无序输送的信道上的报头压缩方法

摘要

针对分组交换网络中的使用，提供一种方法用于使用关于分组乱序程度的外部信息来使报头压缩相对于这种乱序更健壮。

说明书

技术领域

本发明涉及分组交换网络，并且更特别地涉及这些网络中的报头压缩。

背景技术

网际协议(IP)在有线和无线网络中都已经成为占支配地位的传输协议，这导致电信网络和数据网络的融合。在多种服务和应用中，例如在IP语音、互动游戏、即时消息等等中，IP分组的有效载荷的大小与报头几乎相同或者甚至小于报头。为了在分组数据网络中进行有效传输，除了IP传输协议以外，诸如RTP(实时协议)、UDP(用户数据报协议)的其他协议被添加到原始信息比特。在包括多跳的端到端连接上，这些协议报头极其重要，但仅仅在一个链路上(逐跳)，这些报头可以被压缩(而且在该链路的另一端必须被解压缩)。可能压缩那些报头，从而在多种情况下提供超过90％的节约，并且因此可能节省带宽以及有效地利用昂贵的资源。IP报头压缩还提供其他重要益处，诸如分组丢失的减少和改善的交互响应时间。

图1示出了无线通信网络的一般架构。接入终端(AT)与基站(BTS)通过空中接口进行通信。多个基站与无线电网络控制器(RNC)进行通信，该无线电网络控制器为每个无线数据会话提供信令和业务处理。AT、BTS、RNC和这些组件之间的接口组成了无线电接入网络(RAN)。分组数据服务节点(PDSN)位于核心网络中，并且由其中AT发起服务会话的服务网络进行分配。AT针对与网络的数据会话建立有效连接。从AT到BTS、RNC、PDSN和核心网络发送和接收分组。

IP报头压缩应用于通过RAN中的通信链路发送的分组，以保存稀缺的带宽并改善传输效率。压缩器和解压缩器可以被置于何处有两个选项：在AT和RNC之间或者在AT和PDSN之间。当AT建立与网络的连接(例如，VoIP呼叫)时，应用层分组将在RTP/UDP/IP协议栈上被承载。RTP/UDP/IP协议报头将由压缩器使用例如健壮性报头压缩(ROHC)算法进行压缩。压缩过的分组将被发送到RNC和PDSN。在RNC或者PDSN处的解压缩器将对ROHC报头进行解压缩，并重建原始的RTP/UDP/IP报头以及将其添加到核心网络的应用层分组。在下行链路方向上，PDSN和RNC从核心网络接收IP分组。在PDSN或RNC处的压缩器将对RTP/UDP/IP报头进行压缩，从而生成ROHC报头，并将其发送到AT。在AT处的解压缩器将重新生成原始的RTP/UDP/IP报头，并将这些报头传给应用层。

在有线和无线网络中已经提出并实施了多种报头压缩算法。报头压缩算法背后的基本概念是利用来自相同分组流的报头中的冗余。报头中并不随着分组的变化而变化的某些静态字段仅在开始时被发送一次。对于报头中的变化字段，增量压缩被用来仅发送字段值的差异，以使所发送的比特数目最小化。ROHC压缩算法将基于窗口的最低有效位编码用于对协议报头中的动态字段进行压缩。该算法还并入了反馈机制。ROHC在具有高错误率和长往返时间的无线链路上是健壮的。ROHC非常有效和健壮，这适于其中无线电资源昂贵的无线网络。

包括报头压缩操作的一般过程被描述如下：

1.压缩器和解压缩器首先需要建立要被用于压缩和解压缩的上下文信息。

2.在上下文建立之后，压缩器开始发送具有压缩过的报头的分组。

3.针对压缩器和解压缩器都定义了多个状态。压缩器从最低压缩状态开始并逐渐过渡到更高的压缩状态。在更高的压缩状态，压缩器可更有效地压缩报头，即压缩过的分组的大小比在较低压缩状态的分组的大小更小。

4.解压缩器开始于其最低压缩状态，并逐渐过渡到更高状态。一旦分组被正确地解压缩，解压缩器就可过渡到最高状态，即“完整上下文(FullContext)”状态，并且基于所建立的上下文信息来对分组进行解压缩。

5.理想地，如果沿着信道没有分组丢失或者分组乱序(misordering)，则压缩器将达到产生最有效的压缩过的报头的最优压缩状态，并且解压缩器能够成功地对分组进行解压缩。

6.当出现大量分组丢失或者分组大程度乱序时，可能发生解压缩失败。当重复失败发生时，解压缩器通常将反馈分组发送给发送方，从而让压缩器通过发送完整的报头分组来使压缩状态重新同步。在接收到完整的报头信息之前，解压缩器将丢弃接收到的具有压缩过的报头的分组，即使这些分组没被破坏。在压缩器与解压缩器之间重新同步期间，额外的分组丢失将发生，并且因而降低呼叫的性能和质量。因此，快速恢复解压缩失败和最小化整体分组丢失是重要的。

大多数报头压缩算法是基于假设压缩器与解压缩器之间的信道将被要求来维持每个压缩过的流的分组排序而设计的。这个假设的动机是所考虑的初级候选信道确实可以保证按次序输送报头压缩过的分组。利用这个假设，有可能提高压缩效率和对分组丢失的容忍度以及改善在算法设计的要求列表顶部附近的目标。

然而，至少一些网络的某些信道并不能保证始终按次序输送。某些信道可以选择不按次序输送分组，以减少对延迟敏感的应用的重定序(re-sequencing)延迟。

因而，需要增强报头压缩算法，以适应可以对报头压缩过的分组进行重新排序的信道。这对于使得报头压缩算法相对这种重新排序的预期级别具有健壮性会是有利的。

发明内容

发现了一种使用关于分组乱序程度的外部信息的方式，以使报头压缩相对于这种乱序更健壮。

附图说明

图1示出了无线通信网络的一般架构。

图2是说明利用外部信息在重新排序的信道上进行报头压缩的流程图。

图3是说明利用外部信息的压缩器状态过渡参数配置的流程图。

图4是说明利用RAN辅助在重新排序的信道上进行报头解压缩的流程图。

图5是用于测量分组乱序程度的说明性算法的流程图。

具体实施方式

一旦压缩器和解压缩器逻辑和操作过程被定义，报头压缩对于分组乱序的健壮性也就已知了。在对分组乱序的健壮性与对分组丢失的健壮性之间存在权衡。换句话说，如果该算法对于分组丢失更健壮，那么考虑到相同的压缩效率(相同的压缩过的报头大小)，该算法对于乱序较不健壮。为了使该算法对于分组乱序更健壮并维持对分组丢失的相同的健壮性，通常需要大的压缩过的报头大小，从而导致较低的压缩效率。另外，压缩器和解压缩器逻辑(诸如状态过渡参数)都应该在具有分组丢失和乱序的信道上被优化。

本说明书中所使用的技术术语应具有下面的定义：

顺序早到分组(sequentially early packet)

同一分组流的在信道上被延迟的一个或数个分组之前到达解压缩器的分组。在顺序早到分组到达时，在该信道上被延迟的分组(多个分组)不能与丢失的分组(多个分组)区别开来。

顺序迟到分组(sequentially late packet)

如果分组在一个或数个属于同一数据流的其他分组已被接收到之后到达解压缩器，尽管顺序迟到分组在这些其他分组(多个分组)之前从压缩器被发送，该分组在其序列内是迟的。

假设存在指示在信道上发生的乱序的数量的外部装置。这可以通过控制网络中的分组输送来实现。例如，在RAN中，无线电链路协议(RLP)层有其自己的序号，使得分组乱序可以被检测到并被控制。在另一例子(涉及诸如RAN的管理良好的网络)中，分组乱序的数量可以被测量和/或被估计。这个信息可被传给压缩器和解压缩器对，以优化压缩性能。

本发明的一个示例性实施例(如图2所示)使用描述在信道上发生的乱序程度的外部信息。一旦获得这种信息，压缩器和解压缩器就选择实施参数，使得压缩器和解压缩器对能够容忍预期程度的乱序。结果，分组无序将较少可能引起解压缩失败，并且因而压缩效率将会提高。

例如，在ROHC算法中，基于窗口的最低有效位(WLSB)压缩算法中的参数p能够被配置来处理分组无序的情形。

更确切地说，健壮性报头压缩(ROHC)在标准RFC 3095(2001年7月)中被描述。在第4.5.1节，RFC 3095描述了最低有效位(LSB)编码。在相关部分，以LSB编码对该算法进行了解释。

“字段值的k个最低有效位被发送，而不是原始字段值被发送，此处k是正整数。在接收到k个比特之后，解压缩器使用早先接收到的值作为参考(v_ref)来导出原始值。

如果压缩器和解压缩器都使用解释间隔(interpretation interval)，那么这个方案可以被确保为正确的。

1)原始值驻留其中，并且

2)其中，原始值是与那些所发送的比特具有精确相同的k个最低有效位的唯一值。

解释间隔能被描述为函数f(v_ref，k)。

令f(v_ref，k)＝[v_ref-p，v_ref+(2^k-1)-p]，这里p是整数。

函数f有如下属性：对于任意值k，k个最低有效位将唯一地标识f(v_ref，k)中的值。”

参数p的目的是能够相对v_ref移位解释间隔。p的值能够适应不同特征的字段，以改善特定类型字段的编码效率。在当前ROHC标准(RFC 3905)中，k与p之间的关系是固定的。换句话说，一旦压缩器决定有多少比特(k)将被用于压缩过的字段，p的值由k的值被间接确定。新的建议是使p的值独立于k的值，或者使p可根据k的值来配置。

如果顺序早到分组在序号小于x+p的顺序迟到分组之前到达，那么具有序号x的顺序迟到分组能够被正确地解码。如果压缩器和解压缩器能够获得信道上的乱序程度的外部指示，那么该压缩器和解压缩器可以相应地选择参数p，以优化性能。

在本发明的另一示例性实施例(如图3所示)中，外部信息被用来优化压缩器状态中的状态过渡参数。压缩器总是开始于最低压缩状态，并最初发送具有完整报头的分组，以建立与解压缩器的上下文。一旦压缩器确信解压缩器已接收到完整上下文，压缩器将过渡到更高的压缩状态。

例如通过发送连续的多个完整报头分组，或者通过接收来自解压缩器的确认分组，或者通过这两个事件，压缩器确信解压缩器已经接收到完整上下文。要被发送出的完整报头分组的数目可能依赖于信道特征，即依赖于分组丢失和分组乱序的程度。如果压缩器知道信道上预期有多少分组丢失和乱序，那么指定要被发送出的完整报头分组的数目的设计参数能够被优化。例如，对于分组丢失少且分组按次序输送的信道来说，压缩器可以选择状态过渡前的完整报头分组的数目为3。对于分组丢失少且具有某种程度(例如程度4)的乱序的信道来说，状态过渡前的完整报头分组的数目可能反而被设定到6。通过既考虑分组丢失率又考虑分组乱序程度，这个参数可以被优化。

在本发明的另一示例性实施例(如图4所示)中，RAN通过检测乱序的数量来帮助解压缩器进行解码。如果RAN通过压缩器和解压缩器知道了处理无序分组的能力，那么RAN可以检测到乱序情形，并且如果分组到达太晚，则RAN选择不输送该分组。可替换地，RAN仍可将迟到的分组输送给解压缩器。然而，该分组的输送可以包括序号间隙的指示，以指示这个分组迟到多久。解压缩器可以使用这样的迟到指示来帮助解码。

在与本申请同日由C.F.Mooney和Q.Zhang提交的共同拥有的、标题为“Method for Controlling Packet Delivery in a Packet Switched Network”的、美国专利申请序列号为NO.11/332,761的专利申请中，描述了一种用于控制无线电接入网络(RAN)和其他分组交换网络中的分组输送中的分组乱序的方法。如在那里所解释的那样，RLP层等可以对到达的RLP分组执行重定序，以便按顺序输送相对应的上层分组。这通过RLP层缓存接收到的RLP分组、检查其序号并重组上层分组来实现。如果RLP检测到错误接收到的分组，则RLP丢弃该分组并且增加下一个被输送的分组的预期的RLP序号(SN)。如果RLP分组在传输中丢失，那么用于这个分组的确认定时器将会期满，并且RLP层增加下一个被输送的分组的预期的SN。

对于分组无序输送，RLP能够无序地输送上层分组。换句话说，构成上层分组的RLP分组总是按次序被输送。但是，RLP所输送的上层分组可能被无序地输送。

如果上层分组被封装在单个RLP分组中，则RLP层能够在接收到与之前接收到的RLP分组存在序号间隙的RLP分组时立即输送该上层分组。然而，如果上层分组被分割为多个RLP分组，则RLP层将需要等待所有数据段都达到，使得其可以组装完整的或者部分的上层分组。在那种情况下，构成上层分组的RLP分组将被适当地记录。然而，如所述的那样，不同上层分组可能被无序输送。

在本发明的上下文中，RLP层能够通过提供乱序程度的外部估计以及涉及乱序的统计数字来帮助报头压缩过程。乱序程度通过检测到达分组的序号间隙来测量。因此，例如如图5所示，在无序分组到达的情况下，连续到达的序号之间的差ΔSN被计算为变量“outoforder”。例如针对outoforder的(例如在某个合适的时间窗口上的)平均值、最大值和最小值，统计数字被维持并被更新。