BÁO HIỆU và điều KHIỂN kết nối đề tài truyền thông độ trễ thấp và độ tin cậy cực cao URLLC

Ứng dụng URLLC trong các sự kiện và nhiệm vụ quan trọng 1.1 Tự động hóa trong công nghiệp - Ứng dụng có lẽ được đón nhận được nhiều sự quan tâm nhất, yêu cầu sự hỗ trợ từURLLC là nhà máy

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN

THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I

-BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI

Đề tài: Truyền thông độ trễ thấp

và độ tin cậy cực cao URLLC.

Giảng viên: Hoàng Trọng Minh

M c l c ục lục ục lục

Mở đầu

Chương I: Khái quát về URLLC: 4

1 Sơ lược về 5G: 4

2 Khái niệm URLLC: 4

3 Đặc điểm URLLC: 4

3.1: Độ trễ 4

3.2: Tính di động: 4

3.3: Độ tin cậy: 5

Chương II: Vai trò và ứng dụng của URLLC: 6

1 Ứng dụng URLLC trong các sự kiện và nhiệm vụ quan trọng 6

1.1 Tự động hóa trong công nghiệp 6

1.2 Phương tiện mặt đất, thiết bị bay không người lái và người máy: 6

1.3 Tương tác xúc giác: 6

1.4 Thực tế ảo tăng cường và thực tế ảo: 7

1.5 Trình chiếu video tầm nhìn thực tế ảo toàn cảnh 360 độ: 9

1.6 Công nghệ chơi game đám mây AR và MR: 10

1.7 Các trường hợp khẩn cấp, thiên tai và an toàn công cộng: 11

1.8 Chăm sóc sức khỏe khẩn cấp: 11

1.9 Vận chuyển thông minh 12

2 Ứng dụng URLLC dựa trên yêu cầu về hiệu suất 13

2.1 Độ tin cậy cao hơn và độ trễ thấp hơn 14

2.2 Độ tin cậy cao hơn, tính khả dụng cao hơn và độ trễ thấp hơn 15

2.3 Độ trễ cực thấp 15

2.4 Định vị chính xác cao hơn 15

2.5 Tính khả dụng cao hơn 16

2.6 Sứ mệnh - Dịch vụ quan trọng 17

3 Công nghiệp 4.0: 17

3.1 Kiến trúc tự động hóa nhà máy: 19

3.2 Các khu vực ứng dụng: 21

3.3 Các trường hợp áp dụng: 23

3.4 Yêu cầu chất lượng 26

4 Ứng Dụng của URLLC trong điều khiển giao thông bay không người lái 28

4.1 Kiến trúc hệ thống UTM 29

4.2 Yêu cầu cho 5G trong khối UTM 31

Kết luận / Tài liệu tham khảo

L i m đ u ời mở đầu ở đầu ầu

Hạ tầng truyền thông của con người trong những năm gần đây đã có những bước

phát triển rất đáng kể với rất nhiều công nghệ mới Nhưng tất nhiên đi kèm với

những đột phá công nghệ mới là sự khó khăn trong việc liên kết các phần tử trong một hệ thống mới lại Do đó, hàng loạ t các biện pháp để báo hiệu và điển khiển kết nối đã được đưa vào và áp dụng cho những khối làm việc này, với nổi bật gần đây chính là kết nối URLLC (Ultra-reliable low latency connection) có mặt trong hệ

thống 5G mới được phát triển

Bài viết dưới đây sẽ giải thích về URLLC, phân tích vai trò và những tính năng ưu việt c ủa hệ thống URLLC trong hạ tầng thông tin và đưa ra các ứng dụng thực tiễn

áp dụng công nghệ này

Truyền thông độ trễ thấp và

độ tin cậy cực cao URLLC

Chương I: Khái quát về URLLC:

1 Sơ lược về 5G:

Thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc hệ thống không dây thứ 5- là thế hệ tiếptheo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G, hoạt động ở các băngtần 28, 38 và 60 GHz

Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 10 lần sovới mạng 4G hiện nay, mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn

Mạng 5G được xem là chìa khóa để chúng ta đi vào thế giới Mạng lưới vạn vậtkết nối Internet(IoT), trong đó các bộ cảm biến là những yếu tố quan trọng đểtrích xuất dữ liệu từ các đối tượng và từ môi trường

2 Khái niệm URLLC:

- Được giới thiệu trong bản phát hành 3GPP 15 để giải quyết các yêu cầu của ITU-R M.2083, truyền thông có độ trễ siêu đáng tin cậy (URLLC) là một trong những trụ cột chính của 5G New Radio

- Là tính năng cơ bản cần thiết để hỗ trợ lưới cảm biến dày đặc của các điểm cuối IoT, yếu tố hỗ trợ chính cho 1 số trường hợp sử dụng duy nhất trong các lĩnh vực sản xuất, truyền tải năng lượng, vận chuyển và chăm sóc sức khỏe

3.1:3Độ.Đặctrễđiểm URLLC:

Báo cáo ITU-R M.2410 chia yêu cầu về độ trễ thành hai phần:

- Độ trễ mặt phẳng người dùng: Yêu cầu tối thiểu đối với độ trễ mặt phẳng người sử dụng là 1ms

- Độ trễ trên mặt phẳng điều khiển: Yêu cầu tối thiểu đối với mặt phẳng điều khiển là 20 ms

3.2: Tính di động:

Là tốc độ chuyển động của trạm di động(km/h) mà vẫn đạt được chất lượng dịch vụ(QoS) theo yêu cầu 5G sẽ hỗ trợ tốc đọ tối đa của tramh di động lên đến 500 km/h.Với yêu cầu này, người dùng thiết bị di động trên các tàu cao tốc vẫn đảm bảo đượckết nối Tốc độ tàu cao tốc lớn nhất hiện nay như của Nhật Bản hoặc CGV củaChâu Âu là 320 km/h

Các loại di động sau được định nghĩa:

kỳ trạm gốc nào trong chuyển tiếp.

Yêu cầu tối thiểu cho thời gian gián đoạn di động là 0 ms Do đó, sẽ không

bị gián đoạn dịch vụ khi 1 UE đang di chuyển từ 1 trạm gốc đến trạm khác

3.3: Độ tin cậy:

- Mặc dù không được đề cập trong M.2083 nhưng cũng là 1 thông số quan trọng khácđối với URLCC và được bao gồm trong M.2410

- Độ tin cậy được định nghĩa là xác suất truyền thành công gói lớp 2/3 trong phạm vi tối đa được yêu cầu thời gian, đó

là thời gian cần thiết để phân phối 1 gói dữ liệu nhỏ từ radio giao thức Điểm xâm nhập đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) lớp 2/3 tới radio giao thức lớp 2/3 điểm ra SDU của10giao −5 diện vô tuyến tại 1 chất lượng kênh Yêu cầu

tối thiểu là xác suất thành công 1-là truyền đơn vị dữ liệu giao thức lớp

2(PDU) 32 byte trong vòng 1 ms cho môi trường thử nghiệm URLLC

Chương II: Vai trò và ứng dụng của URLLC:

1 Ứng dụng URLLC trong các sự kiện và nhiệm vụ quan trọng

1.1 Tự động hóa trong công nghiệp

- Ứng dụng có lẽ được đón nhận được nhiều sự quan tâm nhất, yêu cầu sự hỗ trợ từURLLC là nhà máy thông minh hay tự động hóa công nghiệp Đây là một ví dụ tiêubiểu của ứng dụng đòi hỏi chất lượng kết nối 5G vô cùng khắt khe, liên kết chặt chẽgiữa các cảm biến, các bộ dẫn động và các bộ điều khiển

1.2 Phương tiện mặt đất, thiết bị bay không người lái và người máy:

- Ứng dụng này đề cập đến các công việc như điều khiển các thiết bị di động vàngười máy từ xa Những thiết bị trên được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đốivới nhà máy và đồng thời được triển khai ở nhiều khía cạnh khác, có thể nói đến lànông nghiệp thông minh Một lĩnh vực cụ thể của ứng dụng này là quản lý giao thôngbay không người lái, sẽ được nói đến tại một mục riêng

1.3 Tương tác xúc giác:

Ứng dụng trên đề cập tới một m ức độ phản ứng nhất định hoạt động tương tự theo tỉ

lệ ở con người Lấy ví dụ, chăm sóc sức khỏe từ xa hoặc các ứng dụng chơi game cóthể yêu cầu 1 khoảng thời gian phản hồi rất thấp để thuyế t phục các giác quan củacon người chúng ta rằng các cảm nhận từ xúc giác, thị giác hay thính giác đều giốngvới đời thực

Những trường hợp trên bao gồm tương tác giữa người và hệ thống, tại đó con ngườiđiều khiển không dây những đối tượng, vậ t thể thực và ảo, và sự tương tác đó yêucầu tín hiệu điều khiển xúc giác với âm thanh hoặc hình ảnh phản hồi Điều khiểnngười máy và tương tác bao gồm các viễn cảnh khác nhau với rấ t nhiều ứng dụngtrong sản xuất, chăm sóc y tế từ xa và ô tô tự hành Tương tác bằng xúc giác yêu cầ uphả n ứng thời gian thực chỉ trong vài mili giây Phẫu thuật từ xa, sẽ được đề cậpthêm trong chương này, có lẽ là trường hợp đòi hỏi nhiều nhất ứng dụng này

Bảng sau đưa ra thông số KPIs điển hình của các ứng dụng Internet xúc giác

Bảng 1: Các chỉ số hiệu suất chính KPIs dành cho ứng dụng Internet xúc giác:

download by : skknchat@gmail.com

tác thực tế ảo tăng cường từ xa

Hình 1: Mô tả khoảng trễ cho phép dành cho hệ thống Internet xúc giác

1.4 Thực tế ảo tăng cường và thực tế ảo:

Thực tế ảo tăng cường và thưc tế ảo có xu hướng đòi hỏi cao về tốc độ truyền dữ liệu

Một số trường hợp cụ thể có yêu cầu URLLC Một bài báo về NGMN (Verticals

URLLC Use Cases and Requirements, 7/2019) liệt kê 3 ví dụ về AR/VR có yêu cầu

URLLC: công nhân tăng cường thực tế ảo, xem video thực tế ảo 360 độ và công nghệchơi game thực tế ảo/thực tế ảo tăng cường sử dụng điện toán đám mây

- Công nhân sử dụng thực tế ảo tăng cường:

Công việc áp dụng thực tế ảo tăng cường là việc sử dụng các công nghệ kĩ thuật sốvào môi trường công nghiệp để cải thiện cách thức hoàn thành công việc Công việctrên phù hợp với những tình huống không cần phải tiết kiệm chi phí hoặc có thể hoàntoàn tự động hóa các nhiệm vụ, nhưng nó phù hợp cho việc tăng cường khả năng củangười công nhân Một ví dụ hay cho vấn đề này đó là nhiệm vụ như sửa chữa cho vịtrí của thiết bị mà tại đó ta khó tiếp cận được (như là môi trường độc hại chẳng hạn)hoặc tại đó chuyên gia gặ p c ản trở về khoảng cách di chuyển Trong trường hợp nhưvậy, một công nhân từ xa có thể được trang bị một kính AR và một số giao diện giúptương tác dành cho việc điều khiển từ xa Thông tin cảm biến từ vị trí mục tiêu từ xadưới dạng âm thanh, video và xúc giác phản hồi cho phép người điều khiển từ xa cóthể điều khiển thiết bị truyền động tại vị trí mục tiêu để đạt được công việc mongmuốn Hình 2, từ bài báo NGMN, mô tả về công việc này:

Hình 2: Công nhân sử dụng thực tế ảo tăng cường

Tài liệu của NGMN liệt kê những dịch vụ viễn thông sau đây được yêu cầu

cho trường hợp này:

* Độ trễ quá trình đầu cuối: 10 ms

* Độ tin cậy quá trình đầu cuối: 99,9999%

* Vị trí: Dịch vụ đặt trong nhà với chiều ngang chính xác hơn 1m , tính khả dụng

trên 99%, hướng về các phía < 10 độ, và độ trễ của 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 về mức ứng dụng

- Ứng dụng AR nên dễ tiếp cận tới những phạm vi thông tin khác nhau (như thông tin về môi trường, sản xuất máy móc, trạng thái liên kết hiện tại)

- Luồng phát video trực tuyến hai chiều giữa thiết bị AR và server xử lý hình ảnh nênđược mã hóa và chứng thực bởi hệ thống 5G

- Yêu cầu xử lý dữ liệu thời gian thực

Yêu cầu về kiến trúc mạng 5G:

- Không cần khả năng mở rộng động

- Có tính di động ở mức tiêu chuẩn

- Có kết nối thường xuyên

- Thỏa mãn việc đưa vào điện toán biên

- Yêu cầu cơ chế bảo mật chính xác

- Có thể yêu cầu một phần mạng cụ thể và chuyên dụng

1.5 Trình chiếu video tầm nhìn thực tế ảo toàn cảnh 360 độ:

Video góc nhìn 360 độ là những video có góc nhìn quay toàn bộ khung cảnh xungquanh trong cùng 1 thời điểm, sử dụng camera đa hướng hoặc một tổ hợp các camera.Ứng dụng trình chiếu này giúp cho video được truyền phát ngay tại thời điểm quay.Người dùng từ xa với kính VR có thể quan sát nguồn phát video trực tiếp và nếu thayđổi hướng đầu, họ sẽ thấy hướng mà họ quan sát thay đổi ngay trong thời gian thực

Hình 3 mô tả việc quan sát từ xa một sân vận động thông qua mạng 5G Yêu cầu độ

trễ RTT ( hay còn gọi là độ trễ motion-to-photon (MTP) ) trong VR thông thường đạtmức là 20 ms

Hình 3: Trình chiếu video tầm nhìn thực tế ảo

Ta cần mở rộng thêm khái niệm về độ trễ MTP, như là 1 ví dụ hay cho các yêu cầuthế giới thực ở hệ thống 5G Đây là độ trễ giữa chuyển động của đầu người dùng vàthay đổi của thiết bị VR mô phỏng lại chuyển động đó của người sử dụng Khi đầungười dùng di chuyển, thì khung cảnh VR nên thay đổi để khớ p với chuyển động Ởtrong trường hợp này, độ trễ thấp cực kì quan trọng bởi 2 lí do:

* Độ trễ MTP thấp là cần thiết cho người dùng để họ cảm nhận khi họ đang ở trongthế giới mô phỏng Khi đầu của người dùng di chuyển , khung cảnh thực tế ảo nênkhớp với chuyển động Độ trễ giữa hai hành động này càng lâu, thì thế giới thực tế ảocàng trở nên khó chân thực hơn

* Độ trễ MTP cao dẫn tới 1 trải nghiệm thực tế ảo kém và rất dễ gây ra hiện tượngkhó chịu lẫn gây buồn nôn Khi người dùng thực hiện việc đeo kính VR, tâm trí mongđợi màn hình được cập nhật chính xác để phản ánh lại hành động đó Còn việc màn

hình phản hồi lại trễ hơn hành động của người dùng, họ có thể trải nghiệm phải sự mất phương hướng và cảm giác như say xe vậy.

Tài liệu c ủa NGMN liệt kê các yêu cầu đối với dịch vụ thông tin liên lạc dành cho ứng dụng này:

* Thời gian khứ hồi: < 20ms

* Độ tin cậy quá trình đầu cuối: 99,9999 %

* Thông lượng cho trải nghiệm của người dùng: 40 Mbps (với video có độ phân

giải 4K) cho tới 5 Gbps (Video có độ phân giải 12K, tương đương với độ phân giải4K ở tivi)

* Một số yêu cầu khác:

- Phạm vi phủ sóng trong khu vực khép kín vì khán giả có thể ở trong 1 khu vực khépkín

- Cần hỗ trợ đa thiết bị (3000 thiết bị /km2) trên khu vực

- Hỗ trợ ít nhất 3 DoF với tốc độ 60 FPS và 6 DoF với tốc độ 75 FPS

1.6 Công nghệ chơi game đám mây AR và MR:

Một ví dụ hay vế ứng dụng của VR/AR đòi hỏi URLLC là công nghệ chơi game đámmây AR và thực tế hỗn hợp tăng cường (MR), được hiểu là trò chơi thời gian thực sửdụng máy tính có cấu hình tối thiểu với phần lớn các phần mềm ở máy chủ server

biên được mô tả ở hình 4 Kiểu dịch vụ trò chơi trực tiếp này cung cấp việc phát trực

tuyến theo yêu cầu các trò chơi trên máy tính, bảng điểu khiển console và các thiết bị

di động Do đó, người dùng không bắt buộc phải nâng cấp thường xuyên hoặc đốimặt với vấn đề tương thích Những trò chơi đòi hỏi tương tác cao với yêu cầu chấtlượng dịch vụ chặt chẽ dẫn tới sự cần thiết của 1 hệ thống mạng có độ trễ thấp

Hình 4: Công nghệ trò chơi đám mây sử dụng điện toán biên.

Tài liệu của NGMN liệt kê các yêu cầu đối với dịch vụ kết nối dành cho ứng dụng này:

* Độ trễ quá trình đầu cuối tại đường lên: < 7ms

* Độ tin cậy quá trình đầu cuối: 99,9999%

* Thông lượng cho trải nghiệm người dùng: 1 Gbps (cả 2 chiều đi và về)

* Cần hỗ trợ đa thiết bị trên 1 khu vực: 3000/km2

1.7 Các trường hợp khẩn cấp, thiên tai và an toàn công cộng:

Các trường hợp trong mục này thường yêu cầu độ tin cậy cao để thích hợp cho việcphản hồi lại các thả m họa tự nhiên cũng như các trường hợp khẩn cấ p Vị trí tọa độchính xác và độ trễ thấp giúp phản hồi nhanh chóng cũng thường có những yêu cầutối quan trọng

1.8 Chăm sóc sức khỏe khẩn cấp:

Mục này bao gồm những ứng dụng liên quan tới chẩn đoàn từ xa và chữa trị Một bàibáo của 5G America (5G Services & Use Cases,11/ 2017) liệt kê các ví dụ thuộc mụcnày như:

* Theo dõi bệnh nhân từ xa: Ứng dụng này liên quan tới việc giám sát bệnh nhân từ

xa thông qua kết nối với các thiết bị đo đạc sức khỏe nhất định, như nhịp tim, lượngđường huyết, huyết áp, và nhiệt độ Trên cơ sở độc lập, tốc độ dữ liệu và yêu cầu về

độ trễ ở mức khiêm tốn Mặc dù vậy, để ứng dụng này được sử dụng rộng rãi hơn, tacần 5G để hỗ trợ cho việc gia tăng lượng lớn kết nối trên mỗi mét vuông diện tích màvẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ

* Chăm sóc sức khỏe từ xa: Ứng dụng này cung cấp một tư vấn viên riêng, liệu

pháp điều trị, và giám sát bệnh nhân xây dưng trên việc kết nối video Hội nghị videotrực tuyến có thể tăng cường bằng việc vận chuyển các dữ liệu liên quan đến sứckhỏe ngay tại thời điểm diễn ra video Việc chữa trị cũng có thể được đưa ra bằngviệc sử dụng những thiết bị dược phẩm thông minh giúp quản lý được chính xác liềulượng thuốc chỉ đinh theo lịch của bác sĩ hay người hành nghề y

* Phẫu thuật từ xa: Một ứng dụng đòi hỏi URLLC là phẫu thuật từ xa thông qua các

thiết bị người máy Ứng dụng này có thể phù hợp trong cấp cứu, địa điểm xảy rathảm họa và những khu vực xa xôi Những yêu cầu quan trọng đó là việc điều khiểnphải diễn ra cực kì chính xác và độ trễ cực thấp, cũng như độ tin cậy cao và được bảomật tốt

Hình 5: Theo Deliverable D1.5 thuộc dự án METIS của EU, mô tả tổng thể những

tương tác của 1 hệ thống eHealth Những hồ sơ y tế dựa trên điện toán đám mây hỗ

trợ đồng thời cả bệnh nhân và nhân viên bệnh viện Những thiết bị IoT có thể mangtheo cung cấp các dịch vụ y tế từ xa bằng cách kết nối điện toán đám mây thông quatruy cập 5G Các nhân viên y tế từ bên ngoài truy cập vào những đám mây chứa hồ

sơ y tế và phần mề m tương đương với việc liên kết với bệnh viện để chăm sóc sứckhỏe từ xa và phẫu thuật Có lẽ phần đòi hỏi nhiều nhấ t của hệ thống, từ góc độ 5G,

đó là hỗ trợ vận chuyển bệnh nhân bằng xe cứu thương hay thậm chí là máy bay trựcthăng Tốc độ truyề n dữ liệu c ao và độ trễ thấp trong môi trường vô cùng cơ độngnhư vậy đã thúc đẩy những khả năng mà 5G có thể cung cấp

Hình 5: Sơ đồ mô tả eHealth.

1.9 Vận chuyển thông minh

Bài báo của NGMN liệt kê cho ta những ví dụ sau đây liên quan tới vận chuyểnthông minh:

* Hỗ trợ lái xe: 5G cho phép cung cấp các trình điều khiển tiên tiến với các tính

năng hỗ trợ lái xe, từ đó giảm các tai nạn chết người và ùn tắc giao thông Những tínhnăng này bao gồm bản đồ thời gian thực giúp định vị, cảnh báo tốc độ, những nguyhiểm trên đường, các lỗ hổng, màn hình hiển thị, và các chia sẻ dữ liệu cảm biến.Những tính năng trên cung cấp cho phương tiện thay đổi động học trên đường dướinhững tình huống và điều kiện nhất định Kết nối V2N rất quan trọng trong ứng dụngnày Thông tin từ phương tiện cung cấp ứng dụng từ xa để thực hiện lấy mẫu cự lingắn, nhận diện các vật thể và phương tiện xung quanh, cũng như lấy mẫu từ tầmtrung và xa xung quanh nó bằng cách sử dụng thông tin từ bản đồ số mới nhất, các

biển báo, tín hiệu điểm báo giao thông, điểm thi công trên đường bộ và ùn tắc giao thông.

* Tự động lái: Phương thức tự động hóa việc lái xe liên quan đến khả năng phương

tiện cảm nhận được môi trường và định vị mà không cần con người bất kể dưới cáctình huống và điều kiện nào Một mang lưới 5G có URLLC cho phép một số các tínhnăng cần thiết, bao gồm việc sử dụng tổ hợp các thuật toán để phân biệt các xe ô tôkhác nhau trên đường và nhận diện cung đường thích hợp, đưa ra những trở ngại vàquy tắc trên đường, và trao đổi thông tin trong thời gian thực giữa hàng nghìn chiếc

xe được kết nối với nhau trên cùng 1 khu vực

* Lái xe từ xa: Ứng dụng này liên quan tới việc sử dụng tính năng hỗ trợ lái xe từ xa

trong những khu vực mà việc tự động lái không thể triển khai được Lái xe từ xa cóthể nâng cao độ an toàn cho những người khuyết tật, người cao tuổi và dành chonhững ai đang ở trong những tình huống giao thông phức tạp Những tình huống ứngdụng điển hình bao gồm vùng thiên tai và những địa hình không mong muốn và khókhăn cho việc lái xe thông thường (ví dụ như khai thác và xây dựng) Lái xe từ xa yêucầu mạng không dây để hỗ trợ kết nối V2N có video, thông tin nguồn âm thanh, vàphân tích phương tiện, theo cùng đó là thông tin về môi trường, đưa tới người dùng

Hệ thống bắt buộc phải hỗ trợ việc truyền lệnh điều khiển từ người lái xe đến phươngtiện để vận hành ngay trong thời gian thực

2 Ứng dụng URLLC dựa trên yêu cầu về hiệu suất

3GPP TR 22.862 (Đặc điểm kỹ thuật Nhóm Dịch vụ và Khía cạnh Hệ thống; Nghiêncứu khả thi về các dịch vụ mới và thị trường hỗ trợ công nghệ cho truyền thôngquan trọng, Tháng 9 năm 2016) giải quyết các yêu cầu hỗ trợ thông tin liên lạc quantrọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Báo cáo này xác định các nhóm trường hợp sử dụng sau trong lĩnh vực truyền thông quan trọng:

• Độ tin cậy cao hơn và độ trễ thấp hơn

• Độ tin cậy cao hơn, tính khả dụng cao hơn và độ trễ thấp hơn Độ trễ rất thấp

Bảng 2: Ứng dụng URLLC dựa trên đặc điểm hiệu suất

2.1 Độ tin cậy cao hơn và độ trễ thấp hơn

Các trường hợp sử dụng trong họ này thường có yêu cầu về tốc độ dữ liệu khiêm tốnnhưng cần truyền thông điệp một cách đáng tin cậy và nhanh chóng Các trường hợp

sử dụng bao gồm:

• Tự động hóa nhà máy công nghiệp: Trường hợp sử dụng này có thể được đặctrưng bởi số lượng lớn các cảm biến và cơ cấu chấp hành, có thể trên một khu vựcrộng lớn, hoạt động theo kiểu vòng kín Dữ liệu cảm biến được truyền tới các ứngdụng bộ điều khiển cho phép các ứng dụng truyền các lệnh cần thiết đến bộ truyềnđộng Mục 6.4 kiểm tra trường hợp sử dụng này

• Tự động hóa quy trình công nghiệp: Trường hợp sử dụng này có thể liên quanđến một số lượng lớn các cảm biến giám sát một quy trình công nghiệp với các thiết

bị truyền động để kiểm soát quá trình và phản ứng, dưới sự chỉ huy từ xa, đối với các

sự kiện cần can thiệp Các nhu cầu tương tự như các nhu cầu đối với tự động hóa nhàmáy công nghiệp

• Truyền thông quan trọng về sứ mệnh: Các dịch vụ này yêu cầu xử lý ưu đãi so

với các dịch vụ viễn thông thông thường (ví dụ: hỗ trợ cảnh sát hoặc đội cứu hỏa) Ví dụ về các dịch vụ quan trọng bao gồm:

• Hệ thống điều khiển công nghiệp (từ cảm biến đến thiết bị truyền động, với độ trễ rất thấp đối với một số ứng dụng)

• Chăm sóc sức khỏe di động, theo dõi, chẩn đoán và điều trị từ xa (với tỷ lệ và tính khả dụng cao)

• Kiểm soát phương tiện, giao thông đường bộ và phòng ngừa tai nạn theo thời gian thực (bao gồm vị trí, vectơ, ngữ cảnh, thời gian khứ hồi thấp [RTT])

• Hệ thống giám sát và điều khiển diện rộng cho lưới điện thông minh

• Truyền đạt thông tin quan trọng với cách xử lý ưu tiên cho các tình huống an toàn công cộng

• Dịch vụ ưu tiên đa phương tiện (MPS), cung cấp thông tin liên lạc ưu tiên chongười dùng được ủy quyền để đảm bảo an ninh quốc gia và chuẩn bị cho tình huốngkhẩn cấp

• Giọng nói, âm thanh và video trong thực tế ảo và tăng cường: AR và VR được thảo luận trong Mục 6.2

• Hợp tác và kết nối UAV địa phương: Máy bay không người lái (UAV) có thểcộng tác dưới sự điều khiển của một người điều khiển để hoạt động như một mạngcảm biến hoặc thiết bị truyền động di động Nếu một hoặc nhiều UAV nằm ngoài tầmnhìn của người điều khiển, liên lạc được duy trì qua mạng 5G Để hợp tác hiệu quả,đường liên lạc tới các UAV từ xa cần phải đáng tin cậy và có độ trễ thấp.Nhân vật 6,8

Hình 6: Mô tả giao tiếp hợp tác giữa các UAV

2.2 Độ tin cậy cao hơn, tính khả dụng cao hơn và độ trễ thấp hơn

Ngoài việc cần độ tin cậy cao và độ trễ thấp, các trường hợp sử dụng trong nhóm nàycũng yêu cầu mạng và các dịch vụ của nó luôn sẵn sàng, với thời gian chết tối thiểu.Một ví dụ về trường hợp sử dụng trong họ này là điều khiển công nghiệp, liên quanđến việc tích hợ p phần cứng, phần mềm và kế t nối mạng để hỗ trợ cơ sở hạ tầngquan trọng Hệ thống điều khiển công nghiệp (ICS) có thể nâng cao hiệ u quả hoạtđộng của các nhà máy điện, nhà máy nước và nước thải, ngành giao thông vận tải vàcác cơ sở hạ tầng quan trọng khác

Một danh mục chung khác thuộc nhóm trường hợp sử dụng này bao gồm các ứngdụng không chỉ đòi hỏi độ tin cậy và tính sẵn sàng cao mà còn cả tính di động cao.Một ví dụ điển hình trong lĩnh vực eHealth là giao tiếp với xe cứu thương Điều nàyđược thảo luận trong Mục 6.2

Ngoài trời với chuyển động tốc độ cao: Đây là một trường hợp sử dụng để tránh vachạm giữa các phương tiện đang di chuyển dựa trên việc trao đổi thông tin định vịgiữa phương tiện này với phương tiện khác.

Di chuyển tốc độ thấp (bao gồm cả trong nhà và ngoài trời): Một ví dụ trong lĩnh vựcnày là tính năng xe cho phép xác định vị trí của một chỗ đậu xe có sẵn trong một nhà

để xe lớn

Máy bay không người lái (UAV) bay ở độ cao thấp trong tình trạng nguy cấp: UAV

có thể được sử dụng để theo dõi các tình huống khẩ n cấp trong khi những ngườ i ứngcứu đầu tiên đang trên đường di chuyển cũng như cung cấp thiết bị và vật tư khẩncấp

Internet vạ n vậ t rộng lớn (MIoT): Một số ứng dụng MIoT yêu cầu định vị chính xác,chẳng hạn như để giám sát sự di chuyển và lưu trữ của các mặt hàng trong nhà kho

3GPP TR 22.261 (Đặc điểm kỹ thuật Nhóm Dịch vụ và Khía cạnh Hệ thống; Yêu cầudịch vụ đối với hệ thống 5G,Tháng 12 năm 2020) liệt kê các giá trị cụ thể để định vịKPI dựa trên cấp độ dịch vụ 3GPP đã thiết kế 5G để có thể linh hoạt hỗ trợ một loạtcác thị trường từ các thị trường rất cao cấp đến các thị trường rất thấp Các thị trườngcấp thấp hơn được đặc trưng bởi nhiề u hạn chế hơn về mức tiêu thụ điện năng, địađiểm khắc nghiệt hơn hoặc xa hơn và các yếu tố khác có thể làm giảm kỳ vọng củangười dùng cuối Với lưu ý này, TR 22.261 cung cấp các giá trị và phạm vi KPI sau

để định vị theo chiều ngang và chiều dọc:

• Độ chính xác theo chiều ngang: 10–0,2 m

Một cách tiếp cận khác để cung cấp tính khả dụng cao hơn là sử dụng các mạng cóthể triển khai nhanh chóng Tấ t cả các nhà cung cấp mạng di động lớn đều có khảnăng triển khai các trạm gốc và các nút mạng lõi trên xe tải để mở rộng phạm vi phủsóng tạm thời

2.6 Sứ mệnh - Dịch vụ quan trọng

Với các dịch vụ quan trọng, các trường hợp sử dụng liên quan đến các yêu cầu giaotiếp quan trọng và cần mức độ ưu tiên cao hơn so với các giao tiếp khác trong mạng,cũng như một số phương tiện thực thi mức độ ưu tiên này Giao tiếp quan trọng theo

sứ mệnh có thể c ần mức độ ưu tiên cao hơn so với lưu lượng thông thường vì nóđược sử dụng để điều khiển các thiết bị có yêu cầu về độ trễ hoặc độ tin cậy rấtnghiêm ngặ t Một số kiểu truyền thông quan trọng khác có thể cần mức độ ưu tiêncao hơn khi mạng bị quá tải; ví dụ, nhân viên của đội c ứu hỏa có thể cần được ưutiên cao hơn những người sử dụng khác tại địa điểm xảy ra hỏa hoạn

TR 22.862 liệt kê các danh mục chung sau trong họ trường hợp sử dụng này:

Thông tin liên lạc được ưu tiên: Một số người dùng có thể cần và được ủy quyền để

có quyền truy cập ưu tiên vào các tài nguyên mạng rất nhanh chóng (ví dụ: thông tinliên lạc khẩn cấp)

Thông tin liên lạc biệt lập: Mạng phải có khả năng cô lập những người dùng được ưutiên về quyền truy cập tài nguyên để tránh những người dùng khác tác động tiêu cựcđến những người dùng có mức độ ưu tiên cao hơn

Thông tin liên lạc được bảo vệ: Các mạng cần cung cấp các mức độ bảo mật khácnhau

Thông tin liên lạc được đảm bảo: Nếu một mạng cung cấp các cấp độ khác nhau vềkhả năng phục h ồi, tính khả dụng, vùng phủ sóng và độ tin cậy, thì có thể điều chỉnh

tỷ lệ thành công của truyền thông để đáp ứng yêu cầu của những người dùng và lưulượng truy cập khác nhau

Truyền thông được tối ưu hóa: Nếu mạng cung cấp các giải pháp kiến trúc khác nhau

để cung cấp dịch vụ cho người dùng, mạng có thể tối ưu hóa việc truyền thông

Thông tin liên lạc được hỗ trợ: Khi khả năng cung cấp của tài nguyên hệ thống bị hạnchế, do tải lưu lượng rất cao hoặc một số tài nguyên không khả dụng, mạng phải cókhả năng đối phó với tình huống Nếu mạng cho phép điều chỉnh các dịch vụ đượcphép cho những người dùng khác nhau, mạng có thể hoạt động và vẫn cung cấp chongười dùng mức dịch vụ có thể chấp nhận được

3 Công nghiệp 4.0:

Tự động hóa đã và đang trở thành 1 đặc tính không thể thiếu trong sản xuất và quátrình công nghiệp hóa kể từ khi cuộc cách mạng Công nghiệp bắt đầu Những tiế n bộcủa tự động hóa mang tới hiệu quả cao hơn cũng như độ tin cậy và tính linh hoạt Mộtloạt các nhân tố đang mang đến cho ta 1 cuộc thay đổi vô cùng lớn, bao gồm nh ữngtiến bộ về mạng di động, những kết nối khổng lồ, điện toán đám mây, phân tích các

dữ liệu lớn và tự động hóa thông minh Các thuật ngữ sau đây sẽ được đề cập thường xuyên trong mục này:

- Hệ thống mạng vật lý (CPS): Một hệ thống được kết nối, tương tác gồm tín hiệu số,

tương tự, vật lý và có các thành phần con người Những máy tính nhúng, người vậnhành giám sát và điều khiển các quá trình vật lý bằng cách sử dụng những vòng phảnhồi của các cảm biến và các thiết bị truyền động

- Công nghiệp 4.0: Thế hệ thứ tư của cuộc Cách mạng Công nghiệp, được tạo nên bới

hệ thống mạng vật lý, sự số hóa, và kết nối được phổ cập cung cấp từ công nghệ 5G

và Internet kết nối vạn vật (IoT)

Thuật ngữ công nghiệp 4.0 sẽ được sử dụng để nói tới việc đã có 4 thê hệ trong CuộcCách mạng Công nghiệp:

- Thế hệ thứ nhất: Cơ khí hóa bằng nước và hơi nước

- Thế hệ thứ 2: Dây chuyền sản xuất hàng loạt sử dụng điện

- Thế hệ thứ 3: Áp dụng máy tính và tự động hóa

- Thế hệ thứ 4: Hệ thống thông minh và tự động hóa được cung cấp bởi dữ liệu và ngôn ngữ máy

Công nghiệp 4.0 sử dụng công nghệ IoT và hệ thống mạng vật lý như các cảm biến

để thu thập số lượng lớn dữ liệu có thể được sử dụng bởi các nhà sản xuất lớn hay các

cá nhân sản xuất nhỏ lẻ để phân tích và cải thiện hiệu năng của chúng

Môt bài báo từ NGMN (Perspectives on Vertical Industries and Implications for 5G,

9/2016) liệt kê những điểm then chốt của công nghiệp 4.0:

* Hiệu quả về mặt chi phí: Để giảm chi phí, các nhà sản xuất tìm kiếm cách mở

rộng tự động hóa trên nhiều phương hướng khác nhau của chuỗi cung cấp, áp dụngđúng lúc những mô hình đó cho toàn bộ chuỗi giá trị, tối ưu hóa việc sử dụng nguồnvật tư hiện có và nâng cao năng suất của công nhân Việc gia tăng các áp lực cạnhtranh để giảm hoạt động, bảo trì, và chi phí thời gian chết cũng dẫn đầu trong việchướng tới các quy trình hỗ trợ dữ liệu và các mô hình mới dành cho hoạt động vàhiệu suất giám sát, dự đoán bảo trì, tài sản và quản lí kiểm kê

* Cá nhân hóa và tùy biến: Các nhà sản xuất tìm kiếm những lợi thế cạnh tranh

bằng việc đòi hỏi cá nhân hóa và tùy biến hóa các sản phẩm phù hợp với 1 cá nhân cụthể và/hoặc môi trường Trong nhiều trường hợp và ngữ cảnh, các tổ chức đang thoátkhỏi những mô hình sản xuát truyền thống giúp đạt được hiệu quả về chi phí thông