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UMTS的完整性保護(hù)是在PDCP層來完成的嗎？

提問者: aoshicanglong 提問時(shí)間: 2012-04-23

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問題答案 ( 1 )

PDCP(Packet Data Convergence Protocol)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議

　　PDCP 是對(duì)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議的一個(gè)簡稱。它是UMTS中的一個(gè)無線傳輸協(xié)議棧，它負(fù)責(zé)將IP頭壓縮和解壓、傳輸用戶數(shù)據(jù)并維護(hù)為無損的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子系統(tǒng)(SRNS)設(shè)置的無線承載的序列號(hào)。
　　壓縮技術(shù)可以根據(jù)二者之一 RFC 2507 或 RFC 3095. RFC 1144年罐頭為一些背景知識(shí)也使用，并且，雖然技術(shù)在RFC沒有用于現(xiàn)代 TCP/IP 實(shí)施，它仍然顯示什么壓縮或解壓技術(shù)看似。
　　如果 PDCP 配置為沒有壓縮它將送IP小包，不用壓縮，它根據(jù)它的配置將壓縮小包由上層并且附有a PDCP 倒栽跳水和送小包。它使用更低的層數(shù)提供的服務(wù)稱Radio鍵路控制(RLC)。
　　PDCP 倒栽跳水包括二個(gè)領(lǐng)域： PID和PDU類型。
　　PDU類型領(lǐng)域表明PDU是否是數(shù)據(jù)PDU或順序編號(hào)PDU。
　　PID 領(lǐng)域價(jià)值表明倒栽跳水壓縮協(xié)議鍵入使用的和小包類型或CID。 ^[1]

PDCP的工作原理

　　分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)層屬于無線接口協(xié)議棧的第二層，處理控制平面上的無線資源管理(RRC)消息以及用戶平面上的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)包。在用戶平面上，PDCP子層得到來自上層的IP數(shù)據(jù)分組后，可以對(duì)IP數(shù)據(jù)分組進(jìn)行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。PDCP子層還向上層提供按序提交和重復(fù)分組檢測功能。在控制平面，PDCP子層為上層RRC提供信令傳輸服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)RRC信令的加密和一致性保護(hù)，以及在反方向上實(shí)現(xiàn)RRC信令的解密和一致性檢查。
PDCP子層功能

PDCP子層的主要功能

　　PDCP子層的主要功能如圖1所示。

PDCP實(shí)體的結(jié)構(gòu)

PDCP協(xié)議包括以下具體支持的功能：
　　(1)用戶平面數(shù)據(jù)的報(bào)頭壓縮和解壓縮。
　　(2)安全性功能：
　�、儆脩艉涂刂破矫鎱f(xié)議的加密和解密；
　�、诳刂破矫鏀�(shù)據(jù)的完整性保護(hù)和驗(yàn)證。
　　(3)數(shù)據(jù)的傳輸功能：
　�、傧聦又亟〞r(shí)，對(duì)向上層發(fā)送的PDU順序發(fā)送和重排序；
　�、趯�(duì)映射到AM模式的RB的下層SDU進(jìn)行重排序。
　　(4)數(shù)據(jù)包的丟棄。

1．1 報(bào)頭壓縮

　　在LTE系統(tǒng)中，規(guī)定PDCP子層支持由IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組)定義的健壯性報(bào)頭壓縮協(xié)議(ROHC)來進(jìn)行報(bào)頭壓縮。在LTE中，因其不支持通過電路交換域(CS)傳輸?shù)恼Z音業(yè)務(wù)，為了在分組交換域(PS)提供語音業(yè)務(wù)且接近常規(guī)電路交換域的效率，必須對(duì)IP/UDP/RTP報(bào)頭進(jìn)行壓縮，這些報(bào)頭通常用于VoIP業(yè)務(wù)。
　　典型的，對(duì)于一個(gè)含有32 B有效載荷的VoIP分組傳輸來說，IPv6報(bào)頭增加60 B，IPv4報(bào)頭增加40 B，即188%和125%的開銷。
　　為了解決這個(gè)問題，在LTE系統(tǒng)中，設(shè)定在激活周期內(nèi)PDCP子層采用ROHC報(bào)頭壓縮技術(shù)，在壓縮實(shí)體初始化之后，這一開銷可被壓縮成4～6個(gè)字節(jié)，即12．5%～18．8%的相對(duì)開銷，從而提高了信道的效率和分組數(shù)據(jù)的有效性。
　　IETF在“RFC 4995”中規(guī)定了一個(gè)框架，ROHC框架中有多種頭壓縮算法，稱為Profile，每一個(gè)Profile與特定的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和更上層的協(xié)議相關(guān)，如TCP/IP和RTP/UDP/IP等。具體的報(bào)頭壓縮協(xié)議及屬性如表1所示。

　　報(bào)頭壓縮協(xié)議可以產(chǎn)生兩種類型的輸出包：
　　(1)壓縮分組包，每一個(gè)壓縮包都是由相應(yīng)的PDCP SDU經(jīng)過報(bào)頭壓縮產(chǎn)生的；
　　(2)與PDCP SDU不相關(guān)的獨(dú)立包，即ROHC的反饋包。
　　壓縮包總是與相應(yīng)的PDCP SDU采用相同的PDCP SN和COUNT值；ROHC反饋包不是由PDCPSDU產(chǎn)生的，沒有與之相關(guān)的PDCP SN，也不加密。

1．2 安全性功能

　　LTE的安全性是在PDCP層負(fù)責(zé)的，通過加密(控制平面RRC數(shù)據(jù)和用戶平面數(shù)據(jù))及完整性保護(hù)(僅控制平面數(shù)據(jù))實(shí)現(xiàn)。
　　1．2．1 加密/解密
　　在LTE系統(tǒng)中，加密功能位于PDCP實(shí)體中，加密對(duì)象包括：
　　(1)控制平面，被加密的數(shù)據(jù)單元是PDCP PDU的數(shù)據(jù)部分(未壓縮的用戶面或控制面的PDCP SDU或壓縮的用戶平面PDCP SDU)和MAC—I域(完整性消息鑒權(quán)碼)。
　　(2)用戶平面，被加密的數(shù)據(jù)單元是PDCP PDU的數(shù)據(jù)部分。
　　PDCP實(shí)體所使用的加密算法和密鑰(KEY)由高層協(xié)議配置。一旦激活安全功能，加密功能即被高層激活，該功能應(yīng)用于高層指示的所有PDCP PDU。PDCP用于加密的參數(shù)包括以下2個(gè)：COUNT；DIRECTION(傳輸?shù)姆较?。
　　RRC協(xié)議提供給PDCP加密功能所需要的參數(shù)包括以下2個(gè)：BEARER；KEY(控制平面使用KRRCenc，用戶平面使用KUPenc)。
　　加密是通過對(duì)消息和加密流做異或(XOR)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的，這里加密流是由基于接入層(AS)導(dǎo)出密鑰、無線承載ID、傳輸方向(上行或下行)以及COUNT值的加密算法所生成的。加密僅適用于PDCP數(shù)據(jù)PDU�？刂芇DU(如ROHC反饋或PDCP狀態(tài)報(bào)告)既不使用加密，也不適用完整性保護(hù)。
　　1．2．2 完整性保護(hù)
　　完整性保護(hù)功能包括完整性保護(hù)和完整性驗(yàn)證兩個(gè)過程，完整性保護(hù)功能僅應(yīng)用于SRB。用于PDCP實(shí)體的完整性保護(hù)功能的算法和KEY由上層配置。一旦激活安全功能，完整性保護(hù)功能即被高層激活，該功能應(yīng)用于高層指示的所有PDCP PDU。PDCP用于完整性保護(hù)的參數(shù)包括以下2個(gè)：COUNT；DIREC-TION(傳輸?shù)姆较?。
　　RRC協(xié)議提供給PDCP完整性保護(hù)功能的參數(shù)包括以下2個(gè)：BEARER；KEY(控制平面使用KRRCint)。
　　UE基于上述輸入的參數(shù)計(jì)算X-MAC，進(jìn)行PDCP PDU的完整性驗(yàn)證。如果計(jì)算出的X-MAC與MAC-I相同，則完整性保護(hù)驗(yàn)證成功。

1．3 數(shù)據(jù)的傳輸

　　控制平面的PDCP PDU和用戶平面的PDCP數(shù)據(jù)PDU都擁有一個(gè)序列號(hào)SN字段，PDCP子層的發(fā)送和接收實(shí)體就是通過設(shè)置和檢查SN字段來實(shí)現(xiàn)PDCPPDU的按序發(fā)送和接收。PDCP子層在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)分別維護(hù)一個(gè)重排序窗口的大小是SN范圍的50%。當(dāng)SN為0～4 095時(shí)，即“最大PDCP SN”的值為4 095時(shí)，重排序窗口的大小為2 048。
　　在非切換狀態(tài)下，RLC子層位為PDCP子層提供按序提交和重復(fù)包丟棄服務(wù)。而在切換狀態(tài)下，由于UE與兩個(gè)eNodeB同時(shí)通信，因此其RLC子層無法保證按序提交和重復(fù)包丟棄，從而需要由PDCP子層來完成這些功能。
　　下面以UE側(cè)的操作為例說明PDCP子層的發(fā)送和接收流程。
　　1．3．1 上行發(fā)送
　　每一個(gè)PDCP SDU對(duì)應(yīng)一個(gè)Discard Timer，一旦由高層接收到一個(gè)PDCP SDU，即啟動(dòng)該SDU對(duì)應(yīng)的Discard Timer。同時(shí)，進(jìn)行發(fā)送相關(guān)的狀態(tài)變量更新及加密、完整性保護(hù)等，具體過程如圖2所示。

數(shù)據(jù)上行流程圖

　　1．3．2 下行接收
　　在不需重建的普通工作模式下，PDCP實(shí)體在接收到RLC AM實(shí)體提交的PDCP PDU時(shí)，不需執(zhí)行重排序過程，因?yàn)镽LC AM在向PDCP實(shí)體提交PDCPPDU時(shí)，已保證順序遞交。以切換引起的PDCP重建為例，UE先從源eNodeB收到一些PDCP SDU，重建開始后從目的eNodeB接收PDCP SDU(其中部分是源eNodeB轉(zhuǎn)給目的eNodeB的，并且有一些是源eNodeB已發(fā)給UE但尚未得到確認(rèn)的)，因此，UE的PDCP實(shí)體收到的PDCP SDU可能是亂序并且有重復(fù)的，因此對(duì)于RLC AM模式，在重建情況下，PDCP接收實(shí)體需對(duì)接收的PDCP SDU進(jìn)行重排序和重復(fù)檢測。
　　綜合上述各種情況，對(duì)映射到RLC AM模式的DRB接收處理過程如下：定義接收的PDCP序列號(hào)為SN，接收端上一次提交給高層的PDCP SDU序列號(hào)為Last_Submitted_PDCP_RX_SN，Reordering_Window為序列號(hào)空間50%長度的重排序窗，RX_HFN為接收端當(dāng)前HFN，Next_PDCP_RX_SN為接收端期待的下一個(gè)接收的PDCP序列號(hào)，具體流程如圖3所示。

希望能幫助你

回答者： xhy1331 回答時(shí)間：2012-04-23 15:32

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