CN1889575B - 在ip层实现头压缩及复用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在IP层实现头压缩及复用的方法，包括以下步骤：将在IP层传输的IP数据包的UDP头压缩为UDP复用头，将具有相同源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文作为复用子帧，并在该复用子帧的前部加入所述UDP复用头，将一个以上携带有UDP复用头的复用子帧封装在同一个IP包中，并在所述IP包头部加入IP头。本发明提高了传输效率，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

在IP层实现头压缩及复用的方法

技术领域

本发明涉及压缩复用技术，特别是一种在IP层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，集中式基站控制器(CBSC)与集中式基站收发信机(CBTS)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IP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：

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出一种在IP层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IP层实现头压缩及复用的方法，包括以下步骤：

将在IP层传输的IP数据包的UDP头压缩为UDP复用头，将具有相同源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文作为复用子帧，并在该复用子帧的前部加入所述UDP复用头，将一个以上携带有UDP复用头的复用子帧封装在同一个IP包中，并在所述IP包头部加入IP头。

所述步骤之前还包括：

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；

b、发送方向所述接收方返回协商应答报文，该报文中携带所述发送方与所述接收方之间连接的连接标识；

c、所述接收方向所述发送方发送协商确认报文，确认进行所述头压缩及复用；

d、所述发送方将复用参数配置到用户面，由所述用户面完成业务报文的头压缩及复用。

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发送方的源端口号及接收方的目的端口号之间对应关系的映射表。

步骤d中所述发送方将复用参数配置到用户面具体执行以下步骤：

设置复用的最大子帧长度，所述业务报文的复用子帧超过该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。

步骤d中所述头压缩具体执行以下步骤：

用所述连接标识代替源UDP端口号及目的UDP端口号；删除UDP头的长度域及校验和域。

所述步骤d之后还包括停止头压缩及复用的过程，具体执行以下步骤：

e1、接收方向发送方发送请求停止头压缩及复用的协商请求报文；

e2、发送方向所述接收方返回协商应答报文，该报文中携带所述发送方与所述接收方之间的连接的连接标识；

e3、所述接收方向所述发送方发送协商确认报文，确认停止所述头压缩及复用。

完成对所述IP数据包的压缩复用之后，在所述IP数据包的尾部加入该IP数据包的校验和码。

所述协商请求报文及协商确认报文包括标志域、压缩复用启动域、报文长度域及保留域。

所述协商应答报文包括标志域、压缩复用确认域、连接标识域及保留域。

本发明通过将UDP头压缩为UDP复用头，将具有相同源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文作为复用子帧，在该复用子帧前部加入UDP复用头，并将多个携带有UDP复用头的复用子帧封装在同一个IP包中，使得多个业务报文共享UDP头和IP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。

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IP层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IP层传输业务报文时，将UDP头压缩为UDP复用头，将具有相同源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文作为复用子帧，在该复用子帧的前部加入所述UDP复用头，并将多个携带有UDP复用头的复用子帧封装在同一个IP包中，使得多个业务报文共享UDP头和IP头，从而提高传输效率，降低对传输带宽的要求和运营成本。

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。控制面协议在IP包头的协议域字段中填写的协议类型值为23，用户面协议在IP包头的协议域字段中填写的协议类型值为24。

由于每条话路都采用{源IP地址，目的IP地址，源UDP端口号，目的UDP端口号}组标识，且该标识在每条话路建立时就已经确定，后续话路上进行传输时，这些地址都是重复的，因此，应该可以将该标识压缩.但是，依照IP协议的规定，在IP层进行数据包传输时必须使用IP地址，否则所传输的数据包就会被丢弃，所以，本发明中头压缩的实现原理是：不压缩源IP地址和目的IP地址，只压缩源UDP端口号和目的UDP端口号.

具体压缩方法为：在发送方，将图2所示的16位源UDP端口号及16位的目的UDP端口号压缩为连接标识(SID)，即用SID代替源UDP端口号及目的UDP端口号，在接收方根据SID恢复出源UDP端口及目的UDP端口号。并且，删除16位UDP长度域，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。另外，将16位校验和域设置为可选项，在链路层已经提供校验的情况下，该校验和域可以没有，比如：如果在PPP链路上承载IP协议，由于PPP链路本身已经存在了校验和，且该校验和已经包括IP/UDP的头，此时，UDP头的校验和就可以不用。

压缩后的UDP头在本发明中称为UDP复用头，其结构如表2所示：

LXT

SXT

6位或者14位LEN

8位或者16位SID

表2

其中，LXT标志域为1位，用来表明LEN域是6比特还是14比特；

SXT标志域为1位，用来表明SID域的长度是8比特还是16比特；

SID为连接标识，接收发送两方必须保持一致，该连接标识在协商阶段协商获得，在复用报文中使用；

LEN为子帧长度，即复用的子帧长度，该长度不包括SID及LEN本身。本发明中，头复用的实现原理为：在不超过协议规定的IP数据包最大长度的情况下，将具有相同源IP地址和目的IP地址的数据包封装在同一IP数据包中，复用一个IP头；将具有相同源UDP端口号和目的UDP端口号的IP数据包作为复用子帧，加入UDP复用头。

另外，由于链路传输上存在误码的问题，需要校验传输中的错误，而IP包头的校验和仅覆盖了IP包头部分，因此，为正确保护复用包并减少校验开销，要在复用包的尾部增加校验和位，该校验和与UDP包头中的校验和类似，覆盖了复用包的包头及所有子帧。校验和为16位的值，类似于UDP的校验和，发送方如果在校验和域发送为0，即表示没有校验和，接收方在此条件下，无需计算校验和。

复用后的IP数据包格式如表3所示：

IP包头

UDP复用头

复用子帧

UDP复用头

复用子帧

……

校验和

表3

在实现头压缩及复用后，需要对IP数据包的包头部分进行修改，具体的修改为：由于将原来的多个业务报文封装在一个IP数据包中，总长度发生了变化，需要根据新的总长度大小重新填写IP包头中的总长度域；另外由于IP数据包的个数也发生了变化，需要根据IP协议的规定重新填写标识字段；由于头压缩及复用是在用户面实现的，因此协议域填写的类型值为24；最后还要根据以上字段的修改，重新计算首部校验和，计算方法与现有的IP协议规定的校验和算法相同。

图3为本发明的实施例中在IP层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IP头和UDP头压缩及复用的协商请求报文。协商请求报文是由接收方发起的，接收方如果支持压缩及复用，则在呼叫建立过程中，发起该协商请求。该协商请求报文的格式如表4所示：

表4

其中，FLAG域的长度为6比特，FLAG域的值为1时，则表示该报文是协商请求报文(MUX REQUEST)；

MON/MOFF域长度为1比特，当MON/MOFF＝0表示协商请求关闭压缩复用功能；MON/MOFF＝1表示协商请求启用压缩复用功能；

16位保留域(reserved)暂时没有使用，待后续版本协议的扩充。

步骤302、发送方向接收方返回协商应答报文，该协商应答报文中携带发送方与接收方之间所建立的连接的连接标识。协商应答报文是由发送方发送的，是用来确认协商请求的报文，分为同意(ACK)报文和不同意(NAK)报文，协商应答报文的格式如表5所示：

表5

其中，FLAG域的长度为6比特，值为2时，标识该报文为ACK报文，值为3时标识该报文为NAK报文；

MON/MOFF域长度为1比特，如果该报文为协商关闭，则MON/MOFF的值设置为1，如果该报文为协商启用，则MON/MOFF的值设置为0；

SXT域长度为1比特，值为0时表示SID为8比特，为1时表示SID为16比特；

SID是发送方确定的连接标识，当SID为8比特时，为保证4字节对齐，需要有8比特的填充。在本发明中，是用连接标识(SID)来标识不同的连接，该SID在一个点到点连接链路上是唯一的，由发送方从0开始编号。本实施例在链路两端建立了SID与源UDP端口号和目的UDP端口号的映射表，用SID代替源UDP端口号和目的UDP端口号，从而完成对源UDP端口号和目的UDP端口号的压缩。

后续的16位源端口号与目的端口号即SID对应的源端口号与目的端口号。

如果该协商应答报文为NAK报文，则表示不同意此次协商，并将不认可的参数返回给接收方，由接收方对这些参数进行调整后，再次发协商请求。

步骤303、接收方向发送方发送协商确认报文，确认进行IP头和UDP头压缩及复用。该协商确认报文的格式与表4格式相同，其中，FLAG域的长度也为6比特，只是值为4；MON/MOFF域的长度也为1比特，确认进行压缩复用则该域值为1，否则为0。

以上步骤中的协议为控制面协议，在IP数据包包头的协议域中填写的协议号为23。

步骤304、发送方将复用参数配置到用户面，也就是压缩复用的使能。需要设置如下几个复用参数：

F_MAX_SUB_LEN：复用的最大子帧长度，当超过这个长度时，就不进行复用了；

F_MAX_MUX_TIME：最大的复用时间，从开始复用开始，超过这个时间之前，必需将包发送出去，这个参数避免了复用导致过大的时延和抖动；

SID与源UDP端口号与目的UDP端口号对应关系的映射表。

步骤305、在用户面进行业务报文的头压缩及复用。

发送方的用户面在确认报文无可选项的情况下，进行IP头和UDP头压缩及复用，具体压缩和复用方法如前所述。

接收方根据IP的协议域解码，如果数据包是复用包，则根据LXT、SXT解包，并根据保存的SID与UDP端口号的关系恢复包。

如果接收方想停止包压缩和复用，则采用和步骤301到步骤303类似的过程进行协商，此时接收方发送的控制面报文为请求停止IP头和UDP头复用的协商请求报文，MON/MOFF域置0。

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IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将在IP层传输的IP数据包的UDP头压缩为UDP复用头，将具有相同源UDP端口号及目的UDP端口号的业务报文作为复用子帧，并在该复用子帧的前部加入所述UDP复用头，将一个以上携带有UDP复用头的复用子帧封装在同一个IP包中，并在所述IP包头部加入IP头；

所述步骤之前还包括：

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；

b、发送方向所述接收方返回协商应答报文，该报文中携带所述发送方与所述接收方之间连接的连接标识；用该连接标识来标识不同的连接，该连接标识在一个点到点连接链路上是唯一的，在链路两端建立了连接标识与源UDP端口号和目的UDP端口号的映射表，用连接标识代替源UDP端口号和目的UDP端口号；

c、所述接收方向所述发送方发送协商确认报文，确认进行所述头压缩及复用；

d、所述发送方将复用参数配置到用户面，由所述用户面完成业务报文的头压缩及复用。

2.根据权利要求1所述的在IP层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发送方的源端口号及接收方的目的端口号之间对应关系的映射表。

3.根据权利要求2所述的在IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，步骤d中所述发送方将复用参数配置到用户面具体执行以下步骤：

设置复用的最大子帧长度，所述业务报文的复用子帧超过该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。

4.根据权利要求1、2或3所述的在IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，步骤d中所述头压缩具体执行以下步骤：

用所述连接标识代替源UDP端口号及目的UDP端口号；删除UDP头的长度域及校验和域。

5.根据权利要求1、2或3所述的在IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述步骤d之后还包括停止头压缩及复用的过程，具体执行以下步骤：

e1、接收方向发送方发送请求停止头压缩及复用的协商请求报文；

e2、发送方向所述接收方返回协商应答报文，该报文中携带所述发送方与所述接收方之间的连接的连接标识；

e3、所述接收方向所述发送方发送协商确认报文，确认停止所述头压缩及复用。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的在IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，完成对所述IP数据包的压缩复用之后，在所述IP数据包的尾部加入该IP数据包的校验和码。

7.根据权利要求1、2或3所述的在IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述协商请求报文及协商确认报文包括标志域、压缩复用启动域、报文长度域及保留域。

8.根据权利要求1、2或3所述的在IP层实现头压缩及复用的方法，其特征在于，所述协商应答报文包括标志域、压缩复用确认域、连接标识域及保留域.

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