L2 je vrstva spojení dat (Data Link Layer) v protokolovém zásobníku 3GPP, která je odpovědná za spolehlivý přenos dat mezi uzly, řízení chyb a řízení toku dat. Je dále členěna na podsložky MAC, RLC a PDCP.

Popis

Vrstva 2, vrstva spojení dat (Data Link Layer), je v systémech 3GPP komplexní protokolová vrstva umístěná mezi fyzickou vrstvou (L1) a síťovou vrstvou (L3). Je odpovědná za spolehlivý a uspořádaný přenos datových rámců mezi dvěma přímo spojenými uzly – typicky mezi uživatelským zařízením (UE) a základnovou stanicí (NodeB, eNB, gNB). Aby zvládla své rozmanité úkoly, je vrstva 2 v 3GPP architektonicky rozdělena do tří klíčových podsložek: podsložku řízení přístupu k médiu (MAC), podsložku řízení rádiového spoje (RLC) a podsložku protokolu konvergence paketových dat (PDCP). Každá podsložka má odlišné funkce, které společně zajišťují přístup ke sdílenému médiu, opravu chyb a zabezpečení dat.

Podsložka MAC je nejnižší v rámci L2. Jejím hlavním úkolem je řídit přístup ke sdíleným rádiovým zdrojům. Provádí multiplexování logických kanálů, mapování více logických kanálů (např. pro různé přenosy nebo služby) na dostupné transportní kanály poskytované fyzickou vrstvou. Vrstva MAC také řeší plánování, kdy rozhoduje o tom, které UE dostane které rádiové zdroje a kdy, na základě priorit a požadavků na kvalitu služeb (QoS). Implementuje hybridní automatické opakování žádosti (HARQ) pro rychlé retransmise na úrovni fyzické vrstvy, což poskytuje první linii obrany proti chybám přenosu.

Nad MAC funguje podsložka RLC v jednom ze tří režimů: transparentním režimu (TM), nepotvrzovaném režimu (UM) a potvrzovaném režimu (AM). Její základní funkce zahrnují segmentaci a zpětné sestavování paketů z vyšších vrstev, aby odpovídaly velikosti transportního bloku, konkatenaci a doručování v pořadí. V režimu AM zajišťuje spolehlivý přenos dat prostřednictvím vlastního mechanismu ARQ, přeposílá jakékoli datové jednotky protokolu RLC (PDU), které nebyly příjemcem potvrzeny. Tím zajišťuje integritu dat tam, kde je to požadováno. Nejvyšší podsložka, PDCP, je odpovědná za kompresi hlaviček (pomocí Robust Header Compression - ROHC) pro zlepšení spektrální účinnosti, šifrování a ochranu integrity pro data uživatelské a řídicí roviny, a také za doručování v pořadí a odstraňování duplicit během předávání spojení. V 5G také PDCP zajišťuje duplikaci dat pro přenosy s ultra-spolehlivou komunikací s nízkou latencí (URLLC).

K čemu slouží

Vrstva 2 existuje za účelem vytvoření spolehlivého komunikačního spoje nad inherentně nespolehlivou fyzickou vrstvou. Fyzická vrstva přenáší surové bity, které jsou náchylné k chybám, ztrátám a kolizím ve sdíleném médiu. L2 tyto problémy řeší implementací řízení chyb (pomocí HARQ a ARQ v RLC), řízení toku dat a koordinace přístupu k médiu. Její vznik byl motivován potřebou podporovat různé služby (hlas, video, data) s odlišnými požadavky na kvalitu služeb (QoS) přes jediné rádiové rozhraní.

Historicky se architektura L2 v 3GPP vyvinula z jednodušší L2 v GSM ke složitější třípodsložkové struktuře v UMTS (R99), která byla nezbytná pro efektivní podporu paketově přepínaných datových služeb. Omezení jediného protokolu spojení dat byla vyřešena oddělením odpovědností: MAC pro dynamické sdílení zdrojů, RLC pro spolehlivou segmentaci a doručování a PDCP pro efektivitu hlaviček a zabezpečení. Tento modulární návrh umožnil optimalizovat každou podsložku nezávisle napříč generacemi. Například PDCP bylo v LTE vylepšeno pro zajištění zabezpečení veškerého provozu a v 5G bylo dále rozšířeno pro podporu duplikace dat a robustnější ochrany integrity, čímž reagovalo na potřeby nových případů užití, jako jsou V2X a průmyslový IoT.

Klíčové vlastnosti

• Strukturována do podsložek MAC, RLC a PDCP s odlišnými funkcemi
• MAC zajišťuje dynamické plánování, multiplexování logických kanálů a HARQ
• RLC poskytuje segmentaci, opravu chyb založenou na ARQ a doručování v pořadí
• PDCP provádí kompresi hlaviček, šifrování a ochranu integrity
• Podporuje více režimů RLC (TM, UM, AM) pro různé požadavky služeb
• Spravuje přenos dat během předání spojení (přeřazování v PDCP, duplikace v 5G)

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TR 22.832 (Rel-17) — Study on cyber-physical control in vertical domains
• TS 25.201 (Rel-19) — UTRA Physical Layer General Description
• TS 25.222 (Rel-19) — UTRA TDD Multiplexing & Channel Coding
• TS 25.301 (Rel-19) — UE-UTRAN Radio Interface Protocol Architecture
• TS 25.302 (Rel-19) — UTRA Physical Layer Services
• TS 25.321 (Rel-19) — MAC Protocol Specification for UTRAN
• TS 25.322 (Rel-19) — RLC Protocol Specification
• TS 25.323 (Rel-19) — Packet Data Convergence Protocol (PDCP) Specification
• TS 25.324 (Rel-19) — Broadcast/Multicast Control Protocol
• TS 25.331 (Rel-19) — UTRAN RRC Protocol Specification
• TS 25.402 (Rel-19) — UTRAN Synchronisation Mechanisms
• TS 25.433 (Rel-19) — Node B Application Part (NBAP) Protocol
• TS 25.874 (Rel-11) — HSPA Feedback & Signalling Efficiency for LCR TDD
• TR 25.931 (Rel-19) — UTRAN Signalling Procedures Examples
• … a dalších 7 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: L2 na 3GPP Explorer