目录

LTE 系列:RLC 层

LTE RLC 层详解

无线链路控制(RLC)

无线链路控制(Radio Link Control,RLC)层的主要功能是:

  • 根据下层指示的数据包传输大小对来自上层的数据包进行连接、分段和重组
  • 数据包的顺序传输和重复性检测
  • 自动重传请求(Automatic Repeat Request,ARQ)的数据纠错

针对每一个无线承载配置一个 RLC 实体,经过 RLC 层协议功能的处理后,数据以逻辑信道的方式输出到下层的 MAC 层。根据所传输消息的不同特点,RLC 实体有 3 种工作模式:

  • 透明模式(Transparent Mode,TM)
  • 确认模式(Acknowledged Mode,AM)
  • 非确认模式(Unacknowledged Mode,UM)

透明模式(TM)

此模式下,RLC 子层是完全透明的,不执行任何功能,例如不添加 RLC 包头、不进行数据分段或者连接,即来自上层的数据在 RLC不进行任何处理,“透明”地传输到下层的 MAC 层。透明模式用于广播、寻呼和公用控制信道等信息需要传输给多个用户的情况,相对应于广播、上下行公用控制和寻呼等逻辑信道。

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE_upper_layer_protocol/LTE_upper_layer_protocol_4.webp
TM 模式数据消息的 RLC PDU 格式

确认模式(AM)

此模式用于提供高可靠性的数据传输服务,例如 TCP/IP 数据业务或者 RRC 控制信令的传输,包括承载上下行专用数据信息和专用控制信息的逻辑信道。

在此模式下,RLC 子层执行所有功能,包括:

  • 数据包的连接、分段和重组
  • 数据包的顺序传输和重复性检测
  • 基于滑动窗进行错误数据包重新传输的 ARQ 纠错机制

AM 模式RLC PDURLC 包头RLC SDU 组成,RLC 包头包括 D/CRFPFIESN 字段。如果 RLC PDU 中包含多于 1 个数据字段,那么相对应的 RLC 包头还将包括 ELI 字段,以分别对应于各个数据字段。

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE_upper_layer_protocol/LTE_upper_layer_protocol_5.webp
AM 模式数据消息的 RLC PDU 格式

以下是 RLC 包头各个字段的具体含义:

  • D/C(Data/Control)字段:指示该 RLC PDURLC 数据 PDU还是RLC 控制 PDU
  • RF(Re-segmentation Flag)字段:指示该 RLC PDU 是一个 AM 模式``PDU,还是一个 AM 模式PDU 分段。因为,在 AM 模式的情况,数据包进行 ARQ 重传的时候,可能需要对初次传输时的 AM PDU 进行分段,因而形成 AM PDU 分段
  • P(Polling)字段指示是否要求接收端对等的 RLC 实体进行 1 次 RLC 状态的报告
  • FI(Framing Indicator)字段:指示 RLC PDU 的数据字段是否是 RLC SDU 的开始或者结尾部分。2 个比特的信息指示了是开始不是结尾是结尾不是开始既不是结尾也不是开始既包含了结尾也包含了开始一共 4 种可能的状态
  • E(Extension)字段指示后面是否还有 ELI 字段
  • SN(Sequence Number)字段:指示 RLC PDU 的序号,序号采用递增的方式。对于 AM 模式下重传的 AM PDU 或者 AM PDU 分段,采用初传的 AM PDU 所对应的序号
  • LI(Length Indicator)字段:指示对应的数据字段的字节长度

AM 模式下,RLC 层使用 ARQ 纠错机制对传输错误的数据包进行重传,由于下层指示的数据包传输大小可能与初次传输时候的情况有所不同,可能需要对初次传输的 AM PDU 进行分段,因此形成了AM PDU 分段的格式。与 AM PDU 相比较,AM PDU 分段在包头部分多了两个字段:LSFSO

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE_upper_layer_protocol/LTE_upper_layer_protocol_6.webp
AM 模式数据消息的 RLC PDU 分段的格式
  • LSF(Last Segment Flag)字段指示这个 AM PDU 分段是否是所对应的初次传输的 AM PDU 的最后一个分段。
  • SO(Segment Offset)字段指示这个 AM PDU 分段在所对应的初次传输的 AM PDU 中的位置,具体是这个 AM PDU 分段的第 1 个字节在所对应的初次传输的 AM PDU 中的字节位置。

除了 RLC 数据 PDU 之外,AM 模式下还可能传输 RLC 控制 PDU,进行 RLC 状态的报告。由数据接收方的 RLC 实体向数据发送方对等的 RLC 实体发送 RLC 状态 PDU,报告 AM PDU 数据包的接收状态,包括正确接收的数据包的最后序号,以及接收错误的数据包的序号。

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE_upper_layer_protocol/LTE_upper_layer_protocol_7.webp
RLC 状态 PDU
  • CPT(Control PDU Type)字段指示该 RLC 控制 PDU 的类型
  • ACK_SN(Acknowledgement SN)字段指示接收正确的数据包的最后一个序列号,不包含 ACK_SN 本身所指示的数据包,以及由 NACK_SN 所指出的接收错误的数据包
  • E1(Extension bit 1)字段指示后面是否跟随有 NACK_SNE1E2 字段
  • NACK_SN(Negative Acknowledgement SN)字段指示接收错误或者部分出错的 AM PDU 数据包的序列号
  • E2(Extension bit 2)字段指示这个 NACK_SN 后面是否跟随有 SOstartSOend 字段
  • SOstartAM PDU 数据包部分出错的情况下,SOstart 字段指示出错部分的第一个字节在 AM PDU 数据包中的位置
  • SOendAM PDU 数据包部分出错的情况下,SOend 字段指示出错部分的最后一个字节在 AM PDU 数据包中的位置

非确认模式(UM)

此模式与确认模式的区别是不进行错误数据包重传的 ARQ 纠错。UM 模式主要用于对数据传输正确性的要求不是很高的场景,例如广播信道或者 VoIP 业务,包括上下行专用数据逻辑信道和多媒体广播多播业务(Multimedia Broadcast Multicast Service,MBMS)专用的控制和数据逻辑信道。UM 模式 RLC 子层仍然执行数据包的连接、分段和重组,数据包的顺序传输和重复性检测的功能。

AM 模式相比较,UM 模式RLC PUD 少了 3 个字段:D/CRFP。因为 RLC 控制 PDU 只在 AM 模式进行传输,UM 模式仅传输 RLC 数据 PDU,因此不需要指示 RLC 控制或者 RLC 数据信息D/C 字段。UM 模式不进行 ARQ 纠错的重传,因此不会出现数据包重传需要重新分段的情况,所以不需要指示数据分段的 RF 字段。P 字段所指示的 RLC 状态报告也仅适用于 AM 模式,因此 UM 模式的情况下不需要这个字段。

https://cdn.jsdelivr.net/gh/techkoala/techkoala.github.io@master/images/WirelessCommunication/LTE/LTE_upper_layer_protocol/LTE_upper_layer_protocol_8.webp
UM 模式数据消息的 RLC PDU 格式

参考

  • [1] LTE-Advanced 关键技术详解