Protokoli mobilnih omrežij pete generacijeGumilar, Luka (Avtor) Jakus, Grega (Mentor) mobilno omrežje 5Gprotokolni skladprotokolno sporočiloPeta generacija mobilnih omrežij (5G) nam nudi še večje hitrosti in nižje zakasnitve glede na predhodnike. Njen razvoj je temeljil na raznovrstnih primerih uporabe, ki segajo od proizvodnje, avtomobilnosti, energije, zdravstva, kmetovanja, vse do področja zabave. Glede na te so bile postavljene želene lastnosti in zahteve za delovanje omrežij 5G. Organizacija ITU R (International Telecommunication Union – Radiocommunication Sector) kot najpomembnejše lastnosti novega omrežja omenja izboljšano mobilno širokopasovno omrežje (Enhanced Mobile Broadband – eMBB), izjemno zanesljive komunikacije z nizkimi zakasnitvami (Ultra-Reliable and Low Latency Communications – URLLC) ter medsebojne komunikacije izredno velikega števila naprav (Massive Machine Type Communications – mMTC). Omenjenim lastnostim organizacija 3GPP (Third Generation Partnership Project) dodaja še upravljanje z omrežjem in izboljšane komunikacije z vozili (Enhancement of Vehicle-to-Everything – eV2X). Omrežje 5G sestavljajo štirje osnovni elementi: mobilni terminal, radijsko dostopovno in jedrno omrežje ter podatkovno omrežje. Omrežje 5G razlikuje med dvema načinoma postavitve, samostojnim (standalone – SA) in nesamostojnim (non-standalone – NSA). Medtem ko uporablja samostojni način le eno vrsto baznih postaj (LTE ali 5G), uporablja nesamostojni kombinacijo obeh. Prav tako pa lahko vsak od teh načinov uporablja jedro LTE (Evolved Packet Core – EPC) ali 5G. Protokolni sklad se v radijskem delu omrežja 5G deli na uporabniško in nadzorno ravnino. Fizični sloj je na obeh ravninah enak. Povezavni sloj na nadzorni ravnini vključuje protokole MAC (Medium Access Control), RLC (Radio Link Control), PDCP (Packet Data Convergence Protocol), na uporabniški ravnini pa je prisoten še protokol SDAP (Service Data Adaptation Protocol). Omrežni sloj se v radijskem dostopovnem omrežju pojavi le na nadzorni ravnini, kjer ga sestavljata protokol RRC (Radio Resource Control) in podsloj NAS (Non-Access Stratum). Naloge fizičnega sloja so odkrivanje in odpravljanje napak, preslikave med transportnimi in fizičnimi kanali, sinhronizacija hitrosti prenosa podatkov, dodeljevanje radijskih virov idr. 3GPP je v okviru 5G uvedel visoko frekvenčno območje (FR2) v območju centimetrskih in milimetrskih valovnih dolžin. Radijski okvir je v omrežju 5G razdeljen na podokvirje, ti pa vsebujejo različno število časovnih rezin, odvisno od razmika med podnosilci (Subcarrier Spacing – SCS). Razmik 15 kHz je bil uporabljen že v omrežju LTE, medtem ko je omrežje 5G uvedlo še nekatere večje vrednosti, ki naredijo simbole OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) krajše in bistveno pripomorejo k nižjim zakasnitvam. Povezavni sloj na uporabniški ravnini sestavljajo kar štirje podsloji. Protokol MAC je od njih najnižji, njegove glavne naloge pa so preslikava med logičnimi in transportnimi kanali, (de)multipleksiranje uporabniških sporočil v transportne bloke, popravljanje napak z mehanizmom HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) idr. Okvirji MAC so v omrežju 5G sestavljeni iz manjših podokvirjev, vsak s pripadajočo podglavo. Protokol RLC lahko deluje v treh različnih prenosnih načinih, in sicer transparentnem načinu (Transparent Mode – TM), načinu brez potrditev (Unacknowledged Mode – UM) in načinu s potrditvami (Acknowledged Mode – AM). V transparentnem načinu so sporočila zgolj posredovana skozi sloj, način brez potrditev podpira segmentacijo in ponovno sestavljanje ter zavrženje napačnih oz. podvojenih sporočil, način s potrditvami pa poleg vseh funkcij načina UM vključuje še popravljanje napak z mehanizmom ARQ (Automatic Repeat Request), ponovno segmentacijo pokvarjenih oz. izgubljenih sporočil ter odkrivanje podvojenih sporočil. Protokol RLC v 5G ne izvaja več spajanja sporočil, prav tako opušča urejanje sporočil po vrstnem redu, s čimer še bolje zadosti visokim zahtevam po nizkih zakasnitvah. Glavne naloge protokola PDCP so oštevilčevanje podatkovnih radijskih nosilcev, kompresija glave, zaščita integritete na nadzorni ravnini, šifriranje sporočil ter detekcija in odstranjevanje podvojenih sporočil. Protokol PDCP v 5G podpira prenos in dostavo sporočil brez ohranjanja vrstnega reda. Podpira tudi podvojevanje sporočil. Z vsem tem poveča zanesljivost s prenosom prek več virov. Protokol SDAP je v omrežju 5G nov, saj v omrežju LTE še ni bil prisoten. Njegova glavna naloga je preslikava pretoka z določeno stopnjo kvalitete storitve na podatkovne radijske nosilce. Omrežni sloj vsebuje na nadzorni ravnini protokol RRC in podsloj NAS. Glavna naloga protokola RRC je vzpostavitev in ohranjanje povezave med mobilnimi terminali in bazno postajo. To mu uspe z nalogami, kot so razpršeno oddajanje sistemskih informacij, oddajanje pozivnih sporočil, upravljanje z mobilnostjo in kvaliteto storitve, zagotavljanje varnostnih storitev idr. Podsloj NAS povezuje mobilni terminal z elementom AMF (Access and Mobility Management Function) v jedrnem omrežju 5G, zato pravimo, da se nahaja onkraj protokolov dostopovnega omrežja. Element AMF skrbi za številne postopke, kot so npr. overjanje, avtorizacija, upravljanje z mobilnostjo idr. Podsloj NAS vključuje protokola 5GSM (5G System Session Management) za upravljanje s sejami in 5GMM (5G System Mobility Management) za upravljanje z mobilnostjo. Protokolni sklad se v jedrnem omrežju 5G deli na uporabniško in nadzorno ravnino. Uporabniška ravnina skrbi za prenos uporabniških podatkov, usmerjanje sporočil, nadzor nad podatkovnim prometom, zagotavljanje kvalitete storitve ter beleženje podatkov o zaračunavanju, nadzorna ravnina pa za overjanje, avtorizacijo, skladnost s predpisanimi načeli in politiko ter upravljanje z mobilnostjo. Največja sprememba v primerjavi z omrežjem LTE je uvedba storitveno usmerjene arhitekture (Service-Based Architecture – SBA), ki jo sestavlja veliko število omrežnih funkcij.20242024-09-06 12:10:00Diplomsko delo/naloga161061sl