特表2025-507972IP Force 特許公報全文掲載

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】
(54)【発明の名称】マルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)制御およびリソース特性評価
(51)【国際特許分類】
   
   
   
   
【FI】
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】
(86)(22)【出願日】
(85)【翻訳文提出日】
(86)【国際出願番号】
(87)【国際公開番号】
(87)【国際公開日】
(31)【優先権主張番号】63/316,808
(32)【優先日】
(33)【優先権主張国・地域又は機関】
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 英隆
(74)【代理人】
【識別番号】100221556
【弁理士】
【氏名又は名称】金田 隆章
(72)【発明者】
【氏名】ブッシュ,スティーブン エフ
(72)【発明者】
【氏名】ジャバ―ル,アブドゥル
(72)【発明者】
【氏名】アッバスザデ,マスード
【テーマコード(参考)】
【Fターム(参考)】
5K030HC09
5K030HD06
5K030LC01
5K030LE01
5K067AA14
5K067HH22
5K067HH23
(57)【要約】
通信システムは、コアネットワーク、並びに(i)バックホールネットワークを介してコアネットワークに、及び(ii)フロントホールネットワークを介して複数の分散ユニットに通信可能に接続された中央ユニットを含む無線アクセスネットワークを含む。分散ユニットの各々は無線ユニットと同じ場所に配置され、マルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)モジュールを備える。分散ユニットの各々のMECモジュールは、1つ以上のプロセッサ及び1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを備え、1つ以上のプログラムには、タイムセンシティブネットワーキング(TSN)構成を制御するため、及びTSN構成を使用して1つ以上のMECアプリケーションを実行するための命令が含まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項】
通信システムであって、
コアネットワークと、
(i)バックホールネットワークを介して前記コアネットワークに、及び(ii)フロントホールネットワークを介して複数の分散ユニットに通信可能に接続された中央ユニットを備える無線アクセスネットワークとを備え、
前記複数の分散ユニットの各々は無線ユニットと同じ場所に配置され、エッジ対応デバイスを備え、
前記複数の分散ユニットの各々の前記エッジ対応デバイスは、通信データリンク、1つ以上のプロセッサ、及び1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを備え、前記1つ以上のプログラムは、
決定論的なネットワーク構成を制御すること、
前記決定論的なネットワーク構成により1つ以上のアプリケーションを実行すること、
前記エッジ対応デバイスの負荷の関数として処理時間、システムレイテンシ、利用可能な容量、利用可能な負荷、ユーザ機器の速度、及び/又は処理決定論を表すパフォーマンス特性メトリックを決定すること、
前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて前記無線アクセスネットワークの決定論的なネットワークフローレートを調整することのための命令を含む、通信システム。
【請求項】
前記複数の分散ユニットの各々の前記エッジ対応デバイスが、前記フロントホールネットワークに直接接続される、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションを実行するための前記命令が、
前記決定論的なネットワーク構成により前記フロントホールネットワークを介してデータを伝送及び受信するための命令を含む、請求項2に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションを実行するための前記命令が、
同じ場所に配置された無線ユニットに関連付けられたアナログユーザデータを処理するための命令を含む、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記ユーザデータは同相直交(I/Q)信号でエンコードされ、
前記アナログユーザデータを処理するための命令が、1つ以上の準同型処理関数により前記I/Q信号を処理するための命令を含む、請求項4に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションを実行するための前記命令が、
前記複数の分散ユニットのうちの第1の分散ユニット上でサービスを実行すること、
前記サービスに関連付けられたユーザデバイスが前記第1の分散ユニットのサービスエリアから前記複数の分散ユニットのうちの第2の分散ユニットのサービスエリアに移動していることを決定すること、
前記ユーザデバイスが前記第1の分散ユニットの前記サービスエリアから前記第2の分散ユニットの前記サービスエリアに移動しているという決定により、前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行することのための命令を含む、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行するための前記命令が、
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行しながら、前記フロントホールネットワークとの前記サービスの統合を維持するための命令を含む、請求項6に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行するための前記命令が、
前記1つ以上のアプリケーションを決定論的なネットワークフローに変換すること、
前記決定論的なネットワークフローを前記第1の分散ユニットのエッジ対応デバイスから前記第2の分散ユニットのエッジ対応デバイスに移行することのための命令を含む、請求項6に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行するための前記命令が、
前記フロントホールネットワークを介して決定論的なフローにより前記サービスを移行するための命令を含む、請求項6に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスが決定論的なメッセージフローサービスである、請求項6から9のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションは、前記複数の分散ユニットのうちの1つ以上のサービスエリア内の航空機又は自動車との間でエンジン制御データを送受信するように構成された車両エンジン制御アプリケーションである、請求項1から10いずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションは、前記複数の分散ユニットのうちの1つ以上のサービスエリア内の電力グリッドインフラストラクチャとの間で制御データを送受信するように構成された電力グリッド監視及び制御アプリケーションである、請求項1から10いずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記エッジ対応デバイスが、マルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)デバイスである、請求項1から12のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記決定論的なネットワーク構成が、タイムセンシティブネットワーキング(TSN)構成である、請求項1から13のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
前記エッジ対応デバイスの負荷の関数として処理時間、システムレイテンシ、利用可能な容量、利用可能な負荷、ユーザ機器の速度、及び/又は処理決定論を表すパフォーマンス特性メトリックを決定すること、
前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて前記無線アクセスネットワークの決定論的なネットワークフローレートを調整することのための命令をさらに含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、1つ以上の決定論的なネットワーク構成及びスケジューリングメトリックに基づいて決定される、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークからの1つ以上のリソース割り当てに基づいて決定される、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークに関連付けられたMIPS、メモリ、処理、及び/又はデューティサイクルメトリックに基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークに関連付けられたコルモゴロフ複雑度メトリックに基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークに関連付けられたアクティブネットワークタイミングメトリックに基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、(i)前記コアネットワークに関連付けられたリソース割り当てメトリックと(ii)ベンチマークメトリックとの比較に基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記エッジ対応デバイスの時間変動要件に基づいて決定される、請求項16から21のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記エッジ対応デバイスによって処理されるデータに基づいて決定される、請求項15から22のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
アプリケーションを実行すること、
複数の第2のエッジ対応デバイスの各々に対応するパフォーマンス特性メトリックの比較に基づいて、前記複数の第2のエッジ対応デバイスのうちのどのエッジ対応デバイスにアプリケーションを移行するかを決定することのための命令をさらに含む、請求項15から23のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
前記決定に基づいて前記アプリケーションの実行を継続するために前記複数の第2のエッジ対応デバイスのうちの1つを割り当てること、
前記割り当てられたエッジ対応デバイスの決定論的なネットワーク構成により前記割り当てられたエッジ対応デバイス上で前記アプリケーションを実行することのための命令をさらに含む、請求項24に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
アプリケーションを実行すること、
前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて前記アプリケーションの処理速度を調整することのための命令をさらに含む、請求項15から25のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記アプリケーションの前記処理速度を調整するための前記命令が、前記エッジ対応デバイスに関連付けられた処理トラフィックを拡張又は調整するための命令を含む、請求項26に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて、決定論的なしきい値を維持し、前記無線アクセスネットワークをオーバーフローさせないように、前記エッジ対応デバイスで処理トラフィックを変調するかどうかを決定するための命令をさらに含む、請求項15から27のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
通信システムであって、
コアネットワークと、
(i)バックホールネットワークを介して前記コアネットワークに、及び(ii)フロントホールネットワークを介して複数の分散ユニットに通信可能に接続された中央ユニットを備える無線アクセスネットワークとを備え、
前記複数の分散ユニットの各々は無線ユニットと同じ場所に配置され、エッジ対応デバイスを備え、
前記複数の分散ユニットの各々の前記エッジ対応デバイスは、通信データリンク、1つ以上のプロセッサ、及び前記1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを備え、前記1つ以上のプログラムは、
表現状態転送アプリケーションプログラミングインターフェース(RESTful API)を使用して決定論的なネットワーク構成を制御すること、
前記決定論的なネットワーク構成により1つ以上のアプリケーションを実行することのための命令を含む、通信システム。
【請求項】
通信システムを動作させる方法であって、前記方法が請求項1から29のいずれか一項に記載の動作の1つ以上を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【】
関連出願の相互参照
この出願は、2022年3月4日に提出された米国仮特許出願第63/316808号の優先権を主張し、その全文が参照により本明細書に組み込まれる。
【】
本明細書は、一般的には無線通信システムと時間依存ネットワーク(TSN)の統合に関するものであり、より具体的には、例えば、TSNの複数のコンポーネントとして無線通信システムを構成することに関するものである。
【背景技術】
【】
産業オートメーション及び製造などの一部のアプリケーションでは、アプリケーションのさまざまなデバイス又はコンポーネント(産業用コントローラ、センサ、アクチュエータなど)間の通信に対して厳密で決定論的なタイミング要件を伴う、ユビキタスでシームレスな接続が必要である。このような要件を満たすために、データトラフィックのレイテンシジッタ及び信頼性要件などの比較的厳格なサービス品質(QoS)パラメータを伴う決定論的な通信を提供する、決定論的なネットワークを指す専門用語である、TSNシステムは、超信頼性低レイテンシ通信(URLLC)サービスなどの高信頼性サービスを提供する、5Gワイヤレス通信システムと統合され得る。
【】
主題技術の特定の特徴は、添付の請求項に記載されている。ただし、説明の目的で、主題技術のいくつかの態様が以下の図に示されている。
【図面の簡単な説明】
【】
【図】1つ以上の実装形態による従来の統合TSN-5Gシステム100の一例を示す図である。
【図】1つ以上の実装形態による一例示的統合TSN-5Gシステム200アーキテクチャのブロック図である。
【図】1つ以上の実施形態による統合TSN-5Gシステム100及び統合TSN-5Gシステム200の対応する要素を示す図である。
【図】1つ以上の実装形態による一例示的TSNブロックのブロック図である。
【図】1つ以上の実装形態による一例示的TSNブロックのパラメータの例示的なセット示す図である。
【図】1つ以上の実装形態による、あるタイプのエッジ対応デバイスである、MECを含む一例示的統合TSN-5Gシステムアーキテクチャのブロック図である。
【図】1つ以上の実装形態による、あるタイプのエッジ対応デバイスである、MECを含む一例示的統合TSN-5Gシステムアーキテクチャのブロック図である。
【図】本主題技術の1つ以上の実装形態が実装され得る電子システムを示す図である。
【図】1つ以上の実装形態による一例示的統合TSN-5Gシステム800アーキテクチャのブロック図である。
【図】MECモジュールを表すかそれに対応するTSNブロックを含む5Gシステムを示す図である。
【図】いくつかの実装形態による5GネットワークでMECを実装するための改善されたスキームを示す図である。
【図】いくつかの実装形態による5GネットワークでMECを実装するための改善されたスキームを実装する通信システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【】
以下に記載する詳細な説明は、主題技術のさまざまな構成の説明を目的としており、主題技術を実施できる唯一の構成を表すことを意図したものではない。添付の図面は本明細書に組み込まれており、詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明には、主題技術の徹底的な理解を提供することを目的とした具体的な詳細が含まれている。ただし、本主題技術は、本明細書に記載された特定の詳細に限定されるものではなく、1つ以上の他の実装形態を使用して実施することもできる。1つ以上の実装形態では、主題技術の概念が不明瞭になることを避けるために、構造とコンポーネントがブロック図形式で表示されている。
【】
前述のように、産業オートメーション、製造、航空宇宙、自動車の車載通信などの一部のアプリケーションでは、決定論的な通信を提供する、TSNシステムが、柔軟性と超信頼性低レイテンシ通信(URLLC)サービスを提供する、第5世代(5G)無線通信システムと統合され得る。ただし、通常、このような統合TSN-5Gシステムでは、5Gシステム全体が単一のTSNコンポーネント(TSNブリッジなど)として動作するように構成され、統合システムは、1つの集中型TSN構成コントローラを使用するなど、完全に集中化された構成モデルとして設定される。したがって、このような統合システムでは、異なるベンダが提供するさまざまなコンポーネントを含む5Gシステムを展開したり、統合システムの分散TSN構成のための柔軟性がサポートされない場合がある。さらに、5Gシステムは、データ伝送に冗長パスを使用することで信頼性の高い通信をサポートする場合がある。ただし、一般的なTSN-5G統合システムでは5Gシステムが1つのTSNコンポーネントとして設定されるため、冗長パスは5Gシステム全体のすべてのコンポーネント(ユーザ機器(UE)からユーザプレーン機能(UPF)までなど)にわたって構成される。これでは、データ遅延及び/又はエラーの影響を受けやすい、例えば、5Gシステム部分(UEと無線アクセスネットワーク(RAN)/gNodeBとの間のエアインターフェースなど)など、5Gシステムの一部に対してのみ冗長データ伝送パスを設定する柔軟性を可能にすることはできない。
【】
統合TSN-5Gシステムにおけるの問題に対処するために、本主題技術は、単一のTSNコンポーネント又はブロックとして構成されるのではなく、5Gシステムが個別の5Gコンポーネントのセットとして構成され、各5Gコンポーネントが1つの個別のTSNブロックとして構成されるという新規なアーキテクチャを提供する。言い換えれば、統合TSN-5Gシステムの5Gシステムが複数のTSNブロックに分割され、各TSNブロックがTSN仕様(例えば、IEEE 802.1Q及び関連標準に準拠)により、例えば、TSNブリッジ、TSNエンドデバイス、又は2つの組み合わせとして構成されるアーキテクチャを提供する。さらに、TSN-5Gシステムを制御するための集中型構成コントローラを有する代わりに、本主題技術は、TSN-5Gシステムにおける複数の分散構成モジュールを提供する。構成モジュールは、1つ以上のトポロジ(メッシュ、スター、ツリー、ランダムなど)で相互接続され得、各構成モジュールは1つ以上のTSNブロックとの通信と構成を担当し得る。
【】
以下で詳しく説明するように、5Gシステムの複数のTSNブロックの各TSNブロックには、そのTSNブロックを通してデータフロー(URLLCデータトラフィックの搬送など)をサポート及び実行する能力を記述するパラメータのセットが含まれる。さらに、各TSNブロックには、TSNブロックとそれぞれの構成モジュールとの相互作用をサポートするように構成された少なくとも1つの構成インターフェースが含まれ得る。構成インターフェースは、TSNブロックのパラメータセットをそれぞれの構成モジュールに提供し、構成モジュールから構成データ(伝送スケジュール、データフローID、ポリシングルールなど)を受信して、TSNブロックを通して1つ以上のデータフローをサポートするために使用され得る。各TSNブロックは、構成データ(構成インターフェースを介して受信)により実行又は動作し、構成データで提供される仕様により各データフローのデータを伝送するように構成され得る。最後に、各TSNブロックには、TSNブロックの実行時の挙動を監視し、構成インターフェースを通して、又はTSNブロックの別のインターフェースを介して挙動を報告するように構成された監視及び診断モジュールも含まれ得る。
【】
複数の分散構成モジュールの各構成モジュールは、1つ以上のTSNブロックを構成することを担当する外部ユーティリティであるか、又はそのTSNブロックのみを構成するTSNブロック内のソフトウェアモジュールとして構成され得る。各構成モジュールは、TSNブロックを通して伝送される1つ以上のデータフローのTSNスケジュールを含む構成データを決定し、構成モジュールによって制御されるTSNブロックに提供するように構成され得る。構成モジュールは、標準化されたアプリケーションプログラミングインターフェース(API)を使用して相互に情報を交換し得る。交換される情報には、TSNシステムのサイクル時間に関する情報(例えば、特定のデータフローにそれぞれ対応する個別のレベルのACTバケットを含むサポートされている管理サイクル時間(ACT)、最大/最小サイクル時間)、1つ以上のTSNブロックの伝送スケジュール(伝送の時間オフセット/期間/リソースを含む)を含む構成データ、及びリソース割り当ての要求又は要求への応答に対する情報が含まれ得る。いくつかの実施形態では、複数の構成モジュールのうちの1つ以上が、「コントローラ」又は「コントローラモジュール」として適合され得、それは、動作可能なコンポーネントがその動作に影響を与えるための指示、制御、動作、又はあらゆる形式の通信を提供するように構成又は適合されたコンポーネントを含み得る。コントローラモジュールには、これらに限定されるわけではないが、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フルオーソリティデジタルエンジンコントロール(FADEC)、航空システム、比例コントローラ(P)、比例積分コントローラ(PI)、比例微分コントローラ(PD)、比例積分微分コントローラ(PIDコントローラ)、ハードウェアアクセラレーションロジックコントローラ(エンコーディング、デコーディング、トランスコーディングなど)など、又はそれらの組み合わせを含む、任意の既知のプロセッサ、マイクロコントローラ、又はロジックデバイスが含まれ得る。
【】
3GPP(登録商標)リリース8では、自己組織化ネットワーク(SON)を、自己構成、自己最適化、及び自己修復の3つの主要なカテゴリに分類する。自己組織化とは、システム又はネットワークがその実行時に明示的なコマンドなしにその組織を変更できるようにするメカニズム又はプロセスと見なさる。自己構成は、最小限の人間オペレータの介入を必要とするサービスに新しいネットワーク要素(NE)を組み込むプロセスとして定義され、ネットワーク要素は、1つ以上の物理デバイスを結合する管理可能な論理エンティティである。いくつかの実装形態では、TSNブロック(後述)が自己構成され、最小限の人的介入でNEとして5Gシステムに組み込まれ得る。これは、TSNフロー(ストリーム)特性とレイテンシ要件をTSNブロックと自動的に共有するTSNアプリケーションによって実現することができる。TSNブロックは連携してフロー特性を共有し、実行可能なTSNスケジュールを決定し得る。
【】
図1は、5Gシステム106が単一のTSNコンポーネント(例えば、TSNブリッジ)としてエミュレートされるように構成された従来の統合TSN-5Gシステム100の非限定的な例を示している。全体として、システム100は、5Gシステム106(TSNブリッジとしてエミュレート)及び1つ以上の(従来の)TSNブリッジ108を介して、TSNコントローラ110を使用して、エンドデバイス、例えば、入出力(I/O)デバイス102とコントローラ104)の間でデータを通信するための決定論的なTSNシステムとして構成される。システム100は、時間同期及びトラフィック管理のための標準的な方法に基づいて構成されており、エンドデバイス、例えば、I/Oデバイス102とコントローラ104など)の間の標準イーサネットネットワークを介した決定論的な通信を可能にする。例えば、システム100は、IEEE 802.1Q TSN仕様スイートにより動作し得、同じインフラストラクチャを共有しながら決定論的な通信を提供するネットワーキングプロトコルのレイヤ2通信を標準化する。例えば、多数の標準により、TSNシステムのさまざまな技術的パラダイムが確立されている、つまり、クロック同期(802.1AS、一般化高精度時間プロトコル(gPTP))、フレームプリエンプション(802.3br及び802.IQbu)、スケジュールされたトラフィック(802.1Qbv)、及び冗長性管理(信頼性のためのフレーム複製及び除去(FRER)IEEE 802.1CB)である。これらの標準は、イーサネットレイヤ-2で一緒に動作し、それぞれの期限と制約を満たしながら重要な制御及び安全機能が実行されることを確保する必要がある。別の実装形態として、同様の統合システムは、例えば、Wi-Fi6やその他の一般的な無線LANに基づくWi-Fiネットワークなどの無線ローカルエリアネットワーク(無線LAN)上でTSN技術を実装するように構成され得る。
【】
例えば、802.1Qbv TSN標準は、安全性が重要なデータフレームのスケジュールされた伝送を所定の方法で提供しており、その全体が本明細書に組み込まれている。本明細書で使用される「TSNスキーマ」は、IEEE 802.1 TSN標準の1つ以上に準拠し、そのように構成され、又はそれに対応するネットワーク、コンポーネント、要素、ユニット、ノード、ハブ、スイッチ、コントロール、モジュール、経路、データ、データフレーム、トラフィック、プロトコル、動作、伝送、及びそれらの組み合わせを指すことができるが、これらに限定されない。802.1Qbv TSN標準は、TSN内の重要なデータトラフィック及び重要でないデータトラフィックの伝送に対応する。重要なデータトラフィックはスケジュールされた時間に配信されることが保証されるが、重要でないデータトラフィックには通常、低い優先度が与えられる。さまざまなタイプのデータトラフィックに優先順位を付けるために使用されるIEEE 802.1Qにより、さまざまなトラフィッククラスが確立されている。
【】
イーサネットフレームのプリエンプションは、IEEE 802.3br及びIEEE 802.1Qbu標準によって定義され、重要でないイーサネットフレームの伝送を一時停止でき、重要なトラフィックのレイテンシとレイテンシ変動を減らすのにも役立つ。リソース管理の基本は、TSN構成モデル(IEEE 802.1Qcc)によって定義される。集中型ネットワーク構成(CNC)112はネットワークデバイス(ブリッジ、例えば、5Gシステムブリッジ106、ブリッジ108)に適用できるが、集中型ユーザ構成(CUC)114はユーザデバイス(エンドステーション、例えば、I/Oデバイス102)に適用できる。完全に集中化された構成モデルは、ソフトウェア定義ネットワーキング(SDN)アプローチに従う。言い換えれば、コントローラ110におけるCNC112及びCUC114は、分散プロトコルの代わりに制御プレーンを提供する。対照的に、分散制御プロトコルは、CNC又はCUCがない完全分散モデルに適用される。
【】
超信頼性の結果としての高可用性は、パケットレベルごとの信頼性メカニズムを通じてデータフローの信頼性のためのフレーム複製及び除去(FRER)(IEEE 802.1CB)によって提供され得る。これにより、ネットワークの分離したパスを介して同じデータパケットの複数のコピーを伝送することで信頼性を提供する。ストリームごとのフィルタリングとポリシング(802.1Qci)により、帯域幅違反、誤動作、悪意のある挙動から保護することで信頼性を改善する。さらに、TSNシステムにおける時間同期は、一般化された高精度時間プロトコル(gPTP)(802.1AS)によって定義され得、それは高精度時間プロトコル標準(IEEE 1588)のプロファイルである。gPTPは、信頼性の高い時間同期を提供し、スケジュールされたトラフィック(802.1Qbv)などの他のTSNツールで使用することができる。
【】
望ましいレベルの信頼性を実現するために、TSNは時間同期及び時間を考慮したデータトラフィックシェーピングを採用している。データトラフィックシェーピングでは、スケジュールを使用して、ネットワークスイッチ及びブリッジ(ノードなど)上の伝送のゲーティングを制御する。いくつかの態様では、TSNのこのようなデータトラフィックのスケジュールは、ネットワークの動作前に決定できる。他の態様では、データトラフィックのスケジュールは、システム要件に基づいて初期設計フェーズ中に決定され、必要に応じて更新することができる。例えば、TSNトポロジ(通信パス、帯域幅の予約、その他のさまざまなパラメータを含む)を定義することに加えて、データ転送のネットワーク全体の同期時間を事前に定義することもできる。ネットワークの通信パス上でのデータ伝送のこのような計画は、通常、「通信スケジュール」又は単に「スケジュール」と呼ばれる。TSN上のデータトラフィックのスケジュールは、特定のデータパケットに対して、特定のパス、特定の時間、特定の期間にわたって決定することができる。TSNデータトラフィックのスケジュールを生成する技術の非限定的な例は、米国特許出願第17/100356号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【】
TSNのエンドデバイス又はノード(例えば、I/Oデバイス102とコントローラ104)間のタイムクリティカルな通信には、「データフロー」又は単に「フロー」とも呼ばれる、「TSNフロー」が含まれる。例えば、データフローは、データパケットやデータフレームなどのデータグラムを備えることができる。各データフローは一方向であり、システムの第1の発信元又はソースエンドデバイス(例えば、I/Oデバイス102)から第2の宛先エンドデバイス(例えば、コントローラ104)に達し、一意の識別情報及び時間要件を有している。これらのソースデバイスと宛先デバイスは、一般に「トーカー」と「リスナ」と呼ばれる。具体的には、「トーカー」と「リスナ」はデータフローのそれぞれ、ソースと宛先であり、各データフローはシステムで動作するエンドデバイスによって一意に識別される。複数の相互接続されたデバイスを備える所与のネットワークトポロジの場合、相互接続されたデバイス又はノード間のデータフローのセットを定義できることが理解されよう。例えば、データフローのセットは相互接続されたデバイス間に存在することができる。データフローのセットに対して、データフローのさまざまなサブセット又は順列を追加的に定義することができる。さらに、TSNのエンドデバイス又はノード間のタイムクリティカルな通信には、「TSNストリーム」又は「ストリーム」が含まれ、各TSNストリームは、1つ以上のリスナノードに通信することを目的とした特定のトーカーノードから発信され得る。たがって、各TSNストリームには1つ以上のデータフローが含まれ得、各データフローはトーカーノード(TSNストリームの発信元)とリスナノードの間に存在する。
【】
エンドデバイス(例えば、102、104)とスイッチ(一般に「ブリッジ」又は「スイッチングノード」と呼ばれる)(例えば、106、108)は両方とも、所定の時間スケジュールに基づいてデータフローでデータ(1つの非限定的な例では、イーサネットフレーム)を伝送及び受信する。スイッチングノード及びエンドデバイスは、データフローの所定の時間スケジュールがネットワーク全体で正しく従われることを確保するために、時間同期される必要がある。例えば、図1において、クロック116は、TSNシステム100(5Gシステム106を含む)のさまざまなスイッチングノード及びエンドデバイスが、グローバルクロック(グランドマスタークロックタイミング)を参照して時間同期されることを表す。他のいくつかの態様では、スイッチのみが所定のスケジュールに基づいてデータを伝送でき、エンドデバイス、例えば、レガシデバイス、はスケジュールされていない方法でデータを伝送できる。
【】
TSN内のデータフローは、ネットワークのトーカー/リスナデバイスとスイッチングノードの間のネットワークを通る固定された、変化しないパスを想定する単一のデバイス(例えば、コントローラ110)を使用してスケジュールできる。代替的に、デバイス又はモジュールのセットを使用してデータフローをスケジュールすることもできる。スケジューリングデバイスは、単一のデバイスでもデバイスセットでも、集中型スケジューラを定義するように配置できる。さらに他の態様では、スケジューラデバイスは分散配置を含むことができる。TSNは、レート制約のある通信などの非確定性通信も受信できる。一限定されない例では、スケジューリングデバイスには、オフラインスケジューリングシステム又はモジュールが含まれる場合がある。
【】
TSNトラフィックは、VLANタグ、イーサネットアドレス、IPヘッダ情報、VLANタグイーサネットアドレスとIPヘッダ情報の組み合わせなど、さまざまなメカニズムを使用してタグ付けされ得る。プロトコルデータユニット(PDU)の識別が必要になる前に、システムの任意の場所でトラフィックを識別してタグ付けし得る。TSNトーカーは、異なるTSNレイテンシと決定論の要件を伴う複数のTSNフロー(ストリーム)を作成し得、要件を満たす異なるパスが割り当てられ得る。対象発明のいくつかの実装形態では、レイテンシ値及び決定論値は、連続値の無制限のセットを受け入れるために提供されるものではなく、静的で離散的な値の限定されたセットとして指定され、TSNアプリケーションに提供され得る。
【】
いくつかの実装形態では、I/Oエンドデバイス102は、さまざまな態様において、工場の生産ライン、ガス火力発電所、航空機の航空電子データバス、航空機群(例えば、2機以上の航空機)内の航空機のジェットエンジン、航空機のデジタルバックボーン、航空電子システム、ミッション又はフライトネットワーク、風力発電所、機関車などの複雑な機械的エンティティであり得る。さまざまな実装形態では、I/Oエンドデバイス102には、センサ、アクチュエータ、モーター、ソフトウェアアプリケーションなどの任意の数のエンドデバイスが含まれ得る。センサには、ビデオ又は画像データを生成するカメラ、X線検出器、音響ピックアップデバイス、タコメータ、全地球測位システム受信機、無線信号を伝送し、無線信号の反射を検出して画像データを生成する無線デバイス、又はその他のデバイスなど、任意の従来のセンサ又はトランスデューサが含まれ得る。
【】
さらに、アクチュエータ(例えば、I/Oデバイス102の1つ以上の動作を実行するために移動するデバイス、機器、又は機械)は、TSNシステム100を使用して通信することができる。アクチュエータの非限定的な例としては、ブレーキ、スロットル、ロボットデバイス、医療用画像デバイス、ライト、タービンなどを含み得る。アクチュエータは、アクチュエータのステータスデータを1つ以上の他のデバイス(例えば、他のI/Oデバイス102、TSNシステム100を介したコントローラ104)に通信することができる。ステータスデータは、ステータスデータを送信するアクチュエータの位置、状態、健全性などを表し得る。アクチュエータは、TSNシステム100の1つ以上の他のデバイス(例えば、他のI/Oデバイス102、コントローラ104)からコマンドデータを受信し得る。コマンドデータは、アクチュエータの移動、動作などの方法またはタイミングを指示する命令を表し得る。
【】
いくつかの実装形態では、コントローラ104は、TSN100を介してI/Oエンドデバイス102間でさまざまなデータを通信することができる。例えば、制御システム104は、コマンドデータを1つ以上のデバイス102に通信したり、ステータスデータ又はセンサデータなどのデータを1つ以上のデバイス102から受信したりすることができる。したがって、コントローラ104は、I/Oデバイス102によって取得又は生成されたデータ、或いはI/Oデバイス102間で通信されたデータに基づいてI/Oデバイス102の動作を制御するように構成され得、例えば、I/Oデバイス102の自動制御を可能にし、I/Oデバイス102のオペレータ又はユーザに情報を提供する。コントローラ104は、TSNシステム100のデータフロー及びデータフロー特性を定義又は決定し得る。
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ここで、システム100内の5Gシステム106を参照すると、5Gシステム106は、さまざまなTSNエンドデバイス、例えば、I/Oデバイス102とコントローラ104間でTSNトラフィックを搬送するために使用される無線通信システムである。いくつかの実装形態では、5Gシステム106は、ユーザプレーン機能(UPF)ごとに1つのTSNブリッジとしてエミュレートするように構成される(前述のTSN標準により、TSNブリッジ108と同様)。5Gシステム106は、3GPP23及び38シリーズ仕様(その全体が本明細書に組み込まれている)により実装され、3GPPリリース17 23.501標準v17.1.1及びv17.2.0(その全体が本明細書に組み込まれている)によりシステム100に統合されたNew Radio(NR)ネットワークであり得る。示すように、5Gシステム106には、5Gユーザプレーンにおいて、ユーザ機器(UE)118、RAN(gNB)120、ユーザプレーン機能(UPF)122が含まれ、5G制御プレーンにおいて、他のコンポーネントの中でも特に、アプリケーション機能(AF)124及びポリシ制御機能(PCF)126が含まれ得る。いくつかの実装形態では、5Gシステム106は、超信頼性低レイテンシ通信(URLLC)サービスを提供するように構成され得る。New Radio(NR)インターフェースに基づく5Gシステム106には、選択されたデータフローの低レイテンシを実現するためのいくつかの機能が含まれている。NRにより、無線サブフレームにおいてより短いスロットが可能になり、低レイテンシアプリケーションに利点となる。NRではミニスロットも導入されており、スロット境界を待たずに優先伝送を開始できるため、レイテンシがさらに短縮される。URLLCトラフィックに優先権と高速無線アクセスを与える一環として、NRはプリエンプションを導入し、これにより、URLLCデータ伝送が進行中の非URLLC伝送をプリエンプトできるようになる。追加的に、NRは非常に高速な処理を適用するため、短いレイテンシ範囲内でも再伝送が可能になる。
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いくつかの実装形態では、5Gはデータと制御無線チャネルの両方の信頼性を高めるために、非常に堅牢な伝送モードを定義する。信頼性は、多入力及び多出力(MIMO)技術に基づくマルチアンテナ伝送、複数のキャリアの使用、独立した無線リンクを介したパケット複製などのさまざまな技術によってさらに向上する。
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時間同期は、5Gセルラ無線システムの動作に不可欠な部分として組み込まれており、これは早期のセルラーネットワーク世代ではすでに一般的な慣行となっている。無線ネットワークコンポーネント自体も、例えば、高精度時間プロトコルテレコムプロファイルを通じて時間同期される。これは、時間が重要なアプリケーションに同期を提供するための優れた基盤を提供する。URLLCサービスの場合、5Gシステム106は、信頼性を提供する複数のアンテナ及び無線チャネルだけでなく、それ自体の動作に時間同期を使用する。5G RAN機能に加えて、5Gシステム106は、イーサネットネットワーキング及びURLLCのためのコアネットワーク(CN)のソリューションも提供し得る。5G CNは、ネイティブイーサネットプロトコルデータユニット(PDU)セッションをサポートする。5Gは、RAN、CN、トランスポートネットワークを含む、5GSを通じて冗長ユーザプレーンパスの確立を支援する。5GSでは、RANノードとCNノード間、並びにUEノードとRANノード間で個別に冗長ユーザプレーンも可能になる。
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上述のように、統合システム100では、5Gシステム106はUPFごとに1つのTSN(仮想)ブリッジを備えている。5Gシステム106には、ユーザプレーンと制御プレーンの両方で5Gシステム106をTSNドメインに適応させるためのTSNトランスレータ(TT)機能が含まれており、5Gシステム106の内部手順がTSNブリッジネットワークから隠されている。5Gシステム106は、TT機能を通じてTSNブリッジの入力及び出力ポートの動作を提供する。例えば、TTは、デジターリングのための保留及び転送機能をサポートする。図1は、5Gシステム106がエンドステーション102をブリッジネットワーク108に接続するときを示しているが、5Gシステム106はまたブリッジ108を相互接続し得る。
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TSNシステム100に統合される5Gシステム106の場合、リソース管理でパス全体に沿って各ホップにネットワークリソースを割り当てるときにのみ、TSNストリームの要件を満たすことができる。TSN構成(802.1Qcc)に沿って、このことは、5Gシステム106とCNC112間の相互作用を通じて実現される。5Gシステム106とCNCとの間のインターフェースは、CNC112が5G仮想ブリッジの特徴を学習することを可能にし、5Gシステム106がCNC112から受信した情報に基づいて特定のパラメータとの接続を確立することを可能にする。制限されたレイテンシは、5Gからの決定論的なレイテンシ、並びにTSNと5Gドメインとの間のQoS整合を必要とする。例えば、5G仮想ブリッジがTSNブリッジとして機能する場合には、5Gシステム106は、スケジューリングされたトラフィック(802.1Qbv)に沿って時間制御パケット伝送をエミュレートする。5G制御プレーンの場合、AF124のTTは、CNC112からTSNトラフィッククラスの伝送時間情報を受信する。5Gユーザプレーンでは、UE118でのTT及びUPF122でのTTは、それに応じて、時間に基づくパケット伝送を調節し得る。異なるTSNトラフィッククラスは、TSNドメインと5Gドメイン間のQoS整合の一部として、AF124及びPCF126において異なる5G QoSインジケータ(5QI)にマッピングされ得、異なる5QIは、それらのQoS要件により処理される。
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時間同期に関しては、5Gシステム106は接続されたTSNネットワークのgPTPを実装し得る。5Gシステム106は、仮想gPTP時間認識システムとして機能し、5GユーザプレーンTTを通してエンドステーション102とブリッジ108間のgPTP時間同期情報の転送をサポートし得る。
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ここで、図2を参照すると、主題技術のいくつかの実施形態によるシステム200アーキテクチャのブロック図を示している。大まかに言えば、システム200は、のシステム100と同様の統合TSN-5Gシステムとして実装され、のシステム100と同様の物理コンポーネントも含み得る。ただし、システム100とは異なり、システム200は、5Gシステム106が個別の5Gコンポーネントのセットとして構成され、各5Gコンポーネントが1つの個別のTSNブロック202としてエミュレートするように構成される、統合TSN-5Gシステムの新規なアーキテクチャを提供する。言い換えれば、システム200では、5Gシステム106は、複数のTSNブロック202-1~202-Nを含む分散構造として構成され、各TSNブロック202は、TSN仕様(例えば、上述のIEEE 802.1及び関連標準に準拠)により、例えば、TSNブリッジ、TSNエンドデバイス、又は2つの組み合わせとして構成される。さらに、TSN-5Gシステムを制御するための集中型構成コントローラ110を有する代わりに、本主題技術は、TSN-5Gシステム200の分散型コントローラ210に複数の分散型構成モジュール215を提供する。構成モジュール215-aから215-fは、1つ以上のトポロジ(メッシュ、スター、ツリー)で相互接続され得、各構成モジュール215は1つ以上のTSNブロック202との通信と構成を担当し得る。本明細書で使用される「トポロジ」とは、ネットワークの複数のノード(例えば、送信側デバイス、受信側デバイス、スイッチ、又はブリッジ)、及びノード間の接続線(例えば、通信リンク、又は有線通信リンクや無線通信リンクを含む「ホップ」)を含むことができるネットワークの1つ以上の配置を指すことができる。各リンクは、対応するノードのペアを通信的に結合することができる。リンクのセットは、それぞれのノードを介して順番に結合して、例えば、発信元ノードと宛先ノード間のリンクパスを定義することができる。トポロジは、1つ以上のメッシュ、スター、バス、リング、及びツリートポロジを備え得るが、これらに限定されない。
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いくつかの実装形態では、システム200は、1つ以上の構成モジュール215によって決定されたTSNスケジュールを含むTSN構成により、5Gシステム106を介してデータソース204とデータ宛先206間の決定論的なTSNデータフローをサポート及び管理するように構成される。データソース204及びデータ宛先206には、I/Oデバイス102及びコントローラ104の1つ以上が含まれ得る。示されていないが、システム200には、TSNブリッジ108及びその他のTSNコンポーネントも含まれ得る。
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いくつかの実装形態では、分散構造において、複数のTSNブロック202-1~202-Nの各々は、5Gシステムの1つの特定のコンポーネント、例えば、図1に示され、上述の5Gシステム106に対応し得る。例えば、図3に示すように、UE118はTSNブロック202-1としてエミュレートするように構成され得、RAN120はTSNブロック202-2としてエミュレートするように構成され得、UPF122はTSNブロック202-3としてエミュレートするように構成され得、並びにコアネットワーク及び/又は5Gシステムのその他の一般的なコンポーネント(例えば、フロントホール、バックホール、マルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)モジュール)は1つ以上のTSNブロック202-Nとしてエミュレートするように構成され得る。各TSNブロック202-1~202-Nは、TSN仕様(例えば、上述のIEEE 802.1及び関連標準に準拠)により、例えばTSNブリッジ、TSNエンドデバイス、又は2つの組み合わせとして構成される。
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いくつかの実装形態では、図4に示すように、各TSNブロック202には、プロセッサ402、メモリデバイス404、内部構成インターフェース(ICI)406、伝送モジュール408、レポートモジュール410、及びTSNトランスレータ(TT)-1、412-1、TT-2 412-2、及びTT-3 412-3が含まれる。プロセッサ402は、TSN構成データを処理し、TSN構成データにより1つ以上のTSNデータフローからのTSNデータトラフィックを処理及び伝送するための命令(例えば、メモリデバイス404に記憶されている)を実行する、マイクロプロセッサ又はマルチコアプロセッサ、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなどであり得る。
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メモリデバイス404は、対応するTSNブロック202を通してデータフロー(例えば、URLLCデータトラフィックの搬送)をサポート及び実行する能力を記述するパラメータのセットを記憶し得る。いくつかの実装形態では、パラメータのセットには、ID、リンク品質、リンク帯域幅などが含まれるが、これらに限定されない。IDパラメータ(複数可)には、デバイスタイプ(すなわち、TSNブロック202がTSNブリッジであるか、TSNエンドステーションであるかどうか)が含まれ得る。レイテンシパラメータ(複数可)には、少なくともポート間(TSNブロックの開始からTSNブロックの終了まで)のレイテンシ、及びレイテンシ変動(一般に「ジッタ」として知られる)が含まれ得る。リンク品質パラメータ(複数可)には、少なくともパケットエラーレートが含まれ得る。リンク帯域幅パラメータ(複数可)には、少なくとも利用可能な帯域幅がビット/秒単位で含まれ得る。
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いくつかの実装形態では、TSNブロック202のパラメータのセットには、短い伝送時間間隔、TSCアシスタンス情報(TSCAI)、構成された許可(CG)情報、半永続的スケジューリング(SPS)割り当て、及び/又は、例えば、3GPP TS28.540で指定されるその他のパラメータを含む、5G RANに固有のパラメータのサブセットが含まれ得る。さらに、いくつかの実装形態では、TSNブロック202のパラメータのセットには、時間同期プロパティ、スケジュールされた伝送(Qbv)属性、接続されているいくつかのRANを含む冗長属性、UPFへのパスの数、パスの多様性、使用可能な周波数の数、伝播特性、使用可能な無線、さまざまな物理メディア(例:自由空間光学)を含む、TSNに固有のパラメータのサブセットが含まれ得る。一例として、図5は、一例示的なTSNブロック202のパラメータの一例示的なセット502を示す。
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いくつかの実装形態では、TSNブロック202のパラメータのセットは、最悪のケースの時間同期エラー、最悪のケースのゲート動作エラー、最大ゲート制御リストサイズ、最大サイクル時間、最大ゲート間隔期間、伝送開始遅延など、又はそれらの組み合わせを定義し得る。パラメータのセットには、TSNブロック202によって処理されるトラフィックのタイプによって異なり得る、決定論的なパラメータの個別のセットが含まれ得る。パラメータのセットは、TSNブロック202のハードウェア上で実現可能である、TSNスケジュール、構成などを生成するために少なくとも部分的に活用され得る。パラメータのこのようなセットがない場合、TSNスケジューリングモジュールは、最小公分母アプローチを採用する必要があり、TSNブロック202を含むシステム200のすべてのデバイスが最も制限的な特性を持つと想定され、最適ではないソリューションがもたらされる。この意味で、パラメータのセットにより、TSNシステム200でのより優れたスケジューリングソリューションが可能になり、レイテンシ、ジッタ、パケット遅延変動、及び帯域幅使用率などのパフォーマンスメトリックが向上する。
【】
いくつかの実装形態では、TSNブロック202のパラメータのセットは、異なる動作又は製造元によって作成、プログラムされたデバイス、又はその他のものをさらに記述又は関連付け得る。この意味では、パラメータのセットは、同種又はすべて類似のデバイスとは対照的に、異なるデバイスのセット又はサブセット(例えば、複数のベンダからの異種のもの)を定義し得る。例えば、パラメータのセットには、システム200の各エンドノード及びスイッチングノードの特定の構成モデルの定義、エラー許容範囲、ハードウェア制限、ソフトウェア制限、及びファームウェアオプションが含まれ得るが、これらに限定されない。この意味で、パラメータセットにより、複数のベンダからの、さまざまな特性のデバイスを備える異種ネットワークのスケジューリングと構成が可能になる。
【】
いくつかの実装形態では、TSNブロック202のパラメータのセットは、TSNシステム200の各エンドノード及びスイッチングノードによってサポートされる特定のTSN機能を促進し得る。例えば、パラメータのセットは、ノード又はTSNブロック202が、時間同期、時間認識シェーピング、非同期シェーピング、信頼性のためのフレーム複製及び削除、フレームプリエンプション、入力ポリシング、及びその他のTSN機能の1つ以上をサポートするかどうかを定義し得る。パラメータのセットは、TSNシステム200のエンドノード及びスイッチングノードによってサポートされる機能又は標準の特定のバージョン又は変形をさらに定義し得る。パラメータのこれらのセットにより、エンドノード及びスイッチングノードが、必要なTSN機能とバージョンに対してさまざまな程度のサポート(サポートなしを含む)を有する混合機能ネットワークのスケジューリング及び構成が可能になる。
【】
TSNブロック202デバイスのパラメータのセットのさらなる非限定的な例としては、それぞれのTSNブロック202のプログラミング機能に利用される追加のパラメータが含まれ得るが、これらに限定されない。例えば、パラメータの追加のセットは、生成された又はスケジュールされたTSN構成を用いてそれぞれのTSNブロック202のプログラミングを定義又は可能にし得る。それぞれのTSNブロック202のプログラミングを定義又は可能にし得るパラメータのセットの非限定的な例としては、プログラミング方法、通信プロトコル、デバイスログイン名、デバイスログインパスワード、デバイスプログラミングポート、プログラミングデータのためのデバイスプログラミングファイル構造又はファイルパス、デバイスプログラミングファイル形式、デバイス構成ファイル形式、デバイススケジュールファイル形式など、或いはそれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。この意味で、パラメータのこのセット又はサブセットは、生成又はスケジュールされたTSN構成(総称して「プログラミングパラメータ」)を用いてそれぞれのTSNブロック202のプログラミングを定義又は可能にし、システム200がTSNブロック202のセットを更新、インストール、プログラム、構成、又はその他の方法で変更して、TSNシステム200のスケジュール又は構成に応じて、又はそれにより動作することを有効又は可能にする。
【】
さらに、各TSNブロック202には、TSNブロック202と、例えば、それぞれの構成モジュール215との相互作用をサポートするように構成された少なくとも1つの内部構成インターフェース(ICI)406が含まれ得る。ICI406は、TSNブロック202のパラメータのセットの一部又は全部をそれぞれの構成モジュール215に提供し、構成モジュール215から構成データ(例えば、伝送スケジュール、データフローID、ポリシングルール)を受信して、TSNブロック202を通して1つ以上のデータフローをサポートするために使用され得る。各TSNブロック202は、構成データ(ICI406を介して受信)により実行又は動作し、構成データで提供される仕様により各データフローのデータを伝送するように構成され得る。
【】
いくつかの実装形態では、TSNブロック202のICI406を介してそれぞれの構成モジュール215から受信される構成データには、ストリーム識別情報、伝送スケジュール又は期限又は遅延予算、又は(レート制約トラフィックの場合)データレート、フィルタリング及びポリシング構成情報、冗長性スキーム、及び/或いはその他のTSN構成情報が含まれ得る。
【】
TSNトーカー情報は、異なるTSNフローのレイテンシ及び決定論の要件を必要とする異なる周波数コンポーネントに分割され得る。逆に、異なるTSNトーカーからのTSNフローを単一のTSNフローに集約して、より大きな容量及びより高いチャネル使用率を達成し得る。統合TSN-5Gシステムで個別のサイクル時間を有すると、TSNフローの集約を容易に確実にするのに役立ち得る。
【】
いくつかの実装形態では、各TSNブロック202には、ICI406を介して構成モジュール215から構成データで受信したスケジュール、期限、遅延予算、又はデータレートに準拠して特定のデータフローの伝送を送信するように構成された伝送モジュール408が含まれ得る。TSNブロック202-1が5GシステムのUE118に対応する一例では、伝送モジュール408は、5G無線インターフェース(UE118とRAN120の間)のリソーススケジューリングに基づいてデータ伝送を送信するように構成される。5Gエアインターフェースのリソーススケジューリングは、統合TSN-5Gシステムのサイクルタイムに整合された位相であり得る。伝送モジュール408は、各Qbvストリームのスケジュール伝送を満たすことができるような方法で、TSNブロック202(408はその一部)に対応する5Gコンポーネントのリソース要素を割り当て得る。例えば、従来の802.1Qbvスタイルのゲート制御を使用する代わりに、TSNブロック202-1に対応するUE118は、位相オフセット(サイクル時間を基準として)を使用して、TSNデータストリームの伝送を割り当てられたスケジュールに整合させ得る。この例では、UE118がCNCからこの位相オフセットを取得する代わりに、UE118はRAN120からの特別なコマンドとして位相オフセットを取得し得る。
【】
いくつかの実装形態では、各TSNブロック202には、TSNブロック202の実行時の挙動を監視し、ICI406を通して、又はTSNブロック202の別のインターフェースを介して挙動を報告するように構成されたレポートモジュール410も含まれ得る。この挙動監視には、パケットドロップ及び伝送ウィンドウの欠落などのメトリックが含まれるが、これらに限定されない。
【】
図2に戻ると、本主題技術は、TSN-5Gシステム200の分散コントローラ210に複数の分散構成モジュール215を提供する。構成モジュール215-aから215-fは、1つ以上のトポロジ(メッシュ、スター、ツリー)で相互接続され得、各構成モジュール(CM)215は1つ以上のTSNブロック202との通信と構成を担当し得る。例えば、CM215-aは、TSNブロック202-1及び202-2を担当し、これらに動作的及び通信的に接続され得る。CM215-bは、TSNブロック202-3を担当し、これに動作的及び通信的に接続され得る。CM215-cは、TSNブロック202-3及び202-Nを担当し、これらに動作的及び通信的に接続され得る。そのため、TSNブロック202-3は、CM215-bとCM215-cの両方によって構成及び制御され得る。例えば、TSNブロック202-3の機能の一部(例えば、第1のタイプのTSNアプリケーションに関するもの)はCM215-bによって構成及び制御され得、TSNブロック202-3の機能の別の部分(例えば、第2のタイプのTSNアプリケーションに関するもの)はCM215-cによって構成及び制御され得る。
【】
図2に示す例では、構成モジュール215はツリー構造に配置されており、CM215-fがツリー構造の最上位レベルを形成し、CM215-a、215-b、及び215-cがツリー構造の最下位レベルを形成し、CM215-d及び215-eがツリー構造の最上位レベルと最下位レベルの間にある。ただし、構成モジュール215は、API230を介して動作的及び通信的に相互に接続されている。いくつかの実装形態では、ツリー構造(例えば、図2に示すように)において、構成モジュール215は、隣接するツリーレベル(1つ上のツリーレベル又は1つ下のツリーレベル)にある他の構成モジュール215と通信し得る。ただし、他のトポロジ(例えば、メッシュ又はピアツーピア構造)では、分散コントローラ210の任意の2つの構成モジュール215が相互に直接接続され、通信し得る。
【】
いくつかの実装形態では、各構成モジュール215は、1つ以上の対応するTSNブロック202を構成することを担当する外部ユーティリティであり得るか、又はTSNブロック202内のソフトウェアモジュールとして構成され得る。各構成モジュール215は、TSNブロック202を通して伝送される1つ以上のデータフローのTSNスケジュールを含む構成データを決定し、構成モジュール215によって制御されるTSNブロック202に提供するように構成され得る。構成モジュール215は、標準化されたAPI230を使用して相互に情報を交換し得る。交換される情報には、TSNシステムのサイクル時間に関する情報(例えば、特定のデータフローにそれぞれ対応する個別のレベルのACTバケットを含むサポートされている管理サイクル時間(ACT)、最大/最小サイクル時間)、1つ以上のTSNブロック202の伝送スケジュール(伝送の時間オフセット/期間/リソースを含む)を含む構成データ、及びリソース割り当ての要求又は要求への応答に対する情報が含まれ得る。いくつかの実装形態では、構成モジュール215の1つ以上が、上述のTSNコントローラ110のCNC112及び/又はCUC114として構成され得る。
【】
いくつかの実装形態では、各構成モジュール(CM)215は、CM215によって制御されるTSNブロック202のICI406から、TSNブロック202のパラメータのセット(で説明)の一部又は全部を受信する。CM215は、API230を通してシステム200の別のエンティティから、TSNブロック202を通して構成されるデータフローに関する情報も受信する。非限定的な例では、データソース204及び/又はデータ宛先206は、データソース204とデータ宛先206間のデータフローの要件を、直接又はCUC114などの仲介者を介してCM215に提供する。いくつかの実装形態では、CM自体が、ユーザインターフェースを介して構成されるデータフローのセットをユーザが定義できるようにし得る。本明細書で使用される、データフローに関する情報には、データソース202とデータ宛先206間の望ましいTSN通信経路を定義するために、データフロー、データストリーム、伝送経路(事前に決定されているか、又は他の方法で適合されている)などのセットが含まれるか、又は定義され得る。データフローに関する情報の非限定的な例のセットには、最大許容レイテンシ、データレート、データフレームサイズ(「ペイロード」)、データフレームの宛先、帯域割り当てギャップなど、又はそれらの組み合わせが含まれ得る。
【】
少なくとも受信したデータフロー情報及びTSNブロック202のパラメータのセットに基づいて、CM215は「ソリューション」(又は構成データ)を決定し、このソリューションは、TSNブロック202を通過する各データフローをどのように処理するかを示す。このソリューションには、とりわけ、米国特許出願第17/100356号で説明されているように、時間を認識したスケジュール、ポリシングルールなどが含まれ得、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。その後、CM215は、このソリューション又は構成データを、ICI406を介してTSNブロック202に送信し得る。その後、TSNブロック202は、このソリューションを実行し、その構成により各フローのデータを伝送し得る。いくつかの実装形態では、分散CM215にソリューションを計算させるプロセスの一例として、CM215のツリー構造の各レベルで、同じシステムモジュロ理論(SMT)ソルバが使用され得、データフローとそれらの要件は制約として表現され、線形計画法を使用して実行可能なソリューションが求められる。CMツリーの下位レベルからのソリューションは、CMツリーの1つ上のレベルで使用されるリソース(これも制約によって表される)として入力される。このプロセスは、CMツリーの最上位レベルに到達し、グローバルソリューションが決定されるまで繰り返される。
【】
いくつかの実装形態では、異なるデータソース(例えば、データソース204)とそれらのアプリケーションは、異なるサイクル時間又は間隔で動作する。関連して、さまざまなデータソース及び宛先(及びそのアプリケーション)は、その間の多くのデータフローに対して異なるレベルの時間決定論を必要とする。従来のTSNシステムでは、ネットワークのすべてのデータフローに作用する収束サイクル時間(一般に「管理サイクル時間」と呼ばれる)が決定される。ただし、主題開示のいくつかの実装形態では、統合TSN-5Gシステムは、ネットワークで離散的/量子化されたサイクル時間のセットを使用し得る。各データフローは、利用可能な量子化サイクル時間の1つを選択して動作する。TSN-5Gシステム100におけるスケジュールされた伝送のスケジューリングは、サイクル時間の量子化された/離散的なセットに基づき得る。一例として、統合TSN-5Gシステム100は、利用可能なストリーム間隔、したがって対応するサイクル時間を、本質的に1、10、100、1000ミリ秒を含むが、これらに限定されない、離散値のセットに制限し得る。同様に、ストリーム又はデータフローの要件も制限され得、例えば、ジッタ(パケット遅延変動)要件は、本質的に1、10、100、1000マイクロ秒を含むが、これらに限定されない、離散値の所定のセットに制限される場合がある。いくつかの実装形態では、統合TSN-5Gシステムによってサポートされるアプリケーションとユースケースに応じて、離散値の異なるセットが使用され得る。例えば、地理的に分散したシステムでは、ミリ秒単位の離散サイクル時間を使用し得る。さらに別の例では、地元の工場に限定されたシステムでは、マイクロ秒単位の離散サイクル時間を使用し得る。この離散セットのメンバは、デフォルトでサイクルタイムの連続したセットにならずに、規則的又は不規則に間隔をあけたり、その他の統計分布(対数、線形、ガウス分布を含むがこれらに限定されない)に従ったりし得る。別の実装形態では、サイクルタイムのセットは、すべてのTSNブロックが、素数の小さな共通のセットから選択された要素の積であるサイクルタイムを有するような方法で標準化される。これにより、すべての複合サイクルタイムがTSNスケジューラによって簡単に計算され、1つの共通のネットワークサイクルタイムがもたらされる。
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統合TSN-5Gシステムの各TSNブロックは、サイクル時間のセット(セットには1つ以上のサイクル時間が含まれる)をサポートし得る。CM215は、異なるサイクル時間で動作するTSNブロック202間でデータフローのスケジュールされた伝送を可能にするためにTSN-5Gシステム106又は200を構成する。いくつかの実装形態では、TSNブロック202は互換性のあるサイクルタイムで動作することが要求され得、互換性とは、サイクルタイムが互いの整数倍であることを意味する。アプリケーションが、フローが横断するTSNブロック202のセット全体にわたる個別のサイクル時間の利用可能なセットに直接マップされない間隔を要求するとき、CM215は最も近い利用可能なサイクル時間に適合し得る。最も近い利用可能なサイクルタイムは整数倍又は利用可能なサイクル時間の整数除数であるはずである。CM215は、構成プロセス中に、サイクル時間情報のサポートされている量子化/離散セットを相互に交換し得る。この例では、本主題開示により、分散型TSN-5Gシステムが多数のデータストリーム/フローに対して実行可能な構成を作成することが可能になる。量子化されたサイクル/間隔がない場合、構成には通常、長い計算時間が必要になり、実行可能なソリューションの発見さえも妨げ得る。
【】
いくつかの例では、5Gシステム106の各統合TSN-5Gネットワークスライスは、サポートされるサイクル時間とジッタ境界の事前定義されたセットを有し得る。いくつかの例では、ネットワークスライスは、参照により本明細書に組み込まれている3GPP仕様23.501に準拠して、一般的な5Gネットワークスライスよりも粒度が細かくなることがある。いくつかの実装形態では、TSN-5Gシステム106又は200は、TSNサイクル時間に基づいてスライスされ得る。例えば、複数の重要なサービスをサポートする5Gネットワークは、アプリケーションとそれらのストリームの周期専用のURLLCスライスを有し得る。例えば、約1ミリ秒周期で動作するアプリケーションを有するサービスは、1ミリ秒のサイクル時間で動作する専用スライスを有し得る。同様に、100ミリ秒の周期(又は間隔)で動作するサービス及びアプリケーションは、統合TSN-5Gシステムに100ミリ秒のサイクル時間で動作する専用スライスを有し得る。このようなサイクルタイムスライシングにより、構成の速度並びにネットワーク全体のパフォーマンスの両方が向上する。いくつかの実装形態では、TSNブロック202は、特定のスライスに対してサポートされているサイクルタイムを、ICI406を通してそれぞれのCM215に公開する。次に、CM215は、スライスされたTSN-5Gシステムの構成ソリューションを作成するために、インターコンフィギュレーションモジュールAPI230を介して、管理下にあるTSNブロックのサポートされるサイクルタイムを相互に交換し得る。
【】
いくつかの実装形態では、CM215によって決定されるソリューション又は構成データには、これらに限定されないが、TSNブロック202の特性(例えば、パラメータのセットによって定義される)によりそれぞれのTSNブロック202を動作するための、集合的又は構成のセットのタイミング、コマンド、制御、命令など、又はそれらの組み合わせが含まれ得る。いくつかの態様では、構成データには、1つ以上のそれぞれのTSNブロック202に対する個別の又は集合的な(例えば「グローバル」の)データフレーム伝送に関する特定の伝送情報が含まれ得る。伝送情報には、データフレームの伝送に関する時間情報を含めることができる。1つ以上の態様では、データフレームの構成データには、伝送開始時間を含むことができる。例えば、伝送開始時間はそれぞれのTSNブロック202からのデータフレームの伝送が開始される時間とすることができる。ある態様では、データフレームの伝送は、それぞれのTSNブロック202のゲートを選択的に開き、データフレームをデータフローとして宛先ノード(例えば、別のTSNブロック202)に伝送することによって開始することができる。逆に、データフレームを伝送するためのそれぞれのTSNブロック202のゲートを選択的に閉鎖することによって、データフレームの伝送を停止又は防止することができる。構成データは、それぞれのTSNブロック202と別のノードを通信的に結合して、その上でデータフローを伝送する特定のパス又はリンクを定義又は割り当て得る。さらに、構成データは、それぞれのTSNブロック202からのそれぞれのデータフローの伝送の期間を定義し得る。ある態様では、データフロー伝送の期間は、ゲートの選択的な開放(すなわち、データフレームを伝送する)と、それぞれのノードのゲートの選択的な閉鎖(すなわち、宛先ノードへのデータフレームの伝送を停止する)の間の時間間隔によって定義することができる。
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従来のTSNシステムでは、TSNスケジュールは、TSNブロックがそのデータを伝送するように指示される周期的なサイクルの絶対的な時間オフセットとして表現される。しかし、複数のベンダからのコンポーネントで構成された5Gシステム106にとっては、それは厳しすぎる場合がある。いくつかの実装で形態は、期限ベースのスケジュールが決定され、CM215によって構成データが提供される。期限ベースのスケジュールは、TSNブロック202に、構成されたデータフローのデータを期限(周期的なサイクルにおける絶対時間で表現される)までに伝送するように指示し得る。いくつかの実装形態では、遅延予算ベースのアプローチは、TSNブロックに、構成されたデータフローのデータフレームを遅延予算内で伝送するように指示する。したがって、遅延予算ベースのアプローチでは、TSNブロック202は、入力ポートに到着したデータフレームを一定の期間内に出力ポートに送信する必要がある。このようなスキームでは、すべてのTSNブロック202を時間同期する必要はない。TSNブロック202がレート制約の下で構成されているいくつかの実装形態では、TSNブロック202は、平均又はピークの伝送レート(ビット/秒単位)が構成された値(CM215からの構成データに従う)を超えないような方法で、所与のデータフローのデータフレームを伝送するように構成される。
【】
いくつかの5Gシステムでは、TSNブロックは、ネットワークレイテンシ、遅延/予算を含むがこれらに限定されない周期的サイクルを制限するサービスプロファイルに基づくネットワークスライシングによって利用可能になる共有リソースのセットであり得る。このような実装形態では、2レベルのスケジューリングが存在し得、5GS TSN-AFでは、スライスレベルのTSNスケジューリングに加えて、TSNブロック202を共有リソースとして構成することが可能になり得る。どちらの場合でも、リソース識別子などの構成属性によって、適切な構成のTSNブロックが識別され得る。一例として、サービスプロバイダは特定の周期サイクルを伴う複数のサービスプロファイルを有し得、サービスプロバイダの複数のテナントは5GS TSN-AF構成で指定された同じTSNブロックを利用し、TSNフローの集約を実行し得る。いくつかの実装形態では、サービスプロバイダは、サービスプロファイルの単一レイヤのみが存在し得る非共有TSNブロックのセットを提供し得る。デバイス固有の動作/必要なリソース共有モードは、TSN-AFを通してCNC112で利用可能であり得る。
【】
TSNブロック202による期限/遅延予算アプローチの一例示的実装形態として、データフレームがTSNブロック202の入力ポートに到着すると、TSNブロック202はローカルクロックを使用してデータフレームの到着時間を記録する。次に、TSNブロック202は、フレームが構成されたデータフローに属することを識別し得、そのデータフローに対して構成された遅延予算に等しいカウントダウンタイマを開始し得る。伝送モジュール408を使用して、TSNブロック202は、残り時間量が最も少ないデータの伝送を優先し得る。パケットが伝送される前にパケットのタイマが期限切れになった場合、そのイベントは伝送失敗として記録され、記録モジュール410によって監視メトリックで明細を記録される。
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いくつかの実装形態では、TSNブロック202-1(UE118に対応)とTSNブロック202-2(RAN120に対応)の間のスケジュールされた伝送に関して、CM215-aによってUE118に対応するTSNブロック202-1に割り当てられたスケジュールを満たすために、UE118とRAN120の間のアップリンク及びダウンリンク伝送の「拡張された」割り当て(割り当て及び伝送)が含まれ得る。いくつかの実装形態では、CM215-aは、TSNスケジュールをインスタンス化するときに、RAN120によって報告されたUE118バッファステータス及び無線状態を考慮し得、要求されたスケジュールの必要な変更を調整又は報告し得る。何らかの他の実装形態では、CM215-aは、RAN120から受信した無線状態に関するリアルタイムのフィードバックをマスターCM、例えばCM215-dに送信し得る。このフィードバックループは、この特定のTSNブロック又は所与のエンドツーエンドパス上のTSNブロック全体でパケット遅延予算を満たすようにTSNスケジュールを再計算することをサポートし得る。
【】
この実装形態では、リンク品質を監視し、CM215-aは伝送スケジュールを満たすために構成データの無線リソースを継続的に調整し得る。無線リソースには、論理チャネル、伝送電力、及びUE固有のスロット期間が含まれ得るが、これらに限定されない。いくつかの実装形態では、所与のUE118に対して固定/決定論的なアップリンクスロット及びダウンリンクスロットの静的割り当てが行われ得、例えば、所与のRANスライスに接続されたすべてのUEにスケジュールされた伝送スロットが与えられる。5Gネイティブ無線スケジューリングは、UE118からの伝送が伝送期限を満たすかどうかを決定するために使用され得る。そうでない場合、UE118は、スケジュール伝送を実現するためにRAN120への昇格されたアクセスを要求し得る。いくつかの実装形態では、スケジュールされた伝送のための5Gシステム106でのスケジューリングは、そのセットが少なくとも100ミリ秒の管理サイクル時間を含む、サイクル時間の量子化された/離散的なセットに基づき得る。主題技術によれば、UE(例えば、TSNブロック202-1で表される)とRAN(例えば、TSNブロック202-2で表される)の間の無線リンクは、サイクル時間に基づいてスライスされ得る。いくつかの実装形態では、TSNブロック202-1とTSNブロック202-2間のアップリンク及びダウンリンクは、スライスのサイクル時間に基づいて各ネットワークスライスに割り当てられた無線リソースを有し得る。例えば、1ミリ秒のサイクルタイムスライスには、1ミリ秒のレートでデータを配信できる無線リソース(チャネル、通信時間など)が必要である。
【】
いくつかの実装形態では、5Gリソース要素(例えば、周波数やタイムスロット)は、「標準」の5Gスケジューリングトラフィック優先順位付け要件に加えて、TSNフローのレイテンシ要件を満たすようにスケジュールされ得る。より具体的には、TSNフローの5Gタイムスロットは、TSNフローのメッセージを適切なサイクル時間オフセット(位相)とTSNスケジュールで要求される時間制限(TSNウィンドウ時間)の両方で伝送するように割り当てら得る。この場合、5Gスケジューラは、異なる周波数で伝送される場合に複数のメッセージが同時に出力される場合があるという点で、「従来の」TSNイーサネットポートとは異なる。いくつかの態様では、悪いRFチャネル条件の状態で、5Gシステム106は、伝送スケジュール及び/又は期限を満たす可能性を高めるために、異なる周波数でメッセージの複数のコピーを送信し得る。
【】
システム200で信頼性の高いデータ伝送を実現するために、冗長フローパスを実装し得る。5Gシステム106の分散TSNブロック202により、エラー(遅延、ドロップ、又は破損したフレーム)をより良い方法で処理することが可能になる。いくつかの実装形態では、UE118は冗長性のためにUPF122への2つの冗長な分離PDUセッションを開始し得、この場合、5GCは3GPP 38.300によりNG-RANをデュアル接続のために構成し得る。いくつかの他の実装形態では、FRERはいくつかのTSNブロック202間で使用される場合があるが、他のTSNブロック202間では使用されない。例えば、冗長ストリームは、UE118(TSNブロック202-1)とRAN120(TSNブロック202-2)間の無線インターフェースを介して実装され、その後RAN120で結合され得、必要に応じて、コアネットワーク(TSNブロック202-3、202-4)を介して再度分割される可能性がある。図1に示すように、3GPP23.501による現在の冗長性要件は、UE118とUPF122間のパスを最大限に分離することである。しかしながら、主題技術によれば、5Gシステム全体にわたって冗長な分離パスを確立する必要はなく、代わりに5Gシステムの一部に対してのみ実装され得る。例えば、UE118とRAN120間の無線インターフェースの場合、冗長性要件では、2つのパスが異なる周波数、又は異なるMIMOチャネル、又は異なるタイムスロット上にある必要があると指定され得る。いくつかの例では、主題開示により、2つを超えるデータパス、TSNブロック間のデータフローの結合と分割、及びさまざまな程度の冗長性能力を伴うTSNブロックのサポートを含むが、これらの限定されない、冗長性の柔軟な使用が可能になる。
【】
5GSを複数のTSNブロックに分割するという概念(例えば、図2に関して上述したように)は、厳密なスケジューリングによって前記ブロック間の悪意のあるトラフィックのフローを阻止できる場合、セキュリティを強化できる可能性があり得る。ただし、5GSを複数のTSNブロックとして動作可能にすると、主に構成を介して、セキュリティ上の脆弱性が生じ得る。具体的には、TSNユーザは、同じ物理及び論理インフラストラクチャを共有する他のユーザに影響を与える内部5GSの詳細と接続性を認識するようになり得る。これは、必要なTSNネットワーク検出フェーズ中に発生し得る(例えば、リンク層検出プロトコル(LLDP)によって返される情報を介して)。TSNユーザはまた、自分自身又は他のユーザの構成を誤って構成し得る。これは、ユーザが自分自身のデータモデルサブツリーへの限定的な参照を有する、セキュアサブツリーのNETCONFの概念を使用することで部分的に対処され得る。5Gシステムは、例えば、TSNが仮想的に(ソフトウェアを介して)実装されているか、物理的に(ハードウェアを介して)実装されているかに応じて、本質的に分離されたネットワークスライスの概念を有し得る。インフラストラクチャプロバイダーは、各TSNユーザに公開される物理的及び論理的能力に制限を設定する必要があり得る。これは、5Gネットワーク公開機能(NEF)を介して実行し得る。主題開示は、「仮想TSNブロック」を使用することによってセキュリティ問題へのソリューションを提供する。仮想TSNブロックは、内部5G TSNブロックであり、ユーザの5Gネットワークスライスによって提供される能力のみが含まれる。言い換えれば、ユーザは5Gネットワークスライスを介して公開されるTSNブロック情報のみを参照し得、及び構成することができ、それ以上のことはできない。この意味で、内部5G TSNブロックは、内部TSNブロックに含まれる情報のセットとユーザに提供される5Gネットワークスライスの交差点である。
【】
いくつかの実装形態では、IETF DETNET標準(IETFで提供:「Deterministic Networking Working Group」-https://datatracker.ietf.org/wg/detnet/about/)を5GSに実装又は統合して、TSNに準拠する小規模なイーサネットのアイランドを相互接続し得る。5GSはDETNETを利用して、(レイヤ2ではなく)IPレイヤ3を介したTSNメッセージの転送を可能にし得る。このようなシステムを想定して、本開示で説明する技術には、空間的に分離されたTSNネットワークを相互接続するDETNETエッジ、リレー、及びトランジットノードをサポートし、5G上でより大規模な複合TSNを作成する5GSが含まれる。本開示で提供される統合TSN-5Gシステムのすべての態様は、5G DETNETのTSNアイランド、特に分散TSNのTSNブロックに適用可能である(ただし、これらに限定されない)。
【】
DETNETは次のコンポーネントで構成される、すなわち、(1)TSNエンドシステム:DETNETエッジノードと通信するIEEE準拠のエンドシステム(2)DETNETエッジノード:DETNETへのTSNフレームを処理する(3)DETNETリレーノード:(4)DETNETトランジットノード:時間に敏感なメッセージの輻輳回避を提供する。DETNETはブリッジされるのではなくルーティングされるため、TSNLAN間でルーティング可能なTSNメッセージが可能になる。不可欠なTSNイーサネットフレーム情報は、LAN間のトランスポートで転送又は再構築される。DETNETは、サブレイヤを追加することで上位レイヤ機能を実現する、すなわち、(1)DetNetサービスサブレイヤ:プロトコルスタック及びアプリケーションの上位レイヤにDetNetサービス(例えば、サービス保護)を提供する、並びに(2)DetNetトランスポートサブレイヤ:DetNetフローへの基盤となるネットワークでDetNetサービスを(例えば、明示的なルート及び輻輳保護を提供することによって)サポートし、TSNイーサネットフレームをカプセル化する。DETNETルーティングでは、IPヘッダが標準のルーター挙動、例えば、存続時間(TTL処理)に従って変更され、TTLは、ルーティング可能なIPメッセージが存続可能な最大時間を指定し、これは、TSNの最大レイテンシ要件と明確に関連している。
【】
DETNETコンポーネントは、5GSの任意の計算要素内、具体的には5GMEC又はコア内に存在し得る。したがって、一実装形態では、5GSはTSN LANを相互接続する完全に準拠するDETNETであり得る。決定論を提供するために、DETNETはフローのパスに沿った中間ノードの一部又は全部でDetNetフローのデータプレーンリソースを予約し得る。DETNETは、DetNetフローの明示的なルートを提供し得る。DETNETは、パスが失われた場合でも各パケットのデータが確実に配信されるように、時間及び/又は空間にわたってDetNetフローパケットからのデータを配布し得る。したがって、上述のように、TSN CNC/DNC及びスケジューラには、DETNETとの対話、具体的にはフローパス(冗長フローパスを含む)、TTLを構成し、ルーティングレイテンシ及びジッタを取得する能力が必要になり得る。TSNトラフィックシェーパー、時間認識シェーピング、及びネットワーク計算を使用して、5G DETNETで必要なレベルの決定論を実現し得る。
【】
また、一部がTSN(レイヤ2)で一部がDETNET(レイヤ3)であるハイブリッド5GSが共存し、相互運用し得ることにも留意されたい。このような場合、ネットワークのDETNET部分自体は、上述したように、TSNブロック(又はブロック群)202として扱われ得る。
【】
さらに、TSNアプリケーションのレイテンシを最小限に抑え、決定論を高めるための5GS内のキャッシュに関しては、5GSの情報のストレージ量、位置、及び命名を管理して、ジッタを最小限に抑えるために、迅速かつ短時間の近接アクセスを可能にし得る。情報の各部は、セキュリティとアクセスを向上させるために暗号署名され、暗号化された署名、及びMECなどの5GSコンポーネントに記憶された情報のハッシュを通じて提供され得る。キャッシュ転送ユニットは、各データ要求を追跡し、キャッシュされたデータの最適な転送、配置、及びサービスを可能にする。TSN CNC/DNC及びスケジューラは、5Gアプリケーション間のアクセスを最大化し、ジッタ(パケット遅延の変動)を最小限に抑えるために、ネットワーク(具体的には5GS)内でキャッシュされた情報を配置する場所を計算し得る。
【】
リアルタイムMECアプリケーションでは、通常、それらの挙動の特性が十分に定義されている。クラウド(クラウドコンピューティング)及びフォグ(フォグコンピューティング)5G MECアプリケーションは、TSNスケジューラに提供されるハードリアルタイム制約を伴うマイクロサービスに分割され得る。制約は、サービスへの呼び出しを完了するまでの最長時間(最悪の場合)であったり、到着又はサービス曲線のネットワーク計算要件に従って明確に定義された統計的記述であったりする場合がある。いくつかの実装形態では、マイクロサービスを連鎖させて完全なMECアプリケーションを作成し得る。計算を一連の小さなマイクロサービスに分割することで、各サービスをより適切に制御及び管理し、より多くの決定論を提供することができ得る。各マイクロサービスは、決定論的な入力、出力、スケジュール可能な動作、及び5G-TSN AFとの調整で構成される、内部TSNブロックとして抽象化され得る。マイクロサービスは、TSNスケジュール通信を介して相互接続された同じ又は空間的に異なる処理システム上に存在し得る。
【】
このようなハードリアルタイム処理には、5G MEC及び5Gコア機能が含まれ得る。メッセージは、TSNスケジューラによって計算できる決定論的なスケジュールに従って、MEC TSNブロックから入出力される。このようなTSNブロックは「計算TSNブロック」と呼ばれることに留意されたい。MECによって生成されるメッセージとそれらに対応するサイズ及び伝送時間は、MEC処理タスクの計算の複雑さ、処理負荷、及びアプリケーションの状態に応じて変化し得るので、TSNスケジューリングコンポーネントは、内部モデルを利用することができ、そのようなモデルは、TSNスケジューリングの目的でMECプロセッサの、シミュレーション、エミュレーション、又は純粋に分析的、或いは各々のハイブリッドである(デジタルツインとも呼ばれる)。次に、TSNスケジューリングコンポーネントは、5G UE、MEC、5Gコア間で流れるすべてのメッセージ、及びリアルタイムアプリケーションに必要ないずれかのクラウド処理に対して、完全なエンドツーエンドのTSNスケジュールを生成でき、5Gコア及びクラウド処理は、TSNスケジューラによって同様にモデル化される。TSNスケジュールは、有効な処理速度、したがって、出力メッセージの伝送時間が変化するため、5G TSNリアルタイムMEC/クラウドアプリケーションに必要な決定論を維持するために、必要に応じてスケジュールを動的に再計算することができる。TSNスケジューラは、リンク速度、変動、処理能力、使用可能なメモリなどを考慮して、リアルタイム5Gアプリケーションの各処理コンポーネントに最適な位置(UE、MEC、クラウド)に関するフィードバックをアプリケーション開発者(及び管理と展開のために)に提供することができる。TSNシステムは、ゲートベースのアプローチ又はリーキーバケットなどのレート制御メカニズムを採用し得、実行可能なスケジュールを決定するために任意の数の最適化手法やネットワーク計算を使用し得る。したがって、TSNアプリケーションの完全なフローには、特定のメッセージのネットワークを通したエンドツーエンドのパスだけでなく、メッセージの情報に基づいて動作するすべての計算TSNブロック(マイクロサービス)を通じた完全な処理パスも含まれる。IEEE 802.1CB冗長パスは、冗長又は並列計算TSNブロック(マイクロサービス)を通じて構成することができる。本発明では、TSNスケジュールにエンコードされた完全なリアルタイム処理アクティビティを視覚化できるはずであり、計算TSNブロックは、メッセージを処理するか、決定論的なスケジュールで送信される新しいメッセージを作成できるかという違いがあるイーサネットブリッジとして表示される。
【】
MECアプリケーションは、NETCONF、RESTCONF、又はRESTful APIを使用して、TSNフローを使用するように構成される(TSNトーカー又はリスナとして参加する)。上述のプロトコルで定義されているメッセージには、MECアプリケーションで使用されるTSNフローを構成するために必要なIEEE 802.1Qcc情報が含まれる。追加的に、MECアプリケーションは、1つのMECプラットフォームから別のMECプラットフォームに移動するように設計されており、現在のプラットフォームのTSN構成を照会して、特にレイテンシ及びジッタを含む、必要な決定論的な通信要件を有していることを確認するためのRESTful APIが定義されている。また、TSN CNCに新しい位置を通知するために必要な上述の情報、及びTSNトラフィックを新しい位置に動的に再スケジュールするために必要な情報を含むRESTful APIも有している。上述のように、IEEE 802.1CBは、MECアプリケーションが移行し得る予想される位置への冗長TSNフローを確立するために使用され得る。TSNスケジューラ、すなわち集中ネットワークコンフィギュレータ(CNC)又は分散ネットワークコンフィギュレータ(DNC)は、低レイテンシが求められる、動的な再スケジューリングに役立つ、サービスとしての5G TSNスケジューリング及びサービスとしての構成を提供するMECアプリケーションであり得る。
【】
TSNアプリケーションは、処理時間に関する統計情報を決定することの目標で、タイミングパフォーマンスプロファイルクエリマイクロサービス要求を伝送し得る。このような要求に応答するとき、マイクロサービスは要求を実行し、結果とタイミングパフォーマンスプロファイルの両方を返す。タイミングパフォーマンスプロファイルには、少なくともマイクロサービス呼び出しのネットワーク開始及び終了時間が含まれ得、任意選択で、呼び出されたすべてのサブ関数の開始時間及び終了時間が含まれ得る。情報には、タイミングパフォーマンスプロファイル中のMECプロセッサ負荷の平均も含まれ得る。タイミングパフォーマンスプロファイルは、TSNトラフィックフローを処理するためにマイクロサービスが必要なTSNスケジューリングを調整するためにTSNアプリケーションによって使用され得る。タイミングパフォーマンスプロファイルは、プロファイルからの出力が通常使用されるライブ動作中に取得することも、ライブ動作の前の特別なテストサンプルとして取得することもし得る。タイミングパフォーマンスプロファイル情報は、現在及び将来の動作に採用するMECハードウェアを決定するために、またTSNスケジューラの制約情報として使用され得る。
【】
主題開示は、以下の追加的な新しい態様も提供する、すなわち、(1)TSNスケジュール5Gコア機能、(2)CPUがイーサネットハードウェアタイムスタンプメカニズムとの直接時間同期を有していることの確保、(3)特定の5Gネットワーク機能及びプロセスのTSNスケジューリングの有効化、(4)例えば、時間ベースのイベント処理などの新しい時間認識プログラミング機能の追加、(5)時間に基づく条件付き処理の統合、例えば、マイクロサービススケジューリングのYANG構成を介して実装されたリアルタイムプログラミングでサービス連鎖を実装する(YANGスケジュール動作の例については、https://www.rfc-editor.org/rfc/pdfrfc/rfc7758.txt.pdfを参照)。
【】
さらに、LinkDelayStatistic(YANGモデルとして実装)累積分布関数データモデルは、TSN-5Gシステム106又は200内に実装され得る。このような実装形態では、無線リンクが情報を収集してCNCのスケジューラに提供し得、次にCNCのスケジューラはそれを利用して可変速度リンクをスケジュールする。LinkDelayStatistic YANGモデルは、リンク遅延が定常及びエルゴード的であるかどうかに関する情報も提供し得る。スケジューラはこの情報を使用して、所与のサンプルに依拠して将来を予測し、正確なスケジュールを作成し得る。次に、CNCは、各TSNブロックに対してこの知識を活用して、結果を決定する際にネットワーク計算を使用するなど、可能な限り最良のTSNトラフィックシェーピング又はゲートスケジュールを展開し得る。
【】
主題開示では、5Gシステム内にソフトウェアとして存在できる仮想化ネットワーク機能(VNF-TSN)も想定されている。リアルタイム動作をサポートするには、特殊なプロセッサハードウェアが必要になり得る。いくつかの実装形態では、TSNはソフトウェア定義TSN(SDN-TSN)及び5GTSN-as-a-service(TaaS)として提供され得る。いくつかの実装形態では、VNF-TSNは、UE、無線ヘッド、CU/DU、RAN、MEC、コアなどのすべての5Gサブコンポーネント(TSNブロック)内で構成され得る。上述のように、マイクロサービスはTSNスケジューリングの一部として一緒に連鎖され得る。各マイクロサービスは、そのサービス時間の特性をTSNスケジュールに公開することができる。サービスは遅延の一部であるが、通信リンクよりも大きな変動を有し得る。このような実装形態では、サービスはマイクロサービスとTSNスケジューリングの統合におけるリンクとなる。処理遅延を組み込むためにネットワーク計算が使用され得る。TSN入力は明確な到着曲線を提供する。プロセッサ実行時間によってサービス曲線が提供される(5G機器は十分に特性化されている処理時間を有すると想定している)。
【】
主題開示の別の態様では、時間認識MECプラットフォームは、PTPクライアント(802.1ASエンドステーションに準拠)及び必要に応じてPTPブリッジ(802.1AS ブリッジに準拠)として機能するプラットフォームに定義される。複数のスライス(OS、VM、コンテナ)を並行して実行する仮想化MECプラットフォームには、ネットワークブリッジ機能とともにPTPブリッジが必要である。通常、仮想ブリッジ/スイッチは仮想化されたコンピューティングプラットフォームで使用される。本開示では、時間認識を含む、TSN対応の仮想スイッチが定義されている。MECプラットフォームの時間認識PTPクライアントは、サーボとともにPTPステートマシンを実行し、ローカルで使用可能なクロックをネットワークのグランドマスタークロックと同期する。さらに、MECプラットフォームはシステムクロックをPTPクロックに同期し、システムには、オペレーティングシステム、ネットワークスタック、アプリケーションスタック、又はクロックを利用するいずれかのその他のソフトウェア及びハードウェア要素が含まれる。これにより、各MECアプリケーションは同期されたPTP時間で動作可能になる。一例では、MECホストはこのPTPクライアントを動作させ、仮想化インフラストラクチャを介してすべてのMECアプリケーションに同期された時間(システム/ホスト時間と言われる)を提供する。別の例では、すべてのMECアプリケーションが、時間認識ブリッジを介してホストに接続されたPTPクライアントの個別のインスタンスを実行し得る。
【】
構成インターフェースとして、3GPP 23.501では、CNCが5GSを時間認識ブリッジとして構成する集中型構成モデルを規定している。同様に、MECプラットフォームは、時間認識エンドステーション又は時間認識ブリッジとしてCNCを用いて構成可能である必要がある。このMECは、時間認識シェーピング、転送、冗長性のためのフレームの複製と削除などのTSN機能の802.1Qcw yangモデルを使用した構成をサポートし得る。さらに、MECホストは、802.1Qccインターフェースを使用してCNCに常駐アプリケーションのデータフロー要件を提供するCUCコンポーネントを有し得る。MECはまた、CNCがMECを正確にモデル化できるように、TSN機能に関する情報をCNCに提供し得る。例えば、MECは、データフローのある特定のセットを発信するTSNエンドステーションとしてそれ自体を提示することができる。CNCはネットワークでMECを適切にモデル化し、正しい構成を生成する。MECは、OS及びアプリケーションと連携してデータストリームの識別をサポートする。具体的な機能は、MECコンポーネントのTSN認識に応じて異なる。MECホスト上のTSN非対応アプリケーションでは、MECブリッジでIPストリーム識別が必要である。
【】
TSNフロントホール/バックホール(例えば、TSNブロック202)はMECに直接接続し、MECに決定論的な入力を提供し得る。ただし、MECアプリケーションは潜在的なモバイルクライアントに最も近くに留まるために、5Gネットワークのエッジに継続的に移行、又はおそらくより直感的に言えば「浮遊」するように意図されている。したがって、決定論を必要とするMECアプリケーションでは、最小許容パケット遅延変動(MPDV)しきい値を指定する。MPDVはすべてのMECアプリケーションの仕様に組み込まれ得、これにより、実行可能なアプリケーションの位置が5GS内のTSNブロックとして存在するそれらのMECプラットフォームに限定され得る。アプリケーションは、MECトーカー/リスナメッセージフレームが適切にタグ付けされ、処理されるように、新しいMECプラットフォーム(単一のプロセッサ又はプロセッサのサブネットワークであり得る)に適切なTSNストリーム識別及び変換ルールが実装されることを確実にする必要がある。MECアプリケーションは、新しいMECプラットフォームに移行するときに「自己インストール」するため、可能なときに、独自の構成命令を搬送する必要があり得る。ユーザがMECアプリケーションのセットに過負荷をかけないようにし、MECアプリケーションが最適な方法で分散されるようにするために、負荷平衡メカニズムが採用され得ることに留意されたい。他のシナリオでは、厳密にモビリティが原因ではなく、ノイズが原因で、冗長なMECプラットフォーム及びアプリケーションがインスタンス化され、及び/又はMECアプリケーションが移行され得る。また、複数のMECをTSN冗長システムとして接続し得る。
【】
図6A及び6Bは、マルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)モジュールを表すかそれに対応するTSNブロック605(TSNブロック202-Nと同様)を含む統合TSN-5Gシステム600(システム200と同様)を示している。TSNブロック605は、データソース/シンク(すなわち、TSNエンドステーション)として構成されるが、5Gシステム106のエッジに配置されるのではなく、5Gシステム106内に配置される。TSNブロック605は、ブリッジエンドステーションとして構成され得る。
【】
図8を参照すると、アプリケーションデータストリームは、複数の統合TSN-5Gシステム805及び810にまたがり得る。この場合、TSNブロックは、5Gバックボーン、プライベートネットワークトンネル、又はその他の広域ネットワークを含むがこれらに限定されない、TSN互換トランスポート820を使用して複数の5Gシステムを相互接続し、地理的に分散され得る。本主題発明では、TSNブロックはそれぞれのCM215によって構成される。いくつかの実装形態では、2つのTSN-5Gシステム805、810の間の構成は、集中型構成ユーティリティ(CNC)112を通じて調整され得る。他のいくつかの実装形態では、2つのTSN-5Gシステム805、810間のCM215が直接通信し得る。いくつかの実装形態では、複数のCUCとCNCを使用してユーザの要件をキャプチャし、本開示で提供されるTSNソリューション及び技術(例えば、TSNスケジュール、転送命令など)を生成し得る。
【】
図7は、本主題技術の1つ以上の実装形態が実装され得る電子システム700を示す。電子システム700は、TSNブロック202及び/又は構成モジュール215である、及び/又はその一部である可能性がある。電子システム700には、さまざまなタイプのコンピュータ読み取り可能なメディア、及びさまざまな他のタイプのコンピュータ読み取り可能なメディアのためのインターフェースが含まれ得る。電子システム700には、バス708、1つ以上の処理ユニット712、システムメモリ704(及び/又はバッファ)、ROM710、永続ストレージデバイス702、入力デバイスインターフェース714、出力デバイスインターフェース706、並びに1つ以上のネットワークインターフェース716、又はそれらのサブセット及び変形が含まれる。
【】
バス708は、電子システム700の多数の内部デバイスを通信的に接続するすべてのシステムバス、周辺機器バス、及びチップセットバスをまとめて表す。1つ以上の実装形態では、バス708は、1つ以上の処理ユニット712を、ROM710、システムメモリ704、及び永続ストレージデバイス702と通信接続する。これらのさまざまなメモリユニットから、1つ以上の処理ユニット712は、実行する命令及び処理するデータを取得して、主題開示のプロセスを実行する。1つ以上の処理ユニット(複数可)712は、さまざまな実装形態において単一のプロセッサ又はマルチコアプロセッサとすることができる。
【】
ROM710には、電子システム700の1つ以上の処理ユニット(複数可)712及びその他のモジュールに必要な静的データ及び命令が記憶される。一方、永続ストレージデバイス702は、読み書き可能なメモリデバイスであり得る。永続ストレージデバイス702は、電子システム700がオフのときでも命令及びデータを記憶する不揮発性メモリユニットであり得る。1つ以上の実装形態では、大容量ストレージデバイス(磁気ディスク又は光ディスク及びそれに対応するディスクドライブなど)が永続ストレージデバイス702として使用され得る。
【】
1つ以上の実装形態では、取り外し可能なストレージデバイス(フロッピーディスク、フラッシュドライブ、及びそれに対応するディスクドライブなど)が永続ストレージデバイス702として使用され得る。永続ストレージデバイス702と同様に、システムメモリ704は読み書き可能なメモリデバイスであり得る。ただし、永続ストレージデバイス702とは異なり、システムメモリ704は、ランダムアクセスメモリなどの揮発性の読み書き可能なメモリであり得る。システムメモリ704には、実行時に1つ以上の処理ユニット712(複数可)が必要とし得る命令及びデータのいずれかが記憶され得る。1つ以上の実装形態では、主題開示のプロセスは、システムメモリ704、永続ストレージデバイス702、及び/又はROM710(それぞれ非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体として実装される)に記憶される。これらのさまざまなメモリユニットから、1つ以上の処理ユニット(複数可)712は、実行する命令及び処理するデータを取得して、1つ以上の実装形態のプロセスを実行する。
【】
バス708は、入力デバイスインターフェース714及び出力デバイスインターフェース706にも接続される。入力デバイスインターフェース714により、ユーザは電子システム700に情報を伝達したりコマンドを選択したりすることが可能である。入力デバイスインターフェース714で使用され得る入力デバイスには、例えば、英数字キーボード及びポインティングデバイス(「カーソル制御デバイス」とも呼ばれる)が含まれ得る。出力デバイスインターフェース706は、例えば、電子システム700によって生成された画像の表示を可能にし得る。出力デバイスインターフェース706で使用され得る出力デバイスには、例えば、プリンタ、及び液晶ディスプレイ(LCD)、発光ダイオード(LED)ディスプレイ、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、ソリッドステートディスプレイ、プロジェクタ、又は情報を出力するためのその他のデバイスなどのディスプレイデバイスが含まれ得る。1つ以上の実装形態には、タッチスクリーンなど、入力デバイスと出力デバイスの両方として機能するデバイスが含まれ得る。これらの実装形態では、ユーザに提供されるフィードバックは、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、触覚フィードバックなどのあらゆる形態の感覚フィードバックとすることができ、ユーザからの入力は、音響、音声、触覚入力を含む、あらゆる形態で受信することができる。
【】
最後に、図7に示すように、バス708は、1つ以上のネットワークインターフェース(複数可)716を通して、電子システム700を1つ以上のネットワーク及び/又は1つ以上のネットワークノードに結合する。このように、電子システム700は、コンピュータのネットワーク(LAN、広域エリアネットワーク(「WAN」)、又はイントラネット、或いはインターネットなどのネットワークのネットワークなど)の一部となることができる。電子システム700の任意の又はすべてのコンポーネントは、主題開示と組み合わせて使用できる。
【】
上述のこれらの機能は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアで実装できる。その技術は、1つ以上のコンピュータプログラム製品を使用して実装できる。プログラム可能なプロセッサ及びコンピュータは、モバイルデバイスに組み込んだり、モバイルデバイスとしてパッケージ化したりできる。プロセス及びロジックフローは、1つ以上のプログラム可能なプロセッサ及び1つ以上のプログラム可能なロジック回路によって実行できる。汎用及び特殊用途のコンピューティングデバイス及びストレージデバイスは、通信ネットワークを通して相互接続できる。本明細書に開示される機能は、量子コンピューティング、パルス結合振動(PCO)/イジングコンピューティングを使用して実装され得る。
【】
いくつかの実装形態には、コンピュータプログラム命令を機械読み取り可能な媒体又はコンピュータ読み取り可能な媒体(コンピュータ読み取り可能なストレージ媒体、機械読み取り可能な媒体、又は機械読み取り可能なストレージ媒体とも呼ばれる)に記憶するマイクロプロセッサ、ストレージ、メモリなどの電子コンポーネントが含まれる。このようなコンピュータ読み取り可能なメディアのいくつかの例には、RAM、ROM、読み取り専用コンパクトディスク(CD-ROM)、記録可能コンパクトディスク(CD-R)、書き換え可能コンパクトディスク(CD-RW)、読み取り専用デジタル多用途ディスク(例えば、DVD-ROM、デュアル層DVD-ROM)、さまざまな記録可能/書き換え可能DVD(例えば、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWなど)、フラッシュメモリ(例えば、SDカード、ミニSDカード、マイクロSDカードなど)、磁気及び/又はソリッドステートハードドライブ、読み取り専用及び記録可能Blu-Ray(登録商標)ディスク、超高密度光ディスク、任意のその他の光又は磁気媒体、並びにフロッピーディスクが含まれる。コンピュータ読み取り可能な媒体には、少なくとも1つの処理ユニットによって実行可能であり、さまざまな動作を実行するための命令のセットを含むコンピュータプログラムを記憶できる。コンピュータプログラム又はコンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成されるなどのマシンコード、及びインタプリタを使用してコンピュータ、電子コンポーネント、又はマイクロプロセッサによって実行されるより高レベルのコードを含むファイルが含まれる。
【】
の説明は主にソフトウェアを実行するマイクロプロセッサ又はマルチコアプロセッサのことを指しているが、いくつかの実装形態は特定用途向け集積回路(ASIC)又はフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などの1つ以上の集積回路によって実行される。いくつかの実装形態では、このような集積回路は回路自体に記憶されている命令を実行する。
【】
この明細書及び本出願のすべての請求項で使用されるように、「コンピュータ」、「サーバ」、「プロセッサ」、及び「メモリ」という用語は、すべて電子デバイス又はその他の技術デバイスを指す。これらの用語は人々又は人々のグループを除外する。本明細書の目的のために、ディスプレイ又は表示する、という用語は、電子デバイス上に表示することを意味する。この明細書及び本出願のすべての請求項で使用されるように、「コンピュータ読み取り可能な媒体」及び「コンピュータ読み取り可能なメディア」という用語は、コンピュータが読み取り可能な形態で情報を記憶する有形の物理的オブジェクトに完全に限定される。これらの用語は、任意の無線信号、有線ダウンロード信号、及び任意のその他の一時信号は除外する。
【】
ユーザとの対話を提供するために、本明細書で説明する主題の実装形態は、ユーザに情報を表示するためのディスプレイデバイス、例えば、CRT(ブラウン管)又はLCD(液晶ディスプレイ)モニタ、並びにユーザがコンピュータに入力を提供することができるキーボード及びポインティングデバイス、例えば、マウス又はトラックボールを有するコンピュータ上に実装されることができる。他の種類のデバイスは、ユーザとの対話を提供するためにも使用されることができ、例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックであることができ、ユーザからの入力は、音響、速度、又は触覚入力を含む任意の形態で受信されることができる。加えて、コンピュータは、ユーザが使用するデバイスにドキュメントを送信し、それをデバイスから受信することで、ユーザと対話することができ、例えば、Webブラウザから受信した要求に応じて、ユーザのクライアントデバイス上のWebブラウザにWebページを送信する。
【】
この明細書に記載する主題の態様は、バックエンドコンポーネントを、例えばデータサーバとして含むか、ミドルウェアコンポーネントを、例えばアプリケーションサーバとして含むか、またはフロントエンドコンポーネントを、例えば、ユーザが本明細書に記載の主題の実施形態と対話可能なグラフィカルユーザインターフェースまたはWebブラウザを有するクライアントコンピュータを含むか、あるいは1つ以上のそのようなバックエンド、ミドルウェア、またはフロントエンドコンポーネントの任意の組み合わせを含む、コンピューティングシステムに実装することができる。システムのコンポーネントは、デジタルデータ通信の任意の形態または媒体、例えば、通信ネットワークによって相互接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク(「LAN」)及びワイドエリアネットワーク(「WAN」)、インターネットワーク(例えば、インターネット)、並びにピアツーピアネットワーク(例えば、アドホックピアツーピアネットワーク)が含まれる。
【】
当業者であれば、本明細書で説明するさまざまな例示的なブロック、モジュール、要素、コンポーネント、方法、及びアルゴリズムが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両方の組み合わせとして実装され得ることを理解するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を例示するために、さまざまな例示的なブロック、モジュール、要素、コンポーネント、方法、及びアルゴリズムが、概して、その機能の観点から上述されてきた。そのような機能性がハードウェア又はソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途及びシステム全体に課される設計制約に依存する。説明した機能は、各特定の用途ごとにさまざまな方法で実装され得る。さまざまなコンポーネント及びブロックは、主題技術の範囲から逸脱することなく、異なるように配置され得る(例えば、異なる順序で配置したり、異なる方法で分割したりする)。
【】
開示されたプロセスにおけるステップの特定の順序又は階層は、例示的なアプローチの例示であることが理解される。設計上の選択に基づいて、プロセスのステップの特定の順序又は階層が並べ替えられ得ることが理解される。いくつかのステップは同時に実行され得る。添付の方法請求項は、サンプル順序でさまざまなステップの要素を提示しており、提示された特定の順序又は階層に限定されることを意図したものではない。
【】
上述の説明は、当業者が本明細書に記載されたさまざまな態様を実践できるようにするために提供される。上述の説明では、主題技術のさまざまな例を提供したが、主題技術はこれらの例に限定されない。これらの態様に対するさまざまな修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義された一般的原則は、他の態様に適用され得る。したがって、請求項は、本明細書に示される態様に限定されることを意図するものではなく、請求項の文言と一致する完全な範囲が与えられるべきであり、単数形の要素への言及は、特に明記されない限り、「ただ1つ」を意味するものではなく、「1つ以上」を意味するものである。特に明記しない限り、「いくつか」という用語は1つ以上を指す。男性代名詞(例えば、his)には女性代名詞と中性代名詞(例えば、herとits)が含まれ、その逆も同様である。見出し及び副見出しは、便宜上使用されているだけであり、本明細書に記載されている開示を制限するものではない。
【】
「に構成されている」、「に動作可能」、及び「にプログラムされている」という述語は、主語のいずれか特定の有形又は無形の修正を意味するものではなく、むしろ、互換的に使用されることが意図されている。例えば、動作又はコンポーネントを監視及び制御するように構成されたプロセッサはまた、動作を監視及び制御するようにプログラムされているプロセッサ、又は動作を監視及び制御するように動作可能なプロセッサを意味し得る。同様に、コードを実行するように構成されたプロセッサは、コードを実行するようにプログラムされたプロセッサ、又はコードを実行するように動作可能なプロセッサとして解釈できる。
【】
本明細書で使用される、自動という用語には、ユーザの介入なしにコンピュータ又はマシンによって実行されることが含まれ得、例えば、コンピュータ又はマシン又はその他の開始メカニズムによる述語アクションに応答する命令によるものである。「例」という言葉は、本明細書において、「例または例示として役立つ」を意味するように使用される。「例」として本明細書に記載される任意の態様または設計は、必ずしも他の態様または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるものではない。
【】
「態様」などの語句は、このような態様が主題技術に不可欠であること、またはこのような態様が主題技術のすべての構成に適用されることを含意しない。態様に関する開示は、すべての構成、または1つ以上の構成に適用され得る。態様は1つ以上の例を提供し得る。態様などの語句は、1つ以上の態様を指してもよく、その逆も指してもよい。「実施形態」などの語句は、このような実施形態が主題技術に不可欠であること、またはこのような実施形態が主題技術のすべての構成に適用されることを含意しない。実施形態に関する開示は、すべての実施形態、または1つ以上の実施形態に適用され得る。実施形態は1つ以上の例を提供し得る。実施形態などの語句は、1つ以上の実施形態を指してもよく、その逆も指してもよい。「構成」などの語句は、このような構成が主題技術に不可欠であること、またはこのような構成が主題技術のすべての構成に適用されることを含意しない。構成に関する開示は、すべての構成、または1つ以上の構成に適用され得る。構成は1つ以上の例を提供し得る。「構成」などの語句は、1つ以上の構成を指してもよく、その逆も指してもよい。
【】
本開示全体にわたって説明されているさまざまな態様の要素と構造的及び機能的に同等なもので、当業者に既知であるか、又は後に知られるようになるものはすべて、参照により本明細書に明示的に組み込まれ、請求項に含まれることが意図されている。更に、本明細書に開示されるいかなるものも、そのような開示が特許請求の範囲において明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、公に献呈するように意図されていない。請求項の要素は、その要素が「手段」という語句を使用して明示的に列挙されているか、又は方法請求項の場合には「ステップ」という語句を使用して列挙されていない限り、35U.S.C.§112(f)の規定に基づいて解釈されることはない。
エッジコントロール
【】
制御ネットワークのメッセージは信頼性が高く、低く決定論的なレイテンシを示す必要がある。つまり、それらは遅延変動又はジッタを最小限に抑えてネットワーク経由で配信する必要がある。制御メッセージは通常、比較的短いが、非常に重要なものである。例には、車両制御(自動車又は航空機)、電力グリッド監視及び制御(DNP3及びIEC 61850)、航空電子工学全二重スイッチイーサネット(AFDX)が含まれる。
【】
図9は、MECモジュール(MECホストとも呼ばれる)を表すかそれに対応するTSNブロックを含む5Gシステム900(の200及び600と同様)を示している。MECホストには、無線ネットワーク情報サービス(RNIS)などの1つ以上のマルチアクセスエッジサービス、及びMECトラフィックルール(例えば、1つ以上のTSN構成を含む)が含まれる。MECホストには、さらに1つ以上のMECアプリケーションが含まれる。一例では、MECアプリケーションは、無線アクセスネットワークのサービスエリア(例えば、無線アクセスネットワークの複数の分散ユニットの1つ以上)内の航空機又は自動車との間でエンジン制御データを送受信するように構成された車両エンジン制御アプリケーションであり得る。別の例では、MECアプリケーションは、無線アクセスネットワークのサービスエリア(例えば、無線アクセスネットワークの複数の分散ユニットの1つ以上)内の電力グリッドインフラストラクチャとの間で制御データを送受信するように構成された電力グリッド監視及び制御アプリケーションである。
【】
無線システムは、制御システムに必要とされる有線ネットワーク(例えば、有線イーサネット)に比べて、本質的に信頼性が低く、レイテンシが長く、メッセージ遅延の変動が大きいことの影響を受けやすい。システム900の無線5Gメッセージ(例えば、制御データ)は、ユーザ機器(UE)からRAN及びその他の集中型電気通信処理(例えば、ユーザプレーン機能(UPF)及びローカルデータネットワーク(LDN)処理)を介してMECモジュールに伝送され、UEに戻される。電気通信リソースにとっては高速で効率的であると想定されるが、これは無線5Gメッセージごとに長い移動であり、遅延の変動及びメッセージの損失のより多くの機会につながる可能性がある。これに対処するため、3GPP標準ではETSIからマルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)標準を採用し、5Gネットワーク内でカスタム処理を配置することを可能にしている。
【】
いくつかの実装形態では、5Gシステム900の1つ以上のコンポーネント(例えば、エッジ対応デバイス、アプリケーション、及び/又はサービス)は、次の仕様の1つ以上により実装され得、これらの仕様は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、すなわち、3GPP TR 23.758-エッジアプリケーションを有効にするためのアプリケーションアーキテクチャに関する研究、3GPP TS 23.558-エッジアプリケーションを有効にするためのアーキテクチャ、3GPP TR 23.748-5GCでのエッジコンピューティングのサポートの強化に関する研究、3GPP TR 33.839-5GCでのエッジコンピューティングをサポートするためのセキュリティ態様に関する研究、3GPP TR 26.803-エッジ処理のためのストリーミングアーキテクチャ拡張に関する研究、及び3GPP TR 28.814-エッジコンピューティング管理の強化に関する研究である。
【】
図10は、いくつかの実装形態による5GネットワークでMECを実装するための改良されたスキーム1000を示している。無線アクセスネットワーク(gNB)は、バックホールネットワークを介して中央ネットワークに結合された少なくとも1つの中央ユニット(CU)、及びフロントホールネットワークを介してCUに結合された複数の分散ユニット(DU)を備える。CUは、SDAP、PDCP、RRCなどのプロトコルスタックの上位層にサポートを提供し、各DUは、RLC、MAC、物理層などのプロトコルスタックの下位層にサポートを提供する。いくつかの実装形態では、各gNBに単一のCUがあるが、1つのCUが複数のDU(例えば、100を超えるDU)を制御し、それらと接続(通信可能に結合)され得る。各DUは1つ以上のセルをサポートできるため、1つのgNBで数百のセルを制御することができる。
【】
5Gネットワークの場合、CUは、DUに排他的に割り当てられたそれらの機能を除き、ユーザデータの転送、モビリティ制御、無線アクセスネットワーク共有、ポジショニング、セッション管理などのgNB機能を含む論理ノードである。CUは、フロントホール(Fs)インターフェースを介してDUの動作を制御する。CUは、ベースバンドユニット(BBU)、無線機器制御(REC)、農村地域接続コミュニティ(RCC)、集中型無線アクセスネットワーク(C-RAN)、又は仮想化無線アクセスネットワーク(V-RAN)とも呼ばれ得る。
【】
各DUには、機能分割オプションに応じて、gNB機能のサブセットが含まれる。その動作はCUによって制御される。DUは、リモート無線ヘッド(RRH)、リモート無線ユニット(RRU)、リソース要素(RE)、又は無線ユニット(RU)、とも呼ばれ得、それらと結合されているか、それらと同じ場所に配置されているか、又はそうではない場合、それらと関連付けられている。
【】
図10に示すように、5GネットワークでのMECの実装は、MECサービス及び/又は機能をDUに移動することで改善され得る。このような構成により、レイテンシが短縮され、レイテンシがより決定論的になり、レイテンシがよりカスタマイズ可能になる。この改良された実装形態により、無線タイムセンシティブネットワーキング(WTSN)制御アプリケーションを5Gネットワーク内に配置できるようになる。MECで動作する、単一の5G制御アプリケーションは、無線ネットワークを介して多数のデバイスを制御できるため、制御ソフトウェアの管理及び保守をより容易にすることが可能になる。本明細書で説明した実装形態では、MECは非常に効率的で信頼性が高いので、エンジン制御を無線化し、完全にMEC内に配置でき得る。
【】
の改善は、(1)タイムセンシティブネットワーキング(TSN)による決定論的なネットワーク制御で5GMECサービスにアクセスすること、及び/又は(2)5Gフロントホールへの直接接続を使用してMECをUSのより近くに配置することによって取得され、さらにより効率的なパフォーマンスを実現し得る。
【】
5GMECへの決定論的なアクセスに関しては、MECアプリケーションは5Gネットワーク内に存在し、UEに直接接続されていないため、この実装形態は5G上のTSNの標準(現在3GPPで定義されている)とは異なる。TSNは、TSNトランスレータがUEに関連付けられていることを想定して、5G上で動作するように指定されている。したがって、本明細書で説明する実装形態により、TSNの構成及び制御はMECとの相互運用のために再設計される。
【】
MECの配置に関しては、MEC処理をUEの近くに効率的に配置できればできるほど、通信パフォーマンスをより良くすることができる。MEC処理をユーザに近づけるためには、いくつかの方法がある。
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いくつかの実装形態では、MECをフロントホール、特にTSNを介してフロントホールに直接接続することにより、MEC処理をUEに近づけ得る。
【】
いくつかの実装形態では、DUのそれぞれの無線ユニットから受信した(又はDUのそれぞれの無線ユニットを介した伝送のために)I/Qデータに対して直接MEC準同型処理を有効にすることにより、MEC処理をUEに近づけ得る。
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いくつかの実装形態では、MECサービスの移行を有効にすることによってMEC処理をUEにより近づけ得、これにより、MECサービスはノード間(DUからDU)で効率的に移行できるため、MECサービスはフロントホールネットワークと統合されたまま、ターゲットアプリケーション(例えば、高速で移動する航空機)に可能な限り近くなる。
【】
図11は、いくつかの実施形態による5GネットワークでMECを実装するための改良されたスキーム(1000)を実装する通信システム1100を示す。図11の通信システムは例示的なものであり、1個より多い又は少ないCU、5個より多い又は少ないDUなどを含み得る。いくつかの実装形態では、図11のエッジ対応デバイスは、エッジコンピュータネットワーク(ECN)を用いて互いに相互接続され得る。
【】
図11に示す例示的な通信システムには、コアネットワーク、並びに(i)バックホールネットワークを介してコアネットワークと、及び(ii)フロントホールネットワークを介して複数のDUと通信可能に結合されたCUを備える無線アクセスネットワークが含まれる。複数のDUの各々は、それぞれの無線ユニット(アンテナとして示される)と同じ場所に配置され、通信可能に接続されており、MECモジュールを備えている。複数の分散ユニットの各々のMECモジュールは、1つ以上のプロセッサ及び1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを備え、1つ以上のプログラムには、タイムセンシティブネットワーキング(TSN)構成を制御するため、及びTSN構成により1つ以上のMECアプリケーションを実行するための命令が含まれる。いくつかの実装形態では、MECモジュールは表現状態転送アプリケーションプログラミングインターフェース(RESTful API)を使用して、MEC上のTSNを構成する。
【】
いくつかの実装形態では、複数のDUの各々のMECモジュールは、フロントホールネットワークに直接接続される。いくつかの実装形態では、1つ以上のMECアプリケーションを実行するための命令には、TSN構成によりフロントホールネットワークを介してデータ(例えば、制御データ)を伝送及び受信するための命令が含まれる。
【】
いくつかの実装形態では、(各DUで)1つ以上のMECアプリケーションを実行するための命令には、同じ場所に配置された無線ユニット(特定のDUと同じ場所に配置された無線ユニット)に関連付けられたアナログユーザデータを処理するための命令が含まれる。いくつかの実装形態では、ユーザデータは同相直交(I/Q)信号でエンコードされ、アナログユーザデータを処理するための命令には、1つ以上の準同型処理関数によりI/Q信号を処理するための命令が含まれる。準同型処理には、線形フィルタ技術が適用された異なるドメインに非線形マッピングを適用し、その後、元のドメインにマッピングし直すことが含まれる。言い換えると、準同型処理には、無線ヘッドを介して伝送するためにCUから受信したデータ、又はCUに伝送するために無線ヘッドから受信したデータを線形システムに変換すること(I信号とQ信号を分離するため)、変換された信号を処理すること(例えば、特定のMECアプリケーションにより変換された信号を分析する)、信号を元の形式に戻すこと、及び受信したI/Q形式で(いずれの場合にも無線ヘッド又はCUに)信号を伝送することが含まれ得る。
【】
いくつかの実装形態では、1つ以上のMECアプリケーションを実行するための命令には、複数のDUのうちの第1のDU1102上でMECサービスを実行するための命令、MECサービスに関連付けられたユーザデバイス(例えば、航空機のUE)が、複数のDUのうちの第1のDU1102のサービスエリアから第2のDU1104のサービスエリアに移動していることを決定する命令、及び決定により、MECサービスを第2のDU1104に移行する命令(例えば、DU1102とDU1104の間でハンドオフ動作を実行する)が含まれる。
【】
いくつかの実装形態では、MECサービスを第2のDU1104に移行するための指示には、MECサービスを第2のDU1104に移行しながら、MECサービスとフロントホールネットワークの統合を維持するための指示が含まれる。いくつかの実装形態では、MECサービスを第2のDU1104に移行するための命令には、MECアプリケーションをTSNフローに変換するための命令、及びTSNフローを第1のDU1102のMECモジュールから第2のDU1104のMECモジュールに移行するための命令が含まれる。いくつかの実装形態では、MECサービスを第2のDU1104に移行するための命令には、フロントホールネットワークを介して決定論的なフロー(例えば、TSNフロー)によりMECサービスを移行するための命令が含まれる。
【】
改良されたMECスキーム1000(例示的なシステム1100を参照して説明したように)により、5G無線エンジン制御システム(例えば、分散型包括的権限デジタルエンジン制御(FADEC)をMEC内に配置し、5Gを介して複数の航空機とリアルタイムで同時に通信することを可能にする。5GSエンジン制御ソフトウェアは、この改良されたスキームによって可能になるフロントホールと低レベルI/Qデータ処理とのMECの直接統合を使用することで、高速で、決定論的、及び信頼性の高いものになる。MECは、低レベルのI/QデータをMECアプリケーション開発者に公開し、コンピュータ上のアセンブリコード処理に似た、高効率プログラミングを可能にし、これには、必要に応じて、ビットに変換するオーバーヘッドなしで生のI/Qデータを検査する能力が含まれる。最後に、MECアプリケーション自体は、あるMECプラットフォームから別のMECプラットフォームに移行するときにTSNフローに変換され、特に事前に配置されていなかった予期しない緊急事態では、迅速かつ決定論的な時間で移行を完了する必要がある。
5G MECコンテナアプリケーションのリソース特性
【】
上述のように、5G MECは5Gネットワーク上のリアルタイムパフォーマンスを向上させることを意図している。しかし、従来のネットワークは、MECのパフォーマンス(例えば、処理時間、システムレイテンシ、処理の決定論、利用可能な負荷、UE速度)を特徴付ける標準的な方法を有していない。本開示では、要求されたQoSに対するMECパフォーマンスを特徴付ける標準的な方法のいくつかの例について説明している。
【】
いくつかの実装形態では、パフォーマンス特性メトリックは、例えば、処理時間、システムレイテンシ、利用可能な容量、利用可能な負荷、UE速度、及び/又は処理決定論を、MEC処理システム(例えば、システム600のMECシステム及び/又はのシステム900のMECホスト)の負荷の関数として表し得る。MEC処理システムは、ネットワークのDU間のTSNトラフィックフロー及び/又はMECアプリケーション処理速度を管理するかどうか、またどのように管理するかを決定する際の基礎として、パフォーマンス特性メトリックを使用し得る。言い換えれば、MEC処理システムは、UEの範囲の複数の候補MECの各MECのパフォーマンス特性メトリックに基づいて、アプリケーションをどのDU(どのMEC)に移行するかを選択し得る。このように、パフォーマンス特性メトリックは、1つ以上のMECアプリケーションに対応するTSNトラフィックを受け入れるための複数のMECの能力(すなわち、MECの計画、ハンドオーバー、及び移行)を決定して比較する方法を提供する。
【】
MECパフォーマンスの特性は、MECアプリケーションのハンドオフにどのDUを選択すべきかを決定するための基礎として使用され得る。
【】
パフォーマンス特性メトリックは、MEC処理システムによって処理されるデータのデータタグに関連付けられ得る。データタグの例には、基礎となるデータ、YANGモデルの要素、及び/又はRESTfulAPIの態様を記述するメタデータが含まれる。いくつかの実装形態では、MECの計画、ハンドオーバー、及びプロファイル生成を含む移行のためのMECリソース特性評価に、マルチタグアプローチ(例えば、2つ以上のタグ)が定義され得る。パフォーマンス特性には、ドップラーを含むチャネル条件が含まれ、位置の変化率を特性評価し、新しい位置を予測する。
【】
マルチタグアプローチの第1のタグは、MEC処理システムで処理されるデータのTSN構成及びスケジュールに関連付けられ得る。このタグを割り当てる際に、MEC処理システムは、処理されたデータの無制限のレイテンシを制限されたレイテンシに変換し得る。いくつかの実装形態では、MEC処理システムは、期限ベースのレイテンシ要件によりこのタグを割り当て得る。
【】
マルチタグアプローチの第2のタグは、コアリソースの割り当てに関連付けられ得る。このタグの基礎となる例示的なメトリックには、次の1つ以上が含まれる、すなわち、(1)MIPS数学関数(例えば、FFT、ロジック、積和演算など)、並びに/又は使用可能なメモリ、使用可能な処理リソース、及び/若しくはデューティサイクルなどの処理関連のメトリック、(2)コルモゴロフ複雑度メトリック(例えば、アルゴリズム情報理論)、(3)アクティブネットワークタイミングメトリック(例えば、処理アルゴリズムの圧縮とあるMECから別のMECへの転送)、及び/又は(4)ベンチマークアプリケーションに関連して分類されるメトリック(これにより、アプリケーション間でメトリックが標準化される)である。
【】
いくつかの実装形態では、上述のマルチタグアプローチにより、時間によって変化するアプリケーション要件(例えば、プロファイルの適応)に対応し得る。TSNはアプリケーションと処理の要件に対応するように構成され得るが、本明細書で説明するMECリソース特性評価スキームでは、ネットワーク要件に反応するアプリケーション及び処理速度を追加的又は代替的に考慮し得、これはより対称的で動的な関係である。
【】
本明細書で説明するMECリソース特性評価スキームにより、リアルタイム制御アプリケーションに対して5Gシステムのより優れたパフォーマンス及び最適化が可能になる。このため、5G無線エンジン制御システム(例えば、分散型FADEC)は、MEC内に完全に配置され、5Gを介してユーザ機器(例えば、自動車又は航空機)とリアルタイムで通信し得る。一例では、MECアプリケーションは、ユーザ機器と迅速に対話して効率的なパフォーマンスを維持できる複数の対話型MECプロセスを備え得る。
【】
本明細書で説明するUE/MECアプリケーションネットワークトポロジにより、上述のMECパフォーマンス特性に基づいて(つまり、パフォーマンス特性メトリックに基づいて)、MECアプリはMECのUE変更に比例した何らかの速度(MEC移行速度と呼ばれる)で移行することが可能になる。
【】
いくつかの実装形態では、MEC移行速度は、アプリケーションフローの帯域幅、決定論、パス、及びリンク相互接続トポロジを表すネットワークグラフ内のMECアプリケーションの位置の変更から構成される抽象化である。
【】
MECプロセッサは必要なコンピューティングをサポートできる必要があり、そのため、MEC処理システムの負荷の関数として決定論を表すパフォーマンス特性メトリックも公開する。負荷の管理に必要なオーバーヘッドが主要な計算に干渉するため、処理の決定論は負荷とともに低下し得る。このような曲線は、本開示ですでに説明した手段(MIPS、コルモゴロフ複雑度など)によって可能になるため、5GSはトラフィックフローレート(TSN)及び処理レート(MECアプリケーション)の管理方法をより良く決定して、望ましいパフォーマンスを実現できる。具体的には、パフォーマンス特性メトリックに基づいて、5GSは、MECアプリをいつ移行するか、いつトラフィックを調整するか、いつ処理速度を調整して決定論を維持しネットワークをオーバーフローさせないか、及び/又はいつMEC処理機能を拡張するか(例えば、より多くの/より高速なプロセッサを追加するか、アプリケーションをより多くのプロセッサの間で分割する)を決定できる。
【】
したがって、コアネットワーク、コアネットワークに通信可能に結合された無線アクセスネットワーク、及び無線アクセスネットワークに通信可能に結合されたMEC処理システムを備える一例示的な通信システムでは、MEC処理システムは、1つ以上のプロセッサ、及び1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを含み、1つ以上のプログラムは、以下のための命令を含む、すなわち、(i)MEC処理システムの負荷の関数として決定論を表すパフォーマンス特性メトリックを決定すること、(ii)パフォーマンス特性メトリックに基づいて無線アクセスネットワークのタイムセンシティブネットワーキング(TSN)トラフィックフローレートを調整することである。
【】
いくつかの実装形態では、パフォーマンス特性メトリックを決定するための命令は、MEC処理システムによって処理されたデータに、1つ以上のTSN構成及びスケジューリングメトリックに対応する第1のタグをタグ付けするための命令、並びに第1のタグに基づいてパフォーマンス特性メトリックを決定するための命令を含む。
【】
いくつかの実施形態では、パフォーマンス特性メトリックを決定するための命令は、MEC処理システムによって処理されたデータに、コアネットワークからの1つ以上のリソース割り当てに対応する第2のタグをタグ付けするための命令、及び第2のタグに基づいてパフォーマンス特性メトリックを決定するための命令を含む。
【】
いくつかの実装形態では、データに第2のタグをタグ付けする命令は、コアネットワークに関連付けられたMIPS、メモリ、処理、及び/又はデューティサイクルメトリックを決定するための命令、並びにMIPS、メモリ、処理、及び/又はデューティサイクルメトリックに基づいて第2のタグを割り当てるための命令を含む。
【】
いくつかの実装形態では、データに第2のタグをタグ付けする命令は、コアネットワークに関連付けられたコルモゴロフ複雑度メトリックを決定するための命令、及びコルモゴロフ複雑度メトリックに基づいて第2のタグを割り当てるための命令を含む。
【】
いくつかの実装形態では、データに第2のタグをタグ付けする命令は、コアネットワークに関連付けられたアクティブネットワークタイミングメトリックを決定するための命令、及びアクティブネットワークタイミングメトリックに基づいて第2のタグを割り当てるための命令を含む。
【】
いくつかの実装形態では、データに第2のタグをタグ付けする命令は、コアネットワークに関連付けられたリソース割り当てメトリックを決定するための命令、リソース割り当てメトリックをベンチマークメトリックと比較するための命令、及び比較に基づいて第2のタグを割り当てるための命令を含む。
【】
いくつかの実施形態では、データに第1タグ及び/又は第2タグをタグ付けするための命令は、MEC処理システムの時間変動要件を検出するための命令、及び時間変動要件に基づいて第1タグ及び/又は第2タグを割り当てるための命令を含む。
【】
いくつかの実装形態では、パフォーマンス特性メトリックを決定するための命令は、MEC処理システムによって処理されたデータをタグ付けするための命令を含む。
いくつかの実装形態では、1つ以上のプログラムは、MECアプリケーションを実行するための命令、及びパフォーマンス特性メトリックに基づいてMECアプリケーションを第2のMEC処理システムに移行するかどうかを決定するための命令をさらに含む。例えば、システムは、複数の第2のエッジ対応デバイスの各々に対応するパフォーマンス特性メトリックの比較に基づいて、複数の第2のエッジ対応デバイスのうちのどのエッジ対応デバイス(例えば、MEC処理システム)にアプリケーションを移行するかを決定する(例えば、図11の複数のDU1104のパフォーマンス特性メトリックを評価する)。いくつかの実装形態では、システムは、決定に基づいて(例えば、最良のパフォーマンス特性メトリックを有するDU1104を選択する)、複数の第2のエッジ対応デバイスのうちの1つにアプリケーションの実行を継続するように割り当て、割り当てられたエッジ対応デバイスにアプリケーションを移行し、割り当てられたエッジ対応デバイスのTSN構成により、割り当てられたエッジ対応デバイス上でアプリケーションの実行を継続する。
【】
いくつかの実施形態では、1つ以上のプログラムは、MECアプリケーションを実行するための命令、及びパフォーマンス特性メトリックに基づいてMECアプリケーションの処理速度を調整するための命令をさらに含む。
【】
いくつかの実装形態では、MECアプリケーションの処理速度を調整するための命令は、MEC処理トラフィックを拡張又は調整するための命令を含む。
【】
いくつかの実施形態では、1つ以上のプログラムは、決定論しきい値を維持し、パフォーマンス特性メトリックに基づいて無線アクセスネットワークをオーバーフローしないようにするために、MEC処理システムで処理トラフィックを変調するかどうかを決定するための命令をさらに含む。
その他
【】
説明は、特定の実装形態を参照して説明されている。しかしながら、以上の例示的な考察は、網羅的であることを意図するものではなく、請求項を開示される正確な形態に限定することを意図するものでもない。の教示を考慮して、多くの変形が可能である。実装形態は、動作の原理と実際のアプリケーションを最もよく説明し、それによって当業者が使用可能にするために選択され、説明されている。
【】
さまざまな図は、特定の順序で多数の要素を示している。ただし、順序に依存しない要素は並べ替えられ得、他の要素は結合又は分離され得る。いくつかの並べ替え又は他のグループ化が具体的に言及されているが、他のグループ化は当業者にとって明白となるため、本明細書に提示された並べ替え及びグループ化は、代替案の網羅的なリストではない。
【】
本明細書で使用されているように、単数形「a」、「an」、及び「the」には、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数形も含まれ、「及び/又は」という用語は、関連する列挙された項目の1つ以上の可能な組み合わせをすべて包含し、「第1の」、「第2の」などの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用され、要素自体を制限するものではなく、「if」という用語は、文脈に応じて「いつ」、「そのとき」、「それに応答して」、「により」を意味すると解釈され得、並びに「include」、「including」、「comprise」、「comprising」という用語は、特定の機能又は動作を指定するが、追加の機能又は動作を排除するものではない。
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
【手続補正書】
【提出日】
【手続補正】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項】
通信システムであって、
コアネットワークと、
(i)バックホールネットワークを介して前記コアネットワークに、及び(ii)フロントホールネットワークを介して複数の分散ユニットに通信可能に接続された中央ユニットを備える無線アクセスネットワークとを備え、
前記複数の分散ユニットの各々は無線ユニットと同じ場所に配置され、エッジ対応デバイスを備え、
前記複数の分散ユニットの各々の前記エッジ対応デバイスは、通信データリンク、1つ以上のプロセッサ、及び1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを備え、前記1つ以上のプログラムは、
決定論的なネットワーク構成を制御すること、
前記決定論的なネットワーク構成により1つ以上のアプリケーションを実行すること、
前記エッジ対応デバイスの負荷の関数として処理時間、システムレイテンシ、利用可能な容量、利用可能な負荷、ユーザ機器の速度、及び/又は処理決定論を表すパフォーマンス特性メトリックを決定すること、
前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて前記無線アクセスネットワークの決定論的なネットワークフローレートを調整することのための命令を含む、通信システム。
【請求項】
前記複数の分散ユニットの各々の前記エッジ対応デバイスが、前記フロントホールネットワークに直接接続される、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションを実行するための前記命令が、
前記決定論的なネットワーク構成により前記フロントホールネットワークを介してデータを伝送及び受信するための命令を含む、請求項2に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションを実行するための前記命令が、
同じ場所に配置された無線ユニットに関連付けられたアナログユーザデータを処理するための命令を含む、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記アナログユーザデータは同相直交(I/Q)信号でエンコードされ、
前記アナログユーザデータを処理するための命令が、1つ以上の準同型処理関数により前記I/Q信号を処理するための命令を含む、請求項4に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションを実行するための前記命令が、
前記複数の分散ユニットのうちの第1の分散ユニット上でサービスを実行すること、
前記サービスに関連付けられたユーザデバイスが前記第1の分散ユニットのサービスエリアから前記複数の分散ユニットのうちの第2の分散ユニットのサービスエリアに移動していることを決定すること、
前記ユーザデバイスが前記第1の分散ユニットの前記サービスエリアから前記第2の分散ユニットの前記サービスエリアに移動しているという決定により、前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行することのための命令を含む、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行するための前記命令が、
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行しながら、前記フロントホールネットワークとの前記サービスの統合を維持するための命令を含む、請求項6に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行するための前記命令が、
前記1つ以上のアプリケーションを決定論的なネットワークフローに変換すること、
前記決定論的なネットワークフローを前記第1の分散ユニットのエッジ対応デバイスから前記第2の分散ユニットのエッジ対応デバイスに移行することのための命令を含む、請求項6に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスを前記第2の分散ユニットに移行するための前記命令が、
前記フロントホールネットワークを介して決定論的なフローにより前記サービスを移行するための命令を含む、請求項6に記載の通信システム。
【請求項】
前記サービスが決定論的なメッセージフローサービスである、請求項6から9のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションは、前記複数の分散ユニットのうちの1つ以上のサービスエリア内の航空機又は自動車との間でエンジン制御データを送受信するように構成された車両エンジン制御アプリケーションである、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のアプリケーションは、前記複数の分散ユニットのうちの1つ以上のサービスエリア内の電力グリッドインフラストラクチャとの間で制御データを送受信するように構成された電力グリッド監視及び制御アプリケーションである、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記エッジ対応デバイスが、マルチアクセスエッジコンピューティング(MEC)デバイスである、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記決定論的なネットワーク構成が、タイムセンシティブネットワーキング(TSN)構成である、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
前記エッジ対応デバイスの負荷の関数として処理時間、システムレイテンシ、利用可能な容量、利用可能な負荷、ユーザ機器の速度、及び/又は処理決定論を表すパフォーマンス特性メトリックを決定すること、
前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて前記無線アクセスネットワークの決定論的なネットワークフローレートを調整することのための命令をさらに含む、請求項1に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、1つ以上の決定論的なネットワーク構成及びスケジューリングメトリックに基づいて決定される、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークからの1つ以上のリソース割り当てに基づいて決定される、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークに関連付けられたMIPS、メモリ、処理、及び/又はデューティサイクルメトリックに基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークに関連付けられたコルモゴロフ複雑度メトリックに基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記コアネットワークに関連付けられたアクティブネットワークタイミングメトリックに基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、(i)前記コアネットワークに関連付けられたリソース割り当てメトリックと(ii)ベンチマークメトリックとの比較に基づいて決定される、請求項17に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記エッジ対応デバイスの時間変動要件に基づいて決定される、請求項16に記載の通信システム。
【請求項】
前記パフォーマンス特性メトリックが、前記エッジ対応デバイスによって処理されるデータに基づいて決定される、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
アプリケーションを実行すること、
複数の第2のエッジ対応デバイスの各々に対応するパフォーマンス特性メトリックの比較に基づいて、前記複数の第2のエッジ対応デバイスのうちのどのエッジ対応デバイスにアプリケーションを移行するかを決定することのための命令をさらに含む、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
前記決定に基づいて前記アプリケーションの実行を継続するために前記複数の第2のエッジ対応デバイスのうちの1つを割り当てること、
前記割り当てられたエッジ対応デバイスの決定論的なネットワーク構成により前記割り当てられたエッジ対応デバイス上で前記アプリケーションを実行することのための命令をさらに含む、請求項24に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、
アプリケーションを実行すること、
前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて前記アプリケーションの処理速度を調整することのための命令をさらに含む、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
前記アプリケーションの前記処理速度を調整するための前記命令が、前記エッジ対応デバイスに関連付けられた処理トラフィックを拡張又は調整するための命令を含む、請求項26に記載の通信システム。
【請求項】
前記1つ以上のプログラムは、前記パフォーマンス特性メトリックに基づいて、決定論的なしきい値を維持し、前記無線アクセスネットワークをオーバーフローさせないように、前記エッジ対応デバイスで処理トラフィックを変調するかどうかを決定するための命令をさらに含む、請求項15に記載の通信システム。
【請求項】
通信システムであって、
コアネットワークと、
(i)バックホールネットワークを介して前記コアネットワークに、及び(ii)フロントホールネットワークを介して複数の分散ユニットに通信可能に接続された中央ユニットを備える無線アクセスネットワークとを備え、
前記複数の分散ユニットの各々は無線ユニットと同じ場所に配置され、エッジ対応デバイスを備え、
前記複数の分散ユニットの各々の前記エッジ対応デバイスは、通信データリンク、1つ以上のプロセッサ、及び前記1つ以上のプロセッサによって実行される1つ以上のプログラムを記憶するメモリを備え、前記1つ以上のプログラムは、
表現状態転送アプリケーションプログラミングインターフェース(RESTful API)を使用して決定論的なネットワーク構成を制御すること、
前記決定論的なネットワーク構成により1つ以上のアプリケーションを実行することのための命令を含む、通信システム。
【請求項】
通信システムを動作させる方法であって、前記方法が請求項1又は29に記載の通信システムの動作の1つ以上を含む、方法。
【国際調査報告】

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