Welche Protokollstacks werden in 5G verwendet?
Bei 5G gibt es zwei primäre Protokollstapel: die Kontrollebene und die Benutzerebene. Die Steuerungsebene verwaltet Signalisierungs- und Steuerungsfunktionen, einschließlich NR für die Funkkommunikation, NGAP für die Kernnetzwerk-RAN-Kommunikation, NAS für Mobilität und Sicherheit, RRC für die Funkressourcensteuerung und SMF für die Sitzungsverwaltung.
Auf der Benutzerebene kümmert sich PDCP um die Datenpaketoptimierung, RLC sorgt für Zuverlässigkeit, MAC verwaltet den Funkkanalzugriff und PHY überwacht die physische Übertragung. Zusammen ermöglichen diese Protokollstacks eine effiziente und zuverlässige Kommunikation in 5G-Netzwerken und unterstützen hohe Datenraten und niedrige Latenzzeiten für verschiedene Anwendungen.
Schauen wir uns die einzelnen Details an:
Control Plane Protocol Stack:
Die Kontrollebene übernimmt Signalisierungs- und Steuerungsfunktionen für den Aufbau und die Verwaltung von Verbindungen in 5G-Netzen. Es ist für Aufgaben wie Authentifizierung, Autorisierung, Mobilitätsverwaltung und Sitzungsaufbau verantwortlich.
Der Protokollstapel der Steuerebene besteht aus mehreren Schlüsselprotokollen:
- NR (New Radio): NR ist das Luftschnittstellenprotokoll in 5G, das für die Funkkommunikation zwischen Benutzergeräten (UEs) und Basisstationen (gNBs) verantwortlich ist. Es nutzt OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) und fortschrittliche MIMO-Techniken (Multiple-Input, Multiple-Output) für eine effiziente Datenübertragung.
- NGAP (Next-Generation Application Protocol): NGAP wird für die Kommunikation zwischen dem 5G-Kernnetz und dem Radio Access Network (RAN) verwendet. Es übernimmt Funktionen wie Übergaben, Mobilitätsmanagement und die Kontrolle der Ressourcen der Benutzerebene.
- NAS (Non-Access Stratum): NAS ist für die Verwaltung von Mobilität, Sicherheit und Sitzungsaufbau für UEs verantwortlich. Es befasst sich mit Funktionen wie Attach- und Detach-Prozeduren, Authentifizierung und Schlüsselverwaltung.
- RRC (Radio Resource Control): RRC ist für die Steuerung der Funkressourcen im RAN verantwortlich. Es verwaltet den Aufbau, die Konfiguration und die Freigabe von Funkverbindungen und sorgt so für eine effiziente Ressourcennutzung.
- SMF (Sitzungsverwaltungsfunktion): SMF verwaltet Benutzersitzungen und ist für die Durchsetzung von Richtlinien, den Sitzungsaufbau und die Kontrolle der Servicequalität (QoS) verantwortlich.
User Plane Protocol Stack:
Die Benutzerebene übernimmt die eigentliche Datenübertragung zwischen Benutzergeräten und dem Netzwerk. Der Schwerpunkt liegt auf der effizienten Übertragung von Datenpaketen ohne nennenswerte Verarbeitungsverzögerungen.
Der Protokollstapel der Benutzerebene umfasst:
- PDCP (Packet Data Convergence Protocol): PDCP bietet Header-Komprimierung, Verschlüsselung und Integritätsschutz für Benutzerdatenpakete. Es hilft, die Effizienz der Datenübertragung zu optimieren.
- RLC (Radio Link Control): RLC ist für die Segmentierung, Neuordnung und Fehlerkorrektur von Datenpaketen verantwortlich, um eine zuverlässige Übertragung über die Funkschnittstelle sicherzustellen.
- MAC (Medium Access Control): MAC übernimmt die Planung und Multiplexierung von Datenpaketen auf dem Funkkanal. Es verwaltet Ressourcen und sorgt für einen effizienten Zugang zum Funkspektrum.
- PHY (Physical Layer): Die PHY-Schicht ist für die physische Übertragung von Daten über Funk verantwortlich. Es umfasst Modulations- und Codierungsschemata sowie MIMO-Techniken zur Verbesserung der Datenraten und -abdeckung.
Diese Protokollstapel arbeiten zusammen, um eine nahtlose Kommunikation in 5G-Netzwerken zu ermöglichen, hohe Datenraten, geringe Latenzzeiten und Unterstützung für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich IoT und äußerst zuverlässiger Kommunikation, zu liefern. Durch die Verwendung dieser Protokolle wird sichergestellt, dass jeder Schicht des 5G-Netzwerks stets eine klare Struktur mit spezifischen Funktionen zugeordnet ist.