CN101039228A - 一种数据包头优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据包头优化方法，包括如下步骤：a.对来自高层的业务数据单元进行分割/级联，组成协议数据单元；b.在所述协议数据单元的数据包头中设置序列号域，并进行初传。本发明通过在初次传输时只对分割级联后的数据设置序列号域，并根据业务属性添加数据头信息，针对特定业务实现了数据头的简化，减少了数据传输时空口的开销，并降低了状态报告的复杂度。

Description

一种数据包头优化方法

技术领域

本发明涉及无线接入网系统，具体的，涉及一种无线接入网系统中数据包头优化方法。

背景技术

从在20世纪90年代到现在，WCDMA系统的技术规范已经走过了Rel99(Release 99)，Rel4，Rel5，Rel6这几个版本阶段，目前关于Rel7的标准化工作已经开始实施。与此同时，更长期的LTE(长期演进：Long TermEvolution)的研究也已经开始逐渐成为标准化工作的新热点。

在Rel99系统上下行采用专用信道，能够到达最大速率为384kbps；在Rel4开始将移动业务交换中心(MSC：Mobile Service Switch Center)分裂为MSC服务器(Server)和多媒体网关(MGW：Multi-media GateWay)，将控制和业务分开；在Rel5引入了互联网协议多媒体子系统(IMS：IP Multi-media Subsystem)的概念，基于IP的传输层，并在无线接入技术上引入了高速下行链路分组接入(HSDPA)使得下行速率可以达到14.4Mbps；在Rel6，引入了高速上行链路分组接入(HSUPA)技术，使得上行速率能达到5.76Mbps。这几个标准基本上已经比较稳定，目前讨论的Rel7协议目标是在Rel6的基础上通过小改动，改善系统性能。LTE将从系统框架到物理层都将是全新的，旨在为用户提供更高速率，更好性能的服务，LTE中的通用地面无线接入网(UTRAN)被称为演进的通用地面无线接入网(E-UTRAN)。这种长期演进的重要部分包括降低的时延、更高的用户数据速率、改进的系统容量和覆盖和对运营商而言降低的成本。为了达到上述目标，演进的无线接口和无线网络结构都应被考虑。

现有的系统架构中，无线接口一般指用户设备(UE)和网络之间的Uu接口。图1为现有WCDMA系统的无线接口的协议结构图。图1中，GC、BMC、Nt、RLC、DC、MAC、RRC、PHY、PDCP分别表示通用控制、广播/多点传送控制协议、通知、无线链路控制、专用控制、媒体接入控制、无线资源控制、为物理层、分组数据会聚协议。如图1所示，无线接口分为三个协议层：物理层(L1)；数据链路层(L2)以及网络层(L3)。其中层二(L2)包括MAC、RLC、PDCP、BMC等四个子层。

在Rel7之前的系统，无线接口协议栈结构如图3所示，由于MAC层有多个实体，因此可分别存在于基站和RNC，RLC层和PDCP层位于RNC。上下行的分组业务数据都是按照PDCP→RLC层→MAC层→物理层→对端物理层→对端MAC层→对端RLC层→对端PDCP层的流向进行传输，信令则是直接从RRC层到RLC层。在数据传输过程中，RLC层和MAC层会对高层过来的数据分割/级联，其中RLC层将高层送来的数据(RLC SDU)分割为大小相等的数据块，为了便于在对等层接收端进行重排及重组，需给这些数据加上序列号，组成RLC PDU送往MAC层；在MAC层对RLC PDU进行复用后组成MAC PDU送往物理层，为了便于在对称层接收端进行重排，需给MAC PDU加上传输序列号。

现有的RLC实体共支持透明模式(TM)、无确认模式(UM)和确认模式(AM)三种业务类型。TM模式主要用来支持语音的透传；AM模式主要用来支持ARQ重传，通常用于专用逻辑信道；UM模式主要用来支持所有其他不需要重传处理的传输。TM模式只有分割功能没有级联功能，并且是可选的，UM和AM都具有较为完整的分割级联功能。由于在LTE中，采用了全IP概念，所有数据都是采用数据包的形式进行传输，因此主要涉及UM和AM格式。

对于AM来说，分割级联机制主要是如果从高层下来的SDU如果不符合预定的PDU大小，就要进行分割级联，同时加入填充字段(PAD)保证PDU大小(填充可以被捎带状态信息来代替，包括设置轮询比特)，长度指示(LI)用来指出每个PDU中SDU结尾位置，SN用来给分割级联好的PDU进行编号，使得接收端可以正确重组出SDU。每个PDU的大小相对固定，由无线资源控制(RRC)指示，且可以通过RLC实体重建立来重配制。AM数据包格式如图2a所示。

对于UM来说，分割级联原因、条件和方法都和AM类似，不同的是PDU的大小问题，对于UM来说，每个传输时间间隔(TTI)，MAC会根据物理层的要求向RLC提出要求指明需要的PDU的大小和个数，RLC根据这一指示来分割级联。另一方面，AM和UM的序号(SN)范围是有区别的，AM的序号范围为15比特(bits)，UM的序号范围为7bits。UM数据包格式如图2b所示。

在现有的3G Rel6系统中，分割级联功能主要在层2 RLC子层中实现，而MAC子层只有针对高速下行包接入(HSDPA)和高速上行包接入(HSUPA)的简单PDU级联方法。

为了满足长期演进的网络各种性能的需求，网络结构、无线接口、协议栈功能都会发生相应改进。现有协议层结构造成很多重复的功能，比如RLC和MAC子层的重传、分割级联等等。为了减小延迟和简化协议，这些重复的功能需要考虑精简。另外，LTE系统提出的全IP要求，即网络传输全部是基于IP包业务，这一全新的需求也需要响应的机制去保证。

如图4所示为EUTRAN系统无线接口协议栈架构，每个小区MAC层只有一个实体，其中RLC可以单独存在，也可以和MAC合并，这样合并后的MAC层可以称为MAC+层；并且原来的RNC被取消，基站与aGW直连，aGW包含原有RNC的部分功能，并位于核心网。

如上所述，在EUTRAN系统中原有协议中的RLC层的分割级联功能下移到了基站，便于数据能利用空口的信息更加灵活的进行分割级联(每次根据物理层提供的传输块(TB)大小进行分割级联，这样分割级联后的TB和物理层较好的匹配，减少了填充，增大传输效率)，及重传时的再次分割级联。为了支持上述功能，对序列号的设置提出了要求，因为原有协议中序列号是连续编号的，对于AM模式业务重传时不再次分割级联，而在EUTRAN系统中经再次分割后需给分段加上序列号，以便在接收端进行识别并用于重排及重组。如图5、图6所示为EUTRAN系统AM模式业务的序列号设置过程：

1、给高层来的SDU(业务数据单元)加上序列号(SN)；

2、初传时经分割级联后加上分段序列号(SSN)，长度指示(LI)等头信息；

初次传输的AM模式协议数据单元格式如图7a所示：AM模式数据单元头中包含SN，SSN，LI等信息。

3、状态报告中包含SN及SSN，反馈数据接收情况；

4、重传时如经过再次分割级联应再加分段序列号。

重传的状态报告中包含SN及两次添加的分段序列号。每次SSN域的长度由分割深度(SD)决定，表示当前是第几次分割的级联。

UM模式业务流程同AM模式，但是没有ARQ单元。初次传输的UM模式协议数据单元格式如图7b：UM模式数据单元头中包含SN，SSN，LI等信息。

由于在数据初次传输时含有SN及SSN、LI，空口的开销比较大；而对于接收端，由于数据中含有SN及SSN，因此在状态报告中单纯的反馈SN，发送端不能准确判断该重传哪个分段，因此状态报告中应含有SN及SSN，这样对状态报告的填写增加了复杂度。而且由于当前系统是基于动态的分割级联，因此对于AM模式的12bits序列号空间是比较浪费的，随着业务类型的不断增加，各个业务的序列号空间需求也不同，用一种类型序列号空间显然增加了空口开销。

发明内容

针对如上所述的问题，本发明的目的在于提供一种数据包头优化方法，通过在初次传输时只对分割级联后的数据设置一个序列号域，并根据数据业务添加数据头信息，对于AM模式业务，在重传时进行分割后才设置分段序列号域，对于某些固定速率UM模式业务，利用SDU大小和数目信息代理长度指示信息，从而减少由数据头带来的空口的开销，并简化状态报告的填写。同时可以根据业务的属性设置序列号域的大小，减少数据头的开销。

为了实现所述的目的，本发明的技术方案为：

一种数据包序列号的优化方法，包括如下步骤：

a.对来自高层的业务数据单元进行分割/级联，组成协议数据单元；

b.在所述协议数据单元的数据包头中设置序列号，并进行初传。

所述步骤b还包括：在所述数据包头中设置长度指示信息，以指示协议数据单元中业务数据单元的结尾位置。

所述步骤b还包括：在所述数据包头中设置大小指示信息，以指示业务数据单元的大小。

所述步骤b还包括：在所述数据包头中设置数目信息，以指示业务数据单元的数目。

所述方法还包括：所述数据协议单元的接收端反馈状态报告，该状态报告包括数据协议单元PDU序列号。

所述状态报告还包括长度指示信息。

所述的方法还包括：对需要重传的协议数据进行再次分割/级联，并添加分段序列号后重传。

所述的方法还包括：接收端反馈状态报告，该状态报告包括所述序列号和分段序列号。

所述状态报告还包括长度指示信息。

所述方法还包括：预先配置序列号域大小，或者在包头中设置序列号域大小指示信息。

对于不同类型的业务，设置动态的序列号域空间，此序列号域空间可以在实体建立时预配置，即AM/UM实体与逻辑信道属性对应，而逻辑信道属性携带此序列号域配置属性；也可以在数据包头中指示。例如：对于高速数据率业务，序列号域可以设得较大一些，低速率的业务序列号域较小一些，在包头中可以设置序列号域大小指示字节(SNFI)2-3bits，分别对应不同数据率业务的序列号域大小。

本发明的有益效果在于，对于AM模式，通过在初次传输时只在分割级联后对PDU设置序列号，并只在重传时对再次分割的PDU添加分段序列号，减少了数据传输时空口的开销，并降低了状态报告的复杂度。对于UM模式，通过在初次传输时只在分割级联后对PDU设置序列号，也减少了空口的开销，同时对于某些特殊业务，利用SDU大小和数目替代LI的方法，减少数据头带来的空口的开销。同时通过动态设置序列号域空间大小，减少空口开销。

附图说明

图1为现有技术WCDMA系统的架构图；

图2a为现有的AM模式下的数据包格式；

图2b为现有的UM模式下的数据包格式；

图3为现有的2G/3G系统的无线接口协议栈的结构图；

图4为现有演进网络EUTRAN系统的无线接口协议栈结构图；

图5为现有的EUTRAN系统的AM模式数据包传输过程示意图；

图6为现有的EUTRAN系统的AM模式序列号设置过程示意图；

图7a及图7b分别为现有的EUTRAN系统中PDU数据初传时的AM模式及UM模式的数据格式；

图8为本发明的AM模式业务数据包传输过程示意图；

图9为本发明的AM模式业务序列号设置过程示意图；

图10a为根据本发明方法的重传时AM模式业务数据单元格式；

图10b为根据本发明方法的重传时UM模式业务数据单元格式；

图10c为根据本发明方法的另一实施例的UM模式数据单元格式。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

本发明设置序列号以实现数据包头优化的核心思想是：在初次传输时只对分割级联后的数据设置序列号域，并根据业务属性添加数据头信息。例如对AM模式业务，只有在重传时对再次分割的PDU才加上分段序列号；而对于某些固定速率UM模式业务，利用SDU大小和数目替代LI的方法，从而根据特定业务实现数据头的简化。

图8为本发明的AM模式业务数据包传输过程示意图，图9为本发明的AM模式业务序列号设置过程示意图。如图8、图9所示，AM模式下数据包头的优化方法包括如下步骤：

a.对高层来的数据包进行分割/级联，并对分割级联后的PDU进行统一编号；

基站接收高层SDU数据流，如果从高层下来的SDU不符合物理层提供的传输块大小，就需要进行分割/级联，经分割级联后组成PDU，并对这些属于同一队列的PDU设置序列号(SN)，即进行统一编号1、2、3、4、5、6、7……。所述初次分割级联后的PDU在初传时其PDU头中可以只含有序列号。序列号(SN)用来给分割级联好的PDU进行编号，使得接收端可以正确重组出SDU。

所述队列可以是逻辑信道复用后的同一优先级的队列，每个自动重发请求(ARQ)实体对应这样一个队列；也可以是每个逻辑信道对应一个队列，每个逻辑信道对应一个ARQ实体。

对初传的PDU，其PDU头中还可以添加其它分割级联信息，如长度指示信息，队列号，分段次数，数据类型，轮询比特，扩展字节等，由于此部分属于现有技术部分，在此不作详述。

b.对于所述初传的PDU，由接收端反馈状态报告，以决定是否重传；

对于这些初次传输的PDU，需要接收端的确认来决定重传与否。确认(ACK)是从接收端收到显示的信号，指示特定的数据PDU或许正确的到达了，或许仍然未收到。因此所述接收端收到初传的PDU后，反馈状态报告给发送端。相应的状态报告需要包含携带序列号的分割级联信息，发送端通过此信息可以找到相应的分段进行重新分割级联和重传。反馈的状态报告可以继续用R6格式，但对于初次传输的PDU，初次反馈的状态报告中可以只需填写SN域。如1、2、3、4、5、6这几个PDU中3号PDU没有正确接收，则反馈ACK的SN＝1、2、4、5、6，NACK的SN＝3即可。

初传时PDU头中可以只含有一个序列号，而不含有分段序列号，减少了由序列号带来的空口开销，同时简化了状态报告的填写。

c.对需重传的PDU进行再次分割，并单独加上分段序列号，以进行重传；

如上述3号PDU进行重传，经过再次分割后形成3.1及3.2号PDU，即对再次分割后生成的PDU添加的分段序列号分别为1和2。所述再次分割级联后的PDU在重传时其PDU头中含有一个序列号和一个分段序列号。当然重传时PDU头中也可以包含其它分割级联信息，如长度指示信息。

d.对于重传的PDU，反馈状态报告。

对于初次传输的PDU，状态报告中只需反馈SN，而经过重传的PDU状态报告中必须反馈SN+SSN。即，对于重传的PDU，反馈的状态报告中需同时填写SN+SSN域，如上述3号PDU进行重传，经过再次分割后形成3.1及3.2号PDU，那么在3.1、3.2、7、8、9、10、11这几个PDU中，3.1号PDU没有正确接收，则反馈ACK的SN＝7、8、9、10、11的PDU及SN＝3，SSN＝2的PDU，NACK的SN＝3，SSN＝1的PDU。重传时PDU头中同样也可以填写其它分割级联信息。基站将根据所述反馈的状态报告对没有正确接收的数据包进行重传。发送端的重传缓存在初次重传后的缓存是PDU，在发生重传后，缓存的可以是PDU进行重新分割级联后的分段，每次更新根据重传缓存的内容定。

重传时AM模式业务数据单元格式如图10a所示。

对于UM模式业务，由于其没有ARQ重传特性，因此初传时只对其进行序列号设置，如图10b所示为UM模式一实施例的数据单元格式。

但是对于某些特殊(如固定速率)的UM模式业务，如VoIP业务，由于其业务数据单元(SDU)等大小(SDU一样大)的特性，且其SDU较小，因此在EUTRAN系统中，如果多个VoIP包级联起来，需要多个LI，尤其当空口传输能力较大时，LI将只能使用15bits，这些开销对于空口来说将会很大，因此，对于这些特殊业务，我们可以通过在包头中指示每个SDU的大小及个数就能完成LI的任务，且小于LI的比特数。

如图所示为UM模式另一实施例的数据单元格式。其中，利用大小索引指示(SID：Size index identifier)代表SDU大小，SID可以直接指示SDU大小，也可以只代表索引值，SDU的大小由高层配置的SID映射出来。N表示SDU的数目。

对于不同类型的业务，可以设置动态的序列号域空间，此序列号域空间可以在实体建立时预配置，即AM/UM实体与逻辑信道属性对应，而逻辑信道属性携带此序列号域配置属性；也可以在数据包头中指示。例如：对于高速数据率业务，序列号域可以设得较大一些，低速率的业务序列号域较小一些，在包头中可以设置序列号域大小指示字节(SNFI)2-3bits，分别对应不同数据率业务的序列号域大小。

综上所述，根据本发明的数据包头优化方法，对于AM模式，通过在初次传输时只在分割级联后对PDU设置序列号，并只在重传时对再次分割的PDU添加分段序列号，减少了数据传输时空口的开销，并降低了状态报告的复杂度。对于UM模式，通过在初次传输时只在分割级联后对PDU设置序列号，也减少了空口的开销，同时对于某些特殊业务，利用SDU大小和数目替代LI的方法，减少数据头带来的空口的开销；从而根据特定业务实现数据头的简化。

本发明的数据包序列号的优化方法不仅适用与EUTRAN系统，同样适用于传统的2G/3G网络系统。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据包头优化方法，其特征在于包括如下步骤：

a.对来自高层的业务数据单元进行分割/级联，组成协议数据单元；

b.在所述协议数据单元的数据包头中设置序列号，并进行初传。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤b还包括：

在所述数据包头中设置长度指示信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤b还包括：

在所述数据包头中设置大小指示信息，以指示业务数据单元的大小。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述步骤b还包括：

在所述数据包头中设置数目信息，以指示业务数据单元的数目。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于还包括：

所述数据协议单元的接收端反馈状态报告，该状态报告包括数据协议单元PDU序列号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述状态报告还包括长度指示信息。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于还包括：

对需要重传的协议数据进行再次分割/级联，并添加分段序列号后重传。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括：

接收端反馈状态报告，该状态报告包括所述序列号和分段序列号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述状态报告还包括长度指示信息。

10、根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于还包括：预先配置序列号域大小，或者在包头中设置序列号域大小指示信息。

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