CN101283620B - 蜂窝通信网络切换期间和之后的头部压缩优化方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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)头部压缩的优化方法。
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缩窗(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缩并且第二终端(或者是第一终端)使用该参考值来进行解压缩。
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40octet(八位字节)的IPv4头部(20octet)、UDP(用户数据报协议)头部(8octet)、以及RTP(实时协议)头部(12octet)。在IPv6的情况下，IP头部是40octet，总共是60octet。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15-20octet。
鲁棒头部压缩(ROHC，Robust Header Compression)被创建以克服用在蜂窝链路上的3GPP中的IPHC(IP头部压缩)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缩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缩。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，这可能会导致解压缩失败、分组丢失、和使用大头部(IR-DYN格式，15字节)来进行的对压缩上下文的部分重初始化，因而降低了压缩效率。
因此希望提高头部压缩方案的性能，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：压缩效率、鲁棒性、和压缩透明度。鲁棒的方案容许在发生头部压缩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缩头部中引入其它误差。
图1示出了用于压缩的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-1之间，“e”是将v整除2k所得的余数，也可写为e＝y[2k]。
如果解压缩器使用参考值vref(预先接收的未经过编码的或解压缩的)来根据e确定v，则在区间f(vref，k)中仅获得值v以使得e＝y[2k]。该值是唯一的，原因在于这个区间的大小为2k。
如果压缩器选择了足够大的k，从而存在一组参考值vi以使得值v对于每一个vi都处在区间f(vi，k)之中，即，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1示出了具有三个参考值v1、v2和v3的示例。
在U和O模式(乐观模式)下的ROHC压缩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2k-1之间的这个值进行解压缩的结果将是原始值。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缩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所描述的头部压缩技术中，如果压缩器和解压缩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_ref-p，v_ref+(2k-1)-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。
当压缩值v时，压缩器找到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，压缩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，解压缩器使用称为区间d的解释区间f(v_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缩值。
压缩器可能无法确定将被解压缩器用于特定值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，压缩器随后计算候选的数目k，以使得无论解压缩器使用了该候选集合中的哪个v_ref_d，v都被得到的区间d所包括。
由于解压缩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，所以压缩器维护了包含v_ref_d的候选的滑动窗口。
该滑动窗口初始为空。压缩器对滑动窗口执行以下操作：
-在发送由CRC保护的值v(经过压缩的或未经压缩的)之后，压缩器将v添加到滑动窗口。
-压缩器为正被压缩的每一个值v选择k＝max(g(v_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。
-当压缩器充分确信特定值v和比v更旧的所有值都不会被解压缩器用作参考时，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，来自解压缩器的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/O模式(单向/乐观模式)下，总是存在CRC以校验正确的解压缩，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缩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缩器造成困难。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、向压缩器返回否定性的确认指示、并丢弃所有所接收的分组，直到压缩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压缩器的改进是像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缩窗口。
本发明的另一个目的是在切换过程期间保持压缩。
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缩格式，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缩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，就正常地向滑动压缩窗口添加新的参考值(即，利用头部格式来传输的值，以使得解压缩器将使用该值来进行以后的解压缩)，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，立刻从压缩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(鲁棒头部压缩实时协议)压缩，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缩窗口，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缩，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，立刻从压缩窗口移除所有的先前值。
根据本发明的优选实施例，ROHC RTP压缩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缩器和解压缩器、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缩窗口的装置，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缩，
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缩窗口添加至少一个新参考值以用于随后的解压缩，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缩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。
附图说明
图1示出了现有技术中的ROHC(鲁棒头部压缩)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压缩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压缩器的行为的流程图；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压缩器的行为的流程图。
具体实施方式
以下描述是在如下情况下作出的，其中将被压缩的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缩器和解压缩器。
压缩器的上下文是其用来压缩头部的情形。解压缩器的上下文是其用来解压缩头部的情形。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，静态字段和用于压缩和解压缩的可能参考值。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(xn)(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(w1，...，wk)。
如果g(vref，xn)是根据参考值vref来编码x1的比特的最少数目，即，使用vref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＝0到k)g(w1，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xn。
在传统的ROHC O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，如果压缩器使用：
(x0，x1，...，
xn，...)来编码xn，则窗口将被更新为
(x0，x1，...，xn-k，
xn+1，...)以编码xn+1，然后窗口被更新为
(x0，x1，...，xn-k，xn+1-k，
xn+2，...)等。
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，则压缩器使用：
(x0，x1，...，
xs，...)来编码xs，然后窗口将被更新为
(x0，x1，...，xs+1，...)以编码xs+1，然后窗口被更新为
(x0，x1，...，
xs+2，...)等。
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压缩的分组的大小：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窗口大小)，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缩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压缩器被更新以正确地压缩分组。
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缩的值，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，压缩器使用：
(x0，x1，...，
xe，...)来编码xe，然后窗口被更新为
(x0，x1，...，
xe+1，...)以编码xe+1，然后窗口被更新为
(x0，x1，...，
xe+2，...)等，直到窗口变为
(x0，x1，...，xe+m-1，...)以编码xe+m-1为止。
经过压缩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：
(x0，x1，...，
xe+m-1，...)以编码xe+m-1
(x0，x1，...，xs-k，...，xs-l，xe，
xe+m，...)以编码xe+m。
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，并且经过压缩的分组大小被改成3字节(UO-0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0(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压缩器的正常行为。
在图2中，在步骤2中，压缩器确定新值v以将其发送到解压缩器，在步骤4中，解压缩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，则在步骤6中压缩器发送经W-LSB编码的值。在步骤8中，解压缩器将所述值添加到窗口，并且在步骤10中解压缩器从窗口中移除最旧的值。
另外，在步骤12中，压缩器发送原始值v，并且在步骤14中解压缩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，压缩器确定新值v以将其发送到解压缩器。同时，对该新值进行W-LSB编码。在步骤22中，压缩器将经过W-LSB编码的值发送到解压缩器。在步骤24中，解压缩器将经过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，压缩器确定新值v以将其发送到解压缩器。在步骤32中，解压缩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，压缩器将经过W-LSB编码的值发送到解压缩器。在步骤36中，解压缩器将经过W-LSB编码的值添加到窗口，然后在步骤38中，解压缩器从窗口中移除除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，压缩器将经过W-LSB编码的值发送到解压缩器，然后在步骤42中，解压缩器将该经过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。
Claims (4)
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头部的鲁棒头部压缩实时协议ROHC RTP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，所述第一移动终端和所述第二终端中的一个使用所述参考值来进行压缩，并且所述第一移动终端和所述第二终端中的另一个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，所述头部压缩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编码的头部字段是实时协议序列号。
Applications Claiming Priority (3)
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