JP4044845B2 - 無線データ通信のための圧縮方法、送信機及び受信機 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［発明の分野］
本発明は、セルラ電話方式のような無線データ通信応用に用いられる圧縮スキームに関する。

［発明の背景］
本発明の分野では、セルラ無線通信システム、例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：移動通信用グローバル・システム）又はＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ：汎用移動通信システム）規格に基づくセルラ無線通信システムにおいて、既存のデータ圧縮アルゴリズムは、トランスポート、ネットワーク及びリンクの各層で動作するが、しかしそれらのアルゴリズムは、上記のトランスポート層より上でいずれの圧縮も実行しないことが知られている。既存の圧縮アルゴリズムは、バイナリ圧縮（即ち、各パケットに含まれるビットにおける冗長性を除去すること）を実行する。現在のデータ圧縮アルゴリズムは各層で用いられるパケット・ヘッダのみを圧縮する一方、他のアルゴリズムはデータ・ペイロードのバイナリ圧縮を実行する。

しかしながら、このアプローチは、それがアプリケーション層で生成された情報の冗長性を除去しないので、バイナリ圧縮が制限される不都合を有する。バイナリ圧縮はまた、大部分のヘッダ圧縮アルゴリズムにとって実情である特にそれがホップ毎（ｈｏｐ−ｂｙ−ｈｏｐ）に行われる場合パケット処理時間を増大する。例えば、ＵＭＴＳにおいて、パケット・データ・コンバージェンス・プロトコル（ＰＤＣＰ）（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が、バイナリ・ヘッダ圧縮のみを実行し、ペイロード圧縮を実行しない。これは、達成することができる圧縮効率を制限する。

従って、上記の不利益を緩和し得る無線データ通信のための圧縮スキームに対する必要性が存在する。

本発明の第１の局面に従って、請求項１に記載されているように、セッション制御プロトコル（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）及びセッション記述プロトコル（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）（ＳＩＰ／ＳＤＰ）を用いて、データ通信システムにおいて送信機から受信機へセッション制御プロトコル及びセッション記述プロトコル（ＳＩＰ／ＳＤＰ）メッセージを通信する方法が提供される。

本発明の第２の局面に従って、請求項６に記載されているように、セッション制御プロトコル及びセッション記述プロトコル（ＳＩＰ／ＳＤＰ）を用いて、データ通信システムにおいて送信機から受信機へＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを通信するのに使用のための当該送信機が提供される。

本発明の第３の局面に従って、請求項１０に記載されているように、ＳＩＰ／ＳＤＰを用いて、データ通信システムにおいて送信機からのＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを受信する受信機が提供される。

本発明を実現する１つのセッション制御プロトコル（ＳＩＰ）／セッション記述プロトコル（ＳＤＰ）圧縮スキームが、ここで、添付図面を参照して、一例としてのみ説明されるであろう。

［好適な実施形態の説明］
セッション制御プロトコル（ＳＩＰ）は、マルチメディア呼制御シグナリングのため用いられる候補の１つである。本発明は、軽量の圧縮スキームにおいてＳＩＰプロトコルをセッション記述プロトコル（ＳＤＰ）と一緒に用いることを提案する。現在のＳＩＰメッセージのサイズは、そのテキストのＨＴＴＰ符号化のため１０００バイトを上回る可能性がある。これは、例えば、ＳＩＰメッセージがルート記録（Ｒｅｃｏｒｄ−Ｒｏｕｔｅ）ヘッダ・フィールドを含むケースである。このケースにおいては、ＳＩＰメッセージは、このメッセージの経路上の全てのＳＩＰサーバのＵＲＬ要求（Ｒｅｑｕｅｓｔ−ＵＲＬｓ）を拾い上げ、従って、大きなＳＩＰメッセージ・サイズ（理論的には無制限）を招く。また、ＳＩＰ ＵＲＬ符号化は多くのヘッダ拡張及びオプションを含み、それはＳＩＰメッセージ・サイズを増大させる可能性がある。

大きなＳＩＰメッセージ・サイズは、使用可能な多数の帯域幅を備えるネットワークにとって問題でないかも知れないとはいえ、このことは、多くのアクセス・ネットワークにとって当てはまらない。例えば、無線アクセス・ネットワーク（例えば、ＵＭＴＳ、ＧＳＭ）は、不十分な帯域幅を有し、従って、現在のＳＩＰメッセージをエアー・インターフェースを介して伝送することは効率的でない。また、コンピュータ（特に、ラップトップ・コンピュータ）をインターネットに接続するため用いられるローエンド・モデムは、帯域幅の不足のため同じ問題を持つ。これらの全てもケースにおいて、現在のフォーマットでのＳＩＰメッセージの伝送は、呼設定回数を長く且つ伝送媒体の使用を非効率にするであろう。

本発明は、以下に詳細に説明される新しい軽量のＳＩＰ／ＳＤＰ圧縮スキーム（ＬＳＳＣＳ：Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ＳＩＰ／ＳＤＰ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ））を提案し、それは、これらの不利益を緩和又は克服するのを可能にする。

ＬＳＳＣＳと使用のための、ユーザ・データグラム・プロトコル／インターネット・プロトコル（ＵＤＰ／ＩＰ：Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のプロトコル・スタックが図１に示されている。図１に図示されているＵＤＰ／ＩＰスタックは、例示の目的のためのみであり、任意の他のトランスポート／ネットワーク層を備えるＬＳＳＣＳの適用可能性を制限しないことが理解されるであろう。

図１に示されるように、ＵＤＰ／ＩＰスタック１００は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）１００、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）１２０、軽量ＳＩＰ／ＳＤＰ圧縮スキーム（ＬＳＳＣＳ）１３０、セッション記述プロトコル（ＳＤＰ）１４０及びセッション制御プロトコル（ＳＩＰ）１５０を含む。

ＬＳＳＣＳ層１３０により導入されるパケット・オーバヘッドが図２に示されている。
図２に示されるように、ＬＳＳＣＳヘッダ２００は８ビット・バイトであり、その８ビット・バイトにおいて、ビット０−６（Ｂ０−Ｂ６）はデータ・ビットであり、ビット７は拡張（Ｅ：Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）ビットである。ＬＳＳＣＳヘッダ２００内の各データ・ビットＢ０−Ｂ６は、ＳＩＰメッセージかＳＤＰメッセージのいずれかの中のフィールドを指す。ＬＳＳＣＳヘッダ２００は、オクテット整列されている（即ち、整数個のオクテットを備える）。拡張ビットが１に設定される場合、別のＬＳＳＣＳヘッダ・オクテットがそのＬＳＳＣＳヘッダに追加される。Ｅ＝０のとき、拡張ヘッダは追加されない。ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージが拡張及びオプション・フィールドを有するので、ＬＳＳＣＳヘッダは、柔軟であり、従って全てのあり得るメッセージ・フォーマットをカバーすることができる。

ビットＢ０からＢ６の意味は次のとおりである。ビットＢｎが、ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージ内の特定のフィールドをアドレスし、そしてＳＩＰ／ＳＤＰメッセージ内のその特定のフィールドの存在又は不在を指示すると仮定すると、次のとおりである。
Ｂｎ＝１は、対応のＳＩＰ／ＳＤＰフィールドがＳＩＰ／ＳＤＰメッセージ内に存在することを指示し、また
Ｂｎ＝０は、対応のＳＩＰ／ＳＤＰフィールドが冗長なのでＳＩＰ／ＳＤＰから取り除かれることを指示する。この場合、ＬＳＳＣＳ受信機は、既に使用可能な追加の情報を用いることによりその取り除かれたフィールドを回復することができる。

図１に示されるプロトコル・スタックを仮定すると、ＬＳＳＣＳがカプセル化されたＳＩＰ／ＳＤＰメッセージが図３に示され、その図においてＩＰ（３１０）はＩＰヘッダであり、ＵＤＰ（３２０）はＵＤＰヘッダであり、ＬＳＳＣＳ（３３０）はＬＳＳＣＳヘッダ（任意の拡張を含む。）であり、ｒＳＤＰ（３４０）及びｒＳＩＰ（３５０）はそれぞれ低減されたＳＤＰ及びＳＩＰメッセージである。

呼状態制御機能（ＣＳＣＦ：Ｃａｌｌ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いて移動端末の最初の登録を行う際に、その移動端末は、テーブルを獲得し、そのテーブルは、ＬＳＳＣＳヘッダ内のＣＳＣＦの関連されたビットを対応のＳＩＰ／ＳＤＰフィールドに対してマッピングさせることが提案される。代替として、このテーブルは、業界に受け入れられ且つ標準化された、ＳＩＰ／ＳＤＰフィールドの個々のＬＳＳＣＳヘッダ・ビットに対するマッピングを用いて標準化され得る。

あり得るマッピングの一例が、下記の表１に示されている。

上記表を参照すると、Ｂ０＝０、Ｂ１＝１、Ｂ２＝０、Ｂ３＝０、Ｂ４＝０、Ｂ５＝１、Ｂ６＝１の場合、ＣＳＣＦは、移動端末からのｒＳＩＰ及びｒＳＤＰメッセージがＩＮＶＩＴＥメッセージ（インバイト・メッセージ）であると仮定すると、当該ｒＳＩＰ及びｒＳＤＰメッセージは以下のとおりであることをＬＳＳＣＳヘッダから理解することができる。

これは、圧縮されたＳＩＰ／ＳＤＰメッセージである。次いで、ＣＳＣＦはまた、強制的なＳＩＰ及びＳＤＰフィールドを与え且つ任意のフィールドを与えるメッセージを再構成し、そのため情報を獲得することができる。ＣＳＣＦから送られる完全に非圧縮のメッセージは次のとおりである。

圧縮されたＳＩＰ／ＳＤＰメッセージが元の非圧縮のメッセージより非常に小さいことは明らかである。

ＬＳＳＣＳで用いられるプリキャッシング（Ｐｒｅ−ｃａｃｈｉｎｇ）技術
ＬＳＳＣＳ圧縮効率は、ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージから除去される情報量に依存する。そしてまた、これは、格納されたプリキャッシングされた情報から、欠けている情報を再構成する可能性に依存する。幾つかのケースにおいては、ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージのサイズの１０倍の低減を達成することができる。更なる圧縮効率は、より低い層の圧縮アルゴリズムをＬＳＳＣＳと一緒に用いることにより達成することができる。

他のネットワーク・エンティテイ及びプロトコル層は、元のＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを再構成するためＬＳＳＣＳ受信機により用いられるプリキャッシングされた情報を与える。ＵＭＴＳネットワークの文脈において、ユーザ装置（ＵＥ）及び呼状態制御機能（ＣＳＣＦ）は、ＬＳＳＣＳを実行するであろう。被呼者（ｃａｌｌｅｅ）／発呼者ＵＲＬは、ＩＰ宛先／送信元アドレスのそれぞれを用いることにより再構成することができ、従ってそれらは、ＳＩＰメッセージから除去されることができる。

ＵＭＴＳシステム内のプリキャッシュ手順の一例が図４に示されている。
ここでまた図５を参照すると、前述のＳＩＰ／ＳＤＰ圧縮スキームを実行するためのシステム５００は、送信機を移動ユーザ装置（ＵＥ）５１０の形式で、そして受信機をＵＭＴＳ無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）５５０の形式で含む。ＵＥ５１０はプロセッサ５２０により制御され、そしてＲＮＣ５５０はプロセッサ５６０により制御される。ＲＮＣ５５０は、ヘッダ・ビットと（前述の表１のように）冗長であるメッセージ要素との間の対応関係のマッピング・テーブル５７０を保持する。そこにおいて、ＲＮＣ５５０は、ＵＥ５１０が最初にＲＮＣ５５０に登録するときそのＵＥ５１０に通信する。ＵＥ５１０は、受信されたマッピング・テーブルをメモリ５３０に格納する。

ＵＥ５１０がメッセージ５４０をＲＮＣ５５０に通信するのを希望する場合、ＵＥ５１０は、最初にメッセージから、格納されたマッピング・テーブル５３０の中で指示されたいずれの要素を除去し、そして元のメッセージのどの要素が除去されたかを指示するヘッダ（例えば、図２に示されるヘッダのようなもの）を構成する。次いで、ＵＥ５１０は、圧縮されたメッセージをヘッダと一緒に、図３に示されるカプセル化された形式で送信する。

圧縮されたメッセージがＲＮＣ５５０で受信された場合、ＲＮＣ５５０は、不在情報を指示するヘッダをマッピング・テーブル５７０と比較し、そしてその圧縮されたメッセージの中に、ＲＮＣ５５０が記憶装置５８０の中に既にプリキャッシングしておいた指示された不在の冗長な情報を再挿入する。こうして、ＲＮＣ５５０は元のメッセージ５９０を再構成する。

こうして、要するに、ＬＳＳＣＳは、アプリケーション層に配置され且つＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの内容に作用する新しい圧縮アルゴリズムであることが理解されるであろう。ＬＳＳＣＳは、それが小さい拡張可能なバイト整列されたヘッダを低減したＳＩＰ／ＳＤＰメッセージに追加するのみであるので、軽量の圧縮アルゴリズムとみなし得る。

ＬＳＳＣＳ及びその関連のプリキャッシュ／フェッチ手順を用いることにより、操作のオーバエアー（ｏｖｅｒ−ａｉｒ）ＳＩＰ呼の設定回数が著しく低減され、ＳＩＰを、３ＧＰＰ無線インターフェースを介した動作に対してコスト的に効果的にし且つ３ＧＰＰ ２４．００８ ＣＣベースの呼に性能的に匹敵させることができることが理解されるであろう。

更に、ＬＳＳＣＳを用いることにより、パケット音声呼が、回線交換の呼に対してコスト的に効果的な代替となり、システム供給者と回線交換供給者との間の連携に対する必要性、及び３ＧＰＰ ＲＮＣ／ＢＳＣに向けての２つの別個のドメイン・インターフェースを設ける必要性を低減することが認められるであろう。

ＬＳＳＣＳはＳＩＰ及びＳＤＰプロトコルをいずれの方法でも修正しないことが理解されるであろう。ＳＩＰメッセージの受信機及び送信機の両方が、標準ＳＩＰ及びＳＤＰプロトコルを実行し、そのため要求される最小の標準化努力しか必要としない。

従って、以下のことが認められるであろう。
・ＬＳＳＣＳは、根本的なプロセスを導入して、実質的にＳＩＰ／ＳＤＰ ＵＲＬを低減する。

・ＬＳＳＣＳは、異なるネットワーク・エンティテイ（例えば、ＳＩＰロケーション・サーバ（ＳＩＰ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｅｒ）、ＤＮＳサーバ、メディア・ゲートウエイ（Ｍｅｄｉａ Ｇａｔｅｗａｙ）、セキュリティ・サーバ（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｅｒｖｅｒ）及びＤＨＣＰサーバ）から、並びに他のプロトコル・エンティテイ（例えば、ＵＤＰ／ＩＰ、ＩＰルーティング及び移動性管理）からのプリキャッシングされた情報を用いる。ＬＳＳＣＳは、この情報を局部的にキャッシュし、そしてそれを用いて、ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを処理する。プリキャッシングされた情報の一例が以下に示される。

・ＬＳＳＣＳは、プロトコル・スタックのより低い層で用いられる他の圧縮アルゴリズムとは独立に用いることができる。圧縮アルゴリズムを、各プロトコル層で独立にオン及びオフに切り換えることができ、そしてそれらの任意の組み合わせが可能である。例えば、ＵＭＴＳにおいてアプリケーション層でのＬＳＳＣＳ及びＰＤＣＰ層での任意のＵＤＰ／ＩＰ圧縮スキームの両方を用いて、更に一層良好な圧縮効率を達成することができる。

・ＬＳＳＣＳ圧縮は、ホップ毎の圧縮スキームとは対照的にエンドツーエンド（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）でのみ行われる。従って、ＬＳＳＣＳは、追加のパケット処理パワーを少ししか必要とせず且つエンドポイント（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔｓ）でのみ必要とする軽量の圧縮アルゴリズムである。

結論として、前述のＳＩＰ／ＳＤＰ圧縮スキームは次の利点を与えることが認められるであろう。
・ＬＳＳＣＳは、アプリケーション層で発生された情報の冗長性を除去する。

・ＬＳＳＣＳは、冗長なＳＩＰ及びＳＤＰ ＵＲＬフィールドに対して１００％の圧縮効率を達成することができる。冗長な情報は、送信機で除去され、そして受信機によりプリキャッシングされた情報を用いて再生される。

図１は、圧縮スキームに使用のプロトコル・スタックのブロック図を示す。 図２は、圧縮スキームに使用のヘッダのブロック図を示す。 図３は、圧縮スキームに使用のカプセル化されたＳＩＰ／ＳＤＰメッセージのブロック図を示す。 図４は、ＵＭＴＳシステム内における圧縮スキームに使用のプリキャッシュ手順の一例の概略図を示す。 図５は、図１から図４の圧縮スキームを実行する送信機及び受信機を含むＵＭＴＳ無線通信システムのブロック概略図を示す。

Claims (13)

1. セッション制御プロトコル及びセッション記述プロトコル（ＳＩＰ／ＳＤＰ）を用いて、データ通信システムにおいて送信機から受信機にＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを通信する方法であって、
   ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの要素とそれに対応する不在の指示との間のマッピングを行う所定のテーブルを与えるステップと、
   前記送信機からの前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの送信の前に、前記受信機において、前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの少なくとも１つの要素と前記テーブルから対応する不在の指示をプリキャッシングするステップと、
   送信機において、メッセージからそのメッセージの少なくとも１つの要素を取り除き、且つ、前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージに前記の取り除かれた少なくとも１つの要素の対応する不在の指示を挿入するステップと、
   受信機において、前記受信機で保持され前記受信された対応する不在の指示により指示された前記少なくとも１つの要素を、前記送信機から受信された前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの中に挿入するステップと
   を備える方法。
2. 前記不在の指示が、バイナリ・ヘッダの中で少なくとも１つのビットが前記少なくとも１つの要素の存在／不在を指示する当該バイナリ・ヘッダを備える請求項１記載の方法。
3. 前記不在の指示が更に、不在の別の指示が少なくとも１つの別の要素の不在を指示するかどうかの指示を備える請求項１又は２記載の方法。
4. 前記データ通信システムがＵＭＴＳシステムである請求項１又は２に記載の方法。
5. セッション制御プロトコル及びセッション記述プロトコル（ＳＩＰ／ＳＤＰ）を用いて、データ通信システムにおいて送信機から受信機にＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを通信するのに使用する当該送信機であって、
   ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの要素とそれに対応する不在の指示との間のマッピングを行う所定のテーブルを与える手段と、
   前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの送信の前に、前記マッピングを行う所定のテーブルを受信する手段と、
   前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージからそのメッセージの少なくとも１つの要素を取り除く手段と、
   前記取り除かれた少なくとも１つの要素の対応する不在の指示を前記メッセージの中に挿入する手段と
   を備える送信機。
6. 前記不在の指示が、バイナリ・ヘッダの中で少なくとも１つのビットが前記少なくとも１つの要素の存在／不在を指示する当該バイナリ・ヘッダを備える請求項５記載の送信機。
7. 前記不在の指示が更に、不在の別の指示が少なくとも１つの別の要素の不在を指示するかどうかの指示を備える請求項５又は６に記載の送信機。
8. 前記データ通信システムがＵＭＴＳシステムである請求項５又は６に記載の送信機。
9. セッション制御プロトコル及びセッション記述プロトコル（ＳＩＰ／ＳＤＰ）を用いて、データ通信システムにおいて送信機からのＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを受信する受信機であって、
   ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの要素とそれに対応する不在の指示との間のマッピングを行う所定のテーブルを与える手段と、
   前記送信機からの前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの送信の前に、前記受信機において、前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの少なくとも１つの要素と前記テーブルから対応する不在の指示をプリキャッシングする手段と、
   受信機において、前記送信機から、前記の受信されたＳＩＰ／ＳＤＰメッセージからの前記少なくとも１つの要素の不在の指示を含むＳＩＰ／ＳＤＰメッセージを受信する手段と、
   前記受信機で保持され、前記受信された対応する不在の指示により指示された前記少なくとも１つの要素を前記の受信されたＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの中に挿入する手段と、
   を備える受信機。
10. 前記不在の指示が、バイナリ・ヘッダの中で少なくとも１つのビットが前記少なくとも１つの要素の存在／不在を指示する当該バイナリ・ヘッダを備える請求項９記載の受信機。
11. 前記不在の指示が更に、不在の別の指示が少なくとも１つの別の要素の不在を指示するかどうかの指示を備える請求項９又は１０に記載の受信機。
12. 前記送信機からの前記ＳＩＰ／ＳＤＰメッセージの送信の前に、前記マッピングを行う所定のテーブルを前記送信機に送信する手段を更に備える請求項９又は１０に記載の受信機。
13. 前記データ通信システムがＵＭＴＳシステムである請求項９又は１０に記載の受信機。

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