5G PDU – Protocol Data Unit nella rete mobile
Nel contesto delle reti mobili 5G, il termine PDU (Protocol Data Unit) è fondamentale per comprendere il funzionamento del piano utente e dei meccanismi di trasporto dei dati. Una PDU rappresenta un’unità di dati trasmessa tra due entità di protocollo, e il suo ruolo si estende lungo tutta la catena di protocollo, dal livello applicativo fino allo strato fisico. Oggi voglio spiegarti cosa significa veramente una PDU in 5G, quali sono i tipi principali, dove viene utilizzata e perché è essenziale per il corretto funzionamento delle reti NR (New Radio).
Cosa significa PDU nel 5G
Una Protocol Data Unit è l’unità di informazione che viene trasferita tra due layer adiacenti in una pila protocollare. Ogni strato (RRC, PDCP, RLC, MAC, PHY, ecc.) ha le sue PDU, con struttura e contenuti diversi. Questo concetto non è nuovo nelle reti, ma in 5G assume un’importanza ancora maggiore perché è alla base della comunicazione user-plane e control-plane, sia in modalità Standalone (SA) che Non-Standalone (NSA).
Tipi principali di PDU nelle reti 5G
Nella rete 5G NR, ogni layer genera e gestisce le proprie PDU. Ecco i principali:
- PDCP PDU (Packet Data Convergence Protocol): incapsula i pacchetti IP dell’utente, aggiunge header PDCP e può effettuare cifratura e compressione.
- RLC PDU (Radio Link Control): gestisce segmentazione, ri-assemblaggio e ritrasmissioni ARQ. Può operare in modalità AM (Acknowledged Mode), UM (Unacknowledged Mode) o TM (Transparent Mode).
- MAC PDU (Medium Access Control): gestisce la multiplexing tra diversi flussi logici e le risorse radio assegnate.
- PHY PDU (Physical Layer): rappresenta i bit che vengono effettivamente trasmessi sull’interfaccia radio, tramite modulazione e codifica.
Struttura di una PDU
La struttura di una PDU varia da layer a layer, ma solitamente include almeno:
- Un intestazione (header) con informazioni di controllo
- Un payload con i dati dell’utente o dei livelli superiori
- Opzionalmente, un footer per checksum o controllo di errore
Uso della PDU nel 5G Core
Nel core 5G (5GC), il concetto di PDU è anche utilizzato nella gestione delle sessioni. Quando un dispositivo stabilisce una connessione dati, viene creata una PDU Session. Essa rappresenta il canale logico tra l’UE (User Equipment) e la rete dati esterna (DN – Data Network).
La PDU Session è gestita da entità fondamentali come:
- SMF (Session Management Function): responsabile della creazione, modifica e rimozione delle PDU Session.
- UPF (User Plane Function): inoltra il traffico IP/N6 e applica policy su ogni flusso PDU.
Tipi di PDU Session supportate
Relazione tra PDU e QoS (Quality of Service)
Ogni sessione PDU può avere associati diversi flussi QoS, ognuno dei quali gestisce un tipo specifico di traffico (video, VoNR, dati). A livello tecnico, la PDU e il QoS Flow sono legati tramite i concetti di QFI (QoS Flow Identifier) e GBR/non-GBR. Questo meccanismo è cruciale per garantire priorità e larghezza di banda a servizi critici nel 5G come mMTC (massive Machine Type Communication) o URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication).
PDU e SDAP – Service Data Adaptation Protocol
Nel 5G, uno strato chiamato SDAP è introdotto tra PDCP e il livello superiore per mappare i flussi QoS verso le PDU appropriate. SDAP inserisce un’intestazione (SDAP header) che contiene il QFI, essenziale per garantire l’associazione corretta dei pacchetti al servizio previsto.
PDU nel contesto SA e NSA
In una rete Standalone (SA), l’architettura PDU è pienamente gestita dal 5GC. In modalità Non-Standalone (NSA), l’architettura PDU viene gestita ancora dal core 4G (EPC), con limitazioni sulla flessibilità dei flussi dati. Tuttavia, il concetto base di PDU rimane coerente.
Confronto tra PDU nei vari strati
| Layer | Tipo di PDU | Funzione |
|---|---|---|
| PDCP | PDCP PDU | Header compression, encryption |
| RLC | RLC PDU | Segmentation, ARQ |
| MAC | MAC PDU | Multiplexing, scheduling |
| PHY | PHY PDU | Modulation, error correction |
Perché comprendere la PDU è essenziale
Conoscere a fondo il concetto di PDU ti permette di capire il comportamento del traffico dati, come avviene la gestione delle risorse radio e l’effettiva trasmissione tra utente e rete. In contesti come il troubleshooting, l’analisi di pacchetti o l’ottimizzazione della rete, avere chiaro come funziona ogni tipo di PDU ti fornisce un vantaggio tecnico enorme.
Domani potremmo approfondire come il protocollo RLC lavora con le PDU per garantire l’affidabilità della comunicazione nei diversi scenari 5G, specialmente quando si tratta di latenze ultra basse o traffico mission-critical.