5G-RAN与语义通信RAN

1️⃣ RAN协议栈与TCP/IP五层协议栈的对应关系

a. 物理层（TCP/IP） ↔PHY（RAN）

• 对应关系：5G NR RAN的物理层直接对应TCP/IP的物理层。
• 功能对比：
  • TCP/IP物理层：负责比特流的物理传输，如通过电缆、光纤或无线介质传输信号。
  • RAN物理层：处理无线信号的调制、编码、信道估计和传输（如OFDM、LDPC编码）。在5G NR中，物理层负责将数据映射到无线信道（如PDSCH、PUSCH）。
• RAN架构实现：RAN的射频单元（RU）和低层基带处理（Low-PHY）实现物理层功能，处理无线信号的发送和接收。
• 语义通信改进：在语义通信中，RAN物理层可根据语义重要性调整调制编码方案（如高优先级数据使用更鲁棒的低阶调制，低优先级数据使用高阶调制以节省资源）

b. 数据链路层（TCP/IP） ↔ MAC层 + RLC层（RAN）

• 对应关系：5G NR的MAC层和RLC层共同对应TCP/IP的数据链路层。

• 功能对比：

  • TCP/IP数据链路层：负责相邻节点间的数据帧传输、差错检测（如CRC）、流量控制和介质访问控制（如以太网的CSMA/CD）。
  • RAN MAC层：负责资源调度、逻辑信道到物理信道的映射、HARQ差错控制，功能类似于TCP/IP数据链路层的介质访问控制部分。
  • RAN RLC层：处理数据分段、重组、ARQ差错控制和传输顺序管理，功能类似于TCP/IP数据链路层的帧处理和可靠性保障。

• RAN架构实现：MAC层和RLC层由RAN的分布式单元（DU）实现，MAC层处理资源分配和调度，RLC层确保数据包的可靠传输。

• 语义通信改进：

  • MAC层可引入语义感知调度器，根据数据语义重要性分配资源（如高优先级数据优先调度）。
  • RLC层可实现差异化重传机制，针对高优先级数据严格重传，低优先级数据减少重传以优化资源。

c. 网络层（TCP/IP） ↔ PDCP层 + SDAP层（部分功能，RAN）

• 对应关系：5G NR的PDCP层和SDAP层部分对应TCP/IP的网络层，但RAN的职责仅覆盖无线接入部分，完整的网络层功能（如IP路由）由核心网（5GC）实现。
• 功能对比：
  • TCP/IP网络层：负责数据包的端到端路由和转发（如IP协议），包括地址分配和路径选择。
  • RAN PDCP层：处理数据包的压缩、加密、完整性保护和重传管理，类似于网络层的数据包处理功能，但专注于无线链路的可靠性。
  • RAN SDAP层：管理QoS流与数据承载的映射，类似于网络层中基于服务质量的流量管理。
• RAN架构实现：PDCP层和SDAP层通常由RAN的分布式单元（DU）或集中式单元（CU）实现，负责数据包的高层处理和QoS管理。
• 语义通信改进：
  • PDCP层可添加语义优先级标签（如通过头字段），指导差异化处理。
  • SDAP层可根据语义重要性优化QoS流映射，例如为关键数据分配高优先级承载。
• 注意：TCP/IP网络层的路由功能（如IP地址解析和跨网络转发）主要由核心网的UPF（User Plane Function）实现，RAN本身不直接处理完整的网络层功能。

d. 传输层（TCP/IP） ↔ 核心网功能（非RAN直接对应）

• 对应关系：5G NR RAN协议栈不直接实现TCP/IP传输层的功能（如TCP、UDP）。传输层功能由用户设备（UE）和核心网（或外部网络）处理。
• 功能对比：
  • TCP/IP传输层：提供端到端的可靠传输（如TCP的连接管理和拥塞控制）或不可靠传输（如UDP）。
  • RAN协议栈：RAN的PDCP层和RLC层虽然提供部分可靠性功能（如重传、顺序控制），但这些功能局限于无线链路，与TCP/IP传输层的端到端机制不同。
• RAN架构实现：RAN不直接处理传输层协议，TCP/UDP由UE和核心网的应用层服务器或网关（如UPF）实现。
• 语义通信改进：虽然RAN本身不直接涉及传输层，但可以通过跨层协同（如将语义信息传递到核心网）间接影响传输层的优化。例如，RAN可通过SDAP层标记语义优先级，供核心网的传输层协议参考

e. 应用层（TCP/IP） ↔ 无直接对应（RAN外部）

• 对应关系：5G NR RAN协议栈不涉及TCP/IP的应用层。应用层功能由用户设备或外部网络（如互联网服务器）实现。
• 功能对比：
  • TCP/IP应用层：处理用户级服务（如HTTP、FTP、DNS），直接与用户交互。
  • RAN协议栈：RAN的SDAP层和RRC层（控制平面）提供QoS管理和信令支持，但不直接实现应用层功能。
• RAN架构实现：RAN的角色是提供无线接入和数据传输支持，应用层逻辑由UE或核心网之外的服务器处理。
• 语义通信改进：在语义通信中，RAN可通过SDAP层或RRC层将语义重要性信息传递到核心网或UE，间接支持应用层的语义优化（如优先处理关键应用数据）。