CN102972007A - 降低单块分组接入过程中的协议开销 - Google Patents
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Abstract
本文公开了用于降低与GPRS通信网络中机器类型通信装置(MTC)有关的信令和数据业务的方法和技术。来自MTC装置的优化MTC消息使用单块分组接入过程传送，并且由SGSN基于在移动台的GPRS附连过程期间建立的PDP上下文恢复。
Description
相关申请
本申请要求具有2010年5月10日提出的美国临时专利申请61/332991的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
本申请涉及机器类型通信装置，并且具体地说，涉及处理穿越无线网络的机器类型通信消息。
背景技术
通用分组无线电服务(GPRS)是设计用于在GSM网络上支持数据服务的一套标准。GPRS提供透明IP服务到基础GSM网络，并且允许GSM网络与因特网对接。图1示出典型的GPRS通信网络100。GPRS通信网络100包括诸如基站收发信台(BTS) 108、基站控制器(BSC) 110和移动交换中心(MSC) 122等形成GSM核心网络的GSM网络节点。GPRS通信系统网络也包括经GPRS IP骨干114连接到网关GPRS支持节点(GGSN) 116的服务GPRS支持节点(SGSN) 112；这些组件形成GPRS核心网络。GPRS网络100提供分组数据服务到移动台102、104和106，并且允许它们跨因特网118访问由应用服务器120提供的数据服务。
移动台102、104或106上电时，它启动与MSC/VLR 122的GSM登记和位置更新过程和与服务GPRS支持节点(SGSN) 112的GPRS登记和路由选择区域更新过程。这两个登记过程能够组合，并且可称为“附连”。一旦附连后，移动台便执行与MSC/VLR 122的其位置更新以及与SGSN 112的其路由选择区域更新。在GPRS登记（GPRS附连）期间，移动台102、104或106启动要发送到SGSN 112的GPRS附连请求。SGSN 112向MSC 122鉴定移动台的身份，从MSC 122接收用于移动台的服务的授权，以及将分组临时移动订户身份(P-TMSI)指派到移动台。
移动台102、104或106尝试话音传送时，需要建立端对端电路交换连接。移动台102、104或106尝试数据传送时，无需端对端连接，但分组数据协议(PDP)上下文转而必须先创建以允许网络识别与在移动台与SGSN/GGSN之间进行的数据传送相关联的操作参数。PDP上下文包括参数，诸如用于此特定PDP上下文的请求的QoS和某些协议配置选项。PDP上下文的建立通过在移动台102、104或106、SGSN 112与SGSN 112/GGSN 116之间的消息传递来处理。PDP上下文激活可由移动台、GGSN或SGSN启动，并且通常涉及在移动台、SGSN与GGSN之间传送的一系列消息。例如，PDP上下文建立在由移动台102启动时，移动台102将激活PDP上下文请求消息发送到SGSN 112。PDP上下文激活请求消息包括移动台的请求的PDP地址、接入点名称(APN)、请求的NSAPI（网络服务接入点标识符）、请求的QoS等。在接收激活PDP上下文请求消息后，SGSN 112随后从激活请求中包括的APN推导预期GGSN的地址，并且将创建PDP上下文请求消息发送到预期GGSN，例如，GGSN 116。创建PDP上下文请求消息包括隧道端点标识符(TEID)、APN和请求的PDP地址等。在响应中，GGSN 116可向SGSN 112发送包括PDP上下文创建的结果的PDP上下文响应消息。在接收来自GGSN 116的PDP上下文响应消息后，SGSN 112将激活PDP上下文接受消息发送到移动台。激活PDP上下文接受消息可包括为移动台指派的协商的PDP地址、与PDP上下文相关联的PFI（分组流标识符）值及LLC SAPI（在LLC层的服务接入点标识符）值。LLC SAPI识别在LLC层的能够用于GPRS数据服务的接入点。
移动台经常运行机器类型通信(MTC)应用，并且在本文中称为MTC装置。缩略词“MTC”用于广义上指任何类型的机器类型通信。MTC装置的示例包括智能电表(smart meter)、监视摄像机、健康监视装置等。MTC装置通常运行MTC应用，并且参与通过GPRS通信网络与位于因特网上的MTC服务器的机器到机器通信。机器到机器通信不涉及人交互或涉及极有限的人交互。通信网络能够例如基于xDSL（数字订户线路）、LTE（3GPP长期演进）、LTE高级、WiMAX（全球微波接入互操作性）、WLAN（无线局域网）等。
由于MTC装置的数量增大和MTC应用的自动化性质，MTC业务预期对主要设计用于人与人通信的无线通信网络提出了大的容量需求。例如，对于PDP上下文激活，如果激活由移动台启动，则传送至少四个信令消息（激活PDP上下文请求、创建PDP上下文请求、PDP上下文响应及PDP上下文接受）。如果激活由GGSN或SGSN启动，则涉及更多消息。在位于一个GPRS通信网络内的所有MTC装置同时重新连接到网络的情形中，如在停电后，通信系统可陷于数量太多的PDP上下文激活有关信令消息中。
在另一示例中，预期大量的MTC装置将通常传送由10个或更少个八位字节的信息组成的短MTC消息。GPRS标准定义不涉及上行链路临时块流(TBF)的建立的单块分组接入过程。TBF链路是在物理层的在移动台与基站系统之间临时分配用于数据传送的连接。单块分组接入过程由移动台用于发送分组测量报告消息。在传送测量报告消息前，移动台先在无线电接入信道上将分组信道请求消息发送到BSS以请求单块分组接入，而未建立上行链路TBF。在从移动台接收信道请求消息后，BSS将单个无线电块指派到移动台，并且在接入授予信道上将立即指派消息发送到移动台。立即指派消息包含分组上行链路资源描述，分组上行链路资源描述包括功率控制参数和用于单块的第一个帧号的开始时间。在接收立即指派消息后，移动台在分组数据信道上在指派的无线电块的开始时间发送分组测量报告消息。在单块分组接入过程中，没有BSS提供的确认，并且因此不涉及ACK/NACK消息。
然而，尝试为MTC消息传送使用单块分组接入过程要求MTC消息及与例如UDP/IP/SNDCP/LLC等空口接口协议栈中的不同协议层相关联的开销适合放置在一个单无线电块内（使用CS-1编码时为22个八位字节）。但是，来自协议栈的传输和网络层的报头添加了相当大的开销。例如，仅用于UDP/IP层的报头添加46到48个八位字节的开销到每个MTC消息。
在用于通用移动电信系统(UMTS)的其标准的第10版中，3GPP（第三代合作伙伴计划）在确立用于支持MTC的3GPP网络系统改进的要求的过程中。此研究的目的是识别在网络中支持大量的MTC装置所要求的3GPP网络增强，并提供用于MTC通信服务的必需网络使能器。具体而言，在考虑如3GPP系统提供的用于MTC的传输服务和有关优化及确保MTC装置、MTC服务器和MTC应用不会造成网络拥塞或系统过载所需的方面。然而，当前移动网络仍是最佳设计用于人与人通信，并且因此对于MTC应用不是最佳的。此外，随着网络服务的MTC装置的数量增大，预期MTC带宽需求（例如，用于PDP上下文激活有关信令）将大幅增大。MTC装置在信令平面和传送平面中均产生了有效负载需求。需要与在信令（控制）平面和数据传送（用户）平面中MTC业务降低有关的方法和技术以降低系统开销和改进网络效率。
发明内容
协议栈优化提供用于MTC装置以降低在MTC消息要求传送时发送的用户平面有效负载的总量。信令优化提供用于MTC装置以降低或甚至消除一些端对端信令过程，如一般要求用于遗留移动装置的MTC装置到SGSN NAS（非接入层）信令。此类优化也能够包括使用优化的单块分组接入过程来传送MTC消息。在协议栈中要求的协议层的数量能够得以降低，并且因此在通过空中接口将MTC应用层消息传送到MTC装置或从MTC装置传送时，需要的带宽能够得以降低。
根据用于在GPRS通信网络中SGSN与MTC装置之间数据通信的协议栈优化的一个实施例，MTC装置构建优化的消息以便输送到在位于因特网上的MTC应用服务器的目标应用。优化的消息不包括IP报头或UDP报头。MTC装置在优化的消息中预指定的数据字段中设置预指定值，以向SGSN指示IP报头和UDP报头必须在优化的消息输送到目标应用前添加到优化的消息。在一些示例中，预指定的数据字段是在逻辑链路控制层的服务接入点标识符字段。对于依赖TCP而不是UDP协议的一些MTC应用，MTC装置发送的优化的消息不包括IP报头或TCP报头。优化的消息中预指定的数据字段设置成告诉SGSN在优化的消息输送到目标应用前添加IP和TCP报头到优化的消息的值。
根据路由选择用于在通过优化的协议栈进行通信的MTC装置与SGSN之间数据通信的优化的消息的一个实施例，SGSN接收来自MTC的消息，并且通过检查预指定的数据字段来查明收到的消息是优化的消息。为将此优化的消息转发到GGSN，SGSN为消息填充UDP源端口号、UDP目的地端口号、IP源地址及IP目的地地址。在一些示例中，用户数据报端口(UDP)端口号可存储在预指定的数据字段中。在一些示例中，通过将与移动台相关联的分组临时移动订户身份(P-TMSI)号映射到与移动台相关联的分组数据协议地址，检索IP源地址，并且通过将收到消息中包括的分组临时移动订户身份(P-TMSI)号映射到在PDP上下文创建过程期间由SGSN存储的MTC服务器的IP地址，检索IP目的地地址。
在用于在移动台与SGSN之间数据通信的协议栈优化的一个实施例中，方法包括在移动台构建优化的消息，以便经使用因特网协议(IP)分组中继的用户数据报协议(UDP)分组输送到在目标网络节点中的目标应用。优化的消息使用在协议栈的子网络相关汇聚协议层的网络服务接入点标识符来输送UDP端口号。
在由SGSN中继用于在移动台与SGSN之间数据通信的优化的消息的一些实施例中，SGSN接收由于协议栈优化而不包括用户数据报协议(UDP)报头或因特网协议(IP)报头的消息。在一些示例中，SGSN从在协议栈的子网络相关汇聚协议层的网络服务接入点标识符字段检索UDP端口号信息。SGSN也使用消息中存储的P-TMSI检索IP目的地地址和IP源地址。基于推导的UDP端口信息和检索的IP地址，SGSN构建IP报头和UDP报头，并且将IP报头和UDP报头添加到消息。SGSN随后经GGSN将消息传送到MTC应用服务器。
一些实施例涉及用于将消息从SGSN输送到移动台的技术。在这些实施例的一些实施例中，SGSN和移动台通过优化的协议栈进行通信。SGSN接收来自GGSN的目的地为移动台的消息，并且根据优化的协议栈从收到的消息中删除UDP和IP报头。随后，SGSN将例如在协议栈的逻辑链路控制层的服务接入点标识符字段等消息中的数据字段设置成指示消息已优化的预指定值，并且将优化的消息传送到移动台。
根据一些实施例，移动台配置成通过包括一个或多个协议层的协议栈与SGSN进行通信，并且能够支持协议栈优化。移动台包括用于接收来自无线网络节点中的应用层的消息的接收单元、用于通过无线电接口传送消息的传送单元及用于处理从接收单元收到的消息的处理单元。在一些示例中，移动台的处理单元可配置成构建优化的消息以便输送到目标网络节点中的目标应用，并且将优化的消息传送到SGSN。在一些示例中，优化的消息不包括UDP报头或IP报头，但包括预指定的数据字段，预指定的数据字段设置成向SGSN指示在优化的消息输送到目标应用前UDP和IP报头必须添加到优化的消息的值。
根据一些实施例，移动台配置成通过包括一个或多个协议层的协议栈与SGSN进行通信。移动台能够支持协议栈优化。移动台包括用于在无线电接口上接收消息的接收单元、用于将收到的消息传送到无线网络节点中的应用层的传送单元及用于处理从接收单元收到的消息以及准备传送单元要传送的消息的处理单元。在一些示例中，移动台的处理单元配置成接收由于协议栈优化而不包括用户数据报协议(UDP)或因特网协议(IP)报头的消息，并且在以下步骤之前使用消息中预指定的数据字段推导用户数据报协议(UDP)端口号信息：基于推导的UDP端口号信息输送消息到目标应用。在一些示例中，预指定的数据字段是在协议栈的子网络相关汇聚协议层的网络服务接入点标识符字段。
根据一些实施例，位于GPRS通信网络中的SGSN可配置成与GGSN进行通信，并且可以能够支持协议栈优化。SGSN包括用于接收消息的输入单元、用于传送消息的输出单元、用于处理从输入单元收到的消息以及用于准备输出单元要传送的消息的处理单元。在一些示例中，SGSN的处理单元配置成接收由于协议栈优化而不包括UDP报头或IP报头的消息，并且配置成使用消息中预指定的数据字段推导UDP端口号信息，以及使用P-TMSI检索IP目的地地址和IP源地址。在一些示例中，SGSN的处理单元还配置成基于提取的UDP端口信息和检索的IP地址，构建IP报头和UDP报头，并且将IP报头和UDP报头添加到消息以形成UDP/IP数据分组，之后将UDP/IP数据分组经GGSN传送到目标网络节点中的目标应用。
本领域的技术人员在阅读以下详细描述并查看附图时将认识到其它特性和优点。
附图说明
在附图中，类似的标号指定对应的类似部分。所示实施例的特征除非明确相互排斥，否则，它们通常能够组合在一起。示例实施例在图形中示出，并且在下面的描述中详细描述。
图1示出服务于MTC装置的无线通信网络的示意框图。
图2示出在GPRS通信网络中各种网络节点的协议栈层。
图3示出应用层消息在其中跨无线通信网络路由选择的协议栈优化。
图4示出在无线通信网络中传送优化的应用层消息的流程图。
图5示出在无线通信网络中路由选择优化的应用层消息的流程图。
图6示出在支持优化的协议栈的无线通信网络中路由选择应用层消息的流程图。
图7示出示范移动台的框图。
图8示出示范SGSN的框图。
具体实施方式
图2示出在标准GPRS通信网络中的不同网络节点实现的协议栈。图2也示出在这些协议栈之间发送的几个消息。在移动台的协议栈202包括GSM RF层234、MAC（媒体访问控制）层232、RLC（无线电链路控制）层230、LLC（逻辑链路控制）层228、SNDPCP（子网络相关控制协议）层226、UDP/IP层及应用层220。在协议栈202中，应用层220在传输层UDP层222和网络层IP层224上。在此特定示例中，应用层220是UDP/IP类型的应用。在其它示例中，应用层220可以是TCP/IP类型的应用或一些其它IP有关的应用。协议栈202的SNDPCP层226理解诸如TCP/IP、X.25等分组协议，并且用于从底部GPRS接入层将上部分组层封装，并且连接上部层分组协议和底部GPRS接入协议层。
在协议栈202中，LLC层228提供在移动台与SGSN之间的逻辑层连接。RLC层230保持在移动台与BSS之间可靠的无线电链路。MAC层232负责通过移动台访问BSS无线电资源。
GSM RF层234是物理层，并且处理在诸如无线电接入信道和分组无线电接入信道等物理GSM信道和分组信道中发生的无线电传送。
在BSS中实现的协议栈204包括在Um接口侧与移动台进行通信的RLC层242、MAC层244和GSM RF层246。在BSS与SGSN之间的Gb接口侧，协议栈204包括与SGSN进行通信的BSSGP层248、网络服务层250和L1 Bis层252。BSS和SGSN通过帧中继网络连接。
在SGSN上实现的协议栈206上，协议栈206的Gb接口侧包括与BSS进行通信的BSSGP层264、网络服务层266和L1 Bis层268及在BSS的帧中继层之上与移动台进行通信的LLC层262和SNDCP层260。在SGSN上的协议栈206的Gn接口侧包括GTP-U层272、TCP/UDP层274、IP层276及L2/L1层278。SGSN通过Gn接口与GGSN进行通信。
在GGSN上实现的协议栈208上，协议栈的Gn接口侧包括GTP-U层280、TCP/UDP层282、IP层284及L2/L1层286。GGSN与分组数据网络对接，并且通过TCP/UDP/IP协议与数据应用服务器进行通信，如在MTC服务器上实现的协议栈210所采用的一样。对于移动台，GGSN是进入与GGSN对接的分组数据网络的入口点。
图1中的移动台支持在应用层220的MTC应用时，移动台在本申请中称为MTC装置。MTC有关业务和MTC装置的数量在多年以来一直在不断增大。各种方法和技术能够用于降低在控制平面和用户平面中的MTC有关业务，特别是对于通过在移动台与BSS之间空中接口的通信。
根据本文中所述技术，能够消除用于MTC装置的PDP上下文激活过程以降低在控制平面中的业务负载。如更早所述，在标准GPRS通信网络中，与移动台相关联的PDP上下文指定PDP地址（即，用于移动台的IP地址）、接入点名称（即，移动台在此特定PDP上下文中用于分组数据网络接入的GGSN的引用）及请求的QoS。在GPRS标准中，移动台能够激活用于多个应用的PDP上下文激活过程，并且能够与不止一个PDP上下文相关联。
消除用于MTC装置的PDP上下文激活过程降低了在网络中的信令负载。然而，通常在PDP上下文中指定的信息仍需要用于由MTC装置进行的数据传送。例如，SGSN需要在PDP上下文中指定的APN以识别用于MTC装置的GGSN。BSS需要请求的QoS以将QoS应用到无线电信道。GGSN需要PDP地址以识别MTC装置。一个解决方案是让SGSN在成功的GPRS附连后立即执行一次性PDP上下文激活过程，或者正好在将附连接受消息发送到MTC装置前执行一次性PDP上下文激活过程。
要使SGSN触发PDP上下文激活过程，SGSN需要接收来自MTC装置的其优选GGSN的APN和MTC装置打算与其进行通信的MTC服务器的地址。这两段信息能够包括在MTC装置发送到SGSN的附连请求消息中。备选，SGSN能够在附连过程期间从归属位置寄存器(HLR)检索这两段信息的任一段信息。SGSN随后将APN映射到GGSN的IP地址，并且将MTC服务器的地址映射到MTC服务器的IP地址。SGSN存储MTC服务器的IP地址并且将它与MTC装置相关联，其可以由P-TMSI表示。SGSN随后通过将创建PDP上下文请求发送到GGSN，触发与GGSN的创建PDP上下文过程。在创建PDP上下文请求中，SGSN包括对应移动台是MTC装置并且因此只一个PDP上下文将需要用于此MTC装置的指示。在PDP上下文创建期间，GGSN将PDP地址（用于移动台的IP地址）指派到移动台，并且将PDP地址经创建PDP上下文响应或作为传送平面内带内信令的一部分传送回SGSN。
在SGSN接收由GGSN在PDP上下文创建期间为MTC装置创建的PDP地址后，SGSN将MTC装置的PDP地址与在从MTC装置发送的附连请求消息中包含的APN相关联，因此创建PDP地址/APN对以便在中继MTC消息中使用。
在附连过程和创建PDP上下文过程完成后，MTC装置能够发送和接收MTC消息而无需另外请求PDP上下文激活。
在GPRS通信网络中，移动台能够使用以下三个过程之一将分组数据传送到BSS：多块一阶段接入、多块两阶段接入或单块分组接入。单块分组接入过程中的信令涉及三个消息：在移动台发送到BSS的无线电接入信道上的EGPRS分组信道请求消息、在BSS发送到移动台的接入授予信道上的立即指派消息及在分组数据信道上移动台发送的MTC消息。相反，在多块一阶段接入过程或在多块两阶段接入过程中的信令要求建立临时块流(TBF)。除在单块分组接入模式中涉及的三个信令消息外，两个多块接入过程也要求在分组数据信道上的分组资源请求消息、在分组接入控制信道上的分组上行链路指派消息及多个ACK/NACK消息。比较而言，单块分组接入过程将通过MTC装置与BSS之间空中接口的信令业务降到最低，并且会是用于MTC消息传送的切实可行的选项。
在单块分组接入过程中，指派的单无线电块的大小是22个八位字节。预期大量的MTC装置将通常传送由10个或更少个八位字节的信息组成的短MTC消息。然而，在标准GPRS框架中，MTC应用在TCP/UDP/IP协议层上运行，并且带来相当大的开销。例如，仅UDP/IP层就为每个MTC消息生成46到48个八位字节的开销。这是因为UDP/IP层包括八个八位字节IPv6报头、十六个八位字节IPv6源地址、十六个八位字节IPv6目的地地址及八个八位字节UDP报头。
协议栈优化能够用于在通过空中接口发送MTC消息时将协议开销降到最低。在协议栈优化的一些实施例中，从UDP/IP/SNDCP/IP协议栈删除UDP/IP层。在一些实施例中，从协议栈删除了诸如TCP等与IP协议有关的其它传输层及IP层。图3示出协议栈优化的一个实施例。在图3中，在移动台，从与在移动台与BSS之间的无线电接口(Um)相关联的UDP/IP/SNDCP/IP协议栈删除了UPD/IP层。在MTC装置与SGSN之间，应用层消息312使用优化的协议栈来传送，并且随后经GGSN从SGSN中继到MTC服务器而未进行优化（即，存在有UDP/IP报头）。
通过此类优化，能够使用单块分组接入过程，将诸如应用层消息312等短的MTC消息作为N-PDU 316（其中在N-PDU中不包括UDP/IP分组）直接从MTC应用传递到在BSS的SNDCP。
系统和MTC装置均支持协议栈优化时，无论何时MTC装置需要使用优化的协议栈发送短MTC消息，MTC装置都能够发送带有优化的单块分组接入指示的EGPRS分组信道请求。
对于BSS，指示使用优化的单块分组接入的EGPRS分组信道请求的接收指示要使用单无线电块发送的MTC消息(N-PDU)将在优化的协议栈的上下文内承载（即，MTC消息/SNDCP/LLC/RLC栈）。BSS能够通过使用指派的单无线电块将立即指派消息发送到MTC装置来授予请求。MTC装置随后经LLC层将MTC消息作为N-PDU 316发送。在一些实施例中，N-PDU 316包括LLC PDU有效负载由承载完整MTC消息的SN-PDU组成的指示。N-PDU 316也能够包括已使用优化的协议栈的指示。指示可通过定义当前保留的SAPI值（例如，SAPI=1000）来提供。
图4示出MTC装置使用优化的协议栈发送短MTC消息的流程图。在步骤402中，在应用层，MTC装置构建没有IP或UDP报头的优化的消息。消息也包含预指定的数据字段406以指示消息是优化的消息。在步骤404中，MTC装置通过无线电接口将优化的消息传送到对应BSS。
在BSS通过分组数据信道接收在指派的单无线电块上发送的LLC N-PDU 316时，它将N-PDU 316中继到SGSN。在一些实施例中，BSS可在N-PDU 316中包括在使用优化的协议栈的指示。通过定义当前保留的SAPI值（例如，SAPI=1100）或者增强BSSGP协议以指示在使用优化的协议，例如，通过修改现有信息元素，可提供该指示。
在接收SN-PDU时，SGSN通过检查SAPI值来检查消息是否是使用优化的协议栈发送的。如果消息是使用优化的协议栈发送的，则通过在将MTC消息转发到GGSN前插入所要求的UDP/IP分组，SGSN充当代理。图5示出SGSN处理优化的应用层消息的示范流程图。在图5的步骤502中，SGSN决定它已收到优化的消息，并且需要将UDP报头和IP报头插入消息中。
为构造用于MTC消息的UDP报头，SGSN需要推导源端口号和目的地端口号（步骤504）。在一些实现中，能够为MT应用目的分配十一个UDP端口值。SNDCP层中的NSAPI字段能够用于输送UDP端口信息。例如，无论何时移动台使用优化的协议栈发送MTC消息，NSAPI字段在5-15范围中的值能够动态配置，并且能够映射到分配用于MTC应用的十一个对应UDP端口值的任何对。备选，源端口号和目的地端口号能够作为在移动台触发附连过程时从移动台发送到SGSN的新信息的一部分输送到SGSN。在移动台只支持始终与MTC服务器上的相同MTC应用进行通信的单个MTC应用的情况下，这是可能的。
为构造用于MTC消息的IP报头，SGSN需要推导IP源地址和IP目的地地址（步骤506）。对于IP源地址，SGSN将在GPRS附连期间指派到移动台的P-TMSI映射到在附连过程期间由SGSN启动的PDP上下文创建期间指派到移动台的PDP地址。对于IP目的地地址，SGSN使用存储的与MTC装置相关联的MTC服务器的IP地址。MTC服务器的IP地址由SGSN作为从在移动台触发附连过程时移动台发送到SGSN的新信息的一部分获得。
SGSN将新构造的IP报头和UDP报头添加到它从BSS接收的SN-PDU以构造新N-PDU（步骤508）。SGSN也检索在创建PDP上下文过程期间获得的为MTC装置建立的TEID，并且生成用于承载新N-PDU的GTP-U PDU。随后，将GTP-U PDU转发到对应GGSN（步骤510）。GGSN随后基于MTC服务器的IP目的地地址，将收到的GTP-U PDU作为任何常规GTP-U PDU转发到MTC服务器。
对于下行链路MTC消息，SGSN能够通过决定删除UDP/IP层来降低从GGSN收到的N-PDU的大小，用作终止UDP/IP层的代理。图6示出一个此类实施例。SGSN接收来自GGSN的GTP-U PDU（步骤602）时，它使用遗留过程识别对应目标移动台并且确定目标移动台是MTC装置。如果MTC装置支持优化的协议栈，则SGSN随后能够选择性地决定通过删除UDP/IP层而降低GTP-U PDU内承载的N-PDU的大小，使得新N-PDU现在由MTC消息组成（步骤604）。SN-PDU报头内的NSAPI能够再次用于输送从UDP报头提取的UDP端口号信息。SGSN随后设置诸如LLC报头中的字段SAPI等预指定的数据字段，以指示新PDU已优化（步骤606），并且随后通过Gb接口经BSSGP PDU向BSS传送新PDU。
包含新N-PDU的BSSGP PDU与在使用优化的协议栈的指示一起发送到BSS。BSS继续建立下行链路TBF，并且将新N-PDU输送到MTC装置。
MTC装置接收MTC消息时，如果MTC装置支持优化的协议栈，则它检查MTC消息是否是使用优化的协议栈发送的。通过如在上行链路传送中相同的方式，定义当前保留的SAPI值（例如，SAPI=1100）以便在LLC PDU有效负载由承载完整的MTC消息的SN-PDU组成时做出指示，可提供此指示。备选，可增强下行链路TBF建立过程以指示将使用优化的协议栈，例如，通过修改在TBF指派消息中的现有信息元素。
本领域技术人员将理解，上述移动台、BSS、SGSN和GGSN的各种功能可使用硬件和软件的各种组合来执行。图7和8分别示出移动台和SGSN的一示范实施例。在图7中，移动台708示成包括用于数据处理的处理单元702和通过空中接口传送和接收去往和来自BSS的无线数据的收发器单元704。在图8中，SGSN 802示成包括处理器804、输入/输出单元802。处理单元702和处理器804可对应于一个或多个市场上有售或定制的微处理器、微控制器或数字信号处理器。可选的是，移动台708和SGSN 802均可包括包含软件、固件和用于实现上述功能性的数据的存储器装置。这些存储器装置可包括但不限于以下类型的装置：缓存、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、SRAM及DRAM。
Claims (24)
1. 一种用于在第一网络节点与第二网络节点之间数据通信的协议栈优化的方法，所述第一和第二网络节点通过包括一个或多个协议层的协议栈进行通信，所述方法包括：
在所述第一网络节点构建优化的消息，以便使用因特网协议(IP)分组输送到在目标网络节点中的目标应用，以及
将所述优化的消息从所述第一网络节点传送到所述第二网络节点；
其中所述优化的消息不包括IP报头，以及其中所述优化的消息中预指定的数据字段设置成向所述第二网络节点指示传输层报头和IP报头必须在所述优化的消息输送到所述目标应用前添加到所述优化的消息的值。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二网络节点在GPRS网络中，以及其中所述预指定的数据字段是在所述协议栈的逻辑链路控制层的服务接入点标识符字段。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述优化的消息不包括UDP报头，以及其中所述优化的消息中预指定的数据字段设置成向所述第二网络节点指示UDP报头和IP报头必须在所述优化的消息输送到所述目标应用前添加到所述优化的消息的值。
4. 一种中继用于在通过包括一个或多个协议层的协议栈进行通信的网络节点之间数据通信的优化的消息的方法，所述方法包括：
在所述网络节点之一接收消息；
通过检查预指定的数据字段，查明所述收到消息是优化的消息；
响应查明所述收到消息是优化的消息，检索由于协议栈优化而在所述消息中缺失的用户数据报端口(UDP)源端口号和UDP目的地端口号，以及检索由于协议栈优化而在所述消息中缺失的因特网协议(IP)目的地地址和IP源地址；
基于所述检索的UDP端口号和IP地址，构建要添加到所述消息的UDP报头和IP报头；以及
传送所述消息。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述网络节点是在GPRS网络中。
6. 如权利要求5所述的方法，其中通过将对应于所述收到消息的分组临时移动订户身份(P-TMSI)号映射到与所述第一网络节点相关联的分组数据协议地址，检索所述IP源地址。
7. 如权利要求5所述的方法，其中通过将在所述收到消息中包括的分组临时移动订户身份(P-TMSI)号映射到与目标网络节点相关联的分组数据协议地址，检索所述IP目的地地址。
8. 一种用于在第一网络节点与第二网络节点之间数据通信的协议栈优化的方法，所述第一和第二网络节点通过包括一个或多个协议层的协议栈进行通信，所述方法包括：
在所述第一网络节点构建优化的消息，以便经使用因特网协议(IP)分组中继的用户数据报协议(UDP)分组输送到在目标网络节点中的目标应用，以及
将所述优化的消息从所述第一网络节点传送到所述第二网络节点；
其中所述优化的消息不包括UDP报头或IP报头，以及其中所述优化的消息中预指定的数据字段和对应于所述优化的消息的网络节点身份号用于推导用户数据报协议(UDP)端口号信息，并且第二预指定的第二数据字段指示所述消息已优化。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述网络节点在GPRS网络中，并且所述预指定的数据字段是在所述协议栈的子网络相关汇聚协议层的网络服务接入点标识符字段，以及所述网络节点身份号是分组临时移动订户身份(P-TMSI)。
10. 如权利要求8所述的方法，其中所述网络节点在GPRS网络中，并且所述优化的消息中第二预指定的数据字段设置成向所述第二网络节点指示UDP报头和IP报头必须在所述优化的消息输送到所述目标应用前添加到所述优化的消息的值。
11. 如权利要求10所述的方法，其中所述第二预指定的数据字段是在所述协议栈的逻辑链路控制层的服务接入点标识符字段。
12. 如权利要求8所述的方法，其中所述对应网络节点身份号是在附连过程期间指派到无线网络节点，并且使用在附连过程和PDP上下文激活过程期间在无线网络节点与第二网络节点之间传递的信息识别用于其的对应IP地址信息和UDP端口信息的分组临时移动订户身份(P-TMSI)。
13. 一种中继用于在通过包括一个或多个协议层的协议栈进行通信的网络节点之间数据通信的优化的消息的方法，所述方法包括：
在所述网络节点之一接收消息，其中所述消息由于协议栈优化而不包括用户数据报协议(UDP)报头或因特网协议(IP)报头；
使用在所述消息中预指定的数据字段和对应于所述消息的网络节点身份号推导用户数据报协议(UDP)端口号信息；
使用对应于所述消息的所述网络节点身份号检索IP目的地址和IP源地址；
基于所述推导的UDP端口信息和所述检索的IP地址，构建IP报头和UDP报头，并且将所述IP报头和所述UDP报头添加到所述消息；以及
传送所述消息。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述网络节点位于GPRS网络中，并且所述预指定的数据字段是在所述协议栈的子网络相关汇聚协议层的网络服务接入点标识符字段，以及所述网络节点身份号是分组临时移动订户身份(P-TMSI)。
15. 如权利要求13所述的方法，还包括通过检查第二预指定的数据字段，查明所述收到消息是优化的消息。
16. 如权利要求15所述的方法，其中所述第二预指定的数据字段是在所述协议栈的逻辑链路控制层的服务接入点标识符字段。
17. 如权利要求13所述的方法，其中所述对应网络节点身份号是在附连过程期间指派到第一网络节点，并且使用在附连过程和PDP上下文激活过程期间在第一网络节点与第二网络节点之间传递的信息识别用于其的对应IP地址信息和UDP端口信息的分组临时移动订户身份(P-TMSI)。
18. 一种将消息从第一网络节点输送到第二网络节点的方法，所述第一和第二网络节点通过包括一个或多个协议层的协议栈进行通信，并且所述第二网络节点能够支持协议栈优化，所述方法包括：
在所述第一网络节点接收消息；
从所述收到消息删除用户数据报协议(UDP)报头和因特网协议(IP)报头以实现协议栈优化；
将所述消息中的数据字段设置成预指定的值以指示所述消息已优化；以及
将所述优化的消息传送到所述第二网络节点。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述第一和第二网络节点是在GPRS网络中。
20. 如权利要求18所述的方法，其中所述预指定的数据字段是在所述协议栈的逻辑链路控制层的服务接入点标识符字段。
21. 一种配置成通过包括一个或多个协议层的协议栈与第二网络节点进行通信并能够支持协议栈优化的无线网络节点，所述无线网络节点包括：
接收单元，用于接收来自所述无线网络节点中的应用层的消息；
传送单元，用于通过无线电接口传送消息；
处理单元，用于处理从所述接收单元收到的消息，所述处理单元配置成：
构建优化的消息以便经用户数据报协议(UDP)/因特网协议(IP)分组输送到目标网络节点中的目标应用；以及
将所述优化的消息传送到所述第二网络节点；
其中所述优化的消息不包括UDP报头和IP报头，以及其中所述优化的消息中预指定的数据字段设置成向所述第二网络节点指示UDP报头和IP报头必须在所述优化的消息输送到所述目标应用前添加到所述优化的消息的值。
22. 一种配置成通过包括一个或多个协议层的协议栈与第二网络节点进行通信并能够支持协议栈优化的无线网络节点，所述无线网络节点包括：
接收单元，用于在无线电接口上接收消息；
传送单元，用于将消息传送到所述无线网络节点中的应用层；
处理单元，用于处理从所述接收单元收到的消息和准备所述传送单元要传送的消息，所述处理单元配置成：
接收消息，其中所述消息由于协议栈优化而不包括用户数据报协议(UDP)或因特网协议(IP)报头；
使用所述数据分组中预指定的数据字段推导用户数据报协议(UDP)端口号信息；以及
基于所述推导的UDP端口号信息，将所述消息输送到所述目标应用。
23. 如权利要求22所述的方法，其中所述网络节点位于GPRS网络中，并且所述预指定的数据字段是在所述协议栈的子网络相关汇聚协议层的网络服务接入点标识符字段。
24. 一种配置成通过包括一个或多个协议层的协议栈与第二网络节点进行通信并能够支持协议栈优化的无线网络节点，所述无线网络节点包括：
输入单元，用于在无线电接口上接收消息；
输出单元，用于将消息传送到所述无线网络节点的应用层；
处理单元，用于处理从所述输入单元收到的消息和准备所述输出单元要传送的消息，所述处理单元配置成：
接收消息，其中所述消息由于协议栈优化而不包括用户数据报协议(UDP)或因特网协议(IP)报头；
使用所述消息中预指定的数据字段推导用户数据报协议(UDP)端口号信息；以及
使用对应于所述消息的所述网络节点身份号检索IP目的地址和IP源地址；以及
基于所述提取的UDP端口信息和所述检索的IP地址，构建IP报头和UDP报头，并且将所述IP报头和所述UDP报头添加到所述消息以形成UDP/IP数据分组；以及
将所述UDP/IP数据分组传送到所述无线网络节点中的所述应用层。
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