超級基站RLC層UM傳輸模式的研究與實現

朱 健朱 瑩劉一峰馮揚揚

1.山西大學電力工程系；2.中國礦業大學（北京）通信與電子工程系

超級基站RLC層UM傳輸模式的研究與實現

朱 健1朱 瑩2劉一峰2馮揚揚

1.山西大學電力工程系；2.中國礦業大學（北京）通信與電子工程系

針對為解決爆炸性數據流量需求而提出的基于超級基站的新型網絡架構，研究了其協議棧軟件中的無線鏈路協議控制（RLC）層非確認（UM）模式的關鍵技術實現。主要闡述了在非確認模式下，數據結構應如何設計，將UM模式分為兩個模塊，即接收模塊和發送模塊，介紹了兩個模塊中關鍵技術的實現。

近年來，隨著智能手機和互聯網應用的飛速發展，用戶對無線傳輸速率的要求越來越高。針對以上問題，人們提出了各種解決方法，其中一種是基于超級基站的新型集中式網絡架構。這種架構的關鍵點是地面集中式基站，將天線留在之前基站的位置，通過光纖拉遠將所有基站的計算與信號處理設備集中部署在一個中央處理中心。超級基站根據蜂窩網絡的特點，將基站系統解耦為4層資源，分別為光纖拉遠射頻單元、多模基帶處理池、多模協議處理池和管理控制池及全局資源管控。根據超級基站系統結構，其優點有：集中式架構、集中式處理資源池化、智能資源控制和虛擬化及動態資源分配。

超級基站協議棧

超級基站協議棧提供了用戶平面和控制平面的協議。用戶平面的協議用來傳遞用戶的應用數據，控制平面的協議用來傳遞信令信息。對于用戶平面的系統協議棧，其主要由分組數據匯聚協議層（PDCP），無線鏈路控制協議層（RLC）和介質訪問控制層（MAC）三部分組成；控制平面的系統協議棧，主要由無線資源控制層（RRC）、分組數據匯聚協議層（PDCP）、無線鏈路控制協議層（RLC）、介質訪問控制層（MAC）和物理層（PHY）組成。

RLC層UM傳輸模式

RLC層簡介

超級基站協議棧軟件中，RLC子層的功能由RLC實體來完成。RLC層實體根據RRC層的配置信息可配置為確認模式（AM，Acknowledged Mode）、非確認模式（UM，Unacknowledged Mode）、透明模式（TM，Transparent Mode）。TM和UM模式下，接收實體和發送實體是兩個獨立的實體，即一個UM RLC實體或者TM RLC實體只支持單方向數據傳輸。而AM RLC實體支持雙向數據傳輸，即發送端和接收端位于同一個RLC實體當中。

RLC實體從上層接收SDU（service data unit），根據MAC層的調度信息判斷是否需要對該SDU進行分段，再加上相應的頭部信息之后形成RLC PDU（packet data unit），通過下層發送給對端實體；對端實體接收到RLC PDU后，還原為RLC SDU，并傳遞給上層。

RLC層UM數據傳輸模式關鍵技術實現

UM模式下數據傳輸，可以保證RLC SDU的按序遞交，但是由于PDU的重傳，所以會有丟包現象發生。

RLC UM發送實體將上層傳遞的SDU存儲在緩存區，然后按照下層的調度對緩存區中的數據進行分段和串接，形成UMD PDU的數據部分，在添加頭部信息之后通過下層傳遞給RLC UM接收實體。

RLC UM接收實體首先對接收到的UMD PDU進行重復檢測，將重復接收的數據丟棄，對亂序到達的數據進行排序，之后將UMD PDU還原為RLC SDU提交給上層。

UM模式主要數據結構實現

在RLC UM發送模塊和接收模塊，各自維護一組數據結構，分別為UmTxEntity和UmRxEntity具體實現如下：

UM發送模塊關鍵技術實現

分段串接功能實現

圖1 UM模式發送端數據結構實現

圖2 UM模式接收端數據結構實現

圖3 分段串接流功能程圖

數據傳輸過程中，RLC層會根據MAC層的調度構造相應大小的RLC PDU發送給MAC層。在構造RLC PDU的過程中可能會有分段重組功能。RLC層將從PDCP層接收到的SDU存儲在發送緩存中，構造RLC PDU時，根據MAC指示的數據大小，如果SDU字節大于MAC指示的字節，則需要對該SDU進行分段，第一次只能發送MAC層指示的字節長度；如果SDU字節小于MAC指示的字節，則需要將第二個SDU進行分段，與第一個SDU串接進行發送；如果SDU字節等于MAC指示字節，則不需要做任何改變，將該SDU添加頭部信息之后進行發送。

分段串接功能的流程圖如下：

UM接收模塊關鍵技術實現

重組功能實現

圖4 重組功能流程圖

圖5 重復檢測流程圖

在發送端對發送緩存中的SDU進行發送的過程中，根據MAC層的指示，會將SDU進行分段或級聯，即在接收端接收到的PDU中，可能會含有多個SDU分段，所以在接收端需要判斷，接收到的RLC PDU中含有幾個SDU分段，取出相應分段并進行組合，組合成完整的SDU遞交給上層。

在組合過程中，如果某個SDU的某一分段沒有接收到，則該SDU不可以遞交給上層，直接丟棄。從數據結構設計中可以看出，在接收端實體中保存一組數組，用來存儲接收到的SDU分段，若第一次接收到的RLC PDU中只含有SDU的第一個分段，則將該SDU分段保存至數組中，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，繼續保存至數組中，直至接收到最后一個分段。

重復檢測功能實現

當某些RLC PDU可能因為延遲而導致亂序到達接收端，但并沒有丟失時，接收端可能會多次重復接收，重復檢測功能的目的就是檢查出重負接收的數據并將其丟棄，這樣就可以避免向高層多次提交同樣的數據而造成錯誤。

UM模式下，接收端可以根據接收到的PDU的序列號來判斷是否重復接收。重復檢測功能是在將接收到的PDU加入接收緩存的過程中實現的。如果接收到的PDU于接收緩存中的PDU序列號相同，則表示該PDU重復接收，應該丟棄。如果序列號不相等，則按照序列號的大小關系進行相應的操作。

小結

在協議棧的整個工作中，RLC層主要是負責數據的傳輸，但是其功能是不容小覷的。在收發過程中，需要考慮的情況有很多種。本文在詳細分析這些過程的基礎上，以UM模式為例，分析了UM模式下，在數據收發過程中所涉及的關鍵技術，對協議棧的研究具有一定的參考價值。

朱健，男，本科，山西大學電力工程系。