（计算机系统结构专业论文）tetra空中接口协议栈软件设计与实现.pdf

中文摘要 伴随着t e t r a 数字集群技术的飞速发展，越来越多的专业用户开始使用 t e t r a 制式的移动通信产品。为了满足这种需求，作为t e r 乙系统核心内容 的移动台空中接口协议栈的开发就成为一个重要的研究方向。 由于传统的协议软件开发方法无法在详细设计阶段进行协议软件模块的逻 辑功能仿真和模块测试，只能在协议软件编码完成后才能进行这些内容，任何一 个不合理的设计或功能定义都会导致开发工作的重复进行。针对开发t e t r a 空 中接口协议栈软件所面临的问题，本文提出了一种使用协议工程原理进行开发的 方法。通过研究t e t r a 移动台的协议分层模型、各层协议实体的功能以及相互 间的逻辑关系，确定了t e t r a 协议栈软件的实现方式，并合理划分了协议软件 的功能模块。然后通过分析t e t r a 移动台的逻辑链路层协议，定义了该层协议 的功能实体的通信和控制方式，并使用s d l 语言完成该层协议主要功能的形式 化描述，并阐述了协议栈软件的实现细节。 本文在t e t r a 逻辑链路层协议栈软件开发过程中，创造性地应用协议工程的 原理取得了理想的效果，为t e t r a 协议栈软件领域的进一步开发工作，奠定了坚 实的基础。 关键词：协议工程，形式化，s d l ，t e t r a ，协议栈，逻辑链路层 a b s t r a c t f o l l o w i n gr a p i dd e v e l o p m e n t o ft e t r a d i g i t a lt r u n k i n gt e c h n o l o g y , d r a m a t i c a l l y i n c r e a s e d p r o f e s s i o n a l u s e r s b e g i n t ou t i l i z et e t r am o b i l e c o m m u n i c a t i o np r o d u c t s f o rr e q u i r a t i o no ft h i ss e r v i c e ，r e s e a r c ho fa i ri n t e r f a c e p r o t o c o ls t a c ko fm o b i l es t a t i o n ，a sak e yp o i n tt e t r as y s t e m ，b e c a m ea l li m p o r t a n t d i r e c t i o n t r a d i t i o n a lm e t h o do fp r o t o c o ls o f t w a r ed e v e l o p m e n tc a l ln o tc o n t i n u et ol o g i c a l f u n c t i o ns t i m u l a t i o na n dm o d u l et e s tu n t i lf m i s h i n gp r o g r a mc o d i n g ，a n da n y d e f e c t i o no fs y s t e md e s i g no rf u n c t i o nd e f m i t i o nw i l lr e s u l ti nf a i l u r e i no r d e rt o r e s o l v eq u e s t i o na b o v e ，t h i sp a p e rp r o p o s e dam e t h o df o l l o w i n gp r o t o c o le n g i n e e r i n g b ym e a n so fr e s e a r c h i n gi np r o t o c o ll a y e rm o d e l o ft e t r am o b i l es t a t i o n ，f u n c t i o no f p r o t o c o le n t i t i e s a n dl o g i c a l r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m ，i m p l e m e n ta p p r o a c ho f p r o t o c o ls t a c ks o f b v a r ei sd e t e r m i n e d s e c o n d ，m e a n so fc o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o l i nr u n i o ne n t i t i e so fl o g i c a ll i n kc o n t r o ll a y e rp r o t o c o lw a sc h o s e nt h r o u g ha n a l y s i s o ft h i sl a y e rp r o t o c o l 。a d d i t i o n a l l y , f o r m a ld e s c r i p t i o na n di m p l e m n e t i o no fm a j o r f u n c t i o ni nl l cl a y e ri sp r e s e n ti nd e t a i lb ys d l i nt h i sp a p e r , p r o t o c o le n g i n e e r i n gp r i n c i p l ei si n t r o d u c e di np r o c e s so ft e t r a l o g i c a ll i n kc o n t r o ll a y e rp r o t o c o ls o f t w a r er e s e a r c h ，a n di tw o r k sv e r yw e l l a sa s u c c e s s f u la t t e m p t a t i o n ，i tp r o v i d e dg r o u n d w o r kt of u t u r er e s e a r c hi nt h i sf i e l d k e yw o r d s ：p r o t o c o le n g i n e e r i n g ，f o r m a ld e s c r i p t i o n ，s d l ，t e t r a ， p r o t o c o l s t a c k ，l l c 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞叁堂或其他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 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 袭砭j签字日期：加。7 年2 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞叠盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁注叁堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学雠文储繇挺峻 签字日期：访刃年z 月z 白 导师签名： 磐醐：7 秘一日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 t e t r a 数字集群通信系统是基于时分多址技术的移动通信系统，该系统是针 对专用移动通信的需要而设计的统一标准的开放性系统。t e t r a 数字集群系统不 仅能够提供多群组的调度功能，还可以提供三种工作模式：语音加数据模式 ( v + d ) 、直通模式( d m o ) 以及优化的分组数据模式( p d o ) 。 与常规移动通信相比，t e t r a 数字集群通信系统具有信道利用率高、服务质 量高、保密性强等优点。我国颁布的数字集群移动通信系统体制行业标准中，已 经将t e t r a 选为我国推荐采用的两种数字集群体制之一。， t e t r a 协议栈软件作为t e t r a 系统的核心部分，具有通信协议的全部特征， 即：内部机制复杂，要求极高的可靠性、实用性以及较强的可拓展性，因此研制 t e t r a 协议栈软件就要求采用有别于普通软件的开发方法。t e t r a 协议文本是用 自然语言描述的，不同的人对同一个协议往往有不同的理解( 即二义性) ，从而导 致不同的协议实现，使得按同一标准协议实现的系统进行互连和互操作又产生了 新的问题。t e t r a 协议的复杂性不仅意味着协议开发难度大，周期长，而且潜在 错误多，协议开发过程中任何一点错误和缺陷都将给t e t r a 系统的稳定性、可靠 性、坚固性、通性和互操作性带来巨大的危害，因此，设计与开发t e t r a 协议栈 软件就必须采用协议工程的方法来实现。 1 2 本文工作 在本文中，笔者结合实际的开发工作，讲述了t e t r a 语音加数据( v + d ) 模 式空中接口协议栈中逻辑链路层软件的研究与开发，并给出了具体的研究成果和 实现细节。 在开发过程中，笔者主要进行以下几个方面的工作： 1 t e t r a 协议栈和软件实现方式。研究t e t r a 移动台的协议分层模型、各层 协议实体的功能以及相互间的逻辑关系；确定协议栈软件的实现方式，合理划分 协议软件的功能模块。 2 t e t r a 逻辑链路层( l l c ) 的业务流程和实现细节。研究t e t r a 移动台端逻辑 链路层如何处理各种不同的情况，确定对等协议实体和相邻层间协议实体的通信 和控制方式。 第一章绪论 1 3 论文组织 第一章，阐明本文的研究背景以及本人开展的工作。 第二章，对课题研究中研读的协议工程与形式化方法、t e t r a 系统与t e t r a 协议栈软件开发相关论文的综述。 第三章，详细分析了t e t r a 系统l l c 层协议，并给出了各组成部分的实现细 节。 第四章，给出了根据第三章的开发结果所完成的仿真结果。 第五章，对本文的研究工作的总结以及今后工作的展望。 第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 协议工程与形式化方法 通信协议是通信网络的核心，协议复杂性的提高导致了协议工程学科的出现。 协议开发过程就是开发协议的过程。开发协议有两种含义n 1 ，一个是为了满 足新的通信需求，研究开发新的协议，制定协议标准；另一个则是在一个特定应 用环境下，实现某个已经成熟的协议。所谓成熟的协议是指已经成为标准文本的 协议，如t c p i p 协议等。也可以是即将成为标准文本的协议，如3 g p p 制定的一 系列关于第三代移动通信的协议文本等。 对于第一种含义( 开发新的协议) ，开发协议的目标是形成新的协议文本，重 点是说明本协议应该具有什么功能。其协议开发过程包括： 协议环境分析，包括用户要求、通道性质、工作模式等。 协议功能设计，根据环境分析结果明确本协议应具有的功能。 协议元素设计，设计服务原语、p d u 格式等。 形成协议文本，用自然语言描述协议结构及协议元素之间的关系。 协议描述，用一种形式化语言来描述协议内容，包括建议的软件系统结 构、模块划分、系统应具有的行为等。 协议验证，在开发环境下仿真运行协议软件，验证协议的正确性。 对于第二种含义( 实现具体协议) ，开发协议的目标是生成一个软件系统，该 软件系统可以实现具体协议的全部功能或一个功能子集，重点是说明如何实现协 议功能。其协议开发过程包括： 协议分析，包括协议环境分析和协议功能分析。 协议设计，包括协议机制设计、协议元素设计及协议组织设计。 协议描述，用一种形式化语言来描述设计结果，包括软件系统结构、模 块划分、系统行为实现细节等。 协议验证，在开发环境下仿真运行协议软件，验证协议的正确性。 协议实现，用某种编程语言实现协议软件系统( 自动生成代码或手工编 码) 。 协议测试，在目标环境下测试协议软件系统。 协议维护，在协议软件的使用过程中不断完善系统。 实现具体协议的过程基本上涵盖了开发新的协议的过程，只是两个过程的出 发点和侧重点是不同的。从应用角度来看，实现具体协议的需求大于开发新的协 议的需求。在后续章节中，除非特别说明，“开发协议”均指实现具体协议。 第二章文献综述 协议工程就是用工程的方法来开发协议。所谓用工程的方法，就是在开发协 议的各个阶段均采用工具，而且这些工具在技术上前后衔接，被集成在同一个开 发环境中。也就是说，协议的开发可以在同一个开发环境中完成。在协议开发过 程中，协议可以有不同的表示形式，这些表示形式代表了不同开发阶段的结果。 协议的表示形式有： 非形式描述文本( i n f o r m a ls p e c i f i c a t i o n ) 用自然语言和图表表述的协议，易读易懂，但不严密，有多义性。非形式描 述文本是协议分析和协议设计完成后的结果。 形式描述文本( f o r m a ls p e c i f i c a t i o n ) 用f d l 描述的协议，严密，无二义性，可符号执行，可转换成程序设计语言 程序。形式描述文本是协议描述完成后的结果。对于已经用形式化语言描述的协 议文本，在具体机器上实现时，仍需要经过协议分析和协议设计阶段，并且需要 重新用形式化语言对其进行描述。这是因为，标准化的协议文本重点描述的是协 议应该具有的功能，而在实现协议时，重点描述的是协议实际具有的功能。特别 是在只需要实现协议的一个功能子集时，更需要对协议进行重新描述。 与机器无关的源程序代码( m a c h i n e i n d e p e n d e n ts o u r c ec o d e ) 这是由形式描述文本翻译过来的程序设计语言( p a s c a l ，c 等) 程序。协议 本身有一定抽象性，即协议没有指明这个协议在某个机器上怎样实现，正因为协 议本身是抽象的。它才适合用f d l 来描述。这样，形式描述文本翻译后的程序设 计语言程序就是与机器无关的代码了。 ， 实现代码( i m p l e m e n t a t i o nc o d e ) 这是协议实现后的最终代码一般与机器无关的源程序代码只占最终实现代 码的一部份。协议在一种机器上的实现还包括大量协议文本没有描述的程序，例 如缓冲器分配管理，系统输入输出操作等，这部份程序称作与机器相关代码。 协议工程开发方法分为以下几个步骤： 系统的设计阶段采用抽象的系统的标准描述语言，在协议的设计阶段基 于描述语言进行系统级的仿真： 在系统的实现阶段，按照抽象描述语言( 例如s d l ) 与实现语言( 例如c ) 已定义的映射规则，采用代码生成工具自动生成实现系统的代码： 在系统的测试阶段，按照抽象描述语言( v j j 如移动台c ) 与测试语言( 例如 t t c n ) 已定义的映射规则，采用测试集生成工具自动生成大量的测试集， 并进而自动生成可执行的代码，用测试设备对待测系统进行测试。 协议的实现必须与协议的用户需求相一致，包括综合和分析两种方法综合 是向协议设计者提供一套从描述刊实现用户需球的形式求精规范，保留所需特 4 第二章文献综述 性，包括协议综合( p r o t o c o ls y n t h e s i s ) ，即由相邻服务描述产生协议描述的规 范自动实现( a u t o m a t i ci m p l e m e n t a t i o n ) ，即协议描述到某个协议实现的转换心1 协议工程的宗旨是为协议软件的研制和开发提供一整套工程规范，使不同的 人员之间以同一个规范相互交流和协作n 1 。“一体化”即系统化，其含义是：协 议的设计、验证、实现和测试，在技术上前后衔接，并在同一个开发系统中完成。 而“形式化”，即“模型化和“抽象化”，是指协议及由协议提供的服务用形式 描述语言( f d l ：f o r m a ld e s c r i p t i o nl a n g u a g e s ) 描述出来h 1 。 使协议描述语言形式化有许多优点。一种形式描述语言f d l 必然基于一种或 几种数学模型，这就为充分地表述协议的各种特性以便使协议验证、协议实现、 协议测试和协议转换过程系统化和自动化提供了良好的基础。因为形式描述语言 有很好的数学基础，用它描述的协议在语义上无二义性，同时由于它抽象于具体 的协议实现环境，因此它可作为协议标准的描述语言。理想的f d l 应能支持协议 工程活动的各个环节，特别是协议综合、验证、自动实现和一致性测试嘲。利用 数学技术允许开发描述语言的编译器和由描述派生的自动测试序列，这将大大提 高协议实现和维护的能力，降低提供和维持信息服务的代价。 f d l 的基础是协议模型技术阳1 ，然而，从协议模型技术至u f d l 还有很多工作要 做。首先，作为一种语言，一种f d l 在语法上和语义上必须是一个完整的体系。 另外，一种f d l 往往要对一种模型技术进行扩充，或将几种模型技术拟合在一起， 取长补短，使之有很强的表达能力和应用能力。形式化方法作为一种更好的方法 被国际标准化组织建议用来描述复杂的系统，形式化方法使得对网络通信系统的 描述实现和测试变的容易口1 。 与自然语言描述相比形式化方法具有以下特点随卜 形式化的语法 形式化的语义 清楚的概念模型 界面统一表示 强大的表达和描述能力 有助于系统的实现和完善 形式化方法的最终目的是为开发者提供一种分析的方法，作为对开发结果进 行验证的基础，为设计人员和应用人员提供交流途径，作为开发文档能在将来再 开发时使用旧1 。理想的形式化方法应该既能描述系统的行为特征又能进行操作。 在系统需求分析和设计阶段它应该是一种描述语言，在系统实现阶段它应该是一 种编程语言。 协议工程学中常用的形式化协议说明方法分为三类： 第二章文献综述 1 状态转换模型( s t a t e t r a n s i t i o n m o d e l s ) 状态转换模型是最早用于协议说明的一种形式化模型n 们。通信协议被认为是 由若干个事件驱动的实体( e n t i t y ) 组成的，这些实体间可以通过消息传送进行相 互通信。每个实体的特性可以描述为一系列响应外部和内部事件的动作( 或者状 态转换) 。状态转换模型是描述协议实体的最简单的模型，其优点是简单明了， 易于验证协议的许多特性：其缺点是描述复杂协议时容易引起状态和转换的爆 炸。常见的协议转换模型有有限状态机f s m ( f i n i t e s t a t e m a c h i n e ) n 1 1 ，p e t r i n e t 及其变形。 2 程序设计语言模型( p r o g r a m i n g l a n g u a g e m o d e l s ) 在程序设计语言模型中通信协议被认为是一种算法过程。这种算法过程非常 适用于使用高级程序设计语言来描述。所以采用程序设计语言模型描述的协议非 常易于实现，但是难以分析或者验证协议的某些特性，例如安全性( s a f e t y ) 和 活跃性( l i v e n e s s ) n 2 3 等。常见的程序设计语言模型有抽象程序 ( a b s t r a c t p r o g r a m s ) 、通信顺序进程c s p ( c o m m u n i c a t i o ns e q u e n t i a lp r o c e s s e s ) 和通信系统演算c c s ( c a l c u l u so f c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ) n 羽。 3 混合模型( h y b r id m o d e l s ) 混合模型结合了状态转换模型和程序设计语言模型两者的优点。它使用较少 的状态来描绘协议的主要特性，同时使用程序设计语言的功能来进一步描述协议 的其它性能。这种形式模型近年来得到了较快的发展n 鲫。i s o 和c i t t 开发了若干 标准的形式化描述技术f d t ( f o r m a ld e s c r i p t i o n t e c h n i q u e s ) 并已经用于描述 计算机网络协议。目前，已经开发的f d t 包括：由国际化标准组织( i s o ) 颁布的 e s t e l l e ，l o t o s 和国际电报电话咨询委员会( c c i t t ) 颁布的规范与描述语言 s d l n 5 】 理想的f d t 应能支持协议工程活动的各个环节，特别是协议综合、验证、自 动实现和皱性测试利用数学技术允许开发描述语言的编译器和由描述派生的自 动测试序列，这将大大提高协议实现和维护的能力，降低提供和维持信息服务的 代价n 剐 一个f d t 具有如下些重要特性n 钉： 完整的语法和语义定义； 体系结构、暇务和协议的可表达性 协议重要特性( 如，无死锁) 的可分析性； 支持复杂协议的管理( 如，树造能力) ； 支持逐步求精的方法； 支持实现独立性( 包括并发性、非确定性和适当的抽象机制) ； 6 第二章文献综述 支持协议生命期的各环节，包括验证、实现和测试； 支持自动设计、验证、实现和维护方法 在电信协议领域，根据在开发电信协议中遇到的困难，又有人提出了用电信 协议工程的方法来开发电信协议n 射。 在形式化描述语言中，s d l 语言应用最为广泛n 钔。 s d l 语言是一种用来说明和描述系统的国际通用的标准化语言啪1 。它将简明 的图形与固定的格式结合起来使开发人员可以将规范与协议以一种清晰而明确 的格式描述出来。这种简洁有效的描述语言能够极大地加速标准与协议的开发制 定过程州。 s d l 是一个抽象化的、面向对象的、系统级的功能规格与描述语言呦1 ，采用 文字和图形结合的方式提供清晰、准确的系统说明和描述。s d l 在国际电信联盟 建议z 1 0 0 中被标准化，主要应用于电信领域。采用s d l 描述的系统包含若干个 功能块( b l o c k ) ，功能块内至少有一个进程( p r o c e s s ) ，进程是并行执行的扩展的 有限状态机，它规定一个系统的动态行为，进程基本上是处于等待信号的状态， 收到信号则立刻进行状态之间的转移，进程的这一概念非常类似于操作系统中进 程或者任务的概念。进程之间，进程与系统环境之间通过异步信号进行通信，这 些信号可携带不同类型的参数。系统的每一进程都包含一个基本上符合先进先出 原则的缓冲，用来接收其它进程发来的信号。 下面是关于s d l 的几个基本概念曙羽： 定义包( p a c k a g e ) ：定义包的作用类似于c 语言中的“h 文件( 包含文 件) 。定义包中包含的内容都是可重用的，即可以被多次使用。s d l 2 0 0 0 允许各层次的代理图和过程图都可以使用定义包。定义包内可以包含所 有代理图中可以定义的内容，如类型定义、信号定义、数据结构定义等。 代理( a g e n t ) ：在s d l 2 0 0 0 中，代理是一个统一的概念，代理可以是系统， 也可以是功能块或进程。代理的内容定义包含了三个层次，即系统、功 能块、和进程。 系统( s y s t e m ) ：s d l 系统完整的描述一个真实系统或一个真实系统中相对 独立的一部分。s d l 系统划分成若干个功能块，功能块之间以及功能块 与环境之间用信道相连。 功能块( b l o c k ) ：一个系统可以划分成若干个功能块，功能块又由若干进 程和进程间的交互关系组成。功能块还可以再划分为若干个功能块。 进程( p r o c e s s ) ：进程是系统的基本组成单位，系统的行为主要由进程来 描述。进程用进程图来定义。进程也是一种代理，所以其内容也是代理 图内容，在进程图中，代理图内容主要是状态机图。 第二章文献综述 状态机：s d l 系统行为主要用状态机来描述。状态机主要由开始域、状态、 输入信号、输出信号、时钟符号等组成的状态转移图。 2 2t e t r a 系统与t e t r a 协议栈开发 t e t r a 作为全球性数字集群标准，其技术和市场都在迅速发展，越来越多的 科研人员开始关注这个专用通信领域胁1 。 t e t i 认数字集群通信系统是基于数字时分多址( t d m a ) 技术的专业移动通信系 统，该系统是e t s i ( 欧洲通信标准协会) 为了满足欧洲各国的专业部门对移动通信 的需要而设计、制订统一标准的开放性系统汹】。t e t r a 数字集群系统不仅提供多 群组的调度功能，而且还可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的 全双工：移动电话服务口8 1 。t e t r a 系统还支持功能强大的移动台脱网直通( d m o ) 方式。 ，作为第一套数字集群通信标准，t e t r a 所能提供的服务和用途大大超出了人 们的想象。t e t r a 系统可提供以下的基本模式聆7 1 ： 电路模式，可用于发送话音和数据( v 十d ) ： 分组( 包) 交换数据优化模式( p d o ) ，其有效数据传输率最高可达3 6 k b s ： 直通模式( d m o ) ，是一种无需通过设备就可以直接进行端对端通信的中继 脱网模式。 t e t r a 系统的特点是嘲】： 能为应用提供必要的带宽，因而无需通过用户接口即可同时发送或接收 话音和数据。 在收发数据时，t e t r a 系统允许最多使用4 个时隙，可支持满速扫描视 频和数字图形、图像传输、电子邮件、高分辨率传真、数字和文件发送 等多种数据应用，最终实现与因特网的互联。 可以动态的分配带宽，它允许一个通信链路最多容纳4 个时隙。 在t e t r a 系统中每个基本时隙的通信能力为7 2 k b s ，总体通信传输速 率最高可达2 8 8 k b s 。只要总的通信量没有超过最高限，任何一种应用 都可以在一个单独的用户级平台上同时或单独使用。 t e t r a 系统在一个物理信道机内可以容纳4 个时分信道，可以在不同的 时隙内接收和发送数据，从而大大提高了无线电频谱的利用率。 t e t r a 系统还具有话音和数据加密功能，并支持开放式信道信令，即允 许来自多个设备制造商的不同产品进入同一个公共通信信道。 t e t r a 的主要优点是：它可以在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输及电 话服务，因此仅通过一套系统就可以满足一个组织的多种无线通信需求。除此之 第二章文献综述 外，由于t e t r a 是一种数字式标准，所以支持广域通信覆盖，传送的话音十分清 晰捌。 t e t r a 标准详细地描述了在一个t e t r a 系统中的各种接口。这些接口有的是 到t e t r a 网络上的外部接口。t e t r a 网络被称为“交换和管理基础设施( s 删i ) ， 它包含了许多基站、网关、系统之间的接口以及控制器等。 t e t r a 空中接口协议对应于o s i 参考模型的下三层即：物理层、数据链路层 和网络层，如图2 - 1 所示。 第一层为物理层，负责控制物理硬件，并建立一条与上层协议实体进行数据 交换的路径。 第二层是数据链路层该层又分为两个子层，m a c ( 媒体接入控制) 层和l l c ( 逻 辑链路控制) 层。 l m a c 层实现信道编码、交织、时隙挪用。逻辑信道分：控制信道( 传控制面 信息) 和业务信道( 传用户面的语音和数据) ，其中业务信道分为：t c h s ( 传输 4 8 k b s 的话音) 、t c h 7 。2 ( 传输7 。2 k b s 的数据) 、t c h 4 8 ( 传输4 8 k b s 的 数据) 、t c h 2 4 ( 传输2 4 k b s 的数据) ； u m a c 层实现无限资源管理、数据重传、差错控制、接口加密，通过服务接入 点( s a p ) 向上层提供服务，其中t m a - s a p 传信令信息( 信令信道) ，t m b - s a p 传 下行链路广播信息( 广播信道) ，t m c - s a p 传层管理信息，t m d - s a p 传电路模式的 业务和用户信令信息( t c h s 语音业务信道，t c h 7 2 4 8 2 4 语音数据业务信 道) ； l l c 层为上层p d u ( 协议数据单元) 传输提供链路，分为基本链路和高级链路。 在第三层中，移动链路控制实体( m l e ) 子层位于逻辑链路层( l l c ) 之上，负 责移动台到基站之间的链路的建立与维护。m l e 子层同时具有高层会聚的功能， 为第三层的实体提供一个访问第二层实体服务的统一平台。在m l e 子层之上，第 三层还包括：移动管理( 删) 、电路方式控制( c m c e ) 及基于子网相关会聚协议 ( s n d c p ) 协议的t e t r a 分组数据( p d p ) 三个实体。 9 第二章文献综述 i物理接口 第一层 i 图2 一lt e t r av + d 模式空中接口协议层次图 自从t e t r a 标准问世以来，许多针对t e t r a 的研究与开发层出不穷 删m h 嘲3 嘲啪1 。但遗憾地是，如何采用协议工程的原理实现t e t l 认协议栈一直 是一片空白，本文试图通过协议工程的原理进行t e t r a 协议栈软件。下图阐述了 t e t r a 逻辑链路层协议栈的开发过程： 图2 2t e t r a 逻辑链路层协议栈的开发过程 l o 第三章l l c 协议分析与实现 第三章l l c 协议分析与实现 在本节中，笔者以逻辑链路层( l l c ) 为例，重点分析了l l c 层协议，并给出 了设计的详细内容。 3 1l l c 层协议分析及系统设计 3 1 1 各功能单元划分 根据t e t r a 标准，l l c 层应当提供基本链路服务。为了实现逻辑链路的动态 管理，还应当实现逻辑链路控制单元，由逻辑链路管理单元根据需要进行逻辑链 路的创建、初始化、管理以及销毁等操作。另外，为了方便与下层协议实体( m a c ) 交互，还应当实现f o r m a t t e r 单元，作为l l c 层与m a c 层的接口。 总而言之，l l c 系统应当包括如f 功能模块： 基本链路单元( b l m ) 逻辑链路管理单元( l l m ) f o r m a t t e r 单元( 雕) s i 2l l c 接口设计 l l c 层位于第三层的m l e 子层与第二层的m a c 子层之间，我们在设计中通过 如下服务访问点( s a p ) 为第三层提供服务： 1 ) t l a - s a p 用来寻址信令和数据传送。 提供一个或多个端点识别符标记的逻辑信道。通过使用端点识别符作为参数 的业务请求原语，m l e 可以选择希望的服务。 m l e 层通过t l a b l d a t a 请求响应指示证实等原语实现确认方式的基本 链路数据服务；通过t l a b l u n i t d a t a 请求指示等原语实现无确认方式的基本 链路数据服务；通过t l a - c a n c e l 请求原语实现取消数据传输的服务；通过 t l a - r e l e a s e 指示原语实现基本链路的断开指示服务；通过t l a - r e p o r t 指示原 语实现链路状态报告的服务。 信息流的方向可以从基站到移动台，也可以从移动台到基站，或者两者同时 发生。它也可以是移动台或基站内部的控制信息。 我们采用如下服务原语来描述t l a - s a p ： t l ab ld a t ar e q u e s t ( t l a b l d a t a r e q u e s t t y p e ) ， 确认方式基本链路的数据传输请求 t l a b l d a t a _ r e s p o n s e ( t l a b l d a t a r e s p o n s e t y p e ) ， 第三章l l c 协议分析与实现 确认方式基本链路的数据响应 t l a b i t d a t a _ r e q u e s t ( t l a b l u n it d a t a r e q u e s t t y p e ) ， 无确认方式基本链路的数据传输请求 t l a b l d a t a _ i n d i c a t i o n ( t l a b l d a t a i n d i c a t i o n t y p e ) ， 确认方式基本链路的数据指示 t l ab ld a t a _ c o n f i r m ( t l a b l d a t a c o n f i r m t y p e ) ， 确认方式基本链路的数据确认 t l a b l u n i t d a t a _ i n d i c a t i o n ( t l a b l u n i t d a t a i n d i c a t i o n t y p e ) ， 无确认方式基本链路的数据指示 t l a _ c a n c e l _ r e q u e s t ( t l a c a n c e l r e q u e s t t y p e ) ， 取消数据传输请求 t l a r e l e a s e _ i n d i c a t i o n ( t l a r e l e a s e i n d i c a t i o n t y p e ) ， 链路断开指示 t l a _ r e p o r t i n d i c a t i o n ( t l ar e p o r t i n d i c a t i o n t y p e ) ， 链路状态指示 2 ) t l b - s a p 用作非寻址数据传送，这包括系统信息广播消息。 在协议模型中，t l b - s a p 没有l l c 功能，而l l c 将使用t m b - s a p 直接将信息 转送到m a c 。 我们采用如下服务原语来描述t l b - s a p ： t l b _ s y n c _ i n d i c a t i o n ( t l b s y n c i n d i c a t i o n t y p e ) ， 系统同步指示 t l b _ s y s i n f o _ i n d i c a t i o n ( t l b _ s y s i n f o i n d i c a t i o n t y p e ) 系统广播信息指示 对于l l c 层而言，仅仅是将在t m b - s a p 收到的原语转发的上下两层，所以本文 将不对其展开讨论。 3 ) t l c - s a p 用作所有本地层管理控制，例如扫描控制和信号质量测量。 在空中接口上，t l c - s a p 不提供任何数据传送业务。 我们采用如下服务原语来描述t l c s a p ： t l c _ c o n f i g u r e _ r e q u e s t ( t l c _ c o n f ig u r e r e q u e s t t y p e ) ， t l c _ _ c o n f i g u r e _ c o n f i r m ( t l cc o n f i g u r e c o n f i r m t y p e ) ， t l c _ m e a s u r e m e n t _ in dic a t io n( t l c m e a s u r e m e n ti n dic a tio n t y p e ) ， t l c _ m o n i t o r _ l i s t _ r e q u e s t ( t l c _ m o n i t o r l is f t r e q u e s t t y p e ) ， t l c _ m o n i t o r _ i n d i c a t i o n ( t l c 二- m o n i t o r i n d i c a t i o n t y p e ) ， t l c _ r e p o r t _ i n d i c a t i o n ( t l c r e p o r t i n d i c a t i o n t y p e ) ， 第三章l l c 协议分析与实现 t l c _ s c a n _ r e q u e s t ( t l cs c a n r e q u e s t t y p e ) ， t l c _ s c a n _ c o n f i r m ( t l cs c a n c o n f i r m t y p e ) ， t l c _ s c a n _ r e p o r ti n d i c a t i o n ( t l c _ s c a n r e p o r t l n d i c a t i o n t y p e ) ， t l c _ s e l e c t _ r e q u e s t ( t l c _ s e l e c t r e q u e s t t y p e ) ， t l c _ s e l e c t _ r e s p o n s e ( t l c _ s e l e c t r e s p o n s e t y p e ) ， t l c _ s e l e c ti n d i c a t i o n ( t l c _ s e l e c t l n d i c a t i o n t y p e ) ， t l q _ s e l e c tc o n f i r m ( t l c _ s e l e c t c o n f i r m t y p e ) 对于l l c 层而言，仅仅是将在t m c - s a p 收到的原语转发的上下两层，所以本文 将不对其展开讨论。 另外，我们在设计中通过t m a _ s a p 、t m b _ s a p 以及t m c j a p 调用m a c 层提供 的服务： 1 ) t m a - s a p 传送信令和分组数据信息 通过t m a u n i t d a t a 指示原语将服务数据单元( t m - s d u ) 传给l l c 或从l l c 传 下来t m s d u 即l l c 协议数据单元。l l cp d u ，包含l l c 头及可选的帧校验序列f c s 。 移动台的m a c 层将用t m a _ r e p o r t 指示原语向l l c 层报告请求处理的过程。l l c 可使用t m a _ c a n c e l 请求原语来丢弃一个t m a _ u n i t d a t a 请求 当移动台发送一个信息去发起一个呼叫或传输时，一般均要采用随机接入协 议。然而，当移动台被要求发送一个被请求的信息，或在最初接入之后还有一个信 令要发送，基站可为这特殊的移动台保留时隙。 在控制信道中，移动台便能通过随机接入或预留接入进行传输。然而，在电路 方式呼叫中，移动台可“挪用业务信道的容量去发送信令信息在通过保留或挪 用信道传输的情况下，移动台的m a c 层向l l c 层提供的信令服务是无确认的服务。 m a c 从l l c 接收了一个t m s d u 后，将传送这个t m s d u 。传完后将向l l c 进行 报告确认和重传均在l l c 控制之下进行。 然而，对于争夺控制权的接入( 即随机接入) ，移动台的m a c 层对发送实体负责， 直到收到了来自基站的m a c 的响应( 显示随机接入成功) 然后向l l c 报告基站已 经确认了这一随机接入信息。 我们采用如下服务原语来描述t m a s a p ： t m a _ u n i t d a t a _ r e q u e s t ( t m a _ u n it d a t a r e q u e s t t y p e ) ， 数据传输请求 t m a _ u n i t d a t a _ i n d i c a t i o n ( t m a _ u n i t d a t a l n d i c a t i o n t y p e ) ， 数据到达指示 t m a _ c a n c e l _ r e q u e s t ( t m ac a n c e l r e q u e s t t y p e ) ， 数据传输取消请求 1 3 第三章l l c 协议分析与实现 t m a _ r e p o r ti n d i c a t i o n ( t m a _ r e p o r t i n d i c a t i o n t y p e ) 数据传输状态指示 2 ) t m b s a p 用于无地址系统广播消息的传送，它从基站向移动台携带网络 或系统结构信息。 t m b s a p 有t m b _ s y n c ( 主要提供同步信息服务) 和t m b _ s y s i n f o ( 主要提供网络 信息服务) 两种原语。请求原语将被基站使用。指示原语被移动台用于向高层提 交t m - s d u 在基站c h 和广播网络信道( b n c h ) 通道上，相应地有向移动台传输定时 和同步信息的s y n cp d u 及向移动台广播网络系统信息的s y s i n f op d u 。两种p d u 包含了许多m a c + 单元及一个m l e 使用的t m - s d u 。 我们采用如下服务原语来描述t 船一s a p ： t m b _ s v n c _ i n d i c a t i o n ( t m b _ s y n c i n d i c a t i o n t y p e ) ， 系统同步指示