Ultra-reliable low-latency communication (URLLC) constitutes a key service class of the fifth generation and beyond cellular networks. Notably, designing and supporting URLLC poses a herculean task due to the fundamental need of identifying and accurately characterizing the underlying statistical models in which the system operates, e.g., interference statistics, channel conditions, and the behavior of protocols. In general, multi-layer end-to-end approaches considering all the potential delay and error sources and proper statistical tools and methodologies are inevitably required for providing strong reliability and latency guarantees. This paper contributes to the body of knowledge in the latter aspect by providing a tutorial on several statistical tools and methodologies that are useful for designing and analyzing URLLC systems. Specifically, we overview the frameworks related to i) reliability theory, ii) short packet communications, iii) inequalities, distribution bounds, tail approximations, and risk-assessment tools, iv) rare events simulation, v) large-scale tools such as stochastic geometry, clustering, compressed sensing, and mean-field games, vi) queuing theory and information freshness, and vii) machine learning. Throughout the paper, we briefly review the state-of-the-art works using the addressed tools and methodologies, and their link to URLLC systems. Moreover, we discuss novel application examples focused on physical and medium access control layers. Finally, key research challenges and directions are highlighted to elucidate how URLLC analysis/design research may evolve in the coming years.


翻译:尤其值得注意的是,设计和支持URLLC是一个艰巨的任务,因为从根本上需要确定和准确描述该系统运作所依据的统计模型,例如干扰统计、频道条件和协议行为。一般而言,考虑到所有潜在延迟和误差源的多层次端对端办法以及适当的统计工具和方法,为提供强有力的可靠性和延缓性保障,不可避免地需要提供多层次的端对端办法和适当的统计工具和方法。本文有助于后一方面的知识主体,为一些有助于设计和分析URLLC系统的统计工具和方法提供辅导。具体地说,我们概述与以下有关的框架:(一) 可靠性理论,(二) 短包通信,(三) 不平等、分布界限、尾线和风险评估工具,(四) 稀有事件模拟,(五) 大规模工具,如随机测地测量、群集、压缩感测和中场游戏,(vi) 对后一方面的理论和信息更新与信息,以及今后研究系统的研究方法,以及(七) 最后,我们讨论关于其核心数据序列和核心分析的主要工具。

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