CN1307841C - 在基站内部传输实时业务数据的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在基站内部传输实时业务数据的方法：在接口单元和基带处理单元的内部接口的数据链路层之上引入MAC适配层(MAC Adapt，以下有时用MAC-A)，所述MAC适配层由MAC适配层头标和服务数据单元构成，所述MAC适配层头标包括链路标识、消息长度标识、数据包分段标识和分段序列号四个域，传输业务数据包括发送和接收。本发明的传输效率高，降低处理开销，比现有技术的处理机制简单，程序代码简化。
Description
技术领域：
本发明涉及移动通信系统基站子系统内部传输实时业务数据的方法。
背景技术：
随着移动通讯系统应用的不断发展，人们对于移动通讯系统设备的要求也越来越高，尤其是基站系统设备是整个移动通讯系统设备的重点和关键。其中，随着高速率数据业务的引进，在基站设备中的高效率的高速业务数据传输和处理也成为人们关注的课题之一。目前，在基站和基站控制器之间采用了各种传输技术，比如异步传输模式ATM(Asynchronous Transmission Mode)、IP(Internet Protocol)等等，这些技术和协议定义的是基站系统的外部接口。对基站系统的内部传输和处理来说，应该根据基站内部的结构特点，业务数据特征，可以采用和外部接口不同的技术和协议，以便更加高效的处理业务数据，提高基站的效率、节省基站的资源。
基站控制器和基站之间可以采取各种传输技术传递业务数据，比如异步传输模式ATM、IP技术等等。在基站内部，可以采取不同的技术和协议在单板间传输和处理业务数据。
在目前的基站内部的传输和交换方案中，采用高速以太交换网的硬件平台的设计越来越多。应用以太交换网硬件框架时，基站内部的单板或者称处理单元通过以太网交换数据信息，其中包括业务数据。基站的接口单元一般处理外部接口数据和内部数据的转化，下行业务数据从接口单元传递到基带处理单元，上行业务数据从基带处理单元传递到接口单元。单元之间的接口都采用分层结构，接口单元和基带处理单元的接口设计也是如此：第一层是物理层，一般都采用标准的以太物理层协议，第二层是数据链路层，一般都采用标准媒体接入控制层协议802 MAC(MAC，Medium Access Control)。在数据链路层之上，会有网络层和传输层，这是为了方便的传输数据，提供多种类型的服务给应用层。在目前的很多设计方案中，在MAC层之上，一般采用标准的IP协议做为网络层协议，用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)或者传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)协议做为传输层协议。传输层之上就是需要承载的实时业务数据。考虑到基站内部传输和处理效率，同时考虑到业务数据实时高速的特点，一般采用UDP/IP的方式传输业务数据。
以上是目前的一些业务数据基站内处理的方法。不过UDP/IP的方式对无线业务数据来说在效率方面还不是很理想。按照WCDMA的规范，基站和基站控制器之间的业务数据以帧协议FP(Frame Protocol)帧的形式传输。在以后的业务应用中，虽然数据业务会越来越多，但是语音业务依然会占据主要地位。而语音业务的FP帧长一般都比较短，UDP/IP头标(Header)所带来的额外开销相对就比较大了。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基站系统内部高效的业务数据传输的协议方法，克服采用标准IP协议以及UDP协议等带来的传输效率和处理效率不高的缺点，以期在基站内部提供实时高效的业务数据处理和传输的方法。
本发明的技术方案为：在接口单元和基带处理单元的内部接口的数据链路层之上引入媒体接入控制(以下用MAC)适配层(MAC Adapt，以下有时用MAC-A)，所述MAC适配层由MAC适配层头标和服务数据单元构成，所述MAC适配层头标包括链路标识、消息长度标识、数据包分段标识和分段序列号四个域，传输业务数据包括发送和接收，其中：
发送处理方法为：接口单元或基带处理单元的应用层得到业务数据包，转给MAC适配层协议实体，MAC适配层生成MAC适配层头标，连同数据包生成整个MAC适配层协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)，然后将交MAC层发送；
接收处理方法为：基带处理单元或接口单元的MAC层收到数据后交给MAC适配层处理，MAC适配层首先解读MAC适配层的头标，然后根据解读的结果交给应用层处理。
上述方案中的生成MAC适配层头标，是指生成以下内容的四个域：
链路标识：2个字节，每一个链路标识就代表MAC-A中的一条链路，也就代表一条业务数据的链路标识，在WCDMA系统中代表一个传输信道的承载标识，对应基站和基站控制器之间的一个AAL2的链路标识，即一条由VPI/VCI/CID(VPI，Virtual Path Identifier；VCI，Virtual Channel Identifier；CID，Channel Identifier)标识的链路；
消息长度标识：2个字节，表示包括头标在内的整个MAC-A PDU的字节长度；
数据包分段标识：1个字节，数据包分段标识等于0表示数据包不需要分段，或者分段情况下最后一段标识；数据包分段标识等于1时表示数据包分段，且此包数据不是最后一段；
分段序列号：1个字节，数据包不分段时分段序列号总是填1，分段时填写分段的序号。
在上述方案中，所述生成MAC适配层数据单元，首先根据数据包的长度和系统设定的最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit)做比较，判断数据包是否要分段，如果不需要分段，则按下述方式生成MAC适配层头标，然后将数据包加在头标后面：
链路标识：将从高层带下来的链路标识值填入；
消息长度标示：填入DataLen+6，其中：DataLen表示数据包长度，数字6表示头标的字节数；
分段序列号：填入1
数据包分段标识：填入0
如果需要分段，则按下述方式生成：
(1)计算需要分段的个数N，如果DataLen能够被MTU整除的话，N＝DataLen/MTU，否则采用去尾法取整后加1，就是分段数N，N＝DataLen/MTU+1，其中：DataLen表示数据长度，MTU表示最大传输单元，
(2)对N段数据，依次生成MAC-A头标，生成方法如下：
链路标识：将从高层带下来的链路标识值填入
消息长度标示：如果是最后一个分段填入值等于DataLen-MTU*(N-1)+6，如果不是最后一个分段填MTU+6的值
分段序列号：填写每段的序号，序号从1开始，依次是2，3，4，...
数据包分段标识：最后一个分段填入0，如果不是最后一个分段填1。
(3)对每一段生成好头标的数据段，将数据包添加在MAC适配层头标后面，生成整个MAC适配层协议数据单元PDU。
上述方案中的MAC适配层处理数据的方法为：
(1)首先设置初始接收状态NEXT_SN等于1；NEXT_SN表示下一个正确接收的序列号的数值，数据不分段时总为1，数据分段时，为下一个分段的序号；
(2)从MAC层接收到一个MAC适配层的数据包，以及MAC服务数据单元的长度指示MAC_DataLen；
(3)判断MAC适配层头标中链路标识的合法性，合法性的判断由发送和接收双方根据实际需求约定，无效值则代表解码失败，返回步骤(1)；
(4)判断MAC适配层头标中数据长度字段的合法性，如果头标中数据长度字段＞MAC_DataLen表示长度异常，解码失败，返回步骤(1)；
(5)判断MAC适配层头标中分段序列号和数据包分段标识，以决定数据是否提交、丢弃还是保存：
a)如果分段标识等于0，则进行以下处理，否则进入b)步骤
如果分段序列号等于NEXT_SN，表示正确接收到MAC适配层数据，则将MAC适配层服务数据单元数据提交给高层处理，令NEXT_SN等于1，退出；
如果序列号等于1，则将MAC适配层服务数据单元数据提交给高层处理，令NEXT_SN等于1，同时将此链路标识上以前保存的数据丢弃，退出；
其他情况下，令NEXT_SN等于1，同时将此链路标识上以前保存的数据丢弃，退出；
b)如果数据包分段标识等于1，则进行以下处理，
如果分段序列号等于NEXT_SN，表示正确接收到MAC适配层数据，但是还不是最后一包，则保存此包数据等待其他数据包的到来，令NEXT_SN等于序列号+1，退出；
如果分段序列号等于1，则保存此包数据，令NEXT_SN等于2，同时将此链路标识上以前保存的数据丢弃，退出；
其他情况下，令NEXT_SN等于1，同时将此链路标识上以前保存的数据丢弃，退出。
本发明所提出的协议方法有以下4个方面的优点：
a)传输效率高：当采用UDP、IP协议时(这里以IP协议版本4为例进行说明，IP协议版本6的结论是一样的)，IP头标长度至少20字节，UDP头标长度8个字节，额外开销至少28个字节，而此时承载的业务数据的长度大部分情况下在45个字节以下，甚至更小。而对MAC-A来说，头标的长度只有6个字节，从头标开销看，传输效率显然要好于UDP/IP。
b)降低处理开销：MAC-A省去了数据和头标的校验和计算，这样可以较大的提高处理的效率，实际上校验和的计算在传输实时业务数据时是不太有必要的，在MAC-A以下的MAC层和上层都有CRC的计算，中间层的校验和计算没有多少必要，而且开销不少。
c)优化分段处理：在分段处理时，IP分段机制将会启动定时器，在MAC-A中的处理要比定时器的处理机制简单的多。
d)程序代码简化：从MAC-A的技术方案中可以看到，MAC-A实现起来的程序复杂度比起UDP/IP的程序来讲将会大大简化。
附图说明
图1在基站内部业务数据处理流程示意图；
图2接口单元和基带处理单元的接口图；
图3MAC-A数据单元格式示意图；
图4MAC-A发送流程图；
图5MAC-A接收流程图。
具体实施方式
为了更清楚说明本发明的作用，先简单阐述一下基站内部接口单元和基带处理单元的业务数据流程图。如图1所示，从基站控制器发来的下行业务数据在基站接口单元解码后，转化成基站内部的传输协议格式，从接口单元传输到多个基带处理单元，上行业务数据从多个基带处理单元经内部传输协议发到接口单元，再由接口单元转化成外部传输协议发送到基站控制器。外部传输协议和内部传输协议可以一样也可以不一样，两者是独立设计的。在目前的基站内部传输网络设计中多采用以太交换网络硬件结构，本发明所引入的传输协议也是用以太交换网为硬件传输平台。
图2所示为接口单元和基带处理单元之间的接口描述。接口是分层结构的，第一层和第二层协议都是标准协议，在MAC层之上是本发明所引入的新的一层协议，命名为MAC-A。
图3是MAC-A层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)格式以及MAC-APDU与上下层的关系描述。
MAC-A的PDU由MAC-A的头标和服务数据单元SDU(Service Data Unit)两部分组成。数据包中的数据来自接口单元中的IWF(Interworking Function)或者高层应用，MAC-A的头标又由4个域组成：MAC-A的链路标识LinkID，消息长度标识Length，数据包分段标识Flag，分段序列号SN(Sequence Number)。MAC-A的消息由MAC-A协议实体处理。
头标中的各个域详细说明如下：
LinkID：2个字节，表示MAC-A中的链路标识，每一个LinkID就代表MAC-A中的一条链路，也就代表一条业务数据的链路标识，在WCDMA系统中代表一个传输信道的承载标识，对应基站和基站控制器之间的一个AAL2的链路标识，即一条由VPI/VCI/CID标识的链路。
Length：2个字节，消息长度标识，表示包括头标在内的整个MAC-A PDU的字节长度。
Flag：1个字节，数据包分段标识，Flag等于0表示数据包不需要分段，或者分段情况下最后一段标识；Flag等于1时表示数据包分段，且此包数据不是最后一段。
SN：1个字节，分段序列号，数据包不分段时总是填1，分段时填写分段的序号。
MAC-A PDU帧按照网络字节顺序发送，LinkID字段首先传送，依次是右边的字节。从图3中可以看出MAC-A PDU与上下层的关系，上层的数据作为MAC-A的SDU，MAC-A的PDU作为MAC层的SDU。
结合图3和图2，说明一下采用MAC-A之后的概要处理过程。下行数据到达接口单元之后，接口单元经外部接口处理模块处理之后得到业务数据包，转给MAC-A协议实体，MAC-A根据数据所要发往的目的地址填写LinkID，根据消息长度填写Length，如果消息长度没有大于最大传输单元MTU(MaximumTransmission Unit)，则不需要分段，SN填1，Flag填0，然后交给MAC层发送，同时给MAC层指示所选择的MAC地址和消息长度。如果消息长度大于MTU，则需要数据分段传输，每一段数据的头标中填段号SN，及Flag＝1，最后一段数据头标中填Flag＝0。
在接收方，MAC层收到数据后交给MAC-A处理。MAC-A首先解读MAC-A的头标，LinkID对应要发送的最终目的应用，如果检测到数据不分段的话，就直接交给应用层处理，如果数据需要分段的话，要等到最后一段收齐以后，一起交给应用层处理。
下面结合附图就MAC-A的接收和发送功能的实现做详细的说明。
MAC-A发送实体处理流程见图4所示。发送步骤有：
(1)首先从高层或者IWF得到要发送的一个数据包，即MAC-SDU，随数据包一同带下来的还有要发送的目的地址：MAC地址+LinkID，以及数据包长度信息DataLen；
(2)判断数据包是否需要分段，分段判决的标准是MAC-A的MTU，MTU是系统设定的一个固定参数，如果数据包长度DataLen大于MTU，则需要分段，转入处理步骤(4)，不需要分段，则转入处理步骤(3)；
(3)生成MAC-A头标，生成方法如下：
LinkID字段：将从高层带下来的LinkID值填入
Length字段：填入DataLen+6，数字6表示头标的字节数
SN字段：填入1
Flag字段：填入0
转入处理步骤(6)；
(4)计算需要分段的个数N，如果DataLen能够被MTU整除的话，N＝DataLen/MTU，否则采用去尾法取整后加1，就是分段数N，N＝DataLen/MTU+1；
(5)对N段数据，依次生成MAC-A头标，生成方法如下：
LinkID字段：将从高层带下来的LinkID值填入
Length字段：如果是最后一个分段填入值等于DataLen-MTU*(N-1)+6，如果不是最后一个分段填MTU+6的值
SN字段：填写每段的序号，序号从1开始，依次是2，3，4，...
Flag字段：最后一个分段填入0，如果不是最后一个分段填1；
(6)对每一段生成好头标的数据段，将数据包添加在MAC-A头标后面，生成整个MAC-A PDU；
(7)将MAC-A PDU传给MAC层发送，同时携带MAC地址信息和MAC-APDU数据长度信息；
MAC-A接收实体处理流程见图5所示。接收处理步骤有：
(1)首先设置初始接收状态NEXT_SN等于1；NEXT_SN表示下一个正确接收的SN的数值，数据不分段时总为1，数据分段时，为下一个分段的序号；
(2)从MAC层接收到一个MAC-A PDU数据包，以及MAC SDU的长度指示MAC_DataLen；
(3)判断MAC-A头标中LinkID的合法性，无效值则代表解码失败，返回；
(4)判断MAC-A头标中数据长度字段的合法性，如果头标中数据长度字段＞MAC_DataLen，则表示长度异常，解码失败，返回；
(5)判断MAC-A头标中SN字段和Flag字段，以决定数据是否提交、丢弃还是保存，如果提交高层处理，同时提供MAC-A SDU数据长度信息和LinkID信息：
a)如果Flag等于0，则进行以下处理，否则进入b)步骤
如果SN等于NEXT_SN，表示正确接收到MAC-A数据，则将MAC-A SDU数据提交给高层处理，令NEXT_SN等于1，退出；
如果SN等于1，则将MAC-ASDU数据提交给高层处理，令NEXT_SN等于1，同时将此LinkID链路上以前保存的数据丢弃，退出；
其他情况下，令NEXT_SN等于1，同时将此LinkID链路上以前保存的数据丢弃，退出；
b)如果Flag等于1，则进行以下处理，
如果SN等于NEXT_SN，表示正确接收到MAC-A数据，但是还不是最后一包，则保存此包数据等待其他数据包的到来，令NEXT_SN等于SN+1，退出；
如果SN等于1，则保存此包数据，令NEXT_SN等于2，同时将此LinkID链路上以前保存的数据丢弃，退出；
其他情况下，令NEXT_SN等于1，同时将此LinkID链路上以前保存的数据丢弃，退出。
本发明针对基站内部业务数据的传输和处理，以宽带码分多址接入系统(WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access)基站为例进行说明，同样也适用于其它移动通信系统基站。
Claims (4)
1、一种在基站内部传输实时业务数据的方法，在接口单元和基带处理单元的内部接口的数据链路层之上引入媒体接入控制适配层，所述媒体接入控制适配层由媒体接入控制适配层头标和服务数据单元构成，所述媒体接入控制适配层头标包括链路标识、消息长度标识、数据包分段标识和分段序列号四个域，传输业务数据包括发送和接收，其中：
发送处理方法为：接口单元或基带处理单元的应用层得到业务数据包，转给媒体接入控制适配层协议实体，根据数据包的长度和系统设定的最大传输单元做比较判断数据包是否要分段，如果不需要分段，媒体接入控制适配层生成媒体接入控制适配层头标，连同数据包生成整个媒体接入控制适配层协议数据单元，然后将交媒体接入控制层发送，如果需要分段，对数据包进行分段，将每一数据段连同媒体接入控制适配层头标成整个媒体接入控制适配层协议数据单元，然后将交媒体接入控制层发送；
接收处理方法为：基带处理单元或接口单元的媒体接入控制层收到数据后交给媒体接入控制适配层处理，媒体接入控制适配层首先解读媒体接入控制适配层的头标，然后根据解读的结果交给应用层处理。
2、权利要求1所述的在基站内部传输实时业务数据的方法，其特征在于：所述生成媒体接入控制适配层头标，是指生成以下内容的四个域：
链路标识：2个字节，每一个链路标识就代表媒体接入控制适配层中的一条链路，也就代表一条业务数据的链路标识，在WCDMA系统中代表一个传输信道的承载标识，对应基站和基站控制器之间的一个AAL2的链路标识，即一条由VPI/VCI/CID标识的链路；
消息长度标识：2个字节，表示包括头标在内的整个媒体接入控制适配层协议数据单元的字节长度；
数据包分段标识：1个字节，数据包分段标识等于0表示数据包不需要分段，或者分段情况下最后一段标识；数据包分段标识等于1时表示数据包分段，且此包数据不是最后一段；
分段序列号：1个字节，数据包不分段时分段序列号总是填1，分段时填写分段的序号。
3、权利要求1所述的在基站内部传输实时业务数据的方法，其特征在于，所述生成媒体接入控制适配层数据单元，首先根据数据包的长度和系统设定的最大传输单元做比较判断数据包是否要分段，如果不需要分段，则按下述方式生成媒体接入控制适配层头标，然后将数据包加在头标后面：
链路标识：将从高层带下来的链路标识值填入；
消息长度标示：填入DataLen+6，其中：DataLen表示数据包长度，数字6表示头标的字节数；
分段序列号： 填入1；
数据包分段标识： 填入0；
如果需要分段，则按下述方式生成：
(1)计算需要分段的个数N，如果DataLen能够被MTU整除的话，N＝DataLen/MTU，否则采用去尾法取整后加1，就是分段数N，N＝DataLen/MTU+1，其中DataLen表示数据包长度，MTU表示最大传输单元；
(2)对N段数据，依次生成媒体接入控制适配层头标，生成方法如下：
链路标识：将从高层带下来的链路标识值填入，
消息长度标识：如果是最后一个分段填入值等于DataLen-MTU*(N-1)+6，如果不是最后一个分段填MTU+6的值，
分段序列号：填写每段的序号，序号从1开始，依次是2，3，4，…
分段标识：最后一个分段填入0，如果不是最后一个分段填1；
(3)对每一段生成好头标的数据段，将数据段添加在媒体接入控制适配层头标后面，生成整个媒体接入控制适配层协议数据单元。
4、权利要求1所述的在基站内部传输实时业务数据的方法，其特征在于，接收处理方法中的媒体接入控制适配层接收数据的方法为：
(1)首先设置初始接收状态NEXT_SN等于1；NEXT_SN表示下一个正确接收的序列号的数值，数据不分段时总为1，数据分段时，为下一个分段序列号；
(2)从媒体接入控制层接收到一个媒体接入控制适配层的服务数据单元，以及媒体接入控制服务数据单元的长度指示；
(3)根据发送和接收双方的约定，判断媒体接入控制适配层头标中链路标识的合法性，无效值则代表解码失败，返回步骤(1)；
(4)判断媒体接入控制适配层头标中数据长度字段的合法性，如果头标中消息长度标示大于媒体接入控制服务数据单元的长度指示，表示长度异常，解码失败，返回步骤(1)；
(5)判断媒体接入控制适配层头标中分段序列号和数据包分段标识，以决定数据是否提交、丢弃还是保存：
a)如果数据包分段标识等于0，则进行以下处理，否则进入b)步骤
如果序列号等于NEXT_SN，表示正确接收到MAC适配层数据，则将MAC适配层服务数据单元数据提交给高层处理，令NEXT_SN等于1，退出；
如果分段序列号等于1，则将媒体接入控制适配层服务数据单元数据提交给高层处理，令NEXT_SN等于1，同时将此链路标识上以前保存的数据丢弃，退出；
其他情况下，令NEXT_SN等于1，同时将此链路标识上以前保存的数据丢弃，退出；
b)如果数据包分段标识等于1，则进行以下处理，
如果分段序列号等于NEXT_SN，表示正确接收到媒体接入控制适配层数据，但是还不是最后一包，则保存此包数据等待其他数据包的到来，令NEXT_SN等于序列号+1，退出；
如果分段序列号等于1，则保存此包数据，令NEXT_SN等于2，同时将此链路标识链路上以前保存的数据丢弃，退出；
其他情况下，令NEXT_SN等于1，同时将此链路标识链路上以前保存的数据丢弃，退出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070328 Termination date: 20131029 |