（通信与信息系统专业论文）移动通信网络中拥塞控制协议性能研究.pdf

摘要 第三代移动通信系统u m t s 一开始就是为灵活地传递任意类型的业务而设 计的。3 g p pr 5 中引入了h s d p a 技术使下行链路的峰值速率从2 m b p s 增加到了 1 4 4 m b p s 。h s d p a 采用自适应调制编码、快速物理层混合自动请求重传技术，增 大了下行链路带宽、向上层隐藏了高误码率的信道特性并减小了时延，改善了无 线信道的性能。本文使用n s 2 和扩展的e u r a n e 模块搭建了u m t sh s d p a 网 络的仿真平台，研究并给出了h s d p a 中h s d s c h 信道差错模型的生成方法。本 文比较了默认参数下，各个版本的t c p 协议的性能，发现t c pt a h o e 、r e n o 、 n e w r e n o 、s a c k 协议的性能基本相同。之后，研究了初始窗口、最大窗口、分 组大小的变化对t c pr e n o 和t c pv e g a s 性能的影响。仿真表明参数优化后t c p r e n o 的性能有明显改善，t c pv e g a s 的性能变化不大。本文研究了影响系统t c p 性能的重要因素调度算法，在e u r a n e 中实现了比例公平( p f ) 调度算法， 讨论了时间窗长度的变化对p f 算法性能的影响，并与已有的最大载干比调度和 轮循调度算法的性能进行了比较。仿真表明p f 调度算法是吞吐量和公平性的折 衷，与另两种算法相比具有更好的综合性能。 关键词：u m t sh s d p ae u r a n et c p比例公平调度 a b s t r a c t u m t sc o n s t i t u t e st h e 蕊谢g e n e r a t i o no fc e l l u l a rw i r e l e s sn e t w o r k sw h i c ha i m s t op r o v i d eh i g h - s p e e dd a t aa c c e s sa l o n gw i t hr e a lt i m ev o i c ec a l l s 3 g p pr e l e a s e5 i n t r o d u c e sh i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) t oi n c r e a s et h ed o w n l i n k p e a k d a t ar a t e s u pt o lg 4 m b p sf r o m2 m b p s h s d p aa d o p t ss o m et e c h n i q u e s i n c l u d i n ga d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) ，f a s tp h y s i c a lh y b r i da r q ( h a r q ) ， w h i c hi m p r o v et h ed o w n l i n kb a n d w i d t h ，h i d et h eh i 曲b l e rt ou pl a y e ra n dr e d u c e t h ee n d - t o e n dd e l a y n s - 2a n de u r a n e g i v ea ne x c e l l e n to p p o r t u n i t yt os i m u l a t ea n u m t sh s d p ae n v i r o n m e n t ，确eg e n e r a t i o no fh s d s c he r r o rm o d e li ne u r a n ei s a l s os t u d i e di nt h i sp a p e r t h i sp a p e ra n a l y z e st h ep e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tv e r s i o n so f t c po v e rh s d p a 谢像d e f a u l tt c p p a r a m e t e r s ，d i f f e r e n ti n i t i a lw i n d o w , m a x i m u m w i n d o wa n dp a c k e ts i z e t h es i m u l a t i o n si n d i c a t et h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft c pr e n oi s o b v i o u s l yi m p r o v e da n dt h ep e r f o r m a n c eo ft c pv e g a sn e a r l yh a sn od i f f e r e n c ew i t h t h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r s t h e n ，p a c k e ts c h e d u l i n gw h i c ha f f e c t st h et c pp e r f o r m a n c e s e r i o u s l yi se x a m i n e d p r o p o r t i o n a lf a i ra l g o r i t h mi sa c c o m p l i s h e di ne u r a n e ，a n d a v e r a g i n gw i n d o wl e n g t hw h i c hh a si m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo fp f a l g o r i t h mi so p t i m i z e d w ea l s oc o m p a r et h ep e r f o r m a n c eo fp fw i t hm a x c ia n d r o u n dr o b i n 强es i m u l a t i o n si n d i c a t et h a tp fs c h e d u l i n gi sat r a d e o f fb e t w e e n t h r o u g h p u ta n df a i r n e s sa n di st h eb e s to n eo ft h et h r e e k e y w o r d s ：u m t s h s d p ae u r a n et c p p r o p o r t i o n a lf a i r 创新性声明 本人声明所呈交的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，除了文中加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它 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 何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：豸弋磷良 日期纱衫乙夕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍为西安电子科技大学。学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在 解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：多弋砩良 同期沙7 ：易矽 导师签名：出 日期 夕埘 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究工作的背景和意义 进入2 0 世纪9 0 年代后，以i n t e r n e t 为代表的计算机网络得到了飞速的发展， i n t e r n e t 已经成为信息世界最大的网络。基于因特网协议( i p ：i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 的分组数据业务量已经超过了基于电路交换的业务量，而且在继续高速的发展着。 第二代移动通信系统，如全球移动通信系统( g s m ：g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ) ，最初是为有效的传输话音业务设计的，它的数据处理能力有限。 相比之下，第三代( 3 g ：t h i r dg e n e r a t i o n ) 移动通信系统一开始就是为灵活传递 任意类型的业务而设计的，不仅能够为用户提供传统的电路交换业务，还能够提 供各种多媒体业务，如高质量的图像、流媒体视频、网页浏览、内容下载等，并 且能够接入i n t e m e t 。大部分的无线数据业务都是非对称的，这就对下行链路方向 的信道带宽提出了要求。 3 g 技术主要包括w c d m a 、t d s c d m a 和c d m a 2 0 0 0 三种标准，其中 w c d m a 和t d s c d m a 标准属于3 g p p ( t h e3 坩g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 框 架，称为u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 技术1 1 1 。w c d m a 是第三代移动通信系统广泛采用的空中接口。w c d m a 能提供的峰值比特速率可 以达到2 m b p s ，同时支持各种可变的用户数据速率，带宽约为5 m h z 。为了更好 的满足数据业务对高比特速率的要求，w c d m a 引入了高速下行链路分组接入 ( h s d p a ：h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) 技术来增强下行链路的性能，是目 前w c d m a 网络中重要的研究方向之一。 第三代移动通信系统的一个重要的特征就是支持高速分组数据业务，这些业 务一般都可以接入i n t e m e t 。有关统计显示1 2 1 ，i n t e m e t 骨干网中，9 5 的数据业务 使用t c p 协议进行传输，t c p 协议是目前使用最广泛的传输层协议。u m t s 网络 中所提供的分组数据业务也需要使用t c p 协议进行传输。另一方面，从已有网络 的使用情况看，t c p 性能受下层物理网络特性的影响较大，不同的信道条件、传 输机制都会使t c p 协议的性能产生差异。目前对u m t s 网络中t c p 协议性能的 研究还很少。所以，研究u m t s 网络中的t c p 性能是很有必要的。 u m t sh s d p a 技术在w c d m ar 9 9 的基础上引入了新的高速下行链路共享 信道( h s d s c h ：h i g hs p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) ，使传输时间间隔( 1 1 1 ： t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ) 从1 0 m s 减小到了2 m s ，支持自适应调制编码、多码传 输和快速物理层混合自动请求重传。链路自适应和分组调度功能从无线网络控制 2 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 器转移到了n o d eb ，可以更快、熙准确的获得每个用户的瞬时信道条件。h s d p a 技术应用于下行共享信道，丽共享信道具有动态分配信道的特点，即所有的用户 以时分和码分方式共享无线信道资源，那么分组调度在这里就具有极其重要的作 用。分组调度功能在每一个耵i 选择一个或几个用户的分组数据，决定分配信道 码的个数、扩颏因子以及发射功率等参数。选择一个好的分组调度算法，可以获 得高吞吐量性能和高信道利用率，还可以控制用户公平性。另外，对需要服务速 率保障黔业务流，也可以通过分组调度来实现对业务流速率的控制。所以，分组 调度算法的选择，很大程度上决定了系统的性能，也是现在研究的热点之一。 1 2 本文主要工作和内容安排 本文研究了第三代移动透信嬲u m t sh s d p a 中拥塞控制协议的性能，主要 完成了以下工作： 使用n s - 2 和扩展的e u r a n e 模块搭建了u m t sh s d p a 网络的仿真平 台，研究并给出了h s d p a 中h s d s c h 信道差错模型的生成方法。 o 研究比较了不同t c p 协议在h s d s c h 信道的性能。比较了默认参数下， 各个版本的t c p 协议的性能，发现t c pt a h o e 、r e n o 、n e w r e n o 、s a c k 协议的性能基本相同。之后，研究了初始窗口、最大窗口、分组大小的 变化对t c pr e n o 和代pv e g a s 性能的影响。仿真表弱参数优化后t c p r e n o 的性能有明显改善，t c pv e g a s 的性能变化不大。 实现了比例公平( p f ) 调度算法，扩展了e u r a n e 的功能，讨论了p f 调度算法的参数时间窗长度的变化对算法性能的影响，并与已有的 最大载干比和轮循调度算法的性能进行了比较。仿真表明p f 调度算法 是吞吐量和公平性的折衷，与另两种算法相比具有更好的综合性能。 本文的安排如下： 第章对u m t s 系统做简要的介绍。首先，从u m t s 基本结构入手，分剃 介绍了u m t s 网络主要的逻辑网元及它们之间的接口；其次，重点介绍了u m t s 的无线接口协议。 第三章主要介绍了h s d p a 的三个关键技术，新的传输信道及引入后 w c d m a 协议结构的变化，薪增加的m a c h s 实体的功畿。 第四章针对u m t sh s d p a 无线信道的特点，研究并给出了h s d p a 中 h s d s c h 信道差错模型的生成方法；对t c p 协议的参数进行优化，改进了u m t s 网络的t c p 性熊；实现了比例公平算法，并与己有的最大载干比调度、轮循调度 算法进行了比较。 第五章总结全文，为迸一步研究u m t s 下行链路的t c p 性能提戡了方向。 第二章u m t s 系统概述 3 第二章u m t s 系统概述 u m t s 是采用w c d m a 空中接口的第三代移动通信系统。u m t s 系统应用了 与第二代移动通信系统相似的结构，本章将对u m t s 系统做简要的介绍。首先， 从u m t s 基本结构入手，分别介绍了u m t s 网络主要的逻辑网元及它们之间的 接口；其次，重点介绍了u m t s 的无线接口协议。 2 1u m t s 基本结构 根据3 g p p l 3 1 ，u m t s 网络主要由用户设备( u e ：u s e re q u i p m e n t ) 、u m t s 地面无线接入网( u t r a n ：u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，) 、核心网( c n ： c o r en e t w o r k ) 三部分及它们之问相应的接口组成。每部分包含很多逻辑网元，每 个网元都有规定的功能，本节将分别介绍各个网元的功能。u m t s 的基本结构如 图2 1 。 ；f 池引 ! 陌忑百1 l 一 ；f 引 l 一j ：曝忑司 l 一一 j 2 1 1 用户设备u e 图2 1u m t s 基本结构【l i u e 包含两部分： 移动设备( m e ：m o b i l ee q u i p m e n t ) ：通过u u 接口进行无线通信的无线 终端。 u m t s 用户识别模块( u s i m - u m t ss u b s c r i b e ri d e n t i f ym o d u l e ) ：一张 一 4 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 智能卡，记载有用户标识，可执行鉴权算法，并存储鉴权、密钥以及终 端所需的一些用户签约信息。 u t r a n 是u m t s 网络最重要的组成部分，实现所有与无线相关的功能。 u t r a n 包括两个不同的网元： n o d eb ：主要功能是进行空中接口物理层处理，如信道编码和交织、速 率匹配、扩频等；也执行一些基本的无线资源管理工作，如内环功率控 制。逻辑上讲，n o d eb 对应于g s m 的基站。 无线网络控制器( r n c ：r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) ：负责控制u t r a n 无线资源的网元，它与c n 接口相连，并且终止无线资源控制( r r c ： r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 。主要完成连接建立和断开、切换、无线资源控 制等功能。r n c 的逻辑功能相当于g s m 的基站控制器。 控制n o d eb 的r n c 称为该n o d eb 的控制r n c ( c r n c ：c o n t r o lr n c ) ， c r n c 负责对其控制的小区的无线资源进行管理。 如果在一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n c 的无线资源，那 么这些涉及的r n c 可以分为： 服务r n c ( s r n c ：s e r v i c er n c ) ：管理u e 和u t r a n 之间的无线连接。 它是对应于该u e 的i u 接口的终止点。无线接入承载的参数映射到无线 信道的参数，是否进行越区切换，开环功率控制等基本的无线资源管理 都是由s r n c 来完成的。一个与u t r a n 相连的u e 有且只能有一个 s r n c 。 漂移r n c ( d r n c ：d r i f tr n c ) ：除了s r n c 以外，u e 所用到的r n c 。 一个用户可以没有，也可以有一个或多个d r n c 。 2 1 3 核心网c n c n 负责对语音及数据业务进行交换和路由查找，以便将业务连接至外部网 络。外部网络包括电路交换( c s ：c i r c u i ts w i t c h e d ) 网络和分组交换( p s ：p a c k e t s w i t c h e d ) 网络，所以c n 也分成若干个c s 和p s 实体。 移动业务交换中心访问位置寄存器( m s c l r ：m o b i l es e r v i c e s s w i t c h i n gc e n t e r v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ) ：为当前位置的u e 提供电路交换 业务的交换中心( m s c ) 和数据库( v l r ) 。m s c 的功能是处理电路交 换业务，v l r 用于保存漫游用户的业务基本特征副本和u e 在服务系统 第二章u m t s 系统概述 5 内精确的位置信息。通常把通过m s c v l r 相连接的网络部分称为c s 域。 网关移动业务交换中心( g m s c ：g a t e w a ym o b i l es e r v i c e ss w i t c h i n g c e n t e r ) ：c n 与外部c s 网络连接的交换设备，所有出入的c s 连接都要 经过g m s c ，主要完成m s c 功能中的呼入呼叫的路由功能。 服务g p r s 支撑节点( s g s n ：s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ) ：主要功能是 提供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等，其功 能与m s c u 乇类似，但用于分组交换业务。通过s g s n 相连接的网络 部分通常称为p s 域。 网关g p r s 支撑节点( g g s n ：g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) ：提供数据 包在w c d m a 移动网和外部数据网之间的路由和封装。主要功能是同外 部i p 分组网络的接口功能，从外部网的观点来看，g g s n 就好像是可寻 址w c d m a 移动网络中所有用户i p 的路由器，需要同外部网络交换路 由信息。功能类似于g m s c ，但用于p s 业务。 归属位置寄存器( h l r ：h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ) ：一个位于用户归属系 统的数据库，存储着用户业务基本特征的备份，如开通业务的信息、禁 止漫游区域、补充业务信息等。这个信息在新用户向系统注册入网时创 建，在用户签约合同期内始终有效。为了将呼入业务的路由指到u e ， h l r 还在服务系统上存储u e 在m s c l r 和或s g s n 一级的位置信 息。 2 1 4 外部网络 外部网络可以分成两组： c s 网络：用于提供电路交换连接，例如现有的电话业务。综合业务数字 网( i s d n ：i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 和公用电话交换网( p s t n ： p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 都是c s 网络的例子。 p s 网络：用于提供分组业务连接，如i n t e r n e t 就属于p s 网络。 2 1 5 接口 u m t s 标准没有对网元的内在功能进行具体的规范，但定义了逻辑网元间的 接口，其中主要的开放接口包括： c u 接口：u s i m 智能卡和m e 间的电气接口，它遵循智能卡的标准格式。 u u 接口fw c d m a 的无线接口，是u e 接入到系统固定部分的接口，可 6 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 以说是u m t s 中最重要的开放接口。在2 2 节中将会具体介绍。 i u 接口：连接u t r a n 和核心网，将系统分成专用于无线通信的u t r a n 和负责处理交换、寻找路由和业务控制的核心网两部分。l u 有两种主要 的不同实体，它们分别是用于将u t r a n 连接至电路交换核心网的i uc s 和连接至分组交换核心网的i up s 。还有一种实体称为i ub c ( i u b r o a d c a s t ) ，连接u t r a n 和核心网的广播域，用于支持小区广播业务。 l u r 接口：连接两个r n c s ，可提供四种功能：支持基本的r n c 之间的 移动性、支持专用信道业务、支持公共信道业务、支持全局资源管理。 l u b 接口：连接n o d eb 和r n c 。 2 2u m t s 无线接口 u m t s 协议，从总体上来看被分成二个层面，称为接入层面( a s ：a c c e s s s t r a t u m ) 和非接入层面( n a s ：n o n a c c e s ss t r a t u m ) 。其中，接入层面就是移动 台和u t r a n 网络对话所应用到的层面，而非接入层面是移动台和核心网之间对 话用的的层面，透明通过接入层面。接入层面协议是随选择不同接入网的类型而 发生变化的协议，如选择的是u t r a n 时，接入层面的协议模型只适用于u t r a n 网络。对于非接入层面，不管底层的接入协议发生怎样的变化，上层的非接入层 面的协议是统一的，不发生变化。上下层协议的不相关性使得对于将来接入系统 发生的任何变化，上层应用软件包都不会发生变化。接入层面包括物理层( p h y ： p h y s i c a ll a y e r ) 、媒体接入控制( m a c ：m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 层、无线链路控制 ( r l c ：r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) 层及无线资源控制( r r c ) 层的一部分；r r c 层其余 部分如移动性管理、呼叫建立和呼叫管理等则属于非接入层面协议。 本节重点介绍接入网为u t r a n 的u m t s 的接入层面协议。u m t s 无线接口 协议1 4 j 如图2 2 。 接入层面协议从纵向可分为两个平面，控制平面和用户平面。控制平面传输 的是信令，包括系统内信令和系统间的信令，而用户平面传输的是业务信息，包 括数据业务和话音业务。 2 2 1 无线资源控制( r r c ) 协议 r r c 协议【1 】是无线接口协议的第三层( l 3 ：l a y e r3 ) ，只存在于控制平面。 r r c 层通过业务接入点( s a p ：s e r v i c e sa c c e s sp o i n t ) 将服务提供给高层。业务 接入点在u e 侧和u t r a n 侧分别供高层协议和l u 接口使用。所有高层信令( 移 动性管理、呼叫控制等) 都要封装成r r c 消息在无线接口上传送。 第一章u m t s 系统概述 r r c 层和所有底层协议之间的控制接u 放第2 层和第1 层协议实体所需的全部参数 挡制 供r r c 层来配置建啦、修改和释 - rl f l l 逻辑信 、l a ( 、1 i 【 幽2 2u m t s 无线接口协议 r r c 层负责处理u e 和u t r a n 阳j 控制信令的主要部分，它的主要功能包括 与非接八层和接八层相天的系统信息广播 寻呼 小k 初选和空闲模式f 的小区币选 u e 和u t r a n 之间r r c 连接的建立、维护和释放 无线承找、传输信道和物理信道的控制 信令消息的完整性保护 u e 测量报告以及对报告过程的榨制 r r c 连接的移动性功能 支持s r n c 重定位 功率控制 小区广播业务相关的功能 支持u e 的定位功能 8 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 2 2 2 分组数据汇聚协议广播组播控制协议( p d c p b m c ) 分组数据汇聚协议( p d c p ：p a c k e td a t ac o n v e r g ep r o t o c 0 1 ) 只存在于用户平 面，且只应用于分组域的业务。主要功能是包头压缩、用户数据传送。 广播组播控制协议( b m c b r o a d c a s t m u l t i c a s tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 也只存在于 用户平面。该协议是为了适应在无线接口上来自广播域的广播和组播业务而设计 的。在3 g p pr 9 9 中，唯一规定的广播业务是源于g s m 系统的短消息小区广播业 务。 2 2 3 无线链路控制( r l c ) 协议 r l c 协议1 1 l 【5 j 为用户和控制数据提供分段和重传服务。各r l c 实体由r r c 配置，并且以三种模式透明模式( t r ：t r a n s p a r e n tm o d e ) 、非确认模式( u m ： u n a c k n o w l e d g e dm o d e ) 或确认模式( a m ：a c k n o w l e d g e dm o d e ) 之一进行工作。 r l c 层结构 图2 3 给出了r l c 层的结构。图中包括所有三种r l c 实体类型以及这三种 实体与r l c s a p 和逻辑信道( m a c s a p ) 的连接。值得注意的是，在透明模式 和非确认模式下，r l c 各实体定义为单向的；而在确认模式下，各实体定义为双 向的。 r l c c o n t r o l b c c h p c c h d t c h d c c h c c c h d c c h d t c h c c c h c t c h d t c h d c c h 图2 3r l c 层结构 对于r l c 层所有模式，循环冗余校验( c r c - c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ) 错 误检测在物理层进行，c r c 校验的结果和实际数据一起传送给r l c 层。 在透明模式情况下，传送到高层的数据中不添加协议开销。有错误的协议数 据单元( p d u ：p r o t o c o ld a t au n i t ) 或丢弃或加注错误标记。若传输的业务是数据 流类型，高层数据是不分段的。但在特殊情况下，也可以使用具有有限的分段 第二章u m t s 系统概述 9 重组能力的传输方式。如果使甩了分段重组方式，就必须在无线承载建立过程中 进行协商。适用于实时性要求比较高的业务。 在非确认模式情况下，不使用重传协议，并且对传送的数据没有保证。接收 到的错误数据根据配置或者丢弃或者加注错误标识。在发送端使用基于定时器的 丢弃方法，该方法不使用明确的信令功能，因此在特定时问内，r l c 没有传送的 业务数据单元( s d u ：s e r v i c ed a t au n i t ) 直接从发送缓存区中删除。由于p d u 的 结构包含序号，因此可以由接收数据的序号判断高层p d u 的完整性。分段和级联 是通过加入到数据中的包头字段信息来实现的。在u m 下，上行链路和下行链路 之间不需要相互联系，因此r l c 实体定义为单向的。如果r r c 进程包括确认和 重传，则u m 可以用于r r c 信令过程。小区广播业务和基于l p 的语音业务就是 使用非确认模式r l c 的用户业务。 在确认模式下，自动重发请求机制用于纠错。r r c 通过调整r l c 的重发次 数参数控制r l c 层的质量一延时的性能。如r l c 不能正确传送数据时( 达到最 大重传次数或传输超时) ，r l c 就会通知上层，并且将此r l cs d u 丢弃。同时， 也要将s d u 的丢弃操作通过发送移动接收窗命令通知对等实体，以便于接收机将 所有属于已丢弃的r l cs d u 的a m dp d u ( a c k n o w l e d g e dm o d ed a t ap d u ) 删除。 确认模式的r l c 实体是双向的，可以在用户数据中“搭载”( p i g g y b a c k i n g ) 反方 向的链路状态指示。r l c 可配置成按序或非按序发送。按序发送时，高层p d u 的顺序应保持不变；非按序发送时，只要高层p d u 能够完全被接收下来就马上发 送。除了数据p d u 的发送之外，状态和复位控制过程也可以通过信令在对等r l c 实体之间进行传递。因为控制过程甚至可以使用一个独立的逻辑信道，所以一个 a mr l c 实体可以使用一个或者两个逻辑信道。确认模式是分组类型业务的标准 r l c 模式，包括诸如因特网浏览和电子邮件下载等。本文仿真工作就是采用确认 模式进行的。 r l c 层功能 r l c 层功能包括： 分段和重组：将变长的高层p d u 进行分段，成为较小的r l c 净负荷单 元( p u ：p a y l o a du n i t ) ，同时将较小的p u 重组为变长的高层p d u 。一 个r l cp d u 承载一个p u 。 级联：若一个r l cs d u 的内容不能填满整数个r l cp u 时，下一个r l c s d u 的第一段就可以放在该未填满的r l cp u 中，与前一个r l cs d u 的最后一个级联。 填充：若不能进行级联，并且剩余的发送数据不能填满一个完整的r l c p u 时，数据域的剩余部分将用填充比特来填满。 用户数据传递：r l c 支持确认、非确认和透明模式数据传递。 1 0 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 纠错：该功能在确认数据传输模式下，通过重传进行纠错。 高层p d u 的按序发送：这项功能保持高层p d u 的顺序，这些p d u 是由 r l c 使用确认方式的数据传输业务提交发送的。如果没有使用本功能， 就采用不按序发送。 复制检测：检测收到的r l cp d u 拷贝，并且保证产生的高层p d u 只向 上层提交一次。 流量控制：允许r l c 接收端控制r l c 对等发送实体发送信息速率。 序号检查：a m 中使用。该功能保证重组p d u 的完整性，并且在r l cp d u 被重组到r l cs d u 时，通过检查r l cp d u 中的序列号，提供检测错误 的r l cs d u 的方法。错误的r l cs d u 将被丢弃。 协议错误检测与恢复。 加密：该功能可以在r l c 层的a m 和u m 模式下进行。 数据传输的暂停继续。 2 2 4 媒体接入控制( m a c ) 协议 在m a c 层1 1 】1 6 1 ，逻辑信道被映射为传输信道。m a c 层还负责根据信道的瞬 时源速率为各个传输信道选择适当的传输格式( t f ：t r a n s p o r tf o r m a t ) 。 m a c 层结构 逻辑信道 b c c hp c c h b c c h c c c hc t c hd c c hd t c h d c c h m a c c o n t r o l 传输信道 b c hp c hf a c hr a c hc p c hd s c hd c hd c h 图2 4m a c 层结构 m a c 层逻辑结构如图2 4 所示，包括三个逻辑实体： m a c b 负责处理广播信道( b c h ：b r o a d c a s tc h a n n e l ) 。在每个u e 中有 一个m a c b 实体，在u t r a n 中( 位于n o d eb ) 为每一个小区设一个 m a c b 实体。 m a c - c s h 负责处理公共信道和共享信道寻呼信道( p c h ：p a g i n g 第二章u m t s 系统概述 c h a n n e l ) 、前向接入信道( f a c h ：f o r w a r da c c e s sc h a n n e l ) 、随机接入信 道( i 认c h ：r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) 、上行链路公共分组信道( c p c h ： c o m m o np a c k e tc h a n n e l ) 、下行链路共享信道( d s c h ：d o w n l i n ks h a r e d c h a n n e l ) 。在每个使用共享信道的u e 中有一个m a c c s h 实体，在 u t r a n 中( 位于c r n c 中) 为每个小区设有一个m a c c s h 实体。 m a c d 负责处理连接模式下分配给u e 的专用信道( d c h ：d e d i c a t e d c h a n n e l ) 。每个u e 中有一个m a c d 实体，在u t r a n 中( 位于提供服 务的s r n c 中) ，为每个u e 设有一个m a c d 实体。 m a c 层功能 m a c 层功能包括： 逻辑信道和传输信道间的映射。 根据瞬时源速率为每个传输信道( 从传输格式组合集中) 选择合适的传 输格式。 一个u e 的数据流之间的优先级处理：通过为不同的数据流选择“高比特 速率”和“低比特速率”传输格式实现优先级处理。 通过动态调度完成的u e 间的优先级处理。 在公共传输信道上u e 的标识。 在公共传输信道上将高层p d u 复用为传输块，然后发给物理层；同时将 物理层接收来的传输块分接成高层p d u 。m a c 层为公共传输信道处理 业务复用。这是必要的，因为这不能在物理层完成。 在专用传输信道上将高层p d u 复用为传输块，然后发送到物理层；同时 将物理层接收来的传输块分接成高层p d u 。 业务量监测：m a c 层在接收r l c 层p d u 的同时，还接收r l c 传送缓 存区中数据量的状态信息。m a c 层将传输信道对应的数据量与r r c 设 置的门限相比，如果数据量太高或太低，m a c 层就发送一个关于业务 量状态的测量报告给r r c 层。r r c 层也可以要求m a c 层定期发送这 些测量结果，并利用这些报告来触发对无线承载和或传输信道参数的重 新配置。 动念传输信道类型转换：根据来自r r c 发出的命令，m a c 层执行公共 传输信道和专用传输信道之间的切换。 加密。 r a c h 发送的接入服务级别( a s c ：a c c e s ss e r v i c ec l a s s ) 选择。 信道结构 传输信道介于m a c 层和物理层之间，用来描述怎样传输数据以及数据的特 征是什么。逻辑信道介于m a c 层和r l c 层之间，用来描述传输的数据类型是什 1 2 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 么。m a c 层实现了逻辑信道与传输信道的映射。 传输信道有两种类型：专用信道和公共信道。它们之间的主要区别在于公共 信道资源可由小区内的所有用户或一组用户共同分配使用，而专用信道资源仅仅 是为单个用户预留的，并在某个特定的频率采用特定编码加以识别。传输信道如 表2 1 所示。 表2 1 传输信道 传输信道缩写链路方向 专用信道d c h上行、下行 广播信道b c h下行 前向接入信道 f a c h 下行 寻呼信道 p c h 下行 随机接入信道r a c h上行 上行链路公共分组信道c p c h上行 下行链路共享信道 d s c h 下行 m a c 层在逻辑信道上提供数据传输业务。针对m a c 层提供的不同类型的数 据传输业务，专门定义了逻辑信道类型。逻辑信道通常分成两大类：控制信道和 业务信道。控制信道用来传输控制平面信息，业务信道用来传输用户平面信息。 逻辑信道如表2 2 所示。 表2 2 逻辑信道 逻辑信道缩写链路方向 专用控制信道d c c h上行、下行 控制广播控制信道 b c c h 下行 信道公共控制信道c c c h上行、下行 寻呼控制信道p c c h 下行 业务 专用业务信道 d t c h 上行、上行 信道 公共业务信道 c t c h 上行、下行 逻辑信道和传输信道之间的映射如图2 5 。 2 2 5物理层 物理层【1 】主要实现了从传输信道到相应物理信道的映射。图2 6 总结了它们 第二章u m t s 系统概述 1 3 的映射方式。表2 3 简要的介绍了物理信道。值得注意的是，图表中只写了和上 层业务相关的信道。 m艄黼一r 卞| 7 刃7 。一 图2 5 上行链路和下行链路方向上逻辑信道和传输信道之间的映射 上行链路下行链路 d c c h c c c hd t c h 逻辑信道一、t 7 丁7 _ i 三歹 一j 一 图2 6 上行链路和下行链路方向上传输信道和物理信道之间的映射 表2 3 物理信道 传输信道 缩写链路方向 专用物理层数据信道d p d c h 上行、下行 专用物理层控制信道 d p c c h上行、下行 主公共控制物理信道 p c c p c h 下行 辅公共控制物理信道 s c c p c h 下行 物理随机接入信道p r a c h 上行 物理公共分组信道 p c p c h 上行 物理下行共享信道 p d s c h 下行 物理层功能 物理层处于无线接口协议模型的最低层，它提供物理介质中比特流传输所需 的所有功能。物理层主要功能包括： 传输信道的前向纠错( f e c ：f o r w a r de r r o r c o r r e c t i o n ) 编解码。 向上层提供测量及指示，如误帧率、信干比、干扰功率、发送功率等。 1 4 移动通信网络中拥塞控制协议性能研究 宏分集分布组合及软切换执行。 传输信道的错误检测。 传输信道的复用、编码，复合传输信道的解复用。 速率匹配。 编码复合传输信道到物理信道的映射。 物理信道的调, n 扩频与解调解扩。 频率和时间( 码片、比特、时隙、帧) 的同步。 闭环功率控制。 物理信道的功率加权与组合。 射频处理。 第三章高速卜- 行链路分组接入 1 5 第三章高速下行链路分组接入 目前的w c d m a 系统可以提供最高2 m b p s 的数据传输速率，支持高速的分 组交换和电路交换，并能提供许多基于因特网的业务，充分满足了i m t - - 2 0 0 0 关 于第三代移动体系的要求。然而，对于诸如下载或流媒体类业务，需要提供更高 的传输速率和更小的延迟。为了满足此要求，w c d m a 对空中接口作了改进，引 入了高速下行链路分组接入( h s d p a ) 技术，使之可以支持高达1 4 4 m b p s 的峰 值速率。 h s d p a 技术是w c d m a 在无线部分的增强与演进。引入h s d p a 技术后的 w c d m a 无线部分，在n o d eb 增加了一个新的m a c h s 实体，但基本结构仍于 r 9 9 保持一致。而且，引入h s d p a 后，只是在原有的物理层规范中增加了新的 信道高速下行链路共享信道( h s d s c h ) 。因此，支持h s d p a 技术的终端可 以和r 9 9 终端在一个载波内共存