Joint functional split adaptation and path selection of automated vehicles in industrial radio access networks

Abstract

[ES] La automatización industrial ha sido una característica perseguida desde la revolución industrial, con la intención de reemplazar el trabajo humano con tareas realizadas por máquinas autónomas. Los avances recientes en redes de acceso por radio móvil, sistemas de posicionamiento e inteligencia artificial han motivado la utilización de vehículos guiados de forma autónoma (AGVs, por sus siglas en inglés) en entornos industriales. Estos vehículos tienen como propósito transportar materiales o equipos entre estaciones fijas, monitorear el estado de la fábrica, etc., sin necesidad de intervención humana. Los AGVs necesitan estar conectados a la red industrial subyacente de forma inalámbrica. Para proporcionar una buena conectividad en una gran área industrial, es necesario instalar múltiples estaciones base. Debido a la escasez de espectro inalámbrico, generalmente se diseñan para compartir recursos radioeléctricos, lo que puede generar interferencia entre celdas. Esto puede ser problemático para los AGVs, ya que una degradación en la conectividad puede llevar a un funcionamiento inexacto, paradas temporales e incluso interrupción total del servicio.

Una posible solución a la interferencia entre celdas es implementar técnicas de coordinación o cancelación de interferencias entre estaciones base, lo que requiere que las funciones de las estaciones base coordinadas estén centralizadas en una ubicación única. Aunque la centralización completa a menudo no es posible, se puede utilizar una división funcional parcial y adaptativa para coordinar la interferencia de un subconjunto de estaciones base. Sin embargo, cualquier división funcional que no tenga en cuenta las posiciones variables de los AGVs provocará una degradación en la conectividad para ellos, incluso si están optimizados para la situación promedio. Además, los AGVs cuyo movimiento no tenga en cuenta la división funcional instantánea es probable que atraviesen áreas con alta interferencia en lugar de aquellas donde se está coordinando la interferencia.

En esta tesis, investigaremos posibles enfoques para adaptar de forma conjunta la división funcional de la red de acceso por radio y seleccionar la ruta de los AGVs en escenarios industriales, con el fin de cumplir con las restricciones de conectividad, optimizar el rendimiento y/o reducir los costos operativos.

[EN] Industrial automation has been a long-pursued feature since the industrial revolution, with the intention of replacing human labor with autonomous machine work. Recent developments in mobile radio access networks, positioning systems, and artificial intelligence have motivated the utilization of autonomously guided vehicles (AGVs) in industrial environments, whose purpose is to transport materials or equipment between fixed stations, monitor the factory status, etc. without the need for human intervention. AGVs need to be connected to the underlying industrial network via wireless. In order to provide good connectivity to a large industrial area, multiple base stations have to be installed. Owing to the scarcity of wireless spectrum, these are usually designed to share radio resources, which can lead to intercell interference. This may be problematic for AGVs, for which connectivity degradation may lead to inaccurate operation, temporary stalling, or even full-service disruption.

A possible solution to intercell interference is to implement interference coordination or cancellation techniques between base stations, which require that the functions of the coordinated base stations are centralized in a single location. Although full centralization is often not possible, a partial, adaptive functional split can be used to coordinate the interference of just a subset of base stations. However, any functional split that does not take into account the varying positions of AGVs will lead to connectivity degradation for them, even if they are optimized for the average situation. In addition, AGVs whose movement ignores the instantaneous functional split are likely to traverse areas with high interference instead of those where the interference is being coordinated.

In this thesis, we will investigate possible approaches to jointly adapt the functional split of the radio access network and select the path of AGVs in industrial scenarios so as to meet connectivity constraints, optimize performance, and/or reduce operation cost.