CN1909513A - 在串行链路上实现头压缩及复用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在串行链路上实现头压缩及复用的方法，包括以下步骤：将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头；将一个以上具有相同源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文的内容部分封装在同一个复用子帧中，在该复用子帧的前部加入复用子头；再将一个以上携带复用子头的复用子帧封装在同一个点到点协议包中，在该点到点协议包的前部加入点到点协议包头。本发明提高了业务报文在传输包中所占的比例，从而提高了传输效率，降低了对传输带宽的要求，降低了运营商的运营成本，并且减少了传输网上转发的分组数，降低了对路由器处理能力的要求。
Description
技术领域
本发明涉及压缩复用技术，特别是一种在串行链路上实现头压缩及复用的方法。
背景技术
在无线通信系统中，全IP化是一种发展的趋势。IP化能够更高效的利用资源，采用包交换技术能够比采用时隙交换技术实现更多的共享，从而降低单位传输的成本。
例如在CDMA2000系统中，基站控制器(BSC)与基站收发信机(BTS)之间就是使用IP/UDP协议栈来承载业务，其中，每个业务信道采用一个源用户数据报协议(UDP)端口号和目的UDP端口号对来表示，加上IP地址的不同，不同的信道对应不同的{源IP地址，源UDP端口号，目的IP地址，目的UDP端口号}组。
图1为现有的IPv4数据包包头各个字段的格式，其中，协议版本为IP协议的版本号，可以为IPv4或IPv6；首部长度是IP数据包包头的长度值；服务类型用于标明IP数据包的服务优先级；生存时间设置了IP数据包可以经过的最多路由器数，即IP数据包的生存时间；总长度字段是指整IP数据包的长度，以字节为单位，利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道IP数据包中数据内容的起始位置和长度；标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据包，通常每发送一份报文该字段的值就会加1；标志字段和片偏移字段用于分片和重组；协议域字段表明了IP包的上层协议类型；首部检验和字段是根据IP首部计算的校验和码。
图2为现有的UDP数据包包头各个字段的格式，其中，UDP长度域的内容是整个UDP数据包的长度值，校验和域的内容是根据整个UDP数据包按照协议规定的校验和算法计算的校验和码。
目前，无线通信系统IP化在传输业务包时存在效率较低的问题，比如说，在CDMA2000系统中，语音业务包采用20ms帧的传输方式，在这种方式下，每20ms的语音业务包包长较小，表1给出了CDMA2000中各种不同语音编码类型的包长：
| 话音编码类型 | QCELP 8K | |||
| 激活因子为0.4时的语音比例 | 全速率 | 半速率 | 1/4速率 | 1/8速率 |
| 0.29 | 0.03 | 0.08 | 0.60 | |
| 话音每帧净荷数据长度(比特) | 172 | 80 | 40 | 16 |
| 话音编码类型 | EVRC | |||
| 激活因子为0.4时的语音比例 | 全速率 | 半速率 | 1/4速率 | 1/8速率 |
| 0.29 | 0.11 | 0.00 | 0.60 | |
| 话音每帧净荷数据长度(比特) | 172 | 80 | 0 | 16 |
| 话音编码类型 | Q13K | |||
| 激活因子为0.4时的语音比例 | 全速率 | 半速率 | 1/4速率 | 1/8速率 |
| 0.29 | 0.03 | 0.08 | 0.60 | |
| 话音每帧净荷数据长度(比特) | 267 | 124 | 54 | 20 |
表1
由表1可以得知，采用QCELP 8K编码方式，平均语音包长为8.28字节；采用增强型可变频编码(EVRC)方式，平均语音包长为8.68字节；采用Q13K编码方式，平均语音包长为15.7字节。由于IP包头有20个字节，UDP包头也有8个字节，显然，语音在CDMA2000系统中BSC与BTS之间的Abis接口上的传输效率就比较低。采用QCELP 8K编码方式，平均传输效率大约为22.8％；采用EVRC编码方式，平均传输效率大约为23.7％；采用Q13K编码方式，平均效率大约为35.9％。
同样，在其它无线通信系统中，如WCDMA系统，也存在与CDMA2000系统类似的问题。可见，目前在无线通信系统中对业务包的传输效率较低，并且占用带宽较大，大大降低了IP化为无线通信系统所带来的好处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在串行链路上实现头压缩及复用的方法，以提高传输承载的效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种在串行链路上实现头压缩及复用的方法，包括以下步骤：
将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头；将一个以上具有相同源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文的内容部分封装在同一个复用子帧中，在该复用子帧的前部加入所述复用子头；再将一个以上携带复用子头的复用子帧封装在同一个点到点协议包中，在该点到点协议包的前部加入点到点协议包头。
所述步骤之前还包括以下步骤：
a、接收方向发送方发送请求进行头压缩及复用的协商请求报文，协商所述发送方与所述接收方之间连接的连接标识及压缩参数；
b、所述发送方确认所述协商请求，将复用参数配置到用户面。
所述步骤a之前还包括以下步骤：
发送方与接收方分别建立连接标识与源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址及目的UDP端口号的映射表。
步骤a中所述对压缩参数的协商具体包括：
协商IP协议的协议类型及完整包头发送的周期。
步骤b中所述将复用参数配置到用户面具体执行以下步骤：
设置用户面启动业务报文的头压缩及复用；
设置复用的最大子帧长度，超过此长度后不再进行复用；
设置最大复用时间，从开始复用的时刻算起，在超过所述最大复用时间之前，必须将业务报文发送出去。
所述将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头具体执行以下步骤：
在所述复用子头中设置连接标识域，用连接标识的值替换所述业务报文的源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址及目的UDP端口号，并在所述复用子头中设置所述业务报文的优先级域及所述复用子帧的长度域，用所述复用子头代替所述IP头及UDP头在串行链路上传输。
所述协商连接标识的协商请求报文包括：协商类型、报文长度域、连接标识域、IP版本号、生存时间域、服务质量域、保留域，以及与所述连接标识对应的源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号、目的UDP端口号。
所述协商压缩参数的协商请求报文包括：协商类型、报文长度域、协议类型域、最大内容识别符空间域、完整头发送周期域最大可压缩包头长度域及子选项域。
本发明通过将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头，再将一个以上具有相同源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文封装在同一个复用子帧中，并把一个以上复用子帧封装在同一个点到点协议包中，使得一个以上业务报文共享PPP头和压缩后的复用子头，提高了业务报文在传输包中所占的比例，从而提高了传输效率，降低了对每个话路占用的传输带宽的要求，降低了运营商的运营成本，并且减少了传输网上转发的分组数。
附图说明
图1为现有技术中的IP数据包包头各个字段的结构图；
图2为现有技术中UDP数据包的包头结构图；
图3为本发明的实施例中在串行链路上实现头压缩及复用的方法流程图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：在链路层传输业务报文时，将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头，再将一个以上具有相同源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文的内容部分封装在同一个复用子帧中，并把一个以上复用子帧封装在同一个点到点协议(PPP)包中，使得一个以上业务报文共享PPP头和压缩后的复用子头，以提高业务报文在传输包中所占的比例，提高传输效率。
本发明中，所述IP数据包包头不支持可选项，采用固定选项，即图1所示可选项字段不使用。
本发明对头压缩及复用方法的实现包括控制面和用户面两部分，其中，控制面用于完成对压缩复用启动及压缩复用参数的协商，用户面用于完成头压缩及复用。控制面协议报文在点到点协议的包头中的协议号为0x805F，用户面协议报文在PPP包头中的协议号分为IPV4版本或IPV6版本，IPV4版本在PPP包头的协议域填写的协议类型是：0x005F；IPV6版本在PPP包头的协议域填写的协议类型是：0x005E。其中，控制面协议包括对连接标识和压缩参数的协商。
本发明中头压缩的实现原理为：对IP头和UDP头进行压缩，压缩前IP头的结构如图1所示，对IP头的压缩包括：
将32位的源IP地址和32位的目的IP地址与UDP的端口号一起压缩为连接标识(SID)，在接收方根据SID恢复出来源IP地址，源UDP端口，目的IP地址，目的UDP端口号；将8位服务类型压缩为3比特，用于标识优先级。另外，删除：
4位版本号：由于目前使用的只有IPV4和IPV6两个版本，因此可以在PPP头中将4位版本号域压缩为1比特，而在IP头中删除该域；
4位首部长度：由于本发明仅支持没有选项的IP头压缩，因此这个域固定为4，在IP头中删除该域；
16位总长度域：由于IP/UDP头的长度都已经固定了，这个总长度域的值在接收方可以根据数据报的长度计算出来；
标识字段：因为在PPP头中也有相应的标识；
标志字段和片偏移字段：在本发明中，为保证压缩和复用的效率，最大包长一般不会超过最大传输单位(MTU)，也就不会而出现分片的情况；
生存时间(TTL)字段：由于在串行链路上已经有了防止环回功能；
8位协议域：由于压缩仅针对IP/UDP协议进行压缩和复用，因此这个协议域是固定的，在链路上不用传输，仅需要在接收方进行恢复即可；
16位首部校验和：由于校验和可以根据IP头恢复出来，且串行链路已经有了校验和，该校验和已经覆盖了IP包，因此这个域不在链路上传输，仅需要在接收方进行恢复；
对UDP头的压缩，压缩前UDP头的结构如图2所示，压缩方法为：
在发送方，将图2所示的16位源端口号及16位的目的端口号与IP地址一起压缩为SID，即用SID代替{源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址、目的UDP端口号}，在接收方根据SID恢复出来源IP地址，源UDP端口，目的IP地址，目的UDP端口号。并且，删除：
16位的UDP长度，因为接收方可以根据UDP包头长度及报文长度计算出UDP数据包长度；
16位UDP校验和，由于PPP协议中已经有了校验和，并且覆盖了UDP包，这个域在链路上无需传送。
完成对IP头及UDP头的压缩之后，原有的IP头及UDP头被压缩为一个复用子头，其结构如表2所示：
| QOS | SXT | 12位LEN | 8位或16位SID |
表2
QOS域：表明该包的优先级，使用3比特；
SXT域：表明后续的SID是8比特还是16比特，该域是1比特；
LEN域：表明复用子帧的长度，该域是12比特；
SID域：连接标识，该域是8比特或者16比特；
如果SID采用单字节情况下，复用子头长度为3字节，此时的系统效率显著提升；如果SID采用双字节，则复用子头的长度为4字节。
完成对IP头及UDP头的压缩之后，还要进行对PPP头及复用子头的复用，其实现原理为：将一个以上具有相同{源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号、目的UDP端口号}的业务报文的内容部分封装在同一个复用子帧中，在该复用子帧前部加入复用子头后，再将一个以上携带复用子头的复用子帧封装在同一个PPP包中，在PPP的前部加入PPP头后在串行链路上进行传输。复用后的PPP包的结构如表3所示：
| PPP头 | 复用子头 | 复用子帧 | 复用子头 | 复用子帧 | …… |
表3
图3为本发明的实施例中在串行链路上实现头压缩及复用的方法流程图，具体执行以下步骤：
步骤301、接收方向发送方发送请求进行头压缩及复用的协商请求报文，该协商请求报文分为两种：一种是对发送方与接收方之间连接的连接标识的协商，另一种是对压缩参数的协商。其中，对连接标识(SID)进行协商的协商请求报文的格式如表4所示：
| TYPE＝1 | |||
| 长度(LENGTH)＝18 | |||
| 连接标识(SID)(16比特) | |||
| IP版本号(IPVER)(4比特) | 生存时间(TTL)(4比特) | 服务质量(QOS)(4比特) | 保留域 |
| 源IP地址(SIP)(32比特) | |||
| 目的IP地址(DIP)(32比特) | |||
| 源UDP端口号(SPORT)(16比特) | |||
| 目的UDP端口号(DPORT)(16比特) | |||
表4
表4中，TYPE：即协商类型，TYPE＝1表示本协商请求报文是对SID的协商；
LENGTH：协商的长度，这个长度包括TYPE域和LENGTH域的长度；
SID：即会话连接号，这个会话连接号在一个点到点连接链路上是唯一的，它与一个{源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址、目的UDP端口号}向对应，在传输中，用SID代替{源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址、目的UDP端口号}；
IPVER：即IP的版本号，这个域与IP头中的IP版本定义相同；
TTL：生存时间，接收方接收到这个TTL时，作减1处理，TTL能够防止环回问题；
QOS：即默认的IP的QOS，这个QOS等级可以做为缺省的业务包的优先级；
SIP：即IP头中的源IP地址，对于IPV4来说是32位位宽，对于IPV6，待后续扩展；
DIP：即IP头中的目的IP地址，对于IPV4来说是32位位宽；
SPORT：即UDP头中的源UDP端口号，16位位宽；
DPORT：即UDP头中的目的UDP端口号，16位位宽；
保留域待扩展以实现新功能。
对压缩参数进行协商的协商请求报文的格式如表5所示：
| 协商类型(TYPE)＝2 |
| 长度(LENGTH)＞＝12 |
| 协商的协议类型(16比特) |
| 最大内容识别符空间(16比特) |
| 完整头的发送周期(16比特) |
| 最大可压缩的包头长度(16比特) |
| 子选项 |
表5
表5中TYPE：即协商类型，TYPE＝2表示该协商请求报文是对压缩参数的协商；
长度域：包括TYPE域和长度域的长度，这个长度值至少为12，如果存在子选项，则需要增加子选项的长度；
协商的协议类型：如果是IPV4，这个域填写0x005F；如果是IPV6，这个域填写0X005E；
最大内容识别符空间：该参数为对端分配的内存空间，由于是16位，其最大值为65535，缺省的值填写为4；
完整头的发送周期：即每隔多少个包，就需要发送一个完整的IP/UDP的包，这个域是16位的，缺省情况下，这个域的值为256；
最大可以压缩的包头长度，通常情况下，这个域不使用，留给后续扩展使用；
子选项：可以扩展一些其它参数，后续使用中发现新的协商参数时，可以在这个域中扩展。
步骤302、发送方向接收方发送确认协商请求。
以上协商过程是双方都需要发起的，如果PPP链路的两端仅有一方发起该协商，并且协商通过，则仅可以在一个方向上启动压缩复用。该协商过程是由接收方发起的，因此协商通过后，仅能够使得该端的对端可以进行压缩复用，仅在双方都发起了协商，并且都得到确认后，才能够在两个方向上启动。以上的协商请求报文和协商确认报文是本发明中的控制面协议报文。
步骤303、发送方将复用参数配置到用户面。需要配置如下几个复用参数：
压缩复用使能：这个参数表明发送方是否能够启动压缩复用，为1表明压缩复用使能，为0则表明禁止使用压缩复用；
复用的最大子帧长度：当超过这个长度时，就不进行复用了，缺省长度为255，该参数域为16位，最大长度为65535；
最大的复用时间：从开始复用开始，超过这个时间，就必需立即将包发送出去，这个参数避免了复用导致过大的时延和抖动，这个域单位是us，长度是16位；
SID与{源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址、目的UDP端口}对应关系的映射表；同时配置的还有IPVER，QOS等相关参数，在发送方进行组包时需要使用。
步骤304、发送方进行头压缩及复用。
发送方首先需要根据协议进行分析，如果欲传输的报文是承载于串行链路上的IP/UDP包，并且无填充，无可选项，则可以进行压缩复用，具体如何压缩和复用如前所述。在串行链路上传输的经过压缩复用的PPP包是本发明中的用户面协议报文。
步骤305、接收方接收经过压缩复用的报文。接收方根据PPP的协议域解码，如果是用户面协议，则根据LEN及SXT解包，并根据保存的SID与IP地址及UDP端口号的关系恢复包。由于在传输过程中，使用的是PPP头的校验和，恢复包时，需要根据UDP包头以及内容，需要重新计算UDP的校验和。
接收方需要预先配置的参数为：SID与{源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址、目的UDP端口}对应关系的映射表。同时配置的还有IPVER，QOS等相关参数，接收方恢复IP/UDP包头时需要使用这些参数。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1、一种在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头；将一个以上具有相同源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文的内容部分封装在同一个复用子帧中，在该复用子帧的前部加入所述复用子头；再将一个以上携带复用子头的复用子帧封装在同一个点到点协议包中，在该点到点协议包的前部加入点到点协议包头。
2、根据权利要求1所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述步骤之前还包括以下步骤：
a、接收方向发送方发送请求进行头压缩及复用的协商请求报文，协商所述发送方与所述接收方之间连接的连接标识及压缩参数；
b、所述发送方确认所述协商请求，将复用参数配置到用户面。
3、根据权利要求2所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述步骤a之前还包括以下步骤：
发送方与接收方分别建立连接标识与源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址及目的UDP端口号的映射表。
4、根据权利要求2或3所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，步骤a中所述对压缩参数的协商具体包括：
协商IP协议的协议类型及完整包头发送的周期。
5、根据权利要求2或3所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，步骤b中所述将复用参数配置到用户面具体执行以下步骤：
设置用户面启动业务报文的头压缩及复用；
设置复用的最大子帧长度，超过此长度后不再进行复用；
设置最大复用时间，从开始复用的时刻算起，在超过所述最大复用时间之前，必须将业务报文发送出去。
6、根据权利要求1、2或3所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述将业务报文的IP头及UDP头压缩为复用子头具体执行以下步骤：
在所述复用子头中设置连接标识域，用连接标识的值替换所述业务报文的源IP地址、源UDP端口号、目的IP地址及目的UDP端口号，并在所述复用子头中设置所述业务报文的优先级域及所述复用子帧的长度域，用所述复用子头代替所述IP头及UDP头在串行链路上传输。
7、根据权利要求2或3所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述协商连接标识的协商请求报文包括：协商类型、报文长度域、连接标识域、IP版本号、生存时间域、服务质量域、保留域，以及与所述连接标识对应的源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号、目的UDP端口号。
8、根据权利要求2或3所述的在串行链路上实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述协商压缩参数的协商请求报文包括：协商类型、报文长度域、协议类型域、最大内容识别符空间域、完整头发送周期域最大可压缩包头长度域及子选项域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20070207 |