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UMTS的完整性保护是在PDCP层来完成的吗？

问题已开启普通问题提问者：aoshicanglong|提问时间：2012-04-23

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问题答案（1）

PDCP(Packet Data Convergence Protocol)分组数据汇聚协议

　　PDCP 是对分组数据汇聚协议的一个简称。它是UMTS中的一个无线传输协议栈，它负责将IP头压缩和解压、传输用户数据并维护为无损的无线网络服务子系统(SRNS)设置的无线承载的序列号。
　　压缩技术可以根据二者之一 RFC 2507 或 RFC 3095. RFC 1144年罐头为一些背景知识也使用，并且，虽然技术在RFC没有用于现代 TCP/IP 实施，它仍然显示什么压缩或解压技术看似。
　　如果 PDCP 配置为没有压缩它将送IP小包，不用压缩，它根据它的配置将压缩小包由上层并且附有a PDCP 倒栽跳水和送小包。它使用更低的层数提供的服务称Radio键路控制(RLC)。
　　PDCP 倒栽跳水包括二个领域： PID和PDU类型。
　　PDU类型领域表明PDU是否是数据PDU或顺序编号PDU。
　　PID 领域价值表明倒栽跳水压缩协议键入使用的和小包类型或CID。 ^[1]

PDCP的工作原理

　　分组数据汇聚协议(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)层属于无线接口协议栈的第二层，处理控制平面上的无线资源管理(RRC)消息以及用户平面上的因特网协议(IP)包。在用户平面上，PDCP子层得到来自上层的IP数据分组后，可以对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层。PDCP子层还向上层提供按序提交和重复分组检测功能。在控制平面，PDCP子层为上层RRC提供信令传输服务，并实现RRC信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查。
PDCP子层功能

PDCP子层的主要功能

　　PDCP子层的主要功能如图1所示。

PDCP实体的结构

PDCP协议包括以下具体支持的功能：
　　(1)用户平面数据的报头压缩和解压缩。
　　(2)安全性功能：
　　①用户和控制平面协议的加密和解密；
　　②控制平面数据的完整性保护和验证。
　　(3)数据的传输功能：
　　①下层重建时，对向上层发送的PDU顺序发送和重排序；
　　②对映射到AM模式的RB的下层SDU进行重排序。
　　(4)数据包的丢弃。

1．1 报头压缩

　　在LTE系统中，规定PDCP子层支持由IETF(互联网工程任务组)定义的健壮性报头压缩协议(ROHC)来进行报头压缩。在LTE中，因其不支持通过电路交换域(CS)传输的语音业务，为了在分组交换域(PS)提供语音业务且接近常规电路交换域的效率，必须对IP/UDP/RTP报头进行压缩，这些报头通常用于VoIP业务。
　　典型的，对于一个含有32 B有效载荷的VoIP分组传输来说，IPv6报头增加60 B，IPv4报头增加40 B，即188%和125%的开销。
　　为了解决这个问题，在LTE系统中，设定在激活周期内PDCP子层采用ROHC报头压缩技术，在压缩实体初始化之后，这一开销可被压缩成4～6个字节，即12．5%～18．8%的相对开销，从而提高了信道的效率和分组数据的有效性。
　　IETF在“RFC 4995”中规定了一个框架，ROHC框架中有多种头压缩算法，称为Profile，每一个Profile与特定的网络层、传输层和更上层的协议相关，如TCP/IP和RTP/UDP/IP等。具体的报头压缩协议及属性如表1所示。

　　报头压缩协议可以产生两种类型的输出包：
　　(1)压缩分组包，每一个压缩包都是由相应的PDCP SDU经过报头压缩产生的；
　　(2)与PDCP SDU不相关的独立包，即ROHC的反馈包。
　　压缩包总是与相应的PDCP SDU采用相同的PDCP SN和COUNT值；ROHC反馈包不是由PDCPSDU产生的，没有与之相关的PDCP SN，也不加密。

1．2 安全性功能

　　LTE的安全性是在PDCP层负责的，通过加密(控制平面RRC数据和用户平面数据)及完整性保护(仅控制平面数据)实现。
　　1．2．1 加密/解密
　　在LTE系统中，加密功能位于PDCP实体中，加密对象包括：
　　(1)控制平面，被加密的数据单元是PDCP PDU的数据部分(未压缩的用户面或控制面的PDCP SDU或压缩的用户平面PDCP SDU)和MAC—I域(完整性消息鉴权码)。
　　(2)用户平面，被加密的数据单元是PDCP PDU的数据部分。
　　PDCP实体所使用的加密算法和密钥(KEY)由高层协议配置。一旦激活安全功能，加密功能即被高层激活，该功能应用于高层指示的所有PDCP PDU。PDCP用于加密的参数包括以下2个：COUNT；DIRECTION(传输的方向)。
　　RRC协议提供给PDCP加密功能所需要的参数包括以下2个：BEARER；KEY(控制平面使用KRRCenc，用户平面使用KUPenc)。
　　加密是通过对消息和加密流做异或(XOR)运算来实现的，这里加密流是由基于接入层(AS)导出密钥、无线承载ID、传输方向(上行或下行)以及COUNT值的加密算法所生成的。加密仅适用于PDCP数据PDU。控制PDU(如ROHC反馈或PDCP状态报告)既不使用加密，也不适用完整性保护。
　　1．2．2 完整性保护
　　完整性保护功能包括完整性保护和完整性验证两个过程，完整性保护功能仅应用于SRB。用于PDCP实体的完整性保护功能的算法和KEY由上层配置。一旦激活安全功能，完整性保护功能即被高层激活，该功能应用于高层指示的所有PDCP PDU。PDCP用于完整性保护的参数包括以下2个：COUNT；DIREC-TION(传输的方向)。
　　RRC协议提供给PDCP完整性保护功能的参数包括以下2个：BEARER；KEY(控制平面使用KRRCint)。
　　UE基于上述输入的参数计算X-MAC，进行PDCP PDU的完整性验证。如果计算出的X-MAC与MAC-I相同，则完整性保护验证成功。

1．3 数据的传输

　　控制平面的PDCP PDU和用户平面的PDCP数据PDU都拥有一个序列号SN字段，PDCP子层的发送和接收实体就是通过设置和检查SN字段来实现PDCPPDU的按序发送和接收。PDCP子层在发送侧和接收侧分别维护一个重排序窗口的大小是SN范围的50%。当SN为0～4 095时，即“最大PDCP SN”的值为4 095时，重排序窗口的大小为2 048。
　　在非切换状态下，RLC子层位为PDCP子层提供按序提交和重复包丢弃服务。而在切换状态下，由于UE与两个eNodeB同时通信，因此其RLC子层无法保证按序提交和重复包丢弃，从而需要由PDCP子层来完成这些功能。
　　下面以UE侧的操作为例说明PDCP子层的发送和接收流程。
　　1．3．1 上行发送
　　每一个PDCP SDU对应一个Discard Timer，一旦由高层接收到一个PDCP SDU，即启动该SDU对应的Discard Timer。同时，进行发送相关的状态变量更新及加密、完整性保护等，具体过程如图2所示。

数据上行流程图

　　1．3．2 下行接收
　　在不需重建的普通工作模式下，PDCP实体在接收到RLC AM实体提交的PDCP PDU时，不需执行重排序过程，因为RLC AM在向PDCP实体提交PDCPPDU时，已保证顺序递交。以切换引起的PDCP重建为例，UE先从源eNodeB收到一些PDCP SDU，重建开始后从目的eNodeB接收PDCP SDU(其中部分是源eNodeB转给目的eNodeB的，并且有一些是源eNodeB已发给UE但尚未得到确认的)，因此，UE的PDCP实体收到的PDCP SDU可能是乱序并且有重复的，因此对于RLC AM模式，在重建情况下，PDCP接收实体需对接收的PDCP SDU进行重排序和重复检测。
　　综合上述各种情况，对映射到RLC AM模式的DRB接收处理过程如下：定义接收的PDCP序列号为SN，接收端上一次提交给高层的PDCP SDU序列号为Last_Submitted_PDCP_RX_SN，Reordering_Window为序列号空间50%长度的重排序窗，RX_HFN为接收端当前HFN，Next_PDCP_RX_SN为接收端期待的下一个接收的PDCP序列号，具体流程如图3所示。