專利名稱：用于電信系統(tǒng)的網(wǎng)際協(xié)議報(bào)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)際協(xié)議(IP)傳輸，并且在第三代電信網(wǎng)絡(luò)中，即所說的UMTS(通用移動電信系統(tǒng))中有特定應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的通信系統(tǒng)，不論是無線的還是有線的，都要求在通信單元之間傳輸數(shù)據(jù)。在本文中，數(shù)據(jù)包括語音通信。需要有效地提供此類數(shù)據(jù)傳輸，以為了優(yōu)化有限的通信資源的使用。
對于要將數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，要求有通信單元尋址協(xié)議。通常，給通信單元分配通信網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)和/或路由器讀取的地址，已確定如何將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭褜ぶ返膯卧?。通常，網(wǎng)絡(luò)之間的連接稱為互連(或者因特網(wǎng))。
網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常被分成子網(wǎng)，并且建立有協(xié)議以定義一系列允許信息進(jìn)行有序交換的規(guī)則?，F(xiàn)今，用于通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的兩個最普遍的協(xié)議是傳輸控制協(xié)議(TCP)和網(wǎng)際協(xié)議(IP)。在幾乎是最簡單的通信系統(tǒng)中，這兩個協(xié)議經(jīng)常以互補(bǔ)對的形式工作。IP部分對應(yīng)于數(shù)據(jù)在公知的OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層中傳輸而TCP部分對應(yīng)于數(shù)據(jù)在OSI模型的傳輸層中傳輸。它們的操作是物理透明的，因此能夠在任意的標(biāo)準(zhǔn)有線網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、FDDI或令牌環(huán)上使用數(shù)據(jù)鏈路層。
網(wǎng)際協(xié)議將數(shù)據(jù)報(bào)頭加在從傳輸層傳遞過來的信息中。這個合成的數(shù)據(jù)包被稱為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)頭包含例如目的和源IP地址、IP協(xié)議的版本號等信息。IP地址分配給互聯(lián)網(wǎng)上的每個節(jié)點(diǎn)。它用于識別網(wǎng)絡(luò)和任何子網(wǎng)的位置。
當(dāng)前，第三代系統(tǒng)的趨勢是傾向于All-IP方案。在很多情況下，者被看作是端對端，也就是從通信單元到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。也計(jì)劃將IP用于網(wǎng)絡(luò)連接，也就是在基站收發(fā)器(BTS)(或節(jié)點(diǎn)B)和基站控制器(BSC)(或無線網(wǎng)絡(luò)控制器)(RNC)之間。
存在有與通過空中和在內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)接口上傳輸IP報(bào)頭相關(guān)的頻譜效率問題(issue)。IP 4的報(bào)頭長度最小為20字節(jié)，IP 6的報(bào)頭長度最小為40字節(jié)。很明顯，當(dāng)這樣傳輸諸如語音的短分組是很沒有效率的。
要求有一種方案，允許使用IP，但是對報(bào)頭信息進(jìn)行壓縮，或者消除對傳輸報(bào)頭的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種在電信網(wǎng)絡(luò)中傳輸和接收分組數(shù)據(jù)的方法，該方法包括步驟在通信單元和網(wǎng)絡(luò)控制站處接收網(wǎng)際協(xié)議(IP)報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識，將接收到的IP報(bào)頭內(nèi)容和它們的相應(yīng)的標(biāo)識存儲在通信單元和網(wǎng)絡(luò)控制站處的查詢表中，并且，在通信單元和網(wǎng)絡(luò)控制站之間交換數(shù)據(jù)分組，其中數(shù)據(jù)分組包括查詢表標(biāo)識。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種裝置，用于傳輸和接收分組數(shù)據(jù)，該裝置包括用于接收網(wǎng)際協(xié)議(IP)報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識的裝置，用于存儲已接收到的IP報(bào)頭和相應(yīng)的標(biāo)識的查詢表，和，用于將查詢表標(biāo)識附加到數(shù)據(jù)分組中并且通過空中接口傳輸所述數(shù)據(jù)分組的裝置。
因此，本發(fā)明的目的使用在通信單元和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的動態(tài)查詢表，以允許消除對傳通過空中(潛在地，在一些情況下，通過BTS到BSC/RNC接口)傳輸所有的IP報(bào)頭的需要。
在優(yōu)選實(shí)施例中，下面介紹的協(xié)議和方法可以用于代替現(xiàn)有的UMTS規(guī)范中的PDCP協(xié)議。本發(fā)明可以應(yīng)用于IP 4或者IP 6，并且也適于單一的鏈路。
本發(fā)明采用了一種原則，即大多數(shù)的IP報(bào)頭內(nèi)容在從一個分組到下一個分組時不發(fā)生改變。例如，在傳輸時，源地址經(jīng)常是一樣的(盡管可能有不只一個源地址)，同樣，在接收時(例如，從email服務(wù)器傳輸文件或下載文件)也是這樣的。對于目的地址，可以有相似的看法。大多數(shù)IP報(bào)頭信息在點(diǎn)對點(diǎn)鏈路上并不要求，或者由于連接特性的原因而相同。
本發(fā)明提出的方案包括從通信單元到網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(和反方向)進(jìn)行交換，以建立IP報(bào)頭查詢表。根據(jù)通信單元可能使用的服務(wù)的等級和不同，可以改變表的大小。
交換發(fā)生在空中接口的兩個方向上。傳輸?shù)膬?nèi)容是由查詢ID(LUID)和所有的IP報(bào)頭內(nèi)容組成的表。報(bào)頭內(nèi)容存儲在查詢表中，并且交叉應(yīng)用LUID。然后，通信單元和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施僅利用該LUID而不是所有的IP報(bào)頭來通過空中接口進(jìn)行傳輸分組。有時候，也可能有來自報(bào)頭的動態(tài)的其它數(shù)據(jù)需要通過空中進(jìn)行傳輸。
查詢表可以位于BTS或者BSC/RNC中。如果在BSC/RNC中存儲表，則在BTS到BSC/RNC的回程鏈路上節(jié)約了(save)帶寬效率。然而，這將排除使用在BTS和RNC之間的路由的IP網(wǎng)絡(luò)(盡管仍然使用IP鋪設(shè)管道技術(shù)來允許它)，因此，優(yōu)選地將表存儲在BTS中。
下面介紹的技術(shù)可在兩種情況下工作。
附圖簡要說明現(xiàn)在，參考附圖以示例的方式介紹
具體實(shí)施例方式

圖1為根據(jù)本發(fā)明來運(yùn)行的電信網(wǎng)絡(luò)的原理框圖；圖2說明已知的IP 4報(bào)頭；和圖3a和圖3b說明根據(jù)本發(fā)明的報(bào)頭建立過程的分組。
具體實(shí)施例方式圖1中的通信單元，在這個例子中是移動站(例如，蜂窩電話)1，其通過空中接口3與基站收發(fā)器BTS 2進(jìn)行通信。BTS 2鏈接到無線網(wǎng)絡(luò)控制器4，通過該控制器，可以建立網(wǎng)際協(xié)議核心網(wǎng)絡(luò)5和移動站1之間的通信。核心網(wǎng)絡(luò)5可以進(jìn)一步經(jīng)過合適的信令網(wǎng)關(guān)連接到其它網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)元件(未示出)，諸如互聯(lián)網(wǎng)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者或電話網(wǎng)絡(luò)。移動站1和BTS 2提供有查詢表6。
在BTS 2和移動站1中維持查詢表6，以用于在網(wǎng)絡(luò)5，4，2中的特定移動站1的內(nèi)容的持續(xù)?？梢园凑障旅娴亩喾N方式對表進(jìn)行初始化在第一種情況下，清空查詢表6，使得可以使用下面介紹的維持技術(shù)來填充表6。
在第二種情況下，通過從預(yù)約數(shù)據(jù)庫(subscription database)下載來建立缺省的入口或多個入口。這可用于email服務(wù)的例子中。
在第三種情況下，移動站1和/或BTS 2根據(jù)對要包含在呼叫中的數(shù)據(jù)和目的地的已有知識，在初始化時發(fā)送多個報(bào)頭。這與下面介紹的維持技術(shù)相似，不同點(diǎn)在于在單個消息中初始化多個報(bào)頭。
可將一些表入口標(biāo)記為固定的(例如，缺省入口或多個入口)，使得它們不被下面介紹的技術(shù)所覆蓋。
一旦進(jìn)行了初始化，移動站1可以開始發(fā)送和接收IP分組。當(dāng)移動站1或BTS 2要通過空中接口3發(fā)送分組時，對查詢表進(jìn)行查詢以確定是否引用標(biāo)準(zhǔn)配置中的一個。如果是，將分組和LUID去除和替換的IP報(bào)頭發(fā)送，該分組比20字節(jié)小得多(可能是1字節(jié)或者較少字節(jié))。維持技術(shù)如下所述。
如果入口沒有出現(xiàn)在查詢表中，則有如下選擇i)將分組和所有的報(bào)頭一起發(fā)送。
ii)生成一個入口，并且通過空中接口3發(fā)送它(其為報(bào)頭加上分配的LUID)。然后，將該新分配的LUID用于隨后的傳輸。
iii)用新的入口代替現(xiàn)有的入口，并且象生成新的入口一樣，通過空中接口3發(fā)送它。沒有規(guī)定要替換的入口的選擇標(biāo)準(zhǔn)，但是可以使用多種技術(shù)，例如選擇最不常用的，或者選擇最老的入口。
在一些情況下，當(dāng)字段僅僅有些不同或者暫時不同時發(fā)送它們，而沒有更新查詢表。
優(yōu)選地，需要對傳輸新的表入口進(jìn)行保護(hù)以避免丟失。例如，“替換入口”的操作沒有能到達(dá)它的目的地將導(dǎo)致移動站或BTS的接收機(jī)不正確地使用LUID來路由隨后的分組。因此，最好對操作進(jìn)行確認(rèn)。
現(xiàn)在參考圖2介紹IP 4的報(bào)頭字段和到LUID的關(guān)系。
VERS其定義了IP協(xié)議的版本4或版本6等。通過協(xié)商所有的傳輸使用特定的版本，或者通過僅僅進(jìn)入合適的查詢表入口中的版本來在空中接口上消除它。對于給定的查詢表入口(可以使用缺省值)，可能不需要傳輸它。
HLEN這是報(bào)頭的長度。在沒有可使用的選項(xiàng)的情況下，該字段可以是查詢表中的固定入口，用于特定的入口，因此不需要在查詢表傳輸中交換(也就是，可以使用缺省值)。在IP 6中，不需要該字段，因?yàn)榛镜腎P報(bào)頭的長度總是相同的。
Service Type(服務(wù)類型)該字段包括服務(wù)質(zhì)量，且具有多個子字段?？赏ㄟ^查詢表入口來消除它。對于給定的目的地址，如果(例如)IP信道上的語音和網(wǎng)頁瀏覽器信道對相同的地址開放，可以產(chǎn)生不只一個查詢表入口。根據(jù)移動站請求的服務(wù)，可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行這種映射。在IP 6中，流標(biāo)號起相似的作用，并且可以用查詢表以相似的方式進(jìn)行壓縮。
Total Length(總長度)其定義了IP分組(報(bào)頭加上數(shù)據(jù)部分)的全長度。不需要通過空中接口傳輸它，也不需要存儲在查詢表中。實(shí)際上，當(dāng)RLC層執(zhí)行分段和重組時，通過空中接口傳輸該字段，并且應(yīng)當(dāng)傳輸已傳輸?shù)男畔⒌目傞L度。然后，可以重構(gòu)IP層的總長度。
ID，F(xiàn)lags(標(biāo)志)，F(xiàn)ragment Offset(段偏移)這些字段用于IP層分段中。在一般的分段中，在IP層上不使用它們，并且限制操作，不允許它不是問題(issue)。因此，總是不使用這些字段，并且不通過空中傳輸它們(即使在查詢表建立消息傳輸中)。
TTL該字段有效地定義了在可以丟棄該分組之前的最大的跳躍(hop)數(shù)?？梢允褂萌笔≈?，和/或在查詢表入口建立中設(shè)定它。在上行鏈路(移動站到BTS)中，經(jīng)常使用缺省值來運(yùn)行，因?yàn)橐苿诱究赡苁亲詈蟮奶S。在下行鏈路(BTS到移動站)中，可能使用小范圍的值，并且可以在維持模式中增加作為新出現(xiàn)的值。
Protocol(協(xié)議)該字段指出該IP分組攜帶的協(xié)議類型，例如ICMP，IGMP，GGP，IP，TCP，UDP......即使對于特定的目的地址，可以改變該字段，但是，可以有對于源和目的地址的每一個組合的一組選項(xiàng)，并且，多個查詢表入口可以被重構(gòu)以覆蓋選項(xiàng)。在IP 6中，下一個報(bào)頭字段起類似的目的，并且可以用相同的方式進(jìn)行壓縮。
Header Checksum(報(bào)頭校驗(yàn)和)通過空中接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有自己的校驗(yàn)，這樣可以根據(jù)報(bào)頭內(nèi)容(其有效地沒有被使用)在網(wǎng)絡(luò)或移動站內(nèi)重新生成它。例如，在下行鏈路方向上，可由網(wǎng)絡(luò)元件有效地結(jié)束校驗(yàn)和。該字段在IP 6中沒有。
Source IP Address(源IP地址)該字段在查詢表入口中建立。
Destination IP Address(目的IP地址)該字段在查詢表入口中建立。
Options(選項(xiàng))選項(xiàng)字段長度可變化，在任意一個分組中使用的數(shù)目也可變化。一些選項(xiàng)對于某些應(yīng)用來說是特定的?？赡艿那闆r下，避免使用這些字段，但是潛在地要求在需要時通過空中接口傳輸數(shù)據(jù)。
相對于較高層協(xié)議，移動站使用較高層協(xié)議和IP，諸如TCP，UDP，RTP和其它。報(bào)頭中的協(xié)議字段指出協(xié)議，并且用于適當(dāng)?shù)亟⒉樵儽?。在許多的這種協(xié)議報(bào)頭中，在每一個分組中有改變的字段，例如序列號。
有可能在網(wǎng)絡(luò)中、在查詢表處終止這些協(xié)議。然后，BTS作為仿佛知道移動站的IP地址(它作為代理)，并且產(chǎn)生和終止IP和其它協(xié)議。這使要在空中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)最小。然后，利用通過空中的協(xié)議來傳輸用戶數(shù)據(jù)，而不受到許多報(bào)頭層的阻礙。
在使用HTTP報(bào)頭的情況下，本發(fā)明的查詢表方案結(jié)合在上層(作為HTTP)的壓縮(例如，LZH)優(yōu)選地用在表上，諸如IP或TCP的較低層上。
如圖3a和圖3b所示構(gòu)成空中接口分組，空中接口分組構(gòu)成報(bào)頭的建立。
LUID入口消息(圖3a)示出了用來建立LUID入口的空中接口分組的一般結(jié)構(gòu)。這可以用在兩個方向上，并且具有相應(yīng)的確認(rèn)消息。該分組很簡單，由Type(類型)(用來從數(shù)據(jù)消息和確認(rèn)分組中識別這個分組)和LUID(它應(yīng)該相關(guān)的入口數(shù)目)和應(yīng)當(dāng)存儲的IP報(bào)頭信息。注意，盡管沒有示出，某些IP報(bào)頭部分也可能是可變的，因此，在需要的時候，在數(shù)據(jù)消息中傳輸它們。IP 6服從這種方法，因?yàn)橛没镜膱?bào)頭和擴(kuò)展的報(bào)頭來構(gòu)造它?？梢允褂貌樵儽矸椒▉韷嚎s基本的IP 6報(bào)頭，不是特別地可變的擴(kuò)展報(bào)頭也可以進(jìn)行這樣的操作。例如，允許源規(guī)定通過網(wǎng)絡(luò)的路由的路由擴(kuò)展報(bào)頭可以很大，并且可能保持相同吞吐量的會話。查詢表入口是一種壓縮此類擴(kuò)展的好方法。另一方面，確認(rèn)擴(kuò)展報(bào)頭以不可預(yù)測的方式改變每一個數(shù)據(jù)報(bào)，并且最好在這些數(shù)據(jù)消息中傳輸。
圖3b的數(shù)據(jù)消息由類型字段(將其標(biāo)識為數(shù)據(jù)傳輸)和識別應(yīng)當(dāng)用來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膱?bào)頭的表入口的LUID組成。它可能包括對諸如UDP，RTP等較高層協(xié)議的引用，較高層協(xié)議可以用來去除傳輸作為部分?jǐn)?shù)據(jù)的這些報(bào)頭的需要，并且允許BTS中的“代理”實(shí)體(entity)來用序列號等產(chǎn)生所有的分組。有一個動態(tài)數(shù)據(jù)字段的選項(xiàng)。
從上面的介紹可以理解，當(dāng)在通信單元和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中使用基于IP的協(xié)議棧時，本發(fā)明允許使要通過容量有限的空中接口(事實(shí)上為BTS回程鏈路)傳送的數(shù)據(jù)量最小。
權(quán)利要求
1.一種在電信網(wǎng)絡(luò)中傳輸和接收分組數(shù)據(jù)的方法，該方法包括步驟在通信單元和網(wǎng)絡(luò)控制站處接收網(wǎng)際協(xié)議(IP)報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識，將接收到的IP報(bào)頭內(nèi)容和它們的相應(yīng)的標(biāo)識存儲在位于所述通信單元和所述網(wǎng)絡(luò)控制站處的查詢表中，并且，在所述通信單元和所述網(wǎng)絡(luò)控制站之間交換數(shù)據(jù)分組，其中所述數(shù)據(jù)分組包括查詢表標(biāo)識。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，接收IP報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識的步驟包括在所述通信單元和所述網(wǎng)絡(luò)控制站之間交換IP報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，接收IP報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識的步驟包括從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫下載IP報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識。
4.根據(jù)前述任意之一權(quán)利要求的方法，進(jìn)一步包括步驟確認(rèn)接收到查詢表標(biāo)識。
5.根據(jù)前述任意之一權(quán)利要求的方法，其中，所述查詢表標(biāo)識對應(yīng)于至少下述之一服務(wù)質(zhì)量；由給定的數(shù)據(jù)分組攜帶的協(xié)議類型；源IP地址；目的IP地址。
6.一種用于傳輸和接收分組數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括用于接收網(wǎng)際協(xié)議(IP)報(bào)頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標(biāo)識的裝置，用于存儲已接收到的IP報(bào)頭和相應(yīng)的標(biāo)識的查詢表，和，用于將查詢表標(biāo)識附加到數(shù)據(jù)分組中并且通過空中接口傳輸所述數(shù)據(jù)分組的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的所述裝置，其中，由所述查詢表包括至少下述一個已存儲的值IP報(bào)頭長度；IP版本；最大的跳躍數(shù)。每一個所述存儲的值與查詢表標(biāo)識相關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7之一的所述裝置，其中，所述裝置包括移動通信單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7之一的所述裝置，其中，所述裝置包括電信網(wǎng)絡(luò)控制站。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，適于結(jié)束協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明使用一種“查詢表”來消除當(dāng)將IP分組傳輸?shù)揭苿油ㄐ旁O(shè)備1或從移動通信設(shè)備1傳輸IP分組時，對通過空中接口(在一些情況下是陸地回程)傳輸IP報(bào)頭的需要。這解決了一些與傳輸IP分組相關(guān)的頻譜效率問題。
文檔編號H04L12/56GK1554174SQ01816138
公開日2004年12月8日 申請日期2001年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者凱萬·霍比斯, 保羅·文森特·弗林, 約瑟夫·林基烏索, 丹尼爾·J·德克萊爾, J 德克萊爾, 林基烏索, 凱萬 霍比斯, 文森特 弗林 申請人:摩托羅拉公司