用於經由電路交換網絡發射分組的方法
2023-09-13 10:39:40 2
專利名稱：用於經由電路交換網絡發射分組的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在使用IP協議的分組網絡內基於IP標題將分組從信源發射至目的地的方法。
背景技術：
例如，在GPRS網絡(通用分組無線電系統)內，數據被在數據分組內發射。數據傳輸網絡使用諸如TCP/IP(傳輸控制協議/網際網路協議)的各種協議形成從行動電話到不同分組數據網絡的網關。所述分組交換數據傳輸是指每一分組都可被在單獨的路由上傳送至其目的地地址，而不必顧及在其上傳送先前分組的路由。
將被發射的IP分組包括由多個欄位組成的標題，所述多個欄位表示IP協議版本號(版本欄位)；標題長度(IHL欄位)；業務類型(微分業務碼點，DSCP)；總分組尺寸(總長度欄位)；單個識別符(識別欄位)；分片(標誌欄位)；片尺寸(片欄位)；分組壽命(存活時間欄位)；有效負載協議號(協議欄位)；校驗和(標題校驗和欄位)；發送者的IP位址(源地址欄位)；接收者的IP位址(目的地欄位)；如果存在的話，選項(選項欄位)；以及如果需要的話，標題的填充(填充欄位)。
例如，標題尺寸可能為20個八位字節，相當於160比特。所述標題欄位可能會經受壓縮，以為有效負載提供附加容量。但並非在每種環境下使用壓縮方法都是最優的，因為網絡設備並非必然能夠以理想的方式處理壓縮後的標題欄位。
在ATM(異步轉移模式)網絡中，數據傳輸基於53位元組的分組。每一分組都包括ATM地址欄位預訂的5個字節，所述ATM地址欄位例如可以是VPI(虛擬路徑識別符)和VCI(虛擬信道識別符)標題欄位。這些標題欄位共同定義所謂的虛擬連接，數據被在所述的虛連接之上發射。所述標題欄位包括識別符參數，所述識別符參數的值藉助信令不斷改變。
網絡使用不同方法將IP分組從一個位置發射至另一位置。一種方法是路由，其中OSI(開放系統互連)第三層，即網絡層內的IP路由器所接收的IP分組可能首先被在第二層上依據多個幀編譯，然後被在協議棧內向上中繼至第三層。在所述網絡層內，IP協議檢查分組接收者的IP位址，並通過搜索路由表來分組將被發射到的下一節點。IP位址在世界範圍內都是無歧義的。
在電路交換網絡中，所謂的標記交換和IP交換可被用於幫助傳送IP分組。所述交換直接在OSI模型的第二層內執行，從而使得所接收IP分組被基於幀內所包括的物理地址通過所述第二層轉發，而非被編譯成第二層內的幀。在寬泛的意義上，所述標記可能是發射節點的任何一個本地信道識別符。
與使用標記交換的分組網絡相關的問題是，交換需要相對大量的配置以及配置數據的傳輸。此外，網絡需要大量的網絡單元間的信令。上述數據的傳輸佔據了有效負載的容量。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種方法與一種實施上述方法的設備，以解決上述問題。更準確地說，本發明旨在解決分組網絡的較大標題欄位尺寸以及電路交換的複雜配置帶來的問題。這是藉助根據前序部分的方法來實現的，所述方法的特徵在於，其包括將至少一部分IP標題引入較低協議層，並且基於所引入的部分將分組發射至目的地的步驟。
所述目的也可以藉助一種根據前序部分的方法來實現，所述方法的特徵在於，IP標題包括目的地地址，將所述目的地地址的主機部分引入較低協議層，並根據所述目的地地址的主機部分形成標記分組的標記，且將所述分組傳送到所述標記指示的目的地。
本發明還涉及一種使用IP協議基於IP標題將分組從信源發射至目的地的分組網絡。
本發明的分組網絡的特徵在於，其包括第一裝置，所述第一裝置被設置為將IP標題內包括的目的地地址的至少一部分引入較低協議層，以使所述部分起到標記的作用，還包括第二裝置，所述第二裝置被設置為將分組發射至所述標記指示的目的地。
此外，本發明的分組網絡的特徵還在於，其包括第一裝置，所述第一裝置被設置為將IP標題內包括的所述目的地地址的至少一部分引入較低協議層；第三裝置，其被設置為根據所述目的地地址的主機部分形成標記分組的標記；以及第二裝置，其被設置為將分組發射至所述標記指示的目的地。
本發明的優選實施例在從屬權利要求內公開。
本發明的基本構思是，所述IP目的地地址的一部分被引入較低協議層，並根據所引入的地址部分形成用於標記將被發射分組的標記。
本發明的方法與分組網絡提供了多種優點。在本發明中，根據IP目的地地址形成被用作分組傳送內的目的地地址的標記。所述標記與全長IP位址相比佔用較少的空間，所節省的空間從而可以用於其它目的，例如用於有效負載的傳送。目的地地址所需的空間被減少，而無需附加的網絡配置或是信令。本發明使得分組的快速傳送得以實現。
以下將結合優選實施例，並參照附圖來描述本發明，在附圖中，圖1示出了所述網絡的第一實施例；圖2示出了在所述網絡的不同位置處的協議棧；圖3示出了所述網絡的第二實施例；圖4詳細示出了所述網絡。
具體實施例方式
參照圖1，網絡50包括網絡單元100、200、300和400。此外，所述網絡還包括分組網絡域150，在所述分組網絡域150內，數據傳輸是窄帶的，且使用分組交換與電路交換來執行所述數據傳輸。此外，所述網絡還包括網絡域350，在所述網絡域350內，數據傳輸是寬帶的。如該圖所示，網絡單元100、200位於網絡域150內。該圖還示出了寬帶網絡域350位於網絡單元300與網絡單元400之間。
圖1所示的網絡例如可能是IPRAN(網際網路協議無線電接入網)。例如，寬帶域內的數據傳輸基於光纖的使用，而窄帶域內的數據傳輸基於微波無線電的使用。但本發明並不僅限於IPRAN，而是可能應用於所有滿足某些要求的IP網絡。所述要求之一是網絡必須帶有特定類型的子網。更精確的是，所述子網必須具有CIDR(無階域間路由)地址。在子網的區域內使用相同的一個地址前綴，由於該過程在網絡內從較高網絡層下移至較低網絡層，所以所述前綴變得更為準確，即變得更長。
例如，網絡單元100可能是LBTS(葉型基站收發信臺)，網絡單元200可能是IBTS(中間BTS)，而網絡單元300可能是LMGW(最終裡程網關)單元。從數據傳輸的角度來看，所述網絡單元充當所謂的節點，所述節點都具有獨立的IP位址。所述網絡單元能夠在協議第二層內執行交換。更精確的是，它們例如能夠基於VPI/VCI識別符執行所述交換。
IP位址由數字對構成，所述數字對的第一單元包括網絡部分，而第二單元包括主機部分。IP位址為32比特數，它通常被以由點分開的十進位數的形式表示。這被稱為點分十進位記法，其中每一數字都是由以十進位形式給出的一個字節，即一組8個比特的數字值來表示的。例如，地址131.11.9.3表示IP位址，其中131.11是網絡部分，而9.3是主機部分。
圖2示出了網絡的不同位置處的協議棧。每一網絡單元LBTS、IBTS以及LMGW之下的層都描述了網絡單元的對應協議結構。例如，LBTS單元之下的協議棧包括IP層、壓縮的IP層、LIP/LPS(標記交換IP/標記交換路徑)層以及L1層。
網絡單元100與網絡單元300能夠壓縮IP標題欄位。壓縮允許修改IP位址以節省帶寬，但同時會失去應用IP路由的可能性。對於能夠壓縮IP標題欄位的網絡單元而言，其必須出現在這樣一種網絡結構內，即其中第二壓縮網絡單元與第一網絡單元的距離為精確的一個跳躍。這之所以成為必要是因為在多跳躍的配置中，網絡單元100與網絡單元300之間的網絡單元200不能基於壓縮的標題做出路由判定。由於IP層，所以需要與網絡相關的一個跳躍要求。為滿足所述要求，執行壓縮的網絡單元被連接到同一個物理傳輸路徑。滿足所述要求的另一方法是藉助較低層交換，即虛擬電路為IP層設置一個跳躍的「視野(view)」。
所述網絡例如可被實施為，壓縮網絡單元連接到同一個物理傳輸路徑。實施所述網絡的另一種方法是使用較低層交換，即虛擬電路為IP層設置一個跳躍型的網絡配置。實際上，這意味著在根據圖2的技術方案中，網絡單元2並不能基於壓縮的IP標題做出路由判定，但它可以基於在較低層內生成的標記交換分組。
圖3示出了所述網絡的第二實施例。所述網絡包括網絡單元40、41、42、43、44、45以及IP網絡部分46。網絡單元40、43是LMGW單元，而網絡單元42、45是BSGW單元。更精確的是，網絡單元40、42、44例如為基站。圖3示出了IP網絡至少部分地互連網絡單元40和41、網絡單元41和43、網絡單元42和43、網絡單元43和45、網絡單元44和45。
網絡單元40還能夠本地執行LMGW功能，而網絡單元42藉助傳輸路徑連接到可執行LMGW功能的遠端網絡單元43。網絡單元44經過BSGW單元45連接至LMGW單元43。如圖所示，IP協議未被應用在互連網絡單元44與BSGW單元45的傳輸路徑上。
圖4詳細示出了網絡50，該網絡包括第一裝置10、第二裝置20以及第三裝置30。每個上述網絡單元都可能包括裝置10、20、30。第一裝置10被設置為將地址欄位內給出的目的地地址的至少一部分引入所述地址欄位使用的協議層之下的一層。例如，第一裝置10將主機部分10.2從目的地地址131.11.10.2中移動到較低協議層，即從第三協議層移動到第二協議層。
實際上，地址部分的引入意味著從IP位址中得到較低層標記，因而無需較低層信令。從而在形成虛擬電路時可利用IP路由所攜帶的拓撲信息。地址部分的引入與壓縮可被執行為獨立的功能或是單獨的功能。但如果IP標題總開銷與第二層信令將被避免，則需要壓縮與地址部分的引入。地址部分的引入尤其支持IPRAN型網絡內的壓縮。
第二裝置20被設置為使用所引入的地址將分組傳送或發送到子網內的目的地。換言之，在這種情況下並不需要整個IP位址用於傳送所述分組。由第一裝置10引入較低協議層的地址欄位部分代表最低有效位。例如，第一裝置10可能將16個最低有效位從地址欄位引入較低協議層。此外，第二裝置20被設置為用分組路由信息形成較低層內的虛擬電路，以將分組發射至其目的地地址。
第三裝置30被設置為根據目的地地址的主機部分形成標記，所述標記在其被轉發之前用於標記所述分組。由所述第三裝置30形成的標記包括VPI/VCI識別符。其它可能的標記是TDM交換的PCM/TSL識別符、MPLS(多協議標記交換)路由器標記或是幀中繼交換的DLCI(數據鏈路連接識別符)欄位數據。在分組已被標記時，第二裝置20將所述分組傳送至所述標記指示的目的地。裝置10、20、30的功能原則上可被集成到同一個裝置內，且它們更優選的是由軟體來執行。
IP位址的轉發基於子網連接，其中位於子網內的所有主機或設備共用公共初始地址部分，但對於不同設備而言，子網地址的主機部分是不同的。下表1描述了可被用於本發明的分組網絡的可能地址方案。
表1表1示出了包括32比特IP位址的16個最高有效位的子網地址。例如，LMGW單元的子網地址中的最高有效位由地址部分131.11形成。位於同一子網內的所有主機共用同一子網地址。所述主機地址包括地址的16個最低有效位。在子網內，所述主機地址為單獨的地址，因而可被用作第二層交換內的標記。
IP分組的傳送基於與子網地址系統、子網拓撲以及子網的預設路由有關的信息。假定所述預設路由通過LMGW單元。圖1與2的網絡內的IBTS單元隨後可根據以下的傳送表2轉發分組，所述傳送表2例如是基於IP路由提供的網絡拓撲信息得到的。
表2該傳送表示出了每個具有目的地地址192.168.9.3的IP分組都被從IBTS單元傳送到LBTS單元。該表還示出了目的地地址為192.168.8.4的IP分組並不被從IBTS單元進一步傳送，而是被在IBTS單元內處理。此外，該表還示出了具有不同於上述兩個目的地地址的IP位址的IP分組被從IBTS單元轉發至LMGW單元。
分組網絡可能應用ATM技術，在這種情況下，IP流交換基於獨立的VPI/VCI識別符或是AMT虛擬電路發生，所述VPI/VCI識別符或是AMT虛擬電路是為IP流確定的，且基於ATM小區交換操作。在本發明的方法中，地址被引入的較低電平基於由IP路由提供的拓撲信息而非ATM信令形成虛擬電路。在一個實施例中，IBTS單元包括ATM交換機，所述ATM交換機被配置為將全部帶有特定標記的信元交換到LMGW單元，而無需改變地址欄位。在所述的技術方案中，帶有VPI＝10、VCI＝2的標記的信元被交換至LMGW單元，而無需改變該地址欄位。
下表示出了可被用於IBTS單元的可能ATM交換配置，例如
表3
在電路交換網絡中，標記值，即VPI與VCI值在可能位於IBTS單元內的中間轉換器中並不改變。所公開的分組網絡的另一個特性是所述值可從IP主機地址中得到。由於所述標記值並不改變，因此其可被用於無歧義地指示子網內的不同的點。
圖1的分組網絡150被設置為執行子網IP位址與子網標記值之間的一對一映射。分組的發送機可能因此始終以標記替代目的地IP位址，或是將所述標記加入目的地IP位址。在信源與目的地之間存在著所謂的中間節點，其可能會基於所述IP傳送表形成ATM交換表。
表3所示的ATM交換配置是使用傳送表2所提供的信息來得到的。更準確的是，根據表3中的IP目的地地址的最後兩個字節形成表2中的VPI/VCI識別符。
如果所公開的分組網絡是ATM網絡，則可能會將MPLS交換自由地用於所述網絡，因而可能會自由地選擇標記值。這意味著存在用於映射的另一個表，該表被應用在IP子網與所述標記之間。換言之，至少兩個可自由選擇的值可被用於所述標記。
在IP標題欄位與第二層標記之間必須存在著一對一的對應，在這種情況下，這意味著數學上的雙向單射。所述雙向單射的特性是函數具有反函數，從而允許計算函數的原值。使用這種數學方法能夠重建用於根據對應標記以無歧義的方式形成第二層標記的IP位址部分。
下表4描述了IP標題與信道識別符之間的關係。表4假定通過使用IP標題所給出的目的地地址內包括的8個最低有效位(主機地址)和DSCP欄位來實施本發明。表4還假定ATM虛擬信道在第二層內使用。如表4所示，將IP位址與信道識別符表示為特定的數字對。第一數字對包括目的地的IP位址和DSCP欄位，而第二數字對包括VPI/VCI識別符。
表4ATM虛擬電路的設置意味著IP數據報，即IP分組被分段為ATM信元，且VPI/VCI識別符會被設置為信元標題的虛擬信道的識別符。表4內所涉及的ATM轉換器例如可能位於IBTS內，並被用於LMGW與LBTS之間的信元交換。
除了涉及IP標題和信道識別符的描述之外，還需要鏈路層並不基於來自其所有網絡連接的IP標題來預訂信道識別符。例如，ATM轉換器可能發射通過門到達的信道的VC(虛擬信道)信元。因此假定經由傳輸路徑接收的信元帶有特定信道識別符。然而，在常規的ATM交換中，信道識別符的值會有所改變，但在本發明的方法中，ATM轉換器被配置為使得識別符不必改變。作為替代，在本發明實施例中，要求輸出門也使用相同的信道識別符。換言之，在這種情況下，VPI/VCI識別符在分組通過交換機時保持不變。
儘管以上藉助實例並參照附圖描述了本發明，但本發明顯然並不僅限於此，而是可能在權利要求書中公開的發明構思範圍內以多種方式改變。
權利要求
1.一種在使用IP協議的分組網絡內基於IP標題將分組從信源發射至目的地的方法，其特徵在於，包括步驟將IP標題的至少一部分引入較低協議層；以及基於所引入的部分將所述分組發射至所述目的地。
2.一種在使用IP協議的分組網絡內基於IP標題將分組從信源發射至目的地的方法，其特徵在於所述IP標題包括目的地地址，所述目的地地址中的主機部分被引入較低協議層，包括步驟根據所述目的地地址的所述主機部分形成標記所述分組的標記；以及所述分組被傳送至所述標記指示的目的地。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述標題包括目的地地址，所述目的地地址中的最低有效位被引入所述較低協議層，以形成將被發射分組的信道識別符。
4.根據權利要求2的方法，其特徵在於，將所述最低有效位從所述目的地地址引入所述較低協議層，以形成將被發射分組的信道識別符。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述標題包括目的地地址，所述目的地地址中的16個最低有效位被引入所述較低協議層，以形成將被發射分組的信道識別符。
6.根據權利要求2的方法，其特徵在於，將所述16個最低有效位從所述目的地地址引入所述較低協議層，以形成將被發射分組的信道識別符。
7.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述標題包括目的地地址，所述目的地地址中的最低有效位被引入所述較低協議層，且所述引入的比特被用於形成ATM子網的VPI/VCI識別符。
8.根據權利要求2的方法，其特徵在於，將所述最低有效位從所述目的地地址引入所述較低協議層，且所述引入的比特被用於形成ATM子網的VPI/VCI識別符。
9.根據權利要求2的方法，其特徵在於，在基於所述標記識別的信道上將所述分組傳送至所述目的地地址。
10.根據權利要求2的方法，其特徵在於，基於所述分組的路由信息在所述較低層內形成虛擬電路，以將所述分組發射至所述標記指示的目的地。
11.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，將所述最低有效位從所述目的地地址引入所述較低協議層，以使所述最低有效位用作所述目的地地址。
12.根據權利要求2的方法，其特徵在於，將所述16個最低有效位從所述目的地地址引入所述較低協議層，且所述引入的比特被用於形成標記。
13.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，所述引入的地址部分被用於形成ATM子網的VPI/VCI識別符。
14.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，所述目的地地址包括被從IP協議第三層引入第二層的主機部分。
15.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，基於IP標題的目的地地址欄位內所給出的所述目的地地址將所述分組發射至目的地，所述目的地地址的一部分被引入較低協議層。
16.一種基於IP標題將分組從信源發射至目的地的使用IP協議的分組網絡，其特徵在於所述分組網絡包括第一裝置(10)，所述第一裝置被設置為將所述IP標題內包括的目的地地址的至少一部分引入較低協議層，以使所述部分用作標記；以及第二裝置(20)，所述第二裝置被設置為將所述分組發射至所述標記指示的目的地。
17.一種基於IP標題將分組從信源發射至目的地的的使用IP協議的分組網絡，其特徵在於，所述分組網絡包括第一裝置(10)，所述第一裝置被設置為將所述IP標題內包括的目的地地址的至少一部分引入較低協議層；第三裝置(30)，所述第三裝置被設置為根據所述目的地地址的主機部分來形成標記所述分組的標記；以及第二裝置(20)，所述第二裝置被設置為將所述分組發射至所述標記指示的目的地。
18.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述標記是所述較低協議層的信道識別符，且它被設置為識別將被用於傳送所述分組的傳輸信道。
19.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述第二裝置(20)被設置為基於所述分組的路由信息在所述較低協議層內形成虛擬電路，以將所述分組發射至所述標記指示的目的地。
20.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述第一裝置(10)被設置為將所述地址欄位的最低有效位引入所述較低協議層。
21.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述第一裝置(10)被設置為將所述地址欄位的最低有效位引入所述較低協議層。
22.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述第一裝置(10)被設置為將所述地址欄位的最低有效位引入所述較低協議層，並根據所引入的比特形成標記。
23.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，使用ATM技術來實現所述分組網絡，且所述第三裝置(30)被設置為根據由所述第一裝置(10)引入的地址形成ATM子網的VPI/VCI識別符。
24.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述標記包括兩個可自由選擇的值。
25.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述IP標題是附加的標題欄位。
26.根據權利要求16或17的分組網絡，其特徵在於，所述第一裝置(10)被設置為將主機地址從IP協議第三層引入第二層。
全文摘要
本發明涉及一種用於在使用IP協議的分組網絡內基於IP標題將分組從信源發射至目的地的方法與分組網絡。所述分組網絡包括第一裝置(10)，其被設置為將所述IP標題內包括的目的地地址的至少一部分引入較低協議層，以使所述部分起到標記的作用。此外，所述分組網絡還包括第二裝置(20)，其被設置為將所述分組發射至所述標記指示的目的地。
文檔編號H04L29/06GK1475085SQ01818869
公開日2004年2月11日 申請日期2001年11月12日 優先權日2000年11月14日
發明者瑞斯託·蒙諾內, 瑞斯託 蒙諾內 申請人:諾基亞公司