CN1812313A - 无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，包括：A.预设RLC缓冲区门限值，并初始化Bo值为0；B.RLC对收到的SDU进行预分段，根据结果计算当前Bo值；C.判断RLC的Bo是否小于RLC缓冲区门限值，若是，进行RLC功能处理，再进行MAC功能处理；否则，删除SDU，更新当前Bo值，并进行MAC功能处理。本发明还涉及另一种控制方法，该方法与上述方法的不同为：对收到的SDU不用预分段，直接进行RLC功能处理；另外搜索第一个未发送标志SDU的PDU，并删除该SDU所有的PDU，其余步骤同上。本发明对RLC缓冲区的SDU进行控制，有效降低端到端的时延，提高响应速度以及端到端之间的质量服务。

Description

无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法

背景技术

随着通信技术的发展，特别是3G技术的发展，数据服务将成为移动通信系统的重要业务之一。这种无线数据业务将为终端用户提供到Internet的无缝连接，可以让用户通过无线系统得到更方便的资讯。而现有的Internet网络主要是通过TCP/IP来进行组网并完成数据传输的。

所述传输控制协议(TCP，Transmit Control Protocol)是一种可靠传输技术，通过采用慢启动、拥塞避免和快速恢复等方法来保证传输控制协议TCP在现有有线网络中的传输性能。这些方法的实现就是在发送方的TCP中增加了一个拥塞窗(cwnd)和阀值(ssthresh)，所述拥塞窗在连接开始建立时的初始值为一个TCP数据包大小，随后按所述方法更新；而所述阀值则反映了发送端的流控门限。在数据传输过程中，当拥塞窗小于阀值时，TCP启用慢启动方法；当拥塞窗大于阀值时，采用拥塞避免方法；在数据有丢失时采用快速恢复方法。而所述采用快速恢复方法时刻伴随着慢启动和拥塞避免，避免在传输时有数据丢失。

所述慢启动方法是指发送端根据接收端的确认速率决定传输新数据包的速率。传输控制协议TCP在开始时发送一个TCP数据包，然后等待收端确认，当收到确认包后，拥塞窗从1个TCP数据包增加到2个数据包大小，此时可以发送2个TCP数据包，当这2个数据包得到确认后，拥塞窗从2个TCP数据包增加到4个数据包大小，此时可以发送4个TCP数据包。依此类推，发送数据量在开始时是按级数增长，直到拥塞窗发送的数据包大于设定的阀值时，启动拥塞避免方法。所述拥塞避免方法是指在发端每收到一个新的TCP数据包的确认后就将拥塞窗增加，其增量是根据TCP数据包大小乘以TCP数据包大小再除以拥塞窗个字节(拥塞窗CWND和数据包大小都以字节为单位计数)来确定的，此时发送端所能发送的数据量随着当前拥塞窗的限制而缓慢增长。这个增长速度相对于慢启动方法来说是一种线性增长过程。

在TCP技术和无线通信网络无缝连接时，无线网络会为一个IP地址的连接建立一条承载链路，一个无线链路控制(RLC，Radio Link Control)承载实体，所有来自该IP地址的各种TCP连接或者数据都在这个实体上传送。而无线网络协议没有限制该实体的缓存能力，因此对所有实体上的TCP连接来说就像一个接收能力无穷的路由器，但是无线网络的传输速率是有限的，导致TCP慢启动阶段发送的大批数据都会缓存在无线网络的RLC层中，尤其在多个TCP连接同时发送数据时更为严重，使得TCP在无线网络的传输性能不能令人满意。比如用户在打开多个连接时，发出某些业务请求(如打开新网页或停止某个操作的请求)时，TCP应答消息被堵塞在大量等待发送的数据之后，而引入的时延有时不能忍受，经常被TCP解释为网络拥塞，从而触发TCP流量严重受限，传输性能变差。因此，提高TCP协议在无线承载上获得最好的传输性能，有效降低全球移动通信系统(UMTS，Universal Mobile Telcommunications System)中端到端的传输时延非常迫切。

目前，提高数据的传输性能，降低UMTS系统中端到端传输时延的无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法主要有以下几种：

第一种方法是根据协议RFC3481和RFC3449，为分别提高TCP在无线网络上的数据传输性能、降低传输时延做出的相关策略，分别包括：调整发送方和接收方的TCP窗口大小；增加发送方的初始发送窗口；限制发送方的发送速率；调整最大传输单元(MTU，Maximum Transmit Unit)的大小；在发送方启用路径MTU检测机制；在发送方和接收方启用选择性ACK；启用直接拥塞通知机制；启用时间戳机制；不使用TCP/IP的头压缩方法；修改接收方反回ACK的机制。这些参数和机制都是对现有的TCP协议进行相应的调整，从一定程度上虽然提高了TCP在无线网络中的数据传输的性能，降低了端到端的传输时延，但是以上的调整没有一个统一有效的结果，往往是针对不同的环境有不同的参数组合才能达到此效果；在实际的无线网络应用中，Internet上各个服务节点的主机是不可控的。特别是在真正的商用系统中，另一个IP的终端是手机，以上方法需要用户掌握TCP参数的设置并学会利用手机后台软件设置高级参数，才能提高了TCP在无线网络中的数据传输的性能，降低了端到端的传输时延，这些对于普通用户来说也是不现实的。此外，上述的有些调整措施需要对TCP/IP进行重新设计，比如修改接收方反回ACK的机制，这对现有的服务网络来说是不可能实施的。

第二种方法是根据RLC协议25.322定义了基于定时器的业务数据单元(SDU，Service Data Unit)丢弃触发机制。该方法使得SDU丢弃功能对信道速率的变化不敏感，提供了最大延迟的精确定义。所述方法包括：

首先，在数据业务承载建立时，创建无线链路控制RLC层。该无线链路控制RLC层又创建缓冲区，所述缓冲区用于接收和存放来自高层的TCP数据包，这个数据包被称为业务数据单元SDU。RLC层从上层控制协议无线资源控制层RRC获得SDU丢弃定时器值，以及按本地指定的传输速率、数据块数和数据块大小PDU对传输数据进行发送。所述PDU(Protocol Data Unit)为协议数据单元。

其次，当无线链路控制RLC层收到一个TCP数据包时，启动SDU丢弃定时器，监视该SDU的传输时间。然后RLC层按照本地的传输速率和数据块大小要求，分割SDU为多个PDU，并开始发送PDU。

再次，当无线链路控制RLC层收齐了所述SDU对应的所有PDU的确认包时，停止该SDU丢弃定时器。

最后，当无线链路控制RLC层在SDU丢弃定时器超时时，如果还没有收齐所述SDU对应的所有PDU的确认包，则丢弃该SDU。

因此，从上述公开的方法中可以看出，存在的缺点为：由于TCP慢启动效应会造成同一时刻有多个TCP数据包到达RLC层的缓冲区，因此这些SDU的定时器会在同一时刻启动。而由于无线网络的按序传输机制，那么一旦有一个SDU超时，就会造成这一批后续的所有SDU丢弃定时器超时，此时SDU被集体丢弃，会造成RLC层无数据可发，降低RLC吞吐量，影响了端到端之间的质量服务。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种简单、高效的无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，在保证预设空口的数据速率(RLC吞吐量)和实际的空口数据速率相匹配的前提下，能够有效降低端到端的时延，提高响应速度以及端到端之间的质量服务Qos。

为解决上述问题，本发明提供了一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，该方法所述缓冲区，用于接收和存放来自上层的业务数据单元SDU，该方法包括下述步骤：

预设RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0；

无线链路控制层RLC对收到的SDU进行预分段，并根据预分段的结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；

判断当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo是否小于RLC缓冲区控制门限值，若是，直接进行RLC功能处理，再进行MAC功能处理；否则，直接删除SDU，更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速重传和恢复算法所设定的门限为止，并进行MAC功能处理。

所述无线链路控制层RLC对收到的SDU进行预分段，并根据预分段的结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的具体过程为：RLC根据控制协议参数指定的PDU大小的数据块对收到的SDU进行预分段，根据预分段结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，其计算公式为：Bo＝原先的Bo+新增的所有PDU的数据量，其中，所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

所述进行RLC功能处理的过程为：将SDU分割成协议数据单元PDU大小的数据块，并按先进先出的次序插入到PDU队列中，为每个PDU设置它所属的SDU序号，并为该SDU序号对应的发送标志置为未发送标志，同时记录该SDU所分隔的PDU块数；

所述进行MAC功能处理的过程为：MAC层对排在PDU队列中最前的数据进行发送，并更据该PDU所记录的SDU序号，通知RLC将该SDU序号对应的发送标志设置为已发送，同时通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo。

所述RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的公式为：Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量，其中，所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

所述更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的计算公式为：Bo＝原先的Bo-已删除的PDU数据量，其中，所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

所述TCP快速重传和恢复算法包括：

当一个SDU在RLC层被丢弃时，则引起对端重发相同的确认包，当TCP收到第三个重复的确认包时，设置阈值＝TCP实际未确认的数据包大小总和/2，拥塞窗＝阈值+3×TCP数据包；

当另一个重复的确认包到达时，拥塞窗增加一个TCP数据包的大小，当未确认的数据包总和小于拥塞窗时，开始传输下一个新数据包；

当下一个确认新数据的确认包到达时，设置拥塞窗＝阈值，完成快速重传和恢复算法，进入拥塞避免。

本发明还提供一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，所述缓冲区，用于接收和存放来自上层的业务数据单元SDU，包括：

预设置RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0；

无线链路控制层RLC将收到的SDU直接进行RLC功能处理，并根据RLC功能处理结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；

判断当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo是否小于预设RLC缓冲区控制门限值，若是，直接进行MAC功能处理，并通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；否则，当搜索到第一个未发送的SDU的PDU数据时，删除与所述SDU相关的所有的PDU数据，并更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速重传和恢复算法所设定的门限为止时，进行MAC功能处理。

所述进行RLC功能处理的过程为：将SDU分割成协议数据单元PDU大小的数据块，并按先进先出的次序插入到PDU队列中，为每个PDU设置它所属的SDU序号，并为该SDU序号对应的发送标志置为未发送标志，同时记录该SDU所分隔的PDU块数；

所述算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的公式为：RLC缓冲区控制值Bo＝原先的Bo+新增的所有PDU的数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

所述进行MAC功能处理的过程为：MAC层对排在PDU队列中最前的数据进行发送，并更据该PDU所记录的SDU序号，通知RLC将该SDU序号对应的发送标志设置为已发送，同时通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；其中，

所述RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的公式为：Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

所述更新业务量的RLC缓冲区控制值Bo的计算公式为：Bo＝原先的Bo-已删除的PDU数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量；

所述TCP快速重传和恢复算法包括：

当一个SDU在RLC层被丢弃时，则引起对端重发相同的确认包，当TCP收到第三个重复的确认包时，设置阈值＝TCP实际未确认的数据包大小总和/2，拥塞窗＝阈值+3×TCP数据包；

当另一个重复的确认包到达时，拥塞窗增加一个TCP数据包的大小，当未确认的数据包总和小于拥塞窗时，开始传输下一个新数据包；

当下一个确认新数据的确认包到达时，设置拥塞窗＝阈值，完成快速重传和恢复算法，进入拥塞避免。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在不改动原有传输控制协议TCP的基础上，从全球移动通信UMTS协议和移动设备的实现来出发，改善其与TCP协议的配合，在保证预设空口的数据速率(RLC吞吐量)和实际的空口数据速率相匹配的前提下，缩短端到端的时延，提高响应速度以及端到端的服务质量Qos。

附图说明

图1是本发明一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法的流程图；

图2是本发明的快速重传和快速恢复算法的流程图；

图3是本发明另一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法的流程图；

图4是本发明的实施例在64k单线程下载不同RLC缓冲区控制的控制仿真结果的示意图。

具体实施方式

本发明适用于采用空中接口协议的通信传输系统，比如全球移动通信系统(UMTS，Universal Mobile Telcommunications System)。所述空中接口协议的体系结构，它主要分为三层，最低层的为物理层(PHY)L1，位于物理层之上是数据链路层L2，位于数据链路层之上的是网络层L3。垂直地看，一个协议体系被分为一个用于发送控制信号(信令)的控制平面和一个用于发送数据信息的用户平面。

数据链路层分为几个子层，从控制平面上看，它包括媒体接入控制层(MAC)和无线链路控制层(RLC)，从用户平面上看，它还包括处理分组业务的分组数据协议汇聚子层(PDCP)和用于处理广播/多播业务的广播/多播控制子层(BMC)。网络层主要包括无线资源控制层(RRC)。

物理层通过传输信道向MAC提供传送服务，传输信息以数据的传输方式为特征，指示数据是以何种方式进行传输。

MAC通过逻辑信道向RLC提供传送服务。逻辑信息以发送数据的类型为特征，指示传输的数据是何种类型。

RLC提供数据链路的建立和释放服务。在控制平面，RLC承载上层的业务称之为信令无线承载(Signal radio bearer，SRB)，在信令无线承载上传输的数据是信令；在用户平面，如果PDCP和BMC没有被业务使用时，RLC承载上层的业务称之为无线承载(radio bearer，RB)，否则RB由PDCP和BMC承载，在无线承载上传输的数据是用户信息。信令和用户信息都通过RLC进行传输。传输数据包括发送数据和接收数据，而传输的数据包括信令和用户信息。

为了保证在RLC层数据的吞吐量不受影响的同时降低SDU时延，需要对业务量RLC缓冲区的大小进行控制，当缓冲区达到一定门限后丢弃SDU，利用TCP快速重传和恢复机制，抑制慢启动造成的SDU级数增长效应。根据SDU的删除方式的不同，RLC缓冲区的控制方法也不同。

请参阅图1，是本发明提供的一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，该方法适用于删除最后一个到达RLC的SDU数据快。在数据业务承载建立时，无线资源控制层RRC创建无线链路控制层RLC和媒体访问控制层MAC，所述RLC创建缓冲区，用于接收和存放来自上层的业务数据单元SDU，包括：

步骤S11：预设RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0；

步骤S12：无线链路控制层RLC对收到的SDU进行预分段，并根据预分段结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；

步骤S13：判断当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo是否小于RLC缓冲区控制门限值，若是，直接进行RLC功能处理，再进行MAC功能处理(步骤S14)；否则，直接删除SDU，更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速重传和恢复算法所设定的门限为止，并进行MAC功能处理(步骤S15)。

在步骤S11中，当数据业务初始建立时，无线网络首先为该数据业务创建一个RLC层，该层按照无线管理资源RRC指定的传输速率和时延要求，初始化RLC缓冲区控制门限，即PDU队列的门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0，其中，门限的取值是根据仿真对比结果来设置的，如下表1所示，一般可以根据网络的时延要求通过数据配置进行调整。

表1：

门限设置条件：	无线传输速率(bit/s)	RLC缓冲区门限(字节)
			有线网络基于以太网建网；TCP时延要求小于2秒；	64K	8～28K
128K	16～32K
		144K		16～36K
256K	32～64K
		384K		40～64K

当RLC层收到业务数据单元SDU(这里也称TCP数据包)时，预先计算将所述SDU分割为无线资源控制层RRC参数指定的协议数据单元PDU大小的数据块时的RLC缓冲区控制值Bo，其计算公式为：Bo＝原先的Bo+新增的所有PDU的数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量(步骤S12)。

判断当前预算RLC缓冲区控制值Bo是否小于RLC缓冲区控制门限值，如果所预算的Bo值小于RLC缓冲区控制门限时，将所述业务数据单元SDU进行RLC功能处理，即将业务数据单元SDU分割为无线资源控制层RRC参数指定的PDU大小的数据块，并按照先进先出的次序插入PDU队列中，并设置SDU发送标志为未发送状态，等待MAC层发送。当MAC层将PDU队列中的排在最前面的数据发送出去时，和该PDU相关的SDU发送标志被设置为已发送状态，并通知RLC更新业务量Bo值，其公式为：Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

如果所预算的Bo值大于或等于RLC缓冲区控制门限时，直接删除最后收到的SDU，并更新业务量Bo值，其计算公式为：Bo＝原先的Bo-已删除的PDU数据量。该SDU删除后，触发TCP暂时停止发送新数据到RLC层，直到达到TCP快速重传和恢复算法设定的门限为止。然后进行MAC功能处理，即当MAC层将PDU队列中的排在最前面的数据发送出去时，和该PDU相关的SDU发送标志被设置为已发送状态，并通知RLC更新业务量Bo值，其公式为：Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量。

所述TCP快速重传和恢复算法是TCP协议固有的一个算法。其中，快速重传和恢复算法是本发明采用RLC缓冲区大小控制和SDU丢弃相结合策略的考虑基础。当缓冲区达到一定门限后丢弃SDU，从而引发TCP拥塞机制，抑制慢启动造成的SDU级数增长效应。TCP规定在受到一个乱序的数据包时立即产生一个重复的确认包并发送到对端，如果发送方收到三个以上重复的确认包时，表明该报文丢失而进行重传，而不需要等到重传定时器超时。所述快速重传和快速重传和恢复算法，如图2所示，包括：

步骤H11：当一个SDU在RLC层被丢弃时，则引起对端重发相同的确认包，当TCP收到第三个重复的确认包时，设置阈值＝TCP实际未确认的数据包大小总和/2，拥塞窗＝阈值+3×TCP数据包

步骤H12：当另一个重复的确认包到达时，拥塞窗增加一个TCP数据包的大小，当未确认的数据包总和小于拥塞窗时，开始传输下一个新数据包

步骤H13：当下一个确认新数据的确认包到达时，设置拥塞窗＝阈值，完成快速重传和恢复算法，进入拥塞避免。

其中，所述快速重传和快速重传和恢复算法的过程为：TCP开始传输数据包时，快速重传和快速重传和恢复算法的状态视为未启动，重复确认包统计数为零。当缓冲区达到一定门限后丢弃SDU，从而引发TCP拥塞机制，判断是否启动快速重传和快速重传和恢复算法，若否，当TCP收到一个确认包，判断所述的确认包是否是收到的第三个重复的确认包，如果是，将阈值设置为TCP实际未确认的数据包大小总和的二分之一，拥塞窗设置为阈值+3×TCP数据包，并重传丢失的TCP数据包给无线链路控制层RLC，然后快速重传和快速重传和恢复算法设置为启动，重复计数器清零；否则，当收到重复的确认包不超过三次时，将拥塞窗设置为原来的拥塞窗与TCP数据包之和，则继续发送下一个新的TCP数据包。

当快速重传和快速重传和恢复算法已启动时，TCP收到一个确认包时，先判断所述确认包是否为重复的确认包，若否，将拥塞窗设置为阈值，将快速重传和恢复算法设置为未启动。若是，再判断拥塞窗是否大于实际未确认的数据包总和，如果大于，则继续发送下一个新的TCP数据包，若不大于，则将拥塞窗设置为原先的拥塞窗与TCP数据包之和，且不发送数据；

根据这个算法可知，当SDU被丢弃时，RLC缓冲区大小＝TCP实际未确认的数据包大小总和。而此时拥塞窗(cwnd)＝TCP实际未确认的数据包大小总和/2+3×TCP数据包，以后每收到一个重复的确认包，cwnd增加TCP数据包大小，直到cwnd＞TCP实际未确认的数据包大小总和成立，TCP才能发送新数据段。也就是说TCP不会在重发的SDU确认包收到之前不发任何数据，而是在RLC缓冲区中的数据发送一半后，TCP会下发新数据。因此一般情况下，Bo值不会为0。除非无线网络空中传输质量太差，这种情况一般在网络覆盖好的情况下不会发生。

另外，还请参阅图3，是本发明提供的另一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，该方法适用于删除第一个到达RLC的SDU数据快。在数据业务承载建立时，无线资源控制层RRC创建无线链路控制层RLC和媒体访问控制层MAC，所述RLC创建缓冲区，用于接收和存放来自上层的业务数据单元SDU，包括：

步骤M11：预设置RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0；

步骤M12：无线链路控制层RLC将收到的SDU直接进行RLC功能处理，并根据RLC功能处理结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；

步骤M13：判断当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo是否小于预设RLC缓冲区控制门限值，若是，直接进行MAC功能处理，并通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo(步骤M14)；否则，当搜索到第一个未发送的SDU的PDU数据时，删除与所述SDU相关的所有的PDU数据，并更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速重传和恢复算法所设定的门限为止时，进行MAC功能处理(步骤M15)。

所述步骤M11与上述步骤S11的实现过程相同，根据数据业务初始建立时，上层指定的传输速率和时延要求，设置RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0。另外，门限的取值也可以根据仿真对比结果来设置的，如上表1所示，一般可以根据网络的时延要求通过数据配置进行调整(在这里不在赘述)。

当RLC层收到业务数据单元SDU(这里也称TCP数据包)时，进行RLC功能处理，将所述业务数据单元SDU分割为RRC参数指定的PDU大小的数据块，并按照先进先出的次序被插入PDU队列中，并设置SDU发送标志为未发送状态，等待MAC层功能处理，此时RLC缓冲区控制值Bo＝原先的Bo+新增的所有PDU的数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

然后判断所述Bo是否小于初始设置的RLC缓冲区控制门限，当Bo小于初始设置的RLC缓冲区控制门限时，则直接进行MAC功能处理，即当MAC层将PDU队列中的排在最前面的数据发送出去时，和该PDU相关的SDU发送标志被置为已发送状态，并通知RLC更新业务量Bo值，其计算公式为Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量；否则，也就是当Bo值大于或等于RLC缓冲区控制门限时，在PDU队列中从第一个PDU开始搜索，如果PDU所属的SDU序号所对应的发送标志为已发送则继续搜索队列中下一个PDU；如果PDU所属的SDU序号所对应的发送标志为未发送则根据该SDU记录的分隔的PDU个数连续删除PDU数据，直到下一个PDU不属于该SDU为止。即把与该SDU相关的所有PDU全部删除。同时更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，其计算公式为Bo＝原先的Bo-已删除的PDU数据量。该SDU删除后，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速恢复设定的门限为止时，所述TCP快速重传和恢复算法如前所述，在这里不在赘述。

为了更清楚的说明本发明，现对本发明的技术方案做进一步的说明。在WCDMA无线网络层，应先完成用户数据业务的初始建立，无线资源控制层RRC创建RLC、MAC层，并指定传输速率，以及传输数据块PDU大小和个数，比如，传输速率为64Kbit/s，传输方式为是否附加轮询指示标识、用户应答方式还是非应答方式等等。然后将所有该用户同一个IP地址的数据业务全部承载在同一个RLC层上。对于下行TCP数据包，经过GTPU(GPRS隧道协议，GPRSTunneling Protocol)、分组数据汇聚协议(PDCP，Packet Data ConvergenceProtocol)、RLC、MAC、物理层经空中接口Uu传输到达移动终端，移动终端发送的TCP确认包也是通过空中接口到达物理层，再经MAC、RLC，PDCP、GTPU的逆处理过程，最后被TCP接收。其中，GTPU实际是为所述移动终端用户建立了一个隧道，用于透传TCP数据；PDCP实际是把TCP数据包IP头进行编码或者解码，成为RLC层或者GTPU层认识的数据包发给对应协议层；物理层主要是把数据调制为无线信号发出和解调无线信号为MAC层数据发给MAC；

本发明主要在无线链路控制RLC和媒体访问控制MAC来实现的。所述RLC层的主要功能是缓存PDCP发来的数据，按照控制协议RRC指定的PDU大小和个数，把数据分割为PDU大小的数据块，所有这些PDU数据块按照先进先出的次序被排列在队列中，等待MAC层传输。每当获得新的TCP数据时，RLC重新计算业务量Bo值，其计算公式为Bo＝原先的Bo+新增PDU的数据量(以字节计算)。当有数据需要重传时，RLC更新计算业务量Bo值，Bo＝原先的Bo+待重传的PDU数据量(以字节计算)。

所述MAC层主要是根据RRC指定的传输速率进行调度，发送数据块给物理层。每当有PDU被发送出去时，MAC层通知RLC更新业务量Bo值，其计算公式为Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量(以字节计算)。因此业务量Bo值表示了任一时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量，本发明利用这个参数值实现RLC缓冲区控制。

TCP协议中采用的慢启动算法实际发送数据量是按级数增长的，TCP不是向接收端发松大量的报文段而是先试探一下，只发送一定数量的报文段，一般为1个和2个，等到接收端收到一个报文段后就给发送端反馈一个确认包ACK，发送端收到一个正确的确认包后发送报文段的个数加倍，即发送两个，发送端每收到一个新的报文段的确认包后就将拥塞窗增加一个MSS值，如此下去，一直到发送数据量达到一定的门限，即达到拥塞避免算法的阈值(ssthresh)时，然后TCP将启用拥塞避免算法。而拥塞避免算法相对于慢启动算法来说发送量是线性增长过程。TCP的这个机制导致了在TCP慢启动阶段，RLC层从上层接收的数据量大于其本身的发送能力，造成较多的TCP数据包滞留在RLC缓冲区内。而在TCP拥塞避免阶段，TCP发送数据量放缓，每收到一个确认就只能发送一个TCP数据包，此时RLC从上层接收数据速率与RLC发送速率基本一致，因此RLC缓冲区始终滞留一定数量的TCP数据包。如果RLC缓冲区中数据量较大，而分配的空口速率相对较低时，则TCP数据包的时延较大。这样一个最近新到的TCP数据包如果是用户的某个请求(比如下载过程中发起停止某个操作的请求)，则必须等到缓冲区内其他SDU都发送完之后才能发送响应，这就是用户面数据响应太慢的原因。对此本发明采用TCP快速重传和恢复算法(如前所述，在这里不在赘述)，从而抑制慢启动造成的SDU级数增长效应。实际上RLC缓冲区只要始终有数据可发，即不出现Bo等于0的情况，则可以保证吞吐量。如果在满足这个要求下设置的RLC缓冲区越小，TCP数据包在无线网络层的环回时延就越小。端到端的TCP时延＝内部传输时延+TCP数据包在无线网络层的环回时延，减少SDU时延小，就可以大大降低数据传输的端到端时延，提高TCP/RLC性能。

为了进一步来说明本发明的有益效果，请参考以下应用实例。假设网络连接的TCP MTU为1460(Ethernet)，BLER＝10％时，不采用RLC缓冲区控制算法和采用该算法下3线程TCP下载的测试结果见下表2。

表2

指配速率	RLC缓冲区算法	RLC缓冲区(byte)	空口传输速率(Kbps)	对应SDU时延(ms)
					64K	采用	8～12K	58.3	1,220～1,653

	不采用	-	58.5	10,490
					144K	采用	16～20K	126.5-126.6	1,020～1,243
	不采用	-	126.5	7,089
					256K	采用	32K	228.0	1,117
	不采用	-	228.4	4,649
					384K	采用	40K～48K	341.7-341.9	962-1,091
	不采用	-	342	3,950

下面以64K bit/s的数据传输仿真结果说明缓冲区控制门限的设置过程：

1、无线网络64kbit/s的传输速率下进行单线程TCP下载时，不同RLC缓冲区大小仿真结果如表3

表3

RLC缓冲区(字节)	Bo＝0的概率	空口传输速率(Kbps)	TCP时延(s)	SDU最大丢弃数
					4K	14.3％	52776	0.552	1
8K	0.7％	58196	0.995	1
					12K	0.1％	58362	1.389	1
16K	0.0％	58445	1.763	1
					24K	0.1％	58510	2.559	1
32K	0.0％	58529	4.369	0
					不限制	0.0％	58494	4.30	0

其64k单线程下载不同RLC缓冲区控制下L3递交速率和时延的比较结果，如图4所示。

2、无线网络64kbit/s的传输速率下进行3线程TCP同时下载，不同RLC缓冲区大小仿真结果如表4所示(溢出方式采用删除队列中第一个未处理SDU)

表4

RLC缓冲区(字节)	Bo＝0的概率	空口传输速率(Kbps)	TCP时延(s)	SDU最大丢弃数
					8K	0.5％	58349/7,608	1.1871.1391.158	1
12K	0.0％	58349/9,351	1.6031.5301.545	1

24K	0.1％	58307/8,137	3.0563.0433.036	1
					32K	0.0％	58440/7,854	3.9403.9323.493	1
不限制	0.0％	58531/9,373	9.4249.4447.344	0

由上述可知，无线网络64kbit/s的传输速率下进行单线程TCP下载时的仿真结果，在TCP接收缓冲区为32K时，当RLC缓冲区的限制值大于等于32K后，不会有SDU因溢出RLC缓冲区而丢弃。而在3线程下载时，建立了3个TCP/IP连接，每个TCP接收缓冲区为32K，TCP接收缓冲区总和远大于32K，即32KRLC缓冲区仍然会有SDU溢出丢弃。

因此，RLC缓冲区控制门限值在小于当前对端TCP接收缓冲区总和时有效，大于或等于该值时不起作用，数据传输直接受TCP流控控制。对于64K业务数据量，不论单线程还是多线程，当RLC缓冲区大小限制为8K～12K时，可以明显降低SDU和TCP RTT时延，同时保证吞吐量基本不受损失。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，所述缓冲区，用于接收和存放来自上层的业务数据单元SDU，其特征在于，包括：

A、预设RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0；

B、无线链路控制层RLC对收到的SDU进行预分段，并根据预分段的结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；

C、判断当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo是否小于RLC缓冲区控制门限值，若是，直接进行RLC功能处理，再进行MAC功能处理；否则，直接删除SDU，更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速重传和恢复算法所设定的门限为止，并进行MAC功能处理。

2、根据权利要求1所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，所述步骤B的具体过程为：RLC根据控制协议参数指定的PDU大小的数据块对收到的SDU进行预分段，根据预分段的结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，其计算公式为：Bo＝原先的Bo+新增的所有PDU的数据量，其中，所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

3、根据权利要求2所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，步骤C中

所述进行RLC功能处理的过程为：将SDU分割成协议数据单元PDU大小的数据块，并按先进先出的次序插入到PDU队列中，为每个PDU设置它所属的SDU序号，并为该SDU序号对应的发送标志置为未发送标志，同时记录该SDU所分隔的PDU块数；

所述进行MAC功能处理的过程为：MAC层对排在PDU队列中最前的数据进行发送，并更据该PDU所记录的SDU序号，通知RLC将该SDU序号对应的发送标志设置为已发送，同时通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo。

4、根据权利要求3所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，所述RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的公式为：Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量，其中，所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

5、根据权利要求1所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，步骤C中

所述更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的计算公式为：Bo＝原先的Bo-已删除的PDU数据量，其中，所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

6、根据权利要求5所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，所述步骤C中TCP快速重传和恢复算法包括：

61)当一个SDU在RLC层被丢弃时，则引起对端重发相同的确认包，当TCP收到第三个重复的确认包时，设置阈值＝TCP实际未确认的数据包大小总和/2，拥塞窗＝阈值+3×TCP数据包；

62)当另一个重复的确认包到达时，拥塞窗增加一个TCP数据包的大小，当未确认的数据包总和小于拥塞窗时，开始传输下一个新数据包；

63)当下一个确认新数据的确认包到达时，设置拥塞窗＝阈值，完成快速重传和恢复算法，进入拥塞避免。

7、一种无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，所述缓冲区，用于接收和存放来自上层的业务数据单元SDU，其特征在于，包括：

A、预设置RLC缓冲区门限值，并初始化代表当前RLC缓冲区所保存数据量的控制值Bo为0；

B、无线链路控制层RLC将收到的SDU直接进行RLC功能处理，并根据RLC功能处理结果计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；

C、判断当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo是否小于预设RLC缓冲区控制门限值，若是，直接进行MAC功能处理，并通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；否则，当搜索到第一个未发送的SDU的PDU数据时，删除与所述SDU相关的所有的PDU数据，并更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo，触发TCP停止发送新业务数据到RLC，直到到达TCP快速重传和恢复算法所设定的门限为止，并进行MAC功能处理。

8、根据权利要求7所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，步骤B中

所述进行RLC功能处理的过程为：将SDU分割成协议数据单元PDU大小的数据块，并按先进先出的次序插入到PDU队列中，为每个PDU设置它所属的SDU序号，并为该SDU序号对应的发送标志置为未发送标志，同时记录该SDU所分隔的PDU块数；

所述计算当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的公式为：RLC缓冲区控制值Bo＝原先的Bo+新增的所有PDU的数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

9、根据权利要求8所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，步骤C中

所述进行MAC功能处理的过程为：MAC层对排在PDU队列中最前的数据进行发送，并更据该PDU所记录的SDU序号，通知RLC将该SDU序号对应的发送标志设置为已发送，同时通知RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo；其中，

所述RLC更新当前业务量的RLC缓冲区控制值Bo的公式为：Bo＝原先的Bo-已发送的PDU数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

10、根据权利要求8所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，步骤C中

所述更新业务量的RLC缓冲区控制值Bo的计算公式为：Bo＝原先的Bo-已删除的PDU数据量，其中所述Bo为任意时刻RLC缓冲区内所有等待发送的数据量。

11、根据权利要求7所述无线链路控制层缓冲区溢出的控制方法，其特征在于，所述步骤C中TCP快速重传和恢复算法包括：

111)当一个SDU在RLC层被丢弃时，则引起对端重发相同的确认包，当TCP收到第三个重复的确认包时，设置阈值＝TCP实际未确认的数据包大小总和/2，拥塞窗＝阈值+3×TCP数据包；

112)当另一个重复的确认包到达时，拥塞窗增加一个TCP数据包的大小，当未确认的数据包总和小于拥塞窗时，开始传输下一个新数据包；

113)当下一个确认新数据的确认包到达时，设置拥塞窗＝阈值，完成快速重传和恢复算法，进入拥塞避免。