M2M deployments such as drone swarms demand mission-critical communication: km-scale range, strong per-device identity and mutual authentication, and deterministic QoS for bandwidth-intensive payloads. Cellular 5G uniquely satisfies all of these, yet it has seen limited adoption in autonomous fleets. The barrier is not capability but resilience: today's 5G networks assume fixed infrastructure, and when the base station fails, recovery is uniquely complex. Unlike simpler wireless protocols where devices can transparently switch nodes, 5G failure requires reconstructing distributed state such as authentication contexts, QoS bindings, tunnels, and RRC state machines across the fleet, a process that no existing system automates. We present Dyna-5G, which makes this happen. Dyna-5G is the first 5G Standalone-compliant framework for dynamic role switching in M2M fleets, where any device can assume the role of 5G Core, RAN, or UE at runtime. It orchestrates failure detection, leader selection, and coordinated state teardown and re-establishment, all without modifying 3GPP protocols. We evaluate Dyna-5G on a high-fidelity software emulation testbed, with Open5GS and srsRAN, across hundreds of trials with up to 10 drones. Control-plane overhead averages 0.47 Mb/s (approximately 0.47% of a 100 Mb/s bearer), while failure recovery completes in about 2.5 s, of which approximately 86% is due to stack-dependent cellular procedures. Dyna-5G's orchestration logic itself adds only about 175 ms per reconfiguring role. All tested missions complete successfully, even under injected leader crashes.


翻译:无人机集群等M2M部署对任务关键型通信提出严苛需求:千米级通信范围、强每设备身份认证与互信机制,以及面向带宽密集型载荷的确定性服务质量保障。蜂窝5G技术虽能完美满足上述所有要求,却未能在自主编队中得到广泛应用。其障碍并非能力不足,而是韧性缺失——当前5G网络假设固定基础设施,当基站故障时,恢复过程极为复杂。不同于设备可透明切换节点的简易无线协议,5G故障需要重建跨编队的分布式状态(如认证上下文、QoS绑定、隧道及RRC状态机),而现有系统均未实现该过程的自动化。本文提出Dyna-5G以实现这一目标。作为首个符合5G独立组网标准的M2M编队动态角色切换框架,Dyna-5G允许任意设备在运行时承担5G核心网、接入网或用户设备角色。该框架编排故障检测、领导者选举、协同状态拆除与重建等全流程,且无需修改3GPP协议。我们在搭载Open5GS与srsRAN的高保真软件仿真测试平台上,基于包含10架无人机的近百次试验验证了Dyna-5G性能。控制面开销均值仅0.47 Mb/s(约为100 Mb/s承载带宽的0.47%),故障恢复耗时约2.5秒,其中约86%由协议栈相关的蜂窝规程导致。Dyna-5G的编排逻辑本身每次角色重构仅增加约175毫秒延迟。即使面临注入的领导者崩溃场景,所有测试任务均成功完成。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
《军用5G基本战术网络研究与仿真》
专知会员服务
20+阅读 · 4月9日
专知会员服务
44+阅读 · 2021年8月10日
专知会员服务
60+阅读 · 2021年2月27日
【AIOT】2020年中国智能物联网(AIoT)白皮书|附下载
产业智能官
32+阅读 · 2020年3月13日
DARPA | 世界上最大的“5G+AI+仿真”探索项目
走向智能论坛
32+阅读 · 2019年7月29日
5G全产业链发展分析报告
行业研究报告
12+阅读 · 2019年6月7日
国外有人/无人平台协同作战概述
无人机
123+阅读 · 2019年5月28日
报告 | 5G十大细分应用场景研究报告(附PPT图片)
走向智能论坛
19+阅读 · 2019年4月24日
车路协同构建“通信+计算”新体系
智能交通技术
11+阅读 · 2019年3月26日
5GAA:C-V2X和DSRC的性能对比分析报告
智能交通技术
11+阅读 · 2019年3月8日
5G进电厂走到了哪一步?
1号机器人网
15+阅读 · 2019年2月13日
新年快乐!无人机测控通信自组网技术综述
无人机
32+阅读 · 2019年2月5日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关资讯
【AIOT】2020年中国智能物联网(AIoT)白皮书|附下载
产业智能官
32+阅读 · 2020年3月13日
DARPA | 世界上最大的“5G+AI+仿真”探索项目
走向智能论坛
32+阅读 · 2019年7月29日
5G全产业链发展分析报告
行业研究报告
12+阅读 · 2019年6月7日
国外有人/无人平台协同作战概述
无人机
123+阅读 · 2019年5月28日
报告 | 5G十大细分应用场景研究报告(附PPT图片)
走向智能论坛
19+阅读 · 2019年4月24日
车路协同构建“通信+计算”新体系
智能交通技术
11+阅读 · 2019年3月26日
5GAA:C-V2X和DSRC的性能对比分析报告
智能交通技术
11+阅读 · 2019年3月8日
5G进电厂走到了哪一步?
1号机器人网
15+阅读 · 2019年2月13日
新年快乐!无人机测控通信自组网技术综述
无人机
32+阅读 · 2019年2月5日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员