Trådlös kommunikation för realtidsreglering
- Diarienummer
- ID16-0038
- Start- och slutdatum
- 170101-171231
- Beviljat belopp
- 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Nästa generations trådlösa system (5G) lanseras kring år 2020. En grupp av de applikationer som 5G kommer stödja ställer mycket höga krav på låg fördröjning i kombination med hög tillförlitlighet, till exempel inom automation och reglering. Ett sådant scenario är t.ex. att ersätta trådbundna reglerloopar i ett komplext fordon, såsom en lastbil eller ett flygplan, med trådlös reglering. Här kan vi förvänta oss att fördröjningar under en millisekund måste kunna stödjas. När signalering vid såpass låg fördröjning implementeras är det inte rimligt att anta att kanalkodord är "oändligt" långa, och därför börjar fundamentala begränsningar göra sig gällande. Motsvarande effekter fås också i implementeringen av de protokoll som styr kommunikationen, och fundamentala begränsningar träder in också i ködomänen. Detta medför att den teoretiska grunden för all modern teknik för digital kommunikation slutar gälla, eftersom den förlitar sig på Shannon's modellering av länkar i det fysiska lagret som felfria bitströmmar med informationshastighet lika med kanalkapaciteten. Projektet kommer betrakta forskningsfrågeställningar såsom: Vilka är de maximala fördröjningar som normalt kan tolereras i komplexa reglersystem? Vilka är de fundamentala relationerna mellan kostnad, komplexitet, energi-användning, bandbredd, bitgenomströmning, tillförlitlighet och fördröjning? Vilken är den lägsta fördröjning som kan stödjas med digital signalering? Kommer det vara nödvändigt att införa analoga länkar?
Populärvetenskaplig beskrivning
Begreppet digitalisering innebär att informations- och kommunikationsteknologi används på nya sätt för att skapa förbättringar, effektiviseringar och nya värden, i nya tillämpningar utanför de etablerade inom mobil kommunikation och Internettjänster. Den pågående digitaliseringen av industri och samhälle har potentialen att skapa mycket stora framtida värden, men innebär samtidigt några av vår samtids största vetenskapliga och tekniska utmaningar. Cyberfysiska system (CPS) är system där datorbaserade enheter kopplas samman i ofta mycket stora nät, där information samlas in, transporteras och bearbetas i syfte att påverka den omgivande fysiska verkligheten. När vi nu vill ta digitaliseringen till nästa nivå, så kommer allt fler saker och maskiner omkring oss inte bara passivt att övervakas utan också automatiseras, påverkas och styrs. Ett avgörande hinder är att CPS idag utvecklas "hantverksmässigt", de skräddarsys för enskilda tillämpningar med höga kostnader som följd vilket begränsar digitaliseringen till ett fåtal stora tillämpningar. Digitalisering i vardagen, t.ex. smarta hem, hemsjukvård m.m. blir för kostsamma. Gemensamma plattformar och infrastruktur för CPS sänker kostnaderna radikalt och möjliggör nästa generations tillämpningar på samhällelig skala inom områden som energi, mobilitet och hälsa, och har potential att generera sådana fördelar för samhället som förbättrad effektivitet, sänkt energiförbrukning och en säkrare miljö. Genom sömlös mänsklig interaktion, stora beräkningsresurser, ständig uppkoppling, realtidsstyrning och en hög grad av lokal autonomi, kan CPS av samhällelig skala bidra väsentligt till utvecklingen av det framtida smarta samhället. 5e generationens mobila system (5G), vars första versioner kommer lanseras kring år 2020, kommer till viss del stödja automatisering över trådlösa nät. Dock finns mycket kvar att göra, för att förbättra framtida versioner av 5G och för att ta sikte mot den 6e generationen. Ett centralt problem som inte kommer var löst i tidiga 5G-upplagor är stödet av realtidsautomation över systemet, med mycket strikt stöd för ultralåg fördröjning i den trådlösa återkopplingen. Detta projekt kommer bidra med grundläggande och behovsmotiverad forskning för att bidra till lösningen av detta problem.