CN1119068C - 组合的小信元对准与标题保护方法 - Google Patents

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Abstract

在使用异步传送模式(ATM)协议作为数据传送基础结构的电信系统中，校验小信元标题信息，保持小信元对准，并且通过在每个ATM信元中仅插入一个标题总校验码而不是给每个小信元标题插入一个标题总校验码来改善ATM带宽使用，这一个标题总校验码从存储在ATM信元中的小信元标题组合中进行确定。

Description

组合的小信元对准与标题 保护方法
技术领域
本发明涉及电信数据的传输，并且更具体地涉及利用异步传送模式(ATM)协议的电信数据的传输。更确切地，本发明涉及一种有效方法和设备，用于计算、存储和使用对于多路复用为ATM信元的称为小信元(minicell)的所有非标准短信元共用的单个标题总校验码。
背景技术
异步传送模式(ATM)是用于在电信系统(例如，蜂窝电信网络)内发送电信数据的标准协议。以称为ATM信元的固定大小的数据包形式发送数据。每个ATM信元包含48个八比特组长的有效负载和5个八比特组长的标题。ATM在本领域中是众所周知的并且通常用于高比特率应用(例如，多媒体通信)；但是，ATM也能用于显著改善低比特率应用(例如，蜂窝话音通信)的效率。
在将ATM用于诸如蜂窝话音通信的低比特率通信时，如图1中的处理100所示，将小的压缩数据包多路复用为ATM信元流通常是有利的，将这些小的数据包通常称为“小信元”。小信元虽然一般短于ATM信元，但在某种意义上来说是相似的，因为它们也包含通常长度为2个八比特组的标题和具有固定或可变长度的有效负载。事实上，小信元能如图1中的小信元101所示延伸至ATM信元边缘。通过将小信元多路复用为ATM流，在小信元一般小于ATM信元时可改善带宽(BW)的利用和减少传输费用。
在分层的通信系统中，将用于处理这个信元或小信元的附加层的机构称为ATM适应层或AALm，其中“m”表示“小信元”。这个附加处理或“层”还能细分为图2所示的三个子层。会聚子层201允许AALm与电信应用接口。组合与分解子层202将用户数据(例如，话音通信数据)插入每个小信元和从每个小信元中提取用户数据(也参见图1)。多路复用与多路分用子层203将小信元插入ATM信元和从ATM信元中提取小信元(也参见图1)。
采用ATM和AALm的电信系统必须解决两个基本问题。首先，它必须保证每个小信元中标题信息的正确性。第二，它必须能保持小信元对准，即确定在ATM信元内每个小信元在哪开始和结束。
为了保证小信元标题信息的正确性，本领域现有方法一般采用某种类型的小信元标题总校验(HIC)。这些校验有助于小信元标题信息中的检错和在某些情况中的纠错。这通过在每个小信元的标题中包括检错/纠错码可容易地实现这一点，这个技术在本领域中是公知的。例如，Goran Eneroth等人的“用于低比特率应用的小信元协议(AALm)”(1996年2月)在每一个小信元中采用2个八比特组长的小信元标题301，如图3所示。小信元标题301包括两比特HIC码302，利用两比特间插奇偶校验此两比特HIC码保持标题信息的完整性。在另一示例中，如图4所示，Tomohiro Ishihara的“用于低比特率话音的短信格式的提议”(1995年12月)在每一个小信元中采用2个八比特组长的小信元标题401，其中每个标题包括HIC检错/纠错码402。在此示例中，HIC码是能进行3比特纠错和2比特检错的5比特循环冗余校验码(CRC)。
尽管AALm技术具有一般的效率，但现有技术方法将它用于保证小信元标题信息正确性不是有效的。主要原因是：每个小信元标题必须将几个比特用于执行标题总校验，而这占用宝贵的带宽。在小信元有效负载短时，无效性甚至更为严重。
如上所述，第二个问题是保持正确的小信元对准。图5表示现有技术的方法一般是如何处理小信元对准的。如图5所示，大多数现有技术方法在某些ATM信元的开头采用小信元起始指针(MSP)501。MSP501识别在ATM信元503内第一完整的小信元的起始位置(八比特组)502。MSP501的长度一般是6比特，因而它能识别构成标准ATM有效负载的任一个48八比特组。还提供2比特延伸部分用于校验奇偶性。另外，每个小信元标题包含也具有6比特长度的长度指示字段(见图4，标号403)，根据构成小信元有效负载的八比特组的数量，此字段识别相应的小信元的长度。在各个MSP501之间，通过根据MSP501识别第一个完整小信元的位置，和随后根据由每个小信元标题中的长度指示表示的值计数构成每个小信元有效负载的八比特组，来保持对准。
与HIC码一样，MSP501占用宝贵的带宽。如果每个ATM信元包含一个MSP501，则有效带宽减少约2％。如果MSP501包含在每个第十六ATM信元中，则浪费的带宽数量几乎减至零。如果在任一种情况中由于任何原因丢失对准，例如由于传输线路上过多的噪声而丢失对准，则不能重新获得对准直至正确收到下一个MSP501，并且其间所有的小信元将被丢失。
因此，尽管在标准ATM上有改善，但采用AALm的方法需要通过增加HIC的效率和小信元对准进一步改善带宽利用。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于保证正确小信元标题信息的更有效方法和装置。
本发明另一个目的是提供用于保持小信元对准的更有效的方法和装置。
本发明的还一个目的是提供在改善带宽使用的同时保证正确小信元标题信息和保持小信元对准的更有效方法和装置。
根据本发明的一个方面，利用用于生成数据包(例如，ATM信元)的方法和/或设备在电信系统中获得前述和其他目的，包括以下步骤：生成至少一个小信元，其中每个小信元包括用户数据部分(例如，有效负载)和标题；随后将此至少一个小信元的至少一部分插入数据包中；再从组合码中生成标题总校验尾部码，其中组合码包括插入数据包中的每个小信元标题；和随后将标题总校验尾部码插入数据包。
根据本发明的另一方面，用于确定数据包中小信元标题完整性的方法和/或设备包括：识别数据包中每个小信元标题；随后确定基于所提取的小信元标题的标题总校验码；然后识别数据包中所存储的标题总校验尾部码；再将所存储的标题总校验码与所确定的标题总校验尾部码进行比较；最后，利用比较结果来确定数据包中每个小信元标题的完整性。
根据本发明的另一个实施例，用于保持数据包中小信元对准的方法和/或设备包括：定义数据包中第一个完整小信元的起始位置；随后根据所定义的数据包中第一个完整小信元的起始位置识别数据包中每个小信元的第一个推测标题；再确定基于每个识别的第一推测小信元标题的标题总校验码；然后识别数据包中所存储的标题总校验尾部码；再将所确定的标题总校验码与存储的标题总校验尾部码进行比较；最后，利用比较结果来确定接收机是否与数据包中小信元同步。
附图说明
通过阅读下面结合附图的详细描述将更理解本发明的目的和优点，其中：
图1是表示将小信元多路复用为ATM信元流的现有技术处理的图；
图2是表示现有技术的用于AALM的分层协议模型的图；
图3是描述现有技术中小信元基本格式的图；
图4是表示现有技术中小信元、小信元标题和ATM信元之间物理关系的图；
图5是表示在每隔一个ATM信元中具有小信元起始指针的现有技术对准方法的图；
图6是表示变换为ATM信元的小信元和占用ATM信元最后一个八比特组的HIC尾部码的图；
图7是描述基于ATM信元中每个小信元标题并置(concatenation)的HIC尾部码计算的图；
图8是表示接收机操作的状态图；
图9是描述SYNC(同步)状态接收机操作策略的流程图；
图10是描述搜索状态接收机操作策略的流程图；
图11是描述PRESYNC(预同步)状态接收机操作策略的流程图；和
图12是表示一般现有技术蜂窝电信系统(例如，蜂窝电话系统)的图。
具体实施方式
本发明提供更有效的方法和装置来对ATM信元中每个小信元标题进行标题总校验(HIC)，本发明也提供更有效的方法和装置来保持小信元对准。在本发明一个实施例中，这通过在ATM信元某一易于识别部分中加上单个HIC码替代在各个小信元标题中的HIC码来实现。此单个HIC码字将基于相应ATM信元中每个小信元标题的组合数据。因此，此单个HIC码对于ATM信元中所有的小信元标题将是共用的。
图6表示具有5个八比特组长的ATM信元标题601和48个八比特组长的ATM信元有效负载602的ATM信元600。根据上述的AALm技术，小信元603多路复用为ATM信元600。小信元603如所示长度可变并且能从一个ATM信元扩展至下一个ATM信元，如小信元604与605所示。ATM信元600与在现有技术方法中采用的ATM信元之间的差异是：ATM信元600包括HIC码606，下面称为HIC尾部码。在本发明的优选实施例中，HIC尾部码606长度为一个八比特组并位于ATM信元600的最后一个八比特组中。当然，HIC尾部码的长度和位置在可选的实施例中可以是不同的而不脱离本发明的教导。如上所述，包含HIC尾部码606替代在各个小信元标题中设置HIC码的现有技术实践，这使本发明在小信元一般小于ATM信元时在带宽使用方面更有效。
一旦导出HIC尾部码606并将它插入ATM信元，能以与ATM和小信元码目前分别用于ATM信元标题和各个小信元标题中检错和纠错大致相同的方式将HIC尾部码606用于小信元标题检错和纠错。一般地，传输源将根据相应ATM信元中每个小信元标题内容计算HIC尾部码并如上所述将结果插入易于识别的ATM信元部分。
在本发明的一个实施例中，HIC尾部码能基于循环码(例如，循环冗余码)的特性。在此实施例中，通过首先并置相应ATM信元中所有小信元的标题信息来计算HIC尾部码606。
本领域技术人员将认识到：这可以通过实际产生包括从相应ATM信元的每个小信元中拷贝的并置标题的新码字来实现。可选择地，来自相应ATM信元中每个小信元的标题可以进行处理而无需实际构造新的码字，在此说明书中，术语“组合码”将用于表示任一种选择。例如，图7表示从对应ATM信元600中小信元603和605的小信元标题并置中得到的组合码字700，组合码字700则能利用多项式M(X)的(m-1)次幂来表示，其中m表示组合码字700中元素或比特数量。例如，如果码字700是100101，则它能利用多项式M(X)＝X5+X2+1来表示，其中每个元素(即比特)的值用作多项式M(X)的系数。HIC尾部码606随后计算为XnM(X)/G(X)的余数，其中G(X)是n次幂的生成多项式。
如上所述，HIC尾部码606计算为XnM(X)/G(X)的余数，并随后插入易于识别的ATM信元部分(例如，最后一个八比特组)并与ATM信元的其余部分一起发送给接收实体。接收实体中的接收机随后根据实际收到的小信元标题信息重新计算循环码。如果所计算的循环码与收到的HIC尾部值一致，则认为所有收到的小信元的标题信息已无差错发送和接收。
基于循环码的HIC码的计算是本领域公知的，并且通常用于执行ATM信元标题的标题总校验，如在国际电信联盟ITU-T、B-ISDN用户网络接口物理层规范、建议I.432(1993)中所述的，其内容引入在此作为参考。
在本发明的另一个实施例中，HIC尾部码能用于在丢失小信元对准之后查找ATM信元中小信元的边缘。接收机可以以它使用ATM信元标题中标题差错控制(HEC)码大致相同的方式来使用HIC尾部码以获得ATM信元描述，如在ITU建议I.432“B-ISDN用户网络接口物理层规范”中所述，其内容引入在此作为参考。如图8所示，接收机以下面三个状态之一进行操作。SYNC(同步)状态801、PRESYNC(预同步)状态802或HUNT(搜索)状态803。
SYNC状态801的流程图如图9所示。在SYNC状态801中，假定接收机知道如何准确定位ATM信元内每个小信元的开头。接收机在处于SYNC状态801中时将如方块901所示(从发送实体)接收ATM信元，并根据如上所述接收机相信是ATM信元中每个小信元的标题信息的信息如方块902所示计算HIC尾部码。如果由于任一原因，接收机未正确对准小信元标题，则所计算的HIC码将极有可能是不正确的(即，不同于存储在发送实体的ATM信元中的HIC尾部码)。如果接收机不正确计算HIC尾部码，则接收机已失同步的可能性存在。因此，接收机转换到如判定方块903所示的HUNT状态803。另一方面，如果正确计算HIC尾部码，接收机提取每个小信元，如方块904所示，并将它们传送给小信元组合与分解层202。接收机随后更新小信元起始指针(MSP)，如方块905所示，MSP表示要接收的下一个ATM信元中第一个完整小信元的起始点。与现有技术方法不同，MSP是内部变量并且不影响ATM连接的带宽。
如上所述，如果在SYNC状态期间计算不正确的HIC尾部码，则接收机将转到HUNT状态803，不正确的HIC尾部码计算可以是由于小信元对准或小信元标题中的误码而引起的。HUNT状态803的目的是重建对准。在HUNT状态803中的同时，接收机停止发送小信元给组合与分解层202，并且它开始查找ATM信元中第一个完整小信元的位置，接收机通过“猜测”第一个完整小信元的起始位置来完成此。为说明起见，接收机可以如图10的方块1001所示在ATM信元中的第一个八比特组(标号为0的八比特组)上开始查找，其中ATM信元有效负载中48个八比特组的标号0-47表示。接收机随后计算HIC尾部码，如方块1002所示。如果接收机计算正确的HIC尾部码，接收机将更新MSP并从HUNT状态803转换到PRESYNC状态802，分别如判定块1003和方块1004与1005所示。如前一样，MSP是内部变量，它含要接收的下一个ATM信元中第一个完整小信元的起始位置。如果接收机计算不正确的HIC尾部码，则接收机进行有关ATM信元中第一个完整小信元位置的另一个猜测，接收机通过如方块1006所示递增MSP来实现此，此处理将自身重复，直至接收机计算正确的HIC尾部码或接收机循环ATM信元有效负载中全部48个八比特组而未正确计算HIC尾部码。如果接收机校验ATM信元中所有48个八比特组而未正确计算HIC尾部码，接收机将如判定块1007和方块1008所示接收下一个ATM信元并重新开始。
如果接收机在HUNT状态803期间正确地计算HIC尾部码，接收机假定已重建小信元对准并从HUNT状态803转换到PRESYNC状态802。PRESYNC状态802的目的是保证通过正确计算如图11所示的接下来N个ATM信元的HIC尾部码已重建小信元对准。如所述的，如果计算正确的HIC尾部码，接收机将从HUNT状态803转换为PRESYNC状态802。在PRESYNC状态802中，接收机首先初始化内部计数器X，如方块1101所示。随后，接收下一个ATM信元并计算那个ATM信元的HIC尾部码，如方块1102与1103所示。如果接收机计算不正确的HIC尾部值，则接收机返回到HUNT状态803，如判定方块1104与方块1105所示。然而，如果接收机计算正确的HIC尾部码，则更新MSP和更新内部计算器X，如方块1106和1107所示。如果接收机计算N个连续ATM信元的正确的HIC尾部码，则接收机从PRESYNC状态802转换到SYNC状态801，如判定方块1108所示。如果通过准确计算N+1个连续ATM信元的HIC尾部码(包括HUNT状态803期间的计算)证实正确的小信元起始点猜测，则传送错误的小信元给组合与分解层202的概率由下式表示： 1 - ( 1 - 2 - n ) 48 - b 2 n ( 1 + N )
其中n代表HIC尾部码比特数，而b代表由HIC尾部码占用的八比特组数。例如，传送错误的小信元给组合与分解层202的概率对于8比特HIC和N＝1接收机是2.6*10-6。这表示即使在丢失小信元对准之后实际传送错误小信元的概率也非常小。
在本发明另一个实施例中，接收机在PRESYNC状态802中的同时能发送收到的小信元给组合与分解层202。然而，控制标志设置为表示小信元可能是错误的，这给此应用抛弃或利用在PRBSYNC状态802期间收到的小信元的机会。
如上所述，电信应用例如可以是图12所示的蜂窝电话系统1200，其中每个无线电网孔C1-C10由多个基站B1-B10中相应一个基站提供服务。有关本发明，每个基站B1-B10控制从各个移动单元M1-M10至移动交换中心(MSC)1201的用户数据(即话音数据)的传输。一般地，基站B1-B10均通过将用户数据压缩为图1所示的小信元开始，每个小信元包含一个标题。基站B1-B10将小信元多路复用为ATM信元并如图6所示将单个HIC尾部码插入每个ATM信元中，基站B1-B10如图7所示计算每个HIC尾部码，基站B1-B10随后发送ATM信元给MSC1201，MSC1201包含利用单个HIC尾部码来根据图8-11检验每个小信元标题的完整性和保持小信元对准的接收机1202。
已结合特定实施例对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，可能以除上述最佳实施例之外的其他特定形式实施本发明，这可以不脱离本发明精神而实现。最佳实施例仅是示意性的，不应认为是任何方式上的限制。本发明的范畴由所附权利要求书给定，而不是由前面的描述所给定，而且计划包含落入权利要求书范围内的所有变化和等效物。

Claims (6)

1.在电信系统中，用于生成数据包的一种方法，包括以下步骤：
生成至少一个小信元，其中每个小信元包括用户数据部分和标题；
将所述至少一个小信元的至少一部分插入此数据包中；
从组合码中生成标题总校验尾部码，其中此组合码包括插入此数据包中的每个小信元的标题；和
将标题总校验尾部码插入此数据包中。
2.根据权利要求1的方法，其中将标题总校验尾部码插入数据包的所述步骤包括以下步骤：
将标题总校验尾部码插入此数据包中预定位置。
3.在电信系统中，用于确定数据包中小信元标题完整性的一种方法，包括以下步骤：
识别此数据包中每个小信元标题；
确定基于每个识别的小信元标题的标题总校验码；
识别此数据包中存储的标题总校验尾部码；
比较存储的标题总校验码与确定的标题总校验尾部码；和
利用比较的结果来确定此数据包中每个小信元标题的完整性。
4.根据权利要求3的方法，其中利用比较结果来确定此数据包中每个小信元标题完整性的所述步骤包括以下步骤：
检错和纠错此数据包中至少一个小信元标题。
5.在电信系统中，用于保持数据包中小信元对准的一种方法，包括以下步骤：
定义此数据包中第一个完整小信元的起始位置；
根据所定义的数据包中第一个完整小信元的起始位置识别此数据包中每个小信元的第一推测标题；
确定基于每个识别的第一推测小信元标题的标题总校验码；
识别此数据包中存储的标题总校验尾部码；
比较所确定的标题总校验码与存储的标题总校验尾部码；和
利用比较结果来确定此系统是否正确与此数据包中小信元对准。
6.根据权利要求5的方法，还包括以下步骤：
如果所确定的标题总校验码与存储的总校验尾部码之间比较的结果表示两个码不相同，则预测此数据包中第一个完整小信元的新的起始位置；
根据所预测的此数据包中第一个完整小信元的新的起始位置识别此数据包中每个小信元的第二推测标题；
确定基于每个识别的第二猜测小信元标题的新的标题总校验码；
比较所确定的新的标题总校验码与存储的标题总校验尾部码以生成第二结果；和
利用第二结果来确定此系统是否正确地与此数据包中的小信元对准。
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