CN1859397A - 移动通信网络中数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术，公开了一种移动通信网络中数据传输方法，使得传输效率得以提高，在基本保持巨帧传输速率的同时，避免了因巨帧体积较大而导致的数据传输堵塞。本发明中，根据数据帧的大小采用不同的传输协议和传输方式，具体地说，对巨帧通过IP封装和分片，再通过底层协议组帧后传输，而对小帧则直接通过底层协议组帧后传输。

Description

移动通信网络中数据传输方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别涉及移动通信网络中数据传输方法。

背景技术

宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)是第三代移动通信(the 3rd Generation，简称“3G”)三种主流标准的一种，它继承了现有的全球移动通信系统(Global Systems forMobile communications，简称“GSM”)标准化程度高和开放性好的特点，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性，是未来移动通信的发展趋势之一。

WCDMA系统中，无线接入网(Radio Access Network，简称“RAN”)包含无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)和作为基站的B节点(Node B)。其中，各个Node B用于接收所辖范围内的用户设备(User Equipment，简称“UE”)信号，经过处理后将其通过传输通道汇总到RNC；RNC用于集中处理Node B传输过来的信息，并将处理过的信息通过Node B发送给UE。

为了节约建网时RNC的成本，一个RNC通常需要提供大面积覆盖，它连接并控制多个Node B，与之连接的Node B可以距离RNC很远，可达上百公里，而且Node B彼此间的距离也较远。Node B和RNC之间通过Iub接口连接。

Iub接口协议有异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，简称“ATM”)和网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)两种。由于宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)的ATM网络和IP网络很发达，而Iub接口的传输主要是利用ATM网络或者IP网络，因此，采用ATM和IP可以充分利用现有的低成本高带宽具有统计复用的ATM网络或IP网络，以降低系统传输费用。

然而，当前Iub接口采用的最主要的传输仍然是端到端的一次群(E1/T1)传输模式。其中，E1是欧洲的脉冲编码调制多路复用系统数字体系一次群(或称鉴群)的带宽速率标准，它包含32个64千比特每秒(kbit/s)的信道，一次群的带宽速率为2.048兆比特每秒(Mbit/s)；而T1是北美、日本的脉冲编码调制(Pulsed Code Modulation，简称“PCM”)多路复用系统数字体系一次群(或称基群)的带宽速率标准，它包含24个电话信道，其带宽速率为1.544兆比特每秒，其中每个信道为64千比特每秒。

第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)组织为了提升支持数据业务的能力，制定了高速下行分组接入(High SpeedDownlink Packet Access，简称“HSDPA”)和高速上行分组接入(High SpeedUplink Packet Access，简称“HSUPA”)规范。

其中，HSUPA作为高速上行数据包接入技术，在2004年引入到了3GPP版本6(Release 6)中，其系统的主要特点包括：采用2毫秒(ms)短帧或10ms帧，在物理层采用混合自适应重传请求(Hybrid Automatic RepeatRequest，简称“HARQ”)技术，上行Node B快速调度技术，提高了上行的频谱效率。

HSDPA的极限空口速率可以达到十几兆比特每秒，作为高速下行数据包接入技术，在2002年引入到了3GPP版本5(Release 5)中，HSDPA系统的主要特点包括：采用2ms的短帧，在物理层采用HARQ和自适应调制和编码(Adaptive Modulation and Coding，简称“AMC”)技术，引入16阶正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation，简称“QAM”)的高阶调制来提高频谱利用率，通过码分和时分来实现各个UE的共享信道调度。但是，根据帧协议(Frame Protocol，简称“FP”)，HSDPA中的帧长度可能非常大，即产生巨帧。

当Node B与RNC之间采用E1/T1端到端地传输大带宽的业务数据时，由于E1/T1的带宽不大，每比特的传输成本比较高，所以这种传输不经济。然而，对于运营商来说，业务的赢利能力非常重要，而赢利能力与建设成本(CAPEX)和维护成本(OPEX)息息相关，因此提高传输效率，减少WCDMA网络内用于传输的E1/T1的数目，将直接降低建设成本和维护成本，提高运营商的赢利能力。

在WCDMA的Iub接口采用ATM传输方式时，无线网络层用户面数据采用ATM适配层类型2(ATM Adaptation Layer type 2，简称“AAL2”)承载，即经过UP(上层协议)/AAL2/ATM/(E1或T1)，多层次的复杂封装后传输。

在WCDMA的Iub接口采用IP传输方式时，无线网络层用户面数据采用用户数据报协议(User Datagram Protocol，简称“UDP”)承载，即也经过UP/UDP/IP/L2(层2)/(E1或T1)，多层次的复杂封装后传输。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：数据传输效率低，巨帧会导致数据传输的堵塞。

造成这种情况的主要原因在于，由于Iub接口无论采用ATM或IP传输方式，其用户数据都要经过多层次的复杂封装后传输，其传输效率低。

由于Iub接口的传输效率低，但HSDPA的极限空口速率可以达到十几兆比特每秒，FP帧长度大，可能产生巨帧，因此，会堵塞实时业务数据中长度较小的FP帧，从而造成数据传输的堵塞，影响实时业务的服务质量(Qualityof Service，简称“QoS”)。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动通信网络中数据传输方法，使得传输效率得以提高，在基本保持巨帧传输速率的同时，避免了因巨帧体积较大而导致的数据传输堵塞。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动通信网络中数据传输方法，包含以下步骤：

在发送端，如果需要发送的数据帧的大小超过预设门限，则将该数据帧进行IP封装和分片以生成IP包，在该IP包中设置分割标志，再通过适配层组帧发送到接收端，否则直接通过适配层组帧发送到接收端；

在所述接收端，如果接收到的所述适配层的帧的净荷为IP包且包含所述分割标志，则将该IP包进行IP分片重组和解封装以得到所述数据帧，否则直接从该帧的净荷中得到所述数据帧。

其中，所述分割标志为以下之一或其任意组合：

特定的源IP地址、特定的目的IP地址、特定的源端口号、或特定的目的端口号。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

在所述发送端和接收端，预先将特定的源IP地址、特定的目的IP地址、特定的源端口号、特定的目的端口号、或其任意组合，设置为所述分割标志。

此外在所述方法中，所述移动通信网络为宽带码分多址网络，所述发送端和所述接收端之间通过Iub接口传输所述数据帧。

此外在所述方法中，当使用简单数据传输协议传输所述数据帧时，如果需要发送的数据帧的大小超过预设门限，则将所述数据帧经过IP层封装和分片后通过直接适配层组帧，否则通过直接适配层或复用适配层组帧。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

所述接收端根据复用标识的指示对接收到的所述适配层的帧进行直接适配层或复用适配层的解帧。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，根据数据帧的大小采用不同的传输协议和传输方式，具体地说，对巨帧通过IP封装和分片，再通过底层协议组帧后传输，而对小帧则直接通过底层协议组帧后传输。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即通过采用IP包分片技术将巨帧分割传输的方式，使得在基本没有增加传输数据的开销比例和基本保持原有传输速率的同时，大大提高了数据传输效率。

并且由于分割传输，使得每个数据帧的发送时间都较短，有效避免了巨帧导致的数据传输的堵塞，保证了数据包传输的QoS。

通过对小帧进行简单地组帧后直接传输的方式，使得数据传输的开销降低，传输的封装过程简单，提高了传输速率。

附图说明

图1是本发明的简单数据传输协议结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的移动通信网络数据传输的发送方法流程图；

图3是根据本发明第二实施方式的移动通信网络数据传输的接收方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明通过对不同大小的数据帧采用不同的传输协议和传输方式。对于巨帧，采用IP封装，利用IP包的分片功能实现对巨帧分割的功能；对于小帧跳过IP封装，直接进行下层封装后传输。

本发明的方案可以适用于各种传输协议，以下以简单数据传输协议(Simple Data Transport Protocol，简称“SDTP”)为例进行说明。先介绍一下SDTP协议，相关协议结构如图1所示，分为4层结构：

最高层是应用层(APP)，其中包含，例如WCDMA中的Iub接口的FP帧、基站节点应用部分(Node-B Application Part，简称“NBAP”)、或IP包等；

应用层映射适配层(AL层)，其中，有两种适配模式，第一种是直接适配(D-AL层)模式，第二种是复用适配(MUX-AL层)模式；D-AL层是将APP层数据直接封装，即一个APP层数据封装在一个AL层帧内，MUX-AL层是将多个APP层数据封装在一个AL层帧内。

适配层下面是SDTP层，主要是将适配层的PDU映射到物理层，SDTP层还有一个ML-SDTP子层，用于多链路层的承载；

最下面一层是物理层，本协议指的是E1/T1，也可以是其它时分多路复用(Time Division Multiplexing，简称“TDM”)传输模式。

本发明第一实施方式的移动通信网络中数据传输的发送方法如图2所示，在本实施方式基于SDTP协议，并应用于WCDMA的Iub接口传输。预先在发送端的应用层中预置一特定的源IP地址和目标IP地址作为分割标志，用于指示是否对数据帧进行了分割。例如，可以将源IP地址为10.255.255.254，目的地址为10.255.255.254作为分割标志。之所以使用源、目标IP地址作为分割标志，是因为IP层处理源、目标IP地址较为方便。原则上可以使用IP包的任意属性，甚至是IP包内的特定内容作为分割标志。例如还可以使用特定的源端口号或目的端口号作为分割标志。

在步骤201中，发送端的应用层下发数据帧，例如FP帧或IP包等。

在步骤202中，应用层判断数据帧的长度是否超过预设门限，例如预设门限为M，即判断数据帧的长度是否大于M。如果是，则认为该数据帧为巨帧，转入步骤203；否则，认为该数据帧为小帧，转入步骤206。

在步骤203中，对于长度超过预设门限的巨帧，发送端将其进行IP封装，得到IP包。IP封装和IP包分片可以在IP层进行，IP层可以作为一个子层存在于发送端的应用层。IP层用于实现关于IP协议的各种操作，如IP封装、解封装、分片、重组等。因为IP技术是一个公知的成熟技术，所以对其不作详细介绍了。

在步骤204中，根据IP协议，将IP封装后的IP包进行分片，相当于将巨帧分割成较小的数据帧。之所以对巨帧使用IP封装和分片，主要是因为IP分片是一种成熟的技术，在实现时非常方便。

使用IP封装可能会增加IP包头带来的开销，不过由于巨帧的净荷所占的比例比较大，所以采用IP封装时，其IP包头对帧的大小基本上不产生影响，因此通过IP包分片技术将巨帧分割的传输方式，使得在基本没有增加传输数据的开销比例和基本保持原有传输速率的同时，大大提高了数据传输效率。并且由于分割传输，使得每个数据帧的发送时间都较短，有效避免了巨帧所导致的数据传输的堵塞，保证了数据包传输的QoS。

在步骤205中，将IP包分片进行SDTP的D-AL封装。由于SDTP的帧结构比较简单，所以巨帧的最终传输效率仍然比ATM和IP传输效率高。

在步骤206中，对于长度未超过预设门限的小帧，发送端将其进行AL组帧。AL组帧有两种封装方式：D-AL封装和MUX-AL封装。通过在封装后的AL帧中设置复用标识区分这两种封装方式。通过对小帧进行简单地组帧后直接传输的方式，使得数据传输的开销降低，传输的封装过程简单，提高了传输速率。如果小帧小于一定的门限，还可以通过MUX-AL层将多个小帧复合成一个帧，以进一步提高传输效率。

在步骤207中，发送端将经过SDTP组帧后的数据帧送往接收端。

本发明第二实施方式的移动通信网络中数据传输的接收方法如图3所示，在接收端的应用层中预置一定的源IP地址和目标IP地址，这些地址与发送端所预置的IP地址对应。

在步骤301中，接收端的SDTP层及其下层接收到经过SDTP组帧的数据帧，并对这些帧进行相应的SDTP拆帧。

在步骤302中，SDTP拆帧后的数据帧中包含复用标识，例如，该标识为1，指示该帧为MUX-AL帧；该标识为0，则指示该帧为D-AL帧。如果该复用标识为1，则转入步骤304；如果该复用标识为0，则转入步骤303。

在步骤303中，根据复用标识的指示，进行相应地D-AL拆帧，并把净荷送往应用层，并转入步骤305。

在步骤304中，根据复用标识的指示，进行相应地MUX-AL拆帧，并也将净荷送往应用层。

在步骤305中，接收端判断所接收到的经D-AL拆帧的净荷是否为经过IP封装的IP包，如果是，则转入步骤306；否则，经D-AL拆帧的净荷即为发送端的应用层希望传输到接收端的数据帧。

在步骤306中，判断IP包的源、目的IP地址是否与应用层中预置的特定IP地址一致，如果是，则转入步骤307；否则，经IP封装的数据帧即为发送端的应用层希望传输到接收端的数据帧。判断IP包的源、目的IP地址是否与应用层中预置的特定IP地址一致，实质上就是判断是否存在分割标志。因为一种情况是所需传输的数据帧本身就是IP包，另一种情况是因为数据帧过大而被封装为IP包后分片，如果不判断是否存在分割标志，则无法区分上述两种情况。

在步骤307中，对IP包分片进行重组，得到IP包。

在步骤308中，对IP包进行IP解封装，得到其净荷即为所需的数据帧。IP包分片重组和IP包解封装可以在IP层进行，IP层可以作为一个子层存在于接收端的应用层。

上述实施方式中，底层的数据传输使用的是SDTP，其实本发明的实质与底层传输协议无关，完全可以使用其它的传输协议。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种移动通信网络中数据传输方法，其特征在于，包含以下步骤：

在发送端，如果需要发送的数据帧的大小超过预设门限，则将该数据帧进行IP封装和分片以生成IP包，在该IP包中设置分割标志，再通过适配层组帧发送到接收端，否则直接通过适配层组帧发送到接收端；

在所述接收端，如果接收到的所述适配层的帧的净荷为IP包且包含所述分割标志，则将该IP包进行IP分片重组和解封装以得到所述数据帧，否则直接从该帧的净荷中得到所述数据帧。

2.根据权利要求1所述的移动通信网络中数据传输方法，其特征在于，所述分割标志为以下之一或其任意组合：

特定的源IP地址、特定的目的IP地址、特定的源端口号、或特定的目的端口号。

3.根据权利要求2所述的移动通信网络中数据传输方法，其特征在于，还包含以下步骤：

在所述发送端和接收端，预先将特定的源IP地址、特定的目的IP地址、特定的源端口号、特定的目的端口号、或其任意组合，设置为所述分割标志。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的移动通信网络中数据传输方法，其特征在于，所述移动通信网络为宽带码分多址网络，所述发送端和所述接收端之间通过Iub接口传输所述数据帧。

5.根据权利要求4所述的移动通信网络中数据传输方法，其特征在于，当使用简单数据传输协议传输所述数据帧时，如果需要发送的数据帧的大小超过预设门限，则将所述数据帧经过IP封装和分片后通过直接适配层组帧，否则通过直接适配层或复用适配层组帧。

6.根据权利要求5所述的移动通信网络中数据传输方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述接收端根据复用标识的指示对接收到的所述适配层的帧进行直接适配层或复用适配层的解帧。