SDAP 子层 与PDCP 子层 | 带你读《5G 空口设计与实践进阶 》之十

简介: 用户面的 L2 自上而下包含 SDAP、PDCP、RLC 和 MAC 子层,如图 2-15 所示。其中,SDAP 子层是 NR 新定义的协议子层,其标志性功能是提供 QoS flow(流)映射。PDCP(Packet Data Convergence Protocol)子层主要为映射为 DCCH 和DTCH 逻辑信道的无线承载(RB)提供传输服务。其标志性功能是执行 IP 头压缩以减少无线接口上传输的比特数。

无线接口架构

RRC 层

| 2.4 SDAP 子层 |

用户面的 L2 自上而下包含 SDAP、PDCP、RLC 和 MAC 子层,如图 2-15 所示。其中,SDAP 子层是 NR 新定义的协议子层,其标志性功能是提供 QoS flow(流)映射。

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2.4.1 SDAP 子层功能

SDAP(Service Data Adaptation Protocol)子层具体包括以下功能。
(1)完成 QoS flow 到 DRB 的 QoS 映射。
(2)在上下行数据分组中打上 QFI(QoS flow ID)标识,如图 2-16 所示。

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2.4.2 QoS 管理

图 2-17 所示为 NR 的 QoS 架构。不难发现,NR QoS 管理粒度细化为 QoS流(QoS Flow),这相比于 LTE RAB-RB 简单的 QoS 映射要更为复杂,但是 QoS管理粒度的细化也提高了对多种差异化业务的适应性。
对比图 2-18 中的 LTE QoS 架构。当在 eNB 中建立了 UE 上下文后,MME发起 E-RAB 的建立、修改和释放,并且为 eNB 提供 E-RAB 相应的 QoS 信息。一个 E-RAB(E-UTRAN Radio Access Bearer)是由一个 S1 承载和对应的数据无线承载(DRB,Data Radio Bearer)串联而成,也就是说,DRB 和 E-RAB 是一对一映射的关系。当 E-RAB 建立后,与 NAS 层的 EPS 承载进行一对一的映射。因此可以说,LTE 的 QoS 管理是承载级别的。

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而在 NR 中,单个 PDU 会话(PDU Session)在一个用户面隧道承载,并且可以传送一个或多个 QoS 流的数据分组报文,多个 QoS 流可以根据具体的 QoS要求映射到已建立的 RB 上,或者根据需要新建 RB 进行 QoS 流映射。
如图 2-19 所示,在 PDU 会话中,首先,根据 QoS 需求(如时延、传输速率等),IP 数据分组被映射为 QoS 流,并打上 QFI 标识。随后,QoS 流进一步映射到 DRB 上。QoS 流到 DRB 的映射既可以是一对一的关系,也可以是多对一的关系。具体的映射处理可以通过镜像映射(Reflective Mapping)或指定配置(Explicitcon Figuration)实现。

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镜像映射是指当 UE 获取到 PDU 会话中的下行数据分组对应的 QFI 标识后,即能获知 IP 流与之对应的 QoS 流以及 QoS 流和 DRB 的映射关系。UE 随后在上行数据流中应用相同的映射关系。
指定配置是指 QoS 流和 DRB 的映射关系由 RRC 信令指定。

| 2.5 PDCP 子层 |

PDCP(Packet Data Convergence Protocol)子层主要为映射为 DCCH 和DTCH 逻辑信道的无线承载(RB)提供传输服务。其标志性功能是执行 IP 头压缩以减少无线接口上传输的比特数。
每个 PDCP 子层实体对应一个 RB,同时,每个 PDCP 子层都包含控制面和用户面,具体根据 RB 所携带的信息来确定相应的平面。每个 PDCP 子层实体对应 1/2/4 个 RLC 子层实体(具体须根据单向传输/双向传输、RB 分割/不分割、RLC 模式等确定),如图 2-20 所示。

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2.5.1 PDCP 子层功能

PDCP 子层的功能具体包括:
(1)编号,即添加序列编号(SN,Sequence Number);
(2)头压缩和解压缩(ROHC,Robust Header Compression);
(3)用户数据传输;
(4)加密解密(只针对数据部分);
(5)完整性保护和验证,其中,携带 SRB 的数据 PDU 必须进行完整性保护,携带 DRB 的数据 PDU 根据配置需要进行完整性保护;
(6)重排序和重复检测;
(7)PDCP SDU 路由(当存在 RB 分割时);
(8)PDCP SDU 重传;
(9)PDCP SDU 丢弃;
(10)PDCP 重建并为 RLC AM 恢复数据;
(11)PDCP PDU 复制等。
NP PDCP 子层实体功能如图 2-21 所示。
注意 PDCP 子层的处理过程,在下行方向:
步骤 1 当下行数据到达 PDCP 子层后,首先被存储在一个缓冲区中;随后,对到达的数据进行序列编号;这么做的目的是便于接收端准确判断出数据分组是否按序到达以及是否有重复分组,从而便于对数据分组的重组;
步骤 2 针对用户面数据进行头压缩,也就是说控制面信令不进行头压缩处理,头压缩的功能开关是可配置的;

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步骤 3 完成头压缩后存在两条路径,对于与 PDCP SDU 相关的数据分组必须经过完整性保护和加密,否则直接跳到下一步骤;
步骤 4 添加 PDCP 头;
步骤 5 PDCP SDU 路由或复制。
在上行方向:要经过去除 PDCP 头、解密、完整性验证、重排序或丢弃副本、头部解压缩一系列流程。

2.5.2 NR 与 LTE PDCP 子层对比

对比图 2-21 和图 2-22 可知,NR 和 LTE PDCP 子层的功能和处理流程非常相似,但二者也存在微小的差异。
其一,NR 为了支持双连接,为 PDCP 子层添加了复制功能。其二,NR PDCP子层处理过程增加了数据缓存功能。其三,LTE PDCP 子层的头压缩、完整性保护等功能,或只针对用户面,或只针对控制面,而 NR PDCP 子层则无这种限制。

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| 2.6 RLC 子层 |

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