- Quản lý thiết bị vật tư: Trường hợp này quan tâm đến việc bảo quản các tài sản như các máy bơm, van, thiết bị tạo nhiệt và các thiết bị máy móc khác Việc phát hiện
4. Ứng Dụng của URLLC trong điều khiển giao thông bay không người lá
Các hệ thống tham gia vào giao thông không người lái được phân vào 3 loại:
• Unamed aerial vehicle (UAV): phương tiện không người lái được vận hành với khả năng không phụ thuộc vào sự điều khiển hay can thiệp trực tiếp của con người từ bên trong hoặc trên thiết bị
• Autonomous drone: một kiểu UAV tự động được điểu khiển bởi ứng dụng quản lý để vận hành thay vì nhận điều khiển từ con người
• Unamed aircraft system (UAS): ám chỉ toàn bộ hệ thống cần thiết cho việc điều phối hoạt động của các UAV (bao gồm anten, cảm biến, phần mềm, nguồn điện), trung tâm điều khiển mặt đất và trên không, những liên kết để liên lạc và các mạng
UAS được dùng vào rất nhiều mục đích trong đó có giám sát cơ sở hạ tầng, hoạt động nông nghiệp với độ chính xác cao, an toàn công cộng, tìm kiếm và cứu hộ, cứu nạn trong thảm họa, quan sát và dự báo thời tiết, vận chuyển hàng hóa. Từ khi mà các nhu cầu này ngày càng tăng thì các hệ thống này thường hoạt động qua các phương tiện trên không như máy by, trực thăng, tàu lượn, bóng bay và các loại dù, cũng như trong các khi vực không gian thuộc sân bay và theo các tuyến hàng không thương mại. Một điều cần lưu ý đó là hoạt động của UAS chỉ nằm trong vùng trời được kiểm soát. Việc đảm bảo hoạt động của UAS trong vùng trời kiểm soát đang ngày một khó khăn di sự gia tăng của các tập thể UAS nhỏ dùng cho thương mại và giải trí. Ví dụ tại Mỹ, dự án FFA ước lượng tổng số UAS sẽ lên tới quá 2,5 triệu vào năm 2024 [FFA20a]. Để đảm bảo an toàn, FFA đang triển khai hệ thống kiểm soát giao thông cho UAS hay
UAS Traffic Management (UTM). EUROCONTROL cũng phát triển một hệ thống tương tự [UERO18]. Hệ thống UTM và một ví dụ tốt cho việc sự dụng URLLC vào hệ thống không người lái.
4.1 Kiến trúc hệ thống UTM
Hình 11 minh họa hệ thống tổng quan của UTM. Hệ thống này đã tổng quan chi tiếp các tác nhân và thành phần, cách chúng tương tác, đồng thời là các tác vụ và luồng thông tin bậc cao. Đường nét đứt dọc thể hiện đường ranh giới giữa FFA và cơ sở hạ tầng, dịch vụ và các thực thể tương tác như một phần của UTM:
Hình 11: Hệ thống điều khiển giao thông bay không người lái Những yếu tố chính trong hệ thống bao gồm:
Hệ thống quản lý thông tin chuyến bay (FIMS): FIMS hỗ trợ trao đổi thông tin giữa các thành phàn trong FAA và UTM. FIMS cho phép sự trao đổi các dữ liệu ràng buộc giữa FAA và mạng USS (hệ thống cung cấp dịch vụ cho UAS). FAA cũng cùng giao diện này làm kết nối thông tin cho các hoạt động UTM đang diễn ra
Hệ thống cung cấp dịch vụ cho UAS (USS): Hệ thống USS đưa hỗ trợ để đảm bảo an toàn trong các hoạt động trên không. Các tổ chức hỗ trợ trên không không nhất thiết phải điều khiển UAS vì những hoạt động này tách riêng khỏi mục đích chính của người điểu khiển UAS. Các USS chia sẽ thông tin hoạt động để đảm bảo an tòa trên không giúp tránh các tai nạn giao thông ngoài ý muốn
Mạng lưới USS: đây là mạng hình thành bới các liên kết từ nhiều USS trong một khu vực hay một vùng, trao đổi thông tin thay cho những người vận hành đã đăng ký. Mạng USS chia sẽ các thông tin liên quan tới việc vận hành, vùng trời hoạt động và một số thông tin liên quan khác để đảm bảo các bên đều có đủ thông tin cần thiết cho an toàn
Hệ thống cung cấp thông tin bổ sung (SDSP): Các nhà điểu khiển có thể truy cập SDSP cho những thông tin thiếu yếu hoặc nâng cao như địa hình, chướng ngại vật, thời tiết và các thông tin ràng buộc
An toàn công cộng: Các thành phần an toàn công cộng khi được trao quyền có thể truy cập dữ liệu hoạt động UTM như một cách để đảm bảo an toàn cho con người dưới mặt đất và các công trình xung quanh
Truy cập công cộng: mọi người đều có thể xem các thông tin được xem là cần được công khai
Nhà điều hành UAS: để là người điều hành của UAS giải trí hoặc thương mại
Bảng 4: Thống kê các công việc của nhà điều hành UAS, các USS, và FAA trong khối UTM
Chức năng Điều hành
UAS
USS FAA
Phân chia UAS từ UAS (VLOX và BVLOS) S UAS từ máy bay tầm thấp (VLOS và
BVLOS) S Né tránh nguy hiểm / địa hình Né tránh thời tiết S Né tránh địa hình S Né tránh vật cản S
Trạng thái Báo cáo trạng thái UTM S
Lưu trữ thông tin chuyến bay S
Trạng thái chuyến bay S
Tham mưu trong chuyến bay
Thông tin thời tiết S
Cảnh báo nguy hiểm trong vùng trời xâm phạm
S Thông tin vật nguy hiểm (vật cản, địa
hình)
Thông tin vật nguy hiểm cho UAS (đường dây điện, vùng trời cấm bay)
S
Lên kế hoạch, mục đích và ủy quyền
Phát triển kế hoạch hoạt động S
Chỉa sẻ mục đích bay (trước khi bay) S Chia sẻ mục đích bay (trong khi bay) S
Thương lượng kế hoạch bay S
Kiểm soát phận sự trong vùng bay S
Kiểm soát bay S
Phân bổ vùng bay, định nghĩa các rang buộc
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 trong khối UTM
3GPP đã công bố một bộ yêu cầu hiệu suất cho UTM ở 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 dưới dạng hình ảnh
Hình 12: Mẫu UAS trong hệ sinh thái 5G
Liên kết điều khiển và ra lệnh (C2) gửi gói dữ liệu với bản tin C2 cho hoạt động UAV từ đều khiển hoặc UTM
Một UAS bao gồm một bộ điều khiển UAV và một hay nhiề UAV Các UAV có thể giao tiếp thông qua mạng di động 5G
Một UAV có thể được điều khiển thông qua mạng 5G. Giao tiếp C2 có thể bảo gồm video cần thiết cho việc điểu khiển UAV. Các bản tin C2 có thể được trao đổi từ điều khiển UAV, UTM hoặc cả hai và không cần liên tục. Điều khiển UAV và UTM có thể gửi tin gần như cùng lúc với các ưu tiên khác nhau. Những nhiệm vụ giám sát trao đổi nếu cần thiết có thể được thêm phụ
Một UAV có thể được điều khiển bởi bộ điều khiển nằm ngoài hộ thống 5G, dùng giao diện C2 không nằm trong phạm vi của 3GPP
UAS trao thổi thông tin ứng dụng cho UTM. Điều này bao gồm cả các đường giao thông liên quan tới dịch vụ UTM hỗ trợ các hoạt động của UAS như định vị, thông tin thiết bị, bảo mật, cách vân hành và quy động quản lý hoạt động UAS
Bảng 5: cho các KPI được định nghĩa trong TS 22.125 cho các dịch vụ được dùng bởi ứng Dụng UAV. Độ trễ đôi khi không cần minh bạch và chính xác như trong các trường hợp dùng URLLC khác nhưng lược thông tin truyền yêu cầu lại rất đáng kể
Dịch vụ Dung lượng Độ trễ E2E
Phát trực tiếp video 8k Khởi đầu 100Mbps UAV 200 ms
Kết thúc 88 kbps UAV 20 ms
Vẽ bản đồ laser, video HD
Khởi đầu 120Mbs UAV 200 ms
Kết thúc 300 kbps UAV 20 ms
4x4k giám sát bằng AI Khởi đầu 120Mbps UAV 20 ms
Kết thúc 50 Mbps UAV 20 ms
Điều khiển UAV từ xa qua HD video
Khởi đầu ≥ 25 Mbps UAV 100 ms
Kết thúc 300 kbps UAV 20 ms
Video thời gian thực Không video UAV 60 kbps 100 ms
Phát video Khởi đầu video 720p 4 Mbps UAV Khởi đầu video 1080p 9 Mbps UAV
100 ms
Ảnh tĩnh theo chu kỳ Khởi đầu 1 Mbps UAV 1 ms
Bảng 6: cho các KPI được định nghĩa trong TS 22.125 cho giao tiếp C2. Bảng cho các chế độ điều khiển khác nhau và KPI chúng hay sử dụng
Chế độ điều khiển Tin nhắn C2 Khoảng thời gian nhận được thông báo điển hình Tốc độ UAV tối đa trên mặt đất Kích cỡ bản tin Độ trễ E2E Độ tin cậy Hướng đến các điểm tham chiếu Kết thúc UAV ≥ 1 s 300 km/h 100 B 1 s 99,9 % Bắt đầu UA V 1 s 84 – 140 B 1 s 99,9 % Thanh chỉ đạo trực tiếp Kết thúc UAV 40 ms 60 km/h 24 B 40 ms 99,9 % Bắt đầu UA V 40 ms 84 – 140 B 40 ms Chuyến bay tự động sử dụng UTM Kết thúc UAV 1 s 300 km/h ≤ 10 kB 5 s 99,9 % Bắt đầu UA V 1 s 1.5 kB 5 s 99,9 % Tiếp cận các cơ sở hạ tầng được tự động định vị Kết thúc UAV 500 ms 50 km/h 4 kB 10 s 99,9 % Bắt đầu UA V 500 ms 4 kB 140 ms 99,99 %
Các chế độ bao gồm:
Lái tới điểm trung gian: Dữ liệu gửi đến và các điểm trung gian trên đường bay của UAV. Một điểm trung gian có thể là định tuyến đường di chuyển, điểm đỗ, dừng hoặc điểm mà tuyến đường thay đổi. Thường dùng trong C2 trực tiếp hoặc C2 qua network link
Điều khiển lái trực tiếp: Dữ liệu gửi thông tin điều khiển từ người lái và nhận lại thông tin video có thể được truyền lại để hỗ trợ. Chế độ được dùng trong C2 trực tiếp hoặc C2 qua network link
Tự động bay qua UTM: Dữ liệu gửi thông tin bay đã được lập trước từ UTM tới UAV sau đó UAV bay với thông báo định vị thường xuyên. Chế độ được dùng trong hệ thống giao tiếp C2 được điều phối bởi UTM
Bán tự động qua cơ sở hạ tầng: Dữ liệu gửi tới bao gồm vị trí điểm trung gian, độ cao, tốc độ được định sẵn từ UTM tới UAV. Khi một UAV cất cánh hoặc hạ cánh, UTM sẽ điều phối kỹ hơn bằng cơ sở hạ tầng định vị tự động (vertiport, packet distribution center). Chế độ được dùng trong giao tiếp C2 được điều phối bởi UTM Tổng quát lại bảng 6 cho thấy kha khá sự minh bạch trong độ trễ và di động, đồng thời là sự thiếu yếu của độ tin cậy cao
Bảng 7: cho các KPI đinh nghĩa trong TS 23.125 cho các trường hợp mà video từ UAV được dùng để kiểm soát. Yêu cầu về tốc độ truyền, độ trễ và độ tin cậy khá minh bạch:
Trường hợp Tốc độ dữ liệu Độ trễ E2E Độ tin cậy
VLOS 2 Mbps – Video 480p – 30 fps 1 s 99,9 % BVLOS 4 Mbps – Video 720p, 30 fps 140 ms 99,99 % K t lu nế ậ
Từ trình bày trên, ta có thể thấy sự quan trong của hệ thống URLLC áp dụng vào các vấn đề liên lạc thực tiễn quan trọng như thế nào. Cùng lúc đó, nhận mạnh việc phát triển hạ tầng 5G chính là tương lai và là bước đi đúng đắn để con người bước vào kỷ nguyên mới: thời đại công nghiệp 4.0