6.1 接口协议分层设计原理

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在本章将介绍WCDMA接入网的协议结构和信令过程。

WCDMA的R99版本中就引入了新的接入网UTRAN, UTRAN内部包含lub和Iur接口，UTOAN使用Iu接口与核心网相连接。接入网的底层传输使用ATM技术，在ATM层之上，对于每个UTRAN接口，3GPP都定义了特定的信令接口技术规范。

本章首先对UTRAN每个接口协议设计的原则进行说明，并且说明各个接口的功能关系，然后对Iub、Iur和Iu接口逐一进行介绍。

6.1 接口协议分层设计原理

为了降低网络设计和实现的复杂度，多数网络在网络结构上采用分层结构。使用网络分层结构，可以将网络的某些特定功能集中在特定的网络层中实现，网络的层与层之间的功能相对独立，这样可以有效降低整个网络的功能实现的复杂度，使网络结构具有更好的开放性和灵活性。在分层的网络结构中，下层网络向上层网络提供服务，而上层网络使用下层网络提供的服务并完成本层需要完成的功能。

在一个网络中的两个网络通信节点之间，其中一个节点的某个网络层（如层n）负责与另一个网络节点的相同网络层(层n)之间完成会话功能，而这种会话是遵循某种约定来进行的，这些约定规定了如何处理两端之间的通信，这种端对端网络层的通信约定也就是该网络层（层n）使用的协议。

ISO (International Standards Organization)的 OSI (Open Systems Interconnection) 的标准七层协议网络模型结构如图6-1所示。

(1)层1:物理层

物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理连接可以通过中继系统，允许进行全双工或半双工的二进制比特流的传输。物理层的数据服务单元是比特，它可以通过同步或异步的方式进行传输。物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。媒体和互连设备物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤和无线信道等。

(2)层2:数据链路层

数据链路层（Data Link Layer）的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。数据链路层负责完成网络中相邻节点之间可靠的数据通信。 数据链路层的功能包括：负责链路连接的建立、拆除和分离；帧定界和帧同步；数据收发的顺序控制；差错检测和恢复。

(3)层3:网络层

网络层（Network Layer）负责使用数据链路层的服务将每个报文从源端传输到目的端。网络层的功能主要包括：在各个网络节点之间的路由选择和中继；激活、终止网络连接；在一条数据链路上复用多条网络连接；差错检测与恢复；数据传输的排序、流量控制。

(4)层4:传输层

传输层（Transport Layer)的主要功能是完成网络中端到端之间的数据通信，这种通信可以是有连接的，也可以是无连接的。TCP和UDP就是典型的传输层 协议。

(5)层5:会话层

会话层（Session Layer)负责会话两端的会话控制。会话层负责的功能包括：对会话参数进行协商、识别各个会话连接并完成会话地址到传输地址的映射。

(6)层6:表示层

表示层（Presentation Layer)的作用是为通信双方提供一种公共语言，以便能进行互操作。在实际通信中，通信双方使用的数据表示法可能是不同的，这时便需要会话层来完成这种转换。

(7)层7:应用层

应用层（Application Layer)负责完成特定应用所需要的功能，例如文件传输、电子邮件和游戏等。在实际的通信系统中，并不是完全严格按照7层协议结构来进行分层的，例如，通常层5、层6可以被认为是应用层的一部分功能，而不是存在单独的层5、层6网络层。层4通常在数据通信中使用。

下面重点介绍SDU和PDU。

在分层网络结构中，网络层层n负责向其上层提供数据传输服务，层n为上层传输的数据单元称为层n的SDU (Service Data Unit)。在网络两个节点之间对端层n传输的数据单元称为层n的PDU (Protocol Data Unit)。例如，层3为上层(层4)提供传输L3-SDU (=L4 PDU)的服务，而两个网络节点的层3之间使用的数据传输单元为L3-PDU。网络上层协议使用的PDU即为其下层协议的SDU。

一个协议层的PDU可以包含一个协议头和来自SDU的数据载荷部分。一个协议层的SDU可能在该层协议内部进行分割和级联处理。这样一个协议的PDU 中可以包含该层协议一个SDU的一部分，或者包含多个SDU (多个SDU被进行级联处理）。

一个端对端的通信协议实体之间数据交换通常包含两类PDU:—类是数据PDU，数据PDU的头字段会包含控制信息，而载荷部分则来自该层协议的SDU；另一类则是控制PDU，控制PDU中仅仅包含控制信息，专门用于端对端通信的控制，而不包含任何SDU的内容。

图6-2所示为协议中SDU与PDU的关系。

在这个图中，协议层n为其上层协议传输数据，这个数据就是SDU,在协议层n中，对需要传输的SDU进行分割操作，SDU被分割为3段，分别填充到3 个数据PDU的载荷部分中，在这个图示中并没有包含级联操作或者可能的数据填充补齐操作。对于每个数据PDU,都会是用一个包含控制信息的协议头。除了数据PDU,协议层n还向对端协议实体发送控制PDU。这样控制PDU和数据PDU 被发送给协议对端。在接收端，同层协议（协议层n）会根据收到的控制PDU信息，作相应的协议规定的处理工作，并且接收端根据数据PDU中的头字段信息，可以完成对协议层n SDU的恢复，在恢复出SDU数据后，接收端的协议层n会将SDU提交给其高层处理。