Kiến trúc giao thức vô tuyến LTE

Kiến trúc giao thức vô tuyến cho LTE có thể được tách thành kiến trúc mặt phẳng điều khiển và kiến trúc mặt phẳng người dùng như hình dưới đây:

Ở phía mặt phẳng người dùng, ứng dụng tạo các gói dữ liệu được xử lý bởi các giao thức như TCP, UDP và IP, trong khi ở mặt phẳng điều khiển, giao thức kiểm soát tài nguyên vô tuyến (RRC) ghi các thông điệp báo hiệu được trao đổi giữa trạm gốc và di động. Trong cả hai trường hợp, thông tin được xử lý bởi giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP), giao thức điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) và giao thức điều khiển truy cập phương tiện (MAC), trước khi được chuyển đến lớp vật lý để truyền.

Mặt phẳng người dùng

Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng giữa e-Node B và UE bao gồm các lớp con sau:

PDCP (Giao thức hội tụ dữ liệu gói)
RLC (Điều khiển liên kết vô tuyến)
Kiểm soát truy cập trung bình (MAC)

Trên bình diện người dùng, các gói trong mạng lõi (EPC) được đóng gói trong một giao thức EPC cụ thể và được đặt dưới đường hầm giữa P-GW và eNodeB. Các giao thức đường hầm khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào giao diện. Giao thức đường hầm GPRS (GTP) được sử dụng trên giao diện S1 giữa eNodeB và S-GW và trên giao diện S5 / S8 giữa S-GW và P-GW.

Các gói được nhận bởi một lớp được gọi là Đơn vị Dữ liệu Dịch vụ (SDU) trong khi đầu ra gói của một lớp được tham chiếu bởi Đơn vị Dữ liệu Giao thức (PDU) và các gói IP theo luồng mặt phẳng người dùng từ các lớp trên xuống dưới.

Lớp điều khiển

Mặt phẳng điều khiển bao gồm thêm lớp Điều khiển Tài nguyên Vô tuyến (RRC), lớp này chịu trách nhiệm cấu hình các lớp bên dưới.

Mặt phẳng điều khiển xử lý chức năng vô tuyến cụ thể phụ thuộc vào trạng thái của thiết bị người dùng, bao gồm hai trạng thái: nhàn rỗi hoặc được kết nối.

Chế độ	Sự miêu tả
Nhàn rỗi	Thiết bị của người dùng cắm trại trên một ô sau quá trình chọn hoặc chọn lại ô trong đó các yếu tố như chất lượng liên kết vô tuyến, trạng thái ô và công nghệ truy cập vô tuyến được xem xét. UE cũng giám sát kênh phân trang để phát hiện các cuộc gọi đến và thu nhận thông tin hệ thống. Trong chế độ này, các giao thức mặt phẳng điều khiển bao gồm các thủ tục chọn ô và chọn lại ô.
Đã kết nối	UE cung cấp cho E-UTRAN chất lượng kênh đường xuống và thông tin về ô lân cận để cho phép E-UTRAN chọn ô phù hợp nhất cho UE. Trong trường hợp này, giao thức mặt phẳng điều khiển bao gồm giao thức Điều khiển liên kết vô tuyến (RRC).

Ngăn xếp giao thức cho mặt phẳng điều khiển giữa UE và MME được hiển thị bên dưới. Vùng màu xám của ngăn xếp cho biết các giao thức tầng truy cập (AS). Các lớp dưới thực hiện các chức năng tương tự như đối với mặt phẳng người dùng ngoại trừ không có chức năng nén tiêu đề cho mặt phẳng điều khiển.

Lớp ngăn xếp giao thức LTE

Chúng ta hãy xem xét kỹ tất cả các lớp có sẵn trong Ngăn xếp giao thức E-UTRAN mà chúng ta đã thấy trong chương trước. Dưới đây là sơ đồ hợp tác hơn của Ngăn xếp giao thức E-UTRAN:

Lớp vật lý (Lớp 1)

Lớp vật lý mang tất cả thông tin từ các kênh vận chuyển MAC qua giao diện không khí. Đảm nhận việc điều chỉnh liên kết (AMC), điều khiển công suất, tìm kiếm ô (cho mục đích chuyển giao và đồng bộ ban đầu) và các phép đo khác (bên trong hệ thống LTE và giữa các hệ thống) cho lớp RRC.

Lớp truy cập trung bình (MAC)

Lớp MAC chịu trách nhiệm Ánh xạ giữa các kênh logic và các kênh vận chuyển, Ghép kênh MAC SDU từ một hoặc các kênh logic khác nhau lên các khối vận chuyển (TB) để được phân phối đến lớp vật lý trên các kênh truyền tải, de ghép các MAC SDU từ một hoặc các kênh logic khác nhau các kênh từ các khối vận chuyển (TB) được phân phối từ lớp vật lý trên các kênh truyền tải, Lập lịch báo cáo thông tin, Sửa lỗi thông qua HARQ, Xử lý ưu tiên giữa các UE bằng cách lập lịch động, Xử lý ưu tiên giữa các kênh logic của một UE, Ưu tiên kênh logic.

Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC)

RLC hoạt động ở 3 chế độ hoạt động: Chế độ trong suốt (TM), Chế độ không xác nhận (UM) và Chế độ được xác nhận (AM).

Lớp RLC chịu trách nhiệm chuyển các PDU lớp trên, sửa lỗi thông qua ARQ (Chỉ dành cho truyền dữ liệu AM), Kết nối, phân đoạn và lắp ráp lại các SDU RLC (Chỉ dành cho truyền dữ liệu UM và AM).

RLC cũng chịu trách nhiệm phân đoạn lại các PDU dữ liệu RLC (Chỉ dành cho truyền dữ liệu AM), sắp xếp lại thứ tự các PDU dữ liệu RLC (Chỉ dành cho truyền dữ liệu UM và AM), phát hiện trùng lặp (Chỉ dành cho truyền dữ liệu UM và AM), loại bỏ RLC SDU (Chỉ dành cho truyền dữ liệu UM và AM), thiết lập lại RLC và phát hiện lỗi giao thức (Chỉ dành cho truyền dữ liệu AM).

Kiểm soát tài nguyên vô tuyến (RRC)

Các dịch vụ và chức năng chính của lớp con RRC bao gồm truyền phát Thông tin hệ thống liên quan đến tầng không truy cập (NAS), phát Thông tin hệ thống liên quan đến tầng truy cập (AS), Phân trang, thiết lập, duy trì và phát hành kết nối RRC giữa UE và E-UTRAN, Các chức năng bảo mật bao gồm quản lý khóa, thiết lập, cấu hình, bảo trì và phát hành Đầu truyền vô tuyến điểm tới điểm.

Kiểm soát hội tụ dữ liệu gói (PDCP)

Lớp PDCP chịu trách nhiệm nén Header và giải nén dữ liệu IP, Truyền dữ liệu (mặt phẳng người dùng hoặc mặt phẳng điều khiển), Duy trì Số thứ tự PDCP (SN), Phân phối theo trình tự các PDU lớp trên khi tái thiết lập các lớp dưới, Sao chép loại bỏ các SDU lớp thấp hơn khi thiết lập lại các lớp thấp hơn cho người mang sóng vô tuyến được ánh xạ trên RLC AM, Mã hóa và giải mã dữ liệu máy bay người dùng và dữ liệu máy bay điều khiển, Bảo vệ tính toàn vẹn và xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu máy bay điều khiển, Loại bỏ dựa trên bộ hẹn giờ, loại bỏ trùng lặp, PDCP được sử dụng cho SRB và DRB được ánh xạ trên loại kênh logic DCCH và DTCH.

Giao thức tầng không truy cập (NAS)

Các giao thức tầng không truy cập (NAS) tạo thành tầng cao nhất của mặt phẳng điều khiển giữa thiết bị người dùng (UE) và MME.

Các giao thức NAS hỗ trợ tính di động của UE và các thủ tục quản lý phiên để thiết lập và duy trì kết nối IP giữa UE và PDN GW.

Luồng dữ liệu lớp LTE

Dưới đây là biểu đồ logic của các lớp Giao thức E-UTRAN với mô tả luồng dữ liệu qua các lớp khác nhau:

Các gói được nhận bởi một lớp được gọi là Đơn vị Dữ liệu Dịch vụ (SDU) trong khi đầu ra gói của một lớp được gọi là Đơn vị Dữ liệu Giao thức (PDU). Hãy xem luồng dữ liệu từ trên xuống dưới:

Lớp IP gửi các SDU PDCP (Gói IP) đến lớp PDCP. Lớp PDCP thực hiện nén tiêu đề và thêm tiêu đề PDCP vào các SDU PDCP này. Lớp PDCP gửi các PDCP PDU (RLC SDU) đến lớp RLC.

Nén tiêu đề PDCP : PDCP loại bỏ tiêu đề IP (Tối thiểu 20 byte) khỏi PDU và thêm Mã thông báo có kích thước 1-4 byte. Điều này cung cấp một khoản tiết kiệm đáng kể về số lượng tiêu đề mà nếu không sẽ phải đi qua không khí.

Lớp RLC thực hiện phân đoạn các SDUS này để tạo các PDU RLC. RLC thêm tiêu đề dựa trên chế độ hoạt động của RLC. RLC gửi các RLC PDU (MAC SDU) này đến lớp MAC.

Phân đoạn RLC : Nếu RLC SDU lớn hoặc tốc độ dữ liệu vô tuyến khả dụng thấp (dẫn đến các khối truyền tải nhỏ), RLC SDU có thể được chia thành một số RLC PDU. Nếu RLC SDU nhỏ hoặc tốc độ dữ liệu vô tuyến khả dụng cao, một số SDU RLC có thể được đóng gói thành một PDU duy nhất.