Ultra-low latency communication for 5G transport networks

Tid: Fr 2019-09-20 kl 10.00

Plats: Sal 308, ELECTRUM, Kistagången 16, Kista, Stockholm (English)

Ämnesområde: Informations- och kommunikationsteknik

Respondent: Jun Li , Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), KTH Royal Institute of Technology

Opponent: Professor Chan Vincent, Massachusetts Institute of Technology

Handledare: Jiajia Chen, Optical Network Laboratory (ON Lab)

Abstract

5:e generationens (5G) mobilnät förväntas stödja olika kritiska tillämpningar av Sakernas Internet (IoT), såsom industriell automation, moln-baserad robotik och säkerhetskritisk fordonskommunikation. Kravet på envägs totalfördröjning för dessa tjänster ligger typiskt i intervallet mellan 0,1 ms och 20 ms, vilket är extremt utmanande för det konventionella mobilnätet med centraliserad databearbetning. Transportnätet, det segment av nätet som är ansvarigt för sammankoppling av radiobasstationer (s.k. backhaul) och/eller anslutning av radioenheter (s.k. fronthaul), är en integrerad del av mobilnätet och spelar en särskilt viktig roll för att möta ett sådana stringenta krav på fördröjningen.Denna avhandling undersöker hur man kan stödja de kommunikation med ultralåga fördröjning för 5G-transportnät, speciellt för backhaul-nätverk. Först beaktas ett nytt passivt optiskt nätverk (PON) förmobil backhaul, och skräddarsydda kommunikationsprotokoll utformas för att förbättra uppkopplingen mellan alla angränsande basstationer (BS). Simuleringsresultat visar att en extremt låg fördröjning (mindre än 1 ms paketfördröjning) för kommunikation mellan basstationerna kan uppnås, vilket kan användas för att stödja snabb överlämning mellan basstationer (s.k. handover) för mobila användare med hög rörlighet (t.ex. fordon).Vidare presenterar avhandlingen ett dim-baserat (fog computing) mobilnät (FeCN), där databehandling, lagring och nätverksfunktioner tillhandahålls närmare slutanvändarna, vilket innebär att fördröjningen på transportnät kan minskas betydligt. I samband med FeCN är hantering av mobila användare en av de mest kritiska utmaningarna för användare som kännetecknas av hög rörlighet. Utmaningen är att upprätthålla tjänsten kontinuerligt och att uppfylla de stringenta tjänstekraven. Tjänstemigrering, dvs flytt av tjänster från en server till en annan på ett dynamiskt sätt, har betraktats som en lovande lösning för hantering av mobila användare. Tjänstemigrering kan dock inte slutföras omedelbart, vilket kan leda till en situation där användare upplever att de förlorar åtkomst till tjänsterna. För att lösa dessa frågor är föreslås en migreringsstrategi som beaktar tjänstekvaliteten (QoS). Metoden bygger på befintliga handover-procedurer med nyntroducerade resurshanteringssystem baserade på distribuerad fog computing, för att minimera de eventuella negativa effekter som induceras av tjänstemigrering. En fallstudie, baserad på ett realistiskt mobilitetsmönster för fordon i ett Luxemburg-scenario, genomförs med hjälp av simuleringsstudier för att utvärdera prestanda för de föreslagna systemen. Resultaten visar att låg fördröjning (t.ex., 10 ms) för fordonskommunikation kan uppnås med typisk fordonsmobilitet. Under tjänstemigrering skickas både trafiken genererad av migreringen och annan datatrafik (t.ex., kontrollinformation och video) via mobila backhaul-nätverk. För att balansera prestandan för de två typerna av trafik, föreslås ett system för bandreddsuppdelning i PON-baserade mobila backhaul-nätverk som tar fördröjning i beaktan. Simuleringsresultat visar att med den föreslagna metoden kan migreringsdata framgångsrikt överföras inom den tidsgräns som krävs, medan fördröjningen och fördröjningsvariationer v övrig trafik med olika prioriteringar kan minskas betydligt.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-256503