用于电信系统的网际协议报头的制作方法

专利名称：用于电信系统的网际协议报头的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电信网络中的网际协议(IP)传输，并且在第三代电信网络中，即所说的UMTS(通用移动电信系统)中有特定应用。
背景技术：
当今的通信系统，不论是无线的还是有线的，都要求在通信单元之间传输数据。在本文中，数据包括语音通信。需要有效地提供此类数据传输，以为了优化有限的通信资源的使用。
对于要将数据通过通信网络进行传输，要求有通信单元寻址协议。通常，给通信单元分配通信网桥、网关和/或路由器读取的地址，已确定如何将数据传输到已寻址的单元。通常，网络之间的连接称为互连(或者因特网)。
网络经常被分成子网，并且建立有协议以定义一系列允许信息进行有序交换的规则。现今，用于通信系统中传输数据的两个最普遍的协议是传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)。在几乎是最简单的通信系统中，这两个协议经常以互补对的形式工作。IP部分对应于数据在公知的OSI模型的网络层中传输而TCP部分对应于数据在OSI模型的传输层中传输。它们的操作是物理透明的，因此能够在任意的标准有线网络，如以太网、FDDI或令牌环上使用数据链路层。
网际协议将数据报头加在从传输层传递过来的信息中。这个合成的数据包被称为互联网数据报。数据报头包含例如目的和源IP地址、IP协议的版本号等信息。IP地址分配给互联网上的每个节点。它用于识别网络和任何子网的位置。
当前，第三代系统的趋势是倾向于All-IP方案。在很多情况下，者被看作是端对端，也就是从通信单元到网络服务器。也计划将IP用于网络连接，也就是在基站收发器(BTS)(或节点B)和基站控制器(BSC)(或无线网络控制器)(RNC)之间。
存在有与通过空中和在内部无线网络接口上传输IP报头相关的频谱效率问题(issue)。IP 4的报头长度最小为20字节，IP 6的报头长度最小为40字节。很明显，当这样传输诸如语音的短分组是很没有效率的。
要求有一种方案，允许使用IP，但是对报头信息进行压缩，或者消除对传输报头的需要。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种在电信网络中传输和接收分组数据的方法，该方法包括步骤在通信单元和网络控制站处接收网际协议(IP)报头内容和相应的查询表标识，将接收到的IP报头内容和它们的相应的标识存储在通信单元和网络控制站处的查询表中，并且，在通信单元和网络控制站之间交换数据分组，其中数据分组包括查询表标识。
根据本发明的第二方面，提供了一种装置，用于传输和接收分组数据，该装置包括用于接收网际协议(IP)报头内容和相应的查询表标识的装置，用于存储已接收到的IP报头和相应的标识的查询表，和，用于将查询表标识附加到数据分组中并且通过空中接口传输所述数据分组的装置。
因此，本发明的目的使用在通信单元和网络基础设施中的动态查询表，以允许消除对传通过空中(潜在地，在一些情况下，通过BTS到BSC/RNC接口)传输所有的IP报头的需要。
在优选实施例中，下面介绍的协议和方法可以用于代替现有的UMTS规范中的PDCP协议。本发明可以应用于IP 4或者IP 6，并且也适于单一的链路。
本发明采用了一种原则，即大多数的IP报头内容在从一个分组到下一个分组时不发生改变。例如，在传输时，源地址经常是一样的(尽管可能有不只一个源地址)，同样，在接收时(例如，从email服务器传输文件或下载文件)也是这样的。对于目的地址，可以有相似的看法。大多数IP报头信息在点对点链路上并不要求，或者由于连接特性的原因而相同。
本发明提出的方案包括从通信单元到网络基础设施(和反方向)进行交换，以建立IP报头查询表。根据通信单元可能使用的服务的等级和不同，可以改变表的大小。
交换发生在空中接口的两个方向上。传输的内容是由查询ID(LUID)和所有的IP报头内容组成的表。报头内容存储在查询表中，并且交叉应用LUID。然后，通信单元和网络基础设施仅利用该LUID而不是所有的IP报头来通过空中接口进行传输分组。有时候，也可能有来自报头的动态的其它数据需要通过空中进行传输。
查询表可以位于BTS或者BSC/RNC中。如果在BSC/RNC中存储表，则在BTS到BSC/RNC的回程链路上节约了(save)带宽效率。然而，这将排除使用在BTS和RNC之间的路由的IP网络(尽管仍然使用IP铺设管道技术来允许它)，因此，优选地将表存储在BTS中。
下面介绍的技术可在两种情况下工作。
附图简要说明现在，参考附图以示例的方式介绍
具体实施例方式

图1为根据本发明来运行的电信网络的原理框图；图2说明已知的IP 4报头；和图3a和图3b说明根据本发明的报头建立过程的分组。
具体实施例方式图1中的通信单元，在这个例子中是移动站(例如，蜂窝电话)1，其通过空中接口3与基站收发器BTS 2进行通信。BTS 2链接到无线网络控制器4，通过该控制器，可以建立网际协议核心网络5和移动站1之间的通信。核心网络5可以进一步经过合适的信令网关连接到其它网络和网络元件(未示出)，诸如互联网分组数据网络，互联网服务提供者或电话网络。移动站1和BTS 2提供有查询表6。
在BTS 2和移动站1中维持查询表6，以用于在网络5，4，2中的特定移动站1的内容的持续。可以按照下面的多种方式对表进行初始化在第一种情况下，清空查询表6，使得可以使用下面介绍的维持技术来填充表6。
在第二种情况下，通过从预约数据库(subscription database)下载来建立缺省的入口或多个入口。这可用于email服务的例子中。
在第三种情况下，移动站1和/或BTS 2根据对要包含在呼叫中的数据和目的地的已有知识，在初始化时发送多个报头。这与下面介绍的维持技术相似，不同点在于在单个消息中初始化多个报头。
可将一些表入口标记为固定的(例如，缺省入口或多个入口)，使得它们不被下面介绍的技术所覆盖。
一旦进行了初始化，移动站1可以开始发送和接收IP分组。当移动站1或BTS 2要通过空中接口3发送分组时，对查询表进行查询以确定是否引用标准配置中的一个。如果是，将分组和LUID去除和替换的IP报头发送，该分组比20字节小得多(可能是1字节或者较少字节)。维持技术如下所述。
如果入口没有出现在查询表中，则有如下选择i)将分组和所有的报头一起发送。
ii)生成一个入口，并且通过空中接口3发送它(其为报头加上分配的LUID)。然后，将该新分配的LUID用于随后的传输。
iii)用新的入口代替现有的入口，并且象生成新的入口一样，通过空中接口3发送它。没有规定要替换的入口的选择标准，但是可以使用多种技术，例如选择最不常用的，或者选择最老的入口。
在一些情况下，当字段仅仅有些不同或者暂时不同时发送它们，而没有更新查询表。
优选地，需要对传输新的表入口进行保护以避免丢失。例如，“替换入口”的操作没有能到达它的目的地将导致移动站或BTS的接收机不正确地使用LUID来路由随后的分组。因此，最好对操作进行确认。
现在参考图2介绍IP 4的报头字段和到LUID的关系。
VERS其定义了IP协议的版本4或版本6等。通过协商所有的传输使用特定的版本，或者通过仅仅进入合适的查询表入口中的版本来在空中接口上消除它。对于给定的查询表入口(可以使用缺省值)，可能不需要传输它。
HLEN这是报头的长度。在没有可使用的选项的情况下，该字段可以是查询表中的固定入口，用于特定的入口，因此不需要在查询表传输中交换(也就是，可以使用缺省值)。在IP 6中，不需要该字段，因为基本的IP报头的长度总是相同的。
Service Type(服务类型)该字段包括服务质量，且具有多个子字段。可通过查询表入口来消除它。对于给定的目的地址，如果(例如)IP信道上的语音和网页浏览器信道对相同的地址开放，可以产生不只一个查询表入口。根据移动站请求的服务，可以在网络内进行这种映射。在IP 6中，流标号起相似的作用，并且可以用查询表以相似的方式进行压缩。
Total Length(总长度)其定义了IP分组(报头加上数据部分)的全长度。不需要通过空中接口传输它，也不需要存储在查询表中。实际上，当RLC层执行分段和重组时，通过空中接口传输该字段，并且应当传输已传输的信息的总长度。然后，可以重构IP层的总长度。
ID，Flags(标志)，Fragment Offset(段偏移)这些字段用于IP层分段中。在一般的分段中，在IP层上不使用它们，并且限制操作，不允许它不是问题(issue)。因此，总是不使用这些字段，并且不通过空中传输它们(即使在查询表建立消息传输中)。
TTL该字段有效地定义了在可以丢弃该分组之前的最大的跳跃(hop)数。可以使用缺省值，和/或在查询表入口建立中设定它。在上行链路(移动站到BTS)中，经常使用缺省值来运行，因为移动站可能是最后的跳跃。在下行链路(BTS到移动站)中，可能使用小范围的值，并且可以在维持模式中增加作为新出现的值。
Protocol(协议)该字段指出该IP分组携带的协议类型，例如ICMP，IGMP，GGP，IP，TCP，UDP......即使对于特定的目的地址，可以改变该字段，但是，可以有对于源和目的地址的每一个组合的一组选项，并且，多个查询表入口可以被重构以覆盖选项。在IP 6中，下一个报头字段起类似的目的，并且可以用相同的方式进行压缩。
Header Checksum(报头校验和)通过空中接口传输的数据有自己的校验，这样可以根据报头内容(其有效地没有被使用)在网络或移动站内重新生成它。例如，在下行链路方向上，可由网络元件有效地结束校验和。该字段在IP 6中没有。
Source IP Address(源IP地址)该字段在查询表入口中建立。
Destination IP Address(目的IP地址)该字段在查询表入口中建立。
Options(选项)选项字段长度可变化，在任意一个分组中使用的数目也可变化。一些选项对于某些应用来说是特定的。可能的情况下，避免使用这些字段，但是潜在地要求在需要时通过空中接口传输数据。
相对于较高层协议，移动站使用较高层协议和IP，诸如TCP，UDP，RTP和其它。报头中的协议字段指出协议，并且用于适当地建立查询表。在许多的这种协议报头中，在每一个分组中有改变的字段，例如序列号。
有可能在网络中、在查询表处终止这些协议。然后，BTS作为仿佛知道移动站的IP地址(它作为代理)，并且产生和终止IP和其它协议。这使要在空中传输的数据最小。然后，利用通过空中的协议来传输用户数据，而不受到许多报头层的阻碍。
在使用HTTP报头的情况下，本发明的查询表方案结合在上层(作为HTTP)的压缩(例如，LZH)优选地用在表上，诸如IP或TCP的较低层上。
如图3a和图3b所示构成空中接口分组，空中接口分组构成报头的建立。
LUID入口消息(图3a)示出了用来建立LUID入口的空中接口分组的一般结构。这可以用在两个方向上，并且具有相应的确认消息。该分组很简单，由Type(类型)(用来从数据消息和确认分组中识别这个分组)和LUID(它应该相关的入口数目)和应当存储的IP报头信息。注意，尽管没有示出，某些IP报头部分也可能是可变的，因此，在需要的时候，在数据消息中传输它们。IP 6服从这种方法，因为用基本的报头和扩展的报头来构造它。可以使用查询表方法来压缩基本的IP 6报头，不是特别地可变的扩展报头也可以进行这样的操作。例如，允许源规定通过网络的路由的路由扩展报头可以很大，并且可能保持相同吞吐量的会话。查询表入口是一种压缩此类扩展的好方法。另一方面，确认扩展报头以不可预测的方式改变每一个数据报，并且最好在这些数据消息中传输。
图3b的数据消息由类型字段(将其标识为数据传输)和识别应当用来产生适当的报头的表入口的LUID组成。它可能包括对诸如UDP，RTP等较高层协议的引用，较高层协议可以用来去除传输作为部分数据的这些报头的需要，并且允许BTS中的“代理”实体(entity)来用序列号等产生所有的分组。有一个动态数据字段的选项。
从上面的介绍可以理解，当在通信单元和网络基础设施中使用基于IP的协议栈时，本发明允许使要通过容量有限的空中接口(事实上为BTS回程链路)传送的数据量最小。
权利要求
1.一种在电信网络中传输和接收分组数据的方法，该方法包括步骤在通信单元和网络控制站处接收网际协议(IP)报头内容和相应的查询表标识，将接收到的IP报头内容和它们的相应的标识存储在位于所述通信单元和所述网络控制站处的查询表中，并且，在所述通信单元和所述网络控制站之间交换数据分组，其中所述数据分组包括查询表标识。
2.根据权利要求1的方法，其中，接收IP报头内容和相应的查询表标识的步骤包括在所述通信单元和所述网络控制站之间交换IP报头内容和相应的查询表标识。
3.根据权利要求1的方法，其中，接收IP报头内容和相应的查询表标识的步骤包括从远程数据库下载IP报头内容和相应的查询表标识。
4.根据前述任意之一权利要求的方法，进一步包括步骤确认接收到查询表标识。
5.根据前述任意之一权利要求的方法，其中，所述查询表标识对应于至少下述之一服务质量；由给定的数据分组携带的协议类型；源IP地址；目的IP地址。
6.一种用于传输和接收分组数据的装置，该装置包括用于接收网际协议(IP)报头内容和相应的查询表标识的装置，用于存储已接收到的IP报头和相应的标识的查询表，和，用于将查询表标识附加到数据分组中并且通过空中接口传输所述数据分组的装置。
7.根据权利要求6的所述装置，其中，由所述查询表包括至少下述一个已存储的值IP报头长度；IP版本；最大的跳跃数。每一个所述存储的值与查询表标识相关。
8.根据权利要求6或7之一的所述装置，其中，所述装置包括移动通信单元。
9.根据权利要求6或7之一的所述装置，其中，所述装置包括电信网络控制站。
10.一种根据权利要求9的装置，适于结束协议。
全文摘要
本发明使用一种“查询表”来消除当将IP分组传输到移动通信设备1或从移动通信设备1传输IP分组时，对通过空中接口(在一些情况下是陆地回程)传输IP报头的需要。这解决了一些与传输IP分组相关的频谱效率问题。
文档编号H04L12/56GK1554174SQ01816138
公开日2004年12月8日 申请日期2001年9月24日 优先权日2000年9月27日
发明者凯万·霍比斯, 保罗·文森特·弗林, 约瑟夫·林基乌索, 丹尼尔·J·德克莱尔, J 德克莱尔, 林基乌索, 凯万 霍比斯, 文森特 弗林 申请人:摩托罗拉公司