5G MAC : fonctionnement du contrôle d’accès au support

5G MAC : fonctionnement du contrôle d’accès au support

Aujourd’hui on va voir comment le sous-système MAC de la 5G gère l’accès au support radio, en s’appuyant sur des mécanismes complexes pour orchestrer la transmission des données entre les couches physiques et les couches supérieures.

Introduction au rôle de la couche MAC

La couche Medium Access Control (MAC) est une sous-couche de la couche Liaison de données dans l’architecture 5G NR (New Radio). Elle agit comme une interface essentielle entre la couche physique (PHY) et la couche supérieure RLC (Radio Link Control), en organisant l’accès aux ressources radio de manière efficace et dynamique.

Son rôle est de multiplexeur/démultiplexeur entre les différents flux de données, de contrôler le scheduling, de gérer la retransmission rapide (HARQ), et de configurer dynamiquement les ressources radio attribuées aux utilisateurs. Elle contribue directement à la faible latence, à la haute fiabilité et à la flexibilité caractéristique des réseaux 5G.

Fonctions principales du 5G MAC

• Multiplexage des canaux logiques : La couche MAC assemble des blocs de données provenant de multiples canaux logiques vers un canal de transport commun, en vue de leur transmission physique.
• Contrôle du multiplexage des canaux de transport : Elle organise le regroupement des données vers la couche physique sous forme d’unités de transport.
• Gestion HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) : Implémentation d’une retransmission rapide au niveau MAC pour compenser les pertes de paquets sans impact direct sur la couche supérieure.
• Allocation dynamique des ressources : Le MAC traite les ordres du scheduler (situé dans la couche supérieure du gNB) pour attribuer dynamiquement les ressources radio aux utilisateurs.
• Contrôle de la priorité : En cas de congestion ou de partage de ressources, le MAC applique des priorités selon le QoS et la configuration des flux.

Architecture et interaction avec les autres couches

Le 5G MAC reçoit les PDU (Protocol Data Units) de la couche RLC, les assemble, les programme pour la transmission et les transmet sous forme de TBS (Transport Block Set) à la couche physique. De plus, il reçoit de la couche PHY les données reçues, les recompose et les transfère à la couche RLC.

Il est situé dans l’entité gNB (gNodeB), mais ses fonctions peuvent être distribuées entre CU (Central Unit) et DU (Distributed Unit), en fonction des architectures déployées (C-RAN, Open RAN, etc.).

Planification et scheduling des ressources

Le scheduler joue un rôle central mais est externe à la couche MAC. Cependant, le MAC exécute les décisions du scheduler en matière de :

1. Distribution du spectre entre utilisateurs
2. Attribution temporelle (TTI, mini-slot, etc.)
3. Gestion des liens montants (UL) et descendants (DL)
4. Configuration des paramètres de modulation et codage (MCS)

Le MAC met en œuvre ces instructions en configurant les TB (Transport Blocks) transmis ou reçus par la couche physique, tout en assurant une gestion optimale des ressources selon la qualité du canal et la demande utilisateur.

HARQ et contrôle d’erreur rapide

Le mécanisme HARQ est essentiel dans la 5G pour maintenir une transmission efficace tout en assurant une tolérance aux erreurs. Contrairement à l’ARQ classique, le HARQ combine correction d’erreurs (FEC) et retransmission rapide sans intervention des couches supérieures. Le MAC maintient un buffer HARQ circulaire pour chaque processus actif (jusqu’à 16 processus parallèles en 5G).

Chaque retransmission utilise des redondances incrémentales (IR), permettant d’augmenter la probabilité de décodage sans réémettre complètement les données initiales, ce qui améliore la latence globale.

Format des unités MAC et schéma de multiplexage

La structure d’un PDU MAC est flexible. Elle peut contenir des SDU provenant de plusieurs canaux logiques, des éléments de contrôle (MAC CE), des commandes HARQ ou des signalisations spéciales (comme BSR – Buffer Status Report).

Le multiplexage permet donc de transmettre simultanément plusieurs types de contenus dans un seul bloc physique, optimisant ainsi l’utilisation du spectre disponible.

Signalisations spécifiques et MAC Control Elements

Le MAC transporte des éléments de contrôle importants pour l’autogestion du terminal, comme :

• BSR (Buffer Status Report) : Indique à la station de base la quantité de données en attente dans le terminal pour planifier des ressources en UL.
• PHR (Power Headroom Report) : Informe le réseau sur la marge de puissance restante pour évaluer la capacité d’émission.
• DRX Command : Utilisé pour piloter les cycles de sommeil/réveil des terminaux mobiles afin de réduire la consommation d’énergie.

Ces éléments permettent une adaptation dynamique du comportement du réseau en fonction des conditions réelles observées par l’équipement utilisateur (UE).

Relation avec la QoS et le slicing réseau

Dans le contexte 5G, le MAC participe indirectement à l’application des politiques QoS définies dans la couche supérieure. Il exécute les priorités déterminées pour chaque flux (5QI – 5G QoS Identifier), permettant au scheduler de favoriser les trames critiques par rapport aux flux best-effort.

Avec le slicing, plusieurs réseaux virtuels coexistent sur l’infrastructure physique. Le MAC contribue à l’isolement des slices via la gestion séparée des files d’attente et l’identification des SDU selon leur slice d’appartenance, garantissant une allocation conforme aux SLA.

La compréhension fine du fonctionnement du 5G MAC permet de mieux appréhender les performances des réseaux mobiles et leur capacité à répondre aux exigences différenciées des nouveaux cas d’usage. Pour aller plus loin, découvrez comment la couche RLC complète cette orchestration des flux en 5G.