CN102315923A

CN102315923A - 一种3g卫星通信系统无线链路控制方法

Info

Publication number: CN102315923A
Application number: CN201110257305A
Authority: CN
Inventors: 陶滢; 梁宗闯; 吕强; 曾小金; 沈宇飞
Original assignee: China Academy of Space Technology CAST
Current assignee: China Academy of Space Technology CAST
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102315923B

Abstract

本发明公开了一种3G卫星通信系统无线链路控制方法，在本发明充分利用无线链路控制机制中信息交换的机制，通过添加最小化的信息比特段info，有效解决了3G卫星通信通信中出现信息丢失时，由于大RTT引起的数据传输时延增大或数据充分传输的问题，从而提高了系统的传输效率。基于上述特征，本发明可广泛适用于无线通信系统，尤其对RTT较大的3G卫星通信系统的无线链路控制机制设计具有极高的参考价值。

Description

一种3G卫星通信系统无线链路控制方法

技术领域

本发明属于卫星通信系统领域，涉及一种3G卫星通信系统无线链路控制方法。

背景技术

在地面3G无线通信系统中，由于无线信道的误码率比较大，且媒体(质)接入控制(MAC)提供的是不可靠的数据传输服务，也没有针对不同的业务提供不同的服务质量(QoS)保障，因此这部分的功能全部由面向连接、基于比特流、可靠的传输控制协议——无线链路控制(RLC)来完成，以实现无线链路上的可靠数据传输，为不同的业务提供不同的QoS。如错误！未找到引用源。1所示，一般情况下，RLC的体系结构支持透明模式(TM)、非确认模式(UM)和确认模式(AM)等三种模式，用以支持无线通信系统中信令与用户数据的传输。其中，AM同时支持确认(ACK)和负确认(NACK)，因此可以提供可靠的服务。

RLC AM的过程描述如图2所示，即完成分段、级联、重组、填充、用户数据传输、纠错、顺序递送上层协议数据单元(PDU)、数据流控制、重复检测、协议错误检测和恢复、加密和服务数据单元(SDU)丢弃等功能。AM模式的RLC数据PDU格式如图3所示，包括了数据/控制比特、序列号、查询比特、报文扩展、扩展比特、长度指示符、数据、填充和附带的状态PDU。其中，数据/控制域为1比特，用于指示PDU是数据PDU还是控制PDU；序列号为12比特，用于检测丢失的PDU、识别确认或负确认应答中的PDU以及作为加密过程的输入；轮询比特P用于要求接收端发送一个状态报告；报头扩展(2比特)和扩展比特(1比特)用于指示下一字节是数据的开始还是长度指示与扩展比特。

具体实现中，在发送方，AM模式需要完成下述功能：

1、对收到的上层SDU进行分段，组成数据PDU，进行可能的级联操作，并设置长度指示；

2、如设置了“无明确信令的、基于定时器的SDU丢弃方式”，则在收到上层SDU时开始“丢弃定时器”计数，当该计时器超时，就丢弃相应的SDU，并根据需求通知上层；

3、设置RLC头域，调度数据PDU进行发送；

4、对有负确认的数据PDU，如果发送序列号小于“最大发送状态变量(VT(MS))”，则调度该数据PDU进行重传；

5、在通过“轮询计时器”或“基于定时”触发了轮询，且没有调度数据PDU传输或重传的情况下，如果最大允许发送窗口大于或等于某设定的数值，则选择序列号为“发送状态变量VT(S)”-1的数据PDU进行发送确认；否则，选择序列号为VT(S)-1或还没有被对端确认的数据PDU进行发送确认；或者调度重传的数据PDU进行发送确认；

6、在任何一个数据PDU进行了传输或重传调度后，发送方需要增加“状态变量计数VT(DAT)”。同时，如果VT(DAT)等于传输允许的最大数，则进行相应的处理；否则，通知下一层接收数据并提交设置好的数据PDU给下一层；

7、如果数据PDU第一次传送，发送方需要设置“序列号”为VT(S)，设置“长度指示”、“轮询比特”；如果是重传的数据PDU，“序列号”与原来发送的PDU一致。

8、当发送或重传数据PDU的序号小于“最大发送状态变量VT(MS)”或者为VT(S)-1，且本地挂起功能不限制时，才能提交给下一层。这时，需要通知下一层该数据PDU的序号以及该数据PDU是第一次发送还是重发。重发的PDU优先级高于第一次发送的数据PDU。

在接收方，AM需要完成的功能包括：

1、根据接收的数据PDU更新“接收状态变量”VR(R)、“预料接收的状态变量”VR(H)、以及“可接收的最大状态变量”VR(MR)；

2、如果接收数据PDU的轮询比特为1或者配置了“丢失PDU指示”且接收端检测到丢失了数据PDU，则触发一个状态PDU传送过程；

3、重组数据PDU为一个RLC SDU，并将SDU传送给上层。

在3G卫星通信系统中，如果卫星只实现如图4所述的透明转发功能，即卫星和卫星网关(S-GW)共同完成NodeB功能，UE则可以通过卫星接入到S-GW后，经过卫星无线网络控制器(S-RNC)接入到电路域移动交换中心(MSC)或者分组域的服务GPRS支持节点(SGSN)，并最终接入到地面公共网络和互联网络。RLC协议实现的功能与地面无线通信系统中的完全相同。特别是与高层相关的协议属性，无需任何更改。但是，由于卫星通信的长时延导致了较高的往返时延(RTT)，因此在双向AM模式、接收确认的延时比较大的情况下，将影响该模式的重传机制。特别是当数据速率较高时，这种影响更不能忽视。为此，在3G卫星通信系统中，RLC的设计主要针对AM进行，即一方面需要对协议中的某些参数进行与地面系统完全不同的配置，以达到带宽利用最优化；另一方面采用不同的无线链路控制方法，以避免或减少不必要的PDU重传。

如果只是对地面RLC方法进行优化设置直接采用基于3G的卫星通信系统，并不能彻底解决由卫星通信中RTT增加而引发的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种3G卫星通信系统无线链路控制方法。采用本方法解决了卫星通信中由于RTT增加而引发的影响双向AM模式的重传机制的问题。以较低的代价来消除了大RTT造成的影响，实现链路接收故障后的快速恢复并避免不必要的数据重发，进而提高系统的传输效率。

本发明的技术解决方案是：

本发明的3G卫星通信系统无线链路控制方法，用于在确认模式下对数据的传输进行控制，包括以下步骤：

(1)发送端以数据PDU数据段的大小为标准对从上层接收到的SDU数据进行判断；若SDU数据大于数据PDU数据段，则对SDU数据进行分段后封装到多个数据PDU中，并对生成的多个数据PDU进行顺序编号；

(2)发送端将数据PDU按编号顺序进行发送；同时开启轮询计数器或定时器；所述轮询计数器或定时器的设定值由数据传输的往返时延决定；

(3)若发送端的轮询计数器或定时器超时，则发送端利用第一个或最后一个数据PDU作为确认PDU发送到接收端；接收端利用确认PDU生成返回发送端的状态PDU对未收到的数据PDU进行负确认，用于告知发送端接收端未收到的数据PDU编号；

所述确认PDU：若由第一个数据PDU构造，则确认PDU中同时包含信息字段Info，信息字段Info用于表明针对同一个SDU的数据PDU中未确认的最后一个PDU的序号；

若由最后一个数据PDU构造，且当针对同一个SDU的数据PDU中最后一个PDU未得到确认时，则确认PDU中同时包含信息字段Info，信息字段Info用于表明针对同一SDU的数据PDU的未确认的最后一个PDU的序号；当针对SDU的数据PDU的最后一个数据PDU已经得到了确认时，信息字段Info用于表明针对该SDU的数据已确认的最后一个数据PDU的序号；

(4)接收端利用接收到的确认PDU中的信息字段Info进行判断发送重传确认；

若接收端重复收到由第一个数据PDU构造的确认PDU，则通过对信息字段Info的内容判读，获得发送端已发送的数据PDU的信息，利用状态PDU向发送端确认未收到的数据PDU的序号；

若接收端重复收到由非第一个数据PDU构造的确认PDU，则通过对信息字段Info的内容判断，获得发送端已发送的数据PDU的信息，利用状态PDU向发送端确认未收到或未正确确认的数据PDU的序号；

(5)发送端利用接收到的状态PDU中数据PDU的序号选择数据PDU进行重传。

所述信息字节Info为12比特，Info的内容按照一个SDU中数据PDU确认情况进行填充，或者为一个SDU的数据PDU的未确认的最后一个数据PDU的序号；或者为一个SDU的数据PDU的已确认的最后一个PDU的序号。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、简单易行：本发明提出的3G卫星通信系统无线链路控制方法与现有技术相比，发送端只有在轮询计数器或定时器超时后仍未获得传输数据PDU的确认时，才通过增加信息位Info的方式将先验信息传给接收端，而接收端可以对已接收到的PDU进行更为明确的确认，因此使得发送端可以实现快速的数据重发并避免不必要的数据重发，因此系统发送端和接收端的工作简单易行。

2、代价低：本发明提出的3G卫星通信系统无线链路控制方法与现有技术相比，发送端只有在轮询计数器或定时器超时后仍未获得传输数据PDU的确认时，才会增加PDU数据字段的开销，且开销长度只有12比特，因此对系统传输资源的占用很小，因此系统采用本发明的代价极低。

3、具有普遍适用性：本发明提出的3G卫星通信系统无线链路控制方法与现有技术相比，由于增加了无线链路控制方法中发送端和接收端交换的先验信息，因此使得发送端可以实现快速的数据重发并避免不必要的数据重发，且该方法与系统的具体构成无关，因此可以普遍适用于各种有线和无线网络的数据链路控制。

附图说明

图1为RLC体系结构；

图2为地面3G系统RLC的AM过程；

图3为RLC AM数据PDU格式；

图4为RLC AM采用第一个PDU重传示意图；

图5为RLC AM采用最后一个PDU重传示意图；

图6为RLC AM采用最后一个PDU重传示意图；

图7为本发明RLC AM采用第一个PDU重传示意图；

图8为本发明RLC AM采用最后一个PDU重传示意图；

图9为本发明RLC AM方式数据PDU格式；

图10～图16为仿真效果图；

图17为本发明流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

在3G卫星通信系统中，如果卫星只实现透明转发的功能，无线链路控制实现的功能与地面无线通信系统将完全相同。但由于卫星通信的长时延导致了较高的RTT，因此将严重影响双向AM模式的重传机制。如果只是对地面RLC方法进行优化设置就直接用于基于3G的卫星通信系统，并不能彻底解决由卫星通信中RTT增加而引发的问题。

当AM模式的RLC从上层接收到的SDU长度大于系统设定的数据PDU长度时，AM需要具备分段功能，其中，RLC的上层是指分组数据汇聚协议(PDCP)、广播/多播控制协议(BMC)和无线资源控制(RRC)等层。这样，当属于同一个SDU的最后一个数据PDU在传输过程中出现差错而未能正确到达接收端，且状态PDU的触发机制设置为发送端的“每个SDU接收完成进行确认”时，在发送端的轮询计数器或定时超时后，发送端一般会将轮询信息通过第一个未确认的PDU传送出去，或通过已经传送的最后一个PDU传送出去。

在第一种方式下，故障恢复会非常慢。如图4所示，序列号为1～5的数据PDU属于同一个SDU。传送中，序列号为4、5的数据PDU丢失，该SDU未能得到接收端的确认。因此，当轮询计数器或定时超时后，发送端将通过序列号为1的数据PDU(第一个未确认的数据PDU)发送轮询信息。而由于此时发送端只能接收到接收端对序列号为1～3的数据PDU的确认，因此，直到下一次轮询计数器或定时超时，序列号为4的数据PDU才会重新发送。序列号为5的数据PDU的发送情况与序列号为4的数据PDU的发送情况相同。

第二种方式可以解决上述故障恢复较慢的问题。如图5所示，当轮询计数器或定时超时后，发送端通过序列号为5的数据PDU(已经传送的最后一个数据PDU)发送轮询信息。由于此时发送端得到接收端对序列号为1～5的数据PDU的确认，且获知序列号为4的数据PDU未能正确接收，因此，序列号为4的数据PDU会立刻重新发送。但是，这种情况有可能导致重复发送。如图6所示，如果在发送和首次重传的过程中，序列号为3的数据PDU都丢失了，同时在重传时，接收端返回的确认信息也丢失了，为了实现序列号为3的数据PDU的正确传输，序列号为5的数据PDU不得不进行重复发送。

为此，在第一种方式下，设计发送端在轮询计时器超时后传送的信息中包括未被确认的最后一个传送的数据PDU的信息，即增加一个称之为Info的轮询信息。如图7所示，在发送端通过序列号为1的数据PDU发送带有Info信息的轮询信息后，接收端可以据此信息推断出哪些数据PDU已经发出但未正确接收。而序列号为4、5的数据PDU就可以根据接收端返回的确认信息进行重复发送了。

同样的，对第二种方式，如图8所示，如果发送端传送的最后一个数据PDU信息已经得到了确认(序列号为5)，就在轮询计时器超时后传送未被确认的数据PDU(序列号为3)，且包括已经确认的最后一个传送的数据PDU(序列号为5)的信息。这样，接收端对于已经接收，但未能将确认信息传回发送方的数据PDU(序列号为4)会重新确认，因此，就不会出现重复传送的问题了(含序列号为4和5的数据PDU)。

根据上述分析，设置适用于3G卫星通信系统的RLC AM模式的数据PDU格式如图9所示，即增加12比特的信息段info。信息字段Info用于表明针对同一个SDU的数据PDU中未确认的最后一个PDU的序号。Info的内容按照一个SDU中数据PDU确认情况进行填充，或者为一个SDU的数据PDU的未确认的最后一个数据PDU的序号；或者为一个SDU的数据PDU的已确认的最后一个PDU的序号。

改进后的传输方法如下，流程如图17所示：

(1)发送端以数据PDU数据段的大小为标准对从上层接收到的SDU数据进行判断；若SDU数据大于数据PDU数据段，则对SDU数据进行分段后封装到多个数据PDU中，并对生成的数据PDU进行顺序编号；

(2)发送端将数据PDU按编号顺序进行发送；同时开启轮询计数器或定时器；轮询计数器或定时器的设定值由数据传输的往返时延决定；

所述确认PDU：若由于第一个数据PDU构造，则确认PDU中同时包含轮询信息Info，轮询信息Info用于表明针对一个SDU的数据PDU的总数；

若由于最后一个数据PDU构造，且当针对同一个SDU的数据PDU中最后一个PDU未得到确认时，则确认PDU中同时包含信息字段Info，信息字段Info用于表明针对同一SDU的数据PDU的未确认的最后一个PDU的序号；当针对SDU的数据PDU的最后一个数据PDU已经得到了确认时，信息字段Info用于表明针对该SDU的数据已确认的最后一个数据PDU的序号；

(4)接收端利用接收到的确认PDU中的信息字段Info进行判断发送状态PDU；

下面进一步对采用本发明后的具体效果做进一步说明。

主要仿真参数：

1、信源报文：长度/定长分布1024bits；

到达间隔/定长分布0.2s；

2、发送报文处理速率：9600bit/s

3、链路发送速率：9600bit/s

4、RTT时链路时延：0.24s

5、仿真时间：1min

仿真结果与分析：

1)对第一种情况，假设属于同一个SDU的最后一个数据PDU在传输过程中出现差错而未能正确到达接收端，而这个数据PDU的计数为10。图10、图11分别为算法修改前和修改后两种情况的报文发送计数，图12为两种情况下ETE时延的比较图。可以看到，后者的报文ETE时延在丢弃报文后的处理过程中有所降低。

2)对于第二种情况，图13给出了图5所示的报文发送计数示意图(设9、10号报文丢失)；图14给出了图6所示的采用报文发送数示意图(设8号报文在第一次和第二次发送的时候都有丢失)；图15为采用本发明算法优化后的报文发送计数示意图(同样设8号报文在第一次和第二次发送的时候都有丢失)；图16为三种情况下报文ETE时延的比较情况。可见，在采用本文方法后，即解决了报文重复发送的问题，也降低了系统的报文ETE时延。

根据上述方式分析可以证明本发明的正确性和可行性。因此，本发明可广泛适用于无线通信系统，尤其对RTT较大的3G卫星通信系统的无线链路控制机制设计具有极高的价值。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种3G卫星通信系统无线链路控制方法，用于在确认模式下对数据的传输进行控制，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种3G卫星通信系统无线链路控制方法，其特征在于：所述信息字节Info为12比特，Info的内容按照一个SDU中数据PDU确认情况进行填充，或者为一个SDU的数据PDU的未确认的最后一个数据PDU的序号；或者为一个SDU的数据PDU的已确认的最后一个PDU的序号。