CN110071935B - 一种5g系统中终端组装sdap头的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种5G系统中终端组装SDAP头的实现方法，属于移动通信技术领域。一种5G系统中终端组装SDAP头的实现方法，其特征在于：该方法包括终端PDCP子层发送上行数据流程和终端PDCP子层接收下行数据流程。本发明将SDAP子层的头增加和删除操作从SDAP子层移到PDCP子层来进行处理。这样提高了5G NR系统中终端的PDCP子层的处理数据的效率，同时方便重用4G中的PDCP子层的相关模块。

Description

一种5G系统中终端组装SDAP头的实现方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种5G系统中终端组装SDAP头的实现方法。

背景技术

在通信系统中，为了系统的后续演进以及实际产品开发，协议设计都严格遵循模块化设计思路，无论在第二代全球数字移动通信系统(简称：2G，GSM)，还是第三代移动通信系统(简称：3G，WCDMA/TD-SCDMA)以及现在普遍使用的第四代移动通信系统(简称：4G，LTE)中，高层信令协议栈都严格地按照分层来设计和实现，即使到了目前第五代移动通信系统(简称：5GNR)，也依然遵循这一准则。不仅如此，发送端和接收端的对应层都有相应的协议流程，称为对等层协议。

在5GNR系统中，根据第三代合作伙伴计划(简称：3GPP)提交的第五代新无线总体规范(简称：TS38.300)描述，层2结构如图1所示。5GNR的层2由业务适配协议子层(简称：SDAP)，分组数据汇聚协议子层(简称：PDCP)，无线链路控制子层(简称：RLC)和媒体接入控制子层(简称：MAC)层组成。在SDAP子层上面的则是应用模块提供的IP数据包(简称：IPPacket，包括IP头和IP数据)。

从图1中可以看出，5GNR子层架构严格按照协议的模块化设计，并且明确分成了4层。在每层中都有本层协议头，即SDAP子层有SDAP头，PDCP子层有PDCP头，RLC子层有RLC头以及MAC子层有MAC头。在具体实现过程中，每层处理添加和解析本层的头字节数据形成完善的对等层协议，例如TS38.300给出的无线协议结构，如图2所示。

在图2中，在终端侧(简称：UE)，有SDAP子层、PDCP子层、RLC子层以及MAC子层。对应的在5GNR基站(简称：gNB)中也存在SDAP子层、PDCP子层、RLC子层以及MAC子层，并且gNB和UE之间的每层都存在对应关系，所以在具体实现时，发送端组装数据以及接收端解析数据的次序根据图1所示流程进行，否则无法完成无线协议中的功能。

根据3GPP提交的业务数据适配协议(简称：TS37.324)的描述，5GNR系统中的SDAP子层功能处理流程如图3所示。发送端SDAP收到来自上层的QoS Flow数据包(IP数据包)后，根据QoSFlow到数据无线承载(简称：RB，如果是数据无线承载则称DRB，如果是信令无线承载则称SRB)的映射关系，找到对应DRB标识(简称：DRB Identity)，再由DRB标识找到对应的PDCP实例。如果需要添加SDAP头，则在IP数据包前面加SDAP头，否则直接将IP数据包发送到对应PDCP子层实体。在接收端，如果存在SDAP头，则根据反Qos Flow处理，去掉SDAP头，剩余部分就是一个完整独立的IP数据包，然后将这个IP数据包提交到上层。如果配置SDAP的时候不需要SDAP头，则直接将PDCP子层提交的PDCP SDU数据包(其本身就是一个完整的IP数据包)提交到上层。

根据SDAP协议TS37.324的描述可知，SDAP建立的时候，RRC子层可以将SDAP子层配置为使用SDAP头或不使用SDAP头，如果是使用SDAP头的场景，那么发送端添加SDAP头以及接收端解析和删除SDAP头都是在SDAP子层模块内完成，这完全符合协议标准制定过程中协议分层设计思路。每个子层之间尽量独立，以便代码开发和SDAP子层后期功能升级。

根据3GPP提交的关于分组数据汇聚协议子层协议(简称：TS38.323)的描述，5G NR系统中的PDCP子层完成IP数据缓存、IP头压缩和去压缩、完整性保护和验证、加解密以及增加PDCP头和去PDCP头功能，PDCP子层的功能结构如图4所示。以下将分别对这几个功能进行介绍。

功能1：PDCP头压缩。发送端的PDCP子层收到来自SDAP子层的SDAP PDU数据包(也称为：PDCP SDU)后，首先取出PDCP SDU中的IP数据包，然后对IP数据部分进行头压缩。此外，PDCP子层协议明确规定PDCP头压缩不包括SDAP头并且不适用于SDAP控制块(亦称：SDAPControl PDU)。

功能2：PDCP完整性保护。PDCP头压缩之后将进行完整性保护处理，其中的PDCP子层的完整性保护计算数据包括了PDCP头以及PDCP数据部分(SDAP PDU)，此处PDCP数据部分包括了SDAP头数据。如图5所示。

功能3：PDCP加密功能。根据PDCP子层协议的描述要求，PDCP加密数据包括IP数据包以及用于完整性保护的32比特(4个字节)数据进行加密处理，其中PDCP头不进行加密，如图6所示。协议中也明确了PDCP加密不包括SDAP头数据以及SDAP Control PDU数据。

功能4：添加PDCP头。根据PDCP SDU的特性以及PDCP数据传输的协议要求，在处理之后的PDCP SDU数据包上需要添加PDCP头以形成完整的PDCP PDU数据包。

功能5：路由传输。在5G NR系统中，一个PDCP实体可以对应一个或两个RLC实体进行传输，一个PDCP PDU数据包可以优先向对应的一个或同时向两个RLC实体提交PDCP PDU数据包。

接收端的PDCP子层，如图4所示，恰好是发送端的逆过程，完成PDCP子层的对等层协议，此处不再展开描述。

从以上分析可以得出，在PDCP子层中，SDAP子层发送数据块到PDCP子层的过程，在处理上不完全按照以往的规则来制定，最大的特点是在PDCP子层中，完整性保护是对PDCPSDU以及整个PDCP PDU头进行保护，其中包括了SDAP的头部分。但是在PDCP头压缩以及PDCP的加密中，PDCP子层不是对整个PDCP SDU进行加密，需要剔除SDAP头。在具体的实现过程中，PDCP子层根据不同的功能需要对来自SDAP子层的PDCP SDU进行解析，然后完成对应的功能，因此在5G NR的SDAP头组装上不能按照常规的方法来实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种5G系统中终端组装SDAP头的实现方法，并且给出在PDCP子层如何处理和完成SDAP子层组装的方法。本发明内容包括SDAP子层和PDCP子层之间的原语定义以及PDCP子层的发送和接收数据处理流程。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

SDAP子层和PDCP子层之间的原语包括两条，即PDCP-Data-Req原语和PDCP-Data-Ind原语。PDCP-Data-Req是由SDAP子层发送到PDCP子层的原语，PDCP-Data-Ind是由PDCP子层发送到SDAP子层的原语。

PDCP-Data-Req原语成员包括SDAP头属性，上行SDAP头信息和数据块指针。SDAP头属性用于指示SDAP子层发送的是一个SDAP数据块(SDAP Data PDU)还是SDAP是控制块(SDAP Control PDU)；上行SDAP头信息包括Qos Flow标识(简称：QFI)；数据块指针用于SDAP子层提供需要发送数据块的起始地址，即网际协议(简称:IP)数据包(IP头和IP数据部分)起始地址。

PDCP-Data-Ind原语成员包括下行SDAP头信息和PDCP收到的数据块指针。下行SDAP头信息包括QoS Flow到DRB映射规则(简称：RDI)和SDF到QoS Flow映射规则(简称：RQI)以及QoS Flow流标识(简称：QFI)是否需要改变；数据块指针用于PDCP子层指示SDAP子层接收到IP数据包的起始地址，即网际协议(简称:IP)数据包起始地址。

上面给出了本发明的接口定义，下面将给出PDCP子层数据处理的流程，本发明将从两个方面进行介绍，终端PDCP子层发送上行数据流程和终端PDCP子层接收下行数据流程。

终端PDCP子层发送上行数据流程：如图7所示。

步骤1：头压缩处理：PDCP子层收到来自SDAP子层的PDCP-Data-Req原语后，对原语中的IP数据包(IP头和IP数据)进行处理，具体处理过程则根据根据PDCP头压缩配置对IP头进行压缩处理；

步骤2：添加SDAP头和PDCP头：根据TS37.324协议和TS38.323协议分别生成对应的SDAP头和PDCP头，其中生成SDAP头的过程需要QFI参数即来自PDCP-Data-Req原语中的QFI成员。先添加SDAP头，然后再添加PDCP头；

步骤3：完整性保护计算：对PDCP头、SDAP头、IP压缩头和IP数据进行完整性保护计算，得到32比特的消息鉴权码(简称：MAC-I)，添加到IP数据块的最后。

步骤4：加密计算：对数据块中的IP头压缩，IP数据以及MAC-I进行加密计算，最终生成一个PDCP PDU数据块发送到RLC子层。

终端PDCP子层接收下行数据流程如图8所示。

步骤1：PDCP子层接收到来自RLC子层的数据块指示PDCP PDU后，首先根据TS38.323的描述对PDCP头进行解析，然后对加密数据块进行解密操作，解密数据块不包括SDAP头。

该步骤中存在SDAP头与否，都将由RRC子层在建立PDCP子层的同时告知PDCP子层；

步骤2：对接收到的数据块中的PDCP头、SDAP头、IP压缩头以及IP数据进行完整性保护计算，计算出本地的MAC-I码后与数据块中的MAC-I进行比较，并删除数据块中的

MAC-I。

步骤3：完成完整性检查之后，将进行删除数据块中的PDCP头，解析SDAP头信息并且移除SDAP头的操作。此时数据块中仅剩余IP头压缩和IP数据部分。

解析SDAP头信息可以得到RDI、RQI和QFI内容。

步骤4：对数据块中的IP头进行解压缩，得到完整的IP头，然后和IP数据组装成完整的IP数据包。PDCP子层使用PDCP-Data-Ind原语提交该IP数据包，在原语中同时包括了解析SDAP头信息RDI、RQI和QFI参数。

本发明的有益效果在于：

根据常规的协议实现方式，SDAP子层负责SDAP子层头的增加和删除，所以SDAP子层发送数据块SDAP PDU到PDCP子层，该数据块中已经包括了SDAP头以及IP数据包，但是根据PDCP子层的操作，PDCP子层的PDCP头压缩并不对SDAP头进行操作，将会造成SDAP头和IP压缩头之间存在空余空间，因此在进行完整保护计算时候，只能将SDAP头移到IP压缩头前面，数据块在内存中的移动将耗费大量的终端处理资源，这种操作在5GNR大数据处理时，非常不合理，一般推荐不使用，并且这种操作不能很好兼容4G的PDCP数据处理，给5GNR设计时重用4G模块带来困难。

同理，PDCP子层接收到来自RLC子层提交的PDCP PDU后，在完成数据解密完整性保护检查和删除PDCP头之后，需要进行IP头解压缩。根据常规的协议设计方法，需要在SDAP头和IP数据之间插入IP头解压缩之后增加的字节，此处也存在直接搬移的操作，但这也不适合5GNR中的高速数据处理原则。

由此，根据目前5G NR中的PDCP子层协议以及SDAP子层功能要求，本发明将SDAP子层的头增加和删除操作从SDAP子层移到PDCP子层来进行处理。这样提高了5G NR系统中终端的PDCP子层的处理数据的效率，同时方便重用4G中的PDCP子层的加速器。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为5G NR系统中的层2数据流示意图；

图2为用户面协议栈；

图3为5G NR系统中的SDAP子层功能结构；

图4为5G NR系统中的PDCP子层功能结构；

图5为PDCP中完整性保护数据范围；

图6为PDCP中加密数据范围；

图7为PDCP子层发送数据块处理流程；

图8为PDCP子层接收数据块处理流程；

图9为SDAP和PDCP接口框架图；

图10为5G NR终端PDCP子层发送上行数据处理流程；

图11为5G NR终端PDCP子层接收下行数据处理流程。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了更好说明本发明在5GNR终端的SDAP子层和PDCP子层实现中的具体应用，下面将详细给出一种5GNR的PDCP子层和SDAP子层架构设计。

首先给出PDCP子层和SDAP子层以及RRC子层之间的接口定义。如图9所示。

图9给出了5GNR终端SDAP子层和PDCP子层的架构以及他们之间的接口定义，其中RRC子层主要完成无线资源控制功能，包括SDAP子层和PDCP子层的参数管理，然后通过SDAP-Config-Req和PDCP-Config-Reg层间原语配置到对应的SDAP子层和PDCP子层。在PDCP-Config-Req中会告知PDCP子层对应的SDAP实体是否存在SDAP头。在SDAP-Config-Req中会告知SDAP实体具体的QFI值以及QFI映射规则等参数。

本发明使用到的关键接口为PDCP-Data-Req原语和PDCP-Data-Ind原语，这两个原语具体成员定义如表1PDCP-Data-Req和表2PDCP-Data-Ind所示的接口信号成员。

表1 PDCP-Data-Req接口信号成员

表2 PDCP-Data-Ind接口信号成员

本发明重点解决SDAP模块头组装的问题，下面将介绍本发明专利在PDCP子层实现时如何进行SDAP子层的头处理操作。以下将从终端PDCP子层发送上行数据和终端PDCP子层接收下行数据两个场景说明本发明专利的使用方法。

终端PDCP子层发送上行数据场景：如图10所示。

步骤1：PDCP子层接收到来自SDAP子层的PDCP-Data-Req原语，首先对该原语中Control_Pdu_Flag成员进行判定，如果Control_Pdu_Flag内容为TRUE，则表明PDCP-Data-Req原语中指明SDAP子层发送的是一个SDAP Control PDU，此时PDCP子层只需要生成PDCP头和SDAP头，形成一个完整的PDCPPDU数据包，然后根据PDCP-Data-Req原语中的QFI值找到对应的RLC实例，并将组装好的PDCPPDU数据包发送到对应的RLC实例中。如图10中1，2，9，10，11，12步。

如果判定Control_Pdu_Flag内容为FALSE，表明SDAP子层请求发送一个IP数据包，则此时将对IP数据包进行头压缩处理。如图10中1，2，3步。

数据块处理流程，如图7中步骤1所示。

步骤2：判断RRC子层在PDCP-Config-Req中配置PDCP是否存在SDAP头，如果SDAP头标识是TRUE，即SDAP子层存在SDAP头，那么PDCP子层将生成SDAP头，并且添加到IP数据包前面，然后生成PDCP头，将PDCP头添加到SDAP头前面，形成PDCP PDU数据包。如图10中4，5，6步。

数据块处理流程，如图7中步骤2所示。

步骤3：对PDCP头、SDAP头以及IP数据包进行完整性保护计算，得到32比特长度的MAC-I码。并且将MAC-I码添加到IP数据包后面。如图10中7步。

数据块处理流程，如图7中步骤3所示。

步骤4：对IP数据包进行加密处理，并且仅对IP数据包进行加密以形成加密的PDCPPDU数据包。然后根据PDCP路由选择原理，将PDCP PDU数据包发送到对应的RLC实例。如图10中8，11，12步。

数据块处理流程，如图7中步骤4所示。

以上描述就是PDCP子层收到来自SDAP子层发送PDCP-Data-Req原语后的处理流程。其中包括PDCP头压缩、PDCP完整性保护以及PDCP加密。根据网络RRC配置的要求，终端PDCP不是对所有DRB的PDCP都需要进行所有操作，如果网络配置不启用，则在对应处理流程中，直接跳过该过程即可，例如若是RRC子层配置PDCP不支持加密，那此时就不需要图10中的8步。

下面将介绍PDCP子层接收到来自RLC子层的数据包之后的处理流程，这个处理过程恰好是PDCP子层发送数据的逆过程。具体操作如下。

终端PDCP子层接收下行数据场景：如图11所示。

步骤1：PDCP子层收到来自RLC的PDCPPDU指示后，首先进行PDCP头解析操作。如图11中1，2步。

数据块处理流程，如图8中步骤1所示。

步骤2：根据基站RRC配置SDAP子层参数时是否指明存在SDAP头，如果指明SDAP头存在，则解析出SDAP头中信息,并且保存SDAP头中的RDI、RQI和QFI信息。如图11中3，4，5步。

数据块处理流程，如图8中步骤1所示。

步骤3：PDCP子层对去掉PDCP头和SDAP头的PDCPPDU进行解密操作。如图11中6步。

数据块处理流程，如图8中步骤1所示。

步骤4：PDCP子层进行完整性检查。PDCP子层对PDCP PDU数据块中除了完整性检查码32比特(MAC-I)以外的内容进行完整性计算，并且验证计算结果和数据包中的MAC-I是否相同。如图11中7步。

该步骤中，PDCP PDU数据包，去掉PDCP头，SDAP头，以及MAC-I数据，剩余的部分就是一个完整的IP数据包。

数据块处理流程，如图8中步骤2，3所示。

步骤5：对PDCP子层处理数据中的IP数据包部分进行解头压缩。最终组装成PDCP-Data-Ind原语上报给SDAP子层。PDCP-Data-Ind中的RDI、RQI和QFI即为解析SDAP头时得到的RDI、RQI和QFI值，如图11中8，9步。

数据块处理流程，如图8中步骤4所示。

以上描述就是PDCP子层收到来自RLC子层数据后的处理流程。其中包括PDCP头压缩，PDCP完整性保护以及PDCP加密。根据网络RRC配置的要求，终端的PDCP不是对所有DRB的PDCP都需要进行操作。例如在上面操作中，例如图11中第6步的PDCP头解压缩过程，只有网络配置PDCP头压缩功能激活时才启用，否则直接跳过该过程。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种5G系统中终端组装SDAP头的实现方法，其特征在于：该方法包括定义接口、终端PDCP子层发送上行数据流程和终端PDCP子层接收下行数据流程；

其中，定义接口具体为：

SDAP子层和PDCP子层之间的原语包括两条，即PDCP-Data-Req原语和PDCP-Data-Ind原语；PDCP-Data-Req是由SDAP子层发送到PDCP子层的原语，PDCP-Data-Ind是由PDCP子层发送到SDAP子层的原语；

PDCP-Data-Req原语成员包括SDAP头属性，上行SDAP头信息和数据块指针；SDAP头属性用于指示SDAP子层发送的是一个SDAP数据块SDAP Data PDU，还是一个SDAP控制块SDAPControl PDU；上行SDAP头信息包括Qos Flow标识QFI；数据块指针用于SDAP子层提供需要发送数据块的起始地址，即网际协议IP数据包起始地址，IP数据包包括IP头和IP数据部分；

PDCP-Data-Ind原语成员包括下行SDAP头信息和PDCP收到的数据块指针；下行SDAP头信息包括QoS Flow到DRB映射规则RDI、SDF到QoS Flow映射规则RQI以及QoS Flow流标识QFI是否需要改变；数据块指针用于PDCP子层指示SDAP子层接收到IP数据包的起始地址，即网际协议IP数据包起始地址；

终端PDCP子层发送上行数据流程具体包括以下步骤：

S11：头压缩处理：PDCP子层收到来自SDAP子层的PDCP-Data-Req原语后，对原语中的IP数据包，包括IP头和IP数据，进行处理，具体处理过程根据PDCP头压缩配置对IP头进行压缩处理，转换成IP压缩头；

S12：添加SDAP头和PDCP头：根据TS37.324协议和TS38.323协议分别生成对应的SDAP头和PDCP头，其中生成SDAP头的过程需要QFI参数即来自PDCP-Data-Req原语中的QFI成员；先添加SDAP头，然后再添加PDCP头；

S13：完整性保护计算：对PDCP头、SDAP头、IP压缩头和IP数据进行完整性保护计算，得到32比特的消息鉴权码MAC-I，添加到IP数据块的最后；

S14：加密计算：对数据块中的IP头压缩，IP数据以及MAC-I进行加密计算，最终生成一个PDCP PDU数据块发送到RLC子层；

终端PDCP子层接收下行数据流程具体包括以下步骤：

S21：PDCP子层接收到来自RLC子层的数据块指示PDCP PDU后，首先根据TS38.323的描述对PDCP头进行解析，然后对加密数据块进行解密操作；解密数据块不包括SDAP头；

在步骤S21中，是否存在SDAP头，都将由RRC子层在建立PDCP子层的同时告知PDCP子层；

S22：对接收到的数据块中的PDCP头、SDAP头、IP压缩头以及IP数据进行完整性保护计算，计算出本地的MAC-I码后与数据块中的MAC-I进行比较，并删除数据块中的MAC-I；

S23：完成完整性检查之后，将进行删除数据块中的PDCP头，解析SDAP头信息并且移除SDAP头的操作；此时数据块中仅剩余IP头压缩和IP数据部分；

解析SDAP头信息得到RDI、RQI和QFI内容；

S24：对数据块中的IP头进行解压缩，得到完整的IP头，然后和IP数据组装成完整的IP数据包；PDCP子层使用PDCP-Data-Ind原语提交该IP数据包，在原语中同时包括解析SDAP头信息RDI、RQI和QFI参数。

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