CN1462534A - 在头字段压缩中定义上下文标识符 - Google Patents

Abstract

一种当压缩数据分组头字段时定义上下文标识符的方法，其中为数据分组流的压缩器和解压缩器定义一个上下文，所述上下文控制所述压缩器和解压缩器的操作。所述上下文被利用附加到所述数据分组的上下文标识符来识别，并且所述上下文标识符的长度被利用压缩器和解压缩器之间的数据传送来定义，以便使得在被发送的数据分组的上下文标识符中定义上下文标识符的长度。上下文标识符包括用于定义上下文标识符长度的至少一个比特的字段。上下文标识符的长度能够被在每个被发送的数据分组的上下文标识符中定义。

Description

在头字段压缩中定义上下文标识符

技术领域

本发明涉及当压缩数据分组的头字段时定义一个上下文标识符。

背景技术

在最近几年中，IP(互联网协议)技术的快速进步还扩展了在传统互联网数据传送之外的使用不同的基于IP的应用的潜力。基于IP的电话应用尤其得到了快速发展，结果是即使在传统的电话网(PSTN/ISDN，公共交换电话网/综合业务数字网)以及移动网(PLMN，公共陆地移动网)中，也原理上能够使用IP技术实现呼叫传输路径的不断扩展的部分。

尤其在移动网中，IP技术提供许多优点，这是由于除了被利用各种IP话音应用提供的移动网的传统话音业务之外，移动网还提供越来越多的不同的数据业务，诸如互联网浏览、电子邮件业务、游戏等，它们通常最优选地被实现为基于分组交换的基于IP的业务。这样，安排在移动系统协议中的IP层能够既用于音频/视频业务，也用于各种数据业务。

在移动网中，尤其重要的是尽可能有效地使用有限的无线电资源。这使得在无线电接口中IP协议的使用变得复杂，这是因为在基于IP的协议中，被发送的数据的各个头字段的比例非常大，并且相对地，有效负荷的比例较小。此外，无线电接口的误码率(BER)和上行链路和下行链路方向的组合的往返时间(RTT)可能在坏的条件下增加很大，从而导致在大多数已知的头字段压缩方法中的问题。因此需要开发一种适合于不同IP协议的头字段压缩方法，它尤其适用于通过无线电接口的数据发送：有效的头字段压缩能够被用于其中误码率和往返时间增加很大的条件中。

为此，IETF(互联网工程任务组)最近致力于称作ROHC(健壮头压缩)的头字段压缩方法。开发ROHC的一个想法是在用于数据分组发送的几个IP头字段之间，不仅在数据分组内部，而且在数据分组之间有很大的冗余。换句话说，在数据分组发送期间，头字段中的大量信息根本就不改变，因此即使该信息在没有被发送时也是易于重建的。只有头字段的一小部分是它们所包含的信息需要在压缩期间被考虑。此外，ROHC包括几个压缩等级，从而当移向一个更高的等级时，压缩效率会提高。不过，ROHC始终试图可能以这样的方式使用最有效的压缩，即在移向下一个等级之前，总是保证所述等级的操作的足够有效性。ROHC还具有的典型特征是：它将对于使用压缩方法基本的问题留给较低的链路层来处理。

通过较低链路层在发送者和接收者(即压缩器和解压缩器)之间要协商的一个问题是用于某个无线电链路上的上下文标识符(CID)长度的定义。上下文标识符CID被用于互相区分在同一条无线电链路上发送的几个分组数据流。上下文标识符CID的长度可以是0、1或2个字节(0、8或者16比特)，并且当链路只有一个数据流时，值0被使用。因此在开始要被发送的数据的压缩之前，要协商CID的长度，之后在上行链路和下行链路方向中使用上下文标识符CID的被协商的长度。

在上述方案中的一个问题是上下文标识符CID的长度的不变性。由于在开始压缩之前已经协商了CID的长度，所以它的值只由在压缩器和解压缩器之间重新被协商而被改变，在这种情况下，必须停止压缩。另一个问题是当使用一个无线电承载时，相同的CID长度必须被既用于上行链路也用于下行链路方向。不过，在移动系统中，例如上行链路方向中的一个优选CID长度通常显著小于下行链路方向中的。如果在现有技术解决方案中，CID长度被根据下行链路方向需求而为一个无线电承载定义，则上行链路方向无线电资源将不会被最佳地使用。如果CID长度被只考虑上行链路方向而定义，则问题将会出现在下行链路方向解压缩中，因为需要的CID长度大于被协商的CID长度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种方法和实现该方法的设备，以便解决上述问题。本发明的目的通过其特征在于独立权利要求中所描述的方法和系统来达到。本发明的优选实施例在从属权利要求中给出。

本发明基于的思想是，当检测到为一个数据分组流定义一个上下文标识符长度的需要，通常作为一个重新定义时，该定义被附加到被发送的下一个数据分组，最好是附加到其上下文标识符字段中，其中上下文标识符的新的长度被利用一个或多个比特定义。根据本发明的一个优选实施例，这个定义被附加到被发送的每个数据分组中，从而上下文标识符的长度被从每个数据分组检查。根据本发明的第二个优选实施例，这个定义只被附加到被发送的第一个数据分组上，之后，这个上下文标识符长度被用在所述分组流中，直到它再次被相应地重新定义。

本发明的方法和系统提供的优点是，上下文标识符的长度可以被为上行链路和下行链路方向定义得不同，从而使得更有效地使用数据传送资源。此外，本发明的方法提供的优点是，每次当上下文标识符长度需要被改变时，不需要停止压缩和解压缩以及重新协商上下文标识符长度。本发明的另一个优点是它还使得可能将具有不同的上下文标识符长度的数据分组复用到同一条数据传送连接上。

附图说明

下面结合附图来利用优选实施例更详细地描述本发明，其中：

图1表示在ROHC的不同压缩等级之间移动的框图；

图2表示在ROHC的不同压缩模式之间移动的框图；

图3表示由具有前向和返回信道中不同长度的上下文标识符字段的现有技术ROHC所带来的问题情况的框图；以及

图4表示本发明一个优选实施例的包括一个上下文标识符字段的数据分组。

具体实施方式

下面，为本发明的基本部分描述所关心的头字段压缩方法ROHC的实现。对于所关心的压缩方法的更详细的描述，参见还没有完成的互联网草案“Robust Header Compression(ROHC)(健壮头压缩)”，版本02，2000年9月18日。

在不同的压缩方中，一个上下文通常被为压缩器和解压缩器定义，所述上下文处于这样一个状态，即压缩器使用它来压缩要被发送的头字段，而解压缩器使用它来解压缩接收的头字段。典型地，所述上下文包括通过数据传送连接发送(压缩器)或者接收(解压缩器)的先前头字段的未压缩的版本。此外，所述上下文可以包括识别一个数据分组流的信息，诸如数据分组的序号或者时间戳。因此，所述上下文典型地既包括对于整个数据分组流保持相同的静止信息，也包括在数据分组流期间通常根据一个定义的模式变化的动态信息。

ROHC以这样一种方式来使用三个压缩等级，即压缩被在最低等级开始并且逐渐继续到较高等级。基本原理是压缩总是被在最高可能等级上执行，使得压缩器充分确定解压缩器具有在所述等级上执行解压缩的足够信息。影响不同压缩等级之间移动的因素是连续的头字段中的变化、从解压缩器接收的肯定和否定确认、以及何时没有确认、特殊顺序计数器的期满。相应地，可能从一个较高压缩等级移动到一个较低等级。

连同IP(互联网协议)、UDP(用户数据报协议)和RTP(实时协议)的压缩等级ROHC使用是启动/刷新(IR)、第一级(FO)和第二级(SO)，并且在这些等级之间的移动被在图1中描述。IR等级被用于为解压缩器产生上下文或者从一个错误情况中恢复。当按照解压缩器的请求，头字段压缩被启动时或者当一个更新定时器期满时，压缩器移动到IR等级。在IR等级上，压缩器以为压缩格式发送IR头字段。当确定解压缩器已经接收到更新信息时，压缩器试图移动到更高等级。

FO等级被用于将在数据分组流中的头字段中的不规则性的接收通知接收者。在IR等级之后，当头字段不形成一个统一模式(换句话说，连续头字段随机改变使得改变无法被预测)时或者压缩器不能确定解压缩器接收到了定义头字段的统一模式的参数时，压缩器操作在FO等级上。例如当发送语音时就是这种典型的情况。在FO等级上，压缩器发送压缩的FO头字段。如果头字段形成一个统一模式并且确定解压缩器已经接收到定义所述统一模式的参数，则压缩器再次试图移动到更高等级。FO等级数据分组通常包括上下文更新信息，这意味着一个成功的解压缩还需要连续的FO头字段的成功传输。因此，解压缩过程的成功对于被丢失或者被破坏的FO等级的分组是敏感的。

在SO等级上，压缩是最佳的。头字段形成一个统一模式，压缩器利用实际上是数据分组的序号的压缩的SO头字段对其描述。关于定义头字段统一模式的参数被发送到解压缩器，并且根据参数和接收的序号，解压缩器能够推断出初始的头字段。因为在SO等级上发送的数据分组实际上是互相独立的，所以解压缩的错误灵敏度也是低的。当头字段不再形成一个统一模式时，压缩器移动回FO等级。

解压缩也具有限制到解压缩器的上下文定义的三个等级。当还没有上下文被定义(没有上下文)时，解压缩器总是从最低等级开始其操作。解压缩器还没有解压缩任何数据分组。当解压缩器解压缩了既包括静态也包括动态上下文信息的第一个数据分组时，它能够通过中间等级(静态上下文)直接移动到顶部的等级(全上下文)。作为在顶部等级上的几个错误情况的结果，解压缩器移动到中间等级，但是通常即使一个成功解压缩的数据分组也能够将解压缩器返回到顶部等级。

除了不同的压缩等级之外，ROHC还具有三个不同的操作模式：单向模式(U模式)、双向优化模式(O模式)和双向可靠模式(R模式)，其在图2中被示出。根据图2，上述每个压缩等级(IR、FO、SO)在每个模式中操作，但是每个模式以自己的方式在每个等级上操作，并且还决定以其自己的方式在各等级之间移动。对于每个压缩情况的模式的选择依赖于所使用的数据传送连接的参数，诸如使用返回信道的可能性、错误概率和分布、头字段尺寸变化的影响。

在单向模式中，数据分组只被从压缩器发送到解压缩器，所以ROHC的U模式在其中返回信道的使用不可能或者不希望的情况下是有用的。在U模式中，作为某些顺序计数器期满的结果或者根据头字段模式中的变化，在不同压缩等级之间移动。因为没有返回信道被使用，所以U模式中的压缩不太有效，并且传输路径上的数据分组的消失比双向模式中的任何一个都更加可能。使用ROHC总是被在U模式中启动，并且移动到双向模式中的任何一个可以在解压缩器到达至少一个分组时发生，并且作为对所述分组的一个响应，解压缩器指示一个模式改变是需要的。

双向优化模式类似于单向模式，区别是在O模式中，一个返回信道被用于改正错误情况并且从解压缩器向压缩器确认重要的上下文更新。在O模式中不进行顺序更新。O模式优选地适合于具有少量返回信道业务量的优化压缩效率的连接。O模式提供一个相当可靠的数据分组传送，其中压缩器和解压缩器之间的同步通常能够被较好地维持，并且数据分组甚少丢失，并且如果有，也是可忽略的数量。不过，以非常高的误码率，数据分组会在传输路径上被丢失。

双向可靠模式明显区别于上述模式。R模式使用一个返回信道来确认所有上下文更新，还确认序号更新。因此，在R模式中，数据分组能够几乎被完全可靠地在压缩器和解压缩器之间传送。压缩头字段不会导致数据分组在R模式中消失。R模式的一个缺点是头字段的尺寸在某些情况下稍大于在上述模式中的，并且返回信道业务量显著提高。

ROHC的三个可操作模式和三个压缩等级形成用于头字段压缩的不同操作情况，每种请求需要定义压缩器和解压缩器的操作以及它们之间的分组的传输。ROHC在不同的操作情况中使用不同的分组。此时，六个不同的数据分组被为ROHC定义，其中四个用于从压缩器传输到解压缩器，两个用于从解压缩器到压缩器的返回信道数据分组。所使用的数据分组类型的数量在将来可以改变，但是所有数据分组类型的特征在于在将分组发送到传输路径之前，定义每次使用的上下文的上下文标识符CID被附加到每个数据分组的开始部分。

由压缩器和解压缩器为每个数据分组流单独协商上下文标识符CID的长度。根据ROHC定义，每次使用的较低协议层(链路层)必须提供用于协商在压缩头字段中使用的诸如上下文标识符长度的参数的机制。在启动压缩之前，参数被协商，并且在这个连接中，数据分组流的上下文标识符的长度可以被根据现有技术定义为0、8或16比特。在一个逻辑数据传送信道上，可能同时发送几个数据分组流，它们的上下文被识别并且利用上下文标识符CID而被互相区分。如果只有一个代表不同的VoIP应用(通过IP的话音)的数据分组流被在信道上发送，则例如上下文标识符CID的长度被给予值0。当在同一个信道上传输几个数据分组流时，上下文标识符的长度被根据所使用的应用、数据传送协议和信道条件而为每个数据分组流定义在8或16比特。

上述在双向操作模式(O模式和R模式)中协商的上下文标识符CID的长度也可以用在返回信道上。不过，在移动系统中，例如通常优选的是在返回信道(下行链路)上使用一个比前向信道(上行链路)更长的上下文标识符，这是因为尤其是在使用分组数据业务中，在下行链路方向中传送的数据比在上行链路中传送的数据多得多。当使用根据ROHC的头字段压缩时，上下文标识符的长度必须通常根据返回信道需求而度量，在这种情况下从压缩器到解压缩器的前向信道被无效率地使用。

图3中的框图描述了如果在目前的ROHC方法中，为前向信道定义了8比特上下文标识符而为返回信道定义了16比特上下文标识符时会出现的一个问题。例如在移动系统中，上行链路和下行链路信道具有它们自己的压缩器-解压缩器对，以使得终端例如具有一个压缩器C1，并且在网络侧的上行链路方向中，有一个解压缩器D1。相应地，在网络侧的下行链路方向中，在所述终端中有一个对应的压缩器C2、解压缩器D2。因此，压缩器C1在上行链路信道上将包括8比特上下文标识符的数据分组(300)发送到解压缩器D1。在某个阶段，例如当改变压缩等级时，网络解压缩器D1在下行链路信道上将一个确认发送到终端，通过将数据分组发送到压缩器C2(302)，所述确认会发生，所述压缩器C2将8比特上下文标识符添加到所述确认，这是因为两个信道都必须根据目前的ROHC定义来使用相同的上下文标识符长度。压缩器C2将这个确认分组附加到被在下行链路信道上传送到终端的数据流(304)。解压缩器D2检查所述确认分组，但是因为解压缩器正在期待具有一个16比特上下文标识符的数据分组，所以它将8比特上下文标识符字段之后的数据分组的头字段的第一个字节解释为上下文标识符CID的一部分，这导致在所述确认分组的解释中或者在其解压缩中的错误情况。

在现有技术中原理上可以通过每当一个确认从返回信道上的解压缩器到达时中断压缩并且通过重新协商前向信道的上下文标识符的长度而避免上述问题。不过，这会将数据流传送减慢很多，以至于实际上使用ROHC将会在几个应用中成为不可能。实际上，解决方案是中断压缩并且为两个方向协商16比特上下文标识符字段，这将再次导致不会优化地使用数据传送资源。

现在上述问题可以根据本发明的方法被避免，其响应于上下文标识符的长度必须改变而定义一个数据分组的上下文标识符字段中上下文标识符的长度。这优选地能够通过保留上下文标识符字段的一个或多个比特来指示数据分组的上下文标识符的长度而进行，并且实际的上下文标识符能够优选地被在这些比特之后添加。因此，上下文标识符的长度能够优选地被为每个数据分组单独定义，在这种情况下，数据分组流中的每个数据分组并且尤其是它们的上下文标识符字段包括定义长度的信息。其中定义上下文标识符长度的信息被附加在每个数据分组，优选地是附加到其上下文标识符字段的前面的比特中的方法保证新的上下文标识符被发送到接收机。可替代地，上下文标识符的长度也被以上述方法定义，以便在上下文标识符长度的重新定义之后，只有被发送的第一个数据分组包括定义长度的所述信息，但这不是将新的上下文标识符长度发送到解压缩器的可靠方法。

在图4的表格中描述了上下文标识符长度的定义，其举例示出了一个包括本发明的上下文标识符字段结构的数据分组。根据ROHC，一个上下文标识符字段(CID)被附加到数据分组的开始作为第一个字节，其后是数据分组的分组头信息字段(PHI)和数据分组的有效负荷。不过，上下文标识符字段实质上还在每个数据分组中包括一个定义所述数据分组的上下文标识符的长度(CID_len)的字段。在图4的例子中，定义长度的字段的长度是两个比特，但是它能够优选地在1和8比特之间变化。因此，用于所述数据分组的上下文标识符的长度被利用指示上下文标识符长度的字段中的信息确定，并且下一个数据分组中的长度信息再次为所述数据分组重新定义上下文标识符的长度。实际的上下文标识符(CID)可以包括几个字节，如果需要，甚至多于两个。

这样，本发明的方法使得可能为前向和返回信道定义不同的上下文标识符长度，这使得数据传送资源的使用更加有效。此外，利用本发明的方法，可以避免每当长度需要被改变时，停止压缩和解压缩以及重新协商上下文标识符长度。本发明的方法还使得可能将具有不同长度的上下文标识符的数据分组复用到同一个数据传送连接上。

上述方法能够优选地被应用于例如称作UMTS(通用移动电信系统)和IMT-2000(国际移动电话系统)的第三代移动系统中，以及应用于诸如GERAN(GSM边缘无线电接入网)的第二代移动系统的未来开发项目中。例如，在UMTS系统的分组数据业务中，定义无线电承载的参数之一是终端使用的数据分组头字段的压缩方法。压缩要被发送的数据分组的头字段和解压缩接收的数据分组在UMTS系统中被在属于分组数据协议的分组数据会聚协议PDCP层上执行。PDCP层的任务包括涉及提高信道效率的功能，它们通常基于不同的优化方法，如数据分组头字段的压缩算法的使用。因为目前为UMTS设计的网络级协议是IP协议，所以所使用的压缩算法是那些由IETF(互联网工程任务组)标准化的算法。因此，ROHC压缩方法尤其适合于UMTS系统。终端的PDCP层通常支持几个头字段压缩方法，以便允许具有尽可能多的网络级协议类型的连接建立。

在UMTS系统的分组数据业务中使用的应用中的上行链路和下行链路方向中传送的数据量通常互相之间非常不同，以至于在下行链路方向中传送的数据比上行链路方向中传送的数据多得多。因此，其中上下文标识符能够被定义得在下行链路方向中比上行链路方向中更长的本发明的方法提高了UMTS系统中无线电资源的使用。

显然，随着技术的进步，本领域技术人员能够以许多种方式来实现本发明的基本思想。因此，本发明及其实施例并非由上述例子来限制，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (10)

1.一种当压缩数据分组的头字段时定义一个上下文标识符的方法，在该方法中，一个上下文被为一个数据分组流的压缩器和解压缩器定义，所述上下文控制所述压缩器和解压缩器的操作，所述上下文被附加到所述数据分组的一个上下文标识符识别，并且所述上下文标识符的长度被压缩器和解压缩器之间的数据传送定义，其特征在于：

在被发送的数据分组的上下文标识符中定义所述上下文标识符的长度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述上下文标识符包括用于定义上下文标识符的长度的至少一个比特的字段。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

在每个被发送的数据分组的上下文标识符中定义所述上下文标识符的长度。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

只在首先被发送的数据分组的上下文标识符中定义所述上下文标识符的长度。

5.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：

为从压缩器传送到解压缩器的数据分组流的上下文标识符定义一个不同于为从解压缩器传送到压缩器的数据分组流的上下文标识符定义的长度。

6.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：

根据ROHC定义来执行所述头字段压缩。

7.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：

在诸如UMTS系统的移动系统的无线电接口上执行所述头字段压缩。

8.一种用于压缩数据分组的头字段的压缩系统，该系统包括一个用于压缩被发送的数据分组流的压缩器和一个用于解压缩被接收的数据分组流的解压缩器，所述数据分组流的压缩器和解压缩器被安排来定义一个上下文，所述压缩器和解压缩器的操作被利用该上下文而控制，并且所述上下文被安排来由一个附加到所述数据分组的上下文标识符来识别，并且所述上下文标识符的长度被安排来由压缩器和解压缩器之间的数据传送来定义，其特征在于：

所述上下文标识符的长度被安排来在被发送的数据分组的上下文标识符中定义。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述上下文标识符包括用于定义上下文标识符长度的至少一个比特的字段。

10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于：

所述上下文标识符的长度被安排来在每个被发送的数据分组的上下文标识符中定义。