跳到主要内容
研究论文

基于TSN的工业应用IEEE 802.11ad基础设施的设计模型

出版:2023年7月1日 出版历史
  • 获取引文提醒
  • 摘要

    本文讨论了IEEE 802.11ad技术在工业环境中应用的两个主要方面,即确保低延迟和可靠的数据传输,同时减少部署的接入点(AP)的数量。首先,我们讨论了IEEE802.11a和MAC的参数设置,它们通过利用同步服务周期(SP)机制来保证低延迟。然后,我们提出了一个二进制线性规划模型来提高系统在帧复制和可靠性消除(FRER)下的可靠性。该模型通过考虑可用同步SP上的约束,将部署的AP数量降至最低。为了有效地解决设计问题,我们还基于所描述的数学模型提出了两种启发式算法,然后比较了所提方法的计算性能。所报告的计算结果突出了所比较方法的互补特征,并提供了有关所建议方法使用的有用指南。

    工具书类

    [1]
    Liu Y.,Kashef M.,Lee K.B.,Benmohamed L.,Candell R.,新兴IIoT应用的无线网络设计:参考框架和用例,程序。电气与电子工程师协会107 (6) (2019) 1166–1192.
    [2]
    Finn N.,时间敏感网络简介,IEEE通信。站立。美格。2 (2) (2018) 22–28.
    [3]
    IEEE编号。,IEEE时间敏感网络任务组, 2023,https://1.ieee802.org/tsn(英文)/,(访问时间:2023-01-15)。
    [4]
    Eisen M.、Rashid M.M.、Ribeiro A.、Cavalcanti D.,《为5G网络中的无线控制系统调度低延迟流量》,收录于:ICC 2020-2020 IEEE国际通信会议国际商会,2020年,第1-6页。
    [5]
    SeferagićA.、Famaey J.、De Poorter E.、Hoebeke J.,《工业物联网无线技术权衡调查》,传感器20(2)(2020)【在线】。可用:https://www.mdpi.com/1424-8220/20/2/488.
    [6]
    Cavalcanti D.、Perez-Ramirez J.、Rashid M.M.、Fang J.、Galeev M.、Stanton K.B.,通过空中传输扩展准确的时间分布和及时性功能,以支持未来的无线工业自动化系统,程序。电气与电子工程师协会107 (6) (2019) 1132–1152.
    [7]
    Gutiérrez C.S.V.、Juan L.U.S.、Ugarte I.Z.、Vilces V.M.、。,机器人的时间敏感网络2018年,[在线]。可用:https://arxiv.org/abs/1804.07643.
    [8]
    Val I.、Seijo O.、Torrego R.、Astarloa A.、IEEE 802.1AS集成有线-无线TSN架构的时钟同步性能评估,IEEE传输。Ind.通知。18 (5) (2022) 2986–2999.
    [9]
    Gundall M.、Huber C.、Melnyk S.、。,将基于IEEE 802.1AS的时间同步集成到IEEE 802.11中,以实现新的工业用例,2021,arXiv,[在线]。可用:https://arxiv.org/abs/2101.02434.
    [10]
    Romanov A.M.、Gringoli F.、Sikora A.,未来无线TSN网络的精确同步方法,IEEE传输。Ind.通知。17 (5) (2021) 3682–3692.
    [11]
    杰弗里·T。,802.1Qbv-针对计划流量的增强功能2016年,[在线]。可用:https://www.ieee802.org/1/pages/802.1bv.html.
    [12]
    De la Oliva A.、Wang X.、Yang R.、Gazda R.、。,IEEE 802.11-19/1223r0:提高WLAN可靠性2019年,[在线]。可用:https://mentor.ieee.org/8.11/dcn/19/11-1223-00-00be-improving-plan-reliability-joints-11be-session.pdf.
    [13]
    Adame T.、Carrascosa-Zamacois M.、Bellalta B.,IEEE 802.11be中的时间敏感网络:在低延迟WiFi 7的道路上,传感器21(15)(2021)[在线]。可用:https://www.mdpi.com/1424-8220/21/15/4954(网址:https://www.mdpi.com/1424-8220/21/15/4954).
    [14]
    卡瓦尔坎蒂·D·、文凯特桑·G·。,802.11之上的802.1TSN,以及802.11be开发的更新,2020,[在线]。可用:https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2020/new-Cavalcanti-802-1TSN-over-802-1120-v02.pdf.
    [15]
    Park E.、Lim D.、Kim J.、Choi J.、。,IEEE 802.1-19/0779r1:多AP传输的性能研究2019年,[在线]。可用:https://mentor.ieee.org/8.11/dcn/19/11-0779-01-00be-performance-investigation-n-multi-p-transmission.pptx.
    [16]
    Titus A.,Bansal R.,Sreejith T.V.,Kherani A.A.,Akhtar N.,IEEE 802.11be多AP协调框架中联合传输的决策问题,收录于:2021年通信系统和网络国际会议《通讯社》,2021年,第326–333页。
    [17]
    IEEE信息技术标准-系统间电信和信息交换-局域网和城域网-特定要求-第11部分:无线LAN介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范修改件3:60 GHz频段超高吞吐量的增强,IEEE Std 802.11ad-2012(IEEE Std 802.11-2012修正案,经IEEE Std-802.11ae-2012和IEEE Std802.11aa-2012修订),2012年,第1-628页。
    [18]
    Zhou P.,Cheng K.,Han X.,Fang X.,Fang Y.,He R.,Long Y.,Liu Y.,基于IEEE 802.11ay的毫米波无线局域网:设计挑战和解决方案,IEEE通信。Surv公司。导师。20 (3) (2018) 1654–1681.
    [19]
    Cano C.,Sim G.H.,Asadi A.,Vilajosana X.,工业环境中毫米波通信的信道测量活动,IEEE传输。Wirel公司。Commun公司。20 (1) (2021) 299–315. [在线]。可用:https://doi.org/10.1109/TWC.2020.3024709.
    [20]
    Mackay M.、Raschella A.、Toma O.,城市5G部署的60 GHz 802.11ad无线网状回程网络的性能特征建模和分析,未来互联网14(2)(2022)【在线】。可用:https://www.mdpi.com/1999-5903/14/2/34.
    [21]
    Struye J.、Lemic F.、Famaey J.,《面向多用户交互式虚拟现实的超低延迟mmWave Wi-Fi》,收录于:GLOBECOM 2020-2020 IEEE全球通信会议2020年,第1-6页。
    [22]
    Pielli C.、Ropitalt T.、Golmie N.、Zorzi M.,IEEE 802.11ad中CBAP分配的分析模型,IEEE传输。Commun公司。69 (1) (2021) 649–663.
    [23]
    Kiran M.P.R.S.、Rajalakshmi P.,高数据速率5G-IoT应用的IEEE 802.11ad EDCA饱和吞吐量分析,IEEE传输。车辆。Technol公司。68 (5) (2019) 4774–4785.
    [24]
    Sudhakaran S.、Montgomery K.、Kashef M.、Cavalcanti D.、Candell R.,无线时间敏感网络对工业协作机器人工作单元的影响,IEEE传输。Ind.通知。18 (10) (2022) 7351–7360.
    [25]
    Seijo O.,López-Fernández J.A.,Val I.,w-SHARP:为低延迟和超低周期时间工业应用实现高性能无线时间敏感网络,IEEE传输。Ind.通知。17 (5) (2021) 3651–3662.
    [26]
    Seijo O.,Val I.,Luvisotto M.,Pang Z.,《无线时间敏感网络的时钟同步:从微秒到纳秒的进展》,IEEE Ind.Electron公司。美格。16 (2) (2022) 35–43.
    [27]
    Sahoo A.,Gao W.,Ropital T.,Golmie N.,IEEE 802.11ad MAC中的许可控制和同步流量调度,收录于:第24届国际ACM无线和移动系统建模、分析和仿真会议记录,MSWiM’21,计算机协会,美国纽约州纽约市,2021年,第125-134页。[在线]。可用:https://doi.org/10.1145/3479239.3485698.
    [28]
    Hemanth C.,Venkatesh T.G.,IEEE 802.11ad混合MAC协议的服务期(SP)性能分析,IEEE传输。暴徒。计算。15 (5) (2016) 1224–1236.
    [29]
    Lecci M.、Drago M.、Zanella A.、Zorzi M.,《利用mmWave WLAN的定时访问功能实现周期性流量源》,载于:2021年第19届地中海通信和计算机网络会议(MedComNet)2021年,第1-8页。
    [30]
    Azzino T.、Ropitalt T.、Zorzi M.,《IEEE 802.11ad中的数据传输间隔调度:强化学习方法》,in:2020年国际计算机、网络和通信会议ICNC,2020年,第602-607页。
    [31]
    Smulders P.F.,60-GHz室内无线电信道的统计特性,IEEE传输。天线和传播57 (10) (2009) 2820–2829.
    [32]
    古斯塔夫森·C·。,60 GHz无线传播信道:特性、建模和评估,(博士论文)隆德大学,2014年。
    [33]
    Rappaport T.S.、MacCartney G.R.、Samimi M.K.、Sun S.,未来无线通信系统设计的宽带毫米波传播测量和信道模型,IEEE传输。Commun公司。63 (9) (2015) 3029–3056. [在线]。可用:https://doi.org/10.109/TCOMM.2015.2434384.
    [34]
    IEEE 802.11-09/0334r8,60 GHz WLAN系统的信道模型,IEEE P802.11,2010年。
    [35]
    Solomitckii D.、Orsino A.、Andreev S.、Koucheryavy Y.、Valkama M.,《工厂自动化部署中28和60 GHz毫米波信道特性的表征》,收录于:2018 IEEE无线通信和网络会议,WCNC,2018年,第1-6页。
    [36]
    Teubal M.,经济发展中的重工业和轻工业,美国经济。版次。63 (4) (1973) 588–596. [在线]。可用:http://www.jstor.org/stable/1808850.
    [37]
    Rappaport T.S.、Sun S.、Mayzus R.、Zhao H.、Azar Y.、Wang K.、Wong G.N.、Schulz J.K.、Samimi M.、Gutierrez F.、5G蜂窝的毫米波移动通信:它会起作用!,IEEE接入1 (2013) 335–349.
    [38]
    TR 22.804 V16.3.0:垂直领域自动化通信研究,3GPP,2020年。
    [39]
    Lu X.,Lema M.,Mahmoodi T.,Dohler M.,5G-U(未授权频段上的5G)下行链路数据速率分析:3GPP 5G和IEEE802共存。11ad WiGig,位于:欧洲无线2017;第23届欧洲无线会议;的程序,VDE,2017,第1-6页。
    [40]
    Vitturi S.、Zunino C.、Sauter T.,《工业通信系统及其未来挑战:下一代以太网、IIoT和5G》,程序。电气与电子工程师协会107 (6) (2019) 944–961.
    [41]
    Garey M.R.、Johnson D.S.、。,计算机与不可纠正性:NP-完备性理论指南(数学科学丛书)第一版,W.H.Freeman,1979年。
    [42]
    Drezner Z.、Hamacher H.W.、。,设施选址:应用与理论第二版,Springer Science&Business Media,2004年。
    [43]
    沃尔西·L·。,整数编程《离散数学与优化》,第二版,John Wiley&Sons,2020年。
    [44]
    Garroppo R.G.、ScutelláM.G.、D'Andreagiovanni F.,《稳健绿色无线局域网:数学方法》,J·奈特。计算。申请。163 (2020).

    索引术语

    1. 用于基于TSN的工业应用的IEEE 802.11ad基础设施的设计模型
                  索引项已通过自动分类分配给内容。

                  建议

                  评论

                  信息和贡献者

                  问询处

                  发布于

                  封面图片《计算机网络:国际计算机与电信网络杂志》
                  计算机网络:国际计算机和电信网络杂志 第230卷,C期
                  2023年7月
                  172页
                  国际标准编号:1389-1286
                  期刊目录

                  出版商

                  Elsevier North-Holland公司。

                  美国

                  出版历史

                  出版:2023年7月1日

                  作者标记

                  1. IEEE 802.11ad标准
                  2. 定向万兆站(DMG STA)
                  3. 工业自动化
                  4. 时间敏感网络(TSN)
                  5. 帧复制和可靠性消除(FRER)
                  6. 服务期(SP)

                  限定符

                  • 研究文章

                  贡献者

                  其他指标

                  文献计量学和引文

                  文献计量学

                  文章指标

                  • 0
                    引文总数
                  • 0
                    下载总量
                  • 下载次数(过去12个月)0
                  • 下载次数(最近6周)0

                  其他指标

                  引文

                  视图选项

                  查看选项

                  获取访问权限

                  登录选项

                  完全访问权限

                  媒体

                  数字

                  其他

                  桌子

                  分享

                  分享

                  共享此出版物链接

                  在社交媒体上分享