URLLC (اتصالات منخفضة الكمون فائقة الموثوقية) يتم تعريفها بواسطة 3GPP لـ 5G (NR) وتهدف إلى تلبية المتطلبات الصعبة للغاية لزمن الوصول وتوافر الخدمات. يجب أن توفر شبكات الهاتف المحمول 5G (NR) التي تدعم URLLC زمن وصول منخفض وتقليل فقدان الحزم والتسليم خارج الترتيب.
I. تعريف URLLC:يحدد قطاع الاتصالات الراديوية (ITU-R) كمون مستوى المستخدم أحادي الاتجاه بمقدار 1 مللي ثانية في أنظمة 5G (NR). يمكن تعريف ذلك بشكل أكبر من خلال تحليل اختصار URLLC وتحليل متطلباته:
•متطلبات الموثوقية العالية للغاية:تتراوح من 99.99% لمراقبة العمليات إلى 99.999999% للروبوتات الصناعية. يغطي هذا فقدان حزم الإرسال وإعادة ترتيب الحزم - وكلاهما يجب أن يكون عند أدنى مستوى ممكن.
• متطلبات الاتصال ذات زمن الاستجابة المنخفض من طرف إلى طرف:زمن استجابة طبقة التطبيق أقل من 0.5-50 مللي ثانية، وزمن وصول الواجهة اللاسلكية 5G أقل من 1 مللي ثانية.
ثانيا. تطبيقات URLLC: يمكن لسيناريوهات التطبيق المختلفة الاستفادة بشكل كامل من زمن الوصول المنخفض الموثوق به للغاية، بما في ذلك:
الواقع المعزز/ الواقع الافتراضي وتقنيات التفاعل اللمسيالسماح للمستخدمين بتجربة الحقائق المصطنعة أو الحصول على معلومات إضافية من خلال تراكب معلومات العالم الحقيقي. وقد تم تطبيق هذه التكنولوجيا في صناعة الترفيه والتطبيقات الصناعية مثل إدارة المستودعات والصيانة الميدانية، ومن المتوقع أن يتم تطبيقها في المجالات الحيوية مثل الجراحة المحسنة.
مثلالمركبات المستقلةاستبدال السائقين البشريين تدريجيًا، ستستفيد وسائل النقل أيضًا من URLLC. تستخدم المركبات والبنية التحتية أجهزة الاستشعار المتقدمة والذكاء الاصطناعي وتقنيات الاتصال شبه الفورية لتحسين الكفاءة والسلامة بشكل كبير. تنعكس المزايا الرئيسية لزمن الوصول المنخفض في القيادة عن بعد ومشاركة أجهزة الاستشعار.
الشبكات الذكيةتعمل على تحسين توزيع الطاقة، واستخدام قدرات الاتصال لتحقيق توازن أفضل للطاقة واكتشاف الأخطاء وتخفيفها.
التحكم في الحركةيغطي الأدوات الآلية وآلات الطباعة والتغليف. ومن المتوقع أن يتحكم URLLC في حركة وتدوير أجزاء الآلات بطريقة متزامنة، وبالتالي تحقيق كفاءة عالية.
ثالثا. معايير URLLC
اتخذت 3GPP الخطوة الأولى نحو URLLC في أول إصدار 5G لها، R15؛ تم تعريف الواجهة الهوائية الخاصة بها بزمن وصول قدره1 مللي ثانيةوموثوقية99.999%. في بنية شبكة NSA (غير المستقلة)، يجب أن تعتمد الشبكة الأساسية والإشارات اللاسلكية على LTE، والتي لا يمكنها تلبية متطلبات زمن الوصول الشامل لـ URLLC. يحدد 3GPP R16SA (مستقل)بنية 5G، التي تحتوي على شبكة 5G أساسية مستقلة ويمكن أن تعمل بدون LTE، مما يوفر وظيفتين مهمتين—تقطيع الشبكة والحوسبة الطرفية المتنقلة(ميك).
رابعا. عوامل قيادة URLLC:يعتمد زمن الوصول من النهاية إلى النهاية عادةً علىأداء الشبكةوالمسافة بين الخادم ومعدات المستخدم، وكلاهما تم تحسينهما لاستيعاب تطبيقات URLLC، بما في ذلك:
4.1 واجهة الهواء:يتم تحقيق تحسين زمن الوصول المنخفض في 5G من خلال التباعد المرن للموجات الحاملة الفرعية، والجدولة المحسنة لزمن الوصول المنخفض، والنقل بدون منح للوصلة الصاعدة. يعد تعدد الإرسال التفاضلي وقنوات التحكم القوية وتحسينات HARQ أمرًا ضروريًا لتحسين الموثوقية.
مع تباعد الموجات الحاملة الفرعية الجديد، يمكن تعديل تباعد الموجات الحاملة الفرعية من 15 كيلو هرتز إلى 240 كيلو هرتز. التباعد الأكبر يعني مدة أقصر للرمز، وبالتالي تقصير الفاصل الزمني للجدولة. يمكن لخوارزمية الجدولة جدولة فترات زمنية صغيرة، مما يقلل من زمن انتقال الإرسال. لتجنب التأخير الناجم عن طلب موارد الإرسال، يمكن استخدام الإرسال بدون منح للوصلة الصاعدة.
يستخدم تعدد الإرسال التفاضلي هوائيات متعددة في جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال لإنشاء مسارات مستقلة لنشر الإشارة المكانية، وبالتالي منع فشل الارتباط الفردي. ولضمان الموثوقية، تهدف NR إلى بناء قنوات تحكم قوية ذات معدلات خطأ منخفضة في البتات؛ إدخال تشفير جديد واستخدام مخططات تشفير التشكيل المنخفض (MCS) للإرسال. يتم تعزيز آلية إعادة إرسال HARQ من خلال التخصيص المسبق لموارد إعادة الإرسال، وبالتالي تقليل زمن الوصول وتحسين الموثوقية.
4.2 تقطيع الشبكة:وهذه هي الميزة الرئيسية لـ 5G، مما يسمح بتخصيص الموارد عند الطلب وفقًا لاحتياجات الخدمة لمختلف المستخدمين. يتم تقسيم الموارد بمرونة وعزلها عن تأثير المستخدمين الآخرين، مما يؤدي إلى إنشاء قنوات منطقية شاملة. يمكن تكوين جودة الخدمة المطلوبة لشرائح المستخدم عند الطلب من الواجهة اللاسلكية إلى الشبكة الأساسية. على سبيل المثال، بالنسبة لنفس المستخدم، يمكن لشبكة الجيل الخامس إنشاء شريحة بث فيديو عالية السعة لخدمات النطاق العريض للأجهزة المحمولة المحسنة (eMBB) دون قيود صارمة على زمن الوصول؛ وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا إنشاء شريحة ذات زمن وصول منخفض للاتصالات ذات زمن الاستجابة المنخفض (URLLC) الموثوقة للغاية للتحكم في الروبوت. وظائف الأعمال - تنطبق هذه الميزة فقط على البنية المستقلة (SA) لشبكة 5G الأساسية.
4.3 حوسبة الحافة المتنقلةيقلل بشكل كبير من زمن الوصول ويحسن الموثوقية من خلال استضافة تطبيقات المستخدم على "جانب الحافة" لشبكة الوصول إلى الراديو السحابي (C-RAN). لذلك، يعتمد زمن انتقال الإرسال بشكل أساسي على الوصول اللاسلكي. تعمل الاستضافة على الحافة على تجنب اجتياز الشبكة الأساسية وتقليل عدد العقد في مسار البيانات، وبالتالي تحسين الموثوقية.
