（通信与信息系统专业论文）专用无线分组综合业务接入网无线链路控制rlc研究.pdf

摘要 公安通信面临着从固定到移动、从有线到无线、从模拟到数字、从单一业务到综合业 务转变的迫切需要。为了解决这一需求，我们提出了构建公安专用无线分组综合业务接入 通信网，目标是实现宽带数据、图像，话音综合业务的无线通信，为数字公安和移动警务 的实现提供技术支撑作者主要针对该专用网络分层结构中的重要一层一无线链路控制 ( r l c ) 层做了深入的探讨和研究 文章首先从整体上把握了专用无线接入网的体系架构，重点描述了它的基于妒的无线 蜂窝接入部分、基于多跳的自主接入部分，并通过r j , c 层以及与它相关的其他无线接口部 分的互连体系结构，阐述了这两部分无线接入的实现及各自不同功能。 接着，在研究无线链路控制的一般性功能原理基础上，给出了r l c 的实体模型设计， 并根据专用无线分组综合业务接入网的不同部分在无线链路控制方面的特殊要求，对r l c 的有关功能进行了深入的分析与设计，从而为专用网不同链路机制、功能的实现提供有效 的控制支持，也为区分业务的无线传输提供更好的服务质量( q o s ) 保障 最后，对该专用无线网络系统的改进与完善提出了一些积极可行的设想 关键词：专用移动通信网，空中接口。互连，无线链路控制，多跳 查堕奎兰堡主兰焦笙兰一 a b s t r a c t t os a t i s f yt h en e e d so fc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e ss u c ha sv i d e o ，d a t aa n dv o i c ee r ei np o l i c e d e p a r t m e n t ，w et a k et h ec h a l l e n g et or e s e a r c ht h ep r i v a t em o b i l er a d i os y s t e m ( p m r s ) ，a i m i n g t o r e a l i z ea 口一r a t ep a c k e tw i r e l e s sa c c e s sn e t w o r ks u p p o r t i n gt h ei n t e g r a t e ds e r v i c e s t h i sp a p e r p u t se m p h a s i so i lt h es t u d yo fr a d i ol i n kc o n t r o l ( g l c ) l a y e r w h i c hi sp a r to ft h en e t w o r k c o m r a u n i c a t i o np r o t o c 0 1 f i r s t l y , t h ef r a m e w o r ko f t h en e t w o r ks y s t e mi si n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g t h eb a c k b o n ep a r t ，t h e w i r e l e s sc e l l u l a ra c c e s sp a r t , 缸dt h ew i r e l e s sm u l t i - h o ps e l f - o r g a n i z e d & c c a s sp a r t t h e a r c h i t e c t u r e sa n df u n c t i o n so fr a d i oi n t e r f a c e sa r ed i s e u s s e d t h ei n t e r w o r k i n g sa 坤a l s o d e s c r i b e d s e c o n d l y , t h ep a p e ra r u z l y s e sa n ds t u d i e st h ef u n c t i o n so f r l c a c c o r d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c o fn e t w o r ka n dt h es p e c i a ld e m a n do fa p p l i c a t i o n , s o m ei m p o r t a n tf u n c t i o n s ，s u c ha st h ef l a m e s l n l c t u r e ，t h ee r r o rc o n t r o l ，t h el o g i cl i n km a n a g e m e n t a n dc t c ，a r cf u r ( h e rs t u d i e dt oo f f e rb e t t f r q u a i i t yo f s e r v i c e ( q o s ) i nt h i si n t e g r a t e ds e r v i c e sn e t w o r k f i n a l l y , s o m ec o n c c p t i o l l ga n d m 线园j r 豁t oi m p r o v et h ep e r f o r m a c eo f t i n e t w o r ks y s t e m a r em e n t i o n e d k e yw o r d s ：p m r s ，r a d i oi n t e r f a c e ，i n l n r w o r k i n g , r l c ，m u l t i - h o p u 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特剐加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：期：型堕- 弓：2 - 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：抵蓥荔 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 随着社会的发展、信息量需求的增加，人们对无线移动通信的依赖日益增强一个小 的部门或单位需要小窖量、小范围覆盖的大区制专用移动通信系统，而一个大的部门、行 业则需要大容量、大范围的面状覆盖或链状覆盖的专用移动通信两。与公众移动通信网同 作为移动通信应用的一个方面，专用无线移动网络在我国各个行业和部门，特别包括公安 部门，有着较为广泛的蒜求与应用但是，公安无线专用通信网的现状并不能满足当前的 需求，对此我们进行了探讨与研究 1 1 公安无线专用网络的现状、发展和需求 经济的高速发展需要社会的稳定有序作保障。在日益复杂的社会治安形势下，利用信息 技术提高工作效率已成为公安部门发展趋势但是目前，公安部门的信息传输却受到了某些 限制： 活动范围及移动性的限制公安系统本身铺设了固定地面网络进行信息的传输，但是有 线网络受地形区域的局限，警务人员不得不依赖于坐在控制室的第三方的支持，这样既满足 不了通信范围的覆盖需求，也是满足不了现场办案的需求。 费用、帝宽和安全性的限制公安系统通过租用运营商的网络服务，用来承载公安系统 运作的各种数据信息。虽然公众通信网络有可能满足公安系统的应用需求，其中却存在着不 可忽略的隐患：一是支付的费用巨大；二是可利用的带宽及提供的服务类型有限；最重要的 是，安全性得不到保障 业务类星的限制随着l i n e l 网及多媒体的广泛应用，无线通信的数据传输和实时视频图 像传输成为新的业务需求，而传统的单一话音模拟窄带专用网络无法为此提供技术上的支 持。 所以，为了确保公安系统的信息畅通、可靠和安全，建立起一个覆盖面广的、服务类型 完备的、兼具独立性、安全性、经济性的无线专用网络是必然的。 事实上，公安部已经提出了建设“金盾工程i l p 以适应我国在现代经济和社会条件下实 现动态管理和打击犯罪的需要，“科技强警”，增强公安系统统一指挥、快速反应、协调作战 的能力，提高公安工作效率和侦察破案水平。 “金盾工程”实质上就是公安通信网络与计算机信息系统建设工程金盾工程的业务应 用十分复杂，比如人口信息的建立，刑侦信息的查询、出入境信息的管理、办公自动化、办 公电话、会议电视等。但是，总体上来讲。可以分为三大门类的应用： 1 )数据业务主要包括人口管理信息系统、刑侦信息系统、出入境管理信息系统、监 管人员信息系统、交通管理信息系统、办公厅管理信息系统、违法犯罪人员信息系 统等各种信息系统的应用这些应用的信息量比较大，是公安信息系统的主要应用。 东南大学硕士学位论文 2 )话音业务是各级公安机关重要方式。这种业务对于时延和抖动特别敏感，所以对 传送线路在这方面的性能要求很高。 3 )视频业务会议电视系统是视频业务的一个典型应用。这种应用具有数据量大、突 发性强、对时延和抖动要求比较高等特点，将可能对于网络造成较大的冲击。 在传统网络中，我们逐步为数据、话音、视频建立起了各自独立的网络体系结构，这种 分离的网络体系也能够满足业务增长和需求，但存在着以下的缺点： 1 )费用开销大：无论是网络的建立、维护还是运作，多个分离的网络比起一个综合的 网络需要投入更多的成本和开销，而且网络的利用率也不高，网络资源存在着浪费。 2 ) 维护管理不方便：独立的网络体系结构的配置和操作是各自分离的。需要具有不同 专业知识的工程师进行维护、各种不同的设备都需要占用一定的空间、设备之问的连线不能 通用、对环境的要求各不相同、也没有统一的管理平台等，对维护管理造成了很多的不便 3 ) 网络扩容和机构更改不方便：随着业务规模的扩大必然要对现有网络进行扩容。传 统的网络体系除了修改软件配置外，还需要增加新的布线，更改现有的网络的体系结构 随着信息技术的发展、统计复用的采用，为传统话音、数据和图像网络界限的打破以及 多业务综合服务的实现，提供了强有力的支持。 所以，将“三网融合”，建设公安专用无线综合业务宽带接入两，对金盾工程的建设、打 造“数字公安”和“移动警务”，具有现实的意义，也是积极可行的 1 2 课题目标 1 2 1 总体实现 东南大学移动通信重点实验室承接公安部专用网项目研究，目标是以南京地区为试点， 建立起一个能够覆盖南京市范围( 包括郊县) ，公安系统专用的，具有信息安全保证，支持 流动和移动警务人员无线数据联网双向通信，并可实现实时图像无线传输，未来具备调度对 讲话音通信功能的宽带数字无线综合接入通信网络，从而构建南京市数字警察的无线支撑平 台。 在这样的整体目标下，网络不仅是各种信息系统数据交流的承载通道，同时也是话音业 务、视像业务的承载通道。所以，除了硬件设备的支持外，还需要制订出完善的通信协议及 传输控制方案，以满足无线信道中多种业务传输的要求。 1 2 2 具体任务 我研究的课题主要是基于上述应用背景。在调研无线网络相关的通信协议的基础上，重 点研究并设计出一种合适的无线链路控制 r l c ) 方案。为完成该课题研究与设计，开展了 2 第一章绪论 以下的工作： 一从整体系统设计的角度，探讨公安专用无线综合业务接入网的构架，以及它各组成 部分的功能和特点； 一从内在的网络体系及互连功能结构的角度，研究专用网无线接入的特点及具体实现 方案 一重点的研究无线接口协议中的无线链路控制( r l c ) ，包括r l c 的实体模型，业务面、 控制面的相关功能位置，上下层的接口控制，r l c 子层的具体功能的设计实现，对数据 ( d a t a ) 、话音( v o i c e ) 、视频，图像( v i d e o i m a g e ) 综合传输服务的q o s 保障，以及不同应 用中各自的链路控制方案等。 1 3论文主要内容和结构 本文一共分为六章第二章系统性介绍专用无线接入网的架构和互连功能体系，以及 其无线接口的功能和特点第三章对无线链路控制( r l c ) 的一般功能原理及技术进行了 概括性的叙述，以此作为专用网r l c 具体设计的基础和方向。第四、五章依据课题背景及 特性，开展r l c 的具体研究与设计：第四章是对专用网的蜂窝接入部分链路控制技术的研 究；第五章是对专用网的多跳自主接入部分链路控制技术的研究作为结束语，第六章对 本课题所作的工作进行了总结，并提出改进和完善的方向 3 东南大学硕士学位论文 第二章公安专用无线接入网的系统架构 及互连功能体系 公安专用无线接入网的最终目标是覆盏某个城市城区及郊区的较大范围，同时支持临 时或移动小区，实现综合业务( 视频业务为主、也包括数据和话音) 的传输。本章从系统 实现的高度t 对无线专用网的系统架构及网络体系进行了阐述，并从中涵盖了无线链路控 制( r l c ) 和与之相关部分之间的联系。 2 1 无线专用网络的系统架构 在整体架构上，无线专用接入网络可以看作由三部分组成：地面骨干网部分、无线蜂 窝接入网部分以及多跳自主接入网部分( 图2 - 1 ) 移磷峨孵 蜂禽接 士嚣 图2 - 1 专用无线接入网的组成 4 第二章公安专用无线接入网的系统架构及互连功能体系 2 1 t 地面i p 骨干网 地面骨干网及其有线部分都基于i p 技术，这是由于i p 技术简单、实用，已经成为业 界事实上的工业标准，各种操作系统和数据库都支持p 协议，这使得上层应用的前景十分 广阑。 骨干网采用有线环网的形式，它是整个专用网的监控和调度中心，各种信息、数据汇 聚于此。其中配备了专门的业务处理服务器讲业务服务器( 1 p s e r ) 和非d 业务服务 器( n i p s e r ) 专门处理不同类型的业务并且通过该服务器实现该业务的端到端互连 目前的非m 类业务主要针对视频业务，也兼顾话音业务，其实时的性质决定了对传输 服务质量( q u a l i t yo fs o v i g e ，q o s ) 要求较高。相比之下，m 类型的业务对q o s 、时延 等要求较低，但是必须严格保证p 数据的正确性 2 1 2 无线蜂窝接入网 蜂窝结构容量大，易扩展，频谱效率高，在专用网中，将无线覆盖的区域划分成多个 小区，各小区采用蜂窝结构，从而形成无线蜂窝接入网 无线蜂窝接入啜各小区由基站和移动终端组成，基站对各移动终端控制，终端可以实 现越区漫游。基站又分为两部分：一部分用于移动终端( r m t ) 的无线接入，称作终端基 站( tr b s ) ；另一部分用于多跳自主网末端节点的无线接入，称作网络基站( nr b s ) 当然，这两部分在实现上可以完全相同，只是工作在不同的频点区内业务包括了数据、 视频及话音。 无线蜂窝接入小区又可以分为固定小区和l 临时，移动小区。固定小区基站经网关与骨干 网有线宽带互连。i 临时，移动小区通过多跳接入网的中继后，与固定小区基站无线互连 2 1 3 多跳自主接入网 有线网的铺设受到地理环境的限制，无线网络的覆盖也有一定的范匿。当出现有线网 络无法铺设或者不能利用现有网络基础设施的紧急情况时，多跳自主接入网为无线蜂窝小 区的接入提供了支撑。 多跳自主接入网络属于无中心分布控制的网络，网络中各节点称为中继节点( r e l a y n o d e ) ，它们完全对等，通过无线多跳的传输方式，完成临时，移动基站和固定基站之间的 中继功能。具体举例来说，业务数据经过与骨干网相连的固定基站np b s 部分发出，进 入多跳自主接入网的一个末端中继，再经过其他多个中继节点的转发，最后到达临时，移动 基站( n _ r b s 部分) ，并由基站t j m s 部分传给该小区内的终端，从而完成业务的传输。 总之，阀终系统采用了集中业务处理和数据交换的方式，通过骨干礴中的| p s e r 、 n i p s e r 、骨干网及无线接入网问的网关、无线接入网内的r m t 、r b s ( 包括tr b s 和 5 东南大学硕士学位论文 n _ r b s ) 以及中继节点，构建一个受地面中心监控调度的，全覆盖的、小区间终端数据业 务可漫游的通信网络。 2 2系统互连结构 根据分层设计的原则，以o s l 3 l 参考模型作为指导，可对专用无线接入网的各部分协 议功能模块进行划分 2 2 1骨干网与固定蜂窝接入部分的互连 量千一中心纛务曩舅 接势辨螂培有毪镶赂 图2 - 2 骨干网及固定蜂窝接入部分的互连 如图2 - 2 所示。前面提到骨干网采用有线宽带环网的方式，网络中心服务器通过网关 与各小区基站互连，其有线网络部分的构建基于目前广泛应用的t c p i p 协议，在这里不作 详细展开。无线接入部分的终端、基站和中继设备以及相应的协议进行自主开发。在蜂窝 小区基站r b s 侧，通过无线信道，来自同一小区内无线移动终端r m t 的多种类型的业务 数据在tr b s 处汇集，来自末端中继节点r e l a yn o d e 的多种类型的业务数据在nr b s 处 汇集。基站的tr b s 、nr b s 部分有线相连，其功能相同，互连结构也相同，不同的是 工作的频点及各自面向的服务对象。基站再利用有线网络的t c p i p 协议将所有业务数据传 输到对应i p 类业务服务器或者非i p 类业务服务器，从而服务器与外部网络实现互连。 6 第二章公安专用无线接入网的系统架构及互莲功能体系 网络中的口类业务服务器i p s e r 和非1 p 类业务服务器n i p s e r 承担着逻辑链路( 业 务终端和对应的业务服务器端对端) 与物理链路( 由r m t 、r b s 和s e r 组成) 相互映射 的功能，来自r b s 不同逻辑管道的数据汇聚相应的业务处理服务器，通过服务器中的适 配( a d p ) 层适配成原始业务数据，进而处理、交换，发向各自的目的地址，所有外部返 回的信息圊样也汇聚到这里等待服务器的处理 系统网络中承载的两类业务( i p 及非m 业务) ，主要在整个通信网络的无线网络层部 分( w n l ) 进行区分( 实际上为了实现q o s ，在每个小区的无线链路层就已经区别对待) ， 而后由小区基站进行处理和业务分流 2 2 2 多跳自主接入部分的互连结构 霸定蜂窝小嚣多鞔自主弼部分鞲肘蜂窝小嚣 燃。“疆 “ 多纛囊生精+多瓣自生冀 i s + 錾铸黼t9 * 融，谬缓 蓉 。 率避中缝中赣节直 r o * 邸s 蔼拜 麓 爹皴网络聪层* 无线瓣终： l4 无线瓣端髻 一 ，萋 ( 飘) 痿 ； ( w 札) 层 ；无绫辩络( r a l ) 甓“ 。 瑟j i酽献蘑秀, l l - - 1 p 验毗鹰：。耋- i t l c 悬 t c p j p姒c 屡v - ，j c 屡 一骱e 屡姒c 层 t c p 臻 蒸 钧理屡 ? 物理詹 ：j如物理蘑 墨 ? 麴建羼 霜。1 l i i鑫j 囊 晃蠢德嫩 。：l j l搿定蔫皴“： ，嗣i 鼯一 。 i j 翳部分t 弼s 藩分 。兹线掰持i 札) 罄；凭缝搏甥( f 孔) 壤 肯 线 j fr 扰鬈? 箩粼瑟f 糖 i i c w i pl 鼬c 理 酗c 麓ii c p i p 鬻 r l 物理层 ，穆理罄1 日； 赫l 图2 - 3 多跳自主接入部分的互连结构 通过无线对等接口，固定小区基站nr b s 部分、临时，移动小区n j m s 部分，分别与 多跳自主网中的朱端中继节点相连，从而实现移动基站与网络中心的互通各基站部分和 中继之间、各中继节点之问的互连结构见图2 - 3 。 从特定角度来看，基站n r b s 部分与接入的中继节点之间类似接入点和接入终端的 关系，但是多跳自主网的中继节点并非业务终端。每个中继完全独立，又相互对等，同时 它包含无线网络层，负责起网络路由查找及维护功能。 通过上述对专用无线接入网各部分互连结构的划分，从内在体系上进一步说明了网络 的构成。其中，物理层、数据链路层( 包括媒质访问控制m a c 子层和无线链路控制r l c 7 东南丈学硬士学位论文 子层) 及无线网络层( w n l ) 同属于系统的空中接口部分，是我们开发设计的重点，无线 链路控制r l c 则是本文的研究重点： 2 3无线空中接口 对于无线通信系统研究来说，无线接入技术历来是重点，它往往决定了系统的容量和 性能，也将直接影响到对上层业务提供的支持。专用无线网的接入部分包括物理层、数据 链路层及无线网络层。鉴于数据链路层m a c 子层、w n l 层与r l c 子层的相邻关系，下 面对这两层以及i u c 层的功能及相互关系作简单的讨论。 2 3 1 无线蜂窝接入部分有关接口定义 无线蜂窝接入小区采用主从( m a s t e m - s l a v e ) 结构，以小区基站为中心，小区内各移动 终端受基站所控制 】m a c 子层功能定义 m a c 子层主要解决多用户竞争信道使用权的问题。无线蜂窝接入部分的m a c 层将信 道周期分为两部分，郾公共接入信道期及业务轮询信道期。在公共接入信道采用分布式协 调方式，基站给出上行指示后，各终端公平的争用分配的上行时隙，完成无线小区接入和 无线业务接入；在业务轮询信道期采用轮询( p o l l i n g ) 方式，基站轮流对小区内终端询阎 并传输业务数据，终端相应的做出应答( 图2 - 4 ) 。 毽藏蓑入信潍囊 业务轮 l i 檀港搬 叠舞攮 髅遐囊 葫蕊：| i 嚣一一 ：磊嚣”。”一一1 丢磊一丁_ 5 鼍 l 矗夸兜许；f 盘务锖瑚；l 蛊争兜寄： 圉2 - - 4无线蜂窝接入部分c 过程描述 具体说来，无线蜂窝接入部分m a c 层主要完成如下这些功能： 实现网络小区的无线接入 终端在基站分配的公共接入期上行时隙中，发出接入请求：基站在下一公共接入 期下行信令中附带确认。 实现业务信道的申请、传输控制和释放 同样在公共接入期上行时隙，终端申请业务信道；在业务轮询期。基站对各业务 信道进行调度及协调控制，直至晟后业务完成释放。 给r l c 层以及其他上供透明的数据收发管道 i 第二章公安专用无线接入网的系统架构及互连功能体系 m a c 子层为它的上层完成了逻辑信道和物理信道的映射，屏蔽了无线信道的物 理特性。 利用高质量的调度算法，实现不同q o s 等级、不同流量大小业务的传输信道控制 采用区分业务的方式，合理的牺牲实时性要求低的数据业务或者指示其r l c 降低 流量来保障q o s 级别高的业务的信道分配 实现空中数据发送时的载波信号检测，减少碰撞，提高传输效率 每次发送前，先检测载波信号，避免双方同时发送造成数据的损坏或丢失 2 r l c 子层功能定义 r l c 子层主要任务是将有噪声的物理信遭变成无传输差错的通信信道，提供差错控 制、流量控制和链路控制等功能。 无线蜂窝接入部分以基站为中心控制点，r 【c 主要在基站和终端之问完成单跳链路控 翻，具体实现以下备功能： 将传输数据成帧，并完成链路层的寻址功能 实现差错控制及流量控制 为不同的业务提供相应的q o s 的链路控制 为无线网络层( w n l ) 数据收发、上层控制信令传输提供通道 r i l e 层各功能及实现的方式是研究的重点，将在后面具体描述。 3 w n l 层功能定义 网络层使用数据链路层提供的服务，任务是选择合适的路由，使发送端运输层所传下 来的数据能够按照地址找到目的端。此外，如果在子网中同时出现过多的分组，它们将相 互阻塞通路，形成瓶颈，因此拥塞控制也属于网络层的范围。 无线蜂窝接入网部分由基站来负责对各业务的网络层路由功能，基站侧的w n l 具体 功能定义如下： 完成业务类型服务器登记 网络中心服务器承载的两类业务：m 数据、非m 视频( v i d e o ) 和话音( v o i c e ) ， 经有线导入基站，并在无线网络层部分( w n l ) 进行区分 实现点播业务( 被动) 、突发业务( 主动) 以及终端寻呼( 回应) w n l 根据获得并维护的路由信息，保证分组数据能够按照路由信息到达目标终 端，从而实现业务的传输。 实现小区间的网络管理。 主要包括基站对小区内终端的接入登记管理、移动切换管理等。 2 3 2 多跳自主接入部分有关接口定义 多跳自主接入网采用平衡( b a l a n c e ) 结构，网络中各节点完全对等，完成数据包的多 9 东南大学硕士学位论文 跳转发。这样的结构与具备基站中心控制的蜂窝接入部分完全不同，也决定了接口上侧重 的功能不同。 1 m a c 子层功能定义 可以看出，两内各节点更多完成的是中继转发的功能，所以不涉及蜂窝接入网中的终 端登记接入及业务信道分配等问题。但是，在没有中心节点控制的情况下，m a c 子层采 用的是随机接入的分布式控制方法，所以重点要解决的是多个节点访问信道的冲突问题， 以及可能带来的隐藏终端问题。 这里采用非坚持c s m a | q 来减少冲突，即每个节点( 也包括普通终端节点) 在发送数 据前先监听信道上其他节点是否在发送数据。如果监听发现已经有数据在发送，则此节点 暂时不发送数据，根据协议的算法延迟一个随机时间再次监听信道一旦发现信道空闲之 后，就将数据发送出去。如果反复监听超过规定次数仍不成功发送，则放弃发送该数据 在为上层提供透明的数据收发管道及q o s 业务调度方面，多跳自主网络与蜂窝接入网 络是一致的 2 r l c 子层功能定义 这里，r l c 子层同样负责将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的 数据链路，但是这里的数据包是通过多跳的链路传输的，所以对r l c 子层的要求有着一定 的特殊性。其一般及特殊功能定义如下： 将传输数据成帧，并完成链路层的寻址功能 实现差错控制及流量控制，以及有关的a r q 机制 为上层数据及控制信令提供收发的管道 通过逐跳的方法，在各中继节点之间建立起有效的、有保障的逻辑链路，并对该 链路进行维护和管理。这也是多跳自主瞬链路控制的特殊所在 具体的研究与实现同样将在后面描述 3 w n l 层功能定义 同样的，w n l 层也负责路由寻址，但是在自主网络中，不再存在本地基站代理或外部 代理帮助其实现路由分组，也不再存在缺省的路由，传统路由算法无法直接应用到其中。 因此，这里州l 层的主要功能是，通过特定的路由算法，来实现各中继节点独立的查寻 路由并转发分组能力。 通过对网络结构以及与r l c 子层相邻无线接口部分的分析，可以看出，在蜂窝接入网部 分和多跳自主网部分，其r l c 总的功能目标是一致的，但是收到结构的限制及上下层策略的 影响，具体实施的方案必然体现出差别。 l o 第三章无线链路控制( r l c ) 的一般功能及实现 第三章无线链路控制( r l c ) 的一般功能及实现 在对专用无线网蜂窝接入部分及多跳自主接入部分的r l c 作深入研究之前，本章先描 述无线链路控制( r l c ) 的一般性功能，并对现有的一些功能实现进行分析和比较，最后 讨论r l c 的实体模型，从而为后面专用网无线蜂窝接入部分、多跳自主接入部分r l c 的 深入研究打下基础 3 1r l c 功能概述 r i a 2 通过将物理层的比特组织成帧、处理传输差错、调整帧的流速、管理和维护传输 链路、提供q 1 0 s 优化并为上层提供良好的服务接口，来实现无线链路上的可靠数据传输及 q o s 保障具体叙述如下i s l ： 帧控制 数据链路上传输的基本单位是帧。r l c 帧控制要求发送端把上层过长的数据信息拆分 成若干码组，在每个码组中加入地址字段、控制字段、校验字段等标志，组成帧发送：要 求接收端从收到的帧中去掉标志字段，将这些码组组合起来还原成数据信息后提交给上层 寻址 在多点链路中，必须保证数据帧能够正确的到达接收端 差错控制 当数据信息在物理链路中传输出现差错，r l c 要求接收端能够检测出差错并予以恢 复。通常采用的方法有自动请求重发a r q 和前向纠错两种当检测出无法恢复的差错时， 应通知上层做相应处理 流量控制 r l c 流量控制用于克服链路的拥塞。它对链路上信息流量进行调解，确保发送端发送 的数据与接收端能够接收的数据速率相容 链路管理 在两个网络实体之间提供数据链路连接的建立、维持和终止，控制信息的传输方向， 显示实体的工作状态，这些都属于r l c 链路管理的范畴。 异常状态恢复 当链路发生异常情况时，如收至0 含义不清的序列或超时收不到响应等，能够自动重新 启动，恢复到正常工作状态。 q o s 优化 r l c 的q o s 以每个逻辑连接为基础，根据数据的不同传输特性选择不同的处理方式 东南大学硕士学位论文 3 2 有关功能的实现 下面就r l c 的帧控制、差错控制、流量控制等几个主要功能及各自实现的方法进行详 细分析和比较。 3 2 1 帧控制 1 成帧 成帧方法主要三种：字符长度计数法、基于字符的帧划分以及基于比特位标志的帧划 分 字符长度计数法 该方法在帧的头部使用一个字段来标明帧中字符数，如图3 - 1 所示： 图3 - 1 字符长度计数 所面临的问题是计算值可能因传输差错而被篡改，这样即使知道校验和不正确，也无 法判断连续的下帧从哪里开始，存在着同步问题。 基于字符的帧划分： 在基于字符的帧划分中，每一帧以a s c i i 字符序列d l e s t x 开头，以d l e e t x 结束。 采用这种方法，接收方主机一旦丢失帧边界，只需查找d l ee t x 或d l es t x 字符序列就 可找到它所在的位置。即以特定的字符序列为控制字段。 弼步簪 符 麓曹 蠹曩收一 臻充字符 圈3 - 2基于字符的帧划分 为了解决传送的数据也会出现d l es t x 或d l ee t x 的问题，采用字符填充技术，郎 发送方的链路层在数据中每个d l e 字符前，插入一个d l e 的a s c i i 码。接收方在提交上 层之前，将插入的d l e 字符丢掉。这样，如果只有单个d l e 字符出现，就可以判断使用 边界控制字符d l es t x 或d l e e t x 了。 基于字符的帧划分的缺点是依赖于字符集，不通用，也无法扩展。 基于比特位标志的帧划分 在基于比特位标志的帧划分中，每一帧使用一个特殊的位模式，即0 1 1 1 1 1 1 0 作为开始 和结束的标志字节当发送端链路层在数据中遇到5 个连续的1 后面跟着一个0 时，采用 1 2 第三章无线链路控制( r l c ) 的一般功能及实现 位填充计数，自动在其后面插入一个o ；当接收端看到5 个连续的1 后面跟着一个0 时 自动将该0 删除。对上层来说，这些操作都是透明的。 卜一苎蔓一 墼塑 i 塑曼i a ) 鞭蚺氟蠢 卜_ j 墅! _ 卜 一一墨篓 l 苎曼i j 攘茏证 。 分段和重组( s e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y ) 该功能根据从m a c 层收到的p d u 大小指示，在发送侧对s d u 进行分段，并在 接收侧重组成完整的s d u 连接( c o n c a t e n a t i o n ) 该功能对小的s d u 进行连接，组合在单个p d u 内传送，以提高传输效率。 填充( p a d d i n g ) 当连接功能不可用，并且剩余要发送的数据不能填满一个完整的p d u 时，剩余数 据段将用填充比特填满，填充比特为全0 纠错( e r r o rc o r r e c t i o n ) 该功能在确认模式中通过a r q 机制提供纠错能力。 高层p d u 的按序传递( i n - s e q u e n c ed e l i v e r yo f h i g h e rl a y e rp d u s ) 东南大学硕士学位论文 该功能保证确认模式下的r l c 实体发送给高层的p d u 的顺序。通过p d u 的序号 s n 字段，r l c 可以在缓冲区中对p d u 进行排序，一旦收到完整的s d u ，则立即传送 给高层。 重复检测( d u p l i c a t c d e t e c t i o n ) 该功能检测重复的p d u ，保证发到高层的p d u 只传输一次。 流量控制( f l o wc o n n - 0 1 ) 该功能允许r l c 接收端实体控制发送端实体发送信息的速率，保证一定的吞吐 量。 协议错误检寝i 和恢复( p r o t o c o le r r o rd e t e c t i o na n dr e c o v e r y ) 该功能在r l c 协议操作中检测错误并进行恢复。在无确认模式中只进行检错，遇 到出错的就抛弃在确认模式下，通过重传进行错误恢复，使协议恢复到正常的状态 加密( c i p h e r i n g ) 该功能对p d u 迸：行加密，防止无线链路上的非法窃听 、l ，i j 一，_ i 。；纛， lr ” i势驻，敬艟 。l i i 抽羔r i 触蝴卜蕃1 r t 玺睡r w 叫嚣麓卜 it 。， 报头拄_ 辅息辫拆 1r j1 r t l r l c 靠x 投橱牢敷设譬 l 接收援存蕾 t i 梅输埋存曩 l i 黼 l j 一l l加毒 爱避方基权方 一一、7、 、 1r 囹3 - 1 6 确认模式实体的模型 在确认模式下，r l c 只有一个实体，该实体包含了发送和接收的功能。确认实体的发 送端从高层接收r l cs d u ，将其分段或级联成定长度的a m dp d u ，加上r l c 报头并 第三章无线链路控制( r l c ) 的一般功能及实现 对有关控制字段设置后压入传输缓存器。同时，a m dp d u 也被放在重传缓存器中，根据 对等a mr l c 实体发送的状态p d u 或捎带的状态p d u 所包含的信息来决定是被删除还是 被重传。r l c 控制单元决定了何时进行重传以及最多可重传的次数。 a m 模式采用捎带机制，在r l c 头上附带控制字段信息，这样提高了传输效率并使得 对等a mr l c 实体之间的快速消息交换成为可能。在接收侧，报头信息控制解析模块负责 提取出捎带的信息，递交r l c 控制模块做出重传或确认或其他响应 如果配置了加密功能，那么数据从传输缓存器提交到m a c 发送之前，经过加密模块 进行加密处理，同样需要接收端的解密模块恢复成原有数据 东南大学硕士学位论文 第四章专用网无线蜂窝接入部分r l c 的研究与设计 前文讨论了无线链路控制层的一般功能及其现有的实现方法，也概述了r l c 实体工作 模型。本章在此基础上，根据无线蜂窝接入部分的特点与要求，对其r l c 层及其相邻上下 层作一个立体模型的划分，并对业务平面及控制平面r l c 的有关功能进行了详细的研究与 设计 4 1 r l c 分析概述 专用网无线蜂窝接入部分协议功能模型如图4 1 所示 从纵向面来看，m a c 通过逻辑信道向r l c 层提供业务。逻辑信道以发送数据的类型 为特征，它指示传输的数据是何种类型的r l c 通过服务访问点s a p 向高层提供业务。 服务访问点指示r l c 处理数据的方式，譬如是否使用自动请求重传( a r q ) 功能等 从横向面来看，这个模型由业务平面、控制平面以及管理平面三部分组成。业务平面 与业务数据的传输及控制有关控制平面涉及建立、管理和释放连接等相关的控制功能。 管理平面分为层管理和平面管理，层管理负责管理协议实体中存在的资源和参数，而平面 管理负责协调其他各面之间的关系。下面主要研究的是r l c 的业务平面和控制平面。 图4 - 1协议功能模型 在业务平面，r l c 层业务称为业务承载。r l c 层为业务的数据传输提供了差错控制和 流量控制。差错控制和流量控制策略依具体业务的不同而有所不同，这由上层决定。 在控制平面，r l c 层业务称为信令承载。r l c 负责逻辑链路的建立、管理以及释放。 另外。无线资源控制( r r c ) 层也利用r l c 层的业务来传输信令，这些信令主要用于协调 2 6 第四章专用两无线蜂窝接入部分r l c 的研究与设计 无线资源分配、传递一些系统控制信息，如进行小区中当前的信道配置、控制底层的测量 功能以获得切换决策需要的数据等。 应该指出的是，为了在业务层面实现区分业务的服务，对不同的连接提供不同的服务 质量( q o s ) ，控制平面在终端和基站建立连接时，就要对传输的业务量和所要求的服务质 量进行说明，随后在业务传输时，按照预先约定的流量及差错机制实现 4 2 r i l e 帧控制 4 2 1 帧的划分及帧长 字符长度计数法存在着同步的问题，基于字符的帧划分倚赖字符集，可扩展性差所 以，这里采用基于比特位标志的方法进行帧的划分。 在帧长方面，考虑到不同业务流的特性以及对q o s 的要求，根据业务采用不同的策略 对于视频流等实时性业务，采用固定帧长，以满足实时业务数据的平滑和流量的要求对 于m 数据包，采用可变的帧长度，以提高信道传输的利用率 4 2 ，2 协议数据单元p d u r l c 在业务平面上定义了两类p d u ：数据p d u 和控制p d u 。数据p d u 用于承载高 层的数据，根据工作模式的不同，可分为t r p d u 、u m d p d u 、a m d p d u 。控制p d u 仅 用于确认模式下的r l c 实体，包括l i s tp d u 。 r l c 在控制平面上，定义了控制p d u ，主要用于逻辑链路的连接控制及管理，包括 s e t p d u 、d i s c p d u 、p o l l i n g p d u 、s t a t u s p d u 、r e s e t p d u 、a c k p d u 等。 1 t r p d u t rp d u 是在透明模式下发送和接收的数据p d u ，不包含任何信息，只包含s d u 数据 d a t a ，如下图所示： 图4 - 2t rp d i ) 格式 2 u m d p d u u m dp d u 是在无确认模式下发送和接收的数据p d u ，除了包含s d u 数据外，还包 含了一个序号字段s n 和长度标识l e n g t h ，以便接收端对s d u 进行重组，如下图所示 s n l e n g i l l d a m 图4 - 3u m d p d u 东南大学硕士学位论文 3 a m d p d u a m d p d u 用于确认模式下的数据传输。在p d u 开头以d c 标志位与该模式下的控制 p d u 相区分。除了s n 、d a t a 和l e n g t h 字段外，还增加了一个轮询字段用于请求接收方发 送p d u 的确认信息。同时，p a d 字段可用于发送“捎带”的确认信息，以提高链路的利 用效率 d cs n p o l l i n g l e n g t h d a t a p a d ( 捎带确认) 图4 - 4 肋p d u 4 l i s t p d u 当a m i ) p d u 中的轮询字段p o l l i n g 为】时，接收端祥发送端回送一次状态报告l i s t p d u ，告诉发送端当前收到的和丢失的p d u 信息。l i s t p d u 有多个特别字段组成，可附 带被确认的p d u 序号、丢失的p d u 序号、当前接收的p d u 最大序号等等发送端根据这 些信息，重发丢失的p d u 。同时，也可通过l i s tp d u 来迸行流量控制，告诉发送端接收 窗口的剩余大小 d ，c控制p d u 类型 拨确认的p d u 序号列表 丢失的p d u 序号列表 被确认的p d u 最大序号 接收端窗口 p a d 图4 - 5l i s tp d u 5 链路控制p d u 用于链路管理的其他控制p d u ，主要包括s e tp d u 、d i s cp d u 、p o l l i n gp d u 、 s t a t u s p d u 、r e s e t p d u 、a c k p d u 等，它们的结构相同( 图4 石) 。 s e tp d u 用于链路的建立请求，d i s cp d u 用于链路的拆除请求，p o l l i n gp d u 用 于链路状态的轮询，s t a t u sp d u 用于链路状态轮询的响应。r e s e tp d u 用于链路异常 或接收方不同步时链路的重置请求，a c kp d u 用于请求的确认。 第醋章专用两无线蜂窝接入部分r l c 的研究与设计 d c 控制p d u 类型 p o l l i n g i p a d 4 3寻址的实现 图4 - 6 链路控制p d u 在无线蜂窝接入网中，基站作为中心控制点，和终端之间实现点到点通信。而终端和 终端之间通过基站实现端到端通信 基站和终端之间的链路结构分为两种( 图4 - 7 ) ：点- 点链路和点多点链路无论哪种 结构，基站都作为控制站，主管链路的信息流，并处理链路上出现的不可恢复的差错情况； 终端作为受控站，根据接收信息和命令而发出确认信息或响应 “) 点一点链路 ( b ) 点一多点链路 图4 7 数据链路结构 由于网络要为视频、话音、数据等多种业务提供服务，所以设计中充分考虑了链路共 享，即在信道容量允许的情况下，同一条链路上可以承载多个相同或不同的业务 所以，寻址要实现的目标既包含了逻辑链路两端( 包括点点，点多点结构) 的对应， 也