JP7821330B2 - Delay guarantee method for cloud-based PLC services in 5G-TSN architecture - Google Patents
Delay guarantee method for cloud-based PLC services in 5G-TSN architectureInfo
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Description
本発明は、5Gと産業インターネットとの連携・融合の技術分野に関し、特に5G-TSNアーキテクチャにおけるクラウド化PLCサービスへの遅延保証方法に関する。 The present invention relates to the technical field of collaboration and integration between 5G and the industrial Internet, and in particular to a method for guaranteeing delays for cloud-based PLC services in a 5G-TSN architecture.
5Gと産業インターネットとの連携・融合は、現在の学術研究のホットスポットとなっている。5Gは低遅延、高信頼性の接続能力を備えるため、5Gによる産業応用への強化が通信業界と産業業界で共に求められている。しかし、産業用サービスは、ベアラ・ネットワークに対する性能要求が極めて厳しい。工場ベアラ・ネットワークは、低遅延、低ジッターおよび高信頼性が求められる他、確定性という特性も求められている。産業用制御システムの場合、確定的な遅延保証は、システムの安全性と制御性の基礎となる。従って、5Gシステムの確定的な伝送能力を向上させるために、5GとTSN間の協調伝送をどのように実現するかという技術的課題は、5Gによる産業のコアリンクへの深い強化においてて非常に重要である。 The integration and collaboration between 5G and the industrial Internet is currently a hot topic of academic research. Because 5G offers low-latency and highly reliable connection capabilities, both the telecommunications and industrial sectors are calling for 5G to enhance industrial applications. However, industrial services place extremely stringent performance requirements on bearer networks. Factory bearer networks require low latency, low jitter, and high reliability, as well as determinism. For industrial control systems, deterministic delay guarantees are the foundation of system safety and controllability. Therefore, the technical challenge of how to achieve cooperative transmission between 5G and TSN to improve the deterministic transmission capabilities of 5G systems is crucial for the deep enhancement of 5G to industrial core links.
タイム センシティブ ネットワーキング(TSN、Time Sensitive Networking)は、標準のイーサネットをベースに、時間同期、リソース管理、トラフィック シェーピング、ネットワーク構成などのレイヤー2技術を強化するために、IEEE 802.1ワーキンググループによって形成された一連の標準規格である。TSNは、技術面において、確定的な遅延保証とマルチサービスの統合伝送能力を有するため、TSNドメイン内の各ノード間の高精度な時間同期を実現することを基に、強いリアルタイム要求を持つ時間トリガーサービスフローのエンド・ツー・エンドの伝送遅延とジッターの境界性を保証できるだけでなく、非リアルタイム型サービスやベスト・エフォート型サービスの「ワンネットワーク伝送」を実現できる。TSNは、ネットワーキングにおいて、標準イーサネットプロトコルと互換性があるため、異種産業用フィールド通信プロトコルとの連携を実現でき、異種フィールド通信プロトコルの共存と前方互換性がある。しかし、設備、作業場および工場にはセンサーが多く導入され、生産ラインではロボットアームや移動ロボットなどのインテリジェント端末が広く使用されることに伴い、有線TSNネットワークではスマート工場の端末アクセスやデータ伝送のニーズを満たすことが難しくなる。5GとTSNとの融合・連携は、5Gの産業分野への展開のニーズだけでなく、スマート工場の内部ニーズによっても推進されている。 Time Sensitive Networking (TSN) is a set of standards established by the IEEE 802.1 Working Group to enhance Layer 2 technologies such as time synchronization, resource management, traffic shaping, and network configuration based on standard Ethernet. From a technical perspective, TSN offers deterministic delay guarantees and integrated multi-service transmission capabilities. By achieving high-precision time synchronization between nodes within the TSN domain, it can guarantee end-to-end transmission delay and jitter bounds for time-triggered service flows with strong real-time requirements, as well as realize "one-network transmission" for non-real-time and best-effort services. In terms of networking, TSN is compatible with standard Ethernet protocols, enabling integration with heterogeneous industrial field communication protocols and ensuring coexistence and forward compatibility among heterogeneous field communication protocols. However, as more sensors are introduced into equipment, workshops, and factories, and intelligent terminals such as robotic arms and mobile robots are widely used on production lines, wired TSN networks are finding it difficult to meet the terminal access and data transmission needs of smart factories. The convergence and integration of 5G and TSN is being driven not only by the needs of 5G deployment in the industrial sector, but also by the internal needs of smart factories.
現在、IT及びOT分野では、クラウド上で動作するプログラマブルコントローラーであるクラウド化PLCの概念が提案され、IoTインターフェースの標準化とアプリケーションのクラウド化により、ソフトウェアデファインドPLCを用いて産業インターネットプラットフォームと直接通信して、クラウド化PLCの遠隔制御を実現している。クラウド化PLCの登場により、PLCの設置場所の自由度が向上し、産業用制御タスクの迅速な構築、スムーズな移行、安全なバックアップなどの機能が実現可能となる。クラウド化PLCを工業団地のMECサーバーに導入することで、5G UPFで産業用制御サービスデータのオフロードを実現し、MECの強力な計算能力を基に工場向けの産業用制御サービスを提供できる。また、クラウド化PLCは、5Gネットワークをさらに活用して、エッジコンピューティング能力を5G CUに統合することができる。汎用アーキテクチャのサーバー上で5G CUのプロトコルスタックを実現することを基に、オフロード機能を統合してクラウド化PLCを設置することで、5G CUで産業用制御サービスデータのオフロードを実現し、クラウド化PLCと産業現場の被制御デバイスとの間の通信経路をさらに短縮する。一方、クラウド化PLCの産業用制御サービスデータを保証するには、5G-TSNネットワーク全体において、データ伝送の確定性に最も影響を与えるのは5Gのエアインターフェースである。しかし、5Gのエアインターフェースのリソースが限られているため、複数のサービスを同時に伝送する場合、産業用制御サービスに対してどのように信頼性のある遅延保証を提供するかは、5G-TSNアーキテクチャにおいてクラウド化PLCサービスを伝送する上での鍵となり、5G-TSNネットワークにおいてどのように確実に伝送するかは、5G-TSNに基づいたクラウド化PLC装置が直面している主な課題となっている。 Currently, the IT and OT fields have proposed the concept of cloudified PLCs, programmable controllers that run on the cloud. By standardizing IoT interfaces and cloudifying applications, software-defined PLCs can communicate directly with industrial Internet platforms, enabling remote control of cloudified PLCs. The emergence of cloudified PLCs increases flexibility in PLC installation location and enables rapid construction of industrial control tasks, smooth migration, and secure backup. By deploying cloudified PLCs on MEC servers in industrial parks, 5G UPF can be used to offload industrial control service data, providing factory-specific industrial control services based on the powerful computing capabilities of the MEC. Cloudified PLCs can also further leverage 5G networks to integrate edge computing capabilities into 5G CUs. By implementing the 5G CU protocol stack on a general-purpose server, offloading functions can be integrated into cloudified PLCs, enabling industrial control service data offloading on the 5G CUs and further shortening the communication path between the cloudified PLCs and controlled devices on the industrial site. Meanwhile, when it comes to ensuring the data integrity of cloud-based PLC industrial control services, the 5G air interface has the greatest impact on the determinism of data transmission across the entire 5G-TSN network. However, due to the limited resources of the 5G air interface, providing reliable latency guarantees for industrial control services when transmitting multiple services simultaneously is key to transmitting cloud-based PLC services in the 5G-TSN architecture. How to ensure reliable transmission across the 5G-TSN network is a major challenge facing cloud-based PLC devices based on 5G-TSN.
本発明は、5G-TSNアーキテクチャにおけるクラウド化PLCサービスへの遅延保証方法を提供することにより、5Gネットワークの遅延を低減し、中間ケーブルおよびデバイスを削減し、デバイス端末の移動範囲を拡大している。クラウド化PLCサービスは、無線エアインターフェースにおいて優先的にリソースが配分されるため、複数のサービスが混在して伝送される場合、提案しているアルゴリズムでは、保証を提供しないアルゴリズムよりも低い遅延を得ることができる。5G-TSNネットワークは、複数のサービスを同時に伝送しながら、産業用制御サービスに対して遅延の確定性を保証し、産業現場におけるネットワークの設置複雑さを軽減している。 The present invention provides a delay guarantee method for cloud-based PLC services in a 5G-TSN architecture, thereby reducing 5G network latency, eliminating intermediate cables and devices, and expanding the mobility range of device terminals. Because cloud-based PLC services receive priority resource allocation in the wireless air interface, the proposed algorithm can achieve lower latency than algorithms that do not provide guarantees when multiple services are transmitted simultaneously. 5G-TSN networks guarantee deterministic latency for industrial control services while simultaneously transmitting multiple services, reducing the complexity of network installation in industrial sites.
本発明は、前記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。
5G-TSNアーキテクチャにおけるクラウド化PLCサービスへの遅延保証方法であって、
4)5G-TSNネットワークにサービス優先度マッピング機能モジュールを設けて、異なるサービスフローが基地局に到着すると、基地局はまずストリームIDに基づいて異なるサービスフローを識別し、異なるサービスフローを優先度に従って異なるキューにマッピングすることと、
5)5G-TSNネットワークに優先度キュー管理機能モジュールを設けて、産業用制御サービスフローの遅延要求に応じてキューイングを行い、遅延要求が小さいほどデータパケットをキューの上位に配置し、異なる走査サイクル及び異なる遅延要求を持つ産業用制御サービスフローの内、走査サイクルが小から大、且つ遅延要求が高から低の産業用制御サービスフローについて、優先的に優先度順位付けを行い、その他の優先度キューについて、FIFO規則を用いてキューイングを行うことと、
6)5G-TSNネットワークに無線リソーススケジューリング機能モジュールを設けることとを含み、
クラウド化PLC産業用制御サービスの無線リソースの優先配分方法が、
(4)キューのデータ量を統計するステップであって、現在のキューに含まれるクラウド化PLC産業用制御サービスフローの数をnとし、同一種類の産業用制御サービスフローiに対応するデータパケットの数をpiとし、データパケットの数からキューのデータ量を統計すると、データパケットの数が
(5)無線チャネルの品質をフィットバックするステップであって、産業用制御サービスフローiに対応する無線チャネルの品質がCQIiと示され、適応変調符号化により、該無線チャネルの品質では、各リソースブロックが伝送できるビット数がAMCiであることを得、AMCiが多いほど無線チャネルの品質が優れるとフィードバックするステップと、
(6)必要な無線リソースを算出するステップであって、異なるクラウド化PLC産業用制御サービスフローの無線チャネルの品質に従ってpi個のデータパケットの伝送に必要なRBの数
(4)無線リソースを配分するステップであって、エアインターフェースで無線リソースを配分する際に、まず優先度が最も高いキューに対して行い、伝送時間間隔TTI内に配分可能な無線リソースの総数を
A method for guaranteeing delay to cloud-based PLC services in a 5G-TSN architecture, comprising:
4) providing a service priority mapping function module in the 5G-TSN network, such that when different service flows arrive at the base station, the base station first identifies the different service flows based on stream IDs, and maps the different service flows to different queues according to their priorities;
5) A priority queue management function module is provided in the 5G-TSN network, and queuing is performed according to the delay requirement of the industrial control service flow, and the smaller the delay requirement, the higher the data packet is placed in the queue. Among the industrial control service flows with different scanning cycles and different delay requirements, the industrial control service flows with small to large scanning cycles and high to low delay requirements are prioritized, and other priority queues are queued using the FIFO rule;
6) Providing a radio resource scheduling function module in the 5G-TSN network;
The priority allocation method of wireless resources for cloud-based PLC industrial control services is
(4) A step of calculating the data volume of the queue. The number of cloud-based PLC industrial control service flows currently included in the queue is n, and the number of data packets corresponding to the same type of industrial control service flow i is p i . When the data volume of the queue is calculated based on the number of data packets, the number of data packets is:
(5) a step of feeding back the quality of the wireless channel, in which the quality of the wireless channel corresponding to the industrial control service flow i is represented as CQI i , and through adaptive modulation and coding, it is found that the number of bits that each resource block can transmit is AMC i under the quality of the wireless channel, and the larger AMC i is, the better the quality of the wireless channel is;
(6) calculating the required wireless resources, and determining the number of RBs required to transmit the p i data packets according to the quality of the wireless channels of different cloud-based PLC industrial control service flows;
(4) A step of allocating radio resources, in which when allocating radio resources on the air interface, the allocation is performed for the queue with the highest priority first, and the total number of radio resources that can be allocated within a transmission time interval (TTI) is calculated as follows:
さらに、クラウド化PLCサービス用の5G-TSNアーキテクチャは、クラウド化PLC、ビデオサービス、その他のデータサービスおよび5G+TSNネットワークを含み、前記クラウド化PLC、ビデオサービスおよびその他のデータサービスは、5G-TSNネットワークを通じてサーバーからクライアントへ送信される。 Furthermore, the 5G-TSN architecture for cloudified PLC services includes cloudified PLC, video services, other data services, and a 5G+TSN network, and the cloudified PLC, video services, and other data services are transmitted from the server to the client through the 5G-TSN network.
さらに、前記5G+TSNネットワークは、ネットワーク側TSNコンバータNW-TT、ユーザープレーン機能UPF、サービス優先度マッピング、優先度キュー管理、無線リソーススケジューリング、ユーザー端末UEおよびデバイス側TSNコンバータを含み、クラウド化PLC、ビデオサービスおよびその他のデータサービスは、ユーザープレーン機能UPFを介してネットワーク側TSNコンバータNW-TTを用いて5Gコアネットワークにアクセスし、サービス優先度マッピング、優先度キュー管理および無線リソーススケジューリングにより、配分されたリソースがユーザー端末UEに送信され、ユーザー端末UEは、デバイス側TSNコンバータに接続されて、TSN出力ポートを提供する。 Furthermore, the 5G+TSN network includes a network-side TSN converter NW-TT, a user plane function UPF, service priority mapping, priority queue management, radio resource scheduling, a user terminal UE, and a device-side TSN converter. Cloud-based PLC, video services, and other data services access the 5G core network using the network-side TSN converter NW-TT via the user plane function UPF. Allocated resources are sent to the user terminal UE through service priority mapping, priority queue management, and radio resource scheduling. The user terminal UE is connected to the device-side TSN converter to provide a TSN output port.
さらに、前記無線リソースを配分する際に、異なるサービスフローに優先度タグを付け、優先度タグの値が0および1であることを高優先度とし、優先度タグの値が2、3または4であることを中優先度とし、優先度タグの値が5、6または7であることを低優先度とする。 Furthermore, when allocating the wireless resources, priority tags are attached to different service flows, with priority tag values of 0 and 1 being considered high priority, priority tag values of 2, 3, or 4 being considered medium priority, and priority tag values of 5, 6, or 7 being considered low priority.
さらに、前記無線リソースを配分することにおいて、同一優先度のキューについて、同一優先度のサービスフローデータが到着すると、遅延要求の値が小さいほど該サービスフローデータを上位に配置するように、同一優先度のサービスフローの遅延要求に応じてキューイングを行う。 Furthermore, when allocating the wireless resources, when service flow data of the same priority arrives in queues of the same priority, queuing is performed according to the delay requirements of service flows of the same priority, so that the smaller the delay requirement value, the higher the service flow data is placed.
本発明は、従来技術に比べて、下記の有益な効果を奏する。
1)5Gネットワークの遅延を低減し、中間ケーブルおよびデバイスを削減し、デバイス端末の移動範囲を拡大している。
2)クラウド化PLCサービスは、無線エアインターフェースにおいて優先的にリソースが配分されるため、複数のサービスが混在して伝送される場合、提案しているアルゴリズムでは、保証を提供しないアルゴリズムよりも低い遅延を得ることができる。
3)5G-TSNネットワークは、複数のサービスを同時に伝送しながら、産業用制御サービスに対して遅延の確定性を保証し、産業現場におけるネットワークの設置複雑さを軽減している。
The present invention has the following advantageous effects compared to the prior art.
1) 5G networks reduce latency, eliminate intermediate cables and devices, and expand the range of device terminal movement.
2) Cloud-based PLC services are given priority in resource allocation in the wireless air interface, so when multiple services are transmitted together, the proposed algorithm can achieve lower delays than algorithms that do not provide guarantees.
3) 5G-TSN networks can simultaneously transmit multiple services while guaranteeing deterministic latency for industrial control services, reducing the complexity of network installation in industrial sites.
以下、図面に基づいて本発明の具体的な実施態様をさらに説明する。
図1は、本発明に係るクラウド化PLCサービス用の5G-TSNアーキテクチャの図である。本発明に係る5G-TSNアーキテクチャにおけるクラウド化PLCサービスへの遅延保証方法では、クラウド化PLCサービス用の5G-TSNアーキテクチャは、クラウド化PLC、ビデオサービス、その他のデータサービスおよび5G+TSNネットワークを含む。前記5G+TSNネットワークは、ネットワーク側TSNコンバータNW-TT、ユーザープレーン機能UPF、サービス優先度マッピング、優先度キュー管理、無線リソーススケジューリング、ユーザー端末UEおよびデバイス側TSNコンバータを含む。ネットワークに複数の異なるユーザー端末があり、それぞれ異なるタイプのサービスをベアリングする。クラウド化PLC、ビデオサービスおよびその他のデータサービスは、ユーザープレーン機能UPFを介して、ネットワーク側TSNコンバータNW-TTを用いて、5Gコアネットワークにアクセスする。サービス優先度マッピング、優先度キュー管理および無線リソーススケジューリングにより、配分されたリソースがユーザー端末UEに送信される。ユーザー端末UEは、デバイス側TSNコンバータに接続されて、TSN出力ポートを提供する。
Specific embodiments of the present invention will be further described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram of a 5G-TSN architecture for cloudified PLC services according to the present invention. In a delay guarantee method for cloudified PLC services in a 5G-TSN architecture according to the present invention, the 5G-TSN architecture for cloudified PLC services includes cloudified PLC, video services, other data services, and a 5G+TSN network. The 5G+TSN network includes a network-side TSN converter NW-TT, a user plane function UPF, service priority mapping, priority queue management, radio resource scheduling, a user terminal UE, and a device-side TSN converter. There are multiple different user terminals in the network, each bearing a different type of service. The cloudified PLC, video services, and other data services access the 5G core network using the network-side TSN converter NW-TT via the user plane function UPF. The allocated resources are transmitted to the user terminal UE through service priority mapping, priority queue management, and radio resource scheduling. The user terminal UE is connected to the device-side TSN converter to provide a TSN output port.
本発明に係る5G-TSNアーキテクチャにおけるクラウド化PLCサービスへの遅延保証方法は、下記の内容を含む。
1)5G-TSNネットワークにサービス優先度マッピング機能モジュールを設ける。異なるサービスフローは、異なるサービスを区別するための異なるストリームIDを有する。異なるサービスフローが基地局に到着すると、基地局はまずストリームIDに基づいて異なるサービスフローを識別し、異なるサービスフローを優先度に従って異なるキューにマッピングする。例えば、クラウド化PLCが属する産業用制御サービスフローを優先度Q0キューにマッピングし、ビデオサービスおよびその他のリアルタイム要求を持つモバイルサービスフローを優先度Q1キューにマッピングし、その他の遅延要求のないサービスフローを優先度Q7キューにマッピングする。ここで、Q0キューは、優先度が最も高いキューであり、このように類推して、Q7キューは優先度が最も低いキューである。サービスの優先度が高いほど、それに対応する優先度キューの番号が小さい。
The delay guarantee method for cloud-based PLC services in the 5G-TSN architecture according to the present invention includes the following:
1) A service priority mapping function module is provided in the 5G-TSN network. Different service flows have different stream IDs to distinguish between different services. When different service flows arrive at the base station, the base station first identifies the different service flows based on the stream IDs and maps the different service flows to different queues according to their priorities. For example, an industrial control service flow, which includes cloud-based PLC, is mapped to a Q0 priority queue, video service and other mobile service flows with real-time requirements are mapped to a Q1 priority queue, and other service flows without delay requirements are mapped to a Q7 priority queue. Here, the Q0 queue is the highest priority queue, and by analogy, the Q7 queue is the lowest priority queue. The higher the priority of a service, the smaller the corresponding priority queue number.
2)5G-TSNネットワークに優先度キュー管理機能モジュールを設ける。産業用制御サービスフローの遅延要求に応じてキューイングを行い、遅延要求が小さいほどデータパケットをキューの上位に配置し、異なる走査サイクル及び異なる遅延要求を持つ産業用制御サービスフローの内、走査サイクルが小から大、且つ遅延要求が高から低の産業用制御サービスフローについて、優先的に優先度順位付けを行い、その他の優先度キューについて、FIFO規則を用いてキューイングを行う。Q0キューについて、データの先入れ先出し(First In First Out、FIFO)を採用せず、産業用制御サービスフローiの遅延要求Diに応じてキューイングを行い、Diが小さいほどデータパケットをキューの上位に配置する。 2) A priority queue management function module is provided in the 5G-TSN network. Queueing is performed according to the delay requirements of industrial control service flows, with data packets being placed higher in the queue as the delay requirements become smaller. Among industrial control service flows with different scanning cycles and different delay requirements, priority is given to industrial control service flows with small to large scanning cycles and high to low delay requirements. For other priority queues, queuing is performed using the FIFO rule. For the Q0 queue, data is queued according to the delay requirement D i of industrial control service flow i, with data packets being placed higher in the queue as D i becomes smaller.
3)クラウド化PLC産業用制御サービスの遅延を保証するために、5G-TSNネットワークに無線リソーススケジューリング機能モジュールを設ける。高優先度のQ0キューの無線リソーススケジューリングを優先的に保証する。無線エアインターフェースのスケジューリングは伝送時間間隔TTI毎に行われる。TTIは通常0.5msまたは1msである。即ち、異なるサービスの伝送需要を満たすために、無線エアインターフェースリソースはTTI時間毎に1回のダイナミックスケジューリングが行われる。クラウド化PLC産業用制御サービスへの無線リソースの優先配分方法は、下記のステップを含む。 3) To guarantee the latency of cloud-based PLC industrial control services, a radio resource scheduling function module is provided in the 5G-TSN network. Radio resource scheduling for the high-priority Q0 queue is guaranteed on a priority basis. Radio air interface scheduling is performed every transmission time interval (TTI). A TTI is typically 0.5 ms or 1 ms. That is, to meet the transmission needs of different services, radio air interface resources are dynamically scheduled once per TTI. The method for prioritizing radio resource allocation to cloud-based PLC industrial control services includes the following steps:
(1)キューのデータ量を統計する。現在のQ0キューに含まれるクラウド化PLC産業用制御サービスフローの数をnとし、同一種類の産業用制御サービスフローiに対応するデータパケットの数をpiとし、データパケットの数からキューのデータ量を統計すると、データパケットの数が
(2)無線チャネルの品質をフィットバックする。異なるクラウド化PLC産業用制御サービスフローは異なる無線端末によりベアリングされるため、産業用制御サービスフローiに対応する無線チャネルの品質がCQIiと示される場合、適応変調符号化により、該無線チャネルの品質では、各リソースブロックが伝送できるビット数がAMCiであることを得、AMCiが多いほど無線チャネルの品質が優れるとフィードバックする。 (2) Feedback the quality of the wireless channel. Because different cloud-based PLC industrial control service flows are supported by different wireless terminals, when the quality of the wireless channel corresponding to industrial control service flow i is represented by CQI i , the number of bits that each resource block can transmit is AMC i according to the quality of the wireless channel through adaptive modulation and coding. The higher the AMC i , the better the quality of the wireless channel is.
(3)必要な無線リソースを算出する。異なるクラウド化PLC産業用制御サービスフローの無線チャネルの品質に従ってpi個のデータパケットの伝送に必要なRBの数
(4)無線リソースを配分する。クラウド化PLCなどの高優先度の産業用制御サービスに対して無線リソースを保証するフローチャートは図2に示す。 (4) Allocate wireless resources. Figure 2 shows a flowchart for guaranteeing wireless resources for high-priority industrial control services such as cloud-based PLC.
ステップ1.サービスデータは、5Gコアネットワーク中のユーザープレーン機能UPFを経て、無線基地局側に入る。エアインターフェースで異なるサービスに異なる処理を行うために、サービスフローの特性に応じて、異なるサービスフローに優先度タグPCを付け、PCの値が0および1であることを高優先度とし、PCの値が2~4であることを中優先度とし、PCの値が5~7であることを低優先度とする。 Step 1. Service data passes through the user plane function (UPF) in the 5G core network and enters the radio base station. To process different services differently across the air interface, priority tags (PC) are assigned to different service flows according to their characteristics. PC values of 0 and 1 are considered high priority, PC values of 2 to 4 are considered medium priority, and PC values of 5 to 7 are considered low priority.
ステップ2.サービスフローは、タグ付けられた後、基地局側に入り、まずサービス優先度マッピングを経る。ネットワーク側TSNコンバータNW-TTを経た後、異なるサービスは、サービス優先度タグが付けられる。異なるサービス優先度タグに従って、基地局側で異なるサービスフローを異なるキューにマッピングする。番号が高いキューは、その優先度が低い。高優先度のキューについて、同一優先度のサービスフローデータが到着すると、先入れ先出し(FIFO)の規則も採用せず、同一優先度のサービスフローの遅延要求に応じてキューイングを行う。遅延要求の値が小さいほど、該サービスフローデータを上位に配置する。これにより、リソースが高優先度のキューの伝送を十分に保証できない場合であっても、最も緊急なサービスフローのデータ伝送が保証される。 Step 2. After being tagged, the service flow enters the base station and first undergoes service priority mapping. After passing through the network-side TSN converter NW-TT, different services are assigned service priority tags. The base station maps different service flows to different queues according to the different service priority tags. Queues with higher numbers have lower priorities. For high-priority queues, when service flow data of the same priority arrives, the queueing is performed according to the delay requirements of service flows of the same priority, without adopting the first-in, first-out (FIFO) rule. The smaller the delay requirement value, the higher the service flow data is placed. This ensures data transmission for the most urgent service flow, even if resources are insufficient to guarantee transmission for high-priority queues.
ステップ3.エアインターフェースで無線リソースを配分する際に、まずQ0キューに対して行う。Q0キューは、サービスの遅延要求に応じてキューイングする機構を採用するため、遅延要求が高いデータパケットに優先的にリソースが分配される。現在の伝送時間間隔TTI内に配分可能な無線リソースの総数が
ステップ3.1.
ステップ3.2.
このようなリソース分配方法により、同一種類の産業用制御サービスフローについて、時間緊急度が高いほど、無線エアインターフェースのリソースが早く配分され、クラウド化PLC産業用制御サービスのタイムリーな伝送を保証することができる。 With this resource allocation method, for the same type of industrial control service flow, the higher the time urgency, the earlier the wireless air interface resources are allocated, ensuring the timely transmission of cloud-based PLC industrial control services.
図3を参照して、本発明に係るPLCサービスへの遅延保証方法とラウンドロビン方法とを比較する。本発明で提案している方法は、PLCサービスに対してタイムリーな無線リソース保証を提供できるため、サービスフローの数が増加しても、クラウド化PLCサービスの遅延変化が変動せず、本発明に係る方法の遅延確定性を示している。一方、ラウンドロビン方法による遅延は、サービスフロー数の増加に伴い増大し、複数のサービスが伝送される場合、クラウド化PLCに対してサービス品質保証を提供できない。 Referring to Figure 3, the delay guarantee method for PLC services according to the present invention is compared with the round robin method. The method proposed in this invention can provide timely radio resource guarantees for PLC services, so even if the number of service flows increases, the delay change of the cloud-based PLC service does not fluctuate, demonstrating the delay determinism of the method according to the present invention. On the other hand, the delay of the round robin method increases as the number of service flows increases, and when multiple services are transmitted, it is not possible to provide a service quality guarantee for the cloud-based PLC.
上記した実施態様は、本発明の技術的手段に基づいて実施され、詳細な実施態様および具体的な操作過程を示したが、本発明の保護範囲を限定するものではない。上記した実施態様で使用される方法は、特に断らない限り常法である。
The above-described embodiments are implemented based on the technical solutions of the present invention, and provide detailed embodiments and specific operation procedures, but do not limit the scope of protection of the present invention. The methods used in the above-described embodiments are conventional methods unless otherwise specified.
Claims (5)
1)5G-TSNネットワークにサービス優先度マッピング機能モジュールを設けて、異なるサービスフローが基地局に到着すると、基地局はまずストリームIDに基づいて異なるサービスフローを識別し、異なるサービスフローを優先度に従って異なるキューにマッピングすることと、
2)5G-TSNネットワークに優先度キュー管理機能モジュールを設けて、産業用制御サービスフローの遅延要求に応じてキューイングを行い、遅延要求が小さいほどデータパケットをキューの上位に配置し、異なる走査サイクル及び異なる遅延要求を持つ産業用制御サービスフローの内、走査サイクルが小から大、且つ遅延要求が高から低の産業用制御サービスフローについて、優先的に優先度順位付けを行い、その他の優先度キューについて、FIFO規則を用いてキューイングを行うことと、
3)5G-TSNネットワークに無線リソーススケジューリング機能モジュールを設けることとを含み、
クラウド化PLC産業用制御サービスの無線リソースの優先配分方法は、
(1)キューのデータ量を統計するステップであって、現在のキューに含まれるクラウド化PLC産業用制御サービスフローの数をnとし、同一種類の産業用制御サービスフローiに対応するデータパケットの数をpiとし、データパケットの数からキューのデータ量を統計すると、データパケットの数が
(2)無線チャネルの品質をフィットバックするステップであって、産業用制御サービスフローiに対応する無線チャネルの品質がCQIiと示され、適応変調符号化により、該無線チャネルの品質では、各リソースブロックが伝送できるビット数がAMCiであることを得、AMCiが多いほど無線チャネルの品質が優れるとフィードバックするステップと、
(3)必要な無線リソースを算出するステップであって、異なるクラウド化PLC産業用制御サービスフローの無線チャネルの品質に従ってpi個のデータパケットの伝送に必要なRBの数
(4)無線リソースを配分するステップであって、エアインターフェースで無線リソースを配分する際に、まず優先度が最も高いキューに対して行い、伝送時間間隔TTI内に配分可能な無線リソースの総数を
1) providing a service priority mapping function module in the 5G-TSN network, such that when different service flows arrive at a base station, the base station first identifies different service flows based on stream IDs, and maps the different service flows to different queues according to their priorities;
2) A priority queue management function module is provided in the 5G-TSN network, and queuing is performed according to the delay requirements of the industrial control service flows, and the smaller the delay requirement, the higher the data packet is placed in the queue. Among the industrial control service flows with different scanning cycles and different delay requirements, the industrial control service flows with small to large scanning cycles and high to low delay requirements are prioritized, and other priority queues are queued using the FIFO rule;
3) providing a radio resource scheduling function module in the 5G-TSN network;
The priority allocation method for wireless resources for cloud-based PLC industrial control services is as follows:
(1) A step of calculating the data volume of a queue. The number of cloud-based PLC industrial control service flows currently included in the queue is n, and the number of data packets corresponding to the same type of industrial control service flow i is p i . When the data volume of the queue is calculated based on the number of data packets, the number of data packets is:
(2) a step of feeding back the quality of a wireless channel, in which the quality of the wireless channel corresponding to the industrial control service flow i is represented as CQI i , and through adaptive modulation and coding, it is found that the number of bits that each resource block can transmit is AMC i under the quality of the wireless channel, and the larger AMC i is, the better the quality of the wireless channel is;
(3) calculating the required wireless resources, and determining the number of RBs required to transmit the p i data packets according to the quality of the wireless channels of different cloud-based PLC industrial control service flows;
(4) A step of allocating radio resources, in which when allocating radio resources on the air interface, the allocation is performed for the queue with the highest priority first, and the total number of radio resources that can be allocated within a transmission time interval (TTI) is calculated as follows:
The delay guarantee method for cloud-based PLC services in a 5G-TSN architecture according to claim 1, characterized in that, in allocating the wireless resources, when service flow data of the same priority arrives in queues of the same priority, queuing is performed according to the delay requirements of service flows of the same priority, such that the smaller the delay requirement value, the higher the service flow data is placed.
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