CN102882879A - 一种适用于卫星信道的ip数据压缩传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,涉及基于TCP/IP的卫星通信网技术领域,具体涉及一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,将IP数据包压缩之后在卫星链路之上进行传输。目的在于通过压缩IP数据包消除冗余数据以提高卫星信道资源的利用率和业务接入容量、降低IP数据包在卫星链路之上的传输时延,使得能够在高误码、长传输时延、带宽资源有限的卫星链路之上高效、健壮地传输IP数据包。本发明所公开的方法同样适用于地面蜂窝移动通信链路及其他高误码、长传输时延的有线及无线链路。
Description
技术领域
本发明公开一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,涉及基于TCP/IP的卫星通信网技术领域,具体涉及一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,将IP数据包压缩之后在卫星链路之上进行传输。本发明所公开的方法同样适用于地面蜂窝移动通信链路及其他高误码、长传输时延的有线及无线链路。
背景技术
目前,在卫星通信网中IP业务的传输得到了越来越广泛的应用。与传统的电路复用接入方式相比,在卫星通信网中采用IP业务接入其优点在于各种业务接入方便,组网灵活,通用性强;缺点在于由于业务数据采用IP数据包进行封装与承载而引入了包头开销,继而浪费了宝贵的卫星带宽资源;而且,所传输的有效载荷数据中存在重复冗余数据亦带来不必要的传输开销。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于卫星信道的提高卫星信道资源的利用率和业务接入容量、降低IP数据包在卫星链路之上的传输时延的IP数据压缩传输方法,通过压缩IP数据包消除冗余数据,,使得能够在高误码、长传输时延、带宽资源有限的卫星链路之上高效、健壮地传输IP数据包。
本发明所采用的技术方案为:
一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,工作于卫星IP接入网关网络协议栈的网络层与数据链路层之间,包括以下步骤:
(1)发送端卫星IP接入网关经其与IP核心网直接相连的局域网接口接收来自于IP核心网的IP数据包并交给其网络协议栈;
(2)发送端卫星IP接入网关的网络协议栈中路由或桥接模块在收到IP数据包时,查找路由或桥接转发表后将IP数据包转发给发送端卫星IP接入网关的广域网接口;
(3)发送端卫星IP接入网关在其广域网接口上捕获IP数据包并进行压缩处理,并将压缩后的IP数据包封装到卫星链路层数据帧中,经广域网接口传递给发送端的卫星信道和射频子系统;
(5)卫星链路层数据帧经发送端卫星信道和射频子系统的上行链路传送给通信卫星,由通信卫星中继,通过下行链路发送给接收端的卫星信道和射频子系统;
(6)接收端卫星IP接入网关经其广域网接口接收来自于接收端卫星信道和射频子系统的卫星链路层数据帧,并从卫星链路层数据帧中剥离出压缩后的IP数据包,并进行解压处理,恢复为原始的IP数据包,之后交给接收端卫星IP接入网关的网络协议栈;
(7)接收端卫星IP接入网关的网络协议栈中路由或桥接模块收到IP数据包后,查找路由或桥接转发表后将IP数据包转发到与接收端IP核心网直连的局域网接口;
(8)接收端卫星IP接入网关经其局域网接口将IP数据包转发给接收端的IP核心网,完成卫星信道上的IP数据压缩传输过程。
所述步骤(3)中的IP数据包压缩处理包括以下步骤:
(301)对IP数据包进行协议分析,标记IP数据包的类型:若IP数据包为UDP数据包,则进一步判断UDP数据包是否为RTP数据包,若是则标记为IP/UDP/RTP数据包,否则标记为IP/UDP/非RTP数据包;若IP数据包为TCP数据包,则标记为IP/TCP数据包;将其他非UDP和非TCP的IP数据包标记为IP数据包;
(302)针对每类所标记的IP数据包,对其有效载荷数据是否能够压缩做出判断,有效载荷数据可压缩的最低要求为压缩后数据的长度不超过原始数据的长度;对于IP/UDP/RTP类型数据包,若RTP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,若UDP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;对于IP/TCP类型数据包,若TCP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;对于IP类型数据包,若IP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;
(303)按照所标记的IP数据包类型进行IP数据包包头压缩:对于IP/UDP/RTP类型数据包,压缩IP/UDP/RTP包头;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,压缩IP/UDP包头;对于IP/TCP类型数据包,压缩IP/TCP包头;对于IP类型数据包,压缩IP包头。
所述步骤(302)中有效载荷数据压缩采用LZO、Deflate等无损数据压缩算法。
所述步骤(303)中,包头压缩方法采用IPHC、ROHC等算法。
所述步骤(6)中IP数据包进行解压缩处理包括以下步骤:
(501)判断压缩IP数据包的类型并进行IP数据包包头解压:对于IP/UDP/RTP类型数据包,解压IP/UDP/RTP包头;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,解压IP/UDP包头;对于IP/TCP类型数据包,解压IP/TCP包头;对于IP类型数据包,解压IP包头;
(502)对压缩的有效载荷数据进行解压:对于IP/UDP/RTP类型数据包,解压RTP有效载荷数据;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,解压UDP有效载荷数据;对于IP/TCP类型数据包,解压TCP有效载荷数据;对于IP类型数据包,解压IP有效载荷数据。一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法既支持双向的卫星链路,也支持单向的卫星链路。
本发明具有以下优点:
(1)不需要对现有的TCP/IP网络协议栈做出修改,对IP核心网和卫星通信链路来说是透明的;同时支持IPv4和IPv6,易于部署和实现,具有普适性。
(2)由于IP数据压缩和解压过程位于单跳卫星链路的两端,压缩后的IP数据包在链路之上传输不会出现失序,能够确保压缩后的
IP数据包被正确解压和还原。
(3)减少卫星链路之上数据的传输量,降低信道带宽资源的占用率,提高业务接入的容量,降低IP数据包在卫星链路之上的传输时延及误包率,使得能够在高误码、长传输时延、带宽资源有限的卫星链路之上高效、健壮地传输IP数据包。本发明所公开的方法同样适用于地面蜂窝移动通信链路及其他高误码、长传输时延的有线及无线链路。
附图说明
图1为本发明实施实例的一个应用示意图。
图2为压缩传输和解压传输处理过程中IP数据包变化的示意图。
图3为发送端IP数据包的压缩传输处理过程的流程图。
图4为接收端IP数据包的解压传输处理过程的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明:
如图1所示,一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,工作于卫星IP接入网关网络协议栈的网络层与数据链路层之间。卫星IP接入网关位于卫星链路的两端,出入IP核心网的IP业务通过卫星IP接入网关接入到卫星通信系统中。由卫星IP接入网关接收来自IP核心网的IP数据包,并对其进行压缩处理,经上行链路发送到通信卫星,由通信卫星中继,通过下行链路发送给链路另一端的卫星IP接入网关,由卫星IP接入网关接收并进行解压处理,恢复出原始的IP数据包,并转发给IP核心网。具体包括以下步骤:
(1)发送端卫星IP接入网关经其与IP核心网直接相连的局域网接口接收来自于IP核心网的IP数据包并交给其网络协议栈;
(2)发送端卫星IP接入网关的网络协议栈中路由或桥接模块在收到IP数据包时,查找路由或桥接转发表后将IP数据包转发给发送端卫星IP接入网关的广域网接口;
(3)发送端卫星IP接入网关在其广域网接口上捕获IP数据包并进行压缩处理,并将压缩后的IP数据包封装到卫星链路层数据帧中,经广域网接口传递给发送端的卫星信道和射频子系统;
(5)卫星链路层数据帧经发送端卫星信道和射频子系统的上行链路传送给通信卫星,由通信卫星中继,通过下行链路发送给接收端的卫星信道和射频子系统;
(6)接收端卫星IP接入网关经其广域网接口接收来自于接收端卫星信道和射频子系统的卫星链路层数据帧,并从卫星链路层数据帧中剥离出压缩后的IP数据包,并进行解压处理,恢复为原始的IP数据包,之后交给接收端卫星IP接入网关的网络协议栈;
(7)接收端卫星IP接入网关的网络协议栈中路由或桥接模块收到IP数据包后,查找路由或桥接转发表后将IP数据包转发到与接收端IP核心网直连的局域网接口;
(8)接收端卫星IP接入网关经其局域网接口将IP数据包转发给接收端的IP核心网,完成卫星信道上的IP数据压缩传输过程。
适用于卫星信道的IP数据压缩传输过程位于卫星通信链路的两端;既支持双向的卫星链路,也支持单向的卫星链路。
图2给出了IP数据包经过发送端的压缩传输和接收端的解压传输处理过程中数据包的变化。压缩和解压过程需要对IP数据包进行区分,分别按照IP/UDP/RTP类型数据包,IP/UDP/非RTP类型数据包,IP/TCP类型数据包,IP类型数据包进行压缩和解压处理;在卫星链路之上承载压缩的IP数据包需要将其封装到卫星链路层数据帧中。
如图3所示,一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法中的IP数据包压缩处理依次包括协议分析、有效载荷数据压缩和包头压缩,具体包括以下步骤:
(301)对IP数据包进行协议分析,标记IP数据包的类型:①若IP数据包为UDP数据包,则进一步判断UDP数据包是否为RTP数据包,若是则标记为IP/UDP/RTP数据包,否则标记为IP/UDP/非RTP数据包;②若IP数据包为TCP数据包,则标记为IP/TCP数据包;③将其他非UDP和非TCP的IP数据包标记为IP数据包;
(302)针对每类所标记的IP数据包,对其有效载荷数据是否能够压缩做出判断,有效载荷数据可压缩的最低要求为压缩后数据的长度不超过原始数据的长度;①对于IP/UDP/RTP类型数据包,若RTP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;②对于IP/UDP/非RTP类型数据包,若UDP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;③对于IP/TCP类型数据包,若TCP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;④对于IP类型数据包,若IP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;
(303)按照所标记的IP数据包类型进行IP数据包包头压缩:①对于IP/UDP/RTP类型数据包,压缩IP/UDP/RTP包头;②对于IP/UDP/非RTP类型数据包,压缩IP/UDP包头;③对于IP/TCP类型数据包,压缩IP/TCP包头;④对于IP类型数据包,压缩IP包头。
其中步骤(302)中有效载荷数据压缩采用LZO、Deflate等无损数据压缩算法。
其中(303)步骤中,包头压缩方法采用IPHC、ROHC等算法。
如图4所不,一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法中的压缩的IP数据包解压处理依次包括包头解压和有效载荷数据解缩,具体包括以下步骤:
(501)判断压缩IP数据包的类型并进行IP数据包包头解压:①对于IP/UDP/RTP类型数据包,解压IP/UDP/RTP包头;②对于IP/UDP/非RTP类型数据包,解压IP/UDP包头;③对于IP/TCP类型数据包,解压IP/TCP包头;④对于IP类型数据包,解压IP包头;
(502)对压缩的有效载荷数据进行解压:①对于IP/UDP/RTP类型数据包,解压RTP有效载荷数据;②对于IP/UDP/非RTP类型数据包,解压UDP有效载荷数据;③对于IP/TCP类型数据包,解压TCP有效载荷数据;④对于IP类型数据包,解压IP有效载荷数据。
本领域技术人员可理解:适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法可在诸如卫星IP接入网关或类似的卫星IP接入装置中实现,可以用软件或硬件实现,亦可由硬件和软件一起实现,实现形态不固定。
最后应该说明的是:以上所述仅为本发明的优选实例,并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,其特征在于工作于卫星IP接入网关网络协议栈的网络层与数据链路层之间,包括以下步骤:
(1)发送端卫星IP接入网关经其与IP核心网直接相连的局域网接口接收来自于IP核心网的IP数据包并交给其网络协议栈;
(2)发送端卫星IP接入网关的网络协议栈中路由或桥接模块在收到IP数据包时,查找路由或桥接转发表后将IP数据包转发给发送端卫星IP接入网关的广域网接口;
(3)发送端卫星IP接入网关在其广域网接口上捕获IP数据包并进行压缩处理,并将压缩后的IP数据包封装到卫星链路层数据帧中,经广域网接口传递给发送端的卫星信道和射频子系统;
(5)卫星链路层数据帧经发送端卫星信道和射频子系统的上行链路传送给通信卫星,由通信卫星中继,通过下行链路发送给接收端的卫星信道和射频子系统;
(6)接收端卫星IP接入网关经其广域网接口接收来自于接收端卫星信道和射频子系统的卫星链路层数据帧,并从卫星链路层数据帧中剥离出压缩后的IP数据包,并进行解压处理,恢复为原始的IP数据包,之后交给接收端卫星IP接入网关的网络协议栈;
(7)接收端卫星IP接入网关的网络协议栈中路由或桥接模块收到IP数据包后,查找路由或桥接转发表后将IP数据包转发到与接收端IP核心网直连的局域网接口;
(8)接收端卫星IP接入网关经其局域网接口将IP数据包转发给接收端的IP核心网,完成卫星信道上的IP数据压缩传输过程。
2.根据权利要求1所述一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,其特征在于:步骤(3)中的IP数据包压缩处理包括以下步骤:
(301)对IP数据包进行协议分析,标记IP数据包的类型:若IP数据包为UDP数据包,则进一步判断UDP数据包是否为RTP数据包,若是则标记为IP/UDP/RTP数据包,否则标记为IP/UDP/非RTP数据包;若IP数据包为TCP数据包,则标记为IP/TCP数据包;将其他非UDP和非TCP的IP数据包标记为IP数据包;
(302)针对每类所标记的IP数据包,对其有效载荷数据是否能够压缩做出预测和判断,有效载荷数据可压缩的最低要求为压缩后数据的长度不超过原始数据的长度;对于IP/UDP/RTP类型数据包,若RTP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,若UDP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;对于IP/TCP类型数据包,若TCP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;对于IP类型数据包,若IP有效载荷数据满足条件则进行压缩,否则不压缩;
(303)按照所标记的IP数据包类型进行IP数据包包头压缩:对于IP/UDP/RTP类型数据包,压缩IP/UDP/RTP包头;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,压缩IP/UDP包头;对于IP/TCP类型数据包,压缩IP/TCP包头;对于IP类型数据包,压缩IP包头。
3.根据权利要求2所述一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,其特征在于:步骤(302)中有效载荷数据压缩采用LZO、Deflate等无损数据压缩算法。
4.根据权利要求2所述一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,其特征在于:步骤(303)中包头压缩方法采用IPHC、ROHC等算法。
5.根据权利要求1所述一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,其特征在于:步骤(6)中IP数据包进行解压缩处理包括以下步骤:
(501)判断压缩IP数据包的类型并进行IP数据包包头解压:对于IP/UDP/RTP类型数据包,解压IP/UDP/RTP包头;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,解压IP/UDP包头;对于IP/TCP类型数据包,解压IP/TCP包头;对于IP类型数据包,解压IP包头;
(502)对压缩的有效载荷数据进行解压:对于IP/UDP/RTP类型数据包,解压RTP有效载荷数据;对于IP/UDP/非RTP类型数据包,解压UDP有效载荷数据;对于IP/TCP类型数据包,解压TCP有效载荷数据;对于IP类型数据包,解压IP有效载荷数据。
6.根据权利要求1所述一种适用于卫星信道的IP数据压缩传输方法,其特征在于:IP数据压缩传输方法既支持双向的卫星链路,也支持单向的卫星链路。
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