超級(jí)基站RLC層UM傳輸模式的研究與實(shí)現(xiàn)

朱 健朱 瑩劉一峰馮揚(yáng)揚(yáng)

1.山西大學(xué)電力工程系；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）通信與電子工程系

超級(jí)基站RLC層UM傳輸模式的研究與實(shí)現(xiàn)

朱 健1朱 瑩2劉一峰2馮揚(yáng)揚(yáng)

1.山西大學(xué)電力工程系；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）通信與電子工程系

針對(duì)為解決爆炸性數(shù)據(jù)流量需求而提出的基于超級(jí)基站的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，研究了其協(xié)議棧軟件中的無(wú)線(xiàn)鏈路協(xié)議控制（RLC）層非確認(rèn)（UM）模式的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。主要闡述了在非確認(rèn)模式下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)如何設(shè)計(jì)，將UM模式分為兩個(gè)模塊，即接收模塊和發(fā)送模塊，介紹了兩個(gè)模塊中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

近年來(lái)，隨著智能手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸速率的要求越來(lái)越高。針對(duì)以上問(wèn)題，人們提出了各種解決方法，其中一種是基于超級(jí)基站的新型集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種架構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)是地面集中式基站，將天線(xiàn)留在之前基站的位置，通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)將所有基站的計(jì)算與信號(hào)處理設(shè)備集中部署在一個(gè)中央處理中心。超級(jí)基站根據(jù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，將基站系統(tǒng)解耦為4層資源，分別為光纖拉遠(yuǎn)射頻單元、多?；鶐幚沓?、多模協(xié)議處理池和管理控制池及全局資源管控。根據(jù)超級(jí)基站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)有：集中式架構(gòu)、集中式處理資源池化、智能資源控制和虛擬化及動(dòng)態(tài)資源分配。

超級(jí)基站協(xié)議棧

超級(jí)基站協(xié)議棧提供了用戶(hù)平面和控制平面的協(xié)議。用戶(hù)平面的協(xié)議用來(lái)傳遞用戶(hù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)，控制平面的協(xié)議用來(lái)傳遞信令信息。對(duì)于用戶(hù)平面的系統(tǒng)協(xié)議棧，其主要由分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層（PDCP），無(wú)線(xiàn)鏈路控制協(xié)議層（RLC）和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）三部分組成；控制平面的系統(tǒng)協(xié)議棧，主要由無(wú)線(xiàn)資源控制層（RRC）、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層（PDCP）、無(wú)線(xiàn)鏈路控制協(xié)議層（RLC）、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）和物理層（PHY）組成。

RLC層UM傳輸模式

RLC層簡(jiǎn)介

超級(jí)基站協(xié)議棧軟件中，RLC子層的功能由RLC實(shí)體來(lái)完成。RLC層實(shí)體根據(jù)RRC層的配置信息可配置為確認(rèn)模式（AM，Acknowledged Mode）、非確認(rèn)模式（UM，Unacknowledged Mode）、透明模式（TM，Transparent Mode）。TM和UM模式下，接收實(shí)體和發(fā)送實(shí)體是兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，即一個(gè)UM RLC實(shí)體或者TM RLC實(shí)體只支持單方向數(shù)據(jù)傳輸。而AM RLC實(shí)體支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，即發(fā)送端和接收端位于同一個(gè)RLC實(shí)體當(dāng)中。

RLC實(shí)體從上層接收SDU（service data unit），根據(jù)MAC層的調(diào)度信息判斷是否需要對(duì)該SDU進(jìn)行分段，再加上相應(yīng)的頭部信息之后形成RLC PDU（packet data unit），通過(guò)下層發(fā)送給對(duì)端實(shí)體；對(duì)端實(shí)體接收到RLC PDU后，還原為RLC SDU，并傳遞給上層。

RLC層UM數(shù)據(jù)傳輸模式關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

UM模式下數(shù)據(jù)傳輸，可以保證RLC SDU的按序遞交，但是由于PDU的重傳，所以會(huì)有丟包現(xiàn)象發(fā)生。

RLC UM發(fā)送實(shí)體將上層傳遞的SDU存儲(chǔ)在緩存區(qū)，然后按照下層的調(diào)度對(duì)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和串接，形成UMD PDU的數(shù)據(jù)部分，在添加頭部信息之后通過(guò)下層傳遞給RLC UM接收實(shí)體。

RLC UM接收實(shí)體首先對(duì)接收到的UMD PDU進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，將重復(fù)接收的數(shù)據(jù)丟棄，對(duì)亂序到達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，之后將UMD PDU還原為RLC SDU提交給上層。

UM模式主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

在RLC UM發(fā)送模塊和接收模塊，各自維護(hù)一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別為UmTxEntity和UmRxEntity具體實(shí)現(xiàn)如下：

UM發(fā)送模塊關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

分段串接功能實(shí)現(xiàn)

圖1 UM模式發(fā)送端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

圖2 UM模式接收端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

圖3 分段串接流功能程圖

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，RLC層會(huì)根據(jù)MAC層的調(diào)度構(gòu)造相應(yīng)大小的RLC PDU發(fā)送給MAC層。在構(gòu)造RLC PDU的過(guò)程中可能會(huì)有分段重組功能。RLC層將從PDCP層接收到的SDU存儲(chǔ)在發(fā)送緩存中，構(gòu)造RLC PDU時(shí)，根據(jù)MAC指示的數(shù)據(jù)大小，如果SDU字節(jié)大于MAC指示的字節(jié)，則需要對(duì)該SDU進(jìn)行分段，第一次只能發(fā)送MAC層指示的字節(jié)長(zhǎng)度；如果SDU字節(jié)小于MAC指示的字節(jié)，則需要將第二個(gè)SDU進(jìn)行分段，與第一個(gè)SDU串接進(jìn)行發(fā)送；如果SDU字節(jié)等于MAC指示字節(jié)，則不需要做任何改變，將該SDU添加頭部信息之后進(jìn)行發(fā)送。

分段串接功能的流程圖如下：

UM接收模塊關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

重組功能實(shí)現(xiàn)

圖4 重組功能流程圖

圖5 重復(fù)檢測(cè)流程圖

在發(fā)送端對(duì)發(fā)送緩存中的SDU進(jìn)行發(fā)送的過(guò)程中，根據(jù)MAC層的指示，會(huì)將SDU進(jìn)行分段或級(jí)聯(lián)，即在接收端接收到的PDU中，可能會(huì)含有多個(gè)SDU分段，所以在接收端需要判斷，接收到的RLC PDU中含有幾個(gè)SDU分段，取出相應(yīng)分段并進(jìn)行組合，組合成完整的SDU遞交給上層。

在組合過(guò)程中，如果某個(gè)SDU的某一分段沒(méi)有接收到，則該SDU不可以遞交給上層，直接丟棄。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以看出，在接收端實(shí)體中保存一組數(shù)組，用來(lái)存儲(chǔ)接收到的SDU分段，若第一次接收到的RLC PDU中只含有SDU的第一個(gè)分段，則將該SDU分段保存至數(shù)組中，待接收完全之后再遞交給上層；第二次接收到的PDU中含有SDU中間分段，繼續(xù)保存至數(shù)組中，直至接收到最后一個(gè)分段。

重復(fù)檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)某些RLC PDU可能因?yàn)檠舆t而導(dǎo)致亂序到達(dá)接收端，但并沒(méi)有丟失時(shí)，接收端可能會(huì)多次重復(fù)接收，重復(fù)檢測(cè)功能的目的就是檢查出重負(fù)接收的數(shù)據(jù)并將其丟棄，這樣就可以避免向高層多次提交同樣的數(shù)據(jù)而造成錯(cuò)誤。

UM模式下，接收端可以根據(jù)接收到的PDU的序列號(hào)來(lái)判斷是否重復(fù)接收。重復(fù)檢測(cè)功能是在將接收到的PDU加入接收緩存的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的。如果接收到的PDU于接收緩存中的PDU序列號(hào)相同，則表示該P(yáng)DU重復(fù)接收，應(yīng)該丟棄。如果序列號(hào)不相等，則按照序列號(hào)的大小關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的操作。

小結(jié)

在協(xié)議棧的整個(gè)工作中，RLC層主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，但是其功能是不容小覷的。在收發(fā)過(guò)程中，需要考慮的情況有很多種。本文在詳細(xì)分析這些過(guò)程的基礎(chǔ)上，以UM模式為例，分析了UM模式下，在數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)協(xié)議棧的研究具有一定的參考價(jià)值。

朱健，男，本科，山西大學(xué)電力工程系。