Valós idejű kiberfizikai rendszerek 5G infrastruktúrában

Átírás

1 Valós idejű kiberfizikai rendszerek 5G infrastruktúrában dr. Kovácsházy Tamás BME-MIT 1

2 Kiberfizikai rendszer (CPS, Cyber-Physical System) Egy olyan elosztott, kiterjedt informatikai és a hozzá kapcsolódó fizikai rendszer, amelyben: Az informatikai rendszerrész a begyűjtött információk alapján a fizikai rendszer működésébe beavatkozik Az IoT/IIoT alkalmazásokban többnyire ezt kerüljük! A szabályzó hurkot az ember zárja! Nem vagyunk elég bátrak Célja a rendszer működősének az automatikus optimalizálása 3C angolul: Communicate, Compute, Control 2

3 CPS alkalmazások Autonóm Járművek Ez a CPS és az 5G egyik legnagyobb kihívása! IPAR 4.0 A CPS legvalószínűbb alkalmazása rövid távon és az 5G-nek is fontos szerepe lesz Konkrét, kézzelfogható, rendelkezésre állnak az erőforrások A rendszer érti a világot, az ember céljait, és automatikusan beavatkozik annak elérésére Mi van, ha a beavatkozás késik? Mi van, ha elromlik valami? 3

4 CPS komponensei Szenzorok és beavatkozók (köd) Nagyon sokféle eszköz, sokféle gyártótól Lokális számítások (closed loop control) Kommunikációs hálózat TCP/IP Ethernet, WI-FI, 5G, stb. Integrált rendszer Informatikai infrastruktúra Felhő rendszerek Miért? Skálázás Biztonságkritikus környezet Valós-idejűség (Real-time) Hibatűrés (Fault-tolerance) Biztonság (Security) 4

5 5G a CPS-ben? Jobb mint a 4G/LTE Nagyobb sávszélesség Kisebb késleltetés Nagyobb eszközsűrűség Alacsonyabb fogyasztás Mikor: Infrastruktúra és végberendezés is Mobilitás Egyszerű telepítés Amikor vezetékes kommunikáció nem használható Az 5G maga is egy CPS? Szerintem IGEN! BME Faculty of Electrical Engineering and Informatics 5

6 Követelmények? Valós-idejűség Erről beszéljünk később egy kicsit többet Hibatűrés Nagyszámú bázisállomás érhető el Több szolgáltató érhető el Redundancia kialakítható Vezetékes és 5G közösen is Biztonság Ezt meg fogják oldani a szakértők BME Faculty of Electrical Engineering and Informatics 6

7 Valós-idejűség? Valós-idejű szó jelentése a szakmai köznyelvben? Az ember számára többnyire azonnal megtörténik 7

8 Valós-idejűség? A biztonságkritikus rendszerekben ez a fogalom sokkal szigorúbb Garantálni kell a határidőket Ez járművek esetén: ms (1/50-1/20 másodperc) Az iparban is hasonló, vagy ennél kisebb határidőkről van szó 8

9 Valós-idejűség? A biztonságkritikus rendszerekben ez a fogalom sokkal szigorúbb Garantálni kell a határidőket Ez járművek esetén: ms (1/50-1/20 másodperc) Az iparban is hasonló, vagy ennél kisebb határidőkről van szó Mi van ha nem? Analógia: Befolyásolt állapotban vezetés A reakcióidő nő meg ott is 9

10 Valós-idejűség? A biztonságkritikus rendszerekben ez a fogalom sokkal szigorúbb Garantálni kell a határidőket Ez járművek esetén: ms (1/50-1/20 másodperc) Az iparban is hasonló, vagy ennél kisebb határidőkről van szó Mi van ha nem? Analógia: Befolyásolt állapotban vezetés A reakcióidő nő meg ott is Katasztrofális következményekkel Nem megengedhető 10

11 5G és valós-idejűség? 5G fejlesztési cél: Jelentősen alacsonyabb késleltetés, mint az LTE-ben 1 ms a konkrét cél (szomszédos állomások köztött) De nincs garancia a késleltetésre Óraszinkronizáció Szinkron mintavételezés, időbélyegek Korlátozott alkalmazhatóság Valós-idejű funkciók megvalósítása korlátozott Óraszinkronizáció nem érhető el a felhasználók számára 5G Időérzékeny hálózat (TSN) mintára? Igény lenne rá szerintem 11

12 Időérzékeny hálózat? Time-Sensitive Networking (TSN) Általános, valós-idejű kommunikáció Ethernet felett IEEE szabvány kidolgozás alatt Prototípus fejlesztés folyik BME-MIT részt vesz benne Fontosabb részei a szabványnak: Kötelező: Óraszinkronizáció Valós-idejű folyam regisztráció Ütemezés Hibatűrés Szűrés és engedélyezés TSN 5G infrastruktúrában 802.1CM - Time-Sensitive Networking for Fronthaul Óraszinkronizáció és valós-idejűség Skálázhatóság Hibatűrés 12

13 Hová tartunk? Valós-idejű beágyazott számítási edgecloud felhő 5G és TSN kommunikációval CPS alkalmazásokra 13