lượng đường huyết, huyết áp, nhiệt độ Trên sở độc lập, tốc độ liệu yêu cầu độ trễ mức khiêm tốn Mặc dù vậy, để ứng dụng sử dụng rộng rãi hơn, ta cần 5G để hỗ trợ cho việc gia tăng lượng lớn kết nối mét vng diện tích mà đảm bảo chất lượng dịch vụ * Chăm sóc sức khỏe từ xa: Ứng dụng cung cấp tư vấn viên riêng, liệu pháp điều trị, giám sát bệnh nhân xây dưng việc kết nối video Hội nghị video trực tuyến tăng cường việc vận chuyển liệu liên quan đến sức khỏe thời điểm diễn video Việc chữa trị đưa việc sử dụng thiết bị dược phẩm thông minh giúp quản lý xác liều lượng thuốc đinh theo lịch bác sĩ hay người hành nghề y * Phẫu thuật từ xa: Một ứng dụng đòi hỏi URLLC phẫu thuật từ xa thông qua thiết bị người máy Ứng dụng phù hợp cấp cứu, địa điểm xảy thảm họa khu vực xa xơi Những u cầu quan trọng việc điều khiển phải diễn xác độ trễ cực thấp, độ tin cậy cao bảo mật tốt Hình 5: Theo Deliverable D1.5 thuộc dự án METIS EU, mô tả tổng thể tương tác hệ thống eHealth Những hồ sơ y tế dựa điện toán đám mây hỗ xử lý thông tin, bao gồm phần mềm, phần cứng, công nghệ liên lạc, dịch vụ liên quan Nói tóm lại, IT khơng bao gồm cơng nghệ nhúng Hình 7: Thiết kế mạng phân cấp dựa Tháp Cơng nghiệp Tự động hóa Hình 8, cho ta thấy kiến trúc dành cho Nhà máy Tự động hóa Công nghiệp 4.0 Kiên trúc sử dụng giải pháp mạng 5G cục Các nhà máy tự động truyền thống phụ thuộc vào kết nối Ethernet có dây điển hình Những với hàng nghìn, chí hàng chục nghìn thiết bị IoT, với thiết bị di động, giải pháp không dây hiệu suất cao thực cần thiết Hình mơ tả ảo hóa chức mạng lõi (CN), với hỗ trợ việc phân chia mặt điều khiển người dùng để triển khai mạng lõi cách linh hoạt Sự cần thiết phải có việc kiểm sốt nhà máy lệnh triển khai cục dành cho máy bay điều khiển Nhưng số ứng dụng riêng biệt, giải pháp mang tính hiệu chi phí thực số chức mặt điều khiển vị trí trung tâm Hình 8: Kiến trúc giải pháp cho sản xuất sử dụng 5G Một tính mạnh mẽ giải pháp 5G chia cắt mạng Điều cho phép việc cung cấp lát cắt chuyên dụng dùng mạng cục mạng diện rộng, nâng cao khác biệt dịch vụ, bao gồm tách biệt luồng lưu lượng quan trọng từ kiểu dịch vụ khác Nó đồng thời cho phép phân đoạn thành khu vực an ninh, theo yêu cầu cho miền OT 3.2 Các khu vực ứng dụng: Tự động hóa nhà máy ứng dụng công nghiệp 4.0 3GPP TR 22.804 (Technical Specification Group Services and System Aspects; Study on Communication for Automation in Vertical Domains, 12/2018) liệt kê ứng dụng đặc trưng Cơng nghiệp 4.0: - Tự động hóa nhà máy: Liên quan tới điều khiển tự động hóa, giám sát tối ưu hóa q trình quy trình làm việc nhà máy Điều bao gồm khía cạnh ứng dung điều khiển vịng kín (dựa logic lập trình điều khiển chuyển động), người máy, khía cạnh việc sản xuất tích hợp máy tính Các dịch vụ thơng tin liên lạc dành cho tự động hóa nhà máy cần phải yêu cầu thực nghiêm ngặt, đặc biệt độ trễ, dịch vụ thông tin liên lạc có sẵn, quyền định Hoạt động giới hạn mức tương đối nhỏ vùng dịch vụ, thơng thường khơng có tương tác yêu cầu với mạng công cộng (dành cho dịch vục liên tục chuyển vùng) - Tự động hóa q trình: Tự động hóa q trình liên quan tới việc điều khiển sản xuất xử lý thứ hóa chất, thực phẩm đồ uống Tự động hóa q trình cải thiện độ hiệu trình sản xuất, tiêu thụ lượng yếu tố an toàn cho sở Các cảm biến đo đạc giá trị trinh, áp suất nhiệt độ, thực khép kín có ý nghĩa tập trung phi tập trung điều khiển với thiết bị truyền động, van, máy bơm thiết bị tạo nhiệt Tự động hóa trình đồng thời bao gồm việc giám sát thông số mực chất lỏng bể chứa, chất lượng vật liệu, liệu môi trường cảnh báo an toàn dừng hoạt động nhà máy Một sở tự động hóa trình có diện tích từ trăm mét vng hàng kilomet vng phân bố khu vực địa lý cụ thể Phụ thuộc vào kích thước, nhà máy sản xuất có đến hàng chục nghìn điểm đo đạc máy truyền động Năng lượng thiết bị tự sản sinh cung cấp nhiều năm cần thiết để linh hoạt giữ cho tổng chi phí chủ sở hữu ln thấp - Các thiết bị giao tiếp người – máy (HMIs): HMIs bao gồm loạt thiết bị cho tương tác người sở sản xuất Ví dụ bao gồm gắn vào máy hay dây chuyền sản xuất thiết bị IT tiêu chuẩn, laptop, máy tính bảng, điện thoại thông minh Các nhà máy thông minh gia tăng việc nhập thiết bị AR VR - Sản xuất IT: Sản xuất IT bao gồm ứng dụng dựa IT, ví dụ hệ thống sản xuất thi công (MESs) hệ thống hoạch định nguồn lực xí nghiệp (ERP) Mục tiêu MES để giám sát ghi chép làm cách nguyên liệu thô và/hoặc thành phần biến đổi thành mặt hàng hoàn chỉnh Một hệ thống ERP điển hình cung cấp nhìn trình kinh tế cập nhật tích hợp liên tục Cả kiểu hệ thống phụ thuộc vào sẵn có kịp thời lượng lớn liệu từ trình sản xuất - Logistics lưu kho: Logistics lưu kho liên quan tới việc tổ chức điều khiển luồng lưu trữ vật liệu sản phẩm bối cảnh sản xuất công nghiệp Intralogistics nghĩa logistics sở cụ thể (tại nhà máy), chẳng hạn đảm bảo việc không gián đoạn nguồn cung nguyên liệu thô cửa hàng cách sử dụng xe hướng dẫn tự động (AGVs), xe nâng, nhiều Điều đối lập với logistics mặt khác nhau, việc vận chuyển mặt hàng từ nhà cung cấp tới nhà máy từ nhà máy tới khách hàng cuối Lưu kho liên quan tới nơi cất giữ nguyên liệu mặt hàng, ví dụ sử dụng băng tải, cần trục, kho lưu trữ tự động, hệ thống thu hồi Thực tế tất trường hợp sử dụng logistics, tính định vị, dị tìm giám sát tài sản tối quan trọng Dịch vụ thông tin liên lạc dành cho logistics lưu kho cần phải yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ, độ hữu dụng dịch vụ thông tin liên lạc, quyền định giới hạn khu vực địa phương (cả ngoài) Trong đó, có u cầu tương tác với mạng cơng cộng (dành cho dịch vụ liên tục chuyển vùng) - Giám sát bảo trì: Cơng việc liên quan tới cách giám sát trình định và/hoặc tài sản mà không cần tác động tức vào q trình (đối lập với hệ thống điều khiển vịng kín điển hình tự động hóa nhà máy) Điều đặc biệt bao gồm ứng dụng giám sát tình trạng bảo trì có dự đốn dựa liệu cảm biến, bao gồm phân tích liệu big data dành cho việc tối ưu hóa thơng số tương lai q trình cụ thể Đối với trường hợp vậy, trình thu thập liệu thông thường không quan trọng vấn đề độ trễ, lượng lớn cảm biến có lẽ phải kết nối với cách hiệu quả, đặc biệt nhiều cảm biến có lẽ bị hao mòn pin 3.3 Các trường hợp áp dụng: Với lĩnh vực ứng dụng chung liệt kê tới bao gồm số lượng trường hợp áp dụng cụ thể Hình 6.9, phân loại ứng dụng với trường hợp áp dụng tương ứng: Hình 9: Các khu vực ứng dụng trường hợp áp dụng tương ứng: Các trường hợp áp dụng bao gồm: - Kiểm soát chuyển động: Kiểm soát chuyển động chế phản hồi khép kín sử dụng cảm biến truyền động để kiểm soát chuyển động thiết bị phần thiết bị Chuyển động toàn thiết bị thành phần, chuyển động xoay siết chặt/nới lỏng Một điều khiển gửi tín hiệu tới dẫn động, với câu lệnh thực chuyển động định Các cảm biến thiết bị gửi lại tình trạng tín hiệu, khiến cho điều khiển tiếp tục điều chỉnh tín hiệu Nói chung, kiểm sốt chuyển động có yêu cầu cao độ trễ tính khả dụng dịch vụ - Control – to – control: Trường hợp liên quan đến liên lạc hai hay nhiều điều khiển thiết bị tự động Ở có hai danh mục trường hợp sử dụng bật: + Một: Hạng mục lớn thiết bị, báo in, số điều khiển sử dụng để kiểm soát chức cụ thể thiết bị Những điều khiển thông thường kết hợp với thời điểm có yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ, độ tin cậy tính khả dụng + Hai: Một kiểu hàng loạt cỗ máy độc lập với nhau, thực nhiệm vụ chung, xảy dây chuyển lắp ráp Một lần nũa, độ trễ, độ tin cậy, tính khả dụng lại yêu cầu nghiêm ngặt - Bảng điều khiển di động: Một bảng điều khiển di động thiết bị giống bảng thiết kế cầm tay để sử dụng để hiển thị, vận hành điều khiển robot, máy móc thiết bị cơng nghiệp khác Một vài số chúng bao gồm tính an tồn, giúp người vận hành nhanh chóng tạm dừng sửa đổi hoạt động thiết bị điều khiển để đáp ứng kiện mang tính an toàn Do mức độ quan trọng chức an toàn này, bảng điều khiển an toàn đa số có kết nối dây bắt buộc tới thiết bị chúng điều khiển Hậu quả, có nhiều bảng cho nhiều máy móc đơn vị sản xuất điển hình ta thấy nhà máy Với đường truyền URLLC không dây, việc kết nối bảng điều khiển di động với chức an toàn khơng dây hồn tồn khả thi Dẫn tới khả ứng dụng cao cho phép linh hoạt dễ dàng tái sử dụng bảng để điều khiển nhiều loại máy móc khác Nói chung, trường hợp áp dụng có yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ, tính khả dụng dịch vụ Khu vực yêu cầu dịch vụ thường to so với kiểm soát chuyển động - Người máy di động: Một người máy di động cỗ máy lập trình để thực nhiều hoạt động, tuân theo lộ trình gán sẵn, để thực loạt nhiệm vụ Một người máy di động thực hoạt động hỗ trợ theo bước vận chuyển mặt hàng, vật liệu, thứ khác Hệ thống người máy di động đặc trưng tính linh hoạt tối đa độ động môi trường, với mức độ tự động khả nhận thức định: Chúng cảm nhận phản ứng với mơi trường xung quanh Những phương tiện dẫn tự động nhóm nhỏ danh mục AGVs xe không người lái điều khiển tự động Chúng thường sử dụng để chuyển mặt hàng vật liệu cách hiệu khu vực xác định Những người máy di động hệ thống AGV bắt buộc phải thường xuyên làm việc với thiết bị chuyên chở (cần trục, xe nâng, băng chuyền, xe tải công nghiệp) giám sát điều khiển nhiều phần tử (các cảm biến, thiết bị truyền động) Chúng cần trao đổi liệu để bào cáo (hàng tồn kho, chuyển dịch mặt hàng lưu lượng, để truy tìm giám sát, để dự báo) Bộ kiểm soát hướng dẫn điều khiển sóng vơ tuyến thực cần thiết để cập nhật thơng tin vê q trình để tránh va chạm người máy di động, để giao công việc lái xe cho người máy di động, để quản lý giao thông người máy di động - Mạng lưới cảm biến không dây khổng lồ: Các mạng cảm biến giám sát trạng thái hành vi môi trường cụ thể Trong bối cảnh nhà máy thông minh, mạng cảm biến khơng dây giám sát q trình thiết bị, thông số tương ứng chúng Nhiều kiểu loại cảm biến khác – ví dụ micro, cảm biến CO2, cảm biến áp suất, độ ẩm, nhiệt kế - cung cấp giám sát phủ khắp tồn tồn diện 5G có tiềm đưa mạng tới mức độ cao hơn: Thơng tin liên lạc máy móc loại lớn (mMTC) kích hoạt mạng lưới cảm biến khơng dây khổng lồ, kèm với hàng triệu thiết bị có kilomet vng; kích cỡ tỉ trọng mạng lưới nhiều so với mạng lưới cảm biến không dây ngày - Truy cập bảo trì từ xa: Truy cập từ xa khả thiết lập liên hệ giao tiếp với thiết bị từ vị trí xa, thường phương tiện việc thực bảo trì từ xa Mạng lưới cơng nghiệp điển hình chia cắt khỏi Internet thương dựa giao thức cụ thể Trong Công nghiệp 4.0, thiết bị mạng lưới cơng nghiệp truy cập từ xa qua kết nối 5G, bỏ qua Internet - Thực tế ảo tăng cường: Trong môi trường nhà máy, AR cung cấp cơng nhân với trợ giúp hữu hiệu, trợ giúp phép họ trở nên thân thuộc thích nghi với nhiệm vụ mới, bảo đảm họ có thái độ làm việc hiệu quả, suất tích cực Những ví dụ ứng dụng phù hợp cho AR: + Giám sát trình quy trình sản xuất + Cung cấp hướng dẫn theo bước cho nhiệm vụ cụ thể, lắp ráp thủ công - Kiểm sốt q trình lặp khép kín: Với trường hợp áp dụng này, cảm biến phân bố toàn sở sản xuất, chúng liên tục đo thơng số điển áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dòng chảy, giá trị pH Giá trị cảm biến phản hồi lại tới điều khiển, nơi sử dụng liệu để xác định tín hiệu gửi cho thiết bị truyền động Những ví dụ điển hình cho thiết bị truyền động van, máy bơm thiết bị tạo nhiệt/máy làm mát Trường hợp áp dụng có yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ tính khả dụng dịch vụ - Giám sát trình: Đối với trường hợp áp dụng này, cảm biến lắp đặt khắp sở sản xuất nhằm liên tục giám sát trình, điều kiện mơi trường mặt hàng tồn kho Dữ liệu truyền tới hình để quan sát và/hoặc tới sở liệu để ghi lại quan sát xu hướng làm việc Dịch vụ thông tin liên lạc bắt buộc hỗ trợ lượng cảm biến lớn cung cấp độ trễ thấp lẫn tính khả dụng cao - Quản lý thiết bị vật tư: Trường hợp quan tâm đến việc bảo quản tài sản máy bơm, van, thiết bị tạo nhiệt thiết bị máy móc khác Việc phát tức cố xuống cấp tự chẩn đoán liên tục sử dụng để hỗ trợ lên kế hoạch bảo dưỡng Điều yêu cầu cảm biến cung cấp nhìn rõ ràng vào trình điều kiện môi trường Những cập nhật phần mềm từ xa điều chỉnh nâng cao thành phần phù hợp với với việc thay đổi điều kiện tiến công nghệ 3.4 Yêu cầu chất lượng Các yêu cầu chất lượng dành cho Công nghiệp 4.0 rộng, phụ thuộc vào khu vực ứng dụng trường hợp áp dụng Như hình 6.12 biểu thị, tính khả dụng băng thông di động nâng cao (eMBB), mMTC, URLLC 5G yêu cầu cho mạng 5G nội dùng môi trường công nghiệp Lấy ví dụ, eMBB yêu cầu cần thiết để hỗ trợ cac trường hợp áp dụng đòi hỏi tốc độ liệu cao, đặc biệt trường hợp đặc biệt đòi hỏi sử dụng video nhiều; mMTC hỗ trợ triển khai cảm biến quy mô khổng lồ; URLLC hỗ trợ trường hợp quan trọng việc liên quan tới sử dụng thiết bị đầu cuối cầm tay điều khiển người máy cơng nghiệp Hình 10: Các u cầu kết nối không dây Bảng 2, đề cập trường hợp áp dụng đòi hỏi hỗ trợ tử mạng URLLC Mục chu kỳ bảng liên quan tới thời gian cho phép hệ thống điều khiển tạo lệnh, truyền qua mạng tới cảm biến truyền động, nhận thông tin lệnh truyền thành công Độ trễ cho phép mạng phần nhỏ quỹ thời gian tổng Lấy ví dụ chu kỳ 2s, dành 500 cho truyền tải tin Bảng 3: Những yêu cầu chất lượng tự động hóa cơng nghiệp dành cho 5G: Trường hợp áp dụng (Mức cao) Độ khả dụng Kiểm sốt Máy in chuyển động Cơng cụ máy móc Máy đóng gói > < ms 99,9999% > < 0.5 ms 99,9999% Người máy di động Chu kỳ > < ms 99,9999% Kiểm > ms soát 99,9999% chuyển động kết Kích Số lượng thước tin thiết bị điển hình 20 bytes > 100 50 bytes ~ 20 40 bytes ~ 50 40 -250 bytes 100 Khu vực dịch vụ điển hình 100m × 100m × 30m 15m × 15m × 3m 10m × 5m × 3m < 1km2 hợp Điều khiển từ xa sử dụng video Bảng điều Lắp ráp khiển di rô bốt động với chức máy an phay toàn Cần cẩu di động Tự động hóa q trình > 10 – 99,9999% 100ms 15 -150 bytes 100 < 1km2 > – ms 99,9999% 40 -250 bytes 10m × 10m > 12 ms 99,9999% > 99,99% > 50 ms 40 -250 bytes Đa dạng 40m × 60m 10 thiết bị km2 Ứng Dụng URLLC điều khiển giao thông bay không người lái Các hệ thống tham gia vào giao thông không người lái phân vào loại: • • • Unamed aerial vehicle (UAV): phương tiện không người lái vận hành với khả không phụ thuộc vào điều khiển hay can thiệp trực tiếp người từ bên thiết bị Autonomous drone: kiểu UAV tự động điểu khiển ứng dụng quản lý để vận hành thay nhận điều khiển từ người Unamed aircraft system (UAS): ám toàn hệ thống cần thiết cho việc điều phối hoạt động UAV (bao gồm anten, cảm biến, phần mềm, nguồn điện), trung tâm điều khiển mặt đất không, liên kết để liên lạc mạng UAS dùng vào nhiều mục đích có giám sát sở hạ tầng, hoạt động nơng nghiệp với độ xác cao, an tồn cơng cộng, tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn thảm họa, quan sát dự báo thời tiết, vận chuyển hàng hóa Từ mà nhu cầu ngày tăng hệ thống thường hoạt động qua phương tiện không máy by, trực thăng, tàu lượn, bóng bay loại dù, vực không gian thuộc sân bay theo tuyến hàng không thương mại Một điều cần lưu ý hoạt động UAS nằm vùng trời kiểm soát Việc đảm bảo hoạt động UAS vùng trời kiểm soát ngày khó khăn di gia tăng tập thể UAS nhỏ dùng cho thương mại giải trí Ví dụ Mỹ, dự án FFA ước lượng tổng số UAS lên tới 2,5 triệu vào năm 2024 [FFA20a] Để đảm bảo an toàn, FFA triển khai hệ thống kiểm sốt giao thơng cho UAS hay UAS Traffic Management (UTM) EUROCONTROL phát triển hệ thống tương tự [UERO18] Hệ thống UTM ví dụ tốt cho việc dụng URLLC vào hệ thống khơng người lái 4.1 Kiến trúc hệ thống UTM Hình 11 minh họa hệ thống tổng quan UTM Hệ thống tổng quan chi tiếp tác nhân thành phần, cách chúng tương tác, đồng thời tác vụ luồng thông tin bậc cao Đường nét đứt dọc thể đường ranh giới FFA sở hạ tầng, dịch vụ thực thể tương tác phần UTM: Hình 11: Hệ thống điều khiển giao thông bay không người lái Những yếu tố hệ thống bao gồm: Hệ thống quản lý thông tin chuyến bay (FIMS): FIMS hỗ trợ trao đổi thông tin thành phàn FAA UTM FIMS cho phép trao đổi liệu ràng buộc FAA mạng USS (hệ thống cung cấp dịch vụ cho UAS) FAA giao diện làm kết nối thông tin cho hoạt động UTM diễn Hệ thống cung cấp dịch vụ cho UAS (USS): Hệ thống USS đưa hỗ trợ để đảm bảo an toàn hoạt động không Các tổ chức hỗ trợ không không thiết phải điều khiển UAS hoạt động tách riêng khỏi mục đích người điểu khiển UAS Các USS chia thông tin hoạt động để đảm bảo an tịa khơng giúp tránh tai nạn giao thơng ngồi ý muốn Mạng lưới USS: mạng hình thành bới liên kết từ nhiều USS khu vực hay vùng, trao đổi thông tin thay cho người vận hành đăng ký Mạng USS chia thông tin liên quan tới việc vận hành, vùng trời hoạt động số thông tin liên quan khác để đảm bảo bên có đủ thơng tin cần thiết cho an tồn Hệ thống cung cấp thơng tin bổ sung (SDSP): Các nhà điểu khiển truy cập SDSP cho thông tin thiếu yếu nâng cao địa hình, chướng ngại vật, thời tiết thơng tin ràng buộc An tồn cơng cộng: Các thành phần an tồn cơng cộng trao quyền truy cập liệu hoạt động UTM cách để đảm bảo an toàn cho người mặt đất cơng trình xung quanh Truy cập cơng cộng: người xem thơng tin xem cần công khai Nhà điều hành UAS: để người điều hành UAS giải trí thương mại Bảng 4: Thống kê công việc nhà điều hành UAS, USS, FAA khối UTM Chức UAS từ UAS (VLOX BVLOS) UAS từ máy bay tầm thấp (VLOS BVLOS) Né tránh nguy Né tránh thời tiết hiểm / địa Né tránh địa hình hình Né tránh vật cản Trạng thái Báo cáo trạng thái UTM Lưu trữ thông tin chuyến bay Trạng thái chuyến bay Thông tin thời tiết Tham mưu Cảnh báo nguy hiểm vùng trời chuyến xâm phạm bay Thông tin vật nguy hiểm (vật cản, địa hình) Điều hành UAS Phân chia USS FAA S S S S S S S S S S S Lên kế hoạch, mục đích ủy quyền Thơng tin vật nguy hiểm cho UAS (đường dây điện, vùng trời cấm bay) Phát triển kế hoạch hoạt động Chỉa sẻ mục đích bay (trước bay) Chia sẻ mục đích bay (trong bay) Thương lượng kế hoạch bay Kiểm soát phận vùng bay Kiểm soát bay Phân bổ vùng bay, định nghĩa rang buộc S S S S S S S S ✓ = Primary Responsibility S = Support VLOS = Visual Line of Sight BVLOS = Beyond Visual Line of Sight UAS = Unmanned Aircraft System USS = UAS service supplier 4.2 Yêu cầu cho 5G khối UTM 3GPP công bố yêu cầu hiệu suất cho UTM TS22.125 (Technical Specification Group Services and System Aspect; Unamed Aerial System (UAS) Support in 3GPP, September 2020) Hình 6.14 mổ tả điều kiện hoạt đọng dạng hình ảnh Hình 12: Mẫu UAS hệ sinh thái 5G Liên kết điều khiển lệnh (C2) gửi gói liệu với tin C2 cho hoạt động UAV từ khiển UTM Một UAS bao gồm điều khiển UAV hay nhiề UAV Các UAV giao tiếp thơng qua mạng di động 5G Một UAV điều khiển thông qua mạng 5G Giao tiếp C2 bảo gồm video cần thiết cho việc điểu khiển UAV Các tin C2 trao đổi từ điều khiển UAV, UTM hai khơng cần liên tục Điều khiển UAV UTM gửi tin gần lúc với ưu tiên khác Những nhiệm vụ giám sát trao đổi cần thiết thêm phụ Một UAV điều khiển điều khiển nằm ngồi hộ thống 5G, dùng giao diện C2 khơng nằm phạm vi 3GPP UAS trao thổi thông tin ứng dụng cho UTM Điều bao gồm đường giao thông liên quan tới dịch vụ UTM hỗ trợ hoạt động UAS định vị, thông tin thiết bị, bảo mật, cách vân hành quy động quản lý hoạt động UAS Bảng 5: cho KPI định nghĩa TS 22.125 cho dịch vụ dùng ứng Dụng UAV Độ trễ khơng cần minh bạch xác trường hợp dùng URLLC khác lược thông tin truyền yêu cầu lại đáng kể Dịch vụ Phát trực tiếp video 8k Vẽ đồ laser, video HD 4x4k giám sát AI Điều khiển UAV từ xa qua HD video Video thời gian thực Phát video Ảnh tĩnh theo chu kỳ Dung lượng Khởi đầu 100Mbps UAV Kết thúc 88 kbps UAV Khởi đầu 120Mbs UAV Kết thúc 300 kbps UAV Khởi đầu 120Mbps UAV Kết thúc 50 Mbps UAV Khởi đầu ≥ 25 Mbps UAV Kết thúc 300 kbps UAV Không video UAV 60 kbps Khởi đầu video 720p Mbps UAV Khởi đầu video 1080p Mbps UAV Khởi đầu Mbps UAV Độ trễ E2E 200 ms 20 ms 200 ms 20 ms 20 ms 20 ms 100 ms 20 ms 100 ms 100 ms ms Bảng 6: cho KPI định nghĩa TS 22.125 cho giao tiếp C2 Bảng cho chế độ điều khiển khác KPI chúng hay sử dụng Chế độ điều Tin khiển nhắn C2 Khoảng thời gian nhận thơng báo điển hình Hướng đến điểm tham chiếu ≥1s Kết thúc UAV Bắt đầu UA V Thanh Kết thúc đạo trực UAV tiếp Bắt đầu UA V Chuyến bay Kết thúc tự động sử UAV dụng UTM Bắt đầu UA V Tiếp cận Kết thúc sở hạ UAV tầng Bắt đầu tự động UA định vị V Tốc độ UAV tối đa mặt đất 300 km/h 1s 40 ms 60 km/h 40 ms 1s 300 km/h 1s 500 ms 500 ms 50 km/h Kích cỡ tin Độ trễ Độ tin E2E cậy 100 B 1s 99,9 % 84 – 140 B 1s 99,9 % 24 B 40 ms 99,9 % 84 – 140 B 40 ms ≤ 10 kB 5s 99,9 % 1.5 kB 5s 99,9 % kB 10 s 99,9 % kB 140 ms 99,99 % Các chế độ bao gồm: Lái tới điểm trung gian: Dữ liệu gửi đến điểm trung gian đường bay UAV Một điểm trung gian định tuyến đường di chuyển, điểm đỗ, dừng điểm mà tuyến đường thay đổi Thường dùng C2 trực tiếp C2 qua network link Điều khiển lái trực tiếp: Dữ liệu gửi thông tin điều khiển từ người lái nhận lại thông tin video truyền lại để hỗ trợ Chế độ dùng C2 trực tiếp C2 qua network link Tự động bay qua UTM: Dữ liệu gửi thông tin bay lập trước từ UTM tới UAV sau UAV bay với thơng báo định vị thường xuyên Chế độ dùng hệ thống giao tiếp C2 điều phối UTM Bán tự động qua sở hạ tầng: Dữ liệu gửi tới bao gồm vị trí điểm trung gian, độ cao, tốc độ định sẵn từ UTM tới UAV Khi UAV cất cánh hạ cánh, UTM điều phối kỹ sở hạ tầng định vị tự động (vertiport, packet distribution center) Chế độ dùng giao tiếp C2 điều phối UTM Tổng quát lại bảng cho thấy minh bạch độ trễ di động, đồng thời thiếu yếu độ tin cậy cao Bảng 7: cho KPI đinh nghĩa TS 23.125 cho trường hợp mà video từ UAV dùng để kiểm soát Yêu cầu tốc độ truyền, độ trễ độ tin cậy minh bạch: Trường hợp VLOS BVLOS Tốc độ liệu Mbps – Video 480p – 30 fps Mbps – Video 720p, 30 fps Độ trễ E2E 1s Độ tin cậy 99,9 % 140 ms 99,99 % Kết luận Từ trình bày trên, ta thấy quan hệ thống URLLC áp dụng vào vấn đề liên lạc thực tiễn quan trọng Cùng lúc đó, nhận mạnh việc phát triển hạ tầng 5G tương lai bước đắn để người bước vào kỷ nguyên mới: thời đại công nghiệp 4.0 Nguồn tham khảo: A Comprehensive Introduction 5G (2021) - Dr William Stallings ... cậy có độ trễ thấp. Nhân vật 6,8 minh họa đường giao tiếp Hình 6: Mơ tả giao tiếp hợp tác UAV 2.2 Độ tin cậy cao hơn, tính khả dụng cao độ trễ thấp Ngoài việc cần độ tin cậy cao độ trễ thấp, trường... việt hệ thống URLLC hạ tầng thông tin đưa ứng dụng thực tiễn áp dụng công nghệ Truyền thông độ trễ thấp độ tin cậy cực cao URLLC Chương I: Khái quát URLLC: Sơ lược 5G: Thế hệ mạng di động thứ hệ... hỗ trợ thông tin liên lạc quan trọng nhiều lĩnh vực khác Báo cáo xác định nhóm trường hợp sử dụng sau lĩnh vực truyền thơng quan trọng: • • • • • Độ tin cậy cao độ trễ thấp Độ tin cậy cao hơn,