JP4866908B2 - 通信システムにおけるパケットの分割および連結をシグナリングする方法および装置 - Google Patents

通信システムにおけるパケットの分割および連結をシグナリングする方法および装置 Download PDF

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Description

本発明の分野は、通信システム(無線ネットワークまたは固定ネットワークのいずれかとすることができる)における上位層のパケットから下位層のフレームへのマッピングである。上位層によって渡されるパケットを物理ネットワークの能力(例えば最大フレームサイズ)に適合させる目的で、場合によっては、これらのパケットを、個別のフレームによって送信されるいくつかのブロックに分割またはフラグメント化する必要がある。同様に、送信効率を高める目的で、いくつかのパケットを1つのフレームに連結する必要が生じることもある。本発明は、送信機側において分割および連結がどのように行われたかを受信ユニットに伝える新しい効率的な方法を提案する。
上位層のパケットを物理ネットワークの特性に適合させる必要があることは、あらゆるタイプの通信システム、例えば、無線ネットワーク(GSM、UMTS、WiLAN、WiMaxなど)、あるいは固定ネットワーク(IP、フレームリレー、PPP、ATMなど)において、古典的な問題である。
OSI層の概要
このセクションでは、以降の説明を進めるうえで使用しているOSIモデル(図1を参照)について簡潔に紹介する。
開放型システム間相互接続参照モデル(略してOSIモデルまたはOSI参照モデル)は、通信およびコンピュータネットワークのプロトコルの設計に関する階層的な抽象記述(layered abstract description)である。OSIモデルでは、システムの機能を一連の層(レイヤ)に分割する。各層は、その性質として、自身より下位の層の機能を使用するだけであり、自身の機能を自身より上位の層にエクスポートするだけである。一連のこれらの層から構成されているプロトコル動作を実施するシステムは、「プロトコルスタック」または「スタック」として知られている。その主たる機能は、層と層を結合することであり、1つの層と別の層との間の相互作用の仕様を決めている。このことは、原理的には、ある製造者によって書かれた層と、別の製造者の層とが共に動作できることを意味する。本明細書では、最初の3つの層のみについて説明する。
物理層、すなわち第1層の主たる目的は、特定の物理媒体(例えば、同軸ケーブル、ツイストペア、光ファイバ、無線)を通じて情報(ビット)を伝送することである。この層は、データを、通信チャネルを通じて送信される信号に変換または変調する。
データリンク層、すなわち第2層の目的は、入力データをデータフレームに分割することによって、特定の物理層と両立する方式で情報フローを形成することである(分割および再構築(Segmentation And Re-assembly)機能、すなわちSAR機能)。さらに、この層では、消失フレームの再送を要求することによって、発生しうる送信エラーを検出・訂正することができる。この層は、アドレッシングメカニズムを提供し、データレートを受信機の能力に合わせる目的でフロー制御アルゴリズムを提供することができる。さらには、共有されている媒体が複数の送信機および受信機によって同時に使用されているとき、この層は、その物理媒体へのアクセスを調整および制御するメカニズムを提供する。データリンク層は、その機能の範囲が広いため、2つのサブレイヤに分割されることがしばしばある(例えばUMTSにおけるRLCサブレイヤとMACサブレイヤ)。第2層プロトコルの代表的な例としては、固定ネットワーク用のPPP/HDLC、ATM、フレームリレー、無線システム用のRLC、LLC、MACが挙げられる。
ネットワーク層、すなわち第3層は、トランスポート層によって要求されるサービス品質を維持しながら、送信元から1つ以上のネットワークを介して送信先まで可変長パケットを伝送する機能および手順に関する手段を提供する。ネットワーク層の主たる目的は、ネットワークルーティング機能と、ネットワークのフラグメント化機能と、輻輳制御機能とを実行することである。ネットワーク層プロトコルの主な例は、IPインターネットプロトコルまたはX.25である。
OSI層モデルに関するさらなる説明は、非特許文献1に記載されている。
SDUおよびPDUの定義
OSIモデルにおける層間でのパケット交換を包括的かつ公式に記述する目的で、SDU(サービスデータユニット)エンティティと、PDU(プロトコルデータユニット)エンティティとが定義されている。SDUは、第N層に位置しているプロトコルにSAP(サービスアクセスポイント)を介してのサービスを要求する、第N+1層におけるプロトコルから送信される情報の単位である。PDUは、送信機および受信機において同じ第N層に位置する同じプロトコルのピアプロセス間で交換される情報の単位である。PDUは、一般的には、受信したSDUの処理後のバージョンから構成されるペイロード部分と、制御情報(例えば、第N層に固有のヘッダ)と、場合によっては最後のトレイラとによって形成されている。これらのピアプロセスの間には、(第1層を除いて)直接的な物理接続が存在しないため、PDUを第N−1層に転送して処理する。従って、第N層のPDUは、第N−1層にとってのSDUである。図2はこの状況を示している。
フラグメント化/分割の目的
フラグメント化(同義には分割)が必要となることがある理由として、以下の3つが挙げられる。
第一に、データグラムまたはパケットを、それらのサイズよりもデータグラムの最大許容サイズまたは最大転送単位(MTU)が小さいネットワークを通じて伝送するために、フラグメント化が必要となることがある。データグラムのフラグメント化は、一般にIP層において実装され、標準規格のIPv4またはIPv6バージョンにおいては、IPフラグメンテーションとして規定されている。同様に、ATMネットワークを通じてデータを伝送するとき、48オクテットのペイロードサイズをATMセルに収める目的で、フラグメント化が必要である。このフラグメント化は、ATMの第2層とトランスポート層(例えばIP)の間のATM適合層(AAL)において実行される。
第二に、並列リンク(例えば並列ISDNリンク)におけるトラフィック負荷をバランシングする目的で、フラグメント化を行うことができる。PPPをベースとするPPPマルチリンクプロトコル(MP)(「The PPP Multilink Protocol (MP)」(非特許文献2)には、複数の論理データリンクにわたってデータグラムを分割、再結合、および並べ替える方法が記述されている。
第三に、無線システムにおいては、上位層のパケットを、下位層によって提供されるリソースに適合させる目的で、パケット分割を、場合によっては連結と組み合わせて第2層において実行することがしばしばある(例えば、UMTSにおけるRLCサブレイヤ(非特許文献3)。無線環境においては一般にリソースが十分ではないため、全体的なシステム効率を高める目的で、いくつかの上位層パケットを連結することが推奨されている。
受信機ユニットが、連結されているフラグメントを分離して、受信したフラグメントを元のパケットに正しく再結合するためには、分割情報を受信ユニットに供給する必要がある。この情報(通常では、各フラグメントにタグを付けるナンバリング(numbering)手法と組み合わされる)により、受信機における第2層は、完全かつ整合性のあるパケットを次の上位層に渡すことができる。
以下のセクションでは、分割をシグナリングするためのいくつかの既存の方法について説明する。これらは本発明との違いを理解するうえで役立つであろう。
フラグメントナンバリング(fragment numbering)によるSARのシグナリング
フラグメント化を伝えるための第一のタイプの方法として、ソースパケットの中でのフラグメントのポジションを示すいくつかの類似する手法が挙げられる。2つの要素が必要である。第1の要素は、ソースパケットの中でのフラグメントのポジションを指すインデックスである。このインデックスは、フラグメンテーションオフセット(IPフラグメンテーション(非特許文献1を参照)、またはこれと同等であるフラグメントシーケンス番号FSN(非特許文献4を参照)のいずれかの形式をとることができる。
このインデックスは、ソースパケットの最初のフラグメントに対して、既知の値(例えばFSN=0)に初期化しなければならない。受信機ユニットは、このインデックスを使用してフラグメントを正しい順序に並べ替え、消失したフラグメントを検出する。さらに、パケットの最後のフラグメントが、1ビットフラグ(LF)によって示される。フラグメント化されていないパケットは、インデックスを先頭ポジション(例えばFSN=0)に設定すると同時に、そのパケットがソースパケット内の最後のフラグメントであることを示すことによって、受信機側にシグナリングされる。この手法は、例えば、IPフラグメンテーションプロトコル、あるいはATM適合層AAL−1において使用されている。802.11 WiLAN MAC層でも同じ手法を使用する。WiLANでは、さらに、ソースパケットを識別するフィールドを各フラグメントに付加する。このフィールドが必要である理由として、802.11 MACでは、受信機側において次の上位層に渡す前にパケットを並べ替えるように構成されることがあるためである。IP層では、このように正しい順序で渡すことは要求されない。なぜなら、並べ替えが必要ないか、または並べ替えが上位層(例えばTCP)によって実行されるためである。
図3は、WiLANにおけるフラグメントナンバリングによるSAR手法の原理を示している。
シグナリングのオーバーヘッドは比較的大きく、なぜなら、各フラグメントが、最終フラグメントフラグLFと、フラグメントシーケンス番号FSNと、場合によってはソースパケットのシーケンス番号SNとを少なくとも運ばなくてはならないためである。
先頭フラグ/終端フラグによるSARシグナリング
2番目のタイプのSAR方法は、さまざまなプロトコル、例えば、ATM適合層AAL−3/4、フレームリレー(非特許文献5)、WiMax、PPPマルチリンク(MP)(非特許文献2)などにおいて、広く使用されている。この2番目のタイプのSAR手法の中心的な発想は、各SAR PDUについて、そのPDUがSDUの最初、最後、またはこれらの間のフラグメントであるか、あるいはそのPDUが完全なSAR SDUであるかを、2つの1ビットフラグを使用して示すことである。いずれのフラグもPDUヘッダの一部である。いくつかの実施形態(フレームリレー、PPPマルチリンク)においては、2つのフラグの機能は、一方のフラグがSDUの先頭を示し、他方のフラグがSDUの最後を示すものとして区別される。先頭フラグメントビットBは、SAR SDUから導かれる最初のフラグメントに対して1に設定され、同じSDUからの他のすべてのフラグメントに対して0に設定される。終端フラグメントビットEは、最後のフラグメントに対して1に設定され、それ以外のすべてのフラグメントに対して0に設定される。PDUの先頭フラグメントビットおよび終端フラグメントビットの両方を1に設定することができる。この場合、分割が行われていないことを示している。さらには、リンクにおいてPDUの順序が維持されない場合に、受信機ユニットがフラグメントの消失を検出し、場合によってはPDUの並べ替えを実行する目的で、フラグメントシーケンスナンバリングが加えられている。並べ替えの後、受信機は、BビットおよびEビットを調べることにより、元のSDUを再構築するのにどのSAR PDUを結合する必要があるかを容易に識別することができる。図4は、この手法を説明している。
長さインジケータによるSARシグナリング
3番目のタイプは、SDUの境界を示すためのポインタとして長さインジケータフィールドを使用する一連の手法から構成される。代表的な例は、UMTS R99におけるRLC(Radio Link Control)である。RLCにおいては、RLC PDUは、いくつかのSDUの断片またはパディングビットを運ぶことができる。実際には、UMTS R99は固定サイズのPDUにおいて動作し、PDUのサイズと、送信するSDUの長さとが合わないことがある。無線リソースは十分ではないため、PDUレベルにおいてSDUを連結できることが必要であると考えられた。一般的な方法においては、PDUヘッダに可変数の長さインジケータ(LI)を追加する。長さインジケータは、末端がPDUの中にある各RLC SDUの最後のオクテットを示すために使用される。他の方法と同様に、消失の検出および並べ替えを行うことができるように、PDUに基づくシーケンスナンバリングがヘッダに追加されている。従って、受信機は、並べ替えを実行し、消失PDUの再送を要求し、SDUを再構築することができる。さらに、特殊な値のLIは、PDUの最後を埋めるためにパディングが使用されていることを示す。
この手法の主たる欠点は、オーバーヘッドがPDUの中のSDU断片の数に依存することと、このためヘッダのサイズも変化することである。さらに、特殊フィールドを使用することにより、RLCの複雑さも増す傾向にある。
最後に、PDUのサイズが可変である場合を考えると、この手法はさほど効率的ではなく、PDUサイズが可変であれば、よりフレキシブルであり、無線システムにおける完全なパケットをベースとする環境に良好に適合させることができる。図5は、この手法の一般的な例を示している。
無線システムにおける連結機能
連結は、無線システムの場合に特に有用な機能である。分割と連結とを組み合わせることによって、送信機は、入力される可変長のSDUを、提供されるリソースに良好に適合させることができる。無線システムの場合、送信時間間隔(TTI)の間に送信できるビットの数は、無線状態、コードレート、送信に割り当てられる物理リソースに依存して大幅に変化しうる。例えば、送信機に近い移動局では、送信機から離れている移動局よりも必要なチャネル符号化が少ない。割り当てられている物理リソースと送信出力とが同じである場合、前者の移動局は、後者の移動局よりも多くのデータを受信することができる。さらに、パケットサービスを考えるとき、サーバによって提供されるデータレートは、原理的には時間とともに大きく変化する。
UMTSにおいては、SDUの分割と、SDUの断片からPDUへの連結は、提供される物理リソースには関係なく、所定の決まったPDUサイズで、RLCレベルにおいて実行される。MAC層では、何らかの動的挙動をエミュレートする目的で、物理層からの何らかの情報に基づいて、TTIあたり送信するPDUの数を決定する。UMTS R99においては、選択されたPDUを、いわゆるトランスポートチャネルブロック(TrCH BlkまたはTrBlk)の形式で物理層に渡し、物理層は、これらのブロックを連結してトランスポートチャネルブロックセットを形成する。UMTS Rel−5 HSDPAにおいては、選択されたPDUを、MAC層において直接連結してトランスポートチャネルブロック(TrCH BlkまたはTrBlk)とし、従って、このブロックは、図7に示したようにいくつかのPDUを含んでいる。TTIあたり選択されるPDUの数は、図7に示したように、無線状態あるいはその他の変数に依存して変化する。従って、RLC層におけるSDUの分割および連結と、MAC層(UMTS Rel−5 HSDPA)または物理層(UMTS R99)におけるPDUの連結を連続的に使用することにより、送信機は、瞬間的に変動するもの(上位層から入力されるデータ、下位層によって提供されるリソース)に対して、送信を動的に適合させることができる。
UMTSにおいては、TTIあたり送信されるPDUの数は、帯域外シグナリング(トランスポートフォーマット組合せインジケータ(Transport Format Combination Indicator:TFCI))または特定のヘッダ(例えばHSDPAにおけるMAC−hsヘッダ)における帯域内シグナリングのいずれかによって、受信機ユニットに通知される。なお、PDUの連結ステップは、一般的にはPDUの構造とは無関係に実行され、従って、SDUがいくつかのTTIにまたがることもある。
データレートが大きく変動するシステムにおける効率的なオーバーヘッド
上述したようにSDUの分割とPDUの連結を連続的に使用することは、送信されるPDUの数の範囲が大きすぎないときには良好に機能する。しかしながら、変動性の高いシステム(物理リソースの変動が大きく、データレートの変動が大きい)(今後の高帯域幅システムにおいてより一般的になりうる)の場合、固定サイズのPDUを使用することが最適にならない傾向にある。なぜなら、PDUのサイズをデータレート範囲全体にわたり適合させることができないためである。実際に、パケットサービスの場合、SDUのサイズは、原理的には、TCP ACKの場合の40オクテットから、MTUのサイズ(例えばイーサネット(登録商標)の場合の約1500オクテット)まで変化しうる。物理層側においては、スケジューリング型の共有システム(例えばUMTSにおけるHSDPA)では、TTIあたり提供される物理リソースが、数kbpsから全帯域幅(例えばHSDPAにおける14Mbps)まで変化しうる。今後の無線システムにおいて、この傾向は変わらないものと予測される。
問題は、データレート範囲の下側において最適である小さなPDUサイズが、データレート範囲の上側を考慮すると負荷が重くなることに起因する。実際に、受信機が処理するTTIあたりのPDUが増し、より多くの演算処理が要求される。さらに、PDUを識別するシーケンス番号の範囲が短すぎることになる可能性があり、ラップアラウンド問題が生じることがある。さらには、オーバーヘッド(n*PDUヘッダサイズに等しい)は、トランスポートチャネルブロックの長さとともにほぼ線形的に増大する。大きなPDUを使用すると、送信機は、PDUをデータで満たすため、あるいはPDU内の未使用のスペースを低いデータレートで大量にパディングするために、送信を遅らせなければならない。大きなジッタや大量のパディングは、無線システムの効率に大きな悪影響を及ぼすため、回避すべきである。
PDUのサイズは、一般的には、対象のサービスの伝送に使用される無線ベアラの静的パラメータである。このパラメータは、大規模な再構成手順を行わないと変更することができない。従って、データレート、またはTTIあたりの割当可能な物理リソースの範囲のいずれかを大きく制限しない限りは、入力されるSDUの特性、または下位層によって提供されるリソースに、リンクを効率的に適合させることは難しい。
エラー伝搬
長さインジケータを使用してのSARシグナリング手法は、エラー伝搬の影響が大きい。実際に、PDUが消失すると、受信機は、正しく受信したSDUを、SDUの境界が不確定であるために意図的にドロップせざるを得ないことがある。図8に示したように、PDU i+2が消失すると、受信機は、正しく受信したPDU i+3をドロップさせなくてはならない。なぜなら、PDU i+3に含まれているフラグメントが完全なSDUである(候補1)のか、SDUの断片である(候補2)のかを判定できないためである。
UMTS Rel−6においては、SDUのサイズがPDUのサイズに一致する特定の条件時にこの問題を限定してオーバーヘッドを低減させるいくつかの試みが行われている。しかしながら、一般的な場合、この問題は、各PDUが、自身の構造に関する情報を、隣接するPDUの内部構造とは無関係に運ぶことに起因する。
先頭フラグ/終端フラグ、またはフラグメントナンバリングを使用してのSARシグナリング手法では、受信機は十分なPDUを受信したことを正確に認識するため、このエラー伝搬に関して堅牢性が高い。しかしながら、これらの手法のオーバーヘッドは、連結されるPDUの数とともに線形的に増大する。
上述したように、分割および連結をシグナリングするための手法はいくつか存在している。しかしながら、これらの手法は、大きなオーバーヘッド、あるいは柔軟性の欠如に起因する問題があったり、受信機側の複雑さが増大することがある。さらには、エラー伝搬に対する堅牢性もない。
"Computer Networks", (Andrew S. Tanenbaum, fourth edition, Prentice Hall International Edition, page 37-41, section 1.4.) "The PPP Multilink Protocol (MP)", RFC 1990, Sklower, K., Lloyd, B., McGregor, G., Carr, D. and T.Coradetti, August 1996 3GPP TS 25.322, v6.4.0, "Radio Link Control (RLC) protocol specification" WiLAN, see 802.11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Frame Relay Fragmentation Implementation Agreement FRF.12, Frame Relay Forum Technical Committee
本発明の目的は、パケット通信における効率的かつ実現可能な分割および連結を提供することである。
この目的は、独立請求項の主題によって解決されている。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
本発明の複数の異なる実施形態は、プロトコルデータユニットを使用してサービスデータユニットのデータを伝送するためのデータパケット構造、方法、装置、システム、およびコンピュータ可読媒体を提供する。データパケットは、少なくとも1つのプロトコルデータユニットを備えているパケットペイロードであって、プロトコルデータユニットがサービスデータユニットまたはサービスデータユニットのフラグメントを備えている、パケットペイロードと、データパケットペイロードが、サービスデータユニットのフラグメントであるプロトコルデータユニットから始まっているか否かと、データパケットペイロードが、サービスデータユニットのフラグメントであるプロトコルデータユニットで終わっているか否かとを示すインジケータ、を備えているデータパケットヘッダと、を備えている。
有利な実施形態によると、インジケータは2つのフラグから構成されており、第1のフラグは、データパケットペイロードが、サービスデータユニットのフラグメントであるプロトコルデータユニットから始まっているかを示しており、第2のフラグは、データパケットペイロードが、サービスデータユニットのフラグメントであるプロトコルデータユニットで終わっているかを示している。
この実施形態の利点は、フラグが、設定時に、サービスデータユニットのフラグメントであるプロトコルデータユニットを示すことである。
別の有利な実施形態によると、データパケット構造は、データパケットのシーケンスにおけるデータパケットのポジションを示すシーケンス番号インジケータを備えている。
さらに有利な実施形態においては、データパケット送信方法は、少なくとも1つのサービスデータユニット(SDU)またはセグメントされたサービスデータユニットをデータパケットペイロードに含むように形成するステップと、インディケータをデータパケットヘッダ形成するステップと、前記データパケットヘッダと前記データパケットペイロードを含んだデータパケットを形成するステップと、送信装置が、前記データパケットをチャネルを介して送信するステップと、を含み、前記インディケータは、前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否か、を示すものである
別の有利な実施形態によると、データパケットペイロードは、複数のサービスデータユニット、複数のセグメントされたサービスデータユニット、または少なくとも1つのサービスデータユニットと1つのセグメントされたサービスデータユニットを含む場合に、前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す。
データパケットペイロードが、複数のサービスデータユニット、複数のセグメントされたサービスデータユニット、または少なくとも1つのサービスデータユニットと1つのセグメントされたサービスデータユニットを含む場合に、前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す。
別の有利な実施形態によると、前記インディケータは第1ビットと第2ビットを含み、
前記第1ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かを示し、前記第2ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す。
別の有利な実施形態によると、前記データパケットペイロードが少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含む場合には、前記インディケータは、前記データパケットペイロードが前に送られたデータパケットのデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かと、前記データパケットペイロードが次に送られるデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かを示す。
別の有利な実施形態においては、データパケットを送信する装置であって、データパケットペイロードが少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含むように形成するデータパケットペイロード形成部と、データパケットヘッダがインディケータを含むように形成するデータパケットヘッダ形成部と、データパケットが前記データパケットヘッダと前記データパケットペイロードを含むように形成するデータパケット形成部と、前記データパケットを送信チャネルを介して送信する送信部とを含み、前記インディケータは、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す
別の有利な実施形態においては、前記データパケットペイロードが、複数のサービスデータユニット、複数のセグメントされたサービスデータユニット、または少なくとも1つのサービスデータユニットと1つのセグメントされたサービスデータユニットを含む場合に、前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す。
さらなる有利な実施形態においては、インディケータは第1ビットと第2ビットを含み、前記第1ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かを示し、前記第2ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す。
さらなる有利な実施形態においては、前記データパケットペイロードが少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含む場合には、前記インディケータは、前記データパケットペイロードが前に送られたデータパケットのデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かと、前記データパケットペイロードが次に送られるデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かを示す。
別の有利な実施形態においては、データパケットヘッダとデータパケットペイロードを含むデータパケットを受信する方法であって、受信装置が、少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含むデータパケットペイロードと、インディケータを含むデータヘッダと、を含むデータパケットをチャネルを介して受信するステップと、前記受信したデータパケットの少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを、前に受信したデータパケットと共に受信バッファに蓄積するステップと、を含み、前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す。
本発明の別の実施形態は、データパケットヘッダとデータパケットペイロードを含むデータパケットを受信する装置であって、少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含むデータパケットペイロードと、インディケータを含むデータヘッダと、を含むデータパケットを受信チャネルを介して受信する受信部と、前記受信したデータパケットの少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを、前に受信したデータパケットと共に受信バッファに蓄積する蓄積部と、を含み、前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっている否かを示す。
以下では、本発明について添付の図面を参照しながらさらに詳しく説明する。明細書および図面において対応する同一・相当の細部は、同じ参照数字によって表してある。
本発明は、可変長の送信フレームを使用する任意のデータパケット通信システム、例えば、無線ネットワーク(GSM、UMTS、WiLAN、WiMAXなど)、あるいは固定ネットワーク(IP、フレームリレー、PPP、ATMなど)に適用することができる。
本発明の複数の異なる実施形態は、OSI層モデル、特に、SDU層とPDU層との間でのパケット交換に基づいて説明してある。OSI層モデルの関連部分と、SDUおよびPDUの詳しい説明については、[発明の背景]を参照されたい。[発明の背景]では、通信ネットワークにおいてフラグメント化もしくは分割、またはその両方を採用する理由も説明してある。
本発明では、一定のシグナリングコストによる、分割および連結の効率的な手順を可能にする方法であって、送信するトランスポートブロックの長さが増すほどオーバーヘッドの割合が減少する方法、を提案する。
SDUの分割およびPDUの連結は、いずれも、次のTTIにおける送信に割り当てられる物理リソースに依存する。例えば、図9に示したように、次のトランスポートチャネルブロックのペイロードのサイズ(Size_ind)をSAR機能に知らせることができる。
SAR機能は、この指示情報に基づいてn個のSDUを選択し、これらのSDUの合計サイズはsize_indをちょうど超える大きさである。n個のSDUの長さの合計がsize_indよりも大きい場合、最後のSDUを2つのフラグメントに分割する。n−1番目までのSDUとn番目のSDUの最初のフラグメントとの合計がsize_indに等しい。これらのSDUのそれぞれは、PDUに変換され、連続的に付されるシーケンス番号を受けとる。次の送信については、2番目のフラグメントを最初に考慮する。図10は以上の操作を示しており、SDU3が2個のPDU(PDU3とPDU4)にフラグメント化されている。
従って、構造に関して、形成されるPDUは、トランスポートブロック(TrBlk)内の最初のPDUと最後のPDUとを除いて(これらはSDUのフラグメントであることがある)、すべて完全なSDUである。最初と最後を除くすべてのPDUが完全なSDUであるため、受信機には、トランスポートブロック内の最初のPDUと最後のPDUがSDUのフラグメントであるのか完全なSDUであるのかを示せば十分である。この通知は、トランスポートブロックヘッダに付加される2個の1ビットフラグ、すなわち2個のフラグメント化フラグによって容易に行うことができる。最初のフラグメント化フラグ(FFF)は、トランスポートブロック内の最初のSAR PDUがSDUのフラグメントであるか否かを示し、2番目のフラグメント化フラグ(SFF)は、トランスポートブロック内の最後のSAR PDUがSDUのフラグメントであるか否かを示す。
このプロセスは、図12のラインに沿った一般的な形式として記述することができる。SDUまたはSDUのフラグメントをバッファから取得し、そのSDUまたはSDUのフラグメントがトランスポートブロックの残余サイズ(トランスポートブロック全体またはその一部)に収まるかを判定する。完全なSDUまたはSDUのフラグメントがトランスポートブロックの残余サイズに収まる場合、そのSDUからPDUを作成する。そのPDUをトランスポートブロックに挿入する。
サイズが残っているか、トランスポートブロックを調べる。残っている場合、プロセスが再び最初から始まる。残っていない場合、インジケータを追加し、そのインジケータとともにトランスポートブロックを送信する。
しかしながら、SDUまたはSDUのフラグメントがトランスポートブロックの残余サイズに収まらない場合、トランスポートブロックの残余サイズに収まるように、SDUをフラグメント化し、そのSDUのフラグメントからPDUを作成する。SDUの2番目のフラグメントをバッファに格納し、PDUをトランスポートブロックに挿入し、インジケータを追加する。
最初のフラグメント化フラグ(FFF)は、トランスポートブロック内の最初のPDUがSDUのフラグメントであるか否かを示し、2番目のフラグメント化フラグ(SFF)は、トランスポートブロック内の最後のPDUがSDUのフラグメントであるか否かを示す。
最後に、トランスポートブロックをインジケータと一緒に送信し、プロセスを再び開始することができる。
受信機は、FFFが1に設定されているトランスポートブロックnを受信したとき、そのトランスポートブロック内の最初のSAR PDUを、前のトランスポートブロックn−1の最後のSAR PDUと結合しなければならないことを認識する。さらに、このトランスポートブロックの中の最後のSAR PDUがSDUのフラグメントである場合、SFFを1に設定することによってそのことが示されている。
消失が起こらないシステムにおいては、FFFおよびSFFは冗長情報となり、必ずしも必要ではない。しかしながら、消失が起こるシステム(例えば無線システム)においては、この冗長情報は、エラー伝搬を防止するうえで役立つ。例えば、前の例において(n−1)番目のトランスポートブロックが失われた場合、受信機ユニットは、SAR PDUのシーケンスナンバリングに基づいてこの消失を検出し、n番目のトランスポートブロック内のFFFによって、最初のPDUは対応するSDUが不完全であるため破棄できることが示される。しかしながら、n番目のトランスポートブロック内の2番目およびそれ以降のPDUは維持されており、これらを再構築機能において使用する。
SDUあたり送信されるPDUが1つのみである場合でも、FFFとSFFとが異なる値を持つことがある。FFFは、PDUを前のトランスポートチャネルブロックの最後のPDUと結合すべきかを示し、SFFは、PDUを次のトランスポートチャネルブロックの最初のPDUと結合すべきかを示す。
本発明の1つの重要な側面は、PDUレベル(すなわちPDUヘッダ内で)ではなくトランスポートブロックヘッダ内でSAR情報をシグナリングすることである。可変サイズのPDUと、分割および連結の単純な規則とを使用することによって、トランスポートブロックヘッダあたりわずか2個のビット(トランスポートブロック内で連結されている最初と最後のPDUのステータス(フラグメント化されている、されていない)を示す)によってSAR情報を示すことを提案する。
従来技術の解決策と比べると、SAR情報はトランスポートブロックあたり2ビットのみであり、先頭/終端フラグを使用してのSARシグナリングの場合におけるトランスポートブロックあたり2*n個のビット(nはトランスポートブロック内のPDUの数)と比較されたい。同じトランスポートブロック内に多数のPDUが連結されるとき、これは大幅な低減である。
上述したように、SAR PDUのサイズが可変であると想定する。例えば、UMTSでは、現在のところPDUのサイズは固定されており、サービスの伝送に使用されるベアラの静的パラメータである。場合によっては、PDU境界の位置を受信機に知らせる必要がある。その場合、図11に示したように、各PDUの長さをSAR PDUヘッダ内の長さインジケータによって示すことが要求される。このインジケータは、実際には、長さインジケータによるSARシグナリング手法において、各PDU内のSDU境界をシグナリングするために使用される長さインジケータフィールドと同等である。
さらに、トランスポートブロックあたり1つのみのSAR PDUシーケンス番号をシグナリングすることによって、空間をさらに節約することが可能である。この目的には、トランスポートブロック内の最初のPDUまたは最後のPDUのシーケンス番号を使用することができる。受信機は、トランスポートブロック内に含まれている長さインジケータの数をカウントし、連結されているPDUの数を取得する、または、図11に示したように、この数を示す小さなフィールドNをトランスポートブロックヘッダに追加することができる。
本発明の別の実施形態は、上述したさまざまな実施形態をハードウェアおよびソフトウェアを使用して実施することに関する。上述したさまざまな方法は、コンピューティングデバイス(プロセッサ)、例えば、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはその他のプログラマブルロジックデバイスなどを使用して、実施または実行できることを認識されたい。本発明のさまざまな実施形態は、これらのデバイスの組合せによって実行または具体化することもできる。
さらには、本発明のさまざまな実施形態は、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実施する、あるいはハードウェアに直接実装することもできる。また、ソフトウェアモジュールとハードウェア実装とを組み合わせることも可能である。
ソフトウェアモジュールは、任意の種類のコンピュータ可読ストレージ媒体、例えば、RAM、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリ、レジスタ、ハードディスク、CD−ROM、DVDなどに格納することができる。
OSI層モデルを示している。 OSI層モデルにおけるSDUおよびPDUを示している。 フラグメントナンバリングによるSARシグナリングを示している。 先頭フラグおよび終端フラグを使用してのSARシグナリングを示している。 長さインジケータを使用してのSARシグナリングを示している。 SDU分割プロセスおよびPDU連結プロセスを示している。 トランスポートチャネルブロックの生成を示している。 UMTS R99におけるエラー伝搬を示している。 本発明の実施形態のSARおよび連結のプロセスを示している。 本発明の実施形態の、フラグメント化フラグを使用してのSARおよび連結プロセスを示している。 本発明の実施形態による、フラグメント化フラグを使用してのSARシグナリングを示している。 分割および連結のプロセスの流れ図を示している。

Claims (10)

  1. データパケット送信方法であって、
    少なくとも1つのサービスデータユニット(SDU)またはセグメントされたサービスデータユニットをデータパケットペイロードに含むように形成するステップと、
    インディケータをデータパケットヘッダに形成するステップと、
    前記データパケットヘッダと前記データパケットペイロードを含んだデータパケットを形成するステップと、
    送信装置が、前記データパケットをチャネルを介して送信するステップと、
    を含み、
    前記インディケータは、前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否か、を示すものである、
    データパケット送信方法。
  2. 前記データパケットペイロードが、
    複数のサービスデータユニット、複数のセグメントされたサービスデータユニット、または少なくとも1つのサービスデータユニットと1つのセグメントされたサービスデータユニットを含む場合に、
    前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す、
    請求項1記載のデータパケット送信方法。
  3. 前記インディケータは第1ビットと第2ビットを含み、
    前記第1ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かを示し、
    前記第2ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す、
    請求項2記載のデータパケット送信方法。
  4. 前記データパケットペイロードが少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含む場合には、前記インディケータは、前記データパケットペイロードが前に送られたデータパケットのデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かと、
    前記データパケットペイロードが次に送られるデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かを示す、
    請求項1記載のデータ送信方法。
  5. データパケットを送信する装置であって、
    データパケットペイロードが少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含むように形成するデータパケットペイロード形成部と、
    データパケットヘッダがインディケータを含むように形成するデータパケットヘッダ形成部と、
    データパケットが前記データパケットヘッダと前記データパケットペイロードを含むように形成するデータパケット形成部と、
    前記データパケットを送信チャネルを介して送信する送信部とを含み、
    前記インディケータは、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す、
    装置。
  6. 前記データパケットペイロードが、
    複数のサービスデータユニット、複数のセグメントされたサービスデータユニット、
    または少なくとも1つのサービスデータユニットと1つのセグメントされたサービスデータユニットを含む場合に、
    前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す、
    請求項5記載の装置。
  7. 前記インディケータは第1ビットと第2ビットを含み、
    前記第1ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かを示し、
    前記第2ビットは前記データパケットペイロードが前記セグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す、
    請求項6記載の装置。
  8. 前記データパケットペイロードが少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含む場合には、前記インディケータは、前記データパケットペイロードが前に送られたデータパケットのデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かと、
    前記データパケットペイロードが次に送られるデータパケットペイロードと結合されるべきであるか否かを示す、
    請求項5記載の装置。
  9. データパケットヘッダとデータパケットペイロードを含むデータパケットを受信する方法であって、
    受信装置が、
    少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含むデータパケットペイロードと、
    インディケータを含むデータヘッダと、
    を含むデータパケットをチャネルを介して受信するステップと、
    前記受信したデータパケットの少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを、前に受信したデータパケットと共に受信バッファに蓄積するステップと、
    を含み、
    前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっているか否かを示す、
    データ受信方法。
  10. データパケットヘッダとデータパケットペイロードを含むデータパケットを受信する装置であって、
    少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを含むデータパケットペイロードと、
    インディケータを含むデータヘッダと、
    を含むデータパケットを受信チャネルを介して受信する受信部と、
    前記受信したデータパケットの少なくとも1つのサービスデータユニットまたはセグメントされたサービスデータユニットを、前に受信したデータパケットと共に受信バッファに蓄積する蓄積部と、
    を含み、
    前記インディケータは前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで始まっているか否かと、前記データパケットペイロードがセグメントされたサービスデータユニットで終わっている否かを示す、
    装置。
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