Ordonnancement Temps Réel Pour Les Systèmes SCADA 5G NR

Real-Time Scheduling For 5G NR SCADA Systems

• Auteur / Autrice : Alaf Do nascimento santos
• Direction : Laurent Pautet, Philippe Martins
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique, données, IA
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ACES – Autonomic and Critical Embedded Systems (ACES)

Mots clés

Mots clés libres

Systèmes temps réel

Architectures et systèmes

5g nr

Real-Time Systems

Architectures and systems

5g nr

Résumé

Contexte La norme 5G NR a révolutionné les capacités de communication, ouvrant de nouvelles possibilités pour les modèles de distribution de l'informatique et du stockage. En particulier, cette avancée permet la réalisation de scénarios où les échanges critiques et en temps réel sont essentiels, répondant à divers contextes industriels et de consommation. Le respect des contraintes de temps réel est crucial pour de tels scénarios, exigeant des garanties strictes de performance et de délai, en particulier au sein de la station de base. Dans ce travail, nous nous concentrons sur les systèmes de contrôle de surveillance et d'acquisition de données (SCADA). Objectifs et défis Pour répondre à ces applications contraintes, la norme 5G NR intègre la prise en charge des propriétés temps réel. Alors que de nombreuses recherches se sont concentrées sur les traitements à large bande passante, seul un nombre limité d'études a abordé les défis posés par les contraintes temps réel dans les systèmes 5G. Dans cet article, nous contribuons aux travaux existants en nous concentrant sur l'ordonnancement en temps réel et en proposant une solution qui assure efficacement ces contraintes dans la plateforme d'exécution de la station de base. Approche La première étape consiste à étudier la structure d'une station de base mettant en œuvre une pile de protocoles 5G et à mettre l'accent sur les parties de celle-ci qui devraient se concentrer sur le respect de propriété temps réel. À partir de cette analyse, l'étape suivante consisterait à modéliser le problème de l'allocation des ressources de la station de base entre les paquets 5G afin de garantir leurs contraintes temporelles respectives. Le but consiste à formaliser le problème comme un problème de système temps réel. Enfin, l'étape suivante consisterait à déterminer comment ce problème en temps réel peut être abordé à l'aide d'approches bien connues de planification en temps réel. La faisabilité et l'adéquation des solutions proposées seront évaluées en les comparant aux algorithmes d'ordonnancement existants que l'on trouve dans les noyaux des systèmes d'exploitation temps réel.

Context The 5G NR standard has revolutionized communication capabilities, opening up new possibilities for computing and storage distribution models. In particular, this advancement allows for the realization of scenarios where real-time and critical exchanges are essential, catering to various industrial and consumer contexts. Respecting real-time constraints is crucial for such scenarios, demanding stringent performance and deadline guarantees, especially within the base station. In this work, we focus on Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) systems. Objectives and challenges To accommodate these constrained applications, the 5G NR standard incorporates support for real-time services. While extensive research has focused on high-bandwidth services only a limited number of studies have addressed the challenges posed by real-time constraints in 5G systems. In this paper, we contribute to the existing body of knowledge by delving into real-time scheduling and proposing a solution that effectively enforces these constraints in the execution platform of the base station. Approach The first step would study the structure of a base station implementing a 5G protocol stack and emphasize on parts of it that should focus on providing real-time properties. From this analysis, the next step would be to model the problem of allocating base station resources between 5G packets in order to guarantee their respective timing constraints as a real-time problem. At last, the next step would be to determine how this real-time problem can be tackled using well-known real-time scheduling approaches. The proposed solutions' feasibility and practicality will be evaluated by comparing them with existing scheduling algorithms found in real-time operating system kernels.