欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  网络运营

LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述

程序员文章站 2022-07-03 15:02:44
系统架构无线接入网和核心网的总体系统架构演进,结果是形成了一个扁平的RAN架构 + 分组核心网EPC架构。RAN负责整体网络中所有无线相关功能,包括调度、无线资源管理、重传协议、编码和各种多天线方案等;EPC负责与无线接口无关的完整移动宽带网络所需要的功能,包括认证、计费功能、端到端连接的建立等;系统架构如上图所示,核心网主要模块是MME和S-GW,MME即移动性管理模块,是控制平面节点......

系统架构

无线接入网和核心网的总体系统架构演进,结果是形成了一个扁平的RAN架构 + 分组核心网EPC架构。
RAN负责整体网络中所有无线相关功能,包括调度、无线资源管理、重传协议、编码和各种多天线方案等;
EPC负责与无线接口无关的完整移动宽带网络所需要的功能,包括认证、计费功能、端到端连接的建立等;
LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
系统架构如上图所示,核心网主要模块是MME和S-GW,MME即移动性管理模块,是控制平面节点,S-GW即服务网关,是用户平面节点;eNodeB是LTE无线接入网络的单一节点。核心网通过S1接口连接到eNodeB,eNodeB通过Uu接口,连接到UE。
LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
系统协议栈架构如上图所示,其中NAS属于非接入层,不经过eNodeB;RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY五层组成接入层。接入层:
RRC负责空口连接,属于连接层,只有在控制面才有;
PDCP把上层来的数据进行分段链接、头压缩和加密,如果是VoLTE还要把语音包进行压缩;
RLC是数据面才有,无线链路控制功能,主要是ARQ纠错;
MAC主要是HARQ和调度功能。

PDCP层

从协议平面的角度来看,协议结构主要包括两层:无线网络层(RNL)和传输网络层(TNL)。
PDCP是一个功能实体,它将传输网络层的传输技术与E-UTRAN的空口技术剥离开,在其之上的各层无需考虑空口相关问题。PDCP层相当于无线网络与有线网络的分离层,通过PDCP把高层的协议映射到低层。

a. PDCP层引入原因

IP数据包都带有一个很大的数据包头(UDP8字节、TCP20字节),需要大量的无线资源。为了提高IP数据流在空口上的传输效率,需要对IP数据包头部信息进行压缩;
在LTE空口接口中,由于LTE抛弃了CS域,必须采用VoIP,而VoIP数据包尺寸很小,IP包头必须压缩,PDCP功能变得不可或缺;
LTE的PDCP功能还进行了延伸,加入了加密功能,甚至还加入了无损切换的支持。

b. PDCP架构

LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
PDCP主要功能是服务于映射在逻辑信道DTCH、DCCH上的SRB和DRB。服务DTCH信道的功能,包括:PDCP包传输、SN序列号维护、IP数据流的头压缩和解压缩、加密和解密、切换时对来自下层的PDU数据重排序;服务DCCH信道的功能,包括:PDCP包传输、SN序列号维护、完整性保护、加密和解密。
LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
PDCP实体结构如上所示,在接收和发送端各有一个对等的协议实体负责PDCP报文的封装和解析。一个UE对应多个RB(Radio Bearer),而每个RB对应一个PDCP实体。每个PDCP实体与一个或两个(一个对应一个方向)RLC实体关联,这取决与RB的特性(如单向或双向)以及RLC的传输模式。PDCP实体的属性由控制面的上层协议RRC来配置。

c. 功能说明

完整性保护功能:
输入密钥、一个计数器、方向、SRB1~2到黑匣子中,生成SN号(切换eNodeB时使用),放入PDCP尾部,同时封装上包头就形成了MAC-I。UE会检测MAC-I号,即完整性消息鉴权码,UE也会计算MAC-I号码,如果收到的目标eNodeB与自己的相同,说明这条信令验证通过。
PDCP头压缩功能:
将IP头进行压缩,节约空口资源,最高可以压缩到一个字节。LTE统一采用ROHC压缩算法。

RLC层

a. RLC架构

LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
RLC主要任务是重传管理。当MAC层的HARQ已经用尽重发次数,RLC来继续重发。
RLC有三种模式,分别是TM透明模式、UM重发非确认模式、AM重发确认模式。其中AM模式一般用于数据业务,是需要不断提升代码效率的模式。

b. 重传管理

LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
TM模式下,RLC通过逻辑信道(BCCH、CCCH、PCCH)透传RLC PDU。
LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
UM模式下,RLC实体使用上下行专用控制信道、上下行业务信道和组播信道(DTCH、MCCH、MTCH),传输如VoLTE业务。
LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
AM模式下,RLC实体通过逻辑信道收发RLC PDU,如DL/UL DCCH和DL/UL DTCH信道。

写在最后

PDCP、RLC层作为LTE协议栈最简单的两层,功能很少,是协议栈实现的入门选择。
可以通过阅读flex-ran或openair4G的相应开源代码来学习编码实现。

本文地址:https://blog.csdn.net/lusanshui/article/details/103926562