Bij draadloze 5G-communicatie verwijst de protocolstapel naar de hiërarchische rangschikking van communicatieprotocollen en functies die de uitwisseling van informatie tussen gebruikersapparatuur (UE), basisstations (gNodeB’s) en verschillende netwerkelementen mogelijk maken. De 5G-protocolstack is georganiseerd in meerdere lagen, die elk verantwoordelijk zijn voor specifieke taken, en spelen een fundamentele rol bij het garanderen van de naadloze werking van het 5G-netwerk.
Belangrijke aspecten van de protocolstapel in 5G zijn onder meer:
- Gelaagde architectuur:
- De 5G-protocolstack volgt een gelaagde architectuur, waarbij elke laag verantwoordelijk is voor specifieke functies. De lagen zijn hiërarchisch georganiseerd en de communicatie tussen lagen wordt doorgaans bepaald door goed gedefinieerde interfaces.
- OSI-referentiemodel:
- De 5G-protocolstack wordt vaak beschreven in de context van het OSI-referentiemodel (Open Systems Interconnection). Het OSI-model bestaat uit zeven lagen, die elk specifieke aspecten van communicatie behandelen. In de context van 5G omvatten de belangrijkste lagen de fysieke laag, de MAC-laag (Medium Access Control), de RLC-laag (Radio Link Control), de PDCP-laag (Packet Data Convergence Protocol), de RRC-laag (Radio Resource Control) en andere.
- Fysieke laag:
- De fysieke laag is de laagste laag in de 5G-protocolstack en houdt zich bezig met de verzending en ontvangst van ruwe databits via de etherinterface. Het omvat modulatie, codering en aspecten die verband houden met radiofrequentietransmissie.
- MAC-laag:
- De MAC-laag is verantwoordelijk voor het beheer van de toegang tot de gedeelde radiobronnen. Het verwerkt taken zoals planning, prioritering van verkeer en besturingssignalering voor de toewijzing van bronnen.
- RLC-laag:
- De RLC-laag zorgt voor betrouwbare communicatie tussen de UE en de gNodeB. Het omvat functionaliteiten zoals segmentatie en opnieuw samenstellen van datapakketten, foutdetectie en mechanismen voor hertransmissie.
- PDCP-laag:
- De PDCP-laag is verantwoordelijk voor functies zoals headercompressie, codering en integriteitsbescherming. Het zorgt voor een efficiënte en veilige overdracht van gebruikersgegevens tussen de UE en het netwerk.
- RRC-laag:
- De RRC-laag is specifiek voor het radiotoegangsnetwerk en is verantwoordelijk voor het beheer van radiobronnen. Het beheert de procedures voor het tot stand brengen van verbindingen, herconfiguratie en vrijgave. De RRC-laag verwerkt ook mobiliteitsgerelateerde functies.
- NGAP-laag (Next Generation Application Protocol):
- In de context van 5G maakt de NGAP-laag deel uit van het 5G Core (5GC) netwerk en vergemakkelijkt de communicatie tussen gNodeBs en de 5GC. Het speelt een cruciale rol bij mobiliteitsbeheer, sessiebeheer en andere belangrijke functies.
- SMF (sessiebeheerfunctie):
- De SMF maakt deel uit van de 5GC en is verantwoordelijk voor het beheer van sessies voor gebruikersgegevens. Het speelt een cruciale rol bij het opzetten, wijzigen en vrijgeven van gebruikerssessies.
- AMF (functie Toegangs- en mobiliteitsbeheer):
- Het AMF is een ander belangrijk element in de 5GC en is verantwoordelijk voor functies op het gebied van toegang en mobiliteit. Het speelt een rol bij de initiële registratie, authenticatie en mobiliteitsbeheer voor UE’s.
- Einde-tot-eindcommunicatie:
- De protocolstack zorgt voor end-to-end communicatie door de informatiestroom tussen de applicatielaag, via de verschillende protocollagen, naar de fysieke laag te vergemakkelijken, en vice versa.
- Ondersteuning voor netwerkslicing:
- De 5G-protocolstack is ontworpen om netwerkslicing te ondersteunen, waardoor virtuele netwerken kunnen worden gecreëerd die zijn afgestemd op specifieke services en gebruiksscenario’s. Elk netwerksegment heeft zijn eigen instantiatie van de protocolstack.
- Flexibiliteit en aanpassingsvermogen:
- De 5G-protocolstack is ontworpen om flexibel en aanpasbaar te zijn aan diverse servicevereisten, en ondersteunt verbeterde mobiele breedband (eMBB), massieve machine-type communicatie (mMTC) en ultrabetrouwbare communicatie met lage latentie (URLLC).
Samenvattend is de protocolstapel in 5G een gelaagde architectuur die de communicatie tussen verschillende entiteiten in het netwerk beheert. Het zorgt voor een efficiënte en betrouwbare informatie-uitwisseling, ondersteunt verschillende diensten en speelt een cruciale rol bij het mogelijk maken van de mogelijkheden van het 5G-netwerk.