CN101129005A - 有线数据业务的压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有线数据业务的压缩方法，其包括以下步骤：提供协议层数据，以及在协议层中的有线数据业务接口规范层压缩数据。在有线数据业务接口规范层压缩数据的步骤包括，在协议层中所有比有线数据业务接口规范层更高的层中压缩数据。

Description

有线数据业务的压缩方法
技术领域
本发明主要涉及数据压缩，特别是涉及一种通过有线调制解调器对数据业务进行数据压缩的方法。
背景技术
有线数据业务接口规范(DOCSIS)和欧洲有线数据业务接口规范(Euro-DOCSIS)定义了有线调制解调器及其支持仪器的接口标准。有线公司希望他们的有线调制解调器进行的数据业务的数据吞吐性能与DSL数据业务相抗衡。ADSL数据业务提供1.5-9Mbps的下行数据流和16-640Kbps的上行数据流。VDSL能提供13-52bps的下行数据流和1.5-2.3Mbps的上行数据流。为满足其商业客户对上行速率的需求，有线行业最近更新了有线数据业务接口规范(DOCSIS)。现在，有线数据业务接口规范/欧洲有线数据业务接口规范(DOCSIS/Euro-DOCSIS)的有线调制解调器规范在上行和下行方面都支持256正交调幅(quadrature amplitude modulation，QAM)。但是，HFC网络(光纤同轴电缆混合网)限制了上行和下行的可用带宽，并且HFC网络的质量会将最大调制限制在256QAM或者更少。通过在有线调制解调器的DOCSIS/Euro-DOCSIS规范中应用常用于模拟电话调制解调器的数据压缩技术，有线数据业务可以使用现有的HFC网络提供更有效的数据吞吐量。
在电信行业中，用“高速”模拟电话调制解调器进行数据压缩已经被用于提供电视电话业务。随着时间的推移，用于模拟电话调制解调器的调制技术(ITU-T V.34，ITU-T V.90，ITU-T V.92)得到了改进，但是却逐渐接近受带宽限制的语音电话网络的理论极限。模拟电话调制解调器行业通过改进所用的数据压缩算法(例如，Microcom网络协议(MNP)5、ITU-T V.42bis、以及后来的ITU-T V.44)提高了模拟电话调制解调器的性能。类似的数据压缩方法可以用于有线调制解调器行业，以提高有线数据业务的有效吞吐量。
有线行业已采用下列方法提高有效吞吐量：A)上行：采用先进的调制技术，例如，从QPSK和16QAM(有线数据业务接口规范-射频接口规范(DOCSIS)SP-RFIv1.1-I10-030730)到256QAM和S-CDMA(有线数据业务接口规范-射频接口规范SP-RFIv2.0-I04-030730)；B)上行：增加上行信道的可用带宽(SP-RFIv1.1-I10-030730)；C)下行：在ITU-T J.83-B网络中带宽被限制在6MHz，以及在ITU-T J.83-A网络中带宽被限制在8MHz(SP-RFIv2.0-I04-030730)；D)下行：采用64QAM至256QAM调制(SP-RFIv2.0-I04-030730)；E)报头抑制/压缩(SP-RFIv1.1-I10-030730)。现代HFC网络能支持上至1024QAM的调制，但是，与模拟电话调制解调器类似，适用于HFC网络的调制技术也正在接近其理论上的性能极限。
方法“A”和“D”使用较为复杂的调制技术来增加有效吞吐量。由于HFC网络的质量问题，会不可能使用更为复杂的QAM调制，例如512QAM和1024QAM调制。方法“B”使用增加信道带宽来承载更多的数据。当前上行信道的带宽被限制在6.4MHz。虽然可以修改DOCSIS/Euro-DOCSIS规范来增加信道带宽从而进一步增加上行数据吞吐量，但这是不可能的，原因在于，总上行频段由全部有线调制解调器分享，其进一步增加被限制在总上行频段(5-42MHz)。方法“C”由国家和国际视频标准管理，所以通过进一步增加下行信道带宽来增加数据吞吐量是不可能的。方法“E”，用于现今的DOCSIS/Euro-DOCSIS 1.1和2.0版本的数据业务，是数据压缩的一种形式，但其局限于帧或包(数据报)的报头部分，没有试图在上述帧或包的更大的有效载荷部分进行压缩。
因此，需要对有线调制解调器的数据业务进行数据压缩，以提供更高效的数据吞吐量。
发明内容
一种有线数据业务的数据压缩方法，其包括以下步骤，提供协议层数据，以及在该协议层中的有线数据业务接口规范层压缩数据。在有线数据业务接口规范层压缩数据包括，在协议层中所有高于有线数据业务接口规范层的层中压缩数据。
可选择地，一种有线数据业务的压缩方法，其包括以下步骤，提供协议层数据，以及在比有线数据业务接口规范层更高的网络协议层压缩数据。
附图说明
结合以下附图和详细说明，会更完整地理解本发明：
图1是观看网页所必需的协议层的结构图；和
图2是显示根据本发明从压缩DOCSIS MAC有效载荷数据单元得到的图1的层压缩图。
具体实施方式
作为讨论的参考，图1中的图表100，显示出观看一个网页所必需的协议层。在基于帧或者基于包的网络中，数据压缩可以采用两种形式：报头抑制/压缩和有效载荷压缩。基于帧和基于包的网络，例如以太网或者DOCSIS/Euro-DOCSIS网络，具有物理层接口(图1中未示)、数据链路层(其包括媒体访问控制(MAC)子层)(图1中的图表103、104和105)、网络层(图1中的图表102)、传输层(图1中的图表101)、以及遵循ITU-T X.200中载明的开放系统互联(Open Systems Interconnection，OSI)模型的更高层的功能。数据链路层中的通信对象被分解成“帧”，而在网络层中的对象被分解成“包”。一般而言，“帧”和“包”由报头(header)、有效载荷数据单元(payload data unit，PDU)、以及报尾(trailer)组成，如图1中的以太网包帧图103所示。报头定义了帧/包的目的、目的地址、以及可能包括的纠错信息。有效载荷数据单元(PDU)是被帧或包所承载的数据。数据链路帧的PDU承载从一点到另一对等点的数据，该数据可能是一个MAC帧或一个包的全部或者一个片断(fragment)，如果网络使用三层或者更多层。报尾，通常是检错或者纠错的另一种形式。
DOCSIS/Euro-DOCSIS规范，定义了一个最少五层的网络，公认的是，由报头所造成的开销减少了更为重要的PDU的可用带宽，并采用有效载荷报头抑制方法(Payload Header Suppression，PHS)在MAC PDU中压缩以太网媒体访问控制MAC报头和TCP/UDP/IP包头。基于DOCSIS/Euro-DOCSIS规范的有线数据业务在MPEG-2帧105中所包含的DOCSIS/Euro-DOCSIS MAC帧104中所包含的以太网MAC帧103中所包含的IP包102中采用TCP/UDP 101。有效载荷报头抑制PHS提供了与TCP/UDP/IP包和以太网帧相关联的报头压缩的标准方法。但是，PHS仅在有线调制解调器和有线数据业务提供商的头端(head-end)中的有线调制解调器终端系统(Cable Modem TerminationSystem，CMTS)之间提供报头抑制/压缩。并没有提供从有线调制解调器CM到有线调制解调器CM或者从客户应用到对等端应用的终端到终端(end-to-end)的报头抑制/压缩。因此，其没有在客户局域网(local areanetwork，LAN)、有线公司局域网、国际互联网(或者其它广域网)方面减少带宽需求，也没有在局域网(如果有)终端减少带宽需求。本方案的一个方面是，采用互联网工程任务组(IETF)制定的TCP/UDP/IP报头抑制/压缩标准来提供端到端的压缩并提高端到端的吞吐效率。例如，IETF已经制定了RFC2507(IP报头压缩)、RFC2508(低速串行链路中的IP/UDP/RTP报头压缩)、RFC3095(可靠的报头压缩(ROHC)：构架和四个方面)、以及RFC3545(用于具有高延迟、丢包和重新排序的链路的增强的RTP压缩(CRTP))。有必要修改或者重新定义控制机制以使这些标准报头抑制/压缩方法适用于DOCSIS/Euro-DOCSIS网络。尽管使用这些标准报头抑制和压缩方法可能会降低DOCSIS/Euro-DOCSIS PHS的效率，但并不防碍有效载荷报头抑制DOCSIS/Euro-DOCSIS PHS的使用。
另一个可压缩之处是包和/或帧的PDU域的压缩。由于PDU的大小远远大于其相应的报头的大小，因此，PDU的压缩是更具吸引力的增加有效带宽的方法。例如，最大的以太网帧是1518字节(bytes)，其中4个字节为报尾(trailer)，报头大约是40字节，所以，最大的PDU大约是1474字节。本方案的第二个方面是，针对用于DOCSIS/Euro-DOCSIS网络中所用的帧和包PDU中之一或者对其两者采用标准有效载荷压缩方法。例如，RFC3173(IP有效载荷压缩协议，IPComp)、RFC2394(采用DEFLATE的IP有效载荷压缩)，RFC2395(采用LZS的IP有效载荷压缩)，RFC3051(采用ITU-T V.44包方法的IP有效载荷压缩)、以及ITU-T推荐的V.44(数据压缩过程)定义了适用于DOCSIS/Euro-DOCSIS网络的PDU压缩方法。
PDU压缩可能发生在数据链路/MAC层或者网络层，两种选择各有不同的优势。与在数据链路/MAC层压缩相比，在网络层的PDU压缩会提供较较少的全面压缩，虽然其更适用于端到端的压缩。但是，在采用DOCSIS/Euro-DOCSIS规范的有线数据业务中，有线调制解调器和远端之间的握手不太可能建立PDU压缩，因为该远端系统不太可能去执行相匹配的PDU压缩方法，诸如RFC3173和RFC3051。如果修改DOCSIS/Euro-DOCSIS规范而采纳PDU压缩，在数据链路/MAC层的PDU压缩会更可能完成PDU的PDU压缩握手；随后有线调制解调器和CMTS间的MAC层通讯将执行PDU压缩。在数据链路/MAC层进行PDU压缩，本地有线业务公司和有线数据业务客户将获得应用PDU压缩的好处，诸如，获得更高的数据吞吐量和更高效地使用有线频谱。
请再参阅图1所示，显示在客户和互联网之间在DOCSIS/Euro-DOCSIS有线数据业务上使用TCP/IP协议传输网页数据所必需的协议层。图1描述了所需的多个报头，但没包括必要的附加报头开销，因为TCP/IP包必须被分割成多个帧以适应MPEG-2帧的184字节有效载荷的限制。虽然原始TCP/IP包仍将需要分割，但是以太网MAC和更高层的报头抑制/压缩将会提高数据传送效率。
图2的图表200描述了在DOCSIS/Euro-DOCSIS MAC层执行的PDU压缩。在该层的PDU压缩也将压缩与以太网MAC层以及更高的层的报头，因为它们是用于DOCSIS/Euro-DOCSIS MAC层的“有效载荷数据”的组成部分。与单独使用报头抑制/压缩相比，PDU压缩更将提高全面数据传送效率。
虽然在此详细展示和描述了含有本发明技术教导的各种实施例，但是本领域的技术人员能够容易地做出其它含有本发明技术启示的实施例。

Claims (11)

1.一种有线数据业务的压缩方法，其包括以下步骤：
提供协议层数据，以及
在所述协议层内的有线数据业务接口规范层压缩数据。
2.权利要求1的方法，其中所述在所述有线数据业务接口规范层压缩数据的步骤包括，在所述协议层中所有比所述有线数据业务接口规范层更高的层中压缩数据。
3.权利要求1的方法，其中所述在所述有线数据业务接口规范层压缩数据的步骤包括，在更高的传输控制协议层压缩数据。
4.权利要求1的方法，其中所述在所述有线数据业务接口规范层压缩数据的步骤包括，在更高的互联网协议层压缩数据。
5.权利要求1的方法，其中所述在所述有线数据业务接口规范层压缩数据的步骤包括，在更高的以太网协议层压缩数据。
6.权利要求1的方法，其中所述在所述有线数据业务接口规范层压缩数据的步骤包括，只在所述有线数据业务接口规范层的有效载荷数据单元的媒体访问控制层压缩数据。
7.权利要求1的方法，其中，在所述有线数据业务接口规范层之下的MPEG-2媒体访问控制层保持不压缩。
8.一种有线数据业务的压缩方法，包括以下步骤：
提供观看网页所用的协议层数据，以及
在所述协议层内的有线数据业务接口规范层压缩数据。
9.权利要求8的方法，其中所述在所述有线数据业务接口规范层压缩的步骤包括：压缩所述协议层中被所述有线数据业务接口规范层所包括的层。
10.权利要求9的方法，其中所述协议层中被所述有线数据业务接口规范层所包括的层包括传输控制协议层、互联网协议层、以及以太网协议层中至少一个。
11.权利要求8的方法，其中所述压缩步骤应用于所述有线数据业务接口规范层的有效载荷数据单元。
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