CN101459491B - 用于在无线传输中保护有效载荷信息的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在无线传输中保护有效载荷信息的系统和方法，将要传输的信号的有效载荷信息被划分为多个更小尺寸的数据部分，然后将这些数据部分分组成数据分组，并根据多个标准中的一个标准对这些数据分组加标签，所述标签表明与所述数据分组相关的优先权等级。随后，这些数据分组根据由其标签所表明的优先权等级进行无线传输。

Description

用于在无线传输中保护有效载荷信息的系统和方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域。更具体地，本发明涉及在无线传输中保护有效载荷信息，并可应用于任何和所有无线通信系统。

背景技术

众所周知，无线通信中的保护是要考虑的一个重要任务。在本发明上下文中的保护是指为了确保无故障传输或减少最终故障的影响而采用的任何动作或手段。通常，当在传输期间在链路中检测到故障时，通过使第二链路即保护链路投入运行而使传输维持有效。已知无线环境中各种类型的保护。下面将简要讨论与传输的无线方面直接有关的两种类型的保护。

第一种类型的保护涉及防止硬件故障的保护。目前，该保护通过已知的热备份配置的方法进行。热备份保护基于备用收发机的存在，其在主收发机遭受硬件故障时投入运行。在这种情况下，通信量从主收发机切换到备用收发机上。

第二种类型的保护涉及诸如由雨、雾、选择性衰减等造成的影响的传播影响。目前，该类型的保护通过频率分集或空间分集等进行。

上述已知的解决方案存在某些缺陷。

热备份方案的问题在于从主收发机到备用收发机的切换通常不是无中断的，也就是说，其会受到错误的影响。

另外，这两种已知的方案受到基于无线信道的冗余而提供保护的缺陷的影响，因为通过使用这些方案，所保护的是无线信道本身，而不管关于需要被保护的所传输的通信量的类型的任何标准。该所传输的通信量可从一个信道到另一个信道而不同，并且可能需要不同的标准用于各自的保护。

因此，已知的方案不能够根据所传输的信息或接口或所传输的服务的特定类型而区分将要应用于信道的保护。该问题引起了网络资源的低效率使用。当使用数据分组传输数据时，这个问题还将变得更加重要，其中不同的数据分组可传输不同类型的信息，而这些信息例如由于服务质量的不同要求而需要不同等级的保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种技术方案以至少克服上述缺陷中的某一些。

上述目的可通过使用本发明所提出的解决方案实现，根据本发明，信道的有效载荷信息被划分成多个与原始有效载荷的尺寸相比更小尺寸的数据部分。然后，这些数据部分被插入数据分组中以随后被无线传输。

根据本发明，数据分组根据优先权的标准以需要首先被保护的或者相对其它数据部分处于较高等级的数据部分被分组成数据分组的方式而形成，相应地，这些数据分组被加上标签。优先权可以根据将要传输的信息的类型和/或通信的性质来分配，并且以本领域的普通技术人员已知的任何适宜的方式来分配。一些非限制性的例子有：可对TDM语音通信量给与比数据通信量更高的优先权；或者在进入的原始以太网数据流内，可定义分类规则以建立优先权，例如基于802.1p和/或DiffServ的标准的已知规则；或者向某些客户提供更高等级的保护以换取向其提供的更高成本的服务的要求。

为了传输这些数据分组，选择适当的无线信道，并根据通过数据分组上的标签识别的数据分组的优先权的等级，传输承载有将要保护的有效载荷信息的数据分组。

因此，本发明的一个目的在于提供一种在无线通信中保护有效载荷信息的方法，包括以下步骤：

-将有效载荷划分成多个数据部分；

-对数据部分进行分组以形成数据分组；

-选择可用的无线信道，其适合于将所述数据分组合并到所述无线信道中；

-将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中；

-传输所述所选择的无线信道，其具有合并到所述无线信道中的所述至少一个数据分组；

其中，对数据部进行分组以形成数据分组的步骤包括以下步骤：

-根据从多个保护标准中选择的保护标准，识别数据部分；

-将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中；

-对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，所述标签表明所述数据分组的优先权等级；

其中，执行将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中的步骤，以使数据分组根据所述优先权等级合并到所选择的信道中。

本发明的另一个目的是提供一种用于有效载荷信息的被保护的无线传输的数据分组处理器，包括：

-用于将有效载荷划分成多个数据部分并对数据部分进行分组以形成数据分组的装置；

-用于根据从多个保护标准中选择的保护标准识别数据部分的装置；

-用于将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中的装置；

-用于对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签的装置，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级。

根据本发明的一个方面，数据分组处理器包括成帧器，用于：

-根据从多个保护标准中选择的保护标准识别数据部分；

-将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中；

-对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级。

根据本发明的另一个方面，数据分组处理器包括数据分组构造器，用于将报头添加到所述数据分组上。

根据本发明的另一个方面，数据分组构造器用于对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级。

本发明的再一个目的是提供一种用于有效载荷信息的被保护的无线传输的发射机，包括根据本发明的数据分组处理器。

根据本发明的再一个方面，发射机包括：

-数据分组聚集器，用于对由所述数据分组处理器形成的多个数据分组进行多路复用以形成多路复用数据分组流；

-数据分组分配器，用于将来自所述多路复用数据分组流中的至少一个数据分组分配给一个或多个可用的无线信道，其中数据分组根据所述优先权等级合并到信道中；

-发射机单元，用于无线传输所述可用的无线信道，其具有分配给所述无线信道的所述数据分组。

本发明的再一个目的是提供一种可编程器件，包括其上记录有软件程序的存储装置，所述软件程序包括当在所述器件上执行时使所述器件执行本发明的方法的步骤的指令。

附图说明

参考附图，在下面的说明书以及权利要求书中详细地描述本发明的这些和其它特征和优点。

图1a至1d示出用于实现本发明的解决方案所采用的步骤的实例性顺序的示意性表示。

图2是示出根据本发明可用的实例性通用结构的实施例的示意性框图。

图3是根据本发明的用于形成数据分组的实例性模块的示意性框图。

具体实施方式

为了实现本发明的技术方案，采用特定的过程，其通常包括以下步骤：将有效载荷划分为多个数据部分；对数据部分进行分组以形成数据分组；选择可用的无线信道，其适合于将所述数据分组合并到所述无线信道中；将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中；以及传输所述所选择的无线信道，其具有合并到所述无线信道中的所述至少一个数据分组。该特定的过程是以申请人/受让人的名义于2007年7月17日申请的单独的欧洲专利申请07301243.7的主题。为了更好地理解本发明所提出的解决方案，在下面提供上述特定过程的说明。在下文中，所述过程被称为“打包过程”。

打包过程与通过无线电从线路接口传输有效载荷信息有关。线路接口可以是任何已知的类型，例如PDH、SDH、ISDN或以太网(Ethernet)。为了下面的描述，考虑并讨论“通用”的线路接口。“通用”意味着实现本发明的技术方案所必需的某些特征在所有已知的例子中是共同的。更清楚地，各种已知的线路接口(诸如上面所给出的例子)可以具有不同的具体结构。然而，一般来说，它们都具有用于合并有用信息的部分，该部分通常被称为有效载荷。因此，有效载荷被认为在本发明的技术方案所应用的所有线路接口的变形中是共同的特征。有效载荷通常与被称为“开销(Overhead)”或“报头(Header)”的附加部分一起合并到帧中，尽管不总是这种情况，其中附加部分通常包含关于帧结构、源或目的地地址等的信息，其都是本领域的已知特征。

现在参照图1a，示出了具有有效载荷11和开销12的帧结构1的示意图。有效载荷11被示为包含可以是任何已知类型的通信量信息，诸如语音或数据。这在图1a中用条纹区域表示。

根据打包过程，有效载荷被划分成多个更小尺寸的实体。这些更小尺寸的实体在图1b中用附图标记11a、11b、11c和11d示意性地表示。从该图中可以看出，这些更小尺寸的实体的内容实际上是有效载荷11的部分。这些部分将在下文中称为“数据部分”。

在下一步骤中，数据部分11a-11d被分组成数据分组。这些数据分组在图1c中用附图标记2a、2b、2c和2d示意性地表示。除了数据部分，优选地，数据分组具备被认为是特定用途需要或适合于特定用途的附加信息，例如关于源和目的地的信息、指定开始和结束的标志、关于内容的完整性的信息、优先权信息、关于有效载荷的类型的信息等。

为了能够传输所形成的数据分组，从可用的无线信道中进行选择，从而选择一个或多个被认为适合于合并如上所述形成的数据分组的无线信道，其最终目的是传输合并有数据分组的所述无线信道。为了选择这样的信道，除了可用性的要求之外，还要相对于将要合并的数据分组的数量和尺寸考虑特定信道的尺寸。

然后，将这些数据分组合并到如上所述选择的合适的无线信道中。应当指出，数据分组可以任何适宜的数量合并到信道中。例如，可以是源自单个有效载荷11的所有数据分组2a、2b、2c和2d被合并到一个单个的信道中(未示出)。可选择地，也可以是某些数据分组被合并到一个所选择的信道中，而其它的合并到另一个所选择的信道中。这在图1d中示意性地示出，其中信道3a已合并了数据分组2a和2b，信道3b已合并了数据分组2c和2d。

为了传输合并有数据分组的无线信道，优选地，选择适合于在所选择无线信道上传输的调制方案。

一旦数据分组被合并到所选择的信道中，并优选地选择了合适的调制方案，则根据所述调制方案，传输合并有所述数据分组的所述无线信道。

图2是用于执行打包过程的模块的通用结构的示意性表示。应当指出，该表示被简化以仅示出与理解本发明有关的模块，并且不应被理解为限制性的方式。本领域的普通技术人员应认识到该结构在实践中可包括与理解本发明不相关并因此没有示出的其它部件和单元。

在图2中，示出了多个线路接口4，其根据特定的需要而在数量上可以改变。这些接口可以是连续比特率(CBR)性质的，或者非连续比特率(NCBR)性质的。CBR的例子是PDH、SDH、SONET，而NCBR的例子是以太网(Ethernet)。

线路接口4被连接到各个数据分组处理器5。数据分组处理器可位于各个接入模块(在图中未示出)内，然而，这是可选的。接入模块执行接口的功能，以提供从线路接口4到系统的中央单元或内核6的接入。根据接入模块所连接的线路接口的类型选择接入模块的类型；例如，SDH线路接口将被连接到用于接收和处理SDH有效载荷的接入模块。这种接入模块的例子是与诸如8xE1、16xE1、32xE1、DS1、E3、SDH、ATM、光纤千兆位以太网等相关领域已知的模式连接的模块。

不管数据分组处理器5在接入模块的内部还是外部，该数据分组处理器5都位于适合于接收系统的内核6的进入的上行数据流的位置。数据分组处理器5在传输模式中负责形成数据分组。这通过首先将(在已通过相应的接入模块后)在输入51处从各个线路接口4接收到的有效载荷划分为(与有效载荷本身的尺寸相比)更小尺寸的数据部分来完成。然后，数据分组处理器5将所述数据部分分组成数据分组。下面将参照图3详细地描述数据分组处理器5的操作和结构。

依照这种方式，数据分组在数据分组处理器5中形成，然后被输入到内核6中，其负责对所接收的数据分组进行进一步的处理。

如图2所示，内核6包括数据分组聚集器61和数据分组分配器62。在此，再次简化内核6的表示以仅示出与理解本发明有关的单元并不应被解释为限制性的方式。本领域的普通技术人员应认识到内核在实践中可包括与理解本发明无关并因此没有被示出的其它部件和单元。

在传输模式中，数据分组聚集器61从一个或多个数据分组处理器(图中是4个)中接收数据分组，并将所接收的数据分组多路复用成一个多路复用数据分组流63。这样做是由于在实践中，数据分组流的处理以更灵活的方式进行，因为数据流可以被数据分组分配器62容易地划分成帧，然后将其在一个或多个方向上发送到无线插件。数据分组聚集器61可以根据在该数据分组聚集器61上可用的端口的数量，连接到任何适当数量的数据分组分配器62或数据分组处理器5。

数据分组聚集器的典型例子是简单的以太网交换机。

然后，多路复用数据分组流63被输入到数据分组分配器62中。在传输模式中，数据分组分配器62负责首先选择一个或多个合适的无线信道，一旦选择完成，则将来自所述所接收的多路复用数据分组流63的分组分配到所选择的合适的无线信道。

根据本发明，数据分组分配器62接收包含已被数据分组处理器5根据优先权标准加了标签的数据分组的数据分组流63，将数据分组流划分成多个数据分组，并对具有相同优先权标准的数据分组进行分组以形成合适的将要通过无线传输的无线帧。

构造无线帧的过程可以根据相关领域中已知的技术方案进行。该过程可以包括添加适当的纠错码以及其它已知的措施。

对于被认为适合选择的无线信道，主要条件是该信道必须可用，并且必须具有适合于合并至少一个数据分组的尺寸。根据特定的用途也可以应用其它的标准。

用于执行分配操作的典型器件可以是ASIC或FPGA或者其组合。

然后，合并有数据分组的信道被输入到无线传输模块7，随后，这些信道从这里通过无线传输进行传输。

信道的无线传输通过使用调制方案来进行。优选地，选择更适合于这种传输的调制方案。将调制方案视为适合的一个条件是基于对传输的链路预算的考虑。链路预算涉及与在从发射机端到接收机端的传输中的增益或损耗对应的考虑，对此存在已知的计算方法。调制方案可以通过数据分组分配器62或者无线传输模块7选择。

无线信道本身可在尺寸和数量上不同。

图3是根据本发明的数据分组处理器5的示意性表示。在此也应当指出，该表示被简化以仅示出与理解本发明有关的数据分组处理器5的单元，并且不应该被解释为限制性的方式。

如图所示，数据分组处理器5具有线路单元接口54，其负责在输入端口51处接收线路接口有效载荷，并进行电适配。通过电适配，其意味着执行诸如信号电平或阻抗调整的常规操作以适配进入的信号，用于进一步的处理。

然后，有效载荷从线路单元接口54输入到成帧器55。在该单元中，有效载荷被划分为更小尺寸的数据部分，并根据优先权标准分组成数据分组。

除了上面所述的，在本发明的上下文中，成帧器55还执行下面的功能：

-根据从多个保护标准中选择的保护标准识别数据部分；

-将识别为具有相同标准的数据部分分组到一个数据分组中；

-对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，其中所述标签表明该数据分组的优先权等级。

成帧器55被由时钟单元56提供的时钟信号驱动。成帧器的操作可以例如用FPGA或ASIC执行。在该阶段，这样形成并加标签的数据分组不具有开销。因此，为了准备适合于标准或传统被接受的传输的数据分组，这些数据分组从成帧器55输入到数据分组构造器单元57中，并在该数据分组构造器单元57中将开销添加到数据分组上，从而使其适合于传输。数据分组构造器单元57可以是任何已知的适合于诸如用于与PDH有关的数据分组处理器的已知为SAToP/MEF8(SAToP是指“基于数据分组的结构不可知TDM”，这是已知的协议，MEF8是基于城域以太网的PDH电路的仿真的实现方法)的预期用途的器件。

在可选择的实施例中，加标签可以由数据分组构造器单元57执行。

合并有开销的数据分组在端口58输出，并输入到数据分组聚集器61中，接着输入到数据分组分配器62中。在数据分组聚集器61和数据分组分配器62中后续的过程如已在上面参考图2进一步描述的一样。具体地，数据分组分配器62接收包含已根据优先权标准加了标签的数据分组的数据分组流，将该数据分组流划分为数据分组，并对具有相同优先权标准的数据分组进行分组以形成适合的将在可用的信道上通过无线传输的无线帧。因此，数据分组的传输根据由数据分组的标签所表明的各自的优先权标准来执行，例如，具有表明高优先权的标签的数据分组在具有表明低优先权的标签的数据分组之前传输。

如已经结合上面提供的例子所讨论的，用于建立优先权的标准可以根据特定应用的实际要求而改变。

因此，成帧器55可以被编程为能够区分优先权的等级。

在本发明的上述实施例中示出并讨论的装置最好是双向的。也就是说，本发明也可以接收无线信道，其根据保护标准承载有合并了有效载荷的数据分组。信道在接收机端接收，并进行进一步的处理以从所接收的信道中提取数据分组。然后，从所提取的数据分组中形成有效载荷，并将其在接收机的输出端提供给各种对应的接口。

如前所述，本发明提出的技术方案提供了以更有效的方式建立保护机制的可能性，因为关于将要保护或将要首先保护什么信息的确定是通过考虑数据分组中信号的类型而不考虑物理线路接口本身的类型而执行的。这消除了保护整个信道的需要，其中信道不需要被完全保护。另一个优点在于通过使用本发明的技术方案，对于某些接口/服务，已知的n+1保护的概念可以在n+m中调整，而无需任何额外的成本。

换句话说，在目前的应用于无线链路的n+1保护方案中，有n个活动信道和由n个信道静止时共享的1个备用信道。如果一个活动信道例如由于传播而遭受性能降低时，该信道被整个切换到备用信道。在这种情况下，由于备用信道已经被占用，因此对于剩余的活动信道没有进一步的保护可用。

通过使用本发明的技术方案，只有故障信道中受影响的通信量的部分被切换到另一个具有可用容量的信道上。后一个信道可以是其它具有所要求的可用容量的活动信道中的任何一个，而无需使用额外的备用信道。这样，通过自适应的调制算法，故障信道降低其容量，超出的通信量被分配到其它信道中的一个或多个上。

而且，彼此不严格相同的n个信道的安排也使提供受保护的系统可行。因此，对于无线信道，保护可以被形成为非整数的概念。

本发明提供的另一个优点是在硬件故障或者传播中的问题导致信道故障的情况下，通信量可以通过其它信道承载，因为将被保护的数据分组可被分配到可用的信道上。

应当指出，本发明的解决方案的使用并不排斥其它已知保护方法的使用，例如热备份，如果认为需要。

本发明的再一个优点是消除了作为传统系统中的情形的特定“保护信道”的需要，因为保护是对根据所期望的保护质量而选择的将要保护的信道的部分执行的，而这些部分最好与受到保护的信道不具有相同的尺寸，而是更小的尺寸。

应当指出，在可能的情况下，用于执行本发明的单元在适当的情况下可以包括作为硬件器件、软件模块或者硬件器件与软件模块的组合的模块。

有利地，本发明的方法可以在包括类似专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或微处理器的装置的网络单元上实现，在优选实施例中，通过或结合包括用例如超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)或C或C++或JAVA或另一种语言写成的一个或多个软件程序(计算机程序)的软件过程或软件模块，通过一个或多个VHDL进程或C例程来实现。因此，应当理解保护范围扩展到这种程序以及除了具有消息的计算机可读装置的这种计算机可读存储装置，其包含用于当该程序在计算机、ASIC、FPGA或微处理器上运行时实现本方法的一个或多个步骤的程序代码装置。

应当指出，本发明的系统(数据分组处理器、发射机、器件)可以用于实施另一种本质不同的方法，并且不应被认为局限于仅实现本发明的权利要求所述的方法。同样，本发明的方法可以用除了本发明的权利要求所述的以外的另一个本质上不同的系统、设备、装置或等同物实施，只要能够执行本发明的方法。

还应当指出，如在对应的权利要求中描述和叙述的本发明的方法的步骤顺序并不局限于所提供和描述的顺序，而是可以在不脱离本发明的范围内改变。

Claims (9)

1.一种在无线传输中保护帧的有效载荷信息的方法，包括以下步骤：

-将帧的有效载荷划分为多个数据部分；

-对数据部分进行分组以形成数据分组；

-从多个可用的无线信道中选择无线信道，其适合于将所述数据分组合并到所述无线信道中；

-将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中；

-传输所述所选择的无线信道，其具有合并到所述无线信道中的所述至少一个数据分组；

其中，对数据部分进行分组以形成数据分组的步骤包括以下步骤：

-根据从多个保护标准中选择的保护标准，识别数据部分；

-将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中；

-对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级；

其中，执行将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中的步骤以使数据分组根据所述优先权等级而合并到所选择的无线信道中；

其中，故障信道中受影响的通信量的部分被切换到所述可用的无线信道上，所述可用的无线信道是其它具有所要求的可用容量的活动信道中的任何一个，而无需使用额外的备用信道。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所形成的数据分组多路复用成多路复用数据分组流的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无线信道在大小和/或数量上彼此不同。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述保护标准是基于信息的类型和/或通信的性质。

5.一种用于帧的有效载荷信息的被保护的无线传输的发射机，包括：数据分组处理器，其包括：

-用于将帧的有效载荷划分为多个数据部分并对数据部分进行分组以形成数据分组的装置；

-用于根据从多个保护标准中选择的保护标准识别数据部分的装置；

-用于将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中的装置；

-用于对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签的装置，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级；

所述发射机还包括：

-数据分组聚合器，用于对由所述数据分组处理器形成的多个数据分组进行多路复用以形成多路复用数据分组流；

-数据分组分配器，用于将来自所述多路复用数据分组流的至少一个数据分组分配给从多个可用的无线信道中选择的一个或多个无线信道，其中，所述数据分组根据所述优先权等级合并到所述无线信道中，其中，故障信道中受影响的通信量的部分被切换到所述可用的无线信道上，所述可用的无线信道是其它具有所要求的可用容量的活动信道中的任何一个，而无需使用额外的备用信道；

-发射机单元，用于无线传输所述无线信道，其具有分配给所述无线信道的所述数据分组。

6.根据权利要求5所述的发射机，包括成帧器，其用于：

-根据从多个保护标准中选择的保护标准识别数据部分；

-将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中；

-对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级。

7.根据权利要求5所述的发射机，还包括用于将报头添加到所述数据分组上的数据分组构造器。

8.根据权利要求7所述的发射机，其中，所述数据分组构造器用于对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签，所述标签表明所述数据分组的优先权等级。

9.一种在无线传输中保护帧的有效载荷信息的装置，包括：

用于将帧的有效载荷划分为多个数据部分的模块；

用于对数据部分进行分组以形成数据分组的模块；

用于从多个可用的无线信道中选择无线信道的模块，所述无线信道适合于将所述数据分组合并到所述无线信道中；

用于将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中的模块；

用于传输所述所选择的无线信道的模块，所述所选择的无线信道具有合并到所述无线信道中的所述至少一个数据分组；

其中，所述用于对数据部分进行分组以形成数据分组的模块包括：

用于根据从多个保护标准中选择的保护标准，识别数据部分的单元；

用于将识别为具有相同标准的数据部分分组在一个数据分组中的单元；

用于对包含具有相同标准的数据部分的所述数据分组加标签的单元，其中所述标签表明所述数据分组的优先权等级；

其中，所述用于将至少一个数据分组合并到所选择的无线信道中的模块使得数据分组根据所述优先权等级而合并到所选择的无线信道中；

其中，故障信道中受影响的通信量的部分被切换到所述可用的无线信道上，所述可用的无线信道是其它具有所要求的可用容量的活动信道中的任何一个，而无需使用额外的备用信道。