25
Như đã trình bày ở phần trên, yêu cầu chính của hệ thống 5G là xử lý hiệu quả các dịch vụ với các yêu cầu rất đa dạng, đặc biệt là các dịch vụ mới liên quan đến các yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ. Về mặt này, ngăn xếp giao thức LTE là không tối ưu, vì nó tạo thành một tập hợp các chức năng cố định được áp dụng gần như như nhau cho tất cả dữ liệu UP, ngoại trừ một số tính linh hoạt hạn chế về các chế độ RLC khác nhau được đề cập trong phần Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) và cấu hình Nén tiêu đề bền chặt (RoHC). Hơn nữa, ngăn xếp giao thức liên quan đến một số xử lý không hiệu quả do xử lý tiêu đề lặp đi lặp lại và tổ chức lại dữ liệu, như có thể thấy trong Hình 2.3.
Do đó, một cân nhắc đối với 5G là giới thiệu phương pháp tiếp cận hai lớp, trong đó các chức năng PDCP, RLC và MAC được đưa vào hai nhóm để tránh xử lý lặp đi lặp lại và trong đó các chức năng chi tiết được điều chỉnh theo hướng hoặc có thể thậm chí được khử kích hoạt hoặc được mã hóa cứng tùy thuộc vào nhu cầu dịch vụ cụ thể. Đối với các dịch vụ eMBB, URLLC và mMTC điển hình, các nhóm có thể có và các chức năng được tối ưu hóa được mô tả trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Cấu hình ngăn xếp giao thức phù hợp với dịch vụ trong 5G.
eMBB URLLC mMTC Lớp trên 5G (PDCP /RLC) . Mật mã hóa . RoHC
. ARQ (trên phân đoạn) . Sắp xếp lại gói tin . Phát hiện trùng lặp . Phân đoạn . Không mật mã hóa . Tùy chọn RoHC . Phát lại (mức PDCP) . Dịch vụ bán tĩnh đến ánh xạ AIV . Tùy chọn RoHC . Lập lịch dựa trên nhóm . Dịch vụ bán tĩnh đến ánh xạ AIV Lớp dưới 5G (RLC/ MAC) . Ghép kênh MAC . Quản lý động chùm tia . Dịch vụ động tới ánh xạ AIV . Lập lịch
. Ưu tiên kênh logic (LCP) . DRX/DTX, RACH
. LCP kích thước cố định . Tùy chọn ghép kênh MAC . Ưu tiên RACH, lập lịch . HARQ kết hợp săn bắt
. Ghép kênh MAC . Lập lịch
. LCP kích thước cố định . Tối ưu hóa HARQ cho vùng phủ sóng
. Lập nhóm RACH
26
Cách tiếp cận hai lớp giới thiệu:
a) Lớp dưới với MAC truyền thống và linh hoạt một số chức năng RLC tùy thuộc vào yêu cầu dịch vụ
b) Lớp trên bao gồm phần còn lại của RLC và PDCP.
Với đề xuất hai lớp này, độ lợi xử lý và trễ đạt được do xử lý ít tiêu đề hơn, phát hiện trùng lặp đơn lẻ và sắp xếp lại, cũng như điều khiển phát lại theo mô-đun, trong đó hai mức phát lại được sử dụng thay vì ba (trên mức MAC, RLC và PDCP). Hơn nữa, kiến trúc này hỗ trợ tốt hơn đa kết nối và phân chia RAN thành các CU và các DU, trong đó các DU tương ứng với các AIV khác nhau. Do vậy những lợi ích chính đối với các loại dịch vụ riêng lẻ mà thiết kế RAN hai lớp được đề xuất và tối ưu hóa chéo lớp cho từng dịch vụ cụ thể mang lại:
• Các dịch vụ eMBB dự kiến sẽ được hưởng lợi mạnh mẽ từ hoạt động ở tần số cao hơn và với băng thông lớn hơn, điều này sẽ yêu cầu sử dụng ăng-ten định hướng để bù cho sự suy hao đường truyền cao. Tuy nhiên, ăng ten định hướng có thể dẫn đến những thách thức như thiết bị đầu cuối ẩn định hướng đơn/đa kênh, không nghe rõ, v.v. Do đó, thiết kế giao thức nói riêng cho các dịch vụ eMBB được tối ưu hóa theo hướng quản lý chùm động, cho phép MAC định hướng dựa trên tài nguyên - phân bổ tia tới, quét tia và lái. Hơn nữa, các dịch vụ eMBB với các yêu cầu về độ trễ tương đối thoải mái được hưởng lợi từ sự tập trung cao độ của các chức năng UP cũng như phối hợp truyền dẫn đa điểm (COMP), để có được hiệu quả phổ cao;
• Đối với các dịch vụ URLLC, tính năng đa kết nối và tập hợp sóng mang sẽ rất quan trọng để có độ tin cậy cực cao. Với cách phân lớp được đề xuất, lớp trên sẽ kết nối với nhiều thực thể lớp dưới, do đó có khả năng giảm độ trễ xử lý (cũng tính đến các quá trình phát lại). Hơn nữa, do kích thước nhỏ và thường cố định của các gói, các chức năng như phân đoạn có thể không được yêu cầu, sử dụng Ưu tiên kênh logic (LCP) có kích thước cố định và các chức năng như RoHC và mật mã hóa được bỏ qua, giả sử rằng các dịch vụ quan trọng sẽ cung cấp các cơ chế bảo mật mức ứng dụng;
27
• Đối với các dịch vụ mMTC, mật độ kết nối cao và tính di động thường thấp cho thấy việc sử dụng các chức năng dựa trên nhóm và việc ngừng kích hoạt các chức năng liên quan đến tính di động.
Hình 2.4 cho thấy khả năng giảm độ trễ xử lý lớp 2. Điểm chuẩn là độ trễ xử lý LTE NB UP khoảng 1ms. Kết quả cho các các dịch vụ eMBB, mMTC và URLLC, trong đó chia các dịch vụ sau thành các trường hợp có tính di động thấp (ví dụ: tự động hóa nhà máy) hoặc các trường hợp có tính di động cao (ví dụ: liên lạc xe cộ). Rõ ràng, độ trễ phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như kích thước TTI và chi tiết triển khai. Đối với eMBB, ta thấy lợi ích biên từ việc tránh xử lý tiêu đề dư thừa trong thiết lập hai lớp. Đối với mMTC và URLLC có tính di động thấp, hầu hết các chức năng PDCP và RLC đều bị vô hiệu hóa, mặc dù một lớp tổng hợp (trên đầu PDCP) cho các chức năng dựa trên nhóm được giả định. URLLC cho thấy độ trễ cao hơn, vì nó cũng liên quan đến việc sắp xếp lại gói và các chức năng lắp ráp bị bỏ qua trong trường hợp của mMTC. Đối với URLLC có tính di động cao, do thường xuyên chuyển giao và hỗ trợ đa kết nối, lớp trên bao gồm mật mã hóa. Ngoài ra, cả hai trường hợp URLLC đều giả định không có ghép kênh ở mức MAC.
Hình 2.4. Trễ UP lớp 2 sau khi tối ưu hóa dịch vụ dành trước.