附錄 通訊協定堆疊

為何通訊協定分成數層運作？ 每一層為較高層提供特定的服務/功能，不須讓高層知曉內部施作的細節 不同層級的通訊協定 可獨立運作，各司其 職，分工合作、相互 搭配 各層專注於份內的執 掌，有助於有效地處 理工作 模組化，抽換/更新 容易

通訊協定分成數層運作 以郵務的分工作比喻

Layered Concepts — Service Access Point

運作範例 (1/2) TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol NAP: Network Access Protocol 運作範例 (1/2) 140.125.20.43 168.95.1.168

運作範例 (2/2) 設A主機之應用程式App X(使用埠號1)欲 傳送資料至B主機之App X(對應埠號3)，A 之App X即把訊息交付給旗下的TCP並指定 接收端為B主機之埠號3，TCP即接手後續 TCP再把訊息交付給下層的IP並告知必要的指引(B主機之IP地址)，以利IP繼續接手 IP不需知道收端的埠號，它僅需知道資料須送達B主機即夠 IP層再把訊息交付給旗下的「網路存取層」(network access layer或稱layer-2)並告知資料將由路由器J繼續接手 使用MAC(網卡)進行定址 TCP主要工作為確保資料安然送達並保證資料依正確的順序抵達目的地端(包含重送與流量控制機制) IP主要功用為路徑選擇，將資料從發送端繞送至目的端，途中可能經過若干個中繼節點(路由器)，以接力(hop-by-hop)的方式完成傳遞 網路存取層將封包從一個裝置的網路層傳輸到另外一個裝置的網路層，二個裝置通常連接於同一區域網路內，Ethernet或WiFi為常見技術

IP封包繞送 Router (路由器) uses routing table to direct packets to the appropriate interface (路徑選擇) Target Interface 2.0.0.0/24 a 3.0.0.0/24 b 4.0.0.0/24 c 3.0.0.2 3.0.0.3 3.0.0.4 b a Dest = 3.0.0.4 Router c 4.0.0.5 4.0.0.6

Protocol Encapsulation 每一層將資料傳至下層之前，於資料區塊的前端附加標頭(header)的控制資訊，標頭記錄了該資料塊相對於該層的特性及處理指引。每一層將上層傳來的資料連同新加的標頭再送至下一層作處理，這個過程稱為資料封裝 Protocol Encapsulation A block of information exchanged at any protocol level is referred to as protocol data units (PDUs) Header + Data (payload) + Trailer Destination Port Sequence number Checksum Be transmitted across one or more subnetworks, and relayed through one or more intermediate routers. This operation also requires some control information. Presented in network access layer. The packet is transmitted across the subnetwork to router J. IP header is examined at router J. On the basis of the destination address information in the IP header. The reverse process At each layer, the corresponding header is removed, and the remainder is passed on to the next higher layer, until the original user data are delivered to the destination application A block of data exchanged at any protocol level is referred to as PDUs. Destination IP Address Source IP address Dest. Network Address Priority info

Protocol Encapsulation, Decapsulation (解封裝)

Fragmentation and Reassembly (分割與組裝還原) 高層傳下來的資料塊稱為Service Data Unit (SDU)，經過通訊協定處理之 後，可能分成數個 片段再交由下層作 後續處理 LLC Service Data Unit (SDU) MAC Protocol Data Unit (PDU) PHY SDU H C H C H D R C H C D Payload R D Payload R Payload R D Payload R R C R C C R C PDU PDU PDU PDU

LTE多重存取機制 … 主要於MAC層實現

LTE系統架構 eNodeB透過S1介面與核心網路連結，eNodeB之間透過X2介面互聯； (網際網路，Internet) eNodeB透過S1介面與核心網路連結，eNodeB之間透過X2介面互聯； 為了負載平衡與容錯備份考量，eNodeB和MME/S-GW之間可有多對多連接

RRC … 猶如指揮官，主管UE與eNB之間的連接 RRC (radio resource control)協定存在於UE 及eNodeB中，它是LTE空中接口(air interface) 控制面的一部分 RRC的主要功能 與非接入層(NAS)相關的系統信息的廣播 與接入層(AS)相關的系統信息的廣播 尋呼(paging) 建立、維護和釋放UE與eNodeB之間的RRC連接 安全功能包括密鑰管理 點對點無線電承載的建立、配置、維護和釋出(解除承載) 移動功能 QoS管理 UE測量報告和控制報告 NAS直接向/從UE轉發NAS相關訊息 Control plane User plane

用戶面 控制面

User Plane (上頁之簡圖) http://lena.cttc.es/manual/lte.html

LTE無線接取協定與訊息處理流程 (payload) 多工

何謂「承載」(Bearer)？ http://bit.ly/2mnjYJ0 「承載」負責系統內的資料傳遞，從用戶端裝置一直到P-GW為止，它是兩端點之間的“虛擬”連接(邏輯連線+路徑設定)，滿足一定的服務品質要求 不同服務品質需求的封包透過不同的承載運送；相同服務品質需求的封包行經相同的傳遞路徑抵達另一端 EPC: Evolved Packet Core EPS: Evolved Packet System E-RAB: E-UTRAN Radio Access Bearer

RLC (無線鏈路控制) 主要功能 三種工作模式 傳輸上層的數據包(protocol data unit, PDU) 透過ARQ(自動重傳)進行傳輸錯誤的改正 為來自上層的數據包進行連接(concatenation)、分段和組裝 為來自上層的數據包重新分段 依順序把數據包遞送給上層 重複(duplicate)封包的檢測 通訊協定處理錯誤的檢測和恢復 丟棄上層的數據包 RLC重建 三種工作模式 透明模式(transparent mode, TM)、確認模式(acknowledged mode, AM)、非確認模式(unacknowledged mode, UM) http://www.3glteinfo.com/lte-rlc-arq-procedure/

RLC與其它層級的互動關係 透明模式 非確認模式 確認模式 http://www.sharetechnote.com/html/RLC_LTE.html

RLC的ARQ (自動重送) 具錯誤檢測和回復功能的ARQ機制僅在AM模式中運作 當發送端的RLC實體開始輪詢(polling)時，ARQ機制隨即啟動 右圖為AM RLC entity (AM實體) 每當接收端接收到RLC數據 包之輪詢位元(polling bit) 設為1時，接收RLC AM實 體提供所有先前接收到的未 被確認的狀態信息，將狀態 信息回報給發送端 http://www.sharetechnote.com/html/RLC_LTE.html

RLC的ARQ範例

MAC (Media Access Control)媒介存取控制 MAC層接受來自上層(RLC)的邏輯通道，經處理後，以傳輸通道的方式輸出到下層的實體層(物理層)，功能： 邏輯通道與傳輸通道之間的映射(mapping)與多工 根據不同優先等 級的訊務進行動 態的資源調度 把屬於單一或不 同邏輯通道的 MAC SDU多工 組合成傳輸區塊 ，再透過傳輸通 道傳送到實體層 選擇傳輸格式實 現動態的速率自適應 混合自動重傳(HARQ)的偵錯 RObust Header Compression (強健式的標頭壓縮機制)

MAC層的通道映射 (1/2) 邏輯通道與傳輸通道之間的對應 http://bit.ly/2n8hpWV 下行通道的映射 傳送訊務 邏輯通道與傳輸通道之間的對應 http://bit.ly/2n8hpWV 下行通道的映射 傳送訊務 (其他為控制通道，傳送control plane訊息) Dedicated Traffic Channel (DTCH): A point-to-point, bi-directional channel used between a given UE and the network. It can exist in both uplink and downlink. Multicast Traffic Channel (MTCH): A unidirectional, point-to-multipoint data channel that transmits traffic data from the network to UEs. It is associated with the multicast/broadcast service.

MAC層的通道映射 (2/2) 上行通道的映射 CCCH：通用控制通道，用於RRC連接建立期間傳送控制信息(上行和下行鏈路兩方向) DCCH：專用控制通道；當UE與eNodeB具有無線電資源控制(RRC)連接時，用於傳送與特定UE相關的專用控制信息(上行和下行鏈路兩方向)

邏輯通道名稱 通道(信道)名稱 傳送控制訊息 傳送使用者資料 BCCH (Broadcast Control Channel)   PCCH (Paging Control Channel) CCCH (Common Control Channel) DCCH (Dedicated Control Channel) MCCH (Multicast Control Channel) DTCH (Dedicated Traffic Channel) MTCH (Multicast Traffic Channel)

傳輸通道名稱 通道(信道)名稱 下行 上行 BCH (Broadcast Channel)   DL-SCH (Downlink Shared Channel) PCH (Paging Channel) MCH (Multicast Channel) UL-SCH (Uplink Shared Channel) RACH (Random Access Channel)

隨機接入(Random Access)程序 使用時機 「隨機接入」是UE能從網路收送資料封包前的前置程序 空閒狀態的終端透過此程序與網路進行連接 首先建立「執行控制功能」的連接(RRC connection) 終端機由IDLE狀態轉換為CONNECTED狀態，之後透過RRC控制功能建立數據通信的連接，始能進行數據通信 UE可能因長時間未進行上行訊號的發送而失去上行同步，此時若有上行或下行的數據需傳送，終端亦須執行「隨機接入」程序 (Preamble) https://www.youtube.com/watch?v=FVjVe7SUYGU (Response) (RRC connection request) (RRC connection setup)