5G-Advanced系统中的延迟状态报告(DSR)技术深度研究报告:架构演进、业务逻辑与调度机制
业务逻辑与调度机制
随着第五代移动通信技术（5G）向5G-Advanced（3GPP Release 18及以后版本）演进，网络优化的重心已从单纯的峰值吞吐量转向对业务感知和确定性时延的深度支持。在这一进程中，延迟状态报告（Delay Status Report, DSR）作为一项关键的增强功能，被引入以解决扩展现实（XR）、超高可靠低时延通信（URLLC）等对时延极度敏感业务在空口调度中的瓶颈问题。传统的缓冲区状态报告（BSR）仅能反映待传输数据的总量，而无法告知基站这些数据在时间维度上的紧迫性。DSR的引入补齐了这一短板，通过在介质访问控制（MAC）层上报待传数据的剩余生存时间，使基站（gNB）能够实现“延迟感知”的资源调度。第一章延迟状态报告（DSR）的引入背景与战略意义
在5G初期（Release 15/16），系统的QoS框架主要围绕保证比特率（GBR）和非保证比特率（Non-GBR）展开。尽管引入了5QI映射机制，但基站在进行上行调度时，主要依赖于用户设备（UE）上报的BSR信息。BSR告知基站逻辑信道组（LCG）中待传输的数据量，基站据此分配物理上行共享信道（PUSCH）资源。然而，对于XR业务而言，其流量特征表现为大带宽、周期性突发以及极高的时延抖动敏感度。XR业务中的每一帧图像或每一个姿态感知包都有严格的丢弃定时器（discardTimer）。如果一个数据包在上行链路中排队时间过长，即使最终成功传输，也可能因为错过了应用层的渲染时窗而变得毫无意义。在BSR架构下，如果两个数据包同时在缓冲区排队，基站无法区分哪个包更接近截止日期。DSR的引入正是为了打破这种“黑盒”状态，让UE能够显式地告知基站：目前缓冲区中有多少数据是“延迟临界”（Delay-critical）的，以及这些数据的最短剩余生存时间（Shortest Remaining Time）是多少。传统BSR与DSR的维度对比
为了深入理解DSR的价值，必须从调度决策的维度进行分析。下表展示了调度辅助信息的演进：维度 | 传统BSR信息 | DSR增强信息 | 调度增益 |
空间维度 | 缓冲区数据总量（Bytes） | 延迟临界数据量（Delay-critical Volume） | 提高资源分配的精准度，减少填充浪费 |
时间维度 | 无（仅隐含优先级） | 剩余生存时间（Remaining Time） | 实现基于截止日期的优先级调度（EDF） |
业务维度 | 逻辑信道组（LCG）标识 | 丢弃阈值感知、PDU集合属性 | 支持XR多模态流的差异化处理 |
反馈频率 | 周期性或基于数据到达触发 | 基于延迟阈值越界触发 | 降低冗余信令，捕捉时延紧急状态 |
DSR并非一个孤立的协议，它是横跨分组数据汇聚协议（PDCP）、无线链路控制（RLC）以及介质访问控制（MAC）层的协同机制。其核心逻辑在于将高层的定时器状态转化为底层的调度辅助信息。PDCP层的定时器管理与延迟判定
在5G协议架构中，PDCP层是负责SNDCP PDU生成、完整性保护及加密的层，同时它也承担着discardTimer的管理任务。当一个SDU从上层到达PDCP层时，系统会为其启动一个丢弃定时器。在Rel-18的DSR框架下，PDCP层需要向底层提供“延迟临界”指示。- 剩余时间监测：PDCP层持续监测每一个缓冲SDU的discardTimer剩余值。
- 延迟临界指示：当某个SDU的剩余时间小于由无线资源控制（RRC）层配置的remainingTimeThreshold（延迟触发阈值）时，该SDU被标记为延迟临界数据。
- PDU集合（PDU Set）处理：在XR业务中，一个视频帧可能被切分为多个PDU组成一个PDU Set。协议规定，如果一个PDU Set中任何一个成员成为延迟临界，整个PDU Set都可能被视为延迟临界，以保证应用层数据的完整性。
RLC层的延迟临界数据卷计算
RLC层在接收到PDCP层的指示后，需要计算出具体的“延迟临界数据卷”，这与传统的RLC数据卷计算有所不同。传统的BSR计算包括所有待传、待重传的PDU。而DSR专用的延迟临界RLC数据卷则聚焦于那些即将过期的部分。根据TS 38.322的定义，UE在计算MAC延迟状态报告时，应考虑以下内容：- 尚未包含在RLC数据PDU中的延迟临界RLC SDU及其分段。
- 待初始传输的RLC数据PDU，且该PDU包含至少一个延迟临界SDU。
- 待重传的RLC数据PDU（针对AM模式）。这是一个重要的细节：已经进入重传队列的包通常已经消耗了大量的时延预算，因此重传包在DSR中具有极高的重要性。
- 已触发但尚未发送的RLC状态报告（STATUS PDU）。STATUS PDU的及时传输有助于对端及时丢弃或确认数据，从而间接优化延迟性能。
MAC层的报告封装与传输
MAC层最终负责将上述计算结果封装进MAC控制元素（MAC CE）中。DSR MAC CE是一个独立于BSR的控制信令，这使得网络可以为DSR配置更高的逻辑信道优先级（LCP）。例如，在资源受限的情况下，UE会优先发送DSR以请求紧急资源，而不是发送普通的BSR。第三章 DSR业务逻辑：触发机制与消除条件
DSR的业务逻辑旨在通过精细化的触发条件来平衡“上报及时性”与“控制开销”。如果上报过于频繁，会消耗上行控制资源；如果上报滞后，则会导致数据包超时丢弃。触发条件详解
- 阈值穿越触发：这是最核心的逻辑。对于某个LCG，当缓冲区中至少有一个延迟临界SDU的剩余生存时间小于基站通过RRC配置的remainingTimeThreshold时，且该LCG目前没有挂起的（pending）DSR，则触发DSR。
- 数据到达触发：如果缓冲区中已经存在低于阈值的延迟临界数据，此时又有新的延迟临界数据到达，且其剩余时间比当前已有的更短，UE也可能重新评估触发逻辑。
- 取消挂起状态：一旦DSR被包含在即将传输的MAC PDU中，或者该LCG中所有的延迟临界数据已被传输或丢弃，该DSR触发将被取消。
参考时间与剩余时间上报
在DSR的业务逻辑中，“剩余时间”是一个动态值。为了消除处理时延带来的误差，协议规定UE上报的剩余时间应以“该信息的第一次传输点”为基准。这意味着基站接收到报告后，可以通过简单的加减法获知UE缓冲区内数据真实的过期时刻，从而在调度队列中进行精确排序。DSR与BSR的协同工作流
在实际的5G空口交互中，DSR通常与BSR和调度请求（SR）配合使用。其典型的交互流程如下：- 紧急数据入队：XR业务产生一个新的突发包，PDCP定时器启动。
- 满足DSR触发：随着时间推移，定时器值降至阈值以下。
- 发送SR：如果UE此时没有上行授权（UL Grant），它会先在物理上行控制信道（PUCCH）上发送SR。
- 获取小额授权：基站检测到SR，分配一个足以承载MAC CE的小额资源。
- 发送DSR MAC CE：UE在资源中封装DSR（告知基站：我有1000字节数据，5ms后过期）和BSR。
- 紧急调度：基站识别到5ms的紧迫性，立即在下一个时隙分配大额资源，确保数据在5ms内完成传输。
第四章 DSR MAC CE的结构与编码实现
在Release 18中，DSR MAC CE的结构经历了多次讨论，最终确定了能够兼顾效率与扩展性的方案。Rel-18 单条目 DSR MAC CE
Release 18引入的DSR MAC CE主要针对单路径延迟信息。其格式包含一个LCG位图，随后是对应LCG的延迟详情。- LCG位图（LCG Bitmap）：占用一个字节，每位代表一个LCG（0-7）。若某位为1，则表示该LCG的延迟信息包含在后续字段中。
- 剩余时间字段（Remaining Time）：通常为6位。它描述了对应LCG中最紧急数据的剩余寿命。其编码通常采用线性映射：
例如，若粒度为1ms，字段值为5，则表示剩余5ms。●缓冲区大小索引（Buffer Size）：占用5位或8位，引用Release 18新引入的“精细BSR表”（Refined BSR Table）。由于延迟临界数据通常是突发性且量级可预知的，精细表能提供比传统BSR表更高的量化精度。Rel-19 增强型多条目 DSR
随着Rel-19（XR Phase 3）的推进，为了支持多模态流（如音视频同步流），引入了“多条目DSR”（Multiple Entry DSR）。在Rel-19中，一个LCG可以配置多个上报阈值（Reporting Thresholds）。例如，配置2ms、5ms、10ms三个档位。UE可以上报三组（剩余时间，数据量）对。这使得基站能够获知缓冲区内完整的延迟分布曲线，从而进行更为复杂的统计复用调度。下表展示了Rel-18与Rel-19在DSR格式上的演进：规范版本 | MAC CE名称 | 核心特征 | 应用场景 |
Release 18 | DSR MAC CE | 单个LCG对应一个最短剩余时间 24 | 基础XR业务、单视频流优化 |
Release 19 | Enhanced DSR MAC CE | 支持一个LCG对应多组时间-容量对 10 | 多模态XR、精细化容量预测 |
标识符 | LCID (Rel-18) | 固定长度子头部，简化解析28 | 降低UE处理开销 |
第五章基站端的调度逻辑与算法实现
DSR信息到达基站后，如何将其转化为高效的调度策略是gNB厂商的核心竞争力所在。虽然3GPP标准不规定具体的调度算法，但DSR提供的信息为算法设计开辟了新路径。延迟感知调度算法（Delay-Aware Scheduling）
传统的调度算法如正比例公平（PF）算法主要考虑信道质量和吞吐量历史。在引入DSR后，基站可以采用基于截止日期的调度策略。- 优先级重排序：基站维护一个基于过期时间的队列。具有最小Remaining Time的用户被赋予最高权重，即使其当前信道质量并非最佳。
- 预留与预抢占（Pre-emption）：对于上报了极短剩余时间（如<2ms）的UE，基站可以启动抢占机制。基站可能会取消原本分配给低优先级eMBB用户的资源，转而调度URLLC/XR的延迟临界数据。
- 动态TDD调整：在灵活TDD（Dynamic TDD）系统中，如果多个UE上报DSR显示上行链路压力极大且即将超时，基站可以动态增加上行时隙（UL Slot）的比例以快速消纳紧急流量。
配置授权（Configured Grant）的辅助优化
配置授权（CG）是5G减少上行延迟的重要手段，通过预分配资源免去SR-BSR过程。然而，XR业务的抖动（Jitter）经常导致数据无法准确落在CG资源内。- 若UE在CG资源之后产生数据，数据在下一个CG到来前可能就会过期。
- 基站临时在CG周期中间插入一个动态授权（Dynamic Grant），作为对CG的补充。这种“CG + DSR动态补充”的模式被认为是提升XR用户容量的最有效手段之一。
第六章 DSR对系统性能的影响分析：以XR业务为例
通过引入DSR，5G系统在处理高负载、高抖动业务时的稳健性得到了显著提升。丢包率的显著降低
在没有DSR的系统中，当网络发生拥塞时，调度器只能根据BSR总量盲目分配资源。这导致某些已经快要过期的数据包在队列中被排在较晚的位置，最终在发送前就被UE主动丢弃。实验数据显示，在XR业务负载较高的场景下，开启DSR可使因超时导致的逻辑丢包率降低30%以上，因为基站能够精确地在过期前一刻“救活”这些数据包。系统容量与谱效的平衡
DSR通过减少不必要的资源浪费来提升容量。在BSR模式下，由于基站不知道数据的紧急程度，为了保险起见，往往会过度分配资源。而DSR明确了“延迟临界数据卷”，基站可以只在必要时提供高优先级授权，剩余资源仍可用于提升eMBB用户的吞吐量。这种精细化操作使得单个扇区支持的XR并发用户数（User Capacity）得到了显著提升。功耗优化：与DRX的协同
Release 18还研究了DSR与非连续接收（DRX）的协同。基站可以根据DSR上报的剩余时间，预测UE何时会清空缓冲区并进入休眠状态，从而更准确地配置DRX的关闭定时器（Inactivity Timer），进一步延长UE的电池寿命。第七章 3GPP标准化进程中的核心争端与共识
DSR的标准化并非一帆风顺，各大通信巨头在RAN2工作组中就其实现细节进行了长达数年的拉锯战。争论一：独立MAC CE还是BSR扩展？
早期方案中，有提议将延迟信息直接嵌入到现有的BSR MAC CE中。支持者认为这可以节省头部开销。然而，反对者（如华为、高通等）认为，BSR和DSR具有不同的触发逻辑和生命周期，强行耦合会导致协议极其复杂且难以向后兼容。最终，RAN2达成共识：定义全新的独立MAC CE用于DSR上报。争论二：剩余时间的量化方式
对于剩余时间字段，存在“线性量化”与“查表量化”之争。查表量化可以实现非线性精度（例如在1-5ms内提供0.1ms精度，而在10-50ms内提供5ms精度）。但考虑到XR业务在Rel-18阶段的需求较为明确，为了简化实现，最终选择了线性映射作为基准方案，同时为未来的演进留出了查表扩展的余地。争论三：重传数据的统计逻辑
关于RLC重传数据是否应计入DSR，曾存在分歧。一方认为重传由RLC层控制，基站无法干预；另一方则指出，如果基站不知道重传包的紧迫性，就不会分配足够的MCS（调制编码方案）余量。最终一致认为，RLC AM模式下的待重传数据必须包含在内，因为它们是时延预算消耗最严重的个体。第八章 DSR技术演进的未来展望：迈向6G与AI感知
随着5G-Advanced向Rel-19及未来Rel-20演进，DSR技术正朝着更智能化和多维度的方向发展。AI赋能的延迟预测
未来的UE可能不再仅仅上报当前的Remaining Time，而是利用机器学习算法预测未来50-100ms内的延迟状态。结合XR业务的周期性，UE可以上报“预期延迟曲线”，让基站提前进行资源预留，实现从“被动响应”到“主动预判”的跨越。多连接与Sidelink中的DSR
在双连接（DC）和载波聚合（CA）场景下，如何在不同MAC实体间分配DSR上报任务是一个研究热点。此外，在V2X等Sidelink（直连链路）通信中，UE之间的调度同样面临延迟感知问题。Rel-19已开始探讨在PC5接口引入类似的延迟报告机制，以支持自动驾驶中的超低时延传感器共享。6G时代的确定性时延保障
DSR被视为通往6G“确定性网络”的重要阶梯。在6G预研中，针对工业互联网的“微秒级”同步需求，DSR的概念可能演进为更高频、更高精度的“实时流状态遥测”，成为网络数字孪生（Network Digital Twin）的重要数据源。结论
延迟状态报告（DSR）在5G系统中扮演着“时间维度的传感器”角色。它通过在协议栈各层间建立高效的延迟信息传递链，彻底改变了基站上行调度的逻辑基础。从Release 18的初步引入到Release 19的增强扩展，DSR不仅解决了XR业务在空口面临的实际痛点，也为5G-Advanced在垂直行业的广泛应用奠定了坚实的技术基础。在未来的移动通信演进中，这种基于业务特征感知、具备时间维度的辅助信息上报机制，将继续引领无线资源管理向更高精度、更强智能的方向迈进。
