URLLC (초고신뢰 저지연 통신)는 5G(NR)를 위해 3GPP에서 정의되었으며, 서비스의 지연 시간과 가용성에 대한 매우 까다로운 요구 사항을 충족하는 것을 목표로 합니다. URLLC를 지원하는 5G(NR) 모바일 네트워크는 낮은 지연 시간을 제공하고 패킷 손실 및 순서 이탈 전달을 최소화해야 합니다. I. URLLC 정의:
ITU-R은 5G(NR) 시스템에서 1밀리초의 단방향 사용자 평면 지연 시간을 지정합니다. 이는 URLLC 약어를 분해하고 요구 사항을 분석하여 추가로 정의할 수 있습니다:•
초고 신뢰성 요구 사항: 프로세스 모니터링의 99.99%에서 산업용 로봇의 99.999999%까지 다양합니다. 이는 전송 패킷 손실 및 패킷 재정렬을 포함하며, 둘 다 가능한 한 낮아야 합니다.• 종단 간 저지연 통신 요구 사항:
애플리케이션 계층 지연 시간은 0.5-50밀리초 미만, 5G 무선 인터페이스 지연 시간은 1밀리초 미만입니다.II. URLLC 애플리케이션:
다양한 애플리케이션 시나리오에서 초고 신뢰성 저지연 시간을 최대한 활용할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다: 증강 현실/가상 현실 및 햅틱 상호 작용 기술
사용자가 인공적으로 생성된 현실을 경험하거나 실제 세계 정보를 오버레이하여 추가 정보를 얻을 수 있도록 합니다. 이 기술은 엔터테인먼트 산업, 창고 관리 및 현장 유지 보수와 같은 산업 응용 분야에 적용되었으며, 향상된 수술과 같은 중요한 분야에도 적용될 것으로 예상됩니다.자율 주행차
가 점차 인간 운전자를 대체함에 따라 운송 또한 URLLC의 혜택을 받을 것입니다. 차량과 인프라는 고급 센서, 인공 지능 및 거의 즉각적인 통신 기술을 활용하여 효율성과 안전성을 크게 향상시킵니다. 낮은 지연 시간의 주요 장점은 원격 운전 및 센서 공유에 반영됩니다.스마트 그리드는 더 나은 전력 균형을 달성하고 결함을 감지 및 완화하기 위해 통신 기능을 활용하여 전력 분배를 개선하고 있습니다.
모션 제어는 공작 기계, 인쇄 및 포장 기계를 포함합니다. URLLC는 기계의 움직임과 회전 부품을 동기화된 방식으로 제어하여 고효율을 달성할 것으로 예상됩니다.
III. URLLC 표준3GPP는 첫 번째 5G 릴리스인 R15에서 URLLC를 향한 첫 번째 단계를 밟았습니다. 에어 인터페이스는
1밀리초
의 지연 시간과99.999%의 신뢰성으로 정의되었습니다. NSA(Non-Standalone) 네트워크 아키텍처에서 코어 네트워크와 무선 신호는 LTE에 의존해야 하며, 이는 URLLC의 종단 간 지연 시간 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 3GPP R16은SA(Standalone) 5G 아키텍처를 정의하며, 독립적인 5G 코어 네트워크를 가지고 LTE 없이 작동할 수 있으며, 두 가지 중요한 기능인네트워크 슬라이싱 및 모바일 에지 컴퓨팅(MEC)을 제공합니다.IV. URLLC 추진 요인: 종단 간 지연 시간은 일반적으로
네트워크 성능과서버와 사용자 장비 간의 거리에 따라 달라지며, 둘 다 URLLC 애플리케이션을 수용하도록 최적화되어 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:4.1 에어 인터페이스: 5G에서 낮은 지연 시간 최적화는 유연한 부반송파 간격, 낮은 지연 시간에 최적화된 스케줄링 및 업링크 그랜트 프리 전송을 통해 달성됩니다. 차등 다중화, 강력한 제어 채널 및 HARQ 향상은 신뢰성 향상에 매우 중요합니다.
새로운 부반송파 간격을 사용하면 부반송파 간격을 15kHz에서 240kHz로 조정할 수 있습니다. 더 큰 간격은 심볼 지속 시간이 짧아짐을 의미하므로 스케줄링 간격이 짧아집니다. 스케줄링 알고리즘은 마이크로 타임 슬롯을 스케줄링하여 전송 지연 시간을 더욱 줄일 수 있습니다. 전송 리소스를 요청하여 발생하는 지연을 방지하기 위해 업링크 그랜트 프리 전송을 사용할 수 있습니다.차등 다중화는 수신기와 송신기의 여러 안테나를 사용하여 독립적인 공간 신호 전파 경로를 생성하여 단일 링크 오류를 방지합니다. 신뢰성을 보장하기 위해 NR은 낮은 비트 오류율로 강력한 제어 채널을 구축하는 것을 목표로 합니다. 새로운 코딩을 도입하고 낮은 변조 코딩 방식(MCS)을 사용하여 전송합니다. HARQ 재전송 메커니즘은 재전송 리소스를 미리 할당하여 지연 시간을 줄이고 신뢰성을 향상시킵니다.
4.2 네트워크 슬라이싱:
이는 5G의 핵심 기능으로, 서로 다른 사용자의 서비스 요구 사항에 따라 리소스를 온디맨드로 할당할 수 있습니다. 리소스는 유연하게 분할되고 다른 사용자의 영향으로부터 격리되어 종단 간 논리 채널을 생성합니다. 사용자 슬라이스에 필요한 QoS는 무선 인터페이스에서 코어 네트워크까지 온디맨드로 구성할 수 있습니다. 예를 들어, 동일한 사용자의 경우 5G는 엄격한 지연 시간 제약이 없는 향상된 모바일 광대역(eMBB) 서비스를 위해 고용량 비디오 스트리밍 슬라이스를 생성할 수 있습니다. 동시에 로봇 제어를 위한 초고 신뢰 저지연 통신(URLLC)을 위해 저지연 슬라이스를 생성할 수도 있습니다. 비즈니스 기능 - 이 기능은 5G 코어 네트워크의 독립형(SA) 아키텍처에만 적용됩니다.
4.3 모바일 에지 컴퓨팅은 클라우드 무선 액세스 네트워크(C-RAN)의 "에지 측"에서 사용자 애플리케이션을 호스팅하여 지연 시간을 크게 줄이고 신뢰성을 향상시킵니다. 따라서 전송 지연 시간은 주로 무선 액세스에 따라 달라집니다. 에지에서 호스팅하면 코어 네트워크를 통과하지 않아 데이터 경로의 노드 수를 줄여 신뢰성을 향상시킵니다.
