3GPP TS38.300(V17.6.0) 6.1 Layer2 Overview ~ 6.5 SDAP Sublayerを読んでみた

# はじめに
この記事は 3GPP TS38.300(V17.6.0)を読んでいく Advent Calendar 2023
の12/21の記事として執筆したものです。

その他の記事は、Qiitaのアドベントカレンダーページから辿れます↓
https://qiita.com/advent-calendar/2023/3gpp_ts38300

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本記事では、"6.1 Layer2 Overview ~ 6.5 SDAP Sublayer"を読んでいきます
5GにおけるL2の仕組みの大枠を、理解できたような気がします。

読んでいく章の原典↓
https://www.tech-invite.com/3m38/toc/tinv-3gpp-38-300_g.html#e-6
※筆者の勘違いなど含まれてる可能性があるので、ぜひ原典もご覧ください

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昨年のアドベントカレンダー
https://qiita.com/advent-calendar/2022/3gpp_ts23501



# 内容まとめ
説明のために原典と記載順がやや前後します

## 1. 5Gにおけるレイヤ2の構造
NRにおけるレイヤ2(L2)の構造を示す前に、L2データフローの図と各プロトコルのざっくり説明を書きます

L2データフローの概要
![スクリーンショット 2023-12-19 23.23.21.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/19dc5914-e66b-1600-90e6-d4fe81f7c9d4.png)

図の引用：https://www.docomo.ne.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol25_3/vol25_3_006jp.pdf

上位レイヤから来たIPパケットは、各L2レイヤーでヘッダが付与されながら下層レイヤーで処理されていきます。
LTEにおいてフレーム連結機能はRLCで実装されていましたが、NRではMACで実装されています。

<b>各レイヤの機能概要</b>
* SDAP (5Gで新規追加) : QoS flowとData Radio Bearerのマッピング, QFI付与
* PDCP : ヘッダ圧縮/伸長, 順序制御, セキュリティ機能など
* RLC : セグメントARQ(再送制御), シーケンス制御など
* MAC : スケジューリング/優先ハンドリング, 無線リソース割り当て, HARQ(再送制御), フレーム連結、など


DownLink のL2構造
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/9f14e84f-7c84-50f5-32af-e98ba7ccc877.png)

UpLink のL2構造
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/c7abfe54-42f6-468a-117b-dd4f8771f7c5.png)
引用 : https://www.tech-invite.com/3m38/toc/tinv-3gpp-38-300_g.html#e-6

<b>Radio Bearers</b>
SDAPレイヤではQoS FlowsをRadio Bearersにマッピングされます。
Radio Bearersは、以下２つの用途別に分かれます
* data radio bearers (DRB): ユーザデータ用
* signalling radio bearers (SRB): 制御通信用

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<b>論理チャネル</b>

Mac layerでは、論理チャネルをトランスポートチャネルにマッピングします。
論理チャネルの説明と、マッピングの図を以下にまとめます

<b>コントロールチャネル</b>
* Broadcast Control Channel（BCCH）: システム制御情報をブロードキャストするDLチャネル
* Paging Control Channel（PCCH）: ページングメッセージを送信するDLチャネル
* Common Control Channel（CCCH）: UEとネットワーク間で制御情報を転送するチャネル、ネットワークとRRC接続のないUEで使用
* Dedicated Control Channel（DCCH）: UEとネットワーク間で専用の制御情報を送受信するポイントツーポイントの双方向チャネル、RRC接続を持つUEで使用

<b>トラフィックチャネル</b>
* Dedicated Traffic Channel（DTCH）: 1つのUEに専用のユーザー情報を転送するためのポイントツーポイント・チャネル。DTCHはULとDLの両方で存在できる

Downlinkのマッピングの例
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/7059aaec-bf1c-a54e-b6c2-9f16ed4ac1ad.png)

図の引用： https://www.nrexplained.com/chmap



## 2. IAB　(Integrated Access Backhaul)

5Gでは、Integrated Access Backhaul（無線アクセス・バックホール統合伝送）と呼ばれる構成が定義されており、IABと呼ばれます。
バックホールとは、基地局からコアネットワークに接続する回線のことを言います。
5Gでは、バックホール部分を無線で実現するための仕様を定義しています。

> ５G無線の特にミリ波では通信可能エリアが狭いことから、光ファイバを用いたバックホールの数が多くなってしまう問題がる。そのため、ある光ファイバーバックホールに接続された５G基地局の近隣の基地局間を無線で繋ぎバックホールの代わりとする技術である（図－３）

上記の引用： https://www.kendenkyo.or.jp/wordpress_test/wp-content/uploads/2021/08/kisokouza_5G_20210803.pdf

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/313fb6a4-c0c8-2221-66f4-6bf3ffbbff65.png)
図の引用：　https://www.metaswitch.com/knowledge-center/reference/what-is-5g-integrated-access-and-backhaul-iab


用語解説
* IAB Donor : IABノードの親となるノードでCNと接続する機能を持つ, IABノードとバックホールを接続する
* IAB Node
    * IAB-MT : IABドナー, 親IABノードに無線アクセス回線(NR Uu)でバックホールを接続する機能
    * IAB-DU : UE, 子ノードをアクセスリンクとして接続する機能

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IABを含んだL2構成は以下の画像なります。<br>
IABを利用する場合は、先述のL2 sublayerに加えてBAP(Backhaul Adaptation Protocol )というプロトコルが使用されます。

<b>BAP sublayerの機能</b>
1. IAPトポロジのルーティング
1. 通信の優先制御やQoSBHのために、 "BH RLCチャンネル"に通信をマッピングする

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IAB-donorにおける DL U-plane L2構造

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/855b0ec7-6730-3260-14f3-b81d6035725c.png)

IAB-nodeにおける DL L2構造
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2962125/b297eeae-f442-e059-48b3-825dc10f0602.png)

図の引用 : https://www.tech-invite.com/3m38/toc/tinv-3gpp-38-300_g.html#e-6


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# 以下は翻訳メモ 6. Layer 2
 
## 6.1 overview
5GのLayyer2は以下のサブレイヤーに分かれる
* Medium Access Control (MAC)
* Radio Link Control (RLC)
* Packet Data Convergence Protocol (PDCP)
* Service Data Adaptation Protocol (SDAP)
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Radio bearersは用途別に２つに分かれる
* data radio bearers (DRB): ユーザデータ用
* signalling radio bearers (SRB): 制御通信用

IABのために、MAC, RLC, Backhaul Adaptation Protocol (BAP), PDCP, optionally SDAPが含まれている。
BAP sublayerの機能
1. IAPトポロジのルーティング
1. 通信の優先制御やQoSBHのために、 "BH RLCチャンネル"に通信をマッピングする

<b>IABとは</b>
Integrated Access Backhaul（無線アクセス・バックホール統合伝送）のこと
> ５G無線の特にミリ波では通信可能エリアが狭いことから、光ファイバを用いたバックホールの数が多くなってしまう問題がる。そのため、ある光ファイバーバックホールに接続された５G基地局の近隣の基地局間を無線で繋ぎバックホールの代わりとする技術である（図－３）

参考：
* https://www.kendenkyo.or.jp/wordpress_test/wp-content/uploads/2021/08/kisokouza_5G_20210803.pdf
* https://www.docomo.ne.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol28_3/vol28_3_010jp.pdf

バックホールとは、基地局からコアネットワークに接続する回線のことを言う。
5Gのミリ波帯ではバックホール部分を無線で実現するための規格を定義している。

* IABドナー : IABノードの親となるノードでCNと接続する機能を持つ, IABノードとバックホールを接続する
* IABノード
    * IAB-MT : IABドナー, 親IABノードに無線アクセス回線(NR Uu)でバックホールを接続する機能
    * IAB-DU : UE, 子ノードをアクセスリンクとして接続する機能


(図に対する説明は特に無し)

## 6.2 MAC sublayer
### 6.2.1 Services and Functions
主なMACサブレイヤのサービスと機能
* 論理チャネルとトランスポートチャネルのマッピング
* 同一または異なる論理チャネルに属するMAC SDUをトランスポートブロック（TB）にMultiplexing/demultiplexingし、物理層でトランスポートチャネル上で送受信
* Scheduling information reporting
* HARQ（CAの場合、セルごとに1つのHARQエンティティ）を通じたエラー訂正
* Priority handling : 動的スケジューリングによるUE
* Priority handling : 論理チャネルの優先順位づけによるUE
* Priority handling : UEのオーバーラッピングリソース
* パディング

単一のMACエンティティは、複数の数値、送信タイミング、およびセルをサポート
論理チャネルの優先順位づけにおけるマッピング制限は、論理チャネルがどの数値、セル、および送信タイミングを使用できるかを制御

### 6.2.2 Logical Channnels(論理チャネル)
論理チャネルは「コントロールチャネル」と「トラフィックチャネル」に分けられる

コントロールチャネル
* Broadcast Control Channel（BCCH）: システム制御情報をブロードキャストするDLチャネル
* Paging Control Channel（PCCH）: ページングメッセージを送信するDLチャネル
* Common Control Channel（CCCH）: UEとネットワーク間で制御情報を転送するチャネル、ネットワークとRRC接続のないUEで使用
* Dedicated Control Channel（DCCH）: UEとネットワーク間で専用の制御情報を送受信するポイントツーポイントの双方向チャネル、RRC接続を持つUEで使用

トラフィックチャネル
* Dedicated Traffic Channel（DTCH）: 1つのUEに専用のユーザー情報を転送するためのポイントツーポイント・チャネル。DTCHはULとDLの両方で存在できる

### 6.2.4 HARQ
HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）は、L1でのピア通信を保証する。(データ誤り訂正的な意味？)
物理層が下りリンク/上りリンクの空間多重化(Spatial Multiplexing)で構成されていない場合、HARQプロセスは1つのトランスポートブロック（TB）をサポートする
物理層が下りリンク/上りリンクの空間多重化(Spatial Multiplexing)で構成されている場合、HARQプロセスは1つまたは複数のTBをサポートする


## 6.3 RLC Sublayer
### 6.3.1 Transmission modes
RLCサブレイヤは、以下の3つの転送モードを持つ
* Transparent Mode (TM);
* Unacknowledged Mode (UM);
* Acknowledged Mode (AM).

RLCの構成は論理チャネルごとにあり、numerologies(*)および(または)送信期間に依存せず、ARQは論理チャネルが構成されている任意の数値および(または)送信期間で動作できる

numerologiesとは
> 異なるサブキャリア間隔やシンボル時間などの物理的なパラメータの数値ことと思われる

* SRB0、ページング、およびシステム情報のブロードキャスト : TMモード
* 他のSRB : AMモード
* DRB : UMモード or AMモード

### 6.3.2 Services and Functions
RLCサブレイヤの主なサービスと機能 (翻訳すると逆にわかりにくいので一部原文まま)
* transmission mode and include:
* 上位レイヤーのPDUの転送;
* Sequence numbering independent of the one in PDCP (UMとAM);
* ARQ(AMのみ)による誤り訂正
* RLC SDUsのセグメンテーション(AM, UM) と リセグメンテーション (AMのみ);
* Reassembly of SDU (AM and UM)
* Duplicate Detection (AM only)
* RLC SDU discard (AM and UM)
* RLC 再確立
* プロトコルエラー検知(AMのみ)


### 6.3.3 ARQ （Automatic Repeat reQuest）
RLCのARQの特徴
* ARQは、RLCステータスレポートに基づいてRLC SDUまたはRLC SDUセグメントを再送する
* RLCで必要な場合には、RLCステータスレポートはポーリングで使用される
* RLC受信側でも、欠落したRLC SDUまたはRLC SDUセグメントを検出した後に、RLCステータスレポートをトリガーすることができる

## 6.4 PDCP Sublayer
### 6.4.1 Services and Functions
* データ転送 (user plane or control plane)
* PDCP SNs(シーケンスナンバー)のメンテナンス
* ROHC protocolのヘッダー圧縮と伸長
* EHC protocolのヘッダー圧縮と伸長
* uplink PDCP SDUsの圧縮と伸長(DEFLATE based UDC only)
* 暗号化と復号
* 整合性保護と検証
* Timer based SDU discard
* For split bearers, routing
* Duplication（多重化？）
* 並べ替えと順序付き配信
* 順序外配信
* 重複廃棄

PDCPは、DLおよびULでCOUNTのwrao around(数値が上限や加減に達した後に巻き戻る)を許可していないため、ネットワークによって発生しないようにする責任がある
たとえば、対応するラジオベアラーの解放および追加やfull configration(文意わからず)の使用など

## 6.5 SDAP Sublayer
SDAPの主なサービスと機能
* QoS flow と data radio bearer のマッピング
* DLとULパケットの QoS flow ID (QFI)のマーキング
SDAPの単一プロトコルのエンティティは、それぞれの独立したPDUセッションに合わせて設定する