le终端协议栈结构的研究

le终端协议栈结构的研究

1tdd-lte传输机制在高速数据传输的情况下，ltte系统消除了低速度ssol区域，仅由ps域组成，并对数据结构执行了完整的ip传输。作为在UE和一个PLMN外部包数据网络(PDN)之间实现IP连接的PDN连接业务成为数据传输的必要手段,其目的是建立默认承载。LTE系统通过引入默认承载的概念,同时在开机注册(Attach过程)时伴随PDN连接的建立,从而实现“永久在线”,使用户在体验高速上网的同时,保证信息的实时性。笔者对Attach过程中的PDN连接过程以及默认承载的建立流程与实现进行了讨论。2无线局域网的控制模块根据3GPP协议中对LTE协议栈层次结构的描述,可以将LTE系统终端协议栈划分为如图1所示的结构。对于PDN连接过程的处理,主要由NAS层的ESM(EPSSessionManagement)模块完成。由图1可知,与ESM相关的模块包括EMM,RABM和SPVESM。其中,EMM主要为PS域提供移动性管理服务,同时为ESM提供连接管理服务;RABM主要负责EPS承载上下文和DRB之间的映射关系,将SPVCOM传来的数据传输到PDCP;SPVESM是负责与ESM通信的SPV子模块,主要判断承载是否可以建立。接入层主要负责与接入相关的操作。其中,RRC主要完成无线资源的管理和控制功能;PDCP是一个多实例的模块,主要对IP数据进行加解密以及对数据进行压缩和解压缩;RLC主要是对数据链路的控制,完成对数据的重组;MAC完成逻辑信道和传输信道之间的映射,是数据的复用和去复用。由于ESM模块是多实例的,如果整体考虑,会造成实例管理混乱。为更好地管理每一个ESM实例,笔者设计了一个CMC模块,它负责将发送到ESM模块的信号中转到相应的实例,同时实现多个实例的创建、修改和删除,其结构如图2所示。3用户验证及安全保障开机注册是一个复杂的过程,包含很多子过程,比如在注册过程中包含鉴权、用户身份验证和安全模式控制等过程,用以验证用户的合法性、为用户提供加密等。PDN连接建立过程是其中重要的过程,在连接建立过程期间,还伴有网络为终端分配无线承载资源等行为。3.1给cmc时pti值的删除由于ESM模块是多实例的,因而正确地将消息发送给对应的实例是十分重要的。ESM过程的地址处理主要由PTI和EBI两个参数完成,当SSM发送SMREG＿EPS＿ACTIVATE＿REQ原语给CMC时,CMC分配PTI作为当前ESM实例的区分。当收到ACTIVATEDEFAULTEPSBEARERCONTEXTREQUET消息(此消息包含PTI和EBI值)后,CMC依据PTI值将消息发送给PTI对应的实例,之后PTI值无效,ESM实例会删除这个PTI值,使CMC可以再次分配此PTI值给别的过程,此时EBI值有效,且在PDN去连接之前唯一地标识这个实例,并且之后与此ESM实例相关的过程,都用EBI来标识。具体处理方式如图3所示。其中,a和e表示具体的值,unassigned表示不存在值,用默认值0表示。3.2esm过程开机附着时注册到PLMN,应用层会发消息给EMM,通知其发起Attach过程。此时SPVESM通过SMREG＿EPS＿ACTIVATE＿REQ消息指示ESM发起PDN连接过程。消息首先发送到CMC,CMC会建立ESM实例,然后将消息转发到这个ESM实例,同时CMC会为此ESM实例分配PTI。ESM通过EMMESM＿ESTABLISH＿REQ将PDNCONNECTIVITYREQUEST消息发送给EMM,消息中指明UE对IP版本的能力要求(PDNType)。EMM在收到开机信号后将完成读USIM卡、搜网等操作,之后将PDNCONNECTIVITYREQUEST消息作为一个IE(InformationElement)添加到ATTACHREQUEST消息中,发送给RRC。为了尽可能地避免因信令交互造成的通信速率降低,RRC将ATTACHREQUEST消息整合到RRCConnectionSetupComplete消息中,通过下层发送到网络,等待网络的响应。由于这个过程是伴随Attach过程一块进行的,因此ESM模块不开启定时器,所有的定时操作都由EMM控制。RRC收到网络发来的RRCConnectionReconfiguration后,将radioResourceConfigDedicatedIE中DRB与EBI的映射关系通知RABM,同时将dedicatedInfoNASList中的内容拆分成多条NAS消息,逐条发送给EMM。当EMM收到ATTACHACCEPT消息后将消息的ESMmessagecontainerIE(即ACTIVATEDEFAULTEPSBEARERCONTEXTREQUEST消息)发送给CMC,CMC根据PTI值将消息转发到相应的实例,此后PTI值失效,CMC会用EBI值唯一标识这个实例。ESM解析其中的QoS,APN,PDNaddress(即IP地址)等参数,询问SPVESM当前默认EPS承载是否能够建立。收到SPVESM的SMREG＿EPS＿ACTIVATE＿RSP(此消息表明上层同意默认承载建立)后,ESM通知RABM默认EPS承载上下文已经建立,同时回复网络ACTIVATEDEFAULTEPSBEARERCONTEXTACCEPT。最后,ESM发送SMREG＿EPS＿ACTIVATE＿CNF给SPVESM。至此,整个过程完成。消息流程如图4所示。4pdn连接建立过程为验证方案的可行性,笔者利用TelelogicAB公司的TTCNSuites测试工具对PDN连接建立过程进行了仿真,其MSC图如图5所示。收到网络的AttachRequest消息,UE回复网络AttachComplete。其数据完全符合3GPP24301协议中对消息结构的规定,与笔者的设计方案完全相同,实现了PDN连接过程的功能。5生活在qos中的应用LTE系统是将移动通信与宽带无线接入技术相融合,采用新的基于全IP的PS域,逐步趋近于典型的IP宽带网结构。同时由于希望更好地实现“