| PDCP/RLC/MAC分層負責 LTE第二層通訊協定把關QoS |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 新通訊 2009 年 11 月號 105 期《 技術前瞻 》 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 文．胡士祥/陳慶豪/馬漢裕 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 長程演進計畫(Long Term Evolution, LTE)是第三代夥伴計畫(3GPP)定義的新一代通訊協定，相對於目前所廣泛使用的寬頻分碼多重存取(WCDMA)等第三代行動技術，LTE也稱為第四代行動技術(4G)。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在LTE中，為了提高系統彈性及資源使用效率，在設計上導入動態排程機制，藉由將不同服務對應到不同資料流，以提供足夠的服務品質(QoS)給不同類型的應用服務。由於QoS機制和LTE通訊協定中的第二層(Layer 2)，亦即資料傳輸層密切相關，因此本文將針對此層做深入介紹。
在LTE通訊協定的第二層中，主要包含封包資料匯聚通訊協定(Packet Data Convergence Protocol, PDCP)、無線電連結控制(Radio Link Control, RLC)、媒體存取控制(Medium Access Control, MAC)三個子層(Sublayer)，因此欲了解LTE通訊協定第二層，必須先由這些子層的功能職掌著手。 PDCP把守第二層頭關 圖1為第二層的架構示意圖，從傳送的觀點來看，資料從上層進入第二層的第一道關卡，便是PDCP子層。PDCP子層自上層無線承載(Radio Bearer, RB)取得資料後，會將資料傳送到RLC子層與MAC子層，再由MAC子層進入透過實體層(Physical Layer)進行無線傳輸。資料在各個子層中進行相對應的封裝，子層從上層收到的資料視為此子層的服務資料單元(Service Data Unit, SDU)，經過子層封裝後成為協定資料單元(Protocol Data Unit, PDU)，再傳遞給下一個子層。接收端接收的處理程序大致與傳送反向，子層會對資料進行相對應的處理以及解封裝，在圖1中標示各個子層主要的功能。 在協定中，子層間的溝通大致上以通道(Channel)的方式進行對應(Mapping)。RLC子層與MAC子層間透過邏輯通道(Logical Channel)對應，MAC子層與實體層則是藉由傳輸通道(Transport Channel)對應，實體層以下為實體通道(Physical Channel)用來對應到另一端的實體層。在圖1中，筆者僅就一般的資料流走向進行說明，其他用於控制及廣播的資料流，其處理流程則和一般資料流不盡相同。
封包標頭浪費資源 ROHC對症下藥 PDCP子層負責的主要功能有資料封包的標頭(Header)壓縮與解壓縮、資料加密/解密、資料完整性的保護。 PDCP的協定資料單元格式分成兩種，分別是攜帶資料和序號(Sequence Number, SN)的PDCP Data PDU和攜帶PDCP狀態報告(Status Report)或標頭壓縮控制(Header Compression Control)資訊的PDCP控制PDU。 在LTE通訊協定的設計中，每個無線承載都由一個PDCP實體(Entity)來負責管理，而根據無線承載的不同特性(單向或雙向)，以及RLC是以承認模式(AM)或非承認模式(UM)來傳輸資料，一個PDCP實體可能會對應到一或兩個RLC實體。 此外，值得注意的是，無線承載還可分為專用無線承載(Dedicated Radio Bearer, DRB)和信令無線承載(Signaling Radio Bearer, SRB)兩種，PDCP實體提供無線承載的功能雖然均包含使用者面(User Plane)與控制面(Control Plane)資料傳送、PDCP序號維護、資料加解密、剔除過時資料封包和確保上層資料封包於重建時的順序正確和不重複，但標頭壓縮/解壓縮功能只適用於DRB，資料完整性保護亦僅適用於SRB。 除了對無線承載提供服務外，每個PDCP實體也會對其對應的RLC實體會提供服務，包含承認資料傳送服務(包含PDCP PDU成功傳送通知)、非承認資料傳送服務，同時也負責保證資料封包順序和防止封包重複的任務。 在PDCP實體所負責的各種功能中，標頭壓縮/解壓縮是最重要的功能之一。由於愈來愈多無線連結技術採用以網際網路通訊協定(IP)為基礎的封包資料架構來傳送資料，因此IP標頭(Header)占用的經常性資源(Overhead)問題也越來越嚴重。例如在IP化的語音應用中，一個即時傳輸協定(RTP)的封包所包含的IP標頭、使用者數據電報協定(UDP)標頭和RTP標頭，便會固定占用共40個位元組的傳輸資源，但每一個資料封包中實際包含的語音資料，卻可能只有15～20位元組左右。換言之，一個資料封包中，有高達三分之二的資源未被有效利用。 此外，無線連線比有線連線來得容易遺失封包，且也具有較長往返時間(Round-trip Time)，因此特別需要一種強固的封包標頭壓縮/解壓縮方法。為了提升無線資源的利用率和連結的強固性，網際網路工程任務小組(IETF)在RFC 3095標準中制定了強固標頭壓縮(ROHC)協定技術，並以這個框架(Framework)為基礎定義了四個設定檔(Profile)，分別是No Compression、RTP/UDP/IP、UDP/IP與壓縮安全酬載(ESP)/IP。除了這四種基本設定檔之外，後來業界還陸續研發了其他設定檔。在LTE中支援的ROHC設定檔如表1。
在ROHC中定義了一個ROHC通道，這是一個從壓縮器到解壓縮器的單向邏輯通道，而各組壓縮器和解壓縮器會維護各自的文本資訊(Context)，這個文本資訊包含了壓縮器和解壓縮器用來壓縮與解壓縮的資訊。此外，由於不同組壓縮器和解壓縮器會多工使用同一個ROHC通道，因此在ROHC封包格式中會帶有一個文本身分(Context ID, CID)，用來區別不同的文本，且ROHC通道有自己的CID空間(CID Space)，可分為12位元與4位元兩種大小。在ROHC協定技術中明言ROHC通道有些參數必須設定，這些參數如下：
除了標頭壓縮/解壓縮外，PDCP實體亦負責維護資料完整性和加解密工作。一個PDCP實體須要負責使用者面與控制面的資料加解密，但由於只有控制面須進行資料完整性保護，因此，不管是加解密還是資料完整性保護，都是由上層決定是否啟動，如果啟動的話，執行工作所需的參數也都由上層設定下來。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
  |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
