（通信与信息系统专业论文）tetra数字集群基站llc层高级链路功能的研究与实现.pdf

中文摘要 中文摘要 t e t r a 数字集群系统提供安全、可靠以及高效率的语音和数据通信，在全球 许多国家得到了广泛的应用。目前，我国所使用的t e t r a 数字集群设备全部依赖 国外进口，不但价格昂贵，而且给国家安全埋下了隐患。因此，开发我国自主知 识产权的t e t r a 数字集群系统具有重要意义。 逻辑链路控制( l l c ) 协议层是t e t r a 数字集群系统协议栈的重要组成部分 之一，负责移动台和基站之间点对点的逻辑链路控制，提供基本链路和高级链路 两种不同的业务。基本链路传送t e t r a 数字集群系统的基本信令消息，高级链路 能够传送较长的数据，同时可以提供比基本链路更好的业务。因此，l l c 协议层 高级链路的开发是t e t r a 数字集群系统协议栈开发的关键。 本文综述了t e t r a 数字集群系统技术特点及其在国内外的发展状况，在分析 t e t r a 数字集群空中接口协议栈的基础上，对l l c 协议层高级链路的功能和工作 过程进行了深入的研究。本论文在分析比较目前协议开发语言、开发方法的基础 上，提出了本次协议栈软件开发的语言、工具以及方法。基于t e l e l o g i ct a u ( 3 2 集 成开发环境，使用u m l 、s d l 以及c 语言实现了l l c 协议层高级链路确认数据 传输和不确认数据传输业务功能，并对l l c 协议层高级链路的3 个测试用例进行 了协议一致性测试，测试结果与e t s3 0 03 9 2 - 2t e t r a v + dp a r t2 ：a i ri n t e r f a c e ) ) 协议描述一致，完全满足设计需求。本文包含图6 2 幅，表4 个，参考文献3 2 篇。 关键词：t e t r a 数字集群；空中接口；l l c ) 高级链路 分类号：t n 9 2 9 5 2 北京交通大学硕士学位论文 a bs t r a c t t e t r ad i g i t a lt r u n k e ds y s t e m sp r o v i d es e c u r e ，r e l i a b l ea n de f f i c i e n tv o i c ea n d d a t ac o m m u n i c a t i o n s ，w h i c ha r eb e i n gw i d e l yu s e di nm a n yc o u n t r i e sa r o u n dt h ew o r l d s of a r , t e t r a d i g i t a lt n m k e ds y s t e m sw h i c ha r eb e i n gu s e di nc h i n a a r ea l lm a d eb y f o r e i g nm a n u f a c t u r e s t h e ya r en o to n l yt o oe x p e n s i v eb u ta l s ot e n dt ot h r e a t e no u r n a t i o n a ls e c u r i t y t h e r e f o r e ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt od e v e l o pt e t r ad i 西t a lt r u n k e d s y s t e mw i t ho u ro w ni n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t l o g i cl i n kc o n t r o l ( l l c ) p r o t o c o ll a y e ri so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r to f t e t r ad i g i t a lt r u n k e ds y s t e mp r o t o c o ls t a c k ，a n di ts h a l lh a n d l et h ep o i n t - t o - p o i n t l o g i c a ll i n k sb e t w e e nt h em o b i l es t a t i o na n dt h eb a s es t a t i o n i tp r o v i d e st w od i f f e r e n t s e r v i c e sc a l l e db a s i cl i n ka n da d v a n c e dl i n k b a s i cl i n ki su s e dt ot r a n s m i tb a s i c s i g n a l l i n gm e s s a g e si nt e t r ad i g i t a lt r u n k e ds y s t e m a d v a n c e dl i n ku s u a l l yt r a n s m i t s l o n g e rd a t a ；m e a n w h i l ep r o v i d e ss e r v i c e sb e t t e rt h a nt h o s ep r o v i d e db yb a s i cl i n k t h e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n to fl l cp r o t o c o ll a y e rf o ra d v a n c e dl i n ki st h ek e yo ft h e d e v e l o p m e n to fp r o t o c o ls t a c ki nt e t r ad i g i t a lt r t m k e ds y s t e m 。 t h et h e s i ss u m m a r i z e st h et e c h n o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft e t r a d i g i t a lt m n k e d s y s t e ma n di t sd e v e l o p i n gs i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d 。b a s e do na n a l y s i so ft e t r a d i g i t a lt r u n k e da i ri n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c k ，w em a d eat h o r o u g hr e s e a r c ho nf u n c t i o n so f a d v a n c e dl i n ki nl l cp r o t o c o ll a y e r n ed e v e l o p i n gl a n g u a g e s ，t o o l sa n dm e t h o da r e g i v e na f t e ra n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gs e v e r a lm e t h o d s b a s e do l lt e l e l o g i ct a u ( 3 2 i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t , t h ea c k n o w l e d g e d d a t at r a n s m i s s i o na n d u n a c k n o w l e d g e dd a t at r a n s m i s s i o ns e r v i c e so fa d v a n c e dl i n ki nl l cp r o t o c o ll a y e ra r e i m p l e m e n t e db yu s i n gu m l ，s d la n dcl a n g u a g e s ，a n dt h ep r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s t s a r em a d eb yu s i n g3o ft h et e s t c a s e s t h et e s tr e s u l t sa r ei na c c o r d a n c ew i t h “e t s3 0 0 3 9 2 - 2t e t r av + dp a r t2 ：a i ri n t e r f a c e ”a n dc o m p l e t e l ys a t i s f yt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t t h et h e s i sc o n t a i n s6 2f i g u r e s ，4t a b l e sa n d3 2r e f e r e n c e s k e y w o r d s t e t r ad i g i t a lt r u n k e d ；a i ri n t e r f a c e ；l l c ；a d v a n c e dl i n k c l a s s n 0 ：t n 9 2 9 5 2 图 图 图2 1空中接口协议栈模型5 图2 2 第二层参考结构7 图2 3l l c 层协议的关系8 图2 4l l c 高级链路的常规功能1 0 图2 5 确认高级链路的p d u 确立1 1 图2 6 单向传输的p d u 交换1 2 图2 7p d u 的双向传输。1 3 图2 8 高级链路的特殊功能1 4 图2 9 选择性重传示例1 5 图2 1 0 流量控制。1 6 图3 1 传统软件开发过程。2 1 图3 2 增量迭代式软件开发过程2 2 图3 3 集成开发环境的组成2 2 图3 4l l c 高级链路的开发流程。2 4 图4 1l l c 高级链路功能模块的划分2 7 图4 2l l c 高级链路的类图2 8 图4 3l l c 高级链路确认模块的类图2 9 图4 4l l c 高级链路的结构图2 9 图4 5a d v a n c e dl i n ka c k n o w l e d g e d 模块的内部结构图。3 0 图4 6l l cp d u 的构成( f c s 是必选的) 。3 0 图4 7l l c 首都的通用格式31 图4 8 高级链路的分段3 l 图4 9 接收来自m l e 的信号4 1 图4 1 0 接收来自a d v a n c e dl i n k 的原语4 2 图4 1 1发起高级链路的建立4 3 图4 1 2 接收来自m a c 的报告4 4 图4 13 建立等待计时器t 2 61 ，4 5 图4 1 4 从发送实体收到a l s e t u pp d u 4 6 北京交通大学硕士学位论文 图4 1 5 接收到a l - s e t u pp d u 后的操作4 7 图4 16q o s 的协商4 8 图4 1 7 发送实体的q o s 确认4 9 图4 18 高级链路的拆除( 1 ) 5 0 图4 1 9 高级链路的拆除( 2 ) 5 1 图4 2 0 非确认高级链路的建立5 2 图4 2 l l i n kc o n t r o l 模块的处理过程5 3 图4 2 2a d v a n c e d _ l i n k _ a c k n o w l e d g e d _ t x 模块的初始化5 4 图4 2 3 确认数据的发送( 1 ) 5 5 图4 2 4 确认数据的发送( 2 ) 。5 6 图4 2 5 分段传输过程5 7 图4 2 6以p d u 的形式的确认数据传输。5 8 图4 2 7 发送实体的流量控制5 9 图4 2 8 选择性重传6 0 图4 2 9 重装配过程( 1 ) 6 1 图4 3 0 重装配过程( 2 ) 6 2 图4 31向m l e 发送数据( 1 ) 6 3 图4 3 2 向m l e 发送数据( 2 ) 6 4 图4 3 3 接收实体的流量控制。6 4 图4 3 4 不确认数据的发送( 1 ) 6 5 图4 3 5 不确认数据的发送( 2 ) 6 6 图4 3 6以p d u 的形式的非确认数据传输6 7 图4 3 7p d u 编码和发送6 8 图4 3 8p d u 解码和路由6 9 图5 1 协议测试模型7 l 图5 2 高级链路建立的测试用例( 1 ) 7 6 图5 3 高级链路建立的测试用例( 2 ) 7 6 图5 4 高级链路传输的测试用例( 1 ) 7 8 图5 5 高级链路传输的测试用例( 2 ) 7 9 图5 6 高级链路拆除的测试用例( 1 ) 8 1 图5 7 高级链路拆除的测试用例( 2 ) 8 2 图5 8 高级链路建立的测试序列图8 3 图 图5 9 高级链路传输的测试序列图8 4 图5 1 0 高级链路拆除的测试序列图。8 5 表 表 表2 1t l a - s a p 上提供的业务1 7 表4 1l l cp d u 类型定义3 1 表4 2l l c 高级链路t m a - s a p 上的业务原语3 4 表4 3l l c 高级链路t l a - s a p 上的业务原语3 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者警名：左。f 签字日期：砧年万月肛日 导师签名： 弓v 听 j 签字日期：阳年月f 文日 北京交通大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：，左。f 签字目期：厶妒年石月f 上e l 致谢 本论文的工作是在我的导师孙昕副教授的悉心指导下完成的，孙昕副教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 孙老师对我的关心和指导。 孙昕副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向孙老师表示衷心的谢意。 北京理工大学的李海副教授在对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵 意见，在此表示衷心的感谢。 在该项目科研和撰写论文期间，与实验室和北京理工大学同学的切磋与讨论 也使我受益匪浅，尤其是姚奇、辛敏、梁海涛师兄和张林、马越等同学，他们在 协议的理解和编程、调试方面给了我很多的帮助，在此向所有与我共同科研的同 学表达我的感激之情。 最后还要感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 业。 序 序 t e t r a 数字集群通信系统是一个空中接口信令开放的系统，调度功能很完善， 因此更适合于专业集群调度拥护随着我国经济的发展，t e t r a 数字集群系统在我 国的应用越来越广泛，具有良好的发展前景。而目前我国数字集群通信的发展还 处于初期阶段，因此开发具有我国自主知识产权的数字集群通信系统具有重大意 义。 逻辑链路控制协议层由基本链路和高级链路组成，是t e t r a 数字集群系统协 议栈开发项目中至关重要部分。与基本链路相比，本文研究和开发的高级链路 可以提供更强大的数据传输功能以及一些新的机制。本项目由北京交通大学和北 京理工大学合作开发，其主要目的是开发一套具有较强的通信处理能力、系统扩 展能力和数据传输能力的t e t r a 数字集群基站系统。它将在公安、铁路、交通等 特种领域执行关键任务，并在处理日常工作和紧急事件中发挥重要的作用。 1 引言 1 1 概述 1 引言 集群通信起源于早期的点对点无线电对讲机，2 0 世纪8 0 年代初发展成为模拟 集群通信系统，后来向数字技术方面发展，成为基于信令通道的数字集群通信解 决方案。数字集群系统在通信过程中，语音数据和信令数据都汇集到事先建立好 的信道上传输，语音质量好，频率利用率比模拟系统大为提高，是2 0 世纪8 0 年 代以来专业无线通信技术发展的高级阶段。数字集群通信从9 0 年代中期开始在全 世界范围内兴起，得到了广泛的应用并取得了良好的社会效益和经济效益。 集群通信的主要原理是通过中央控制器集中控制和管理系统中的每个信道， 并以动态方式迅速将空闲信道分配给需要发起呼叫的用户，从而实现以少量的资 源为大量的用户提供通信服务的目的。其核心思想就是“系统所具有的全部可用 信道都可为系统的全体用户共用”目前，国际上通行的数字集群通信行业标准 有a p c 0 2 5 、t e t r a l p o l 、e d a c s 、t e t r a 、d i m r s ( i d e n ) 、i d r a 和g e o t e k 等7 种【l 】 t e t r a ( 陆上集群无线电通信) 系统是欧洲电信标准协会( e 1 s i ) 在专用移动 通信( p m r ) 和公共接入移动通信( p a m r ) 网络领域惟一支持无线数字集群的开放 标准，它的优势在于可以透过单一技术平台提供指挥调度、数据传输及电话服务 等多种无线通信需求。与传统的模拟集群系统相比，t e t r a 系统由于大量采用了先 进的数字处理技术，因而具备更丰富的服务功能、更有效的频率利用率、更卓越 的通信质量、更强大的保密性能、以及更均匀的覆盖范围 2 1 。 实际上，t e t r a 是一种基于数字时分服用( t d m a ) 无线系统技术标准及一 系列已定义的开放接口、呼叫服务和协议的系统。它不仅提供了直接的一对一数 字全双工蜂窝移动电话服务，还可以提供信息服务、综合数据服务以及拥有一对 多组( 群) 、队调度功能的集团通信。所以t e t r a 技术对于那些需要高度灵活性 通信手段的用户，是一个非常理想的平台。 在数字集群移动通信系统体制中，t e t r a 数字集群通信系统适用于大、中、 小容量的系统。t e t r a 数字集群通信系统大量借鉴了g s m 通信系统的概念，基 于t d m a 方式，采用与g s m 类似的逻辑信道，载波带宽2 5 k h z ，分4 个时隙， 工作频段主要为：3 8 0 m h z - 一4 0 0 m h z 和4 1 0 m h z 4 3 0 m h z 以及8 0 6 m h z - 一8 2 5 m h z 和8 5 1 m h z 8 7 0 m h z 。它采用较先进的a c e l p 话音编码和n 4 d q p s k 调制，支 持蜂窝式连续覆盖 3 1 1 4 。 从安全性能来看，t e t r a 数字集群终端独特的加密技术能够使专业部门有效 北京交通大学硕士学位论文 避免外界的攻击和黑客的非法干扰；使用精确的g p s 全球定位技术为用户的人身 安全和在紧要关头做出及时反应提供了切实保障；统一调度业务能够进行远距离 遥毙、恢复终端的工作。 t e t r a 数字集群通信系统可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电 话服务，它不仅提供多群组的调度功能，而且还可以提供短数据信息服务、分组 数据服务以及数字化的全双工移动电话服务，因此只需一套系统就可以满足一个 组织的多种无线通信需求，同时t e t r a 提供了虚拟专网的功能，可以利用同一个 网络为多个不同的部门服务。正是由于t e t r a 系统具有这些优越性，所以在国内 外有很大的发展，而且用户也有扩大并超越其他标准的趋势【5 l 【6 】。 1 2t e t r a 数字集群系统的特点 t e t r a 系统除了具有集群系统的共用频率、共用设施、共享覆盖区、共享通 信业务和共同分担费用等特点外，还有如下几个特点： 1 ) 可以脱网直通 t e t r a 确定的直通工作模式( d m o ) 可使移动终端之间在没有网络的情况下 直接通话，这对公共安全应用是至关重要的。此外，通过编程能使一些无线发射 台充当网关或者转发器，从而增加基站无线信号的覆盖范围。 2 ) 加密方式灵活 t e t r a 系统在通信过程中对话音、数据和信令实行自动加密，同时识别用 户的合法性。它有三种加密方式可满足用户的不同要求。首先，它的空中接口加 密包括认证、加密、终端禁止，目前在t e t r a 系统中普遍使用。其次，它的端对 端加密适用于对保密性有特严要求的应用场合，用户保持自己特有的密钥，系统 只是为用户提供透明的通信线路和标准接口，并不参与加密过程。第三，它的 双向鉴权加密机制支持对交换管理基础设施( s w m i ) 和移动台( m s ) 进行鉴权。 对s w m i 进行鉴权的目的是为了识别合法的s w m i ，从而防止移动台接入非法的 t e t r a 网络；对移动台进行鉴权的目的是为了识别由单个t e t r a 用户身份识别 码( i t s i ) 标志的用户，从而防止非法移动台接入网络【7 1 。 3 ) 调度业务丰富 t e t r a 系统可以在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输及电话服务，因 此通过一套系统就可以满足一个组织的多种无线通信需求。除此之外，由于t e t r a 是一种数字式标准，它支持广域通信覆盖，传送的话音非常清晰。 4 ) 系统设备具有兼容性 为了确保不同厂商系统设备的兼容性，t e t r a 标准定义了与系统设备以及网 2 l 引言 络中不同资源的接口。各厂商必须将其设备标准化来遵循t e t r a 认证过程，从而 不同厂商的移动和手持终端能够在t e t r a 系统中以同一方式进行运作 1 3 国内外t e t r a 数字集群系统的发展状况 1 ) t e t r a 数字集群系统的发展现状 目前，国外t e t r a 数字集群系统的开发已经非常成熟。美国m o t o r o l a 和法国 e a d s 等公司都已经开发出了多种型号的t e t r a 数字集群系统，并在世界各地得到 了广泛的应用。国外各大厂商研制出的t e t r a 数字集群系统，除了具有传统专业 移动通信网上的组呼、广播呼叫、紧急呼叫、强拆强插、优先呼叫和动态重组等 调度指挥功能外，还具有数据传输功能 8 1 。在t e t r a 数字集群系统上已经开发了基 于电路方式的数据传输功能，无保护传输速率为7 2 k b i t s ，低保护传输速率为 4 8 k b i t s ，高保护传输速率为2 4 k b i t s 。同时还开发了四个时隙同时传输的数 据传输业务，可以实时地传输动态图像。国外各大厂商还在t c p i p 协议的基础上 开发数据传输业务， 相比之下，我国的t e t r a 数字集群系统的发展还处于起步阶段。数字集群通 信的一个重要服务对象是对于调度和安全性要求都很高的特殊行业用户，t e t r a 毕 竟是国外的技术，对于发展我国数字集群通信形成了一定的技术壁垒。同时，国 外的厂商为保护自己的利益，在与国内厂商进行合作时，大多以二进制目标码的 形式提供t e t r a 数字集群系统空中接口协议栈软件，很少提供源代码。这不但影 响到国家的经济利益，对国家安全更是带来很大的隐患。因此，制定具有我国自 主知识产权的数字集群通信技术标准具有更加重要的战略意义，成为当前发展民 族数字集群通信产业十分迫切的需求。 2 ) t e t r a 数字集群系统的发展趋势 在高速发展的电信领域中，为了使t e t r a 能够提供宽带和多媒体业务，延长 t e t r a 技术的生命周期，为t e t r a 语音和数据( v + d ) 用户提供升级的途径，同时 提供与g s m 、g p r s 、u m t s 以及新的公众移动网络( 2 5 g 3 g ) 的互联，t e t r am o u 正积极制定支持更高数据率的t e t r a 标准，即t e t r ar e l e a s e2 。高速数据传输 ( h s d ) 标准的制定原定分为两个阶段进行，第一阶段是基于改进g p r s 和e d g e 系 统的t e t r a 高级分组业务( t a p s ) 标准，第二阶段是t e t r a 强化数据业务( t e d s ) 标准。目前t e t r am o u 正在制定支持t e d s 的t e t r ar e l e a s e2 。随着数据传输率 的显著提高，t e t r ar e l e a s e2 将标准化语音编解码和协议，在维持目前网络优 势的同时加入新的业务和功能，在保证通信的高度安全性和机密性的前提下将移 动蜂窝电话业务、传统p m r 业务和数据传输有效地集成起来，更好地与g s m 、g p r s 、 北京交通大学硕士学位论文 u m t s 和其它系统互联。 而在我国，t e t r a 数字集群系统在今后几年内成为专业无线通信领域最具有潜 力的市场。政府机关、公安、消防、交通、铁路、水利、城市轻轨、电力、石油 和抢险救灾等数十个国民经济部门，都迫切需要建设现代化数字集群通信调度网。 国内部分数字集群通信厂商推断：中国数字集群通信的市场需求量如按照目前国 内5 亿移动用户、比照国际上数字集群通信占公众移动通信市场的比例估算，将 有5 0 0 0 万左右的用户市场空间。正因如此，数字集群通信市场，成为电信厂商新 一轮的角逐焦点。随着专网的发展，共网的建设也逐渐形成。虽然专网不能被取 代，并且还将长时间持续下去，但是可以看到：数字集群的本质是专网，发展趋 势是共网1 7 - 9 。 1 4 论文的选题意义和主要工作 目前，t e t r a 数字集群通信技术发展的劲头异常迅猛，而且在我国的应用需求 也在不断地增加。可是t e t r a 在我国的研究毕竟才处于起步阶段，很多相关的设 备不得不依赖于国外进口。国外的设备不但价格昂贵，而且由于t e t r a 数字集群 系统使用在政府、公安、铁路甚至军队等与国计民生的有关重要部门中，设备完 全依靠进口将对我国的经济发展和国防安全留下重大隐患。因此，研发出具有我 国自主知识产权的t e t r a 数字机群系统意义重大。 本文详细阐述了t e t r a 数字集群系统l l c 层高级链路的工作原理以及开发的 流程。第一章概述了t e t r a 数字集群通信系统及其特点，并分析了t e t r a 数字集 群在国内外的发展状况和趋势。第二章详细分析了t e t r a 数字集群空中接口协议 栈的结构和各模块的作用，同时阐明了高级链路的工作原理以及它和基本链路的 区别。第三章说明了协议栈开发中使用的开发语言和开发工具。第四章论述了逻 辑链路层高级链路各个模块的设计和实现过程。第五章主要阐述了逻辑链路控制 层高级链路的测试大纲、测试内容和测试方法，并对测试结果进行了简要分析。 第六章对全文进行了总结。 4 2t e t r a 数字集群逻辑链路控制协议层 2 1 概述 2 t e t r a 数字集群逻辑链路控制协议层 在计算机网络系统中，采用协议来描述一台计算机与另一台计算机应用程序 之间的通信。同样，在t e t r a 标准中，需要指定一套规则和程序来描述信令与用 户的传输过程【2 】。 t e t r a 空中接口协议是指移动台和基站之间无线通道的信号传输规范，在移动 台和基站的设计中都要遵守这一规范，这样移动台和基站之间才能通信，所以对 空中接口协议的分析非常重要。t e t r a 标准是按照i s 0 开放体系互连参考模型定义 的，它仅仅定义了o s i 模型的下三层通信协议，称为空中接口协议，以保证不同 国家、公司开发的数字集群通信系统在底层是开放的，因而形成一个开放的市场， 有利于通过竞争促进技术进步，而对高层通信协议标准没有进行定义，留给开发 商自己完成【l o j 。 与计算机网络0 s i 参考模型类似，在t e t r a 空中接口协议中规定了分层的结 构，其中的下三层与0 s i 相对应，而较高层的功能应该在用户终端实现【l l l 【1 2 1 ，图 2 1 示出了t e t r a 数字集群空中接口协议栈。 a i 的第3 层 a i 的第2 层 a i 的第1 层 图2 1 空中接口协议栈模型 f i g u r e2 1 m o d e lo f a i ri n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c k 该模型的一个重要的特点就是按照用户业务信息与传输信令进行划分，分别 北京交通大学硕士学位论文 对应着图中的用户面( u s e rp l a n e ) 和控制面( c o n t r o lp l a n e ) 。前者主要处理 电路交换的话音和用户数据，而后者主要处理控制信息和分组业务。 t e t r a 数字集群空中接口协议栈的第一层为物理层，由定时结构和无线电射频 等组成。它包括射频发送和接收、调制和解调、发送和接收的转换、定时、时分 多址( t d 凇) 接入以及移动台的功率控制等，主要功能为处理物理突发，由发送 或接收的比特和符号组成。 t e t r a 数字集群空中接口协议栈的第二层为数据链路层( d l l ) ，主要处理逻 辑连接。它分两个主要子层：媒体访问控制层( m a c ) 和逻辑链路控制层( l l c ) 。 m a c 层主要解决如何将数据进行处理，以适合无线电线路上传输。l l c 处理数据传 输、转发、分段、重新装配以及逻辑链路的管理和控制等工作。 t e t r a 空中接口协议模型的第三层主要分为两个子层，较高层主要由移动性管 理( 删) 、电路模式控制实体( c m c e ) 和分组数据实体( p d ) 组成。埘处理漫游 和位置更新等业务。c m c e 处理呼叫控制、短数据业务以及补充业务。p d 处理面向 无连接的和面向连接用户的分组数据。而较低层称为移动链路实体( m l e ) ，负责 控制较低层与无线电相关的功能，包括无线电连接的管理、登记区之内的移动性 管理、移动台身份管理和服务质量控制等功能。同时，m l e 还负责将上层的用户信 息传递给下面的逻辑链路层，起到下层与上层业务用户之间接口的作用【1 3 1 。 在通信的过程中，上下层之间是用原语进行通信，而对等层之间是用p d u 进 行通信。不同层之间使用的原语也不相同。因此，有了层与层之间的封装性，通 信的机制将更加安全。 2 2 数据链路层的模型 d l l 模型由两个子层构成：l l c 实体和m a c 实体。l l c 实体负责数据传输、转 发、分段、重新装配以及逻辑链路的管理和控制等工作。m a c 实体主要解决如何将 数据进行处理以适合于在无线电线路上传输，图2 2 示出了空中接口协议栈第二 层数据链路层的结构。 6 2t e t r a 数字集群逻辑链路控制协议层 图2 2 第二层参考结构 f i g u r e2 2l a y e r2r e f e r e n c ea r c h i t e c t u r e 在t e t r a 数字集群系统协议栈d l l 模型中，l l c 通过三种不同的业务接入点为 m l e 提供支持不同功能的业务： 1 ) t l a - - s a p 为信令消息提供业务； 2 ) t l b s a p 为广播系统信息提供业务； 3 ) t l c s a p 为层管理、状态和通过数据接入的配置提供业务。 在l l c 与m a c 层通信的过程中，使用t m a - s a p 、t m b - s a p 和t m c - $ a p 三个业务 接入点，它们分别与上面的三个业务点相对应，功能也是类似的。总之，业务点 分离的核心思想就是将信令、广播和层管理相分离，采用不同类型的原语和参数 来描述协议并交换信息。 2 3 逻辑链路控制层的结构与功能 图2 3 示出了t e t r a 数字集群空中接口协议栈l l c 的结构模型。 7 北京交通大学硕士学位论文 ? - ， j j 隰l i r 印髓肼帆l l n 雕嗍舭。l 融懿甜碓列龇一l -o n 哪碓蜊球硅l r 艮辨弘恐荦巩l n 洲般恻畦i 塾删删嗽侧呲_ jk 一。 _ 图2 3l l c 层协议的关系 f i g u r e2 3 r e l a t i o n so fl l c l a y e rp r o t o c o l s l l c 实体是数据链路层的一个子层，负责数据传输、转发、分段、重新装配以 及逻辑链路的管理和控制，仅适用于c 面操作。l l c 提供两种具有不同的业务质 量的链路；基本链路和高级链路( 分别对应图2 3 中的b l 和a 1 ) 。 在基站与移动台的通信建立之前，当移动台与基站取得同步时就存在一条链 路，这条链路叫做基本链路，它提供一个预定义的业务等级，这样就可以减少空 中接口上传输的l l cp d u 头部的比特长度，从而提高物理资源的利用率。当移动 台请求时，基站和移动台之间可以建立一条功能更强大的链路，这条链路叫做高 级链路，它可以提供更可靠的业务，对于大量数据传输具有更高的效率，特别是 用于分组数据的传输。基本链路用来传输基本信令信息，高级链路用来进行大量 数据传输。基本链路是d l l 协议栈的基础，因此移动台必须支持基本链路，但可 以不支持高级链路。 8 2t e t r a 数字集群逻辑链路控制协议层 2 4 高级链路的功能 2 4 1 高级链路与基本链路的关系 t e t r a 数字集群l l c 协议栈包含基本链路和高级链路两个实体。l l c 协议栈基 本链路和高级链路都可以通过t l a s a p 提供确认和不确认消息传输两种业务。当 移动台与基站取得同步后就存在可用的基本链路，而高级链路需要请求才建立， 可以提供比基本链路更好的业务。基本链路可以选择是否使用扩展f c s 差错控制 来减小错误消息的概率，而高级链路必须使用扩展f c s 差错控制。 移动台l l c 每个业务可以最多支持4 条高级链路，l l c 使用本地的e n d p o i n t i d e n t i f i e r 参数来区分不同的链路。l l c 内部可以使用不同的p d u 类型来区分基 本链路和高级链路以及确认和不确认业务。m a c 将e n d p o i n ti d e n t i f i e r 映射到 具体的物理时隙。e n d - - p o i n ti d e n t i f i e r 是本地变量，因此基站与移动台l l c 实 体内的e n d - p o i n ti d e n t i f i e r 是相互独立的。一条链路可以用来提供一个确认的 业务或不确认的业务，由于链路号与具体的时隙相对应，因此如果确认和不确认 的业务具有相同的链路号，那么它们将使用相同的时隙。每一条高级链路都有一 条基本链路与之将对应，它们使用相同的时隙。 2 4 2 高级链路的常规功能 由于高级链路与基本链路都是负责数据的上下层传输，所以它们的有些功能 是类似的，只是高级链路执行这些功能的能力比基本链路更强。高级链路与基本 链路类似的功能主要有m l e 交换控制消息和用户数据、逻辑链路处理、数据发送 顺序设定、重传、差错检测以及接收数据确认等，如图2 4 所示。 9 北京交通大学硕士学位论文 图2 。4l l c 高级链路的常规功能 f i g u r e2 4c o m m o nf u n c t i o n so fl l ca d v a n c e dl i n k 1 ) 与m l e 交换控制信息和用户数据 l l c 协议栈高级链路使用t l a s a p 业务接入点与m l e 进行数据传输，并对 数据传输进行控制。m l e 和l l c 协议栈高级链路之间使用原语进行通信。原语分 为四种类型：请求原语、指示原语、响应原语以及证实原语。本地的m l e 使用请 求原语向l l c 请求一项业务，而l l c 使用证实原语向m l e 证实与请求业务相关 的操作已完成。对方l l c 使用指示原语通知m l e 操作结果。m l e 使用响应原语 来确认接收来自l l c 的指示原语。 2 ) 逻辑链路处理 l l c 负责c 平面t l a s a p 上l l c 链路的建立和维护。可以存在多个l l c 链 路，每条链路具有特定的业务质量，并通过端点标识符( e n d p o i n ti d e n t i f i e r ) 来标 识，m l e 使用携带端点标识符参数的业务请求原语来选择需要的业务。当移动台 和基站取得同步时，它们之间就存在一条基本链路。除基本链路外，m l e 还可以 向l l c 请求更高等级的业务，l l c 将建立一条( 或多条) 高级链路。每一条高级 链路都对应一条基本链路，它们使用相同的物理时隙。当基站与移动台取得同步 后，l l c 协议栈创建一条基本链路，而在接收到来自m l e 创建高级链路请求之后， 拆除基站于移动台同步后自动创建的那条基本链路，并且在创建高级链路的同时 创建一条与之对应的基本链路。 3 ) 数据发送顺序设定 与基本链路类似，l l c 高级链路控制l l cp d u 的发送顺序。l l c 高级链路将发 l o 2t e t r a 数字集群逻辑链路控制协议层 射缓存器中的l l cp d u 按优先级高低进行排序，然后使用t m a - u n i t d a t ar e q u e s t 原语将l l cp d u 按优先级从高到低的顺序逐个发送至m a c 。 4 ) 取消s d u 发射 在高级链路中，第一段尚未发送的时候，数据链路层就可以取消t l - s d u 的 传输。当接收一个业务用户的t l - c a n c e l 请求原语时，如果发送还没有开始， l l c 将从发送缓存中删除一个t l s d u ，并用t l - r e p o r t 原语指示取消完成，并 不发送t l s d u 。如果l l c 已经向m a c 发送了t l s d u 的第一个段，并且还没 有确认该段，则l l c 也可以发送t m a - c a n c l e 请求原语取消该t l - s d u 的传输。 如果来自m a c 的报告t m a - r e p o r t 表示m a c 已经退出了传输，则l l c 将从发 送缓存中删除相应的t l - s d u ，并且使用一个t l - r e p o r t 指示原语向业务用户指 示取消成功( t h