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WCDMA 系统联合 RLC 的流控策略研究
丁雅帅，罗新龙**
作者简介：丁雅帅，（1987-），女，河北人，硕士，主要研究方向为移动通信。
通信联系人：罗新龙，（1972-），男，研究生导师，主要研究方向为移动通信、异构网络等
（北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876）
摘要：在 WCDMA 系统中，多个 NodeB 通过 Iub 接口与一个 RNC（Ratio Network Controller）5
连接，为了避免在高速数据传输过程中出现 NodeB 缓存数据溢出以及严重的数据延迟现象，
需要采用流量控制来限制从 RNC 发往 NodeB 的数据量。为了纠错重传而引入的 RLC（Ratio
Link Control），其发送窗机制本身也具有一定的流量控制功能，本文通过对联合 RLC 的
Iub 流控策略进行系统仿真，研究 RLC 窗机制与 Iub流控对系统性能的影响。仿真结果表明，
RLC 窗机制能有效的缓解 NodeB 中数据的拥塞现象，而联合 RLC的 Iub 流控策略进一步缩短10
了数据包在 NodeB 中的延迟时间，同时减少了 RLC 不必要的重传，保证了系统吞吐量。
关键词：RLC；流量控制；WCDMA；系统性能
中图分类号：TN92
Flow Control Research Combined with RLC in WCDMA 15
system
DING Yashuai, LUO Xinlong
(School of Information and Communication Engineering,Beijing University of Posts and
Telecommunications, Beijing 100876)
Abstract: Several NodeBs are connected to one RNC via Iub interface in WCDMA system. In 20
order to avoid data overflow in NodeB and serious data delay during high speed data
transmission,flow control method is needed. Flow control can control the amount of data which
are transferred from RNC to NodeB. Ratio link control is used to data retransmission and make
sure data is transferred corrected. The window mechanism can also control the amount of data.
This paper analyse the effects of RLC window mechanism and Iub flow control on system 25
performence by system simulation. The simulation results show that the RLC window mechanism
can efectively alleviate the congestion of data in NodeB,and the Iub flow control method
combined with RLC decrease the data delay in NodeB further. It reach a stable user throughput
while reducing the unnecessary data retransmission in RLC.
Keywords: Ratio Link Control; Flow Control; WCDMA; system performence 30
0 引言
为了适应多媒体服务对高速数据传输日益增长的需要，HSDPA 技术[1]在 3GPP 制定的
WCDMA标准 Release5版本中被正式引入，其下行峰值速率可以达到 14Mbps。然而，在无
线网络中，Iub资源相对紧张，NodeB中的数据缓存容量受限，当传输突发性业务时，一旦35
大量数据到达 RNC，并不受限制的下发到 NodeB，则会引起 NodeB中严重的数据拥塞，并
可能导致丢包。因此有必要提供一种有效的流量控制策略，控制 RNC向 NodeB下发的数据
量，在保证数据正常传输的前提下避免 NodeB中的数据拥塞现象。
虽然对 Iub流量控制的研究已经得到了业界的广泛关注 [2][3][4] [5]，但是在以前的研究中
往往忽略了对实际数据链路传输 RLC（Radio Link Control）的考虑，只是单纯的描述了 Iub40
流控对系统性能影响。为了处理由于无线链路连接失败引起的丢包，引入了 RLC[6]。RLC
自身的窗机制，会限制 RNC 向 NodeB 发送的数据量，从而在一定程度上缓解了 NodeB 中
的数据拥塞。然而一旦 RLC 检测到数据包的丢失，则认为是链路连接失败，故会对数据包
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进行重传，一旦数据包的丢失是由NodeB的拥塞引起，则RLC的重传会加剧数据包在NodeB
中的延迟，从而导致系统性能的进一步恶化。故有必要基于实际的 RLC 机制，研究 Iub 流45
量控制策略对系统性能的影响。本文提出了一种基于 NodeB 独立队列缓存状态的流量控制
策略，并通过仿真和分析研究了在 RLC机制下该流控策略对WCDMA系统性能的影响。
本文首先介绍了WCDMA系统中的 HSDPA技术架构；接着对 RLC层流控功能进行描
述，并介绍了一种基于 NodeB 队列缓存状态的 Iub 流控策略；然后对三种不同场景进行了
仿真与分析；最后对本文进行总结。 50
1 HSDPA技术系统架构
WCDMA R99版本提供了 384kbps的数据速率，这个速率对大多数分组业务基本够用，
但是，对于许多对流量和延迟要求较高的数据业务，如视频、流媒体和 FTP 等，需要系统
提供更高传输速率和更短的时延。HSDPA技术则是WCDMA网络建设中提高下行容量和数
据业务速率的重要技术，它可以在不改变 WCDMA 系统网络架构的基础上，大大提高用户55
下行传输速率。
HSDPA技术架构主要包括三部分，分别是 RNC、NodeB和 UE（User Equipment），如
图 1所示[1]。HSDPA功能主要对 NodeB修改较大，在MAC（Media Access Control）层新
增了 MAC-hs实体，最 RNC主要是修改算法协议软件，硬件影响很小。MAC-hs实体位于
NodeB而不位于 RNC，其作用主要是负责 HARQ操作及快速调度算法。 60
图 1 HSDPA系统架构
HSDPA system sturctrue
2 流量控制 65
RLC层流量控制
RLC 提供了数据分段与纠错重传功能，RLC 实体有三种工作模式[6]：透明模式，非确
认模式，确认模式。对可靠性要求较高的数据一般采用确认模式工作模式进行传输，ARQ
（Automatic Repeat-reQuest）机制仅在确认模式中使用，本文仅针对确认模式进行讨论。
RLC采用发送窗来限制下发数据包的个数，发送窗的更新基于接收端反馈的状态报告，70
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为了保证数据的可靠传输，RLC发送端需要对未收到确认反馈的数据包进行重传。在对 RLC
确认模式进行实际建模过程中采用简化处理。其中，状态报告反馈机制仅支持两种：接收端
周期反馈和发端POLL标志触发，POLL标志位设置条件为发送窗最后一个RLC PDU或RLC
SDU的最后一个分段。对于重传超过最大限定次数仍未被正确 ACK（Acknowledge）的 RLC
PDU，发送端直接进行删除。 75
Iub流量控制基本原理
目前流量控制算法主要以 NodeB为主，RNC发送 HS-DSCH CAPACITY REQUEST消
息向 NodeB请求缓存空间来接收MAC-d数据流，NodeB接收请求消息，同时根据监测得到
的 NodeB缓存数据量，以及当前空口发送能力，通过 HS-DSCH CAPACITY ALLOCATION
消息通知 RNC 在一定时间内允许下发的最大流量限制[7]，图 2 举例说明了典型的流控消息80
传输过程。
RNC NodeB
Capacity Request
Capacity
Allocati
on
Capacity
Allocati
on
Capacity
Allocati
on
初始分配
缓存数据少，
增加容量分配
缓存数据满，
减少容量分配
NodeB
buffer
图 2 流量控制基本流程
Flow control basic process diagram
85
CAPACITY ALLOCATION消息主要包括：MAC-d PDU长度限制，传输MAC-d PDU
的 Interval周期，在 Interval传输周期内允许 RNC传输给 BodeB的 MAC-d PDU个数限制
HS-DSCH Credits以及 Interval传输周期可以持续的周期个数 HS-DSCH Repetition Period，
当 Repetition Period为 0时，则一直持续到下一次 CAPACITY ALLOCATION的发送。
Iub流控算法描述 90
估计 NodeB中MAC-hs队列缓存时间
根据 NodeB 中缓存总数据量 QueueLen和滤波速率 Vout_filted计算 MAC-hs 队列缓存
时间 TM：
= / _TM QueueLen Vout filted (1)
其中， 1 2_ max( _ , _ ,..., _ )nVout filted Vout filted Vout filted Vout filted= ，对空口95
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速率的统计周期为一个滤波周期的 1/n，选取一个滤波周期内的最大空口速率用于对 TM进
行估计。需要设定初始 Vout_filted值，用于第一次进行流控处理。
判断MAC-hs队列状态
根据 TM值结合 QueueLen判断 MAC-hs队列状态：Bottom态、Low态、Middle态、
High态，初始状态为触底态 Bottom态。 100
计算分配带宽
根据上一步骤得到的队列状态计算分配的带宽 BwReq。
如果队列状态为触底态，且在一段时间内 LOW态所占比例较高：
= min(max( _ _ * ,
_ * _ ), )
BwReq Vout from cqi ScaleFactor
Vout last ScaleFactor bottom MBR
(2)
否则： 105
= min( _ * _ , )BwReq Vout last ScaleFactor queState MBR (3)
ScaleFactor_QueState 为不同队列状态下的比例参数。分配带宽不可大于用户最大的发
送速率 MBR。Vout_last为上一个空口速率统计值，当队列状态为触底态，且 LOW 态在一
段时间内所占比例达到一定数值时，可以将 UE上报的 CQI转换为 UE速率 Vout_from_cqi，
用于 BwReq的计算，避免空口资源的浪费。 110
计算 CAPACITY ALLOCATION相关参数
MAC-d PDU长度限制Max MAC-d PduLen以及 Repetition Period可以配置。
根据MAC-d PDU长度限制与上一步骤计算得到的 BwReq选取合适的 Interval大小，最
后计算每个 Interval时间内允许 RLC向MAC下发数据包的最大数量 Credits：
* / ( )Credits BwReq Interval Max MAC d PduLen= − (4) 115
3 仿真结果与分析
仿真假设
选取三种仿真场景，（1）基线场景，不添加 RLC功能，高层业务在 RLC进行透传；
（2）增加 RLC功能，但没有流量控制；（3）增加 RLC功能并添加 Iub流量控制。
业务模型选用 Burst突发业务，具体参数配置见表 1。 120
125
130
135
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表 1 仿真参数 140
Tab. 1 Simulator parameters
Parameter Value
HS-DSCH UE category 10(16QAM)
调度算法 PF（Proportional Fairness）调度准则
Burst业务 文件长度正对数分布均值：
文件长度正对数分布方差:
最大文件长度: 125000Bytes
平均文件到达时间间隔：5秒
RLC配置 发送/接收窗大小：2048
RLC PDU 长度：656
最大重传次数：3
状态报告反馈周期：100ms
流控参数配置 流控周期：40ms
最大MAC-d PDU长度：656bits
重复周期（Repetition Period）：0
流控消息延迟：0
HIGH态门限：80ms
LOW态门限：20ms
HIGH态迟滞：20ms
LOW态迟滞：20ms
初始空口速率：64kbps
仿真时间 总仿真时间：40sec
系统启动时间（不进行数据统计）：4sec
仿真结果与分析
下面给出了上述三种仿真场景下的数据包在 NodeB 中的平均缓存时间、BurstRate 与
RLC 有效速率，为了体现在不同小区负载下该流控策略对系统性能的影响，我们分别对每145
个扇区中接入 UE数目为 1/2/4/8四种负载情况进行了仿真。
1 2 3 4 5 6 7 8
0
1
2
3
4
UE number per sector
M
A
C
S
D
U
W
ai
tin
g
Ti
m
e
av
g/
(s
)
MAC SDU Waiting Time
baseline
add RLC
add RLC,add FC
图 3 MAC SDU缓存时间均值
Average MAC SDU Waiting Time
150
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1 2 3 4 5 6 7 8
1
2
3
4
5
6
7
8
UE number per sector
B
ur
st
R
at
e/
(M
bp
s)
BurstRate
Baseline
add RLC,no FC
add RLC,add FC
图 4 Burst速率
BurstRate
1 2 3 4 5 6 7 8
0
1
UE number per sector
R
LC
e
ffe
ct
iv
e
sp
ee
d
av
g/
(M
bp
s)
RLC effective speed
no FC
add FC
155
图 5 RLC有效速率
RLC effective speed
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通过观察数据包在 NodeB中的缓存时延MAC SDU Waiting Time可以看出，配置 RLC
层相对于没有 RLC功能的场景，NodeB中数据拥塞情况得到了一定程度的缓解，而增加 Iub160
流控策略后，则进一步缩短了数据包在 NodeB中延迟。
通过观察 BurstRate曲线，可以看出增加 RLC功能并未影响MAC层速率，而联合 RLC
功能的 Iub 流控策略尽管在一定程度上限制了 RNC 向 NodeB 下发的数据量，降低了
BurstRate，但是并没有降低 RLC 层有效速率，即联合 RLC 的流控策略有效的避免了 RLC
不必要的重传，减少了 RNC向 NodeB下发的总数据量，减轻了空口负担，同时保证了数据165
的正常传输。
4 结论
在WCDMA系统的 HSDPA技术中，由于其支持更高的数据传输速率，而 Iub口资源有
限，有必要采用一种流量控制策略，实现对 Iub 资源的充分利用。本文描述了 RLC 窗机制
的流量控制作用，同时介绍了一种基于 NodeB 中 MAC-hs 队列状态的 Iub 流控策略，该策170
略结合 RLC窗机制，在保证了用户面吞吐稳定性的同时有效的减少了突发业务在 NodeB中
的堵塞。在多用户的情况下，由于不同业务的优先级有所差异，如何将流量控制策略和MAC
实体的调度机制有效的结合起来，这将是本文下一步的研究重点。
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