專利名稱：用于電信系統(tǒng)的網(wǎng)際協(xié)議報頭的制作方法
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Ｍǔ?，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準有線網(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。數(shù)據(jù)報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。它用于識別網(wǎng)絡(luò)和任何子網(wǎng)的位置。
當前，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報頭相關(guān)的頻譜效率問題(issue)。IP 4的報頭長度最小為20字節(jié)，IP 6的報頭長度最小為40字節(jié)。很明顯，當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，但是對報頭信息進行壓縮，或者消除對傳輸報頭的需要。

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)報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識，將接收到的IP報頭內(nèi)容和它們的相應(yīng)的標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)報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識的裝置，用于存儲已接收到的IP報頭和相應(yīng)的標識的查詢表，和，用于將查詢表標識附加到數(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報頭的需要。
在優(yōu)選實施例中，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報頭信息在點對點鏈路上并不要求，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)進行交換，以建立IP報頭查詢表。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報頭內(nèi)容組成的表。報頭內(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報頭來通過空中接口進行傳輸分組。有時候，也可能有來自報頭的動態(tài)的其它數(shù)據(jù)需要通過空中進行傳輸。
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
具體實施例方式

圖1為根據(jù)本發(fā)明來運行的電信網(wǎng)絡(luò)的原理框圖；圖2說明已知的IP 4報頭；和圖3a和圖3b說明根據(jù)本發(fā)明的報頭建立過程的分組。
具體實施例方式圖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)。可以按照下面的多種方式對表進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)送多個報頭。這與下面介紹的維持技術(shù)相似，不同點在于在單個消息中初始化多個報頭。
可將一些表入口標記為固定的(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。
一旦進行了初始化，移動站1可以開始發(fā)送和接收IP分組。當移動站1或BTS 2要通過空中接口3發(fā)送分組時，對查詢表進行查詢以確定是否引用標準配置中的一個。如果是，將分組和LUID去除和替換的IP報頭發(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準，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行保護以避免丟失。例如，“替換入口”的操作沒有能到達它的目的地將導致移動站或BTS的接收機不正確地使用LUID來路由隨后的分組。因此，最好對操作進行確認。
現(xiàn)在參考圖2介紹IP 4的報頭字段和到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這是報頭的長度。在沒有可使用的選項的情況下，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，因為基本的IP報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)進行這種映射。在IP 6中，流標號起相似的作用，并且可以用查詢表以相似的方式進行壓縮。
Total Length(總長度)其定義了IP分組(報頭加上數(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。實際上，當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)。可以使用缺省值，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)常使用缺省值來運行，因為移動站可能是最后的跳躍。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，并且，多個查詢表入口可以被重構(gòu)以覆蓋選項。在IP 6中，下一個報頭字段起類似的目的，并且可以用相同的方式進行壓縮。
Header Checksum(報頭校驗和)通過空中接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有自己的校驗，這樣可以根據(jù)報頭內(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)選項字段長度可變化，在任意一個分組中使用的數(shù)目也可變化。一些選項對于某些應(yīng)用來說是特定的。可能的情況下，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。報頭中的協(xié)議字段指出協(xié)議，并且用于適當?shù)亟⒉樵儽?。在許多的這種協(xié)議報頭中，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)，而不受到許多報頭層的阻礙。
在使用HTTP報頭的情況下，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)的確認消息。該分組很簡單，由Type(類型)(用來從數(shù)據(jù)消息和確認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)當存儲的IP報頭信息。注意，盡管沒有示出，某些IP報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，因為用基本的報頭和擴展的報頭來構(gòu)造它。可以使用查詢表方法來壓縮基本的IP 6報頭，不是特別地可變的擴展報頭也可以進行這樣的操作。例如，允許源規(guī)定通過網(wǎng)絡(luò)的路由的路由擴展報頭可以很大，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展的好方法。另一方面，確認擴展報頭以不可預(yù)測的方式改變每一個數(shù)據(jù)報，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(將其標識為數(shù)據(jù)傳輸)和識別應(yīng)當用來產(chǎn)生適當?shù)膱箢^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數(shù)據(jù)的這些報頭的需要，并且允許BTS中的“代理”實體(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。
從上面的介紹可以理解，當在通信單元和網(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)報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識，將接收到的IP報頭內(nèi)容和它們的相應(yīng)的標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)分組包括查詢表標識。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，接收IP報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標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報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，接收IP報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識的步驟包括從遠程數(shù)據(jù)庫下載IP報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識。
4.根據(jù)前述任意之一權(quán)利要求的方法，進一步包括步驟確認接收到查詢表標識。
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)報頭內(nèi)容和相應(yīng)的查詢表標識的裝置，用于存儲已接收到的IP報頭和相應(yīng)的標識的查詢表，和，用于將查詢表標識附加到數(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