动态压缩覆盖的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于估计压缩长度供优化网络中的包业务的优化压缩/解压的方法和 装置。
【背景技术】
[0002] 分组交换(PS)网络中的数据通信包括数据通过网络作为小的数据段或大小合适 的数据块(叫作包)的序列的传输。每个包经由一个或多个网络实体或节点从源(例如，用户 设备(UE)、终端、移动设备或其他网络实体)传递通过网络到目的地(例如，另一个UE、终端、 移动设备或另一个网络实体）。每个包典型地包括数据有效载荷(其是传输的小的数据段） 或包报头，其典型地提供例如目的地和/或源地址和使用的包或通信协议的类型等信息。
[0003] PS网络可包括或代表使所有传输数据分组为大小合适的数据块（叫作包）的通信 网络。可在描述的网络的某些实施例中使用的特定PS网络的示例包括但不限于例如第二代 (26)、2.5代(2.56)、第三代(36)和第四代及以后(46及以后)型网络等遗留？5网络，和/或演 进分组交换(EPS)网络和/或所有基于全互联网协议(IP)的PS网络。
[0004] 例如，所谓的通用移动电话系统（UMTS)(遗留PS网络，通常称为3G无线电通信网 络)是用例如高速分组接入(HSPA)技术等增强PS网络技术而演进成的PS网络标准。另外， UMTS框架内的空中接口技术开始朝在所谓的长期演进(LTE)和LTE高级系统中定义的新空 中接口技术演进。
[0005] 下一代无线电通信系统和网络(例如LTE和LTE高级)视为全IP网络。这些网络将具 有升级的PS网络基础设施，叫作演进分组系统(EPS)』PS包括演进分组核心(EPC)，其对全 IP网络形成核心PS网络的基础。这些增强PS网络将提供所有移动核心功能性，其在前代 (26、2.56和36)中通过现有03网络和遗留？3网络而实现。
[0006] UE可包括或代表用于通信的任何设备。可在描述的网络的某些实施例中使用的UE 的示例是无线设备，例如移动电话、移动设备、终端、智能电话、便携式计算设备(例如手提 电脑、手持设备、平板、笔记本、计算机、个人数字助理)和其他无线通信设备或例如电话、计 算设备(例如台式机、机顶盒)等有线通信设备和其他固定通信设备。
[0007] 网络元件或实体可包括或代表供在可以在特定接口上管理的电信网络中使用的 任何网络节点、设备、功能或实体。可在描述的网络的某些实施例中使用的网络元件或实体 的示例是组成核心网络、接入网络(例如分组或电路交换网络）、基于IP的网络、2G、3G、4G和 下一代网络、IMS核心网络、IMS服务网络以及服务和外部网络及类似物的网络元件、节点、 设备、功能或实体。
[0008] 数据通信演进以使用许多不同通信协议或标准(例如，互联网协议、TCP/IP协议、 UDP协议等）以供在将数据从源传输到目的地中使用。这些通信协议可在所谓的协议栈中分 层，其中协议栈的层服务于在它上面的层和在它下面的层。
[0009] 典型地，协议栈包括应用层、传输层和网络层。应用层包括支持各种用户应用或应 用程序所需要的逻辑，传输层包括提供由应用层控制的应用数据的可靠通信的机制，并且 网络层关于网络中的源与目的地或物理设备之间的数据交换。协议栈的示例包括TCP/IP协 议族(提供应用、传输、互联网、网络接入和物理层)或开放系统互连(OSI)模型（提供应用、 呈现、会话、传输、网络、数据链路和物理层）。
[0010] 数据通信(例如无线和/或有线通信)在世界上很多地方变得普遍存在。随着通信 网络技术、UE能力和应用的发展和扩展，在UE与通信网络之间传输或传送数量日益增加的 数据。传输数量日益增加的数据将给当前和未来通信网络技术的容量和吞吐量施加压力。 例如，许多当代无线通信网络的容量有限；使每个UE与通信网络之间传送的数据量减小将 提高整体性能和系统容量。
[0011] 图1图示示例包100的结构，其包括包报头102、后跟包有效载荷104。在该示例中， 包报头102包括互联网协议（IP)报头102a和传输协议报头102b(例如，TCP/UDP报头）。包有 效载荷104包括更高层协议信息和传输的数据或数据段。为了提供可靠通信，数据采用包的 形式在层之间传递，其中在每个层处可将与该层有关的额外数据插到包的有效载荷和与该 层有关的报头。这意指包可包括与可在将数据从源传达到目的地时使用的协议栈的各种通 信协议和/或层关联的一个或多个包报头(例如，IP报头l〇2a和TCP/TDP报头102b)。报头取 决于包数据位于网络中的什么地方或在通信协议或系统的什么级/层(例如，应用层、传输 层或网络层)处。要意识到从传输协议层(例如，IP报头102a和TCP/UDP报头102b)方面来看， 为了简单起见并且仅通过示例描述示例包100和报头102以及有效载荷104。本领域内技术 人员将理解本文的描述适用于任何包(其包括任何报头和任何有效载荷)并且可基于任何 协议或层。
[0012] 可通过在传输之前压缩包来提高包的传输效率。存在可用于压缩包的许多压缩方 法/算法。典型地，文件压缩方法/算法或压缩方法/算法将包视为位流并且操作来压缩位 流。这样的压缩算法可包括压缩函数和对应的解压函数。例如，GNU ' s Not Unix(GNU)ZIP或 GZIP是用于文件压缩和解压的许多软件应用或压缩算法中的一个。GZIP使用Lempel-Ziv编 码(LZ77)无损压缩结合霍夫曼熵编码。由于过多压缩/解压算法可用，仅通过示例并且为了 简单起见，使用GZIP压缩算法，要意识到本领域内技术人员将理解本发明并不如此受限并 且可使用任何适合的压缩方法/算法和/或解压方法/算法。
[0013] 常规地，可通过独立对包报头102和包有效载荷104进行压缩来压缩包100。大部分 的包报头信息是静态的或可以根据可预测模式来更新。因为包报头仅包括文本信息字段， 它们可以易于被压缩来提高传输效率。常规地，通过网络传输的包业务中的包报头通过分 析每个包的报头来确定要压缩的位的数量而压缩。例如，在应用包报头压缩时，详细分析包 报头，并且特定包报头字段分成静态、半动态和动态字段。在该情况下，包报头应被视为位 流而没有做出关于报头的特定考量，但限制压缩范围以涵盖报头的位除外。例如，压缩方 法/算法(例如GZIP)可应用于位流的特定部分，例如包报头。
[0014] 存在可在包报头102中使用的各种协议报头格式，例如，各种传输和IP协议报头格 式可基于用户数据报协议（UDP)协议、互联网协议版本4(IPv4)协议、互联网协议版本6 (IPv6)协议和传输控制协议(TCP)。要意识到这些示例协议报头格式(例如，UDP、IPv4、IPv6 和TCP)为了说明目的并且仅通过示例描述;本领域内技术人员将理解本文的描述适用于任 何报头格式或甚至任何有效载荷，而独立于用于定义包的协议。对于这些不同IP级协议的 包的大小在表1中示出。
[0015] 表1:示例IP级协议报头和大小 每个协议使用具有不同大小的不同报头格式，这是明显的。在报头中，IP版本在IP报头 中的"版本"字段中可见，并且底层传输协议也在IP报头中给出。为了高效压缩包报头102， 可使用用于识别报头大小的分析方法，例如IP包检查(PI)，其可足以识别在特定连接上使 用哪些协议并且因此估计每个包100的包报头大小。
[0016] 另外，包100的包有效载荷104可使用对包数据业务起作用的压缩方法/算法来压 缩。例如，可以采用例如GZIP或相似物等压缩算法。存在不同的有效载荷压缩方法，一些压 缩个别数据包并且其他跨数据包边界起作用（更确切地说，将包流看作位流），而其他压缩 整个数据包并且其他在数据包的特定选择部分上应用压缩。从该最后的角度来看，选择部 分可以是像许多报头压缩算法中的特定包报头。这样的压缩算法包括压缩函数和对应的解 压函数。
[0017] 典型地，当在传输级之上的有效载荷104不可压缩时，压缩比（其可定义为压缩包 大小与未压缩包大小的比率)将未提高而无法压缩包报头102。例如，在使用使用传输层安 全(TLS)的加密时压缩有效载荷104没有益处。然而，如果在传输层之上的数据未被加密，则 数据可高度可压缩，这取决于数据类型，例如应用层信令和开销。再者，为了高效压缩包有 效载荷104，可使用用于识别有效载荷类型和有效载荷大小的分析方法，例如PI。
[0018] PI可包括或代表在不同级的包分析，从IP报头归类到深度包检查(DPI)。下面描述 可进行的不同级别的包检查和分析中的一些；这些包括但不限于IP报头归类、浅层检查、 DPI和启发式检测。
[0019] IP报头归类(又叫5元组检查）用于检查包直至互联网层:所谓的5元组(源IP地址、 源IP端口、目的IP地址、目的IP端口、协议(其在传输层上运行，例如TCP、用户数据报协议 (UDP)等)等XIP报头归类对于识别以特定端口号或特定协议为目标的业务有用。它在来自 某些业务领域（例如互联网或虚拟专用网（VPN))的业务应采用特定方式对待时也是有用 的。例如，给出全互联网业务、一定质量的服务对待(例如，优先级)或向VPN添加不同的安全 协议。
[0020] 浅层检查(又叫状态检查)是通过检查当前协议报头(TCP、UDP等)来分析传输层协 议状态。例如，分析TCP报头标志(像SYN、ACK和FIN)的序列告知连接状态，和接收器窗口大 小。浅层检查在链路层算法被更高层协议交互事件序列触发时有用，而不需要知道携带什 么内容。一个使用示例是通过使更低层协议状态遵循更高层协议层来使用户终端电池消耗 减小。浅层检查还包括IP报头的所有字段的分析。
[0021] 深度包检查(DPI)是应用层上数据内容的分析，例如超文本传送协议(HTTP)状态、 视频帧内容等。使用DPI的一个常见示例是高速缓存，其中分析HTTP请求来识别从高速缓存 提取哪些内容。链路层算法也可以变成适应于特定类型的内容或应用。
[0022] 启发式检测包括对应用层数据的模式检测或统计识别方法。这典型地是具有加密 内容的服务归类或对于意在设法避免识别(例如，以避免阻断IP应用的免费语音）的应用所 需的。
[0023] 常规地，由于通过网络传输的包业务中可能包报头和有效载荷的大的变化，在应 用包报头和包有效载荷压缩时需要对每个包进行PI。必须详细分析包报头和/或包有效载 荷。PI可用于确定包报头102的长度使得报头可在传输之前使用包压缩算法来压缩。相似 地，PI可用于确定包有效载荷104的长度使得有效载荷可在传输之前使用包压缩算法来压 缩。报头长度可代表包报头的位或字节的数量，并且有效载荷长度可代表有效载荷的位或 字节的数量。
[0024] 给出在网络中传输的庞大数量的包，对每个包进行PI (例如IP报头归类、浅层检 查、DPI和/或启发式检测）以便确定可压缩的包报头长度和包有效载荷长度，这变得不可 行。这是由于大量的包业务、在每个包上对于PI所需要的计算资源（由于不足的硬件或软件 (例如，UE))和/或用于对每个包进行PI引起的延迟。另外，设法压缩整个包100而仅一部分 可压缩，这在要压缩全部包时需要不必要大的计算量。在一些情形中，可期望仅压缩报头 102而不是包100的有效载荷104部分。然而，在其他情形中，有效载荷可是可压缩的并且从 而报头和有效载荷压缩两者都可期望减少带宽使用并且提高通信网络中的吞吐量。从而， 典型地需要PI来确定包100的哪些部分可压缩以及哪些部分不可压缩。在仅一部分可压缩 时压缩整个包或使用PI功能性来观察包内容需要许多不必要的计算量，这是明显的。因此， 对于网络中的包业务非常需要优化包的压缩和解压同时使在网络中传输包方面的计算资 源和延迟最小化并且使网络中的带宽效率和数据传输吞吐量最大化。
【发明内容】
[0025] 尽管对网络中的每一个包进行包检查(PI)可确定每个包的报头长度和/或有效载 荷以及有效载荷是否可压缩，更确定地说它是计算密集型的并且可以引起相当大的延迟。 本发明的目标是提供用于估计压缩比并且动态调整压缩长度以用于压缩要传输的包和/或 网络中的包业务来使压缩包方面的计算资源和延迟最小化同时优化对于UE包业务的可能 压缩增益、由此优化网络性能的方法和装置。
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