JP2001244993A - パケットサーバで用いられる通信方法 - Google Patents

パケットサーバで用いられる通信方法

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JP2001244993A JP2001014224A JP2001014224A JP2001244993A JP 2001244993 A JP2001244993 A JP 2001244993A JP 2001014224 A JP2001014224 A JP 2001014224A JP 2001014224 A JP2001014224 A JP 2001014224A JP 2001244993 A JP2001244993 A JP 2001244993A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＵＭＴＳコアネットワークにおいて、ＧＴＰ
／ＵＤＰ／ＩＰヘッダの圧縮により、小さいマルチメデ
ィアＲＴＰパケットをより効率的にトランスポートす
る。 【解決手段】 ＧＰＲＳ(General Packet Radio Servic
e)に基づくトンネリングプロトコル（ＧＴＰ）、ユーザ
データグラムプロトコル（ＵＤＰ）、およびインターネ
ットプロトコル（ＩＰ）のヘッダ情報を含むＧＴＰ／Ｕ
ＤＰ／ＩＰヘッダの圧縮をＧＴＰピアとネゴシエート
し、まずＧＴＰピアへＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダを送
信し、次に圧縮ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダをＧＴＰピ
アへ送信する。圧縮ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダは、長
さ４バイト以下のトンネル識別子フィールド、あるい
は、拡張フィールドの有無を示す拡張ビットフィールド
と、トンネル識別子フィールドの有無を示すトンネル識
別子存在フィールドとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信に関し、特
に、パケット通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤレスシステムが発展するととも
に、移動通信交換センタ（ＭＳＣ）と基地局の間の通信
は、インターネットプロトコル（ＩＰ）に基づくトラン
スポートメカニズムに移行しつつある。（ここで、ワイ
ヤレスシステムという用語は、例えば、ＣＤＭＡ（符号
分割多元接続）、ＧＳＭ(Global System for Mobile Co
mmunications)、提案されているＵＭＴＳ(Universal Mo
bile TelecommunicationsSystem)などを指す。）ワイヤ
レス通信の性質（例えば、リアルタイム音声）を考慮す
ると、ＩＰベースのトランスポートは、リアルタイムア
プリケーションを収容するプロトコルを利用する必要が
ある。
【０００３】そのようなプロトコルの１つは、ＲＴＰ(R
eal Time Protocol)である（例えば、H. Schulzrinne,
R. Frederick, V. Jacobson, "RTP: A Transport Proto
colfor Real-Time Applications", RFC 1889、を参
照）。ＲＴＰが注目されているのは、それが、リアルタ
イムストリームを扱うために利用可能なＩＥＴＦ(Inter
net Engineering Task Force)プロトコルであるためで
ある。ＲＴＰトラフィックは、ＵＤＰ（ユーザデータグ
ラムプロトコル）、およびＩＰパケットにカプセル化さ
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】残念ながら、ＲＴＰ／
ＵＤＰ／ＩＰを使用すると、voice-over-ＩＰアプリケ
ーションがワイヤレスネットワークで実行される際に大
きいオーバーヘッドが生じる。音声ペイロードは通常小
さい（例えば、１０から２０バイト）が、ＲＴＰ／ＵＤ
Ｐ／ＩＰヘッダは４０バイトであるためである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘ
ッダに伴う大きいオーバーヘッド以外にも、この状況
は、ＧＴＰ(General Packet Radio Service Tunneling
Protocol)カプセル化パケットを使用することによって
さらに悪化する。この場合、ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰオー
バーヘッドは、１０バイトの音声ペイロードの約９８０
％となる。そこで、本発明によれば、ＧＴＰ／ＵＤＰ／
ＩＰヘッダは送信のために圧縮される。
【０００６】本発明の実施例では、ＵＭＴＳコアネット
ワークは、ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダの圧縮（以下、
「ＧＴＰヘッダ圧縮」あるいは「圧縮ＧＴＰヘッダ」と
いう）を行う圧縮フレームワークをサポートする。さら
に、ＵＭＴＳコアネットワークは、ＧＴＰヘッダ圧縮と
は独立に、ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダ圧縮（以下、
「ＲＴＰヘッダ圧縮」あるいは「圧縮ＲＴＰヘッダ」と
いう）もサポートする。その結果、ＵＭＴＳコアネット
ワークは、小さいマルチメディアＲＴＰパケットをより
効率的にトランスポートすることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】当業者に知られている（リリース
９７バージョン）非圧縮（圧縮されていない）ＧＴＰカ
プセル化ＲＴＰパケット１０の例示的フォーマットを図
１に示す。ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダ１１は、ＩＰ／
ＵＤＰヘッダ１２およびＧＴＰヘッダ１３からなる。Ｇ
ＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダ１１は、当業者に知られてい
るように、ＧＴＰペイロード１４の最上位に位置する。
例えば１０バイトに等しい音声ペイロード（例えば、図
１のペイロード１５）の場合、ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘ
ッダ１１の結果として、オーバーヘッドは約９８０％と
なる。そこで、本発明によれば、ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰ
ヘッダは送信のために圧縮される。図１からわかるよう
に、ＧＴＰペイロード１４は、ＩＰヘッダおよびＵＤＰ
ヘッダもトランスポートする。当業者に知られているよ
うに、ＩＰ／ＵＤＰヘッダ１２は、トンネルに関する発
信側および着信側情報を含むが、ＧＴＰペイロード１４
のＩＰヘッダおよびＵＤＰヘッダは、通信エンドポイン
トに関する発信側および着信側情報を含む。（注意すべ
き点であるが、ＴＩＤ値は、"Global System for Mobil
e Communications (GSM) 04.08 document, Digital cel
lular telecommunications system (Phase 2+); mobile
radio interface layer 3 - specification"で定義さ
れたリリース９７バージョンに基づいている。ＴＩＤ値
は、以下の８バイトを含む：ＭＣＣ １２ビット、ＭＮ
Ｃ ８ビット、ＭＳＩＮ ４０ビットおよびＮＳＡＰＩ
４ビット。ＭＣＣ、ＭＮＣ、ＭＳＩＮおよびＮＳＡＰ
Ｉは、GSM 04.08 documentで定義されたＩＭＳＩの一部
である。）
【０００８】本発明の原理に従って修正された例示的な
ＵＭＴＳネットワーク２００を図２に示す。本発明の概
念以外は、図２に示した要素は周知であり、詳細に説明
しない。例えば、ＵＭＴＳネットワーク２００は、無線
アクセスネットワーク（ＲＡＮ：radio access networ
k）、コアネットワーク（ＣＮ：core network）、バッ
クボーンネットワーク、および、ＩＰエンドホスト２４
０によって表される例示的なエンドポイントを有する。
バックボーンネットワークは、インターネットおよび公
衆交換電話網（ＰＳＴＮ）を含む。ＲＡＮは、移動局
（ＭＳ）２０５、ノードＢ２１０および無線ネットワー
クコントローラ（ＲＮＣ：radio network controller）
２１５を有する。（ＵＭＴＳは「ノードＢ」(node B)と
いう用語を使用しているが、これは基地局ともいう。）
ＣＮは、サービスＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ：
serving GPRS support node）２２０、ゲートウェイＧ
ＰＲＳサポートノード（ＧＧＳＮ：gateway GPRS suppo
rt node）２２５および要素２３０を有する。要素２３
０は、ゲートキーパ（ＧＫ）（ＩＴＵ Ｈ．３２３のコ
ンポーネント）およびＩＰ／ＰＳＴＮゲートウェイ（Ｇ
Ｗ）（Ｈ．３２３とＰＳＴＮの間の翻訳のため）を有す
る。図では、ＵＭＴＳネットワーク２００の要素は、単
一ブロックの要素として示されているが、蓄積プログラ
ム制御プロセッサ、メモリ、および適当なインタフェー
スカード（図示せず）を有する。本発明の説明のため、
あるエンドツーエンドコネクションがＭＳ２０５とＩＰ
エンドホスト２４０（これはエンドポイントともいう）
の間にあるとする。以下、「パケットサーバ」という用
語は、任意のパケットプロセッサを指す。その例は、上
記のＵＭＴＳ２００の要素である。
【０００９】本発明によれば、ＵＭＴＳネットワーク２
００は、ＧＴＰヘッダ圧縮を行う圧縮フレームワークを
サポートする。さらに、ＵＭＴＳネットワーク２００
は、ＧＴＰヘッダ圧縮とは独立に、ＲＴＰヘッダ圧縮も
サポートする。（ここで、「ＧＴＰヘッダ圧縮」あるい
は「圧縮ＧＴＰヘッダ」という用語は、ＧＴＰ／ＵＤＰ
／ＩＰヘッダの圧縮を指す。同様に、「ＲＴＰヘッダ圧
縮」あるいは「圧縮ＲＴＰヘッダ」という用語は、ＲＴ
Ｐ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダの圧縮を指す。）ＧＴＰヘッダ
圧縮は、ＲＴＰヘッダ圧縮とは独立であるため、ＧＴＰ
ピアは、ＲＴＰピアとは異なることが可能である（しか
しこれが要求されるわけではない）。これは、多少の設
計の自由度（フレキシビリティ）も提供する。マルチメ
ディアトラフィックには、ＲＴＰを使用せず、純粋にＵ
ＤＰカプセル化を使用するものもあるからである。その
結果、ＵＭＴＳネットワーク２００は、小さいマルチメ
ディアパケットをより効率的にトランスポートすること
ができる。以下で、本発明の概念について説明する。
【００１０】ヘッダ圧縮の概観 理解されるべき点であるが、本発明によれば、ＲＴＰヘ
ッダ圧縮およびＧＴＰヘッダ圧縮は、ピア間で独立にネ
ゴシエートすることができる（詳細は後述）。本発明の
概念以外については、圧縮／伸長技術は周知であり、こ
こでは説明しない。例えば、通常、圧縮／伸長を行うも
の（コンプレッサ(compressor)／デコンプレッサ(decom
pressor)）は、例えばＭＳ２０５のメモリ（図示せず）
に記憶されたソフトウェアモジュールであり、例えばＭ
Ｓ２０５の蓄積プログラム制御マイクロプロセッサ（図
示せず）によって実行される。このソフトウェアモジュ
ールは、従来のプログラミング技法（したがって、同じ
くここでは説明しない）を用いて、共有情報を記憶し
（後述）、伝送用に圧縮（短縮）された形式のＧＴＰ／
ＵＤＰ／ＩＰヘッダあるいはＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッ
ダを形成（フォーマット）する。
【００１１】移動局（例えば、図２のＭＳ２０５）に関
して、コンプレッサ／デコンプレッサを有する２つの例
示的なプロトコルスタックを図３および図４に示す。図
３のプロトコルスタックでは、ＲＴＰコンプレッサ／デ
コンプレッサは、ＩＰ層とＲＬＣ／ＭＡＣ（無線リンク
制御／メディアアクセス制御）リンク層との間に位置す
る。（簡単のため、プロトコルスタックの物理層は図示
していない。）図４のプロトコルスタックでは、ＲＴＰ
コンプレッサ／デコンプレッサは、アプリケーション層
とＲＬＣ／ＭＡＣリンク層との間に位置する。（これ
も、物理層は図示していない。）（ＲＴＰヘッダ圧縮の
形式については以下で説明するが、注意すべき点とし
て、図４の実施例は、ＲＴＰヘッダが単に完全に除去さ
れるようなＲＴＰヘッダ圧縮の形式も表している（ＲＴ
Ｐヘッダは図１３に例示する）。）
【００１２】相補的に、対応するＲＴＰコンプレッサ／
デコンプレッサおよびＧＴＰコンプレッサ／デコンプレ
ッサが、ＵＭＴＳネットワーク内に配置される。ＵＭＴ
Ｓネットワーク２００におけるＲＴＰコンプレッサ／デ
コンプレッサおよびＧＴＰコンプレッサ／デコンプレッ
サの配置例を図５に示す。図５において、ＲＴＰコンプ
レッサ／デコンプレッサ（Ｃ／Ｄ）は、ＭＳ２０５およ
びＩＰエンドホスト２４０内に配置され（すなわち、Ｍ
Ｓ２０５とＩＰエンドホスト２４０はＲＴＰピアであ
る）、ＧＴＰコンプレッサ／デコンプレッサ（Ｃ／Ｄ）
は、ＲＮＣ２１５およびＧＧＳＮ２２５内に配置される
（すなわち、ＲＮＣ２１５とＧＧＳＮ２２５はＧＴＰピ
アである）。
【００１３】ＲＴＰは、ポイントツーポイントプロトコ
ルである。したがって、ＲＴＰヘッダ圧縮ピアにとって
注意すべき点であるが、このことは、リンク層識別子
（ＩＤ）が各ＲＴＰセッション識別子にマップされると
仮定している。本発明の実施例のＲＴＰセッション識別
子は、ＩＰ終点（宛先、デスティネーション）アドレス
およびＩＰ終点ポート番号（これらはエンドポイントの
ものである）、ＳＳＲＣ識別子（例えば、図１３を参
照）、ならびに、ＵＤＰ終点ポート（例えば、図１２を
参照）を含む。ＡＴＭ（非同期転送モード）がトランス
ポートとして使用される場合、例示的なリンク層ＩＤ
は、対応するＶＰＩ／ＶＣＩ（仮想パス識別子／仮想コ
ネクション識別子）である。リンク層ＩＤとＲＴＰセッ
ションのマッピングは、各ＲＴＰピア内で行われる。
【００１４】また、注意すべき点であるが、ＲＴＰコン
プレッサ／デコンプレッサは、別法として、無線アクセ
スネットワーク内に（例えば、ＲＮＣ２１５内に）、あ
るいは、コアネットワーク内に（例えば、ＳＧＳＮ２２
０に）置くことも可能である。
【００１５】コアネットワーク内では、ＧＧＳＮ２２５
にＧＴＰコンプレッサ／デコンプレッサを置くことが
（要求されるわけではないが）好ましい。ＧＴＰコンプ
レッサ／デコンプレッサがＳＧＳＮ２２０に配置される
場合、ＳＲＮＳ（サービス無線ネットワークサブシステ
ム：Serving Radio Network Subsystem）再配置による
ハンドオーバ（「ハンドオフ」ともいう）も考慮しなけ
ればならないことがあるからである。（ＵＭＴＳで知ら
れているように、ＳＲＮＳは、特定のＲＡＮだけでな
く、サポート要素（例えばデータベース（図示せず））
をも含む。）しかし、ＧＴＰコンプレッサ／デコンプレ
ッサがＧＧＳＮ２２５に配置される場合、ＳＲＮＳ再配
置の場合でもコンテクスト転送は不要である。
【００１６】次に、図６〜図１０に、ＵＭＴＳネットワ
ーク２００でＧＴＰヘッダ圧縮およびＲＴＰヘッダ圧縮
を使用するための例示的なメッセージフローを示す。本
発明の概念以外は、以下の説明では周知のＵＭＴＳメッ
セージフローを利用し、これについては説明しない。図
６〜図１０では、ＧＴＰヘッダピアはＲＮＣ２１５とＧ
ＧＳＮ２２５であり、ＲＴＰヘッダピアはＭＳ２０５と
ＩＰエンドホスト２４０であると仮定する。
【００１７】図６に、図２および図５の移動局（例え
ば、ＭＳ２０５）が、どのようにしてＧＴＰヘッダ圧縮
／伸長をネゴシエートするかを示す。"Attach Procedur
es"がＭＳ２０５とＲＮＣ２１５の間で実行（当業者に
知られているように）された後、ＭＳ２０５は、本発明
に従って、あらかじめ定義された識別子"GTP_Comp"によ
って表されるＧＴＰヘッダ圧縮要求を含むように修正さ
れた"Activate PDP context" request（ＰＤＰ(packet
data protocol)コンテクスト起動要求）メッセージをＳ
ＧＳＮ２２０へ送信する。これに応答して、ＳＧＳＮ２
２０は、ＧＴＰヘッダ圧縮に対する要求を意味する"Cre
ate PDP context" request（ＰＤＰコンテクスト作成要
求）メッセージ（"GTP_Comp"識別子を含むように修正し
たもの）をＧＧＳＮ２２５へ送る。ＧＧＳＮ２２５は、
確認応答(acknowledgment)として、"Create PDP contex
t" response（ＰＤＰコンテクスト作成応答）メッセー
ジ（"GTP_Comp"識別子を含むように修正したもの）で応
答する。ＳＧＳＮ２２０は、この"Create PDP context"
responseメッセージを受信すると、"Activate PDP con
text" response（ＰＤＰコンテクスト起動応答）メッセ
ージ（"GTP_Comp"識別子を含むように修正したもの）を
ＭＳ２０５に送る。
【００１８】上記のように、ＧＴＰヘッダ圧縮コンテク
ストを設定するためには、GTP_Compressed（ＧＴＰ圧
縮）フラグ（例えば、あらかじめ定義されたビットパタ
ーン）またはGTP Header Compression_Context IE（Ｇ
ＴＰヘッダ圧縮コンテクスト情報エレメント（ＩＥ：in
formation element））を、従来のメッセージセットに
追加する。このGTP Header Compression_Context IE
は、ＧＴＰの完全なヘッダ情報を含むことになる。この
エレメントが存在する場合、ＧＴＰヘッダコンテクスト
を設定するために完全なＧＴＰヘッダを送る必要はな
い。そうでない場合、ＧＴＰヘッダコンテクストを設定
するために、完全なＧＴＰヘッダとともに１個以上のパ
ケットを送信する必要が生じる場合がある。（注意すべ
き点であるが、ＧＴＰコンプレッサ／デコンプレッサが
ＳＧＳＮに配置され、ＳＲＮＳ再配置の結果ＳＧＳＮの
変更が生じる場合、新ＳＧＳＮは旧ＳＧＳＮにＧＴＰコ
ンテクスト問合せメッセージを送り、旧ＳＧＳＮが適当
なＧＴＰコンテクスト応答メッセージで応答することに
より、新ＳＧＳＮがＧＴＰヘッダ圧縮のための新たなコ
ンプレッサ／デコンプレッサポイントとなることができ
る。
【００１９】次に、図７に、例示的なパケットフローを
示す。ＧＴＰヘッダ圧縮の場合、ＧＴＰピア（ここで
は、ＲＮＣ２１５とＧＧＳＮ２２５によって表される）
間でＧＴＰ圧縮ヘッダコンテクストを確立する（図７、
（Ａ））ために、完全なＧＴＰヘッダを有する少なくと
も１つのパケットを送信する。前述のように、パケット
は、ＧＧＳＮ２２５とＲＮＣ２１５の間でＧＴＰを用い
て通信される（すなわち、ＧＴＰは、ＧＧＳＮ２２５お
よびＲＮＣ２１５で終端する）。ＧＴＰヘッダ圧縮がネ
ゴシエートされた後、各ＧＴＰピア（例えば、ＧＧＳＮ
２２５）は、ＧＴＰに従ってパケットをフォーマットし
てから、そのＧＴＰピア（ここではＲＮＣ２１５）へパ
ケットを送信する前にＧＴＰヘッダを圧縮し（後述）、
このＧＴＰピアは、ＧＴＰヘッダを圧縮解除して、ＭＳ
２０５へ送信するためにペイロード（これは、ＲＴＰを
含むことも含まないこともある）を回復する。同様に、
逆向きには、ＲＮＣ２１５は、ＧＧＳＮ２２５へ送信す
るためにＧＴＰヘッダを圧縮し、ＧＧＳＮ２２５は、Ｇ
ＴＰヘッダを圧縮解除して、ペイロードを回復する。パ
ケットは、当業者に知られているように、リンク層で、
ＧＧＳＮ２２５とＩＰエンドホスト２４０の間で通信さ
れる。ＧＴＰヘッダ圧縮ネゴシエーションに続き、オプ
ションとして、図６のＧＴＰヘッダ圧縮ネゴシエーショ
ンの場合に示したのと同様にして、ＲＴＰヘッダ圧縮
を、ＭＳ２０５とＩＰエンドホスト２４０の間でネゴシ
エートすることも可能である（図７、（Ｂ））。
【００２０】ＲＴＰヘッダ圧縮コンテクストメッセージ
交換の例を図８に示す。（この場合も、従来のシグナリ
ングメッセージの修正を仮定する。したがって、追加の
メッセージ要件、例えば、これが"RTP context set up"
（ＲＴＰコンテクスト設定）メッセージであることを識
別するために、あらかじめ定義されたビット値が追加さ
れる。）最初に、２つのＲＴＰピアは、ＲＴＰヘッダ圧
縮コンテクストを設定するためにシグナリングメッセー
ジを交換する。"RTP context set up" request（ＲＴＰ
コンテクスト設定要求）メッセージが、一方のＲＴＰピ
ア（例えば、ＭＳ２０５）から、他方のＲＴＰピア（例
えば、ＩＰエンドホスト２４０）に送られる。"RTP con
text set up" response（ＲＴＰコンテクスト設定応
答）メッセージが、ハンドシェイクを完了する。ＲＴＰ
コンテクストに変更がある場合、ＲＴＰ圧縮ヘッダ内で
運ばれる追加変更（差分、デルタ）情報を示すために、
適当なコンテクスト更新コードが圧縮ＲＴＰヘッダ（後
述）の第１バイトに用いられる。このように、"RTP con
text update" request（ＲＴＰコンテクスト更新要求）
メッセージは、ＲＴＰ圧縮ヘッダ内のインプリシット
（暗黙的）なメッセージである。しかし、"RTP context
update" response（ＲＴＰコンテクスト更新応答）メ
ッセージは、オプションである。（注意すべき点である
が、２つのＲＴＰピア（ここでは、ＭＳ２０５およびＩ
Ｐエンドホスト２４０によって表される）の間のＲＴＰ
ヘッダ圧縮は、帯域外シグナリングメッセージを交換し
てＲＴＰヘッダ圧縮を開始することも可能である。この
場合も、ＧＴＰヘッダ圧縮とＲＴＰヘッダ圧縮は互いに
独立であるため、必ずしもＲＴＰヘッダ圧縮をネゴシエ
ートする必要はない（その場合、パケットは、圧縮ＧＴ
Ｐヘッダおよび非圧縮ＲＴＰペイロードからなる）。同
様に、ＲＴＰヘッダ圧縮を使用するかどうかにかかわら
ず、必ずしもＧＴＰヘッダ圧縮をネゴシエートする必要
はない。）
【００２１】図７に戻り、ＲＴＰヘッダ圧縮コンテクス
トが設定された後、ＧＴＰヘッダ圧縮およびＲＴＰヘッ
ダ圧縮を用いて、後続のパケットが送信される（図７、
（Ｃ））（上記のように、ＧＴＰヘッダ圧縮およびＲＴ
Ｐヘッダ圧縮が両方とも開始されると仮定する）。ＲＴ
Ｐコンテクスト再同期が要求される場合、受信側ＲＴＰ
ピアは、"RTP context repair"（ＲＴＰコンテクスト修
復）メッセージを送信側ＲＴＰピアへ送ることができ
る。これを、図９、（Ｄ）に示す。ここで、受信側ＲＴ
ＰピアはＩＰエンドホスト２４０によって表され、送信
側ＲＴＰピアは、ＭＳ２０５によって表される。その
後、送信側ＲＴＰピアは、完全なヘッダを有する１個以
上のＲＴＰパケットを送信（図９（Ｅ））した後、圧縮
ＲＴＰパケットを送信する（図９（Ｆ））。
【００２２】同様に、ＧＴＰパケットが損失した場合、
受信側ＧＴＰピアは、"GTP contextrepair"（ＧＴＰコ
ンテクスト修復）メッセージを送信側ＧＴＰピアへ送る
ことができる。これを図１０、（Ｇ）に示す。ここで、
受信側ＧＴＰピアはＧＧＳＮ２２５によって表され、送
信側ＧＴＰピアはＲＮＣ２１５によって表される。その
後、送信側ＧＴＰピアは、完全なＧＴＰヘッダを有する
１個以上のパケットを送信（図１０、（Ｈ））した後、
圧縮ＧＴＰヘッダを有するパケットを送信する（図１
０、（Ｉ））。（理解されるように、この例では、ＲＴ
Ｐヘッダ圧縮同期は喪失していない。）
【００２３】ＧＴＰヘッダ圧縮あるいはＲＴＰヘッダ圧
縮のいずれに対する上記のコンテクスト修復メカニズム
も、損失パケットがあれば実行される。注意すべき点で
あるが、再同期のために明示的なコンテクスト修復メッ
セージが一定期間後に送信側へ送られるように、あらか
じめ定義された期間しきい値を設定することも可能であ
る。）
【００２４】いずれかのＧＴＰピアがＧＴＰコンテクス
トを破棄したい場合、ＧＴＰコンテクスト破棄メッセー
ジ（図示せず）を送信することができる。同様に、ＲＴ
Ｐピアは、ＲＴＰコンテクスト破棄メッセージ（図示せ
ず）の送信により、ＲＴＰコンテクストを破棄すること
ができる。
【００２５】ＲＴＰヘッダ圧縮 ＵＭＴＳ環境に直接に適用可能ではないが、４０バイト
のＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダを４〜５バイトに短縮す
る従来のいくつかの提案がある（例えば、 ・S. Casner and V. Jacobson, "Compressing IP/UDP/R
TP Headers for Low-Speed Serial Links", IETF RFC25
08 ・L. Jonsson, M. Degermark, H. Hannu and K. Svanbr
o, "Robust Checksum-based Header Compression", IET
F internet draft, Oct 1999 を参照）。そこで、図１１〜図１３に、従来のＩＰ、Ｒ
ＴＰおよびＵＤＰのヘッダフォーマットを参考のために
示すが、これらについて詳細にはここでは説明しない。
【００２６】一般に、ＩＰヘッダに関しては（現在使用
されているＩＰバージョンであるＩＰｖ４の使用を仮定
する）、通常、全長（パケット長、total length）、パ
ケットＩＤ（識別）およびヘッダチェックサムフィール
ドのみが変化する。しかし、全長は、リンク層によって
も提供されるため、冗長である。パケットＩＤは通常、
各パケットごとに１または小さい数だけインクリメント
される。仮にＩＰパケット断片化がないとすると、この
フィールドも通信する必要がなくなる。しかし、無損失
圧縮を維持するために、パケットＩＤの変化を送信する
ことも可能である。
【００２７】ＵＤＰヘッダに関しては、ＩＰ全長フィー
ルドと、長さがリンク層によって示されることのため、
長さフィールドは冗長である。始点（送信元、ソース）
がＵＤＰチェックサムを生成しないことを選択した場
合、ＵＤＰチェックサムフィールドは常に０となる。そ
うでない場合、無損失圧縮を保持するために、ＵＤＰチ
ェックサムはもとのまま通信されなければならないこと
を発明者は認識した。
【００２８】ＲＴＰヘッダに関しては、与えられたコン
テクストにおいて、ＳＳＲＣ（同期始点：synchronizat
ion source）識別子は一定である。これは、特定のコン
テクストを識別するものの一部であるからである。ほと
んどのパケットの場合、シーケンス番号およびタイムス
タンプのみがパケットごとに変化する。パケットがコン
プレッサの上流で損失または順序誤りを生じない場合、
シーケンス番号は各パケットごとに１だけインクリメン
トされることになる。一定期間のオーディオパケットの
場合、タイムスタンプは、各パケットで運ばれるサンプ
ル周期の数だけインクリメントされる。ビデオの場合、
タイムスタンプは、各フレームの最初のパケットで変化
するが、フレーム内の後続のパケットでは一定のままで
ある。各ビデオフレームが１パケットのみを占めるが、
ビデオフレームは一定レートで生成される場合も、フレ
ームからフレームへのタイムスタンプ変化は一定であ
る。注意すべき点であるが、これらの各場合で、シーケ
ンス番号およびタイムスタンプフィールドの２次差分は
０であるため、次のパケットヘッダは、前の非圧縮ヘッ
ダとともにセッションコンテクストに記憶されているこ
れらのフィールドに対する１次差分を加えることによっ
て、前のパケットヘッダから構成することができる。２
次差分が０でない場合、変化量は通常、フィールド内の
全ビット数よりもずっと小さいため、絶対値ではなく新
たな１次差分を符号化し送信することによって、サイズ
を縮小することができる。
【００２９】オーディオ有音部(talkspurt)の最初のパ
ケットおよびビデオフレームの最後のパケットではＭビ
ットがセットされる。仮にこれを、変化ごとに完全なＲ
ＴＰヘッダの送信を要求するような定数フィールドとし
て扱うと、ヘッダ圧縮の効率が大幅に低下する。従っ
て、以下でさらに詳細に説明するように、ＲＴＰ圧縮ヘ
ッダはＭビットを明示的に運ぶことにする。
【００３０】パケットがＲＴＰミキサを通る場合（オー
ディオではほとんどの場合そうである）、ＣＳＲＣリス
トおよびＣＣカウントも変化する。しかし、ＣＳＲＣリ
ストは通常、有音部以上の期間で一定であるため、変化
したときにのみ送信すればよい。
【００３１】ＲＴＰヘッダ圧縮プロトコルの一部として
使用するための、圧縮ＲＴＰヘッダの例示的なフォーマ
ットを図１４に示す。上記のように、ＲＴＰピアは圧縮
ＲＴＰヘッダを送信し、ある共有情報の集まり（例え
ば、コンプレッサとデコンプレッサの間で一貫した状態
でメモリ（図示せず）に記憶される）を維持すると仮定
する。圧縮ＲＴＰヘッダは、以下のフィールドを有す
る。 ・コンテクスト更新コード（１バイト） ・ＲＴＰ Ｍビットに対するＭフィールド（１ビット） ・タイムクリックフィールド（７ビット） ・ＵＤＰチェックサムフィールド（２バイト） ・ＩＰパケットＩＤ（２バイト） ・ＣＳＲＣリスト（２バイト） ・ＲＴＰヘッダ拡張（２バイト）
【００３２】コンテクスト更新フィールドの値は、どの
ような情報が図１４に示すＲＴＰ圧縮ヘッダに含まれる
かを示す。ＲＴＰ圧縮ヘッダの最小の長さは２バイトで
ある。ＲＴＰタイムスタンプは、タイムクリック番号
（１バイト）で置換される。ＵＤＰチェックサム、ＩＰ
ｖ４パケットＩＤ、ＣＳＲＣリストおよびＲＴＰヘッダ
拡張を含める必要がある場合、圧縮ＲＴＰヘッダは図１
４に示すよりも長くなる。しかし、ほとんどの場合、圧
縮ＲＴＰヘッダは２バイトのみ（コンテクスト更新コー
ドバイトと、Ｍ＋タイムクリックバイト）となる。
【００３３】各ＲＴＰピアに記憶される共有情報に関し
ては、ＩＰ始点および終点アドレス、ＵＤＰ始点および
終点アドレス、ならびにＲＴＰ ＳＳＲＣフィールド
（前述）の特定の組合せによって定義される、各ＩＰ／
ＵＤＰ／ＲＴＰパケットストリームごとに個別のセッシ
ョンコンテクストがある。維持されるセッションコンテ
クストの数は、コンプレッサとデコンプレッサの間でネ
ゴシエートすることが可能である。各ＲＴＰコンテクス
トを、ＧＴＰ ＴＩＤ（ＧＴＰトンネルＩＤ）にマップ
することが可能である（ネゴシエート可能な最大数は６
５５３６である）。各ＲＴＰヘッダ圧縮コンテクスト
は、固有の別個のシーケンス番号空間を有し、単一のパ
ケット損失が１つのコンテクストしか無効にする必要が
ないようにしている。
【００３４】各ＲＴＰヘッダ圧縮コンテクストにおける
共有情報は、以下の項目を有する。 ・完全なＩＰ、ＵＤＰおよびＲＴＰヘッダ。おそらく
は、コンプレッサにより送信された、または、デコンプ
レッサにより再構築された最終パケットに対するＣＳＲ
Ｃリストを含む。 ・ＩＰｖ４ ＩＤフィールドに対する１次差分。このコ
ンテクストに対する非圧縮ＩＰヘッダが受信されると１
に初期化され、デルタＩＰｖ４ＩＤフィールドが圧縮パ
ケットで受信されるごとに更新される。
【００３５】上記のように、また、図１４に示すよう
に、圧縮ＲＴＰヘッダには、ＲＴＰヘッダ（例えば、図
１３を参照）のＲＴＰタイムスタンプフィールドを置き
換えるタイムクリックフィールドがある。そこで、ＲＴ
Ｐ受信側ピアにおいて、タイムクリックフィールド値か
らタイムスタンプ値およびシーケンス番号を計算（すな
わち、回復）するメカニズムが必要である。このため、
以下の定義をする。 ｓｄ：サンプル期間（単位：ｍｓ） ＴＳold：前のパケットのタイムスタンプ番号 ＴＳnew：このパケットのタイムスタンプ番号 ＷＴold：前のパケットのウォールクロックの読み（ウ
ォールクロック（壁掛け時計）とは、単に、ネットワー
ク基準クロックのことである） ＷＴnew：このパケットのウォールクロックの読み ＴＮold：圧縮ヘッダにおける前のパケットのタイムク
リック番号 ＴＮnew：圧縮ヘッダにおけるこのパケットのタイムク
リック番号 ＳＮold：前のパケットのＲＴＰシーケンス番号 ＳＮnew：このパケットのＲＴＰシーケンス番号 Ｔ：サンプル期間を単位として、ｎビットを用いて表さ
れる期間（１サイクル周期）。Ｔ＝２nサンプル（Ｔ＝
２n（ｓｄ）ミリ秒（ｍｓ）） Ｍ：圧縮ヘッダにおけるＭビットの値
【００３６】以下の式を用いて、ＲＴＰ受信側ピアにお
いて、タイムクリックフィールド値からタイムスタンプ
値およびシーケンス番号を計算（すなわち、回復）す
る。
【数１】
【００３７】有音期間中、タイムクリックフィールド値
は１サンプルだけ増大する。無音期間中、タイムクリッ
クフィールド値は、アイドル期間分（サンプル数で表さ
れる）だけ増大する。
【００３８】タイムスタンプフィールドについて、解決
すべき主要な問題は、７ビットタイムクリック番号がラ
ップアラウンドした場合にどうするかである。無音期間
中に、コンプレッサにより送信されるパケットがない場
合、その無音期間の時間経過を（何個のクロックサイク
ルが経過したかに関して）検出しなければならない。例
えば、この問題を解決するために、当業者に知られてい
るウォールクロック（上記のように、例えば、ＷＴold
およびＷＴnew）が用いられる。デコンプレッサにおけ
るこの別個のウォールクロックが、サイクルをカウント
するために使用される。このウォールクロックは、粗い
粒度（刻み、グラニュラリティ）で進行する（例えば、
Ｔ／４の期間ごとに１だけ増大する。ただし、Ｔは、７
ビットを用いて表される１サイクルの期間である）。
【００３９】ＲＴＰシーケンス番号フィールドに関し
て、順序づけ（シーケンシング）が必要な場合、シーケ
ンス番号を有する圧縮ヘッダが、Ｔ／４サンプルごと
に、有音部の開始時に含められるべきである。必要であ
れば、完全なＲＴＰヘッダを要求するために、コンテク
スト修復メッセージを送信することができる。タイムク
リック値がＴ／４を超え、しかも、損失パケットがある
場合には、ＲＴＰ受信側がシーケンス番号情報を有する
パケットを得るまで、ＲＴＰシーケンス番号を適切に更
新することができない。
【００４０】タイムスタンプおよびシーケンス番号の回
復を行うためにこの更新アルゴリズムがどのように動作
するかを以下で例示する。連続するシーケンス番号１〜
１８を有する１８個のパケットが、例えばＭＳ２０５か
ら送信されると仮定する。ＲＴＰ受信側（例えば、ＩＰ
エンドホスト２４０）では、パケット１８のみが受信さ
れる（パケット７〜１７が失われる）とする。
【００４１】第１の例として、シーケンス番号６のパケ
ットが受信されるときのウォールクロック値が３（３
（Ｔ／４）を意味する）であり、ＴＳold＝１１０であ
ると仮定する。パケット１８が受信されるとき、ウォー
ルクロック値は６である。パケット６および１８の受信
時のタイムクリック値はそれぞれ１１０および７５であ
る。上記の式を用いると、以下の計算結果が得られる。
【数２】
【００４２】次の第２の例では、ＴＳold＝３８であ
り、パケット６に対するウォールクロック値は５であ
り、パケット１８に対するウォールクロック値は９であ
ると仮定する。パケット６および１８の受信時のタイム
クリック値はそれぞれ３８および３２である。
【数３】
【００４３】次の第３の例では、ＴＳold＝５７であ
り、パケット６に対するウォールクロック値は６であ
り、パケット１８に対するウォールクロック値は９であ
ると仮定する。パケット６および１８の受信時のタイム
クリック値はそれぞれ５７および２８である。
【数４】
【００４４】ＧＴＰヘッダ圧縮 図１５に、圧縮ＧＴＰヘッダの例示的フォーマットを示
す。圧縮ＧＴＰヘッダは、バージョンフィールド（Ver
s、３ビット）、ペイロードタイプフィールド（ＰＴ、
１ビット）、拡張ビットフィールド（Ｅ、１ビット）、
シーケンス番号フィールド（Ｓ、１ビット）、トンネル
識別子（ＴＩＤ）存在フィールド（Ｔ、１ビット）、Ｓ
ＮＤＣＰ存在フィールド（Ｎ、１ビット）、メッセージ
タイプフィールド（Msg TYPE、１バイト）、２バイトの
長さ（ヘッダ長、LENGTH）フィールド、２または４バイ
トのトンネル識別子（ＴＩＤ）フィールド、２バイトの
シーケンス番号フィールド、４ビットの拡張コードフィ
ールド、４ビットの拡張長さフィールド、および拡張内
容フィールドからなる。
【００４５】ＴＩＤフィールドに関して、最上位ビット
は、ＴＩＤフィールドのサイズを示すために使用され
る。最上位ビットの値が０の場合、ＴＩＤフィールドサ
イズは２バイトである。このビットの値が１の場合、Ｔ
ＩＤフィールドサイズは４バイトである。さらに、ＴＩ
Ｄフィールドは、Ｔビットフィールドの値がセットされ
ている場合、すなわち、２進数１に等しい場合にのみ存
在する。Ｅビットフィールドは、拡張ヘッダが存在する
かどうかを示すために使用される。それぞれの拡張ヘッ
ダは、４ビットの拡張ヘッダタイプ(EXT. TYPE)フィー
ルド、４ビットの拡張ヘッダ長(EXT. LENGTH)フィール
ド、および拡張内容(EXT. CONTENT)フィールド（そのサ
イズは、拡張ヘッダ長フィールドの値によって示され
る）からなる。拡張ヘッダ長フィールドの値は、２バイ
トの倍数で表される。例えば、ＵＤＰチェックサムが存
在する必要がある場合、適当な拡張ヘッダタイプがこれ
に対して定義され、拡張ヘッダ長は１である（これは、
ＵＤＰチェックサムの長さが２バイトであるため、拡張
内容フィールドのサイズが２バイトであることを意味す
る）。
【００４６】拡張ヘッダタイプフィールドの幅は４ビッ
トであるため、１６個の拡張タイプを定義することがで
きる。拡張ヘッダ長フィールドの幅は４ビットであるた
め、拡張内容フィールドの最大サイズは３２バイト（す
なわち、２バイトの１６倍）である。注意すべき点であ
るが、さらに多くの拡張タイプを割り当てる必要がある
場合、これらのフィールドのサイズを調整（例えば、そ
れぞれのサイズを１バイトに）することも可能である。
【００４７】各ＧＴＰヘッダ圧縮コンテクスト内の（す
なわち、各ＧＴＰピアに記憶された）共有情報は、以下
の項目を含む（これらの項目は、最初の「完全な」ＧＴ
Ｐヘッダで受信される値に基づいて初期化される）。 ・完全なＩＰおよびＵＤＰヘッダ（この場合も、ＵＤＰ
チェックサムが必要な場合、受信側ＧＴＰピアは単に、
受信ＵＤＰデータに基づいてそれを再計算する）。 ・２バイトのフローラベルおよびＬＬＣフレーム番号。 ・ＴＩＤ値。
【００４８】上記のように、図１５に示すＧＴＰヘッダ
圧縮フォーマットは、２または４バイトの選択的なＴＩ
Ｄ値をサポートする。（上記のように、ＴＩＤの９７リ
リースバージョンは８バイトである。しかし、ＴＩＤ値
は、さらに少ないバイト数からなるように将来再定義さ
れる可能性がある（そのため、圧縮ＧＴＰヘッダにおい
ては、ＴＩＤ値を２または４バイトのいずれかにする選
択肢がある）。図１５のＧＴＰヘッダ圧縮フォーマット
におけるＴＩＤフィールドは、ＴＩＤ情報を更新するた
めに（Ｔビットの値を通じて）オプションとして使用さ
れる。
【００４９】次に、図１６に、本発明の原理に従って使
用される代表的なパケットサーバの高水準ブロック図を
示す。パケットサーバ６０５は、蓄積プログラム制御方
式のプロセッサアーキテクチャであり、プロセッサ６５
０、メモリ６６０（例えば、上記のＧＴＰヘッダ圧縮な
どに従って通信するためのプログラム命令およびデータ
を記憶するためのもの）、および、パス６６６によって
表される１つまたは複数のパケット通信ファシリティに
接続するための通信インタフェース６６５を有する。
【００５０】以上は本発明の原理の単なる例示であり、
理解されるように、当業者であれば、ここに明示してい
なくても、本発明の技術的範囲内で、本発明の原理を実
現するさまざまな代替実施例を考えることが可能であ
る。例えば、ここではＵＭＴＳの場合を例示したが、本
発明の概念は、トンネリングプロトコルの使用を必要と
する任意のワイヤレス方式（例えば、ＵＭＴＳなど）あ
るいはアプリケーションに適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、Ｇ
ＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダの圧縮により、ＵＭＴＳコア
ネットワークにおいて、小さいマルチメディアＲＴＰパ
ケットをより効率的にトランスポートすることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧縮されていないＧＴＰカプセルかＲＴ
Ｐパケットを示す図である。
【図２】本発明の原理を実現するＵＭＴＳネットワーク
を示す図である。
【図３】移動局で用いられる例示的なプロトコルスタッ
クを示す図である。
【図４】移動局で用いられる例示的なプロトコルスタッ
クを示す図である。
【図５】図２のＵＭＴＳネットワークにおける例示的な
コンプレッサ／デコンプレッサ配置を示す図である。
【図６】例示的なメッセージフローを示す図である。
【図７】例示的なメッセージフローを示す図である。
【図８】例示的なメッセージフローを示す図である。
【図９】例示的なメッセージフローを示す図である。
【図１０】例示的なメッセージフローを示す図である。
【図１１】従来のＩＰヘッダフォーマットを示す図であ
る。
【図１２】従来のＵＤＰヘッダフォーマットを示す図で
ある。
【図１３】従来のＲＴＰヘッダフォーマットを示す図で
ある。
【図１４】圧縮ＲＴＰヘッダの例示的フォーマットを示
す図である。
【図１５】圧縮ＧＴＰヘッダの例示的フォーマットを示
す図である。
【図１６】本発明の原理に従ってＧＴＰヘッダ圧縮を実
行する際に用いられるパケットサーバの例示的な高水準
ブロック図である。
【符号の説明】
１０ 非圧縮ＧＴＰカプセル化ＲＴＰパケット １１ ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダ １２ ＩＰ／ＵＤＰヘッダ １３ ＧＴＰヘッダ １４ ＧＴＰペイロード １５ ペイロード ２０ バイトＩＰヘッダ ２００ ＵＭＴＳネットワーク ２０５ 移動局（ＭＳ） ２１０ ノードＢ ２１５ 無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ） ２２０ サービスＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ） ２２５ ゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（ＧＧＳ
Ｎ） ２４０ ＩＰエンドホスト ６０５ パケットサーバ ６５０ プロセッサ ６６０ メモリ ６６５ 通信インタフェース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧＰＲＳ(General Packet Radio Servic
    e)に基づくトンネリングプロトコル（ＧＴＰ）、ユーザ
    データグラムプロトコル（ＵＤＰ）、およびインターネ
    ットプロトコル（ＩＰ）のヘッダ情報を含むＧＴＰ／Ｕ
    ＤＰ／ＩＰヘッダの圧縮をＧＴＰピアとネゴシエートす
    るステップと、 まずＧＴＰピアへＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダを送信す
    るステップと、 次に圧縮ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダをＧＴＰピアへ送
    信するステップとを有することを特徴とする、パケット
    サーバで用いられる通信方法。
  2. 【請求項２】 圧縮ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダは、長
    さ４バイト以下のトンネル識別子フィールドを少なくと
    も有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 圧縮ＧＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダは、少
    なくとも、拡張フィールドの有無を示す拡張ビットフィ
    ールドと、トンネル識別子フィールドの有無を示すトン
    ネル識別子存在フィールドとを有することを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 ＵＤＰおよびＩＰのヘッダ情報を有する
    ＲＴＰ(Real Time Protocol)に従ってデータパケットを
    フォーマットするステップと、 パケットを送信する前にＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダを
    圧縮するステップとをさらに有し、 圧縮ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰヘッダの１つのフィールド
    は、ＵＤＰチェックサムフィールドの有無を定義するこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
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