5G RLCAM模式的数据传输详解

Posted 2023-01-20 从善若水

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
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AM模式的数据传输详解

       在5G NR中，RLC有TM、UM和AM三种不同的业务模式，每种模式都可以发送和接收数据，根据其需求提供不同的逻辑信道。本篇博文介绍了AM模式数据传输。

RLC AM模式的特点：

• 在发送和接收端都实现了缓存；
• TX侧会进行分段。而RX侧会进行分段重组；
• 对于每个RLC PDU都要求有反馈机制（ACK或者NACK）；
• SRB1/SRB2/SRB3和DRBs都采用RLC AM模式；
• AM模式的SN长度可以是12bit或者18bit；
• RLC AM模式一个完整的或者分段的SDU与一个SN相关联；

如何通过RLC进行数据传输？

       RLC实体通过PDCP层接收/发送PDCP PDUs（也就是RLC SDUs），并通过MAC和PHY层向对端RLC实体发送/接收RLC PDUs。

• PDU是一个层的输出；
• SDU是一个层的输入；

PDU的传输顺序是什么？

RLC AM模式下按照下面的顺序进行PDU传输：

• 控制PDU（RLC 状态PDU）；
• 重传PDU；
• 分段的PDU；
• 完整的PDU；

RLC传输（完整或分段的PDU）

下图描述了完整和分段的PDU的传输。

RLC PDU(s)的传输数量与MAC TB的大小有关。如果MAC TB大小不足以传输完整的RLC PDU，则RLC将会对RLC PDU进行分段。MAC的TB大小取决于基站对终端的上行授权字节数，这与当前的空口环境有关。

• SI：SI字段表示RLC PDU中是否包含完整的RLC SDU，或者RLC SDU的第一段、中间段、最后一段；
• SO：分段偏移量（不用于第一个分段）；

RLC AM模式数据重传

在AM模式下，每个RLC PDU以序列号升序发送，并存储在重传缓冲区中。由于RLC AM支持ARQ以保证可靠交付，因此UE会发送RLC STATUS PDU报文，通知发送侧UE当前接收到的RLC PDU。如下图所示：

• SN=2 的RLC PDU丢失；
• 所以在UE发送的RLC STATUS PDU中ACK SN=4，NACK SN=2；
• 发送侧收到RLC STATUS PDU后，从DU中重发SN=2的RLC PDU。

RLC的最大重传次数

如果STATUS PDU被丢弃，则在轮询重传定时器（Poll Retransmission timer）到期后，重传SN=2的RLC PDU——该RLC PDU是DU最近一次传输的RLC PDU。如果轮询重传定时器过期次数超过maxRetxThreshhold阈值，则触发RLF (Radio Link Failure)，释放终端。

RLC Window Stall

当TxNext和TxNextAck之间的差等于SN窗口大小（最大SN大小的一半）时，RLC窗口发送停滞。如下图所示，窗口停滞发生了，如果重传缓冲区中没有RLC PDU，则重新传输SN最高的PDU （SN=131172）。

• TxNext：该状态变量保存了要为下一个新生成的AMD PDU分配的SN值；
• TxNextAck：该状态变量保存了按序下一个期望收到ACK的RLC SDU的SN值，作为发送窗口的下界。

当出现窗口停滞时，CU向PDCP发送请求，要求停止发送数据。根据规范，当发送的PDUs（WINDOW_SIZE =13072）没有收到ACK时，就会发生停滞状态，这意味着DU必须维护131072个缓冲区。

这里有一个问题：

• 由于系统限制，DU可能不支持这种巨大的缓冲区；
• 可能的情况是，虚假的UE消耗了所有的缓冲区，而没有为其它UE留下缓冲区。
  
  
  因此，可以根据此公式修改窗口停滞条件的阈值：
• Window Stall Threshhold = (MAX_DATA_RATE/AVG_PDU_SIZE)*RLC_RTT
• RLC_RTT = Status Prohibit Timer + MAX_HARQ_RETX
• 其中：
  • MAX_DATA_RATE: Maximum Data Rate Supported by UE
  • RLC_RTT: RLC Round Trip Time
  • MAX_HARQ_RETX: Maximum Harq Retransmission
  • AVG_PDU_SIZE: Average RLC PDU Size

RLC AM模式下PDU的接收和重组

• AM PDU是从MAC层接收的；
• 如果RLC PDU SN在接收窗口内，则RLC继续后续处理；如果不在，则直接丢弃该数据包；
• RLC层还会检查AM PDU是否携带已经接收到的RLC SDU分段字节（检查是否重复）。当接收到的AM PDU包含新数据时，它继续进行处理；
• RLC将AM PDU放在接收缓冲区中；

定时发送状态报告，向终端共享上行数据包的接收状态。下面两幅图描述了在定时器t-reassembly （t1，t2，t3）期间内对RLC数据包的处理，以及RLC UL状态变量的更新。假设在每个t-reassembly中，会接收50个RLC PDU，在每个t-reassembly期间，都会发送STATUS PDU。由于没有从UE接收到TB （MAC传输块），所以RLC SN丢失了。

如上图所示，具有RLC SN（5~8）的MAC TB在t1时间丢失，在t2时间由于HARQ重传而收到。从图中可以看出，在t2时间内发送的状态PDU中没有AckSn=5。

• 注意：t1时间内的数据包丢失将在t3时间内使用STATUS PDU通知UE（使用NackSn）。

上图中，包含RLC SN(5~8)和RLC SN(40~49)的MAC TBs在t1持续时间内丢失。在t2中，Status PDU在接收到带有RLC SN(5~8)的Harq Retx (Harq retransmit TB)之前发送，因此Status PDU不报告收到RLC SN(5~8)，只发送Status PDU(AckSn-5)。t2到期后，假设RLC SN(40~49)的MAC TB丢失，将丢失的数据包信息在Status PDU（AckSn-50,NackSn-40，range-10）中发送给UE。

t1丢失的RLC包在t3的STATUS Report中上报给UE。在STATUS PDU （AckSn 50，NackSn-40，range10）中。SN(40 - 49)中的PDU被认为丢失或丢弃。

• 注意：Reassembly timer是DU-RLC等待UE对丢失的RLC包进行HARQ重传的时间。

接收和重组RLC计时器

• t_Reassembly：t_Reassembly >= DL数据包到达UE的时间 + HARQ 的时间；
• t_{pollretransmit}：t_{pollretransmit} >= t_{statusProhibit} + 2 PUSCH transmission ( BSR + RLC Status PDU)；
• t_{statusProhibit}：HARQ RTT <= t_{statusProhibit} <= t_Reassembly；

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