Definición, diseño, implementación y validación de un gemelo digital de redes 5G orientado a dar servicios para la Industria 4.0.

Abstract

[ES] Este TFM tiene por objetivo la definición, diseño, implementación y validación de un gemelo digital (Digital Twin) o Asset Administration Shell (AAS) de redes 5G orientado a dar servicios para la Industria 4.0. Un gemelo digital es una representación digital de un objeto físico al que se denomina Asset. El uso de gemelos digitales está en auge en la industria con el fin de disponer de modelos digitales de los procesos físicos que permitan una más ágil optimización de los procesos de producción. Está previsto que dichos procesos utilicen las redes 5G, y es por tanto necesario que los gemelos digitales de las plantas de producción integren gemelos digitales de las redes 5G.

El objetivo de este TFM es generar un gemelo digital de la red 5G que deberá modelar la información relevante de la red 5G así como sus principales funciones. La definición del 5G AAS se realizará siguiendo principalmente las indicaciones y estándares de Industrie 4.0 Platform (Alemania), 5G-ACIA y el 3GPP. Industrie 4.0 Platform ha propuesto estándares y modelos para la definición de AASs, mientras que 5G-ACIA ha definido a alto nivel como deben ser los AAS 5G aplicados a la industria 4.0. Por último, es necesario desarrollar un gemelo digital 5G acorde a los estándares definidos por el 3GPP.

Según establece 5G-ACIA, el 5G AAS está compuesto por 2 AASs principales: el 5G UE y el 5G network. Este TFM se centra en la definición del 5G network AAS. El 5G Network englobará toda la información de esa red 5G, incluyendo la parte de radio y el core network. La definición se abordará en distintas fases, una primera fase en la que cubriremos las funciones esenciales de QoS del 5G Network mediante un AAS pasivo, una segunda donde nos centraremos en funciones o comportamientos activos en los que el AAS tendrá la capacidad de interactuar con otros AAS, y una última fase donde se añadirán las principales funciones de red. Con el fin de facilitar la interacción/integración del 5G AAS con el modelo digital de la planta industrial a la que la red da cobertura, se trabajará en la implementación de las interfaces necesarias

Este TFM de carácter profesional será realizado en la Universidad Miguel Hernández de Elche.

[EN] The objective of this Master's Thesis is the definition, design, implementation, and validation of a Digital Twin or Asset Administration Shell (AAS) for 5G networks aimed at providing services for Industry 4.0. A Digital Twin is a digital representation of a physical object called an Asset. The use of digital twins is on the rise in the industry to have digital models of physical processes that allow for more agile optimization of production processes. It is expected that these processes will use 5G networks, so it is necessary for the digital twins of production plants to integrate digital twins of 5G networks.

The goal of this Master's Thesis is to generate a digital twin of the 5G network that should model relevant information about the 5G network as well as its main functions. The definition of the 5G AAS will be carried out mainly following the guidelines and standards of Industrie 4.0 Platform (Germany), 5GACIA, and the 3GPP. Industrie 4.0 Platform has proposed standards and models for the definition of AASs, while 5G-ACIA has defined at a high level how 5G AAS should be applied to Industry 4.0. Finally, it is necessary to develop a 5G digital twin in accordance with the standards defined by the 3GPP.

As specified by 5G-ACIA, the 5G AAS is composed of 2 main AASs: the 5G UE and the 5G network. This Master's Thesis focuses on the definition of the 5G network AAS. The 5G Network will encompass all information about the 5G network, including the radio and core network parts. The definition will be approached in different phases: a first phase covering the essential QoS functions of the 5G Network through a passive AAS, a second phase focusing on active functions or behaviors where the AAS will have the ability to interact with other AAS, and a last phase where the main network functions will be added. In order to facilitate the interaction/integration of the 5G AAS with the digital model of the industrial plant covered by the network, the necessary interfaces will be implemented.

This professionally-oriented Master's Thesis will be carried out at Miguel Hernández University in Elche.