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EF==G?C协议栈HG2层IJ传输模式的设计与实现
邓亚平%付&红%!谢显中%施渊籍!张玉成!石晶林!
%)重庆邮电大学计算机科学与技术学院重庆(\"\"\"'*!)中国科学院计算技术研究所北京%\"\"%#\"
摘&要针对+,--最新发布的./0123456786921:5;23<616=>6?标准研究了./0空中接口协议栈无线链路控
=@;21;3AB235721<.C的子层确认=BA32D16@46@82@6EF传输模式的设计与实现机制主要介绍了./0无制7
.C的EF数据传输模式的运行原理最后根据线接入网空中接口协议栈的结构详细阐述了空中接口协议栈中 ?!*J!\"\"#\"'$\"I\"($\"'文章编号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引(言 ./0项目是+,的演进它改进并增强了+,的 用户平面和控制平面其中控制面负责用户无线资源的管理无线连接的建立业务的]2S保证和最终的资源释放用户面则主要负责数据的正常传输 ./0用户面的协议栈主要分为FEC86@;==B$B6>>B235721<.C7=@;21;3AB235721-KC-M=BA65@=5=B2396746M7252B21等子层如图%所示其中-KC-层主要负责从无线承载到传输模式的映射<.C层主要提供从传输模式到逻辑信道的映射FEC层主要负责从逻辑信道到传输信道的映射 + -OL层完成从传输信道到物理信道的映射!$ 空中接口技术在!\"F频谱带宽下能够提供下OQ行%\"\"F与上行*\"F的峰值速率%目[;5\\>[;5\\>--已经基本完成./0核心技术的标准前为止+, 草案制定工作+,--但其版本还在不断的修订当中预计!\"%\"前后才会有稳定版本世界上的各大通信厂商和科研机构都正抓紧进行基于./0标准的预研和开发工作 \"(G?C空中接口协议栈 0$G/ 和0$G/ 基金项目国家自然科学基金项目资助#\"'\"(\"%' 图%&空中接口用户面协议栈结构 N;4)%&<=@;2;3567W=B6:>67M1=36M7252B21>5=BA>57:B5:76 *!*&&&&&&&&重庆邮电大学学报!自然科学版$&&&&&&&&&&&第!%卷 F<.C实体\"EF<.C实体传输端从上实体\"传输G ./0控制平面的底层协议和用户平面相似\"而 上层的< 层接收SKG并通过下层向它的对等接收端实体或KG(接收/F<.C实体\"接收者实体接收端发送-GF<.C实体\"EF<.C实体接收端向上层发送SKG\"并接收其对等的发送实体或者实体发送端通 中空中接口对HES控制是透明的(在真实网络中\"G0既可能处于空闲状态\"也可能处于业务传输状 态(对G0的不同状态\"< <.C层各实体均支持任意大小的字节对齐的SKG的发送(无论是<.C层控制-KG还是<.C层 进行管理(0$G/ N;4)!&<=@;2;3567W=B6B235721M1=36M7252B21>5=BA>57:B5:76 !(HG2层IJ传输模式 !'\"(G?C协议栈HG2子层 ./0协议栈<.C子层的功能由<.C实体实现\"< 配置了一个同等的<.C实体\"反之亦然(<.C实体从上层接收<.CSKG!>679;B6@=5=:3;5$!< 时\"使用与传输数据-KG相同的逻辑信道&*'( <.C实体采用下面的+种模式来传输数据%透明模式!/ F$\"非确认模式!GF$或确认模式!EF$(因此\"< .C实体可以分为/F实体)GF实体和EF实体(/ F实体被配置为传输/F实体或接收/F实体#GF实体被配置为传输GF实体或接收GF实体#EF实体由传输端和接收端组成(传输/F<.C 机会的时候\"进行SKG组成-KG并传送给底层(!'!(HG2层IJ数据传输模式!)!)%&EF实体与EF传输数据 EF传输模式实体模型如图+所示(EF实体 可配置成通过K.!@2D31;3A$\\G.!:M1;3A$KCCO !@61;B=56B235721BR=3361$或者K.\\G.K/CO!@61;$B=5657=WW;BBR=3361$逻辑信道传输和接收<.C-KG\" 该实体传输的是EFK-KG\"EFK-KG分段或状态-KG(其中EFK-KG主要用于EF<.C实体进行 高层-KG的传输\"针对<.CSKG的首次传输和无需重新分割的EFK-KG的重传情况(EFK-KG分段也主要用于EF<.C实体进行高层-KG的传输\"当EF<.C实体进行EFK-KG或EFK-KG分段重传时\"需要进行再分段的情况下用到(状态-KG则用于EF<.C实体接收侧向EF<.C实体 发送侧通告成功接收的EFK-KG和丢失的EFK-KG信息( 图+&E F传输模式实体模型N;4)+&EF57=3>8;>>;2382@6635;5X82@61 EF<.C实体发送端将<.CSKG组装为<.C-KG\"主要功能为根据FEC层选择的/Z传送块大小对< .CSKG进行分段或串接(EF<.C发送端支持<.C-KG的重传!E<]$\"即如果需要重传的 第'期--./0协议栈<.C层EF传输模式的设计与实现邓亚平\"等%+,*+* <.C-KG或<.C-KG分段和FEC层新分配的/ZF模式发送窗口控制示意图中\"图(所示的E 块大小不匹配\"EF<.C实体可将重传<.C-KG或<.C-KG分段再分割为新的<.C-KG分段\"再分 白色方块代表从上层接收到数据\"并已将数据发送出去\"黑色方块代表数据收到相应的EC_(假设发\"!$$和!\"!#$均指向送窗口的大小为*\"初始时\"! 段次数没有(EF<.C发送端将-KC-层的<.CSKG组成<.C-KG或将<.C-KG组成<.C-KG分段后\"在发送前需在<.C-KG或<.C-KG.C头(分段中添加相应的< EF<.C实体接收端收到<.C-KG分段后\"首 将发送的\"号-KG\"而此时发送窗口上限!\"!&$$为*\"!\"!&$$在窗口移动过程中一直保持!\"!&$$^!\"!#$`#&aD;3@2Da>;Q6(如果此时上层来了数 据\"则将上层数据生成-KG\"并将!\"!$$作为-KGKGa$%\"并将!\"!$$``\"如此不断接收上头中的- 先检测<.C数据-KG是否重复\"丢弃重复<.C数据-KG\"然后对<.C-KG重排序\"其次通过检测<.C-KG或<.C-KG分段丢失\"并要求对等端EF<.C实体发起重传\"最后将按序排列的<.C数据-KG组成<.CSKG\"并向-KC-层递交(在进行6HZ间切换时\"EF<.C实体接收端需将乱序的<.C-KG组成<.CSKG并向-KC-递交\"并丢弃不 能组成<.CSKG的<.C-KG\"初始化相关的状态变量和停止相关定时器( !)!)!&EF模式滑动窗口控制机制 %$EF模式发送窗口控制( EF实体发送端有!个窗口\"分别为传输窗口和状态接收窗口(当! \"!#$$%!\"!$$\"$%落在 状态接收窗口内\"其中$%为接收-SG的序列号(传输端不会往下层传输$%号落在传输窗口之外的-KG(!\"!#$初始化为\"\"收到$%^!\"!#$的状态-KG时更新其值\"若$%^!\"!#$的所有分段的EC_ 都收到\"则更新!\"!#$为离当前$%为最近)未收全所有分段EC_数据包的$%\"否则!\"!#$不变(!\"!&$$^!\"!#$`#&aD;3@2Da>;Q6!#&aD;3@2Da>;Q6 为EF传输模式下滑动窗口的大小$\"保证超过!\"!&$$的数据包得不到发送的机会\"保证超过!\"!&$$的新数据包在前面! \"!#$移动后\"才能被发送(!\"!$$初始化为\"\"保存将发送的- KG的$%值大小(图(&E F模式发送窗口控制N;4)(&EF82@6>63@D;3@2DB235721 层的数据并下发数据\"直到!\"!$$等于!\"!&$$就不再接收上层的数据\"直到!\"!&$$移动后才会再接收上层来的数据\"而!'!&$$的移动是跟随!\"!#$移动而移动的\"!\"!#$代表的是最早的还未 收到EC_的-KG号\"直到收到-KGa$%^!\"!#$的EC_时\"!\"!#$才会向前移动( !$EF模式接收窗口控制( 接收端各参数的情况\"!'!'$初始化为\"\"在收到-KGa$%^!'!'$时进行更新(!'!&'$^!'!'$`#&aD;3@2Da>;Q6\"保证不接收$%b!'!&'$的数据\" 并且有!'!($!'!&'$(!'!)$初始化为HG..\"属于定时器的指针(!'!&$$初始化为\"\"保存即将发给发送端的状态-KG中对应的确认收到EC_消息的-KGa$%(!'!($初始化为\"\"收到-KG中最高$%的下一个-KG的$%号(上传重组SKG的时机为当收到的-KGa$%^!'!'$时\"重组 上传窗口外的-KG以及$%^!'!'$的分段序号连续的各个-KG( 图*&E F模式接收窗口控制正常情况N;4)*&EF82@676B6;96D;3@2DB2357213278=1>;5:=5;23 图*所示为E F模式接收窗口控制!正常情况$示意图\"黑色方块代表收到\"但未做重组上传SKG操作的数据\"白色方块代表重组上传完毕的数 据(假设接收窗口大小为*\"初始时\"+个基本参数!'!'$\"!'!&$$\"!'!($相等\"并都指向即将收到 *(*&&&&&&&&重庆邮电大学学报!自然科学版$&&&&&&&&&&&第!%卷 KG\"但随后并未等%启动定时器\"然后又收到!号- KG\"接收窗口的上限!'!&'$始终保持等的\"号- 于!'!'$加上窗口大小(假设此时收到了\"号-KG\"将!'!&$$向前移动到最小的)还未收齐所有-KG分段处\"即将!'!&$$指向%号-KG\"!'!&$$ 号-KG到来\"此时定时器将超时(<.CEF实体会将!'!)$置为HG..\"并将保存EC_a$%值的!'!&$$移向!'!($处\"指明进行下次状态报告时\" 代表需要递交给发送端发送的状态-KG所需要的EC_a$%值\"此时该-KGa$%等于!'!'$\"于是将该-KG重组并上传\"并且将!'!'$更新到%号-KG 报告的EC_a$%从当前!'!&$$开始(定时器超时后\"并不移动!'!'$且也并不上传任何-KG(只有当接收到所有-KGa$%^!'!'$的所有-KG分段才会向前移动\"否则不动(并且只能在!'!'$移动KGa$%小于!'!'$的后\"重组并上传缓冲区中-位置\"并更新!'!&'$值(此时接收到的-KGa$%'!($\"于是将!'!($更新为%\"即又回到了等于! 初始状态\"可以进行正常的接收\"则正常地接收!没有丢包的情况$流程不断的循环( 图'&E F模式接收窗口控制异常情况重排序定时器非超时 N;4)'&EF82@676B6;96D;3@2DB235721=[3278=1>;5:=5;23 7627@67D;3@2D5;8673256cM;76> 图'所示为EF模式接收窗口控制!异常情况\"重排序定时器非超时$示意图(图'中所示为在收到\"号-KG后\"没收到%号-KG\"而收到(号-KG!由于(号-KG在窗口之内\"故被放进接收缓冲区$\"此时将! '!($移动到*号-KG的位置\"并启动定时器\"将定时器指针!'!)$指向!'!($的位置\"即*号位置(在定时器未超时的情况下\"收到了!号-KG\"将不作任何操作\"仅将-KG放进接收缓冲(若随后收到%号- KG\"即收到断点处的-KG\"于是进行重组上传操作(!'!'$代表指向断点的值(将!'!'$和!'!&$$移向下一个$%最小断点处\"即+号位置\"并将缓冲区中+号前的所有-KG重组上传(! '!'$移动后\"!'!&'$也随之移动到?号位置(由于此时(号-KG还未被上传\"故此时定时器仍在继续运行\"并且定时器指针也不变( 图'中\"如果收到\"号-KG后\"收到(号-KG\" -KG以及-KGa$%^!'!'$的连续-KG分段( E(HG2层IJ传输模式实现机制 <.C层EF传输模式在系统运行过程中主要涉 及到数据发送流程)数据接收流程(数据接收流程又可细分为普通数据的接收流程\"状态-KG的接收处理流程\"以及M211;34字段的处理流程(可以进一步将EF模块划分为'个子模块%初始化子模块)数据发送管理子模块)状态控制子模块\"发送窗口管理子模块)接收窗口管理子模块)-KG解析和处理子模块\"如图I所示(子模块与子模块之间相互配合完成EF传输模式的发送与接收流程( 图I&< .C层EF传输模式模块划分N;4)I&<.C1=X67EF57=3>8;>>;2382@682@:16M=75;5;23 <.C层EF模式数据发送流程如图?所示(数据发送流程开始于- KC-子系统\"根据上层来的数据的G0标识)7=@;2[6=767标识将上层数据挂到-K$C-与<.C之间的公共数据结构上\"等待FEC的通 知\"得到通知后再从该公共数据结构上取得数据(在FEC给<.C发送模块调度信息后\"<.C发送模块对调度信息进行简单的分析\"若是EF模式的数据\"则调用E F模块的数据发送管理子模块的M72B6>>aEFa>BR6@a;3W2!$\"数据发送管理子模块将 根据传递进来的参数寻址到公共数据结构中的相应G0和相应的逻辑信道下面\"得到-KC-发来的-K$ 第'期--./0协议栈<.C层EF传输模式的设计与实现邓亚平\"等%+,*** C--KG\"具体的寻址过程为首先在公共数据结构中窗口的移动结果将此刻能够重组上传的-KG$%返KG解析和处理子模块(若接收窗口管理子回给- 找到相应的7节点\"然后看状态-=@;2[6=67KG是否有数据\"若有数据则先取出来发送\"再看重传队列中是否有数据\"若有\"再根据调度信息决定是否需要重分段\"最后看新数据队列的数据\"将新数据队列中的-KC--KG取出(然后再调用发送窗口管理子模块 模块在管理接收窗口过程中\"发现需要发送状态-KG\"那么将设置状态控制子模块的控制状态为预 备建立控制-KG的状态\"等待下次传输机会时再构KG(当-KG解析和处理子模块获得了能建状态- 的465a-KGaSH!$和状态控制子模块的465aM211;34a[;5!$获得构建<.C-KG时必要的-KG头参数\"然KC--KG和后数据发送管理子模块将需要发送的- 够重组上传的-KG$%后\"使用该子模块自己的=@@a>:[8;5aY:6:6!$函数\"将相应的一些-KG添加到上 构建<.C-KG需要的头信息一起传递给<.C发送模块( 图?&< .C层EF模式数据发送流程N;4)?&<.C1=X67EF57=3>8;>>;2382@6@=5=>63@W12D <.C层EF模式数据接收流程如图#所示(普 通数据接收流程首先开始于<.C接收模块\"<.C接收模块从FEC接收到数据后\"经简单的处理\"若是EF模式数据\"则调用-KG解析和处理子模块的7caEFaM@:!$进行解析处理\"在7caEFaM@:!$中\"首先调用B R6BAaEFaM@:!$对收到的-KG的合法性进行检查\"然后对通过合法性检查的-KG调用:3M=BAaEFaM@:!$解析出-KG的类型\"若是控制-KG则按 状态-KG接收流程处理\"若是数据-KG\"则首先进行-字段的处理(处理完后\"若是重分段-KG则调用=@@a76>aM@:!$进行重分段的重组\"然后再使用接收窗口控制子模块的= @@a7ca[:WW67!$将该-KG放入接收缓存的队列中\"若不是重分段- KG则直接放入接收缓存队列(再将该-KG的$%调用接收窗口管理子模块的:M@=56aEFa9=7!$将$%传入接收窗口管理子模块进行接收窗口的管理\"并根据接收 传队列\"然后再调用@61;967a>@:!M@BM!$进行重组上传(上传过程中调用-KC-子系统提供的7caM@BMaM@:!$将-KC--KG递交给-KC-层( 图#&< .C层EF模式数据接收流程N;4)#&<.C1=X67EF57=3>8;>>;2382@6@=5=76B6;96W12D 状态-KG接收流程\"普通数据接收流程中\"当调用:3M= BAaEFaM@:!$解析出-KG的类型\"若发现是控制-KG则调用发送窗口管理子模块的M72B6>>a>5=5:>aM@:!$\"对状态-KG进行处理\"并且根据状态-KG对发送窗口进行移动(同时\"根据状态-KG的 结果\"将需要重传的的<.C-KG挂到公共数据结构的重传队列下\"等待被数据发送管理子模块调出传输(并根据状态- KG对有关状态的定时器进行相应的改变(若接收到的状态-KG能够确定某个或者某几个-KC--KG的发送成功\"那么则调用-KC-子系统的M7 2B6>>aM@BMM@:5caB23W;78;3W2!$函数将-K$C--KG发送成功的确认信息递交给-KC-子系统( *'*&&&&&&&&重庆邮电大学学报!自然科学版$&&&&&&&&&&&第!%卷 &+'&+,--)/S+')+!+f?)+)\")092196@G3;967>=1/6776>57;=1 !0$G/ &('&+,--)/S+')++%f?)+)\")092196@G3;967>=1/6776>57;=1 $G/ -211;34处理流程\"普通数据接收流程中调用:3M=BAaEFaM@:!$解析出-KG的类型\"若是数据-KG\"首先对*字段进行处理\"若发现*字段被置 位\"调用状态控制子模块的M72B6>>aM211;34!$函数进行*字段的处理\"由状态控制子模块来抉择是否需KG\"若需要创建状态-KG\"则将状态要创建状态- 控制子模块的控制状态设置为预备建立控制-KG的状态\"等待下次传输机会时由数据发送管理子模块建立状态-KG\"并发送出去( Q(结束语 ./0是当前+,--最重要的研究工作之一\"实 现下行%\"\"F[;5\\>上行*\"F[;5\\>数据速率\"获得了更高的频谱利用率\"更优化的信令流程和更短的信令时延\"基于P-承载的更简单网络结构\"更强大的 ]2S管理机制等&'$?' (目前./0标准虽已基本完成 核心技术的标准化\"但其版本还处在不断地修订当中\"预计!\"%\"前后才会有稳定版本(对各大通信厂商和科研机构来说\"提前跟踪. /0标准进行预研和开发\"对于保持竞争力和及时推出新品都是至关重要的(在接下来的研究和开发工作中\"我们将进一步调研实现. /0协议栈的FEC\"<.C\"-KC-\"< )P000#!\"\"?##I\"$#I*)&!'&+,--)/S+')+!%f?)+)\")092196@G3;967>=1/6776>57;=1 <=@;2EBB6>>!0$G/ &*'&+,--)/S+')+!!f?)+)\")092196@G3;967>=1/6776>57;=1 <=@;2EBB6>>!0$G/ &''&李文宇)移动通信系统的长期演进*无线网络结构和 协议&V')电信科学#!\"\"'#!!!'\")!#$ ++)&I'&爱立信!中国\")./0$SE0体系结构及性能分析&V')电 信网技术#!\"\"?#*!*\")'#$ I()&?'&姚斌)+,--./0无线接口协议及体系结构&V')移动 通信#!\"\"I#%!!%!\")*($*I)作者简介 邓亚平!%#(?$ \"#男#重庆人#教授#硕士生导师$研究方向为计算机网络与通信技 术+网络安全$0$8=;1)@634XMgBY:M5)6@:)B3$ 付红!%#?*$ \"#男#湖北人#硕士研究生$研究方向为通信网络+网络安全$0$8=;1)D2$>R;W:R234%#?*g>;3=)B28$ 谢显中!%#''$ \"#男#四川人#教授#博士$主要研究方向为移动通信技术$0$8=;1)c;6cQRgBY:M5)6@:)B3$ !编辑王敏琦\" 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
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