专利名称：蜂窝通信网络切换期间和之后的头部压缩优化方法
技术领域：
本发明涉及电信领域，并涉及在位于蜂窝通信网络的一个小区中的第 一移动终端和与因特网相连接的第二终端之间交换的数据分组流的IP (因 特网协议)头部压縮的优化方法。该方法包括以下步骤-对IP头部字段进行编码，以及-在第一移动终端和第二终端之间交换包括至少一个参考值的压縮窗(compression window)，第一移动终端(或者是第二终端)使用 该参考值来进行压縮并且第二终端(或者是第一终端)使用该参考 值来进行解压縮。第二终端可以是移动终端或者是蜂窝通信网络的特定节点。本发明还涉及适用于实现本方法的移动终端。
背景技术：
现今，IP电话由于改进的技术解决方案而获得了发展势头。在未来几 年中，IP将变为普遍使用的承载电话的方式。未来的一些蜂窝电话链路也 可能会基于IP和IP电话。蜂窝电话可能具有不仅支持音频和视频而且还 支持网页浏览、电子邮件、游戏等的IP协议栈。经由蜂窝链路的IP当被用于交互式的语音会话时所具有的问题是很大 的头部开销。IP电话的话音数据最可能由RTP (实时协议)来承载。于 是，除了链路层成帧(framing)之外，分组还将具有总共40 octet (八位 字节)的IPv4头部(20 octet) 、 UDP (用户数据报协议)头部(8 octet)、以及RTP (实时协议)头部(12 octet)。在IPv6的情况下，IP 头部是40 octet,总共是60 octet。有效载荷的大小取决于话音编码和所使 用的帧大小，并且可能小到15-20 octet。鲁棒头部压縮(ROHC， Robust Header Compression)被创建以克服用 在蜂窝链路上的3GPP中的IPHC (IP头部压縮)和RFC2507技术规范的 局限性，其中蜂窝链路通常会遭受高差错率和大传输延时。ROHC被指定 为使得在执行头部压縮的同时可以考虑传输链路的差错率，从而确保通过 该链路来传输的头部的成功解压縮。这是ROHC适于在无线电链路上使用 的原因。但是，在蜂窝通信网络的切换过程中，例如，在UMTS (通用移动远 程通信系统)中的RNC (无线电网络控制器)内部硬切换和RNC间硬切 换(组合硬切换和具有上下文重定位的SNRS重定位)过程中，通常可能 会丢失较长的连续分组序列，这可能会导致解压縮失败、分组丢失、和使 用大头部(IR-DYN格式，15字节)来进行的对压縮上下文的部分重初始 化，因而降低了压縮效率。因此希望提高头部压縮方案的性能，以克服切换过程中的上述问题。这样的性能可以用三个参数来描述压縮效率、鲁棒性、和压縮透明 度。鲁棒的方案容许在发生头部压縮的链路上的丢失和残留误差，而不会 丢失其它分组或在解压縮头部中弓I入其它误差。图1示出了用于压縮的ROHC主要原理之一是W-LSB (基于窗口的 最低有效位)编码。如果值v是k比特上的编码值，则LSB (最低有效位)编码值e的范 围在0和2k-l之间，"e"是将v整除2k所得的余数，也可写为e = y [2k]。如果解压縮器使用参考值vref (预先接收的未经过编码的或解压縮 的)来根据e确定v，则在区间f(Vref,k)中仅获得值v以使得e二y[2k]。该 值是唯一的，原因在于这个区间的大小为2、如果压縮器选择了足够大的k，从而存在一组参考值v,以使得值v对 于每一个v,都处在区间f (Vi, k)之中，g卩，v处在这些区间的交集中，则无 论使用哪一个Vi值作为参考，都存在唯一值v以使得e:y [2k]。图l示出了具有三个参考值Vi、 V2和V3的示例。在U和O模式(乐观模式)下的ROHC压縮器的正常行为是为每一个值选择足够大的k，以使得在使用n个先前发送的值中的任意一个作为 参考的情况下，对处于0和2M之间的这个值进行解压縮的结果将是原始值。所述"n"个先前发送的值的集合通常被称为"窗口"，并且n被称 为"最大窗长"，n是根据丢失分组和/或接收错误分组的概率来选择的， 以使得丢失n个连续参考值的概率足够低。通过根据传输链路特性在压縮器窗口中保持足够量的参考值来获得恰 当的鲁棒性，以克服可能的丢失或差错。在3GPP的RFC 3095所描述的头部压縮技术中，如果压缩器和解压縮 器各自都使用以下解释区间(interpretation interval)则方案保证是正确 的-原始值处于该解释区间中；并且-其中，该原始值仅仅是与被传输的那些值具有完全相同的k个最低有效位的值。 解释区间被描述为以下函数f (v—ref, k)。 f (v—ref, k) = [v一ref隱p， v一ref + (2k-l) - p] 其中，p是整数。函数f具有以下特性；对于任何值k， k个最低有效位将唯一地标识f (v—ref,k)中的值。参数p被引入以使得解释区间可以关于v—ref而移动，为p选择好的 值将产生更有效的编码以用于具有特定特性的字段。当压縮值v时，压縮器找到k的最小值以使得v落入区间f (v—ref-c, k) 之中。将这个函数称为k = g(v—ref—c, v)。当例如由于分组格式所施加的限制而使得仅有少数k的距离值 (distant value)可用时，压縮器将改为选择最小的k，该最小的k使得v 落在区间f (v—ref-c, k)之中。当接收到m个LSB时，解压縮器使用称为区间d的解释区间f (v一ref-d，m)。其选择区间d中的、LSB与所接收的m个比特相匹配的一个值作为 解压縮值。压縮器可能无法确定将被解压縮器用于特定值v的v—ref—d的精确值，原因在于v—ref—d的一些候选可能已经丢失或损坏。但是，通过使用反馈或者通过进行合理的假设，压縮器随后计算候选的数目k，以使得无论解压縮器使用了该候选集合中的哪个v—ref一d， v都被得到的区间d所包 括。由于解压縮器总是使用最后接收到的CRC (循环冗余校验)成功的值 作为参考，所以压縮器维护了包含v一ref—d的候选的滑动窗口 。 该滑动窗口初始为空。压縮器对滑动窗口执行以下操作 -在发送由CRC保护的值v (经过压縮的或未经压縮的)之后，压縮器将v添加到滑动窗口。 -压縮器为正被压縮的每一个值v选择k = max (g (v一min ， v) , g(v_max , v))，其中，v_min和v_max是滑动窗口中的最小值和最大值，并且g是以上定义的函数。 -当压縮器充分确信特定值v和比v更旧的所有值都不会被解压縮器用作参考时，通过移除那些值(包括v)来改进窗口。 所述信心可以通过各种方式来获得。在R模式(双向可靠模式)下，来自解压縮器的ACK (Acknowledge,确认)信号暗示可以从滑动窗口中移除比经过确认的一-个值更旧的值。在U/0模式(单向/乐观模式)下，总是存在CRC以校验正确的解压 縮，并且使用具有有限最大长度的滑动窗口。 窗长是与实施方式相关的优化参数。除了在R模式下必须用随后的CDC来确认所接收的每一个头部之外 解压縮器遵循在先前部分中描述的过程。如从以上描述中可见的，在传统的ROHC操作中，当传输新值时，该 值被添加到窗口，并且最旧的值被从窗口中移除。这在发生系统间或蜂窝 间切换过程时可能会对解压縮器造成困难。事实上，在切换过程中，通常 可能会丢失大量的连续分组。这种情形可能会导致丢失同步、向压縮器返 回否定性的确认指示、并丢弃所有所接收的分组，直到压縮器返回到初始 化阶段的第二步骤为止。因此，可能会导致以后的同步丢失，或者在初始化阶段中自发地后退(fallback)，从而使用大约15字节长度的IR-DYN 格式来避免在丢弃所有所接收的分组期间的否定性反馈指示的往返延时。当前存在的对ROHC压縮器的改进是像3GPP 25.323中一样地按不符 合正常ROHC行为的方式来改变行为，所述3GPP 25.323建议在O模式下 "不更新上下文"，这根据ROHC技术规范是不可能的。本发明的一个目的是在发生切换过程时调整滑动压縮窗口 。本发明的另 一个目的是在切换过程期间保持压縮。本发明的又一个目的是根据切换的持续时间来使用尽可能小的压縮格 式，并且不使用当前由3GPP指定的大IR-DYN分组格式。发明内容本发明旨在改进用于压縮经由在位于蜂窝通信网络的小区中的第一移 动终端和在该蜂窝通信网络中的特定第二移动终端之间的蜂窝链路来进行 交换的IP分组流的IP头部文件的技术。该特定节点例如是用于UMTS网 络的无线电网络控制器RNC或者是用于GSM网络的SGSN (提供GPRS 服务)。根据本发明，当开始切换或迁移过程时，只要该切换或迁移过程正在 进行中，就正常地向滑动压縮窗口添加新的参考值(即，利用头部格式来 传输的值，以使得解压縮器将使用该值来进行以后的解压縮)，却不从该 窗口移除参考值。这在切换或迁移过程正在进行时将永久地扩大窗口 。此外，当在新的无线电链路上传输(即，在切换或迁移过程完成之 后)的值的数目适合克服该新链路上的差错特性时，立刻从压縮窗口中移 除所有较旧的值，从而恢复到正常的窗口操作。本发明的上述目的是通过下述方法来实现的，该方法用于优化适用于 在位于蜂窝通信网络的小区中的第一移动终端和与因特网相连接的第二终 端之间交换的数据分组流的IP头部的ROHC RTP (鲁棒头部压縮实时协 议)压縮，所述方法包括以下步骤-对IP头部字段进行编码，以及-在第一移动终端和第二终端之间交换包括至少一个参考值的压縮窗口，第一移动终端(或者是所述第二终端)使用该参考值来进行压縮，并 且第二终端(或者是所述第一终端)使用该参考值来进行解压縮， 所述方法的特征在于还包括以下步骤-当开始切换或迁移过程时，只要该切换或迁移过程正在进行，就向 压縮窗口添加至少一个新的参考值以用于随后的解压縮，而不从该窗口移 除先前的参考值，-在切换或迁移过程完成之后，立刻从压縮窗口移除所有的先前值。根据本发明的优选实施例，ROHC RTP压縮使用基于窗口的最低有效 位编码(W-LSB)。本发明的上述方法是在下述移动终端中实现的，该移动终端位于蜂窝 通信网络的小区中，并且与该蜂窝通信网络中的第二终端交换数据分组 流，所述移动终端包括压縮器和解压縮器、用于对IP头部字段进行编码的 装置、以及用于在第一移动终端和所述第二终端之间交换包括至少一个参 考值的压縮窗口的装置，第一移动终端使用该参考值来进行编码并且第二 终端使用该参考值来进行解压縮，所述移动终端的特征在于还包括-用于在切换或迁移过程开始时，只要该切换或迁移过程正在进行就 向压縮窗口添加至少一个新参考值以用于随后的解压縮，而不从该窗口移 除先前的参考值的装置，以及-用于在切换或迁移过程完成之后立刻从压縮窗口移除所有先前值的 装置。因此，本发明使得可以依据切换持续时间、从UO-0 3字节中使用更 加紧密的格式，使得可以保持稳定状态，使得可以决不丢弃所接收的分 组，此外，还可以节省无线电资源并且无需修改ROHC技术规范。另外，RAN2当前为经由IMS的语音定义了经过优化的无线电接入承 载(RABs)，其中，假设具有2个RAB定义，对于每个ROHC阶段各有 一个RAB定义，并且使用RRC信令来在这两个RAB定义之间切换。因 此，避免后退到初始化阶段也节省了RRC信令。
图1示出了现有技术中的R0HC (鲁棒头部压縮)主要原理之一； 图2示出了根据本发明的、在U和O模式(单向和乐观的模式)下的ROHC压縮器的正常行为的流程图；图3示出了根据本发明的、在切换或迁移过程被启动时的ROHC压縮 器的行为的流程图；以及图4示出了根据本发明的、在切换或迁移过程完成之后的ROHC压縮 器的行为的流程图。
具体实施方式
以下描述是在如下情况下作出的，其中将被压縮的IP头部值是在蜂窝 通信网络的切换期间或迁移过程中从第一蜂窝移动终端向第二蜂窝移动终 端传输的分组数据流的RTP时间戳(实时协议时间戳)或RTP序列号 (实时协议序列号)。两个移动终端都包括适于实施根据本发明的优化方 法的压縮器和解压縮器。压縮器的上下文是其用来压縮头部的情形。解压縮器的上下文是其用 来解压縮头部的情形。这些情形中的任一个或者这两者的组合通常被称为 "上下文"。上下文包含来自分组流中的先前头部的相关信息，例如，静 态字段和用于压縮和解压縮的可能参考值。此外，描述分组流的附加信息 也是上下文的一部分，例如，关于IP标识符字段如何改变的信息和关于一 般的分组间的序列号或时间戳如何增加的信息。令(xj (n介于0和未定大数之间)为用于将被进行W-LSB (基于窗 口的最低有效位)编码的RTP (实时协议)头部字段之一的一系列值。假 设编码窗口包含k个值(Wl， ...， wk)。如果g(Vref， Xn)是根据参考值Vref来编码^的比特的最少数目，艮卩，使 用V^来正确地重构原始值所需的比特的最少数目，则根据编码窗口中的所有参考值来编码Xi的比特的最少数目是Max(k^到k) g (Wl， xn)。根据所有参考值来编码Xn意味着在传输Xn的ROHC分组中将使用至少这个数目的比特来用于^。在传统的ROHCO模式(乐观模式)操作中，当传输新值时，该新值 被添加到窗口中，并且最旧的值被从窗口中移除，即，如果压縮器使用...)来编码Xn，则窗口将被更新为Xn+i，…)以编码X^，然后窗口被更新为(X0, X,,…,Xn-k,…,Xn-l(x。， xl，…,Xn—k, |Xn+i-k, ，Xi， .." Xn-k， Xn+i隱k,，Xn-l ， Xtxn+2-k" , xn-l , xn, xn+l当在O模式下对规则的语音/IP流进行操作时，仅仅4比特的时间戳 需要传输，即，可以使用UO-0分组格式，其中，对于每一个头部是3字 节，包括2字节的UDP校验和。当开始切换或迁移过程时，建议区别地更新窗口。如果Xs是迁移开始 之后发送的第一个值，则压縮器使用XS,...)来编码Xs，然后窗口将被更新为.)以编码x^，然后窗口被更新为(x。， x!， (x0, x丄，(Xo， A,xs-k.Xs-k，. ？ ， xs， xs+l，xs+2"换而言之，当在切换或迁移过程期间传输新值时，在添加新值的时候 没有从滑动窗口中移除旧的参考值，并且对于每一个所传输的值，窗口中 的值的数目被加一。按如下方式来确定经ROHC压縮的分组的大小随着滑动窗口中的参 考值数目的增加，需要传输更多比特的SN (大约2,w、)，并且ROHC 分组头部格式取决于窗口中的值的数目-多达16: UO-0 (3字节长，包括4比特的SN) -多达64: UO-2 (5字节长，包括6比特的SN) -多达512: UO-2扩展号0 (6字节长，包括9比特的SN) 在切换或迁移过程中被压縮的分组可能不会被传输，但是重要的是在 切换或迁移完成之后，ROHC压縮器被更新以正确地压縮分组。当切换或迁移过程完成时，变得可以根据滑动窗口来发送经过压縮的 值，并且以相同的方式来对其进行更新。如果Xe是在切换或迁移过程结束 之后将传输的第一个值，并且m是滑动窗口中的、用以确保根据新的无线 电链路的差错特性来对该新的无线电链路进行正确操作的值的数目，则建 议在可以从滑动窗口中移除Xe以同时从该窗口中移除所有更旧的值(用斜体字指示)之前进行等待，即，压縮器使用.)来编码Xe，然后窗口被更新为.)以编码Xw，然后窗口被更新为,Xe(Xo,Oo， xhXs-k …？ Xs-i ， Xe， Xg+i,Xw，...)等，直到窗口变为)以编码为止'经过压縮的分组大小如上所述，但是真正地被传输。 然后，窗口被更新为(xo, xl，…，fe匿fe…,4/ Xe， Xg+i, Xe+2，. " xe+m-2l, xe+m-l,(Xo,Xi， …,^乂5-7 ， xe， xe+l, xe+2,--'， xe+m-2 Xe+m—i)以编码Xe+m-!.)以编码然后，滑动窗口具有在没有发生切换或迁移过程时的通常形式，并且经过压縮的分组大小被改成3字节(UO-O格式)。利用本发明的方法，对于使用AMR编解码(这种编解码每20ms产生 1帧)的一般语音/IP呼叫，可以利用5字节的头部来处理1秒的切换，并 且利用6字节的头部来处理少于5秒的切换，而不是利用当前由3GPP指 定的IR-DYN头部O (15字节)。在图2中示出了在U和O模式(单向和乐观的模式)下的ROHC压 縮器的正常行为。在图2中，在步骤2中，压縮器确定新值v以将其发送到解压縮器， 在歩骤4中，解压縮器验证窗口是否包含最大窗长值。如果窗口包含Max—width (最大窗长)值，则在歩骤6中压縮器发送 经W-LSB编码的值。在步骤8中，解压縮器将所述值添加到窗口，并且 在步骤IO中解压縮器从窗口中移除最旧的值。另外，在步骤12中，压縮器发送原始值v，并且在步骤14中解压縮 器将该值添加到窗口。现在参考图3，图3示出了当窗口中存在max—width值并且切换或迁 移过程被启动时的情况。在这种情形下，如图3所示，在步骤20中，压縮器确定新值v以将其发送到解压縮器。同时，对该新值进行W-LSB编码。在步骤22中，压縮 器将经过W-LSB编码的值发送到解压縮器。在步骤24中，解压縮器将经 过W-LSB编码的值添加到窗口 ，然后从步骤20重新开始优化过程。 如图3所示，在切换或迁移过程中并没有从窗口移除最旧的值。 图4示出了在切换或迁移完成之后的根据本发明的方法。在图4中， 在步骤30中，压縮器确定新值v以将其发送到解压縮器。在步骤32中， 解压縮器验证窗口是否包含在切换或迁移过程完成之后才传输的最大窗长 值。如果窗口包含Max—width值，则在步骤34中，压縮器将经过W-LSB 编码的值发送到解压縮器。在步骤36中，解压縮器将经过W-LSB编码的 值添加到窗口，然后在步骤38中，解压縮器从窗口中移除除Max—width 最近的那些值之外的所有值，然后在步骤39中恢复正常过程。另外，在图4的步骤40中，压縮器将经过W-LSB编码的值发送到解 压縮器，然后在步骤42中，解压縮器将该经过W-LSB编码的值添加到窗 口，然后从步骤30重新开始优化过程。根据本发明，如图4所示，根据切换或迁移之后的链路的差错率来设 定Max—width。如果新的链路具有与旧的链路不同的差错特性，则情况将 会不同。
权利要求
1. 一种方法，用于优化适用于在位于蜂窝通信网络的小区中的第一移动终端和与因特网相连接的第二终端之间交换的数据分组流的IP头部的ROHC RTP(鲁棒头部压缩实时协议)压缩，所述方法包括以下步骤-对所述IP头部字段进行编码，以及-在所述第一移动终端和所述第二终端之间交换包括至少一个参考值的压缩窗口，所述第一移动终端(或者是所述第二终端)使用所述参考值来进行压缩，并且所述第二终端(或者是所述第一终端)使用所述参考值来进行解压缩，所述方法的特征在于还包括以下步骤-当开始切换或迁移过程时，只要该切换或迁移过程正在进行，就向所述压缩窗口添加至少一个新的参考值以用于随后的解压缩，而不从所述窗口移除先前的参考值，-在所述切换或迁移过程完成之后，立刻从所述压缩窗口移除所有的先前值。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述头部压縮使用基于窗口的 最低有效位编码(W-LSB)。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，经过W-LSB编码的头部字段是 RTP时间戳(实时协议时间戳)。
4. 如权利要求2所述的方法，其中，经过W-LSB编码的头部字段是 RTP序列号(实时协议序列号)。
5. —种移动终端，该移动终端位于蜂窝通信网络的小区中，并且与 所述蜂窝通信网络中的第二终端交换数据分组流，所述移动终端包括压縮 器和解压縮器、用于对IP头部字段进行编码的装置、以及用于在第一移动 终端和所述第二终端之间交换包括至少一个参考值的压縮窗口的装置，所 述第一移动终端使用所述参考值来进行编码并且所述第二终端使用所述参 考值来进行解压縮，所述移动终端的特征在于还包括_用于在切换或迁移过程开始时，只要所述切换或迁移过程正在进行 就向所述压縮窗口添加至少一个新参考值以用于随后的解压縮，而不从所 述窗口移除先前的参考值的装置，以及-用于在所述切换或迁移过程完成之后立刻从所述压縮窗口移除所有 先前值的装置。
全文摘要
本发明涉及一种方法，该方法用于优化适用于数据分组流的IP头部的ROHC RTP(鲁棒头部压缩实时协议)压缩，从而使用更紧密的格式来使得可以保持稳定状态、使得可以决不丢弃所接收的分组、并使得可以提供无线电资源，而无需修改ROHC技术规范。在这种方法中，当开始切换或迁移过程时，只要该切换或迁移过程正在进行中，就正常地向滑动压缩窗口添加新的参考值，却不从该窗口移除参考值。在切换或迁移过程完成之后，当在新的无线电链路上传输的值的数目适合克服该新链路上的差错特性时，可以立刻从压缩窗口中移除所有较旧的值，从而恢复到正常的窗口操作。
文档编号H04W80/04GK101283620SQ20068003767
公开日2008年10月8日 申请日期2006年10月5日 优先权日2005年10月10日
发明者大卫·莱克姆普特 申请人:日本电气株式会社