pdcp层的作用_LTE协议栈总体架构、PDCP层及RLC层概述
系统架构
无线接入网和核心网的总体系统架构演进,结果是形成了一个扁平的RAN架构 + 分组核心网EPC架构。
RAN负责整体网络中所有无线相关功能,包括调度、无线资源管理、重传协议、编码和各种多天线方案等;
EPC负责与无线接口无关的完整移动宽带网络所需要的功能,包括认证、计费功能、端到端连接的建立等;
系统架构如上图所示,核心网主要模块是MME和S-GW,MME即移动性管理模块,是控制平面节点,S-GW即服务网关,是用户平面节点;eNodeB是LTE无线接入网络的单一节点。核心网通过S1接口连接到eNodeB,eNodeB通过Uu接口,连接到UE。
系统协议栈架构如上图所示,其中NAS属于非接入层,不经过eNodeB;RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY五层组成接入层。接入层:
RRC负责空口连接,属于连接层,只有在控制面才有;
PDCP把上层来的数据进行分段链接、头压缩和加密,如果是VoLTE还要把语音包进行压缩;
RLC是数据面才有,无线链路控制功能,主要是ARQ纠错;
MAC主要是HARQ和调度功能。
PDCP层
从协议平面的角度来看,协议结构主要包括两层:无线网络层(RNL)和传输网络层(TNL)。
PDCP是一个功能实体,它将传输网络层的传输技术与E-UTRAN的空口技术剥离开,在其之上的各层无需考虑空口相关问题。PDCP层相当于无线网络与有线网络的分离层,通过PDCP把高层的协议映射到低层。
a. PDCP层引入原因
IP数据包都带有一个很大的数据包头(UDP8字节、TCP20字节),需要大量的无线资源。为了提高IP数据流在空口上的传输效率,需要对IP数据包头部信息进行压缩;
在LTE空口接口中,由于LTE抛弃了CS域,必须采用VoIP,而VoIP数据包尺寸很小,IP包头必须压缩,PDCP功能变得不可或缺;
LTE的PDCP功能还进行了延伸,加入了加密功能,甚至还加入了无损切换的支持。
b. PDCP架构
PDCP主要功能是服务于映射在逻辑信道DTCH、DCCH上的SRB和DRB。服务DTCH信道的功能,包括:PDCP包传输、SN序列号维护、IP数据流的头压缩和解压缩、加密和解密、切换时对来自下层的PDU数据重排序;服务DCCH信道的功能,包括:PDCP包传输、SN序列号维护、完整性保护、加密和解密。
PDCP实体结构如上所示,在接收和发送端各有一个对等的协议实体负责PDCP报文的封装和解析。一个UE对应多个RB(Radio Bearer),而每个RB对应一个PDCP实体。每个PDCP实体与一个或两个(一个对应一个方向)RLC实体关联,这取决与RB的特性(如单向或双向)以及RLC的传输模式。PDCP实体的属性由控制面的上层协议RRC来配置。
c. 功能说明
完整性保护功能:
输入密钥、一个计数器、方向、SRB1~2到黑匣子中,生成SN号(切换eNodeB时使用),放入PDCP尾部,同时封装上包头就形成了MAC-I。UE会检测MAC-I号,即完整性消息鉴权码,UE也会计算MAC-I号码,如果收到的目标eNodeB与自己的相同,说明这条信令验证通过。
PDCP头压缩功能:
将IP头进行压缩,节约空口资源,最高可以压缩到一个字节。LTE统一采用ROHC压缩算法。
RLC层
a. RLC架构
RLC主要任务是重传管理。当MAC层的HARQ已经用尽重发次数,RLC来继续重发。
RLC有三种模式,分别是TM透明模式、UM重发非确认模式、AM重发确认模式。其中AM模式一般用于数据业务,是需要不断提升代码效率的模式。
b. 重传管理
TM模式下,RLC通过逻辑信道(BCCH、CCCH、PCCH)透传RLC PDU。
UM模式下,RLC实体使用上下行专用控制信道、上下行业务信道和组播信道(DTCH、MCCH、MTCH),传输如VoLTE业务。
AM模式下,RLC实体通过逻辑信道收发RLC PDU,如DL/UL DCCH和DL/UL DTCH信道。
写在最后
PDCP、RLC层作为LTE协议栈最简单的两层,功能很少,是协议栈实现的入门选择。
可以通过阅读flex-ran或openair4G的相应开源代码来学习编码实现。
本文地址:https://blog.csdn.net/lusanshui/article/details/103926562
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