5G особые требования: общие аспекты. Часть 5.
Как показано в Главе 6.3, целью является максимизация сервисной дистанции, то есть дистанции между UE и AS, что выражается Формулой 11, где rc – радиус ячейки (RAN принимается как отцентрованный, то есть не распределенный), и dCN – дистанция от АР до AS.
7.1 Анализ задержки
Методология анализа задержки описана в Главе 6.2 и применена к трем целевым способам использования, приведенных в Таблице 2. В этой главе рассматриваются только ограничения по задержке. Значения, используемые для этих параметров, являются цифровыми примерами, которые отражают на сколько это возможно реалистические сценарии развертывания. Однако, другие значения также могут быть использованы в зависимости от того, какой сценарий будет реализован.
Для Цели 1 предположения следующие:
• Задержка в RAN, tRAN = 10 мс
• Радиус ячейки rc = 250м
• Размер пакета, Pslze = 1500 Bytes
• Емкость каждого канала = 1 Gbps
• Доля пропускной способности линии, выделенной для целевого варианта использования aCHnk = 700 Mbps (то есть a = 0.7),
• Процессуальная задержка узла, tprocess = 200 ps [20] [2]
Так как радиус ячейки зафиксирован выбранным решением RAN, цель – максимизировать CN дистанцию dCN в формуле 11. Максимальная CN дистанция dCN, позволяющая удовлетворить требования по Е2Е задержке (данный фиксированный rc) против количества узлов пересылки показана на Рис.11. Как можно видеть, при увеличении количества узлов пересылки CN дистанция очевидно должна уменьшиться. Если доля пропускной способности линии, выделенной для целевого варианта использования, будет и дальше увеличиваться (например, если a > 0.7), то будет некоторое улучшение. Однако, тогда будет меньше доступной для другого траффика емкости.
Для Цели 2 предположения следующие:
• Задержка в RAN, tRAN = 5 мс
• Радиус ячейки rc = 250м
• Размер пакета, Psize = 40 Bytes
• Емкость каждого канала = 1 Gbps
• Доля пропускной способности линии, выделенной для целевого варианта использования aCHnk = 100 Mbps (i.e. a = 0.1),
• Процессуальная задержка узла, tprocess = 200 ps
Максимальная дистанция в CN против количества узлов пересылки для Цели 2 показаны на Рис.12. В этом случае доля пропускной способности линии, выделенной для Цели 2 (a = 0.1) значительно ниже, чем для Цели 1. Увеличение емкости канала свыше 100 Mbps не обеспечит дополнительного улучшения, так как размер пакета значительно меньше, чем для Цели 1. В этом случае больше ёмкости доступно для другого траффика.
Для Цели 3 предположения следующие:
• Задержка в RAN, tRAN = 1 мс
• Радиус ячейки rc = 250м
• Размер пакета, Psize = 40 Bytes
• Емкость каждого канала = 1 Gbps
• Доля пропускной способности линии, выделенной для целевого варианта использования aCHnk = 100 Mbps (i.e. a = 0.1),
• Процессуальная задержка узла, tprocess = 200 ps
Максимальная CN дистанция против количества узлов пересылки для Цели 3 показаны на Рис.13.
Хотя мы предположили, что процессуальная задержка на каждом узле фиксированная в вышеприведенных примерах, в реальности задержка зависит от ряда факторов. Например, если в сети есть перегрузка, то возникнет задержка ожидания в очереди. Если требуется дополнительная безопасность в CN, то возникает задержка, связанная с шифрованием и дешифрованием.
Эффективность Е2Е задержки зависит как от 3GPP задержек, так и от не-3GPP (N3GPP) задержек. Связь между задержками 3GPP и N3GPP показана на Рис.14.
Закрашенная часть графика – это допустимая область, где удовлетворяется целевая Е2Е задержка. Линия по правой границе зоны – где реальная Е2Е задержка равна целевой Е2Е задержке.
Требуемая целевая задержка для 3GPP части бюджета задержки зависит от возможностей UE и AS. С улучшением возможностей UE и AS и снижением потребляемой UE и AS задержки, требования к 3GPP части могут быть ослаблены.
Требования к N3GPP части бюджета задержки могут быть определены как расчет общей дополнительной процессуальной задержки, выраженной (13):
tadd = tUE + tAS
Дополнительная процессуальная задержка на UE, tUE и на AS, tAS , которые могут быть размещены для данного количества узлов пересылки, может быть рассчитана по Формулам 7 и 8, при то, что здесь считается, что задержка RAN – фиксированная.
Дополнительные процессуальные задержки для Целей 1, 2 и 3 показаны на Рис.15, Рис.16 и Рис.17 соответственно.
Чтобы определить, являются ли ограничения по дополнительным процессуальным задержкам, определенным для различных целей, обоснованными, далее будут проанализированы реальные процессуальные задержки для N3GPP протокольных слоев на UE и AS. Задержки N3GPP показаны в Таблице 3. Е2Е сессия имеет несколько фаз, которые должны быть дифференцированы:
- Сессия настройки
- Текущая сессия
- Завершающая сессия
Таблица 3 сводит воедино все задержки, связанные с сессией настройки и текущей сессии.
Каждая из этих фаз обладает уникальными требованиями и различными компонентами, которые вносят свой вклад в надежность/задержку. Этот дифференцированный подход уже использовался для голосовых сервисов. Время настройки вызова обладает иными требованиями, чем допустимая задержка передачи во время сессии.
Для вариантов использования, приведенных в Таблице 1, требования по задержке касались только текущей сессии. Для вариантов использования, таких как AR/VR, дистанционное управление, тактильные взаимодействия и т.д. сотни миллисекунд или даже секунды могут быть допустимыми для настроек сессии, тогда как к текущей сессии применимы задержки около 10 мс. Для распределения электричества эти варианты использования обычно имеют очень длинные сессии, которые однажды созданы и далее постоянно повторяются в течение многих лет. Требования к настройкам сессии могут быть очень ослаблены (порядок минут). Но во время текущей сессии требуется низкая задержка.
Данная дифференциация на сессию настройки и текущую сессию распространяется и на 3GPP и не-3GPP домены. Например, для сессии настройки это может начаться с регистрации в сети (например, когда новое умное электронное устройство устанавливается на подстанцию и конфигурируется для защиты линии электропередачи).
Следовательно, для сессии настройки нет необходимости в количественном анализе, так как это не является бутылочным горлышком при планировании развертывания граничного узла.
Для задержек N3GPP во время сессии применяются следующие компоненты (набор компонентов из Таблицы 3):
- Шифрование/дешифрование на конечных точках или на промежуточных шлюзах безопасности вне 3GPP домена.
- Предотвращение перегрузок, так как существует постоянная проверка и отгадывание текущей пропускной способности сеанса.
- Инкапсуляция/декапсуляция в конечных точках. Возможно инкапсуляция/декапсуляция могут произойти на шлюзах, которые выводят множественные домены сети за пределы 3GPP. Однако, в контексте надежных сервисов с низкой задержкой, предполагается, что не существует промежуточных сетевых переходов, и AS размещается на крае 3GPP.
- Пересылка пакетов, которые если AS находится на крае 3GPP, должны быть маленькими.
- Мультиплексирование транспортного слоя, которое происходит в конечных точках.
Оценка реальной N3GPP задержки, связанной с текущей сессией показана в Таблице 4 [21] [22]. Данная задержка представляет процессуальные задержки, связанные с одной конечной точкой (либо UE либо AS). Замечание: это не включает кольцевые поездки по сети для рукопожатий и поиска [21].
Из результатов, показанных на Рис. 15 и Рис.17, если оба UE и AS несут максимальную 45
