この記事は、TR38.821 Solutions for NR to support NTN(v16.1.0)の
8.4 Transport aspects について筆者なりの解釈を記載したものです。
前回の8.3章を読んでからのほうがわかりやすいかもしれません。
TR38.821 Solutions for NR to support NTNを読む (8.3章 Mobility) - omusubi techblog
※文中の赤文字は筆者コメントであり、正しい解釈とは限りません。
- 8.4 Transport aspects
- 8.4.1 Characteristics of transport links in NTN
- 8.4.2 Transporting F1 over the SRI
- 8.4.3 Applicability of Xn to NTNs
8.4 Transport aspects
NTNに関わるトランスポートNWについて考察する。
透過型の場合：NTN-GWは一つ以上の衛星とSRIを介して接続する。
再生中継型の場合：NTN-GWは一つ以上の衛星とSRIを介して接続する、もしくは一つ以上の衛星とISLを介して間接的に接続する。したがって、NGプロトコルはSRIもしくはISLで伝送されることもある。
衛星はトランスポートNWのルーティング機能を持つこともできるが、これは3GPP RANのスコープ外となる。
SRIは3GPP-RANのプロコトル、すなわちNGインタフェース信号を伝送する。
※F1プロトコルも伝送できそうだけど、NGのみ言及？
ISLは下記を伝送可能。
- Xnインタフェース信号
- データパケット
- NGインタフェース信号
- F1インタフェース信号
※SRIでも上記は伝送可能と思われるのであえて分けた理由が謎
8.4.1 Characteristics of transport links in NTN
8.4.1.1 Characteristics of SRI on the feeder link
SRI上での転送は、以下の制約を受ける場合がある。
- 地球上の輸送リンクに比べて伝搬遅延が長い 。地球-衛星リンクの典型的な長さは、数千km（LEOシナリオ）から数万km（GEO シナリオ）である。したがって、SRI上の片道遅延は、6 ms（LEO、600 km、高度10°）から136 ms（GEO、35,788 km、高度10°）までとなる。
- SRI がミリ波で動作する場合、地上伝送リンクに比べて断となる可能性が高くなる。ミリ波は伝搬障害（例：雨による減衰）の影響を大きく受けます。しかし、これはUplinkPowerControl、適応符号化変調方式、スペース・ダイバーシティ方式によって緩和されます。通常、フィーダーリンクは、サイトダイバーシティで最大99.999%の可用性を実現するように設計されている。
- SRIが利用できなくなる可能性がある
a. SRIがミリ波で動作する場合、大気による減衰のため
b. LEO衛星の場合、衛星が地平線の下に消えたとき
したがって、シームレスなサービス継続と中断時間 0ms を確保するために、モビリティ管理が通常行われる。
透過型の場合
- GEOまたはLEO衛星は、ある時点では、複数のNTN-GWに接続することができる。各NTN-GWは、衛星の異なる無線リソースに対応する。
- フィーダリンクの切替は、2 つの異なる無線リソースを同時に使用して行うことができ、パケットロスの少ない切替を実現する。この手順はネットワーク起因のものである。
再生型の場合
- LEO衛星は、フィーダリンクの切替時を除き、一度に1台のNTN-GWにしか接続できないため、Make Before Break方式によるシームレスなサービス継続が可能
※なぜLEO衛星は１台のみ？要調査 - フィーダリンクの切替損失が少ない切り替えを実施するために、make before break 戦略に基づく。これは、レイヤー 3 以下の NG-RAN 手順では UE に対して透過的である。この手順は、ネットワーク起因のものである。
8.4.1.2 Characteristics of Inter Satellite link
LEO の場合、ISL の片方向伝搬遅延は、コンステレーションに依存する
※コンステレーション＝複数の衛星の配置的なイメージ
（10ms 程度の値が一般的と考えられる）
LEO衛星の衛星間通信は、一般的に99.999%の可用性を持つ。
8.4.1.3 Characteristics of NTN GW
透過型の場合
NTN-GWはNR-Uuインタフェースの信号を転送するために必要な全ての機能をサポートする。
再生型の場合
NTN-GWはトランスポートネットワ層のノードであり、例えば、NTN-GWはIPルーターとして機能するなど、必要なトランスポートプロトコルを全てサポートする。
SRIはNTN -GWと衛星の間にIPトランク接続を提供し、それぞれNGまたはF1インタフェースを伝送する
8.4.1.4 Ephemeris
衛星エフェメリス情報（軌道情報）は、NTNベースのNG-RANにおける共通の、遅延やドップラーシフトの変動に対する事前・事後補償と同様に、フィーダーリンク切替発生、モビリティ管理イベント（Idleおよびconnected）、無線リソース管理の予測に使用可能である。
衛星エフェメリス情報は、5GCのモビリティ管理などにも有用な場合がある。
RANと5GCで衛星エフェメリス情報を設定するためのOAM要件があるかもしれない。
エフェメリス情報は、デファクトスタンダードであるTLE（Two-Line
Element）フォーマットを用いて、ASCIIファイルで表現可能。
8.4.2 Transporting F1 over the SRI
TS38.401（NG-RAN;Architecture description)の定義によると、CUはRRC,SDAP,PDCPプロトコルを管理し、DUはRLC,MAC,PHYレイヤーを管理する、CUは1つ以上のDUを運用可能である。
F1(CU-DU間のインタフェース)がSRI上で伝送される場合、上記の機能は8.4.1.1 Characteristics of SRI on the feeder link で述べたSRIの特徴による制約を受ける可能性がある。
長い伝搬遅延は、実装次第ではあるが適切なタイマ設定を施すことで、NTNユースケースによる様々なプロトコル運用が、阻害されないようにできるかもしれない。
※伝搬遅延大きいけど、タイマのチューニングすればいけるっしょ的な
また、RRCをCUが終端するという事実が大きな課題になり得る。
CUが地上にある場合、UEとCU間の単一のRRCメッセージの往復時間は、地球と衛星のリンクの2倍に相当する（RRCメッセージはNR-Uuを経由し、F1上を伝送されてSRIを通過する）。現在の NR RRC がこのような制約に耐えられるかどうかに関係なく、gNB-DUが衛星に搭載されるアーキテクチャは、RRCレイテンシという観点で他より不利となる可能性がある。
※RRCの確立・開放みたいなRACH手順にすげー時間かかるよ的な
回線断可能性の影響は、ミリ波周波数帯の地球-衛星リンクの典型的な最大断時間と、CU が UE を見失ったと判断し、コンテキスト削除を開始するまでの時間（通常 1 分未満）を比較することで分析可能である。SRIが停止した場合、CUの運用に悪影響が生じる。
さらに、CU と UE の間に 2 つの地球-衛星パスが存在するため、SRIの性能にもよるが、断の確率が両方のパスのそれぞれの断確率を合わせたものとなり、gNB-DUが衛星搭載のアーキテクチャは、回線断の点でも他のアーキテクチャと比べて影響が大きい。
SCTPマルチホーミング、またはCUとDU間の複数のSCTPアソシエーションを利用して、同じF1インタフェースを伝送するために複数の地球-衛星リンクを使用すると、遅延が追加になる部分はあるものの、障害またはゲートウェイ切り替えによるSRI使用不可を軽減できる可能性がある。
※ISLで別パスを構成するとか、複数のNTN-GWと接続するとか？
地球局が遠くなればなるほど、リンク停止は相関を失い、リンク停止合計確率は減少するが、CUまでの総距離（F1の遅延）は増加し、遅延は増加する。
したがって、リンク停止確率とF1遅延はトレードオフになる。
※地球局から遠くなるほどリンク停止確率が減るのはなぜか・・・見通しがとれるから？GEOが一番OutageProbabilityが低くなる？
8.4.3 Applicability of Xn to NTNs
8.4.3.1 List of Current Xn Functions
TS38.420 Xn general aspects and principles内でサポートされている機能に対する、NTN適用時の制約に関する寄書は、StudyItemの時点ではなかった。
8.4.3.2 Inter-Satellite Xn
両方の衛星gNBが同じAMFに接続されていることを前提に、衛星間XnのUEモビリティ管理は有用であると考えられる。
純粋にアーキテクチャの観点から、NR-DCは（一方の衛星がMasterNode,他方がSecondaryNodeとなる）排除されるものではないが、NR-DCがサポートされると結論づけるには、さらなる分析（例えば、RAN3のスコープ外であるRRC観点）が必要である。
この場合、例えばコンスタレーション再構成の一環として、1つの
衛星が別の衛星にセルのアクティベーション／非アクティベーションを通知することで、省電力的な何らかの恩恵もアーキテクチャの観点から排除されるものではない。
※複数の衛星gNBでのCA/DC的なのも無くはないよね～的な
Xn-Uの機能はモビリティとDCに適用されるため、同じように考慮する必要がある
したがって、衛星間Xnは有益であると考えられるが、このようなシナリオでのNR
DCの実現性を評価するためには、さらなる分析が必要である。
トポロジーの観点からは、衛星間 Xn は ISL 上で直接伝達されるか、SRI を介して伝達される。
8.4.3.3 On-ground NTN-terrestrial Xn
これは、地上に設置されたgNBと地上gNB間のXnベースのUEモビリティとNR
DC機能をサポートするもので、両方gNBが同じAMFに接続することが条件とされる。
※透過型もしくはgNB-DUだけ衛星に搭載されている場合
もう一つの特徴は、Xnを介した地球-衛星間セルのアクティブ化／非アクティブ化の通知をサポートすることである。
例えば、地上のgNBは、同じエリアをカバーする衛星に、1つ以上のセルをオフにすることを通知し、衛星は対応するカバーエリアの「引継」を行うことが可能である（その逆も然り）。しかし、これらの機能の利点は評価されていない。
※NTNセルでのカバーエリアを、地上gNBにおまかせしたり、されたりもできるらしい。何が嬉しいかわからないので使われなさそうな気もする
8.4.3.4 Transporting Xn over SRI
衛星搭載gNBと地上gNBの間の地球-衛星間リンクでのXn伝送はチャレンジングであるが、SRIの性能次第では可能と考えられる。
例えば、LEOのシナリオでは、衛星が地平線の下に移動すると、地上gNBへのXnインタフェースはすべて利用できなくなり、関連する地上gNBのアプリケーションプロトコルやSCTPレベルでもその後の処理が引き起こされる。衛星が地平線上に現れると、その逆のことが起こり、地上gNBとXnを確立し始める。
これは、LEO衛星の視認性次第で、C-plane信号の輻輳にも繋がりかねない問題を有する。
さらに、SRIの断にによって、Xnが利用不可となる時間も想定され、これはSRI断のたびに地上局とのC-plane信号が輻輳が発生する問題も有している。
したがって、このXn over SRIの構成については評価されなかった。
※Xnは影響が大きすぎるのであまりSRIというか衛星回線に載せたくない模様
