CN1422484A - 在无线接入网络中使用互联网协议(ip) - Google Patents

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Abstract

一个电信系统在该电信系统的节点之间的接口上具有一个协议体系结构，该协议体系结构包括互联网协议，作为传输网络层中的链路层协议之上的一个协议。该协议体系结构可以在几个接口中的一个或多个上使用，包括一个无线接入网络(17)和一个核心网络(19)之间的接口(Iu)；无线网络控制器[RNC]24和由此被服务的基站[BS](22)之间的接口(Iub)；以及一个源RNC(SRNC)和一个漂移RNC(DRNC)之间的接口(Iur)。本发明引入了用户平面协议，该协议可用于分组交换(Iu－PS)或电路交换(Iu－CS)实现方案的协议栈中，也可用于Iub和Iur接口上，因此使得IP－传输能够在类似UTRAN的无线接入网络中进行。

Description

在无线接入网络中使用互联网协议(IP)
背景
这个申请要求2000年2月8日提交的、美国临时专利申请序列号60/181,083的利益和优先权，这里整体引入作为参考。
1、发明领域
本发明是关于电信方面的，以及特别地涉及将互联网协议(IP)用于和/或用在无线接入网络(RAN)中。
2、相关领域和其他考虑
在一个典型的蜂窝式无线系统中，移动用户设备单元(UE)通过一个无线接入网络(RAN)与一个或更多核心网络进行通信。该用户设备单元(UE)可以是类似移动电话这样的移动台(“蜂窝式”电话)和带有移动端接的膝上型电脑，以及因此可以是，例如，便携式，袖珍的，手持的，包括计算机的，或车载的移动设备，该设备与无线接入网络进行语音和/或数据的通信。
该无线接入网络(RAN)覆盖了被划分为小区区域的地理区域，每一个小区区域由一个基站提供服务。该基站与用户设备单元(UE)在该基站范围内通过空中接口(例如，无线频率)进行通信。在该无线接入网络中，一些基站典型地(例如经由陆地线路或微波)连接到一个无线网络控制器(RNC)。该无线网络控制器有时也被称为基站控制器(BSC)，它管理和协调那里连接的多个基站的各种活动。该无线网络控制器典型地连接到一个或更多核心网络上。
无线接入网络的一个实例是通用移动电信(UMTS)陆地无线接入网络(UTRAN)。该UTRAN是一个第三代系统，在某些方面建立在欧洲开发的、称为全球移动通信系统(GSM)的无线接入技术之上。UTRAN基本上是一个宽带码分多址(W-CDMA)系统。
正如本领域的技术人员所理解的，在W-CDMA技术中公共频段允许用户设备单元(UE)与多个基站之间进行同时的通信。占用公共频段的信号在接收站基于高速伪噪声(PN)码的使用而通过扩频CDMA波形特性区别。这些高速PN码被用于调制由基站和用户设备单元(UE)发送的信号。发送站使用不同的PN码(或一个时间上偏移的PN码)来产生信号，该信号可以在接收站各自被解调。该高速的PN调制同样允许接收站通过结合该传送信号的几个截然不同的传播路径来方便地生成来自单个发送站的一个接收信号。因此，在CDMA中当连接从一个小区移交到另一个时，用户设备单元不必切换频率。结果是，目的小区可以在初始小区继续服务到用户设备单元(UE)的连接的同时支持该连接。既然该用户设备单元(UE)在移交过程中总是通过至少一个小区来进行通信，故该呼叫没有遭受破坏。因此，术语叫“软切换”。与硬切换相反的是，软切换是一种“先接后断”的切换操作。
通用移动电信(UMTS)陆地无线接入网络(UTRAN)既适应电路交换也适应分组交换连接。在这点上，在UTRAN中该电路交换连接涉及一个无线网络控制器(RNC)，它与一个移动交换中心(MSC)进行通信，该MSC依次连接到一个面向连接的外部核心网络，该网络可能是(例如)公共交换电话网络(PSTN)和/或综合业务数字网(ISDN)。另一方面，在UTRAN中该分组交换连接涉及一个无线网络控制器，它与一个服务GPRS支持节点(SGSN)进行通信，该SGSN依次通过一个骨干网和一个网关GPRS支持节点连接到分组交换网络(如互联网，X.25外部网络)。
在UTRAN中有几种关心的接口。该无线网络控制器(RNC)与该核心网络之间的接口在术语上被称为“Iu”接口。该“Iu”接口的电路交换方面在术语上被称为“Iu-CS”接口；该“Iu”接口的分组交换方面在术语上被称为“Iu-PS”接口。一个无线网络控制器(RNC)与其基站(BS)之间的接口在术语上被称为“Iub”接口。在一些实例中，一个连接涉及源RNC(SRNC)和漂移RNC(DRNC)，其中SRNC控制连接但该连接中一个或多个不同的支路由DRNC控制(在这点上，见1998年3月6日提交的美国专利申请序列号09/035,821，题目是“Telecommunications Inter-Exchange Measurement Transfer(电信交换站间测量转移)”和1998年3月6日提交的美国专利申请序列号09/035,788，题目是“Telecommunications Inter-ExchangeCongestion Control(电信交换站间拥塞控制)”。SRNC和DRNC之间的接口在术语上被称为“Iur”接口。
称为第三代伙伴计划(3GPP)的项目已经着手进一步发展UTRAN和基于GSM的无线接入网络技术。图7图解了一个用于3GPP-99的用户平面协议。图7特别说明了(如左边堆栈)用于Iu-CS，Iur和Iub接口的用户平面协议栈以及(如右边堆栈)用于Iu-PS接口的用户平面协议栈。正如图7所示，该用户平面协议栈在无线网络层和传输网络层之间分开。图7中3GPP-99用户平面协议栈中可归于传输网络层的那部分被涂成阴影。该传输网络层提供了无线网络层所需的传输服务。
从图7所显而易见的是，用于3GPP-99用户平面协议栈的较低层协议栈应用了异步传输模式(ATM)技术。ATM是一种面向分组的传输模式，它使用了异步时分复用技术。分组被称为信元以及具有固定的大小。一个ATM信元由53个八位位组组成，其中的5个形成头标以及其中的48个组成“有效载荷”或信元的信息部分。ATM信元的头标包括两个量用于识别ATM网络中的一个连接，信元通过ATM网络进行移动，具体是VPI(虚路径标识符)和VCI(虚通道标识符)。通常，该虚路径是该网络的两个交换节点之间定义的主要路径；该虚通道是各自主要路径上的一个特定连接。
为了说明ATM的分层，开发了一个协议参考模型。该协议参考模型的层次包括(从低到高层)：一个物理层(包括一个物理介质子层和一个传输汇聚子层)，一个ATM层，和一个ATM适配层(AAL)，和更高层。该AAL层的基本目的是通过映射高层协议数据单元(PDU)到ATM信元的信息域而将更高层从ATM层的特定特征中分离出来，反之亦然。这里有几种不同的AAL类型或种类，包括AAL0，AAL1，AAL2，AAL3/4，和AAL5。然而另一种AAL类型，称为基本AAL2(AAL2 prime)，在下面进行描述(所有将在此引入作为参考：1998年11月9日提交的美国专利申请序列号09/188,102；1998年11月9日提交的美国专利申请序列号09/188,347；和国际专利申请号PCT/SE98/02250(WO99/33315,1999年7月1日公布))。
AAL2是有ITU推荐I.363.2所定义的标准。一个AAL2分组包括3个八位位组分组头标，以及一个分组有效载荷。该AAL2分组头标包括一个八位信道标识符(CID)，一个六位长度指示符(LI)，一个五位用户-到-用户指示符(UUI)和五位头标错误控制(HBC)。该携带用户数据的AAL2分组有效载荷可以在1-45个八位位组之间变化。
本发明的一个目的是，在一个方面，在用于如UTRAN的无线接入网络各种接口(如Iu-CS接口，Iur接口和Iub接口)的用户平面协议栈的ATM协议场合中使用互联网协议，以及在另一方面是提供一种新的传输网络层协议，可在这些接口以及Iu-PS接口上使用。
发明概述
一个电信系统具有该电信系统节点之间的接口上的协议体系结构，该协议体系结构包含互联网协议作为链路层协议之上的一个协议。该协议体系结构可以使用在几个接口中的一个或多个上，包括一个无线接入网络和一个核心网络之间的接口(Iu接口)；无线网络控制器(RNC)和由此得到服务的基站(BS)之间的接口(Iub接口)；和RNC之间的接口(如在源RNC(SRNC)和漂移RNC(DRNC)之间)(Iur接口)。
几种用于Iu-CS接口，Iur接口，Iub接口的协议体系结构的实现方案已被公开。在第一实现方案中，该协议体系结构在传输层的用户平面协议栈包括链路层协议；链路层协议之上的互联网协议；互联网协议之上的UDP协议；和更高层。与这个第一实现方案相关的一个技术中，在互联网协议中一个序列号被携带在IP可选域和Ipv6扩展头标之一中，该序列号用于重新排列进来的IP数据报。在这项技术中，UDP端口号被当作连接标识符使用。在该第一实现方案的另一种技术中，应用了UDP/IP，但上层的帧处理协议重新排列接口上进来的帧，例如该帧处理协议修改为包括一个序列号域和一个用于重新排列进来帧的标识符。
在第二实现方案中，该协议体系结构在传输层的用户平面协议栈包括链路层协议；链路层协议之上的互联网协议；互联网协议之上的UDP协议；和UDP协议之上的一个完全新的协议，这里命名为“XTP协议”。更高层在XTP协议之上。在该XTP协议中，每一个XTP分组具有一个连接标识符和一个序列号和一个有效载荷。该有效载荷包括上层协议，如，帧处理和用户平面数据。在该实现方案的一个模式下，多用户平面数据帧(如语音帧)是复用在一个IP数据报中的。
在第三实现方案中，该协议体系结构在传输层的用户平面协议栈包括链路层协议；链路层协议之上的互联网协议；互联网协议之上的UDP协议；UDP协议之上的UAL2协议和更高层。该UAL2协议基本上类似AAL2协议，但每一个UAL2-PDU携带一个整数数目的AAL2分组(没有部分的AAL2分组)。还有，UAL2包括便于顺序传递的序列号。
在第四实现方案中，该协议体系结构在传输层的用户平面协议栈包括链路层协议；链路层协议之上的互联网协议；互联网协议之上的UDP协议；UDP协议之上的RTP协议；和更高层。依照该第四实现方案的一个变动，在RTP协议中一个同步源(SSRC)标识符被分配给所涉及接口之上的两个节点之间(如，无线接入网络的节点与核心网络的节点之间用于Iu接口)的每一个电路交换连接。依照该第四实现方案的一个变动，RTP协议将多个RTP分组压缩在一个IP数据报中。
作为本发明一个方面的新的XTP协议也可以使用在Iu-PS(分组交换)接口实现方案的协议栈中。在这个Iu-PS(分组交换)接口实现方案中，该协议体系结构在传输层的用户平面协议栈包括链路层协议；链路层协议之上的互联网协议；互联网协议之上的UDP协议；UDP协议之上的XTP协议；和更高层。
附图简述
本发明的上述和其他的目的，特征，和优点从下面在附图中加以说明而对优选实施方案更特别的描述将更加明显，在附图中参考符号指的是各种附图中的同一部分。这些附图未必是按比例绘制的，而是将重点放在说明本发明的原理。
图1是一个使用本发明的电信系统的实施方案的示意图。
图2是一个用于图1实施方案的电信系统的实例无线网络控制器(RNC)的示意图。
图3是图1的电信系统的一部分的示意图，它是依照用于Iu-CS接口的、基于IP的协议栈的第一实例实现方案的。
图3A是一个说明在帧处理协议中引入一个序列号的技术以便于重新排列进入帧的概略图。
图3B是一个说明在一个互联网协议(IP)可选域中引入一个序列号的技术的概略图。
图3C是一个说明在互联网协议(IP)的一个Ipv6头标中引入一个序列号的技术的概略图。
图4是图1的电信系统的一部分的示意图，它是依照用于Iu-CS接口的、基于IP的协议栈的第二实例实现方案的。
图4A是一个用于说明依照图4的实例实现方案模式将XTP分组复用成一个单个IP分组的概略图。
图5是图1的电信系统的一部分的示意图，它是依照用于Iu-CS接口的、基于IP的协议栈的第三实例实现方案的。
图5A是一个依照图5的实例实现方案说明UAL2-PDU中的整数倍AAL2分组的概略图。
图6是图1的电信系统的一部分的示意图，它是依照用于Iu-CS接口的、基于IP的协议栈的第四实例实现方案的。
图6A是一个依照图6的实例实现方案说明一个RTP分组160的概略图。
图6B是一个依照图6的实例实现方案说明一个一般的RTP复用场景的网络配置的概略图。
图6C是一个依照图6的实例实现方案说明一个特定的RTP复用场景的网络配置的示意图。
图7是一个用于3GPP-99的用户平面协议的概略图。
图8是图1的电信系统的一部分的示意图，它是依照用于Iu-PS接口的、基于IP的协议栈的一个实例实现方案的。
详述
在以下描述中，出于解释和不局限的目的，提出了类似特定结构，接口，技术等特定的细节，目的是提供对本发明的透彻的了解。不过，对本领域的技术人员而言显而易见的是本发明可以以其他脱离这些特定细节的实施方案来实践。在其他情形下，忽略众所周知的设备，电路，和方法的详述以免以不必要的细节来掩盖本发明的描述。
图1说明了一个无线接入网络17，该网络经过骨干网18与核心网络19进行通信。在无线接入网络17中，该网络碰巧是基于UTRAN的无线接入网络，一个用户设备单元(UE)20经过空中接口(如，无线接口)23与一个或更多基站22进行通信。出于简化的目的，图1说明了四个代表性的基站221，1，221，2，222，1，和222，2。基站的第一组(如，基站221，1，221，2)连接(通过陆地线路或微波)到第一无线网络控制器(RNC)241并由其控制。基站的第二组(如，基站222，1，221，2)连接到第二无线网络控制器(RNC)242并由其控制。(那些本领域的技术人员将会理解在一些网络中一个RNC也可以被称为基站控制器(BSC))。该无线网络控制器(RNC)241，242反过来连接到骨干网18上。该骨干网18包括多个连接在高容量(如，高带宽)网络中的互联网协议(IP)路由器。
核心网19同样被连接到骨干网18上。该核心网包括多个核心网络节点，图1以代表性的样式说明了两个这样的核心网节点，特别是连接到骨干网18的移动交换中心(MSC)节点26和提供服务的GPRS支持节点(SGSN)28。该移动交换中心(MSC)节点26连接到由云30表示的电路交换电话网络(PSTN/ISDN)上。提供服务的GPRS支持节点(SGSN)28连接到由云32表示的分组交换网络上(如，互联网)。一个核心网节点(MSC或SGSN)可以由几个RNC同时控制。
正如本领域的那些技术人员所理解的，当用户设备单元20加入一个移动电话连接时，来自用户设备单元20的信令信息和用户信息经过指定无线信道上的空中接口23传输到一个或多个基站22。该基站有无线收发器来传输和接收与连接或会话有关的无线信号。对于从用户设备单元20向连接有关的其他方的上行链路上的信息，基站将无线获取的信息转换成数字信号，转发到合适的无线网络控制器(RNC)24。
既然用户设备单元20可以在地理上移动以及相对于基站22正在发生移交，某个控制的无线网络控制器(RNC)，称为源RNC(SRNC)，协调了可能与这次连接或会话有关的多个基站22的加入。那些基站中的一些可能与无线网络控制器(RNC)相关联而不是源RNC，其他这样的非源RNC被命名为漂移RNC或DRNC。在图1的特定实例中，对于一个实例连接而言，无线网络控制器(RNC)241充当源RNC而无线网络控制器(RNC)242充当漂移RNC。在上行链路上，该源无线网络控制器(RNC)241从一个或多个基站22中拣选出用户信息帧以生成用户设备单元20与其他方之间的连接，不管那方是在PSTN/IDSN28中或在分组交换的网络上(如，互联网)32。这里，术语“RNC”用于特定上下文中，既包括源RNC也包括漂移RNC。
图1的电信系统包括三种接口Iu，Iur，和Iub。Iu接口显示在核心网19和RNC之间(如，SRNC241和DRNC242)。Iur接口存在于源无线网络控制器(RNC)241和漂移无线网络控制器(RNC)242之间。Iub接口存在于RNC和基站22之间。正如图1所示，接口Iu既包括电路交换方面(Iu-CS)也包括分组交换方面(Iu-PS)。
依照本发明的一个方面，一个或多个接口Iu-CS，Iur，和Iub具有互联网协议(IP)作为链路层协议之上的协议。更特别地是，在本发明的一些实例实现方案中，该互联网协议(IP)是直接在链路层协议上面的传输层中的。在这点上，依照3GPP的说法，本发明的互联网协议(IP)属于传输网络层，但可以被认为是在协议体系结构的另一种模型的另一层(如，在IETF协议体系结构的网络层)。
在图1中，为相应的接口Iu-CS，Iur，和Iub说明用户平面协议栈100，101和102的部分。特别地，依照本发明，如图1所示，用于相应三种接口Iu-CS，Iur，和Iub的用户平面协议栈100，101和102具有互联网协议(IP)作为链路层之上的协议。出于概括的目的，在图1的用户平面协议栈100，101和102中仅特别说明了链路层协议(堆栈中的最低层协议)和互联网协议(IP)，虽然(可以从后面的讨论中看出)其他更高层协议安排在堆栈的更高位置。
本发明的协议栈的实例实现方案包括更高层协议(可以堆放在图1的用户平面协议栈100，101，102的互联网协议上(IP))。这里描述的实例实现方案主要参照Iu-CS接口。不过，可以理解的是下面为Iu接口描述的各种实例同样适用于其他接口，例如Iur接口和Iub接口。而且，在只要涉及Iur接口和Iub接口中IP协议的使用的情况下，可以理解所涉及节点之间(如，用于Iur接口的RNC节点241和242；用于Iub接口的RNC节点24和BS节点22)的连接可以涉及可与骨干网18相比较的骨干网，而不是图1所示的特定连接。
考虑到这里描述的对应于Iu-CS接口的用户平面协议栈的实例实现方案，通常首先提供关于无线网络控制器(RNC)24的特定方面的简要描述。图2说明了一个实例和代表性的无线网络控制器(RNC)24。在图2的无线网络控制器(RNC)24中，由RNC控制单元41控制的交换机40包括多个端口，一些端口被连接到分集切换单元(DHU)42以及另一些端口连接到各种接口上。分集切换单元(DHU)42连接到定时单元43上。该RNC控制单元41连接到RNC24的每一个单元上。RNC24通过信令接口44连接到一个信令网络上。信令接口44连接到RNC控制单元41上。连接到交换机40的端口上的接口包括骨干网接口单元45；RNC接口单元46；和基站接口单元48。MSC接口单元45连接到骨干网18上。RNC接口单元46连接到RNC间的传输链路49上。基站接口单元48连接到RNC24提供服务的基站(BS)集合。
该无线网络控制器(RNC)24另外包括用于终止/处理用户平面数据协议的功能。在这点上，图2进一步说明无线网络控制器(RNC)24为包括一个无线链路控制(RLC)单元50和一个分组数据处理单元51。该无线链路控制(RLC)单元50主要处理对用户设备单元(UE)20的无线链路控制。该无线链路控制(RLC)单元50的特定功能是重传发生错误的帧，误差控制，服务质量(QoS)协调，等等。对于分组交换的连接，分组数据处理单元51处理Iu-PS特定协议(如，GTP[GPRS隧道化协议])并与分组交换核心网络节点进行通信，如SGSN28(见图1)。如果希望的话，无线链路控制(RLC)单元50和分组数据处理单元51的功能可以合成为单个单元，该单元应付用户平面的处理，如，一个用户平面处理(UPP)板。
不过，应当理解的是图2说明的RNC结构仅仅是个实例，以及可以使用其他与本发明一致的RNC结构配置。例如，不是包括一个交换机40(例如ATM交换机)，而是RNC的各种板或单元可以每一个拥有一个路由器，以致于每一个板上的IP路由器将基本上映射一个IP地址到ATMVCI。
从图3到图6描述了依照本发明的用户平面协议栈的不同实现实施方案。虽然主要说明的是在Iu-CS接口的情况下，(如前所述)用于图3到图6实现方案的用户平面协议栈同样适用于Iur接口和Iub接口。
对Iu-CS接口而言，在可靠的实施方案中，以太网作为一个合适的链路层技术的非限制性例子使用。本领域的技术人员将理解以太网仅仅只是合适的链路层技术的一个例子，其他例子有Sonet上的互联网协议(IP)，或SDH上的互联网协议(IP)。当节点互相十分接近时以太网适合于链路层技术。如果节点之间的距离足够大时，则应当使用广域网(WAN)链路层技术。对Iub接口而言，可以重新使用现有的点对点链路，因此举例来说，该链路层可以是例如PPP。
可以理解的是本发明使用链路层协议(如，以太网)和互联网协议(IP)来分别替换图7的ATM和AAL2协议。正如前面指出的，AAL2协议提供了一个连接标识符(AAL2 CID)而ATM提供了顺序传递。因此在接口(可以是Iu-CS接口，Iur接口，或Iub接口)的协议栈中替换AAL2涉及标识另一个协议中的相同两个节点之间(如，在一个RNC和MSC之间)的用户平面数据流。而且，为了补偿通常由ATM而不是IP协议提供的顺序传递，本发明的新协议栈为接收器提供了装置用于重排序进来的IP数据报，以及检测丢失的IP数据报。例如，本发明的新协议栈引入了某一类型的一个序列号域，这是因为IP协议的IP数据报不总是按照它们已发送的顺序到达的。
图3说明了图1的电信系统的一部分，它是依照用于涉及接口(如，Iu-CS接口，Iur接口，或Iub接口)的基于IP的协议栈的第一实例实现方案的。特别地，图3将连接无线接入网络17和核心网19的电路交换方面(如，移动交换中心(MSC)节点26)的Iu-CS接口图解为具有用户平面协议栈100-3。在该用户平面协议栈100-3中，传统排列的ATM和AAL2协议已经被合适的链路层协议(如，以太网)；IP协议；UDP协议所替换。因此，图3实现方案的传输网络层中协议体系结构的用户平面协议栈100-3包括该链路层协议，链路层协议之上的互联网协议，和互联网协议之上的UDP协议。此外，该帧处理协议在UDP协议之上，以及该用户平面数据帧在帧处理协议之上。
本领域的那些技术人员清楚该UDP是一个直接在互联网协议(IP)之上的简单数据报协议。UDP地址格式等同于由传输控制协议(TCP)使用的那些格式。类似于TCP，UDP使用一个端口号和一个IP地址一起来识别通信的末端点。该UDP端口号空间独立于TCP端口号空间(即，一个UDP端口可能不“连接”到TCP端口上)。
在图3的实例实现方案中，使用IP协议携带的IP地址来识别接收到的节点以及还有接收节点中的设备板，如果需要的话。例如，在所示的图2中的无线网络控制器(RNC)24的实例内容中，这样的一个设备板可以是前面讨论的一个无线链路控制(RLC)单元50(见图2)或一个用户平面处理(UPP)板。在图3的实例实现方案中，由UDP协议携带的UDP端口号指出用户平面数据流，如，用于替代或对应于AAL CID。
图3实现方案中的用户平面协议栈100-3本身不提供顺序传递，这是因为IP协议的IP数据报可能以随机的顺序到达。依照本发明，这里有各种技术来弥补这种现象。在一个这样的技术中，使用UDP/IP，但修改了该帧处理协议，使得该帧处理协议能够重新排列进来的帧。特别是，在该帧处理协议中引入了新序列号和连接标识符使得该帧处理协议能够重新排列进来的帧。图3A说明帧处理协议的帧头标130，以及说明依照该技术已经添加了一个连接标识符域132和序列号域134。作为在帧协议中包括一个连接标识符的替代方案，可以为此使用UDP端口。
图3实现方案的另一个技术是在一个互联网协议(IP)的可选域或互联网(IP)的一个Ipv6扩展头标中携带一个序列号。在这点上，图3B说明了携带序列号136的互联网协议(IP)可选域135，同时图3B说明了携带序列号138的Ipv6扩展头标137。在这项技术中，UDP端口号被用作连接标识符。当然这项技术要求互联网协议(IP)层中的一些修改。在所有这些技术中，互联网协议(IP)分组的数目相当大，这是因为该实现方案不提供将几个用户平面数据帧复用为一个互联网协议(IP)数据报。
因此图3的实例实现方案的优点在于不要求任何新协议，以及协议的额外开销最小。图3的实例实现方案要求3GPP帧处理的一些变化，以及(如前所述)不提供将几个用户平面数据帧复用为一个互联网协议(IP)数据报(潜在导致IP数据报的数目巨大)。而且，数目巨大的UDP端口可能不得不被分配给几个用户平面数据流。
图4说明一个依照基于IP的协议栈的第二实例实现方案的、图1的电信系统的一部分。特别是，图4将连接无线接入网络17和核心网19的电路交换方面(如，移动交换中心(MSC)节点26)的Iu-CS接口图解为具有用户平面协议栈100-4。再次，虽然图4的图解提供的是在Iu-CS接口的情况下，应当理解图4实现方案的原理同样适用于Iur接口和Iub接口。
在该用户平面协议栈100-4中，传统排列的ATM和AAL2协议已经被四种协议所替换：一个合适的链路层协议(如，以太网)；IP协议；UDP协议和一个完全新的协议，这里术语称为“XTP协议”。因此，图3实现方案的传输网络层中协议体系结构的用户平面协议栈100-4包括该链路层协议，链路层协议之上的互联网协议，互联网协议之上的UDP协议，和UDP协议之上的“XTP协议”。此外，该帧处理协议在XTP协议之上，以及该用户平面数据帧在帧处理协议之上。
本发明的新XTP协议是发明人自己的开发。因此，本发明的新XTP协议不能与其他具有相似缩写的协议(例如，快速传输协议)混淆起来。
该新XTP协议是一个用户平面协议，它位于UDP/IP和帧处理协议(见图4堆栈100-4)之间的协议栈中，该新XTP协议可以在Iu-CS接口，Iur接口，和Iub接口上使用。该新XTP协议以以下功能为特征，例如连接标识；顺序传递；和(可选地)将几个用户平面帧复用为一个IP数据报。
图4A说明了一个IP数据报140，该数据报包括依照新XTP协议的XTP PDU。该IP数据报140包括一个或多个XTP分组，从XPD PDU1到XPD PDU n。该IP分组140同样包括一个IP域141；一个UDP域142；和一个XTP复用头标143。该XTP复用头标可以在该复用分组的开头包括几个值，如校验和和总长度。每一个XTP PDU包括一个连接标识符域144；一个序列号域145；一个长度域146；和一个帧域或有效载荷147。该连接标识符144替换了AAL2 CID并用于指出用户数据流。
XTP分组142的有效载荷包括高层协议，如，帧处理和用户平面数据。在图4实现方案中，XTP分组142的连接标识符域144对应于AAL2CID，如，该连接标识符域144识别两个节点之间的用户平面数据流。在接收端使用序列号域145来重新排列分组。既然用户平面数据帧域147的长度可能依赖于用户平面数据活动而发生变化，因此使用了长度域146。
图4实现方案提供了一个连接标识符和顺序传递。此外，在图4实现方案的一个模式下多个用户平面数据帧可选地复用成为一个IP数据报。因此图4实现方案提供以最小的协议额外开销将几个用户平面数据帧(如，几个XTP分组142，每一个具有用户平面数据帧域147)复用成为一个IP分组140。同样可能为每一个单个XTP分组142计算出校验和，但是是以增加的协议额外开销为代价。为XTP分组使用不相同的错误保护同样是可能的。这意味着对头标计算校验和(如连接ID，序列号，和长度域)，而不是对用户平面数据计算。这在一些实现方案中是可行的，这是因为该应用可能不能使用同样错误的用户数据。不过如果头标不符合要求的话，使用该数据是不可行的。
本发明的新XTP协议有各种实现方案备选。第一备选的实现方案是为识别一个连接的固定目的而使用连接标识符域144。但作为第二备选的实现方案，UDP端口可以被用作连接标识符。在该备选的第二实现方案中，每一个用户平面流使用自己(专用的)的UDP端口号。作为第三备选的实现方案，可以以参照上面图3A所描述的方式修改帧处理协议。
使用该新XTP协议的顺序传递同样可以随各种备选的实现方案而变得便利。关于顺序传递的第一这样的备选实现方案是为其固定目的而使用该序列号域145(见图4A)。关于顺序传递的第二备选实现方案涉及以参照上面图3A所描述的方式修改帧处理协议。
按照其可选的复用技术，新的XTP协议以两种方法为特征。如果需要，可以同时使用这两种方法。第一方法涉及在互联网协议(IP)之上对XTP协议级进行复用，如参照图4A所示。这种第一方法只能在使用连接标识符域144时使用。第二方法涉及带有头标压缩的PPP复用。这种第二方法只有当UDP端口被用作连接标识符时才可行(如上所述)。
有了本发明的新XTP协议，无线网络层没有受到影响。而且，该XTP协议提供了使用其连接标识符(即，连接标识符域144)或使用UDP端口域来携带连接识别信息的灵活性。此外，该新XTP协议包括序列号，以方便顺序传递。
图4实现方案具有以下优点：(1)最小的协议额外开销(2)由于潜在的复用用户平面数据帧成为一个IP数据报(见图4A)而减少IP数据报的数目；(3)对应于IETF的RTP和RTP复用的简化；(4)对应于3GPP的IU-PS GTP协议的简化；和(5)不需要RTP。
应当理解的是图4实现方案并不要求复用用户平面数据帧成为一个IP数据报。在慢速点对点链路中(如，T1)，一个操作者可以使用链路层复用(如，PPP复用)替代XTP复用。随着XTP复用，IP分组大小增加，这反过来在慢速链路上引起问题。该PPP复用可以与头标压缩一起使用，目的是为了降低通过一个慢速链路发送数据的数量。
图5说明了一个依照基于IP的协议栈的第三实例实现方案的、图1的电信系统的一部分。该第三实例实现方案可以用于Iu-CS接口，Iur接口，和Iub接口。图5特别地将连接无线接入网络17和核心网19的电路交换方面(如，移动交换中心(MSC)节点26)的Iu-CS接口的第三实例实现方案图解为具有用户平面协议栈100-5。在该用户平面协议栈100-5中，传统排列的ATM和AAL2协议已经被四种协议所替换：合适的链路层协议(如，以太网)，IP协议，UDP协议，和UAL2协议。因此，图3实现方案的传输网络层中协议体系结构的用户平面协议栈100-5包括该链路层协议，链路层协议之上的互联网协议，互联网协议之上的UDP协议，和UI)P协议之上的UAL2协议。此外，如在其他实现方案一样，该帧处理协议在UAL2协议之上，以及该用户平面数据帧在帧处理协议之上。
该UAL2协议，称为“对AAL2有兼容性的UDP适配层”，打算提供与AAL2 CPS同样的服务以及使用与AAL2 CPS同样的分组格式。不过，如图5A所示，UAL2 PDU150的格式有些不同于AAL2 CPS-DPU的格式。特别是，如图5A所示，在UAL2协议中一个UAL2-PDU150携带一个整数K(如，整数一或更大，每个UAL2-PDU的K可以变化)的AAL2分组。允许一个UAL2-PDU数据报携带多于一个(如K＞1)AAL2分组是有好处的，目的是减少用于短分组的传输额外开销。此外，UAL2 PDU的头标包括一个序列号域151来方便顺序传递。由于在AAL2中没有序列号，所以当在UAL2之下使用IP时，需要该序列号来提供顺序传递。
如图5A所示，每一个AAL2分组152有一个分组头标，该头标包括一个连接标识符(CID)153；一个长度(U)域154；一个UUI域155；和，一个HEC域156。此外，每一个AAL2分组152有一个有效载荷157。该连接标识符(CID)153长度为8位，以及标识单个用户平面数据流连接。该长度(U)域154是一个带有用于打开多分组UAL2-PDU的信息的指示符。该UUI域155是五位，带有用于分段和重新组合用户分组(ALL2SDU)的信息，所述用户分组大于45个八位位组的最大AAL2分组有效载荷。该有效载荷157的长度在1-45个八位位组之间。
图6说明了一个依照基于IP的协议栈的第四实例实现方案的、图1的电信系统的一部分。图6实现方案特别说明的是在Iu-CS接口(例如连接无线接入网络17和核心网19的电路交换方面(如，移动交换中心(MSC)节点26))的情况下。不过图6的第四实例实现方案同样适用于Iur接口和Iub接口。图6实现方案有用户平面协议栈100-6。在该用户平面协议栈100-6中，传统排列的ATM和AAL2协议已经被四种协议所替换：合适的链路层协议(如，以太网)，IP协议，UDP协议，和RTP协议。因此，图3实现方案的传输网络层中协议体系结构的用户平面协议栈100-6包括该链路层协议，链路层协议之上的互联网协议，互联网协议之上的UDP协议，和UDP协议之上的RTP协议。此外，该帧处理协议在RTP协议之上，以及该用户平面数据帧在帧处理协议之上。
该RTP(实时传输)协议提供了适合于传输实时数据应用的端到端联网传输功能。该RTP数据传输由控制协议(RCTP)扩充以允许监测数据传递以及提供最小控制和识别功能。该RTP和RTCP被设计成独立于下面的传输和网络层。
一个RTP分组160的一般格式如图6A所示，包括一个固定的RTP头标161，一列起作用的源162，和RTP分组有效载荷数据163。该RTP头标161尤其包括一个同步源(SSRC)标识符166和一个序列号167。
一些下面的协议可能要求对所要定义的RTP分组进行封装。典型地，下面协议的一个分组包括一个单个RTP分组，但如果该封装方法允许的话，可以包括几个RTP分组。一个RTCP分组包括一个固定的头标部分，类似于RTP数据分组的部分，紧接着的是结构化的单元，该单元根据RTCP分组类型而变化。该RTP依靠更低层协议来提供一些机制，如用于复用一个会话的RTP和RTCP分组的端口。这是一个标识传输级端点的网络地址和端口的组合，例如一个IP地址和一个UDP端口。从一个源传输地址向目的传输地址传输RTP分组。对于每一个加入者，由一对特定的目的传输地址(一对用于RTP和RTCP的网络地址)来定义一个RTP会话。
该同步源(SSRC)标识符166是一个32位域，由RTP要求该标识符被随机选择，目的是在同一个RTP会话(由IP地址和UDP端口的组合来定义)中没有两个源具有同样的SSRC标识符。在RTP中，来自同步源的所有分组形成同一定时和序列号空间的一部分，因此一个接收器将来自同步源的分组聚成组以回放。
在图6实现方案中，可以为一个节点或一个设备板指配一个IP地址。同样可以使用UDP来选择一个节点内的目的板，而SSRC标识符用于指出一个RTP分组160所属的那个用户平面数据流。例如，图6特别地说明一种态势，其中该IP地址用于规定一个节点(如，无线网络控制器(RNC)24)；UDP端口号用于规定目的板(如，设备板168，可以是初期描述的用户平面处理(UPP)板)；同步源(SSRC)标识符166用于规定或指出终止RTP协议的特定过程(如，图6中的过程169)。
图6中的RTP实现方案同样允许依照本发明的复用技术。主要地，依照本发明，使用一项技术将以下内容压缩进一个互联网协议(IP)数据报：(1)合适的RTP，UDP，IP分组的头标；和(2)几个用户平面数据帧(如，几个RTP分组160)。然后从该压缩产生的互联网(IP)数据报被发送到接收节点。该接收节点解压缩互联网协议(IP)数据报并得到该用户平面数据帧。
因此，图6实现方案，包括协议栈中的RTP，同样可以涉及复用。关于Iu-CS接口，该RTP协议终止在该无线网络控制器(RNC)24的一端，如，在一个用户平面处理(UPP)板上，和MSC的另一端。当在这个实现方案中使用复用技术时，可能在一些其他板上或甚至在终止节点之外(如，在类似一个接入路由器的独立节点上)执行复用。
如图6B一般所示，本发明的RTP复用技术识别骨干网中接入路由器中的连接流(如，用户平面数据流)，以及在接入路由器中压缩互联网协议(IP)数据报。然后一个接收接入路由器解压缩该互联网协议(IP)数据报并将解压缩后的互联网协议(IP)数据报转发到一个接收用户。在图6B的情况下，一个流(如，CS连接)可以用一个源互联网协议(IP)地址，源端口，目的互联网协议(IP)地址，和目的端口(和可能还有协议)来定义。
图6C类似于图6B的一般的说明，但说明了RTP复用技术是如何通过Iu接口实现的。在图6C中，一个Iu接口通过中间骨干网170扩展开来。该中间骨干网170通过路由器172连接到无线接入网络174以及通过路由器175连接到核心骨干网176。该“终端用户”是RTP-终止过程。RTP终止过程1801和1802显示为位于一个用户平面处理板(在RNC)上；RTP终止过程1803和1804位于核心网中。接入路由器172和175可能分别是无线接入网络和核心网的一部分。接入路由器172检测发向核心网的用户平面数据流，以及压缩该分组的RTP/UDP/IP头标并用一个新的RTP/IP/UDP分组复用它们。然后将产生的互联网协议(IP)数据报发送到目的地。
为每一个设备板(如，一个RNC节点中的每一个RLC板或UPP板)分配一个IP地址是可能的。使用这个备选方案，每一个RLC设备板负责产生内部的RTP/UDP/IP分组，以及该节点或一个独立节点中的另一个板负责RTP复用。
在另一种变化中，其中SSRC域不是用于分离用户，而为不同的电路交换连接(如，不同的用户平面数据流)使用不同的UDP端口。
本发明的一个方面的四个实例实现方案已经在前面进行了描述。本发明并不局限于这四个实现方案。例如，可以结合本发明在Iu-CS接口，Iur接口，和Iub接口上对互联网协议(IP)的使用而使用其他协议。例如本发明可以与本发明的协议栈体系结构中的互联网协议(IP)之上的GRE(通用路由封装)协议一起使用。
作为本发明的另一个方面，图8说明了本发明的新XTP协议如何同样使用于Iu-PS(分组交换)接口。特别是，图8将连接无线接入网络17和核心网19的分组交换方面(如，服务GPRS支持节点(SGSN)28)的Iu-PS接口图解为具有用户平面协议栈100-8。在该用户平面协议栈100-8中，传统排列的ATM和AAL5协议(见图7)已经被两种协议所替换：合适的链路层协议(如，以太网)和IP协议。因此，图8实现方案的传输网络层中协议体系结构的用户平面协议栈100-8包括该链路层协议(以太网)，链路层协议之上的互联网协议，互联网协议之上的UDP协议，和UDP协议之上的XTP协议。此外，该用户平面数据(如，端到端IP分组，等)在前面解释过的新XTP协议之上。
本发明的基于互联网协议(IP)的协议栈的使用涉及参与节点上的一个互联网协议(IP)-端接板，设备，或单元(如，在Iu-CS接口情况下的无线网络控制器(RNC)24和MSC)。在一些硬件实现方案中，这样的互联网协议(IP)-端接设备可以是一个扩展终端(ET)或接口单元。在互联网协议(IP)终止后，可以由节点上的一个或多个其他板或设备处理堆栈中的其他协议。例如，关于参照图3描述的第二实现方案，在互联网协议(IP)终止后，UDP分组可以被传递到有关的RLC处理器(如，在无线链路控制(RLC)单元50上)。对于涉及新XTP协议的图4中的第二实现方案，节点上的一个或多个板可以，在互联网协议(IP)终止后，处理XTP协议，依据UDP端口号来选择目的板(或特定的XTP标识符可以映射到节点的合适板)。该用户平面数据流转发到合适的无线链路控制(RLC)单元50。对于涉及RTP协议的图6中的第四实现方案，在互联网协议(IP)终止后，堆栈可以转发到依据外部的RTPSSRC(同步源)域的UDP端口号选择的另一个板。该内部的互联网协议(IP)分组发送到终止该外部RTP的板上，之后该内部的RTP/UDP/IP分组发送到类似无线链路控制(RLC)单元50这样的板上。
作为一个备选的硬件实现方案，可以在一个板上而不是一个扩展(ET)板或接口上终止互联网协议(IP)。例如，参照图4说明的第二实现方案，该互联网协议(IP)可以在类似由IP地址或UDP端口号指定的其他板上终止。这个互联网协议(IP)一端接板也可以处理XTP分组以及依据连接标识符域144(见图4A)向有关的RLC处理器(如，在无线链路控制(RLC)单元50中)转发有效载荷(如，用户平面数据帧)。类似地，参照图6说明的第四实现方案，该外部的IP协议可以由第一(其他)板终止，使IP数据报依据IP地址和/或UDP端口号发送到这样的板上。然后这个第一板依据一个IP地址和/或UDP端口号将内部的RTP/UDP/IP分组转发到有关的RTP板。
虽然本发明已经连同目前认为最有实用性和优选的实施方案进行了描述，可以理解的是本发明并不局限于该公开的实施方案，而是正相反，它被规定为包括在附加权利要求的精神和范围内的各种修改以及相同的安排。

Claims (34)

1.一种电信系统，在该电信系统的节点之间的接口上具有一个协议体系结构，其特征在于该协议体系结构包括互联网协议作为链路层协议之上的一个协议，其中该接口是以下之一：(1)一个核心网络(19)和一个携带电路交换连接的无线接入网络(17)之间的接口(Iu)；(2)一个无线网络控制器[RNC](24)和一个基站(22)之间的接口(Iub)；(3)两个无线网络控制器[RNC]之间的接口(Iur)。
2.如权利要求1的系统，该互联网协议是直接在传输网络层中链路层协议之上的。
3.如权利要求1的系统，其中该接口携带一个电路交换连接，以及其中传输网络层中的协议体系结构的协议栈包括：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议。
4.如权利要求3的系统，其中该链路层协议是以太网协议。
5.如权利要求4的系统，其中在该互联网协议中，在IP可选域和Ipv6扩展头标之一中携带一个序列号，该序列号用于重新排列进来的IP数据报。
6.如权利要求3的系统，其中协议体系结构的协议栈在一个无线网络层中还包括该UDP协议之上的帧处理协议。
7.如权利要求6的系统，其中该帧处理协议在携带电路交换连接的接口上重新排列进来的帧。
8.如权利要求7的系统，其中该帧处理协议包括一个序列号域用于重新排列进来的帧。
9.如权利要求1的系统，其中传输网络层中的协议体系结构的协议栈包括：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的XTP协议。
10.如权利要求9的系统，其中该链路层协议是以太网协议。
11.如权利要求9的系统，其中每一个XTP分组有一个连接标识符和一个序列号。
12.如权利要求9的系统，其中多个用户平面数据帧复用进一个IP数据报。
13.如权利要求1的系统，其中传输网络层中的协议体系结构的协议栈包括：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的UAL2协议，在UAL2协议中每一个UAL2-PDU都携带
整数数目的AAL2分组。
14.如权利要求1的系统，其中传输网络层中的协议体系结构的协议栈包括：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的RTP协议。
15.如权利要求14的系统，其中接口在一个无线接入网络和一个核心网之间，以及其中在RTP协议中一个同步源(SSRC)标识符被分配给无线接入网络中的节点和核心网络中的节点之间的每一个电路交换连接。
16.如权利要求14的系统，其中RTP协议将多个RTP分组压缩进一个IP数据报。
17.如权利要求1的系统，其中该接口携带一个分组交换连接，以及其中传输网络层中的协议体系结构的协议栈包括：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的XTP协议。
18.一种操作一个电信系统的方法，在该电信系统的节点之间的接口上具有一个协议体系结构，该方法包含将互联网协议包括作为链路层协议之上的一个协议，该接口是以下之一：
一个核心网络(19)和一个携带电路交换连接的无线接入网络(17)
之间的一个接口(Iu)；
一个无线网络控制器[RNC](24)和一个基站(22)之间的一个接口
(Iub)；以及
两个无线网络控制器[RNC](24)之间的一个接口(Iur)。
19.如权利要求18的方法，该互联网协议是直接在传输网络层中链路层协议之上的。
20.如权利要求18的方法，还包括在该接口上携带一个电路交换连接，以及形成传输网络层中的协议体系结构的协议栈如下：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议。
21.如权利要求20的系统，其中该链路层协议是以太网协议。
22.如权利要求21的系统，还包括
在该互联网协议中，在IP可选域和Ipv6扩展头标之一中携带一个
序列号；以及
将该序列号用于重新排列进来的IP数据报。
23.如权利要求20的系统，其中协议体系结构的协议栈在一个无线网络层中还包括该UDP协议之上的帧处理协议。
24.如权利要求23的系统，还包括该帧处理协议在携带电路交换连接的接口上重新排列进来的帧。
25.如权利要求24的系统，还包含在该帧处理协议中包括一个序列号域用于重新排列进来的帧。
26.如权利要求18的方法，还包括形成传输网络层中的协议体系结构的协议栈如下：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的XTP协议。
27.如权利要求26的系统，其中该链路层协议是以太网协议。
28.如权利要求26的系统，还包括为每一个XTP分组提供一个连接标识符和一个序列号。
29.如权利要求26的系统，还包括将多个用户平面数据帧复用进一个IP数据报。
30.如权利要求18的方法，还包括形成传输网络层中的协议体系结构的协议栈如下；
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的UAL2协议，在UAL2协议中每一个UAL2-PDU携带整
数数目的AAL2分组。
31.如权利要求18的方法，其中还包括形成传输网络层中的协议体系结构的协议栈如下：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的RTP协议。
32.如权利要求31的方法，其中该接口在一个无线接入网络和一个核心网之间，以及其中该方法还包括，在RTP协议中分配一个同步源(SSRC)标识符给无线接入网络中的节点和核心网络中的节点之间的每一个电路交换连接。
33.如权利要求31的方法，其中该RTP协议将多个RTP分组压缩进一个IP数据报。
34.如权利要求31的方法，还包括：
在该接口上携带一个分组交换连接，以及
形成传输网络层中的协议体系结构的一个协议栈如下：
链路层协议；
链路层协议之上的互联网协议；
互联网协议之上的UDP协议；以及
UDP协议之上的XTP协议。
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