CN101197646B - 基于hsupa的数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于HSUPA的数据传输方法，其在MAC-e层与RLC层之间建立直接接口；发送数据时，构造具有映射关系的MAC-e PDU和RLCPDU；处理发送状态反馈信息时，通过所述直接接口和所述映射关系将MAC-e PDU的发送状态反馈信息转化为RLC PDU的反馈信息通知用户终端侧的RLC层，从而加速RLC发送窗口滑动和RLC PDU重传。本发明的优点在于能够有效降低内存容量和处理能力的压力，同时缩短RLC层重传延迟从而提高网络业务的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及第三代移动通信***，特别涉及第三代移动通信***中，一种基于HSUPA的数据传输方法。
背景技术
随着第三代移动通信***(The 3rd Generation，3G)的不断发展，网络下载、视频点播等分组业务的应用日渐广泛，为了改善分组业务的服务质量，第三代移动通信的国际标准化组织3GPP(3rd Generation Project Partnership)在其Release 5和Release 6版本的规范中分别提出HSDPA(High SpeedDownlink Packet Access，高速下行包接入)和HSUPA(High Speed Uplink PacketAccess，高速上行包接入)并进行了标准化。
HSUPA采用的关键技术包括HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自动重传请求)，16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)高阶调制和基站节点(Node-B)快速调度。在MAC(Media Access Control，媒体访问控制)层，HSUPA引入了新的上行传输信道E-DCH(EnhancedDedicated Chennel，增强专用信道)和相应的MAC层实体MAC-es和MAC-e。在用户终端(User Equipment，UE)侧，MAC-es和MAC-e都要定义，统称为MAC-es/e；在网络侧，MAC-es定义于Node-B，MAC-e定义于RNC(RadioNetwork Controller，无线网络控制器)，如图1所示。
MAC-es和MAC-e定义于MAC-d子层和物理层之间，因此对RLC(RadioLink Control，无线链路控制)层没有影响，RLC层和MAC层之间的连接仍然是逻辑信道。E-DCH支持逻辑信道复用，最多可以复用15个逻辑信道。E-DCH上承载MAC-e PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)，其中包含一个或多个MAC-es PDU；每个MAC-es PDU承载一个逻辑信道，即包含该逻辑信道上的一个或多个RLC PDU，如图2所示。
每个MAC-es PDU在MAC-e PDU包头中对应一组DDI(Data DescriptionIndicator，数据描述指示)和N，DDI指示MAC-es PDU中包含的RLC PDU的大小、所属逻辑信道及MAC-d Flow，N指示MAC-es PDU中RLC PDU的 个数。由于HARQ机制可能导致数据包到达的先后顺序与发送时不同，所以每个MAC-es PDU带有一个TSN(Transmission Sequence Number，传输序列号)，取值0到63之间，每个逻辑信道独立计数，用户终端侧发送时对其进行设定，网络侧收到后根据TSN对其进行排序。
在发送过程中，用户终端侧MAC-es/e实体根据Node-B的调度命令和各逻辑信道的数据量及配置参数，按照优先级由高到低的顺序，将各逻辑信道上合适数量的RLC PDU组成MAC-es PDU并生成TSN，依次填入MAC-e PDU后发送给网络；网络侧Node-B收到后，根据数据正确与否向用户终端侧发送反馈ACK(正确应答)或NACK(错误应答)，如果正确，进一步拆分MAC-ePDU中的MAC-es PDU发送给RNC，由RNC在各逻辑信道上对MAC-es PDU进行排序，确保RLC PDU按序向上递交。用户终端侧收到Node-B的反馈后，如果是ACK，在下一发送时刻生成新的MAC-e PDU发送；如果是NACK，调度重传旧的MAC-e PDU。如果反复重传达到最大允许次数或重传过程中重传定时器超时，MAC-e层丢弃该PDU。
在RLC层，针对分组业务的特点，RLC状态报告的触发机制通常配置为周期性触发和发现数据丢失时触发。基于上述配置，如果在用户终端侧E-DCH物理层上发送成功，尽管MAC-e层可以马上清空已发送的MAC-e PDU，但是由于网络侧RLC的状态报告周期性触发相对缓慢，所以用户终端侧的RLC层仍然必须经过较长时间才能将该MAC-e PDU中包含的各RLC PDU缓存清空。相反，如果在用户终端侧E-DCH物理层上发送失败，网络侧也必须收到下一个正确的RLC PDU，即成功接收下一个包含该逻辑信道数据的MAC-ePDU之后，才能发现有数据丢失并产生状态报告触发用户终端侧RLC重传。
综上所述，虽然HSUPA通过引入HARQ实现了快速物理层重传，但从RLC层的角度来说，当物理层发送成功时，由于周期性的状态报告机制导致不能马上推动滑动窗口，所以要求用户终端侧缓存大量已发送数据，对用户终端侧的内存容量和处理能力提出了很大考验；而当物理层发送失败需要启动RLC层重传机制时，又难以保证马上指示RLC层，给重传带来了较大延迟，对保障业务实时性非常不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于HSUPA的数据传输方法，能够有效降 低内存容量和处理能力的压力，同时缩短RLC层重传延迟从而提高网络业务的实时性。
为了达到本发明的目的，本发明为一种基于HSUPA的数据传输方法，包括：步骤S1，在MAC-e层与RLC层之间建立直接接口；步骤S2，发送数据时，构造具有映射关系的MAC-e PDU和RLC PDU；步骤S3，处理发送状态反馈信息时，通过所述直接接口和所述映射关系将发送状态反馈信息通知用户终端侧的RLC层。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S2包括：步骤S21，RLC层构造RLC PDU，并预留标志域；步骤S22，MAC-e层确定逻辑信道；步骤S23，MAC-es层确立映射关系标识并将其填充入缓存中相应RLC PDU的预留标志域；步骤S24，MAC-e层构造MAC-e PDU；步骤S25，MAC-e层判断MAC-e PDU是否存在足够剩余空间，若结论肯定则返回步骤S22；若结论否定，则本流程结束。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S3包括：步骤S31，用户终端侧根据发送状态反馈信息确定相应的MAC-es PDU；步骤S32，通过所述直接接口，MAC-e层将所述发送状态反馈信息和MAC-esPDU信息通知RLC层，若发送成功则RLC层根据所述映射关系移出相应的RLC PDU并释放内存；若发送失败则RLC层根据所述映射关系重传相应的RLC PDU且不释放内存。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S21中，所述预留标志域为RLC PDU的首字节。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S23包括：对于确定的逻辑信道，MAC-es层为承载上述RLC PDU的MAC-es PDU生成TSN作为所述映射关系标识，然后将该TSN值填入RLC层的缓存中相应RLC PDU的预留首字节。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S24进一步包括：MAC-e层记录所述映射关系标识及所述MAC-es PDU承载的逻辑信道标识。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，首先用户终端侧确定所述发送状态反馈信息相应的MAC-e PDU，然后MAC-e层确定该MAC-ePDU包含的映射关系标识及其承载的逻辑信道标识。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S33包括：当所述发送状态反馈信息为ACK时，RLC层根据所述逻辑信道标识找到逻辑信道，若RLC PDU首字节的值与所述映射关系标识相同，则该RLC PDU发送成功。
如本发明具体实施例所述的基于HSUPA的数据传输方法，所述步骤S34包括：当所述发送状态反馈信息为NACK时，RLC层根据所述逻辑信道标识找到逻辑信道，若RLC PDU首字节的值与所述映射关系标识相同，则该RLC PDU发送失败。
本发明的优点在于能够有效降低内存容量和处理能力的压力，同时缩短RLC层重传延迟从而提高网络业务的实时性。
图1为HSUPA***新增的MAC实体示意图；
图2为MAC-e PDU的结构图；
图3为根据本发明的方法的原理示意图；
图4为根据本发明的用户终端侧发送数据的流程图；
图5为根据本发明的用户终端侧处理发送状态反馈信息的流程图；
图6为根据本具体实施例的逻辑信道发送队列；
图7为根据本具体实施例的RLC PDU的数据结构；
图8为根据本具体实施例的MAC-es PDU的数据结构；
图9为根据本具体实施例的MAC-e层保存的映射关系信息；以及
图10为根据本具体实施例的更新的逻辑信道发送队列数据结构。
为使本发明的目的、步骤和优点更加清楚，下面结合附图对本发明进行进一步具体描述。
如图3所示，本发明的方法的原理在于：步骤S1，在MAC-e层与RLC层 之间建立直接接口；步骤S2，发送数据时，构造具有映射关系的MAC-e PDU和RLC PDU；步骤S3，处理MAC-e PDU的发送状态反馈信息时，通过所述直接接口和所述映射关系将该发送状态反馈信息转化为RLC PDU的反馈信息通知用户终端侧的RLC层，从而加速RLC发送窗口推动和RLC重传。
其中，用户终端侧发送数据过程中利用基于HSUPA的物理层的ACK和NACK反馈信息，将MAC-e PDU的发送状态信息转换为其中包含的RLC PDU的发送状态信息，通过直接接口用户终端侧的MAC-e层通知用户终端侧的RLC层，代替耗时较长的网络侧RLC层的对等层状态报告，从而加快RLC层滑动窗口或触发RLC层重传数据。
本发明在用户终端侧的RLC层在构造RLC PDU时为每个PDU预留一个标志域；当用户侧构造MAC-es PDU时，将该MAC-es PDU的TSN填入该MAC-esPDU中每个RLC PDU的预留标志域内，从而在RLC层保存RLC PDU到MAC-esPDU的映射关系；用户终端侧进一步构造MAC-e PDU时，在MAC-e层保存MAC-es PDU和MAC-e PDU的所属关系，并基于包头中的DDI记录每个MAC-es PDU承载的逻辑信道标识(Identification，ID)。根据上述保存的信息，对每个发送的MAC-e PDU，当收到ACK或多次收到NACK后，用户终端侧都能快速找到该MAC-e PDU包含的所有MAC-es PDU以及每个MAC-es PDU承载的逻辑信道，进而找到每个逻辑信道上对应的所有RLC PDU，进行确认或重传处理。
以下根据本发明的具体实施例，用户终端侧的RLC层为每个PDU预留的标志域位于RLC PDU首部，长度设为1个字节。
本发明所述的用户终端侧发送数据基于在用户终端侧MAC-e层和RLC层之间建立接口，当MAC-e PDU在物理层发送成功或失败时，MAC-e层使用该接口将发送状态通知RLC层，同时指示MAC-e PDU中每个MAC-es PDU的TSN和所属逻辑信道。
图4是根据本发明的用户终端侧发送数据的流程图。以下如图4所示，详细介绍根据本发明的用户终端侧发送数据的流程。
步骤S21，RLC层构造RLC PDU，并预留标志域。
RLC层使用上层数据构造RLC PDU时，其为RLC PDU申请的内存长度比实际上层数据的长度多一个字节，其中RLC PDU的首字节预留作为标志域，从 第二个字节之后开始填充实际上层数据。
步骤S22，MAC-e层确定逻辑信道。
MAC-e层收到E-DCH可用的底层指示，根据网络侧Node-B分配的资源、用户终端侧自身逻辑信道待发数据量和配置参数，进行传输格式选择，确定本次发送的最大MAC-e PDU的长度，并申请相应长度的内存。同时，MAC-e层基于逻辑信道优先级配置，按照由高到低的顺序选取逻辑信道，并根据MAC-ePDU大小的限制，确定该逻辑信道发送的最大RLC PDU数目。
步骤S23，MAC-es层生成映射关系标识并将其填充入缓存中相应RLC PDU的预留标志域。
对于确定的逻辑信道，MAC-es层为承载上述RLC PDU的MAC-es PDU生成TSN作为映射关系标识，然后将该TSN值填入RLC层的缓存中相应RLC PDU预留的首字节。
步骤S24，MAC-e层构造MAC-e PDU。
MAC-e层首先确定上述MAC-es PDU在MAC-e PDU中的位置，进而将MAC-es PDU的TSN及其承载的所有RLC PDU(不包括首字节)复制到该位置，同时记录下该MAC-es PDU的TSN及其承载的逻辑信道标识。
步骤S25，MAC-e层判断其PDU是否存在足够剩余空间。
MAC-e层检查MAC-e PDU的长度，经判断若存在足够剩余空间，则返回步骤S22，选择下一个优先级的逻辑信道，继续向MAC-e PDU装载数据；若不存在足够剩余空间，则本流程结束。
图5是根据本发明的用户终端侧处理发送状态反馈信息的流程图。以下如图5所示，详细介绍根据本发明的用户终端侧处理发送状态反馈信息的流程。
步骤S31，用户终端侧根据发送状态反馈信息确定相应的MAC-es PDU及其所述映射关系。
用户终端侧收到Node-B的发送状态反馈信息，首先根据时间顺序找到对应的HARQ进程(process)，从已发送数据的缓存中确定相应的MAC-e PDU，然后MAC-e层检查发送时保存的记录，确定该MAC-e PDU中包括的所有MAC-esPDU的TSN及其承载的逻辑信道标识，即MAC-e PDU和RLC PDU之间的映射关系。
步骤S32，MAC-e层将所述发送状态反馈信息和所述MAC-es PDU通知RLC 层。
MAC-e层通过预先增加的其与RLC层之间的直接接口，将MAC-e PDU的发送状态反馈信息和步骤S31中确定的相应MAC-es PDU通知RLC层，其中包括MAC-es PDU的TSN及其承载的逻辑信道标识，即MAC-e PDU和RLC PDU之间的映射关系。若发送状态反馈信息为ACK则进行步骤S33；若发送状态反馈信息为NACK则进行步骤S34。
步骤S33，根据所述映射关系，RLC层移出发送成功的RLC PDU并释放内存。
接收到确定的MAC-es PDU相关信息后，RLC层根据逻辑信道标识找到逻辑信道，遍历已发送的RLC PDU队列，如果发现RLC PDU首字节的值与MAC-es PDU的TSN值相同，则说明该RLC PDU发送成功，因而将该RLC PDU移出已发送队列并释放所在内存，从而滑动发送窗口。
步骤S34，根据所述映射关系，RLC层重传发送失败的RLC PDU并释放内存。
接收到确定的MAC-es PDU的信息后，RLC层根据逻辑信道标识找到逻辑信道，遍历已发送的RLC PDU队列，如果发现RLC PDU首字节的值与MAC-esPDU的TSN值相同，则说明该RLC PDU发送失败，因而将该RLC PDU从已发送队列移入重传队列，而不释放内存。
以下通过一个应用上述流程发送数据并实例：假设用户终端侧配置两个逻辑信道A和B，发送窗口大小分别为4和8，逻辑信道A优先级较高。在某个E-DCH发送时刻，逻辑信道A有六个PDU待发送，逻辑信道B有九个PDU待发送，发送队列分别如图6所示。
MAC-e层进行传输格式选择后，根据上述队列状态及MAC-e层和RLC层PDU的大小，确定本次发送的MAC-e PDU可以承载逻辑信道A的四个RLCPDU和逻辑信道B的一个RLC PDU。
对逻辑信道A，进一步确定承载其数据的MAC-es PDU的TSN值为19，对逻辑信道B，确定承载其数据的MAC-es PDU的TSN值为10。相应地，分别在各逻辑信道的RLC缓存中待发送的RLC PDU首字节填入上述TSN值，如图7所示。
同时，MAC-e层根据该结构将MAC-es PDU的内容填入MAC-e PDU，承 载各逻辑信道的MAC-es PDU结构如图8所示。
对每个构造完毕的MAC-e PDU，MAC-e层在发送前生成编号，用于后续索引，同时保存MAC-e PDU中MAC-es PDU的TSN及其承载的逻辑信道ID，如图9所示的映射关系信息。
MAC-e PDU发送后，MAC-e层将已发送的MAC-e PDU数据和MAC-e PDU编号同时保存。
当收到Node-B的ACK反馈，用户终端侧的物理层根据时间顺序确定对应的MAC-e PDU，MAC-e层再利用编号找到上述保存信息，将每组TSN和逻辑信道标识以及ACK反馈通知RLC层。
RLC层得到ACK反馈的通知后，对逻辑信道A，遍历其发送队列，发现PDU1、2、3、4的首字节值与MAC-s层指示的MAC-es PDU TSN相等，认为这四个PDU发送成功，移出窗口；对逻辑信道B，遍历其发送队列，发现PDU1发送成功，同样操作。完成操作后，逻辑信道发送队列更新如图10所示。
以上为本发明在用户终端侧的数据发送流程和收到网络反馈的处理流程以及具体的实施例。
通过以上描述可以看出，本发明通过用户终端侧自身将MAC-e PDU的发送状态信息转换为其中包含的RLC PDU发送状态信息的方法，明显加快RLC层窗口滑动，减少RLC缓存的数据量；同时采用每个RLC PDU首部保存所属MAC-es PDU TSN的方式，在进行发送状态信息转换时，也能避免大量的映射关系查询，确保执行效率和执行时间。
实际应用中，由于存在物理层解码时将ACK误解为NACK或将NACK误解为ACK的可能，所以本发明中的方法较适用于业务数据传送，而不适用信令数据传送。当物理层出现上述情况导致发送状态信息与真实信息有所偏差时，由更高层协议(如TCP协议)保障业务数据有效性、在必要时发起高层重传。
[0067] 以上，是为了本领域技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，包括：步骤S1，在MAC-e层与RLC层之间建立直接接口；步骤S2，发送数据时，构造具有映射关系的MAC-e PDU和RLC PDU；步骤S3，处理发送状态反馈信息时，通过所述直接接口将发送状态反馈信息通知用户终端侧的RLC层；
其中所述步骤S2包括：
步骤S21，RLC层构造RLC PDU，并预留标志域；
步骤S22，MAC-e层确定逻辑信道；
步骤S23，MAC-es层确立映射关系标识并将其填充入缓存中相应RLC PDU的预留标志域；
步骤S24，MAC-e层构造MAC-e PDU；
步骤S25，MAC-e层判断MAC-e PDU是否存在足够剩余空间，若判断结论肯定，则返回步骤S22；若判断结论否定，则本流程结束；
其中所述步骤S3包括：
步骤S31，用户终端侧根据发送状态反馈信息确定相应的MAC-es PDU；
步骤S32，通过所述直接接口，MAC-e层将所述发送状态反馈信息和所述MAC-es PDU通知RLC层，若发送成功则RLC层根据所述映射关系移出相应的RLC PDU并释放内存；若发送失败则RLC层根据所述映射关系重传相应的RLC PDU且不释放内存。
2.如权利要求1所述的基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S21中，所述预留标志域为RLC PDU的首字节。
3.如权利要求1所述的基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S23包括：对于确定的逻辑信道，MAC-es层为承载上述RLC PDU的MAC-es PDU生成TSN作为所述映射关系标识，然后将该TSN值填入RLC层的缓存中相应RLC PDU的预留首字节。
4.如权利要求3所述的基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S24进一步包括：MAC-e层记录所述映射关系标识及所述MAC-es PDU承载的逻辑信道标识。
5.如权利要求1所述的基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，所 述步骤S31包括：首先用户终端侧确定所述发送状态反馈信息相应的MAC-ePDU，然后MAC-e层确定该MAC-e PDU包含的映射关系标识及其承载的逻辑信道标识。
6.如权利要求5所述的基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S32还包括步骤S33：当所述发送状态反馈信息为ACK时，RLC层根据所述逻辑信道标识找到逻辑信道，若RLC PDU首字节的值与所述映射关系标识相同，则该RLC PDU发送成功。
7.如权利要求5所述的基于HSUPA的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S32还包括步骤S34：当所述发送状态反馈信息为NACK时，RLC层根据所述逻辑信道标识找到逻辑信道，若RLC PDU首字节的值与所述映射关系标识相同，则该RLC PDU发送失败。
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