CN101529780A - 用于高效利用通信网络中的无线电资源的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的方法和设备，所述通信网络包括在所述无线电接口上向接收实体(15)传送数据的传送实体(18)，所述传送实体(18)包括在利用混合自动重复请求(HARQ)协议的下层之上的、利用自动重复请求(ARQ)协议的至少一个上层，由此所述上层中的计时器被安排成对所述上层的操作进行监控。基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体(15)中的接收状态的指示对所述计时器进行设置。

Description

用于高效利用通信网络中的无线电资源的方法和设备
技术领域
本发明涉及通信网络中的方法和设备，尤其涉及允许高效利用无线电接口上的无线电资源的设备以及针对这种利用的方法。本发明还涉及用于高效利用无线电接口上的无线电资源的用户设备。此外，本发明涉及包含计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序用于高效利用无线电接口上的无线电资源。
发明背景
协议计时器(protocol timer)经常用于例如重传协议中，以使得在计时器已经终止之前尚未出现期望结果的情况下重复新的消息或动作。例如，在UMTS陆上无线电接入网络(UTRAN)中的无线电链路控制(RLC)协议中，其中定义了诸如轮询计时器之类的各种计时器。该计时器的作用是在计时器终止之后重传轮询以涵盖以下情形：轮询(或对等(peer)的状态报告)已经在易于出错的链路上丢失。注意，类似的计时器被用于包括信令(第3层)协议在内的几乎所有追求可靠性的协议中。
增强专用信道(E-DCH)是在第三代合作伙伴计划(3GPP)Rel 6中定义的上行链路传输信道。E-DCH的一个新特征是引入了混合自动重复请求(HARQ)。HARQ还用于高速下行链路共享信道(HS-DSCH)中，并且计划用于UTRAN的长期演进(LTE)。
在图2所示的E-DCH协议栈中，则存在着两个重传层。第一重传实体是介质访问控制(MAC)层上的HARQ协议，其根据单比特的应答/否定应答(ACK/NACK)来执行重传。如果HARQ失败，或者出现NACK至ACK错误，则执行对下一个重传实体的无序(out of sequence)递送，这是RLC自动重复请求(ARQ)协议。RLC于是关注残差。
RLC出现在连接的两端：在用户设备(UE)和无线电网络控制器(RNC)中。根据状态报告进行重传，另一方面根据计时器和轮询来执行所述重传。换句话说，能够利用包括计时器值和轮询规则的RLC参数对RLC重传进行控制。
RLC已经在之前的3GPP版本中出现，其中没有使用HARQ协议，即利用专用控制信道(DCH)和前向接入信道/随机接入信道(FACH/RACH)。大多数RLC计数器值由此通常基于RLC层上的往返时间的估计。然而，适当利用HARQ，RLC层上的RTT计算变得棘手。这是因为延迟会由于HARQ而明显发生变化，原因在于在HARQ过程中有效载荷单元会受制于变化的重传次数。本说明书考虑到RTT会发生变化(主要对于RACH而言)但是不包括用于支持E-DCH的变化的HARQ延迟的适当层间通信。
在操作中利用HARQ，上层协议中计时器的正确设置并非无关紧要。这以具有四个HARQ过程的10ms传输时间间隔(TTI)的E-DCH作为示例。假设HARQ重传的次数在1和8之间变化。根据HARQ操作，传输延迟于是能够在10ms和(7×40+10)ms＝290ms之间变化。
RLC规范(TS 25.322)如下定义了其许多计时器的开启(start)：
“在UE中，该计时器应当在下层(lower layer)指示含有轮询的AMD PDU的成功或不成功传输时开启(或重新开启(restart))”
实际上，当RLC协议数据单元(PDU)已经被提交以供由物理层进行传输时，MAC层被指定来向RLC发送指示：
MAC-STATUS-Ind/Resp：
[...]在UE处，MAC-STATUS-Ind基元(primitive)还被用来从MAC向RLC指示：MAC已经请求由PHY进行数据传输(即，已经提交了PHY-DATA-REQ)，或者RACH上RLC PDU的传输已经由于前导斜坡周期(preamble ramping cycle)计数器超出而失败。
此外(指示传输状态的参数)：
TX状态：
-当被设置为值“传输不成功”时，该参数向RLC指示：先前TTI中的RLC PDU传输失败；当被设置为值“传输成功”时，该参数向RLC指示：所请求的RLC PDU(一个或多个)已经被提交以供由物理层进行传输。
因此，MAC有责任在物理层已经开始PDU传输时通知RLC。然而，在对等实体处不存在PDU接收成功/不成功的指示。特别地，没有定义如何使用关于何时利用HARQ在E-DCH上传送RLC PDU的指示。因此，MAC规范在这方面是不清楚的。
如通过以上示例所观察到的，从数据请求直至已经执行了利用HARQ的成功传输的延迟会有明显变化。因此，为了应对这种延迟变化，需要对规范进行更新以使得能够由上层(upper layer)-特别是RLC计时器-来满足HARQ延迟变化。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的改进方法，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体传送分组数据的传送实体，所述传送实体包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控(supervise)。
该目标已经通过根据权利要求1的特征部分的方法而被实现。
本发明的另一目标是提供一种用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的改进设备，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体传送分组数据的传送实体，所述传送实体包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控。
该另外的目标已经通过根据权利要求11的特征部分的设备而被实现。
本发明进一步的目标是提供一种用于在无线电接口上获得高效无线电资源利用的用户设备，所述用户设备包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控。
该进一步的目标已经通过根据权利要求21的特征部分的用户设备而被实现。
本发明再进一步的目标是提供一种用于在通信网络中的无线电接口获得高效无线电资源利用的改进的计算机可读介质，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体传送分组数据的传送实体，所述传送实体包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的计时器被安排成对所述上层的操作进行监控。
该进一步的目标已经通过根据权利要求22的特征部分的计算机可读介质而被实现。
更多实施例在从属权利要求中列出。
由于提供了使用来自下层的指示以使上层操作更为高效的方法和设备，所以减少了不必要的等待时间量。并且，通过使计时器值更为准确，在上层获得了更为高效的传输，窗口停滞(stalling)和不必要重传的问题得以最小化。因此，无线电资源得以更高效地利用。
根据以下结合附图考虑的详细描述，本发明的其他目标和特征将变得很明显。然而要理解的是，所述附图仅被设计为用于说明而并非作为本发明限制的限定，本发明的限制应当参考所附的权利要求。还应当理解的是，所述附图不一定按比例绘制，除非另外指出，否则它们仅旨在概念性地说明这里所描述的结构和过程。
附图简述
在附图中，其中所有视图中类似的附图标记表示相似的元素。
图1示出了根据本发明的通信网络体系结构；
图2示出了用于E-DCH用户平面的协议终端；
图3是根据本发明第一实施例的信息流；
图4是根据本发明第二实施例的信息流；
图5是根据本发明第五实施例的信息流；
图6示出了一种计算机可读介质。
优选实施例的详细描述
图1描绘了通信系统，诸如宽带码分多址(WCDMA)通信系统，包括无线电接入网络(RAN)，诸如UMTS陆上无线电接入网络(UTRAN)体系结构，包括连接到一个或多个无线电网络控制器(RNC)10的至少一个无线电基站(RBS)(或节点B)15。RAN连接到核心网络(CN)12。RAN和CN 12为多个用户设备(UE)18(在图1中仅示出一个)提供通信和控制，所述多个用户设备均使用下行链路(DL)信道13和上行链路(UL)14来传送和接收数据/信号。根据本发明的优选实施例，所述通信系统在这里被描述为WCDMA通信系统。然而，本领域技术人员可意识到本发明的方法和设备同样适用于其他通信系统。
本发明关键的发现在于HARQ有助于了解何时已经在接收对等实体处成功接收到PDU。因此，能够根据HARQ反馈来开启上层协议计时器。
在不采用本发明的思想，并且使用导致最坏情形的计时器值的情况下，HARQ延迟会降低性能，原因在于长时间计时器可能会阻止窗口滑动以及对丢失数据和信令消息的重传。
以下通过使用以在3GPP规范中的类似方式在不同协议实体之间交换的基元(或信号)对本发明进行描述。这仅仅是描述性的方法，并且不应当以任何方式来限制本发明。此外，根据本发明的优选实施例，这里所使用的协议(即，RLC和MAC)仅是取自当前3GPP规范的示例。本领域技术人员会意识到本发明同样适用于其他协议。
如以上所提及的，RLC中的计时器实际通常是根据协议实体之间的RTT来设置的。RLC中的不同计时器具有不同功能，诸如监控对等实体响应、禁止特定对等信令的过度传输等。在此不做其进行进一步论述。
当前如3GPP中所描述的，当已经从MAC发送了PHY-DATA-REQ基元并且MAC已经就此利用参数“TX状态”中的MAC-STATUS-IND基元对RLC进行了指示时，相关的计时器被开启/重新开启。
根据本发明的优选实施例，MAC-STATUS-IND提供指示HARQ反馈状态的新参数。该指示还包括指示所使用的HARQ尝试的次数的字段。指示的触发和内容基于HARQ传输的成功或失败，这是通过观测来自对等HARQ实体的ACK/NACK反馈响应来监视的。这还可以包括ACK/NACK反馈的缺少，这于是可以被解释为NACK。ACK的接收触发对RLC的指示，包括PDU成功递送的信息。类似地，NACK的接收可能触发对RLC的指示，包括每当接收到NACK或者当最终重传也失败时的不成功递送的信息。可替换地，每当HARQ重传次数超过预定义的尝试次数时能够执行指示的触发。此外，如果MAC检测到已经超过最大HARQ重传次数而没有任何ACK，则这能够被指示给RLC。
对所提出的指示的上层反应包括不同的可能实施例：主要实施例是根据对等HARQ实体对PDU的成功或不成功接收的指示来开启和/或重新开启相关的计时器。另一个实施例是在前述指示表示HARQ递送失败的情况下重传PDU。
根据本发明，提供了一种用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的方法，所述通信网络包括在所述无线电接口向接收实体(诸如RNC或节点B)传送数据/信号的传送实体(诸如UE)，所述实体包括在利用混合自动重复请求(HARQ)协议的下层(例如，MAC层)之上的、利用自动重复请求(ARQ)协议的至少一个上层(例如，RLC层)，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控。所述方法包括以下步骤：基于依照所述下层HARQ协议的、所传送数据/信号在所述接收实体中的接收状态的指示(例如，ACK/NACK消息)对所述至少一个计时器进行设置。
而且，根据本发明，提供了一种用于在无线电接口上获得高效无线电资源利用的用户设备18，包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控。所述用户设备包括用于基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体(诸如RNC或节点B)中的接收状态的反馈对所述至少一个计时器进行设置的装置。
图3示出了根据本发明第一优选实施例的流程图，其中当接收到成功/不成功递送的反馈时，开启/重新开启相关的RLC计时器。当RLCPDU被提交到物理层以用于传输时，等待直至已经接收到针对该特定PDU(一个或多个)的ACK(或HARQ失败)。因此，MAC-DATA-Req31被从RLC发送到MAC并且PHY-DATA Req 32被从MAC发送到物理层(PHY)。第一HARQ传输33被从传送器(UE)发送到接收器(RBS)。如果传输被成功接收，则接收器将ACK 36发送回传送器。然而，只要所述传输没有被成功接收，则接收器将NACK 34发送回传送器，由此传送器重传HARQ传输35直至达到预定的最大重传次数。如果在最大重传次数之后尚未实现成功的传输，则传输被视为HARQ失败。在已经在36接收到HARQ失败的ACK之后，PHY向MAC发送PHY-STATUS-Ind 37，由此MAC向RLC发送MAC-STATUS-Ind 38。
图4示出了根据本发明第二优选实施例的流程图，其中当接收到针对第x次HARQ传输的反馈时，开启相关的RLC计时器。当PDU被提交到物理层以用于传输时，等待直至其已经被发送并被ACK或者被发送第x次并被NACK，并接着向上层通知PDU的传输状态。该解决方案使得能够略为降低计时器值，但是并没有充分利用可用的HARQ信息。因此，MAC-DATA-Req 41被从RLC发送到MAC并且PHY-DATA-Req 42被从MAC发送到物理层(PHY)。第一HARQ传输43被从传送器(UE 18)发送到接收器(RBS 15)。如果传输被成功接收，则接收器将ACK发送回传送器。然而，只要所述传输没有被成功接收，则接收器就将NACK 44发送回传送器，由此传送器重传HARQ传输。如果所述传输在预定重传次数45(即，并非最大次数)仍没有被成功接收并且被NACK 46，则PHY向MAC发送PHY-STATUS-Ind 37，由此MAC向RLC发送MAC-STATUS-Ind 38。
根据本发明的第三优选实施例(未示出)，根据HARQ失败指示的接收而执行所丢失上层PDU的直接重传。
根据本发明的第四优选实施例(未示出)，MAC-HARQ和RLC之间的交互也可以布置在接收器侧。MAC-HARQ层在一些条件下会发现在HARQ反馈信令中已经有错误发生。这样的例子是当HARQ已经通过发送HARQ NACK而请求了MAC PDU的重传，但是却接收到新的MAC PDU而不是所述重传时。该事件是已经在HARQ级别上发生数据丢失的指示，并且所述事件可以被指示给RLC层。当接收到该指示时，RLC层可以立即传送RLC状态报告以使对等RLC实体了解到数据丢失，即使状态禁止计时器正在运行。可替换地，如果在从MAC接收到指示时状态禁止计时器没有运行，则RLC实体应当仅发送状态报告。
图5示出了根据本发明第五优选实施例的流程图，其中对于HARQ实体中的每次传输尝试从MAC向RLC发送HARQ反馈信息。RLC中的计时器在第一次传输尝试时开启并接着作为HARQ反馈响应(ACK/NACK)的结果而重新开启。应当注意的是，在计时器之前，也就是在触发禁止功能时，已经开启了禁止功能。图5示出了UE 18和RBS 15(或节点B)之间的流程。UE 18的RLC层向UE 18的MAC层发送MAC-DATA-REQ 51。MAC层向UE 18的PHY层发送PHY-DATA-REQ 52并且将MAC-STATUS-IND 53发送回RLC，由此开启RLC层的计时器。UE 18的PHY层向RBS 15的PHY层发送第一HARQ传输54，RBS 15的PHY层向RBS 15的MAC层发送PHY-DATA-IND 55。如果传输没有被成功接收，则RBS 15的MAC层向UE 18的MAC层发送NACK 56，并且UE 18的MAC向RLC发送MAC-STATUS-IND 53，由此重新开启计时器。重复该过程，即UE 18的MAC向UE 18的PHY层发送PHY-DATA-REQ 52等等。在图5的示例中，第三次传输尝试被成功接收，由此RBS 15的MAC将ACK 57发送回UE 18的MAC。
可替换地，根据本发明的第六优选实施例(未示出)，当提交PDU以用于传输时，RLC被改变为开启长时间计时器，所述长时间计时器至少与对所有HARQ传输尝试进行计数的最大传输延迟一样长。接着利用正确的计数器值重新开启/更新所述计时器，所述正确的计数器值按照根据第一优选实施例的RTT值，即当ACK或最大重传次数达到时。
将会意识到的是，至少一些以上所描述的过程按照需要重复执行以对传送器和接收器之间的信道的时变特性进行响应。为了便于理解，本发明的许多方面按照例如由可编程计算机系统的部件所执行的动作序列来描述。将会认识到的是，各个动作可以由专用电路(例如，被互连以执行专用功能的离散逻辑门电路或专用集成电路)、一个或多个处理器所执行的程序指令或二者的组合来执行。
此外，本发明另外还能够被理解为整体实现在任意形式的计算机可读存储介质内(在图6中示例性示出并以60表示)，所述计算机可读存储介质具有存储于其中的、供指令执行系统、装置或设备(诸如基于计算机的系统、包含处理器的系统或能够从介质中取指令并执行所述指令的其他系统)使用或与其结合的指令的适当集合。如这里所使用的，“计算机可读介质”可以为能够包含、存储、传输、传播或传送程序以供由指令执行系统、装置或设备使用或与其相结合的任意装置。例如，所述计算机可读介质能够例如是电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或传播介质，但并不局限于此。所述计算机可读介质的更为特定的示例(非穷举列表)包括具有一条或多条线路的电连接、便携式计算机磁盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤和便携式致密磁盘只读存储器(CD-ROM)。
因此，提供了一种包含根据本发明优选实施例的计算机程序的计算机可读介质，其用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体传送分组数据的传送实体，所述实体包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控，其中所述计算机程序执行以下步骤：基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体中的接收状态的指示对所述至少一个计时器进行设置。
本发明可以以许多不同的形式来实现，以上并未描述其所有的形式，并且所有这些形式都被认为落入本发明的范围之内。对于本发明的各个方面中的每一个而言，任何这样的形式都可以被称作“被安排成”执行所描述动作的“逻辑”，或者作为选择可以被称作为执行所描述动作的“逻辑”。
因此，虽然已经示出并描述和指出了可应用于本发明优选实施例的基本新颖特征，但是将要理解的是，本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神的情况下对所说明的设备的形式和细节以及其操作进行各种省略、替换和改变。例如，明确指出以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以获得相同结果的那些部件和/或方法步骤的所有组合都落入本发明的范围之内。此外，应当认识到的是，包含在本发明的任意公开形式或实施例所描述和/或示出的结构和/或部件和/或方法步骤可以被包含在任意其他所公开或描述或建议的形式或实施例中作为一般的设计选择问题。因此，其意在仅由这里所附的权利要求的范围来指示。
用来描述和要求保护本发明的诸如“包括”、“含有”、“包含”、“结合”、“由......组成”、“具有”、“是”之类的表达形式意在以非排他的形式来理解，也就是说还允许存在没有明确描述的项目、组件和部件。对于单数的引用也被理解为涉及多个，反之亦然。
所附权利要求中括号内的附图标记意在帮助理解所述权利要求，而决不应当理解为以任何方式对这些权利要求所要求保护的主题进行限制。

Claims (22)

1.一种在传送实体(18)中用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的方法，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体(15)传送数据的所述传送实体(18)，所述传送实体(18)包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控，其特征在于所述方法包括以下步骤：基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体(15)中的接收状态的指示来对所述至少一个计时器进行设置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示表示所述下层中的成功传输。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示表示所述下层中的不成功传输。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于在已经进行了预定次数的不成功传输尝试之后，从所述下层向所述上层发送所述不成功传输的指示。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于当所传送数据的丢失已经发生时，从所述下层向所述上层发送所述指示。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述方法进一步包括步骤：当在所述上层中接收到所述指示时，直接向所述接收实体重传所述丢失数据。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示表示所述下层中的信令错误，由此从所述上层向第二接收实体发送所述信令错误的消息。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于针对每次传输尝试从所述下层向所述上层发送所述指示，由此所述至少一个计时器在第一次传输尝试时开启而当接收到所述指示时重新开启。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一个计时器被设置为持续到达到最大传输尝试次数。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述上层是无线电链路控制(RLC)层，并且所述下层是介质访问控制(MAC)层。
11.一种在传送实体中用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的设备，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体(15)传送数据的所述传送实体(18)，所述传送实体(18)包括在利用混合自动重复请求协议的下层顶之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控，其特征在于所述设备包括用于基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体(15)中的接收状态的指示对所述至少一个计时器进行设置的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述指示表示所述下层中的成功传输。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述指示表示所述下层中的不成功传输。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于所述下层被安排成：在已经进行了预定次数的不成功传输尝试之后，向所述上层发送所述不成功传输的指示。
15.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述下层被安排成：当所传送数据的丢失已经发生时，向所述上层发送所述指示。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于所述传送实体(18)被安排成：当在所述上层中接收到所述指示时，直接向所述接收实体(15)重传所述丢失数据。
17.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述指示表示所述下层中的信令错误，由此所述上层被安排成向第二接收实体(10)发送所述信令错误的消息。
18.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述下层被安排成针对每次传输尝试向所述上层发送所述指示，由此所述至少一个计时器在第一次传输尝试时开启而当接收到所述指示时重新开启。
19.如权利要求11所述的设备，其特征在于用于设置所述至少一个计时器的所述装置被安排成将所述至少一个计时器设置为持续到达到最大传输尝试次数。
20.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述上层是无线电链路控制(RLC)层，并且所述下层是介质访问控制(MAC)层。
21.一种用于在无线电接口上获得高效无线电资源利用的用户设备(18)，包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控，其特征在于所述用户设备包括用于基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体(10，15)中的接收状态的指示对所述至少一个计时器进行设置的装置。
22.一种包含用于在通信网络中的无线电接口上获得高效无线电资源利用的计算机程序的计算机可读介质(60)，所述通信网络包括用于在所述无线电接口上向接收实体传送数据的传送实体，所述实体包括在利用混合自动重复请求协议的下层之上的、利用自动重复请求协议的至少一个上层，由此所述上层中的至少一个计时器被安排成对所述上层的操作进行监控，其特征在于所述计算机程序执行以下步骤：基于依照所述下层混合自动重复请求协议的、所传送数据在所述接收实体中的接收状态的指示对所述至少一个计时器进行设置。
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