|
Аннотация.
Критически важной функцией для приложений массовой машинной связи (mMTC) и сверхнадежной связи с малой задержкой (URLLC) в сетях 5G является своевременная доставка обновлений состояния от удаленных объектов в центр управления. Для оценки эффективности таких систем используется метрика «возраст информации» (Age of Information, AoI), отражающая актуальность данных на приемной стороне. В данной работе представлена концептуальная модель системы мониторинга промышленного Интернета вещей, включающая каналы передачи и узлы обработки данных от конечных устройств до центра управления. Формализован процесс генерации, передачи и обработки обновлений, введены обозначения для составляющих полной задержки доставки. На основе предложенной модели даны строгие определения случайных процессов возраста информации (AoI) и пикового возраста информации (PAoI) как функций времени. Показана взаимосвязь данных метрик с теорией массового обслуживания, что создает основу для их дальнейшего аналитического и имитационного исследования.
Ключевые слова:
теория массового обслуживания, качество обслуживания, возраст информации, сети 5G.
DOI: 10.14357/20790279260210
EDN: ZRFEMQ
Стр. 104-112.
Литература
1. ITU-R. Minimum Requirements Related to Technical Performance for IMT-2020 Radio Interface. ITU-R Recommendation M.2410-0. Geneva, Switzerland: ITU-R, 2017. 2. Zhang J., Kang K., Yang M., Zhu H., Qian H. AoI-minimization in UAV-assisted IoT Network with Massive Devices // Proceedings of the 2022 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), Austin, TX, USA, 10-13 апреля 2022. P. 1290-1295. https://doi.org/10.1109/WCNC51071.2022.9771887 3. Andersen F.R., Ballal K.D., Petersen M.N., Ruepp S. Ranging Capabilities of LoRa 2.4 GHz // Proceedings of the 2020 IEEE 6th World Forum on Internet of Things (WF-IoT), Virtual, 2-16 июня 2020. P. 1-5. https://doi.org/10.1109/WF-IoT48130.2020.9221451 4. Simka M., Polak L. On the RSSI-based indoor localization employing LoRa in the 2.4 GHz ISM band // Radioengineering. 2022. Vol. 31. No. 1. P. 135-143. https://doi.org/10.13164/re.2022.0135 5. ETSI. Short Range Devices; Low Throughput Networks (LTN) Architecture; LTN Architecture. ETSI TS 103 358 V1.1.1. Sophia Antipolis, France: ETSI, 2018. 6. ETSI. Low Throughput Network (LTN); Use Cases and System Characteristics. ETSI TS 103 249 V1.1.1. Sophia Antipolis, France: ETSI, 2017. 7. ETSI. DECT-2020 New Radio (NR); Part 1: Overview. ETSI TS 103 636-1. Sophia Antipolis, France: ETSI, 2020. 8. Okano M.T. IoT and industry 4.0: The industrial new revolution // Proceedings of the International Conference on Management and Information Systems, Istanbul, Turkey, 3-6 сентября 2017. Vol. 25. P. 75-82. 9. Ivanova D., Markova E., Moltchanov D., Pirmagomedov R., Koucheryavy Y., Samouylov K. Performance of priority-based traffic coexistence strategies in 5G mmWave industrial deployments // IEEE Access. 2022. Vol. 10. P. 9241-9256. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3144309 10. Schulz P., Matthe M., Klessig H., Simsek M., Fettweis G., Ansari J., Ashraf S.A., Almeroth B., Voigt J., Riedel I., et al. Latency critical IoT applications in 5G: Perspective on the design of radio interface and network architecture // IEEE Communications Magazine. 2017. Vol. 55. No. 2. P. 70-78. https://doi.org/10.1109/MCOM.2017.1600435CM 11. Winkelhaus S., Grosse E.H. Logistics 4.0: A systematic review towards a new logistics system // International Journal of Production Research. 2020. Vol. 58. No. 1. P. 18-43. https://doi.org/10.1080/00207543.2019.1612964 12. Yadav G., Paul K. Architecture and security of SCADA systems: A review // International Journal of Critical Infrastructure Protection. 2021. Vol. 34. P. 100433. https://doi.org/10.1016/j.ijcip.2021.100433 13. Семенова О.В., Власкина А.С., Медведева Е.Г., Зарипова Э.Р., Гудкова И.А. Процедура установления соединения по радиоканалу случайного доступа с возможностью ретрансляции // Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2018. Т. 26. № 3. С. 261-271. https://doi.org/10.22363/2312-9735-2018-26-3-261-271 14. Medvedeva E., Zaripova E., Semenova O., Vlaskina A., Gudkova I., Gaidamaka Y. Discrete time Markov chain model for analyzing characteristics of RACH procedure under massive machine type communications // ACM International Conference Proceeding Series. 2018. Article No. 59. https://doi.org/10.1145/3231053.3231112 15. Kaul S., Gruteser M., Rai V., Kenney J. Minimizing age of information in vehicular networks // Proceedings of the 2011 8th Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks (SECON), Salt Lake City, UT, USA, 27-30 июня 2011. P. 350-358. https://doi.org/10.1109/SAHCN.2011.5984966 16. Zhbankova E., Khakimov A., Markova E., Gaidamaka Y. The Age of Information in Wireless Cellular Systems: Gaps, Open Problems, and Research Challenges // Sensors. 2023. Vol. 23. No. 19. P. 8238. https://doi.org/10.3390/s23198238 17. Петренко В.И., Тебуева Ф.Б., Огур М.Г., Линец Г.И., Мочалов В.П. Имитационная модель масштабируемого метода выявления многовекторных атак с учетом ограничений вычислительных и информационных ресурсов IoT-устройств // Russian Technological Journal. 2025. Т. 13. № 5. С. 25-40. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2025-13-5-25-40 (дата обращения: 16.03.2024). 18. Бекетов С.М., Зубкова Д.А., Гинцяк А.М., Бурлуцкая Ж.В., Редько С.Г. Современные методы оптимизации и особенности их применения // Russian Technological Journal. 2025. Т. 13. № 4. С. 78-94. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2025-13-4-78-94 (дата обращения: 16.03.2024). 19. Stamatakis G., Pappas N., Traganitis A. Control of status updates for energy harvesting devices that monitor processes with alarms // Proceedings of the 2019 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps), Big Island, HI, USA, 9–13 декабря 2019. P. 1-6. https://doi.org/10.1109/GLOCOMW.2019.8960832 20. Stamatakis G., Pappas N., Fragkiadakis A., Traganitis A. Autonomous maintenance in IoT networks via aoi-driven deep reinforcement learning // Proceedings of the IEEE INFOCOM 2021 – IEEE Conference on Computer Communications Workshops (INFOCOM WKSHPS), Vancouver, BC, Canada, 10–13 мая 2021. P. 1-7. https://doi.org/10.1109/INFOCOMWKSHPS51825.2021.9484463 21. Groshev M., Guimaraes C., De La Oliva A., Gazda R. Dissecting the impact of information and communication technologies on digital twins as a service // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 102862-102876. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3097548 22. Inoue Y., Masuyama H., Takine T., Tanaka T. A general formula for the stationary distribution of the age of information and its application to single-server queues // IEEE Transactions on Information Theory. 2019. Vol. 65. No. 12. P. 8305-8324. https://doi.org/10.1109/TIT.2019.2934215 23. Kosta A., Parpas N., Angelakis V. Age of information: A new concept, metric, and tool // Foundations and Trends in Networking. 2017. Vol. 12. No. 3. P. 162-259. https://doi.org/10.1561/1300000060 24. Kaul S., Yates R., Gruteser M. Real-time status: How often should one update? // Proceedings of the 2012 IEEE INFOCOM, Orlando, FL, USA, 25-30 марта 2012. P. 2731-2735. https://doi.org/10.1109/INFCOM.2012.6195639 25. Коновалов М. Г., Разумчик Р. В. Об одной эвристической диспетчеризации для двухфазных систем массового обслуживания по запаздывающей информации об их состоянии // Информатика и её применения. 2025. Т. 19. № 4. С. 35-42. 26. Разумчик Р. В., Зейфман А. И., Коротышева А. В., Сатин Я. А. Оценка энергоэффективности вычислительного кластера с помощью системы массового обслуживания с пороговым контролем и зависящими от времени интенсивностями обслуживания и поступления // Системы и средства информатики. 2015. Т. 25. № 4. С. 19-30. https://doi.org/10.14357/08696527150402
|
