傳輸數據分組的方法和設備的製作方法
2023-10-17 21:45:34 4
專利名稱：傳輸數據分組的方法和設備的製作方法
技術領域：
一般地說，本發明涉及一種在不可靠的信道上傳輸數據分組的方法和設備，尤其涉及傳輸具有壓縮的首標的數據分組的方法和設備。
背景技術：
有幾種將數據從一個終端傳輸到另一個終端的通信技術。最常用的技術是蜂窩電話和英特網。進一步的發展是諸如英特網電話這類媒體點播(media-on-demand)和對話業務。大多數這類業務都需要傳送包括音頻和視頻內容的實時數據。
實時傳送協議(RTP)提供用於此目的的手段。RTP是用於實時或接近於實時傳輸數據的英特網協議。RTP自己不能保證實時傳遞數據，但它提供用於支持流數據發送和接收應用的機制。一般來說，RTP運行於UDP協議之上。UDP(用戶數據報協議)是一種象TCP一樣、運行於IP網之上的無連接協議。與TCP/IP不同，UDP/IP不提供任何出錯恢復業務，而代之以提供一種在IP網上發送和接收數據報的直接方式來替代。
雖然RTP是為固定網絡開發的，但它可以用在移動網中。然而在移動網上使用RTP時遇到移動信道有限的帶寬問題。原因是協議RTP、UDP和IP各自都有自己的首標。因而一個分組除了鏈路層幀外，還有20位元組的IP首標、8位元組的UDP首標以及12位元組的RTP首標，因此總和起來至少40位元組。
這種首標具有很高的冗餘，為了減少總的開銷，已經開發出了首標壓縮機制。首標壓縮協議去掉首標的冗餘並且以一種有效的方式編碼該信息。在最好的情況下，這可以將原始首標壓縮到一字節。
圖1圖解了一使用首標壓縮協議的系統。該發射器包括用於壓縮原始首標的壓縮器100。然後將該被壓縮的首標傳輸到接收器並且在那裡通過解壓器110解壓縮。
設備場景(context)120是壓縮器用來壓縮該首標的狀態。該設備場景是一組變量並且基本上由未壓縮版的最後的首標的首標欄位組成。除了實際的首標欄位外，該設備場景還包括附加變量，諸如對一系列相繼分組已經檢測到是常數的首標欄位的一階差分。該設備場景也可以包含描述該分組流的附加信息，例如典型的分組間在序號和時標方面的增加。
在操作過程中，壓縮器100和解壓器110需要維護一個公用的設備場景。當解壓器110的設備場景130和壓縮器100的設備場景120不一致時，首標壓縮失敗。當在不可靠的信道例如無線信道上傳輸數據分組時，由於可能在壓縮器100和解壓器110之間丟失或損壞分組，這種情況可能發生。
因此，一旦解壓器110的設備場景130變成無效，必須啟動一再同步過程。為了這一目的，提供更新(UP)分組用於傳輸包含壓縮器100的設備場景120的信息到解壓器110。因此，通過使用UP分組更新設備場景130。
首標壓縮模式的性能可以用兩個參數加以描述，這兩個參數是壓縮效率和穩健性。穩健模式允許鏈路上的錯誤，在其中的鏈路上發生首標壓縮而不會丟失附加分組、引入附加錯誤或使用更多帶寬。使用UP分組一方面增加穩健性，另一方面由於UP分組尺寸大又降低了壓縮效率。因此，除了UP分組之外，還使用非常小而且只與前面的UP分組有關的非更新(NUP)分組時。因此，NUP分組不更新該設備場景，以至於NUP分組丟失，解壓器110的設備場景130還繼續有效，該接收器仍然能夠解壓縮其後續分組。
要壓縮的分組流通常表現的很有規律。大多數首標欄位在該流的使用期限中為常數並且保持不變。某些欄位根據每個分組變化(例如，序號或時標)。如果這些欄位的值同步於該序號，因此可以從這種序號計算出來，那麼該流為規則的。這些欄位中的奇異性妨礙這種同步，例如由於RTP-時標欄位的非線性跳越。由於奇異性，不可能從序號計算出已經改變了的欄位的值。這些奇異性可能出現的很頻繁，例如對於會話音頻流平均每一秒出現。
NUP分組的長度隨時間增加歸於兩個原因。如果該流表現出非正常特性，那麼將要被發送的NUP分組會更大，原因是必須包括這些非正常特性。如果在該流中不出現非正常特性，該NUP分組的長度也可能會隨時間增加，原因是與最後的更新分組的差較大。為了降低NUP分組的長度，必須進行一次更新，即，發送一系列UP分組，並且如果正確地收到這些分組，則更新設備場景。
確定為一次更新而發送的UP分組的數量是一個難點。如果發送太多，那麼仍然在發送UP分組時該設備場景就已經更新並且是有效的了。這不必要地增加了所傳輸的位並且降低了效率，原因是UP分組比NUP分組大。另一方面，如果沒有發送足夠的UP分組，則會增加丟失設備場景的危險，原因是增加了收不到被發送的任何分組的概率。
因此，當UP分組的數量太高時，壓縮效率降低。如果UP分組的數量太低，則解壓器可能丟失其設備場景，以至於不得不放棄全部分組，直到正確地收到下一個UP分組。
在諸如無線網絡這樣的不可靠的信道中，信道質量通常發生相當可觀的變化。現在將參考圖2a至2c詳細地進行圖解。
在這些示例中，假定發生突發錯誤。突發錯誤是丟失幾個連續的分組的那些錯誤。在圖2a至2c的示例中，假定丟失三個分組。參考圖2A，解壓器接收不到一個UP分組和兩個NUP分組。由於解壓器現在具有無效的設備場景，所以不得不放棄後續NUP分組，以至於在接收器中存在總共九個丟失的分組。
在圖2b中，連續的UP分組的數量已經增加到總量為三。雖然由於正確地收到這些UP分組的至少一個的概率非常高，所以發送一系列相繼UP分組通常更可靠，但降低了壓縮效率。此外，在圖2b的示例中，事實上沒有提高穩健性，原因歸於突發錯誤的性質，再就是不能在接收器中解壓九個分組。
克服突發錯誤的問題的一種方法是使用圖2c所示的分散模式。使用分散模式指的是以固定次序發送UP和NUP分組，以避免發送一行中的全部UP分組。在圖2c的示例中，這種序列是UP-NUP-UP-NUP-NUP-UP-NUP-NUP-NUP-UP-NUP-……從圖2c能夠看出，即使以分散模式傳輸分組也可能引起顯著的數據分組丟失。
因此，現有技術不能正確地處理壓縮效率和穩健性的問題。而且發現確定最優條件是一個嚴重的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種用於在不可靠的信道中傳輸數據分組的方法和設備，該方法和設備能夠提高效率和穩健性。
這一目的通過定義在獨立權利要求中的發明達到。
根據本發明，依據信道質量設置相繼UP分組的數量。因此在高質量信道的情況下，可以減少UP分組的數量。當信道上存在高錯誤率時，增加UP分組的數量，使得在發射器和接收器之間存在穩健的連接。
本發明有利條件在於允許動態地使傳輸和壓縮機制適應與當前的信道質量，特別在於本發明允許動態地根據信道質量控制解壓器的設備場景的更新。僅僅將UP分組發送既保證高穩健性又保證較好壓縮效率所需要的次數。因此，即使信道質量改變也能減少平均首標大小。
本發明的優選實施例定義在從屬權利要求中。
通過根據往返時間設置設備場景更新階段傳輸的更新和非更新分組的總量，甚至可以經常用具有良好質量的信道進行這個數字的調整。這允許更精確地控制在壓縮效率和傳輸穩健性之間尋找最好的折中。
當基於編碼解碼器屬性確定NUP分組的數量時，使得根據本發明的機制不但適合該信道的當前屬性，而且適合分組流類型。通過依靠信道質量和分組流屬性產生UP和NUP分組序列，可以達到在壓縮效率和傳輸穩健性之間更好的折中。
現在參考附圖描述本發明，其中圖1圖解了一壓縮器/解壓器系統，在其中使用了UP和NUP分組；圖2a-2c圖解了在突發錯誤情況下UP-NUP序列的時序圖；圖3圖解了在根據本發明的設備場景更新階段的UP-NUP序列；圖4a和4b圖解了最佳地使用本發明的壓縮器/解壓器系統；圖5示出了根據本發明的設備場景更新過程的通用流程圖；圖6a和6b是圖解在每個子序列中設置UP分組數量的過程的優選實施例的流程圖；以及圖7是圖解根據本發明的優選實施例在序列中設置分組總數量的過程的流程圖。
具體實施例方式
以下將更加詳細地描述本發明的優選實施例。
現在參考圖3，設備場景更新階段的UP和NUP序列可以分割成一系列子序列。每個子序列包含多個由多個NUP分組所跟隨的UP分組。下面的參數用於描述根據本發明的UP-NUP序列。
參數p描述設備場景更新階段的總分組數量。只要必須考慮更新設備場景或者更新設備場景至少有用，例如在丟失設備場景的情況下時，或者更一般地說，只要在數據流中檢測到奇異性時，就進入這種階段。選擇足夠長的設備均是更新階段的持續時間，以使得解壓器能夠更新其設備場景。
參數k是每個子序列中的分組數量。在圖3的優選實施例中，這個參數在各個子序列中是相同的。
參數mi描述第i個子序列中的UP分組的數量。這個參數的值對於不同的子序列可以互相不同，並且在本發明的一個優選實施例中，該參數以次第減1，即，mi＝mi-1-1。
最後，參數ni描述第i個子序列中的NUP分組的數量。
圖4a和4b圖解了最佳地使用本發明的壓縮器/解壓器系統。根據圖4a，壓縮器從測量單元400接收關於信道質量的測量值。測量單元400可以是任何實體，例如可以是物理層實體，它能夠給壓縮器100提供指示信道質量的測量值。這種值可以包括任何類型的、指示例如信道中的噪聲屬性或任何位或數據塊錯誤的測量值。如果不能利用真實的測量值，測量單元400可以變成能夠執行任何產生至少估計的質量值的行為的發射器的控制單元。
在圖4b的系統中，萬一一個子序列的每個UP分組都丟失了，解壓器能夠發送不應答(non-acknowledgement，NACK)消息給壓縮器。根據下面的討論將更明白多個NACK的關係。
現在轉到圖5，該解了更新設備場景130的總體流程圖，該過程包括設置各個參數mi、k、ni和p的500步至530步。正如本領域的普通技術人員所公認的那樣，圖5中圖解的步驟次序可以改變。例如，可以先設置參數p或k。此外，下列情況也在本發明的範圍之內，即更新設備場景的過程可以包括只設置某些參數而將剩下的參數選定為常數或設置成預設值。
現在將更詳細地描述根據本發明設置參數。在500步中，設置每個子序列中的UP分組的數量mi。如上所述，這個數值從子序列到子序列最好依次以1遞減。將考慮到正確地接收至少一個UP分組的概率會隨i的值增加這一點來選擇這個方案。實際上只需要找到一個最佳的開始值m1。
圖6a圖解了設置m1的一個優選實施例。在600步，壓縮器100獲得參數m1的當前值。然後，在610步，讀取m1的的一個最大值和一個最小值。例如該最大值和最小值可以分別設置為二和六。
如果在準備期間壓縮器不能在600步獲得參數m1的當前值，那麼壓縮器就使用開始值替代。開始值最好能夠被設置成最小和最大限制的平均值。
一旦獲得當前值和限制值，壓縮器就從在上面已經在圖4a的設備場景中討論過的測量單元400接收測量值。在620步獲得的值最好是信道中的信噪比SNR或數據塊錯誤率BLER的測量值。如果SNR值低，即，BLER高，則需要較高的m1值來增加解壓器正確地接收到數據分組的概率。
然後在630步使用所獲得的測量值確定該信道條件是否改變。如發生了改變，則在640步更新參數m1。由於該信道條件可能變化非常快而且非常頻繁，因此m1值是逐漸匹配的，即，m1值依賴於信道質量變好還是變壞按一固定量進行增加或減少。
圖6b示出了在第一子序列中設置UP分組的數量m1的另一個優選實施例。這種方法最好在測量單元400沒有可利用的測量值時使用。在獲得當前值和最小和最大小值之後，壓縮器在650步確定是否收到NACK。如果正確地接收到第一序列的至少一個UP分組，那麼解壓器110將不發送NACK消息。因此，如果壓縮器100在整個過程中沒有收到NACK，那麼將參數m1降低一用於下一個更新過程(600步)。然而如果收到NACK，那麼在670步增加參數m1。這最好能夠通過加一預定的值或通過將當前值乘以一預定的係數來實現。
雖然在上面討論的實施例中，只根據信道質量直接設置了m1的值，而剩下的序列中的UP分組的數量根據公式mi＝mi-1-1設置，但應該理解，在本發明的範圍內，不僅僅m1而且任何參數mi都可以獨立地進行設置。
現在將更詳細地描述設置參數k，即，每個子序列中的分組的數量(510步)。如上所述，這個參數對所有數據塊都被選擇成常數。根據本發明的優選實施例，這個常數值根據編碼解碼器屬性進行設置。
這是因為某些媒體的編碼解碼器(例如聲音編碼解碼器)可以處理某些分組丟失。例如，如果該編碼解碼器能夠補償多達x個分組的分組丟失、使得用戶不會聽出該分組丟失，那麼常數參數k被設置成低於這個數字x。為此目的，如果可能的話，壓縮器可以例如讀取RTP首標的有效負載類型欄位以檢測所使用的編碼解碼器。或者，壓縮器使用任何可利用的帶外(out-of-band)信令。
如果壓縮器已經獲得關於編碼解碼器的通用屬性的適當信息，那麼就由此設置參數k。為此目的，編碼解碼器的通用屬性可以存儲在例如壓縮器的查找表中。如果壓縮器不能確定適當的信息，則參數k被設置成這樣一個值，假定它不影響接收應用。此時，最好使用最保守的方法。此外，如果在編碼解碼器上沒有任何信息可利用，那麼參數mi可以稍微增加一點以便仍然保證穩健性。
在圖5所述的過程的520步中，設置每個子序列中的NUP分組的數量ni。正如圖3所顯示的那樣，一旦設置了參數mi和k，就可以根據ni＝k-mi確定參數ni。
最後，更新設備場景的過程包括以530步表示的設置該序列中的分組的總數量p的過程。這一過程在圖7中更詳細地描述。正如以下將要討論的那樣，在本發明的優選實施例中，將參數p設置成足夠大以使得該解壓器有足夠的時間來反應關於數據分組的任何丟失的NACK消息。這個參數可以根據往返時間RTT設置成有利形式，最好是其小倍數。因為這個原因，圖7的過程涉及當前RTT值的估計。
根據本發明，該過程啟動不活動期間的設備場景丟失。不活動期間是不發送任何分組的這樣一個時間段。通常，壓縮器檢測不活動期間，例如在不能接收任何RTP分組一定時間的任何時候。
首先在700步確定是否發送了分組。如果存在一個被檢測到的不活動期間，則在720步發送一個壞分組。壞分組是不包含正確壓縮首標的分組以至於這個分組將使解壓器110的設備場景130無效。然後該解壓器在730步將馬上回送一個在壓縮器100中接收到的NACK消息。在740步中壓縮器通過計算接收NACK的時間和發送壞分組的時間之間的時間差來估計RTT的值。如果在750步中確定出RTT值已經被改變了，那麼在760步更新參數p。最好，將參數p選得與RTT值成比例。
所描述的設置序列中的分組的總數量p的過程的優勢在於，只要在一不活動期間之後的更新過程由於某些不可預見的時標間隙而開始，就執行該過程。因此，不存在任何丟失設備場景130的額外概率。
此外，通過發送壞分組來估計RTT值的所述過程也是其優點，原因是只要檢測到不活動期間就執行該過程。不活動期間的出現獨立於任何設備場景丟失，並且參數p的調整即使在好質量的信道中也可以經常執行。
此外，根據本發明的RTT估計的優勢在於它允許精確地控制參數p。例如，如果該測量將只利用多個NACK而不通過發送壞分組來啟動設備場景丟失加以實現，則在丟失至少一個分組並且收到另一個分組的情況下，該測量值將導致RTT值增加額外的時間。這種額外時間可以非常長，而且不可計算。
權利要求
1.一種在信道上傳輸數據分組的方法，該數據分組具有壓縮的首標，該方法包括步驟使用設備場景(120)壓縮首標；和傳輸相繼更新(UP)分組的數量(mi)，每一個分組都包含指示所述設備場景的數據；其特徵在於該方法還包括步驟檢測(620、650)該信道的質量；以及依賴於所確定的信道質量設置(500、640、660、670)所述更新分組的數量(mi)。
2.根據權利要求1的方法，其中確定信道質量的步驟包括估算(620、630)信道中的數據塊錯誤率(BLER)的測量值。
3.根據權利要求1的方法，其中確定信道質量的步驟還包括估算(620、630)信噪比(SNR)的測量值。
4.根據權利要求1的方法，其中確定信道質量的步驟包括確定(650)是否接收到NACK消息的步驟。
5.根據權利要求1至4之一的方法，其中傳輸數據分組的一列子序列，每個子序列包括相繼更新(UP)分組的數量(mi)；只根據所確定的信道質量設置第一個子序列的相繼更新分組的數量(mi)；以及後續子序列中的更新分組的數量依次按一預定數值遞減。
6.根據權利要求1至5之一的方法，還包括傳輸不包含指示所述設備場景(120)的數據的相繼非更新(NUP)分組的數量(ni)的步驟，其中根據往返時間(RTT)設置設備場景更新階段被傳輸的更新和非更新分組的總量(p)。
7.根據權利要求6的方法，還包括步驟檢測(700)不活動期間；傳輸(720)沒有正確壓縮的首標的數據分組；接收(730)NACK消息；以及將往返時間設置(740)成傳輸(720)和接收(730)之間的時間差。
8.根據權利要求1至7之一的方法，還包括傳輸不包含指示所述設備場景(120)的數據的相繼非更新(NUP)分組的數量(ni)的步驟，所述非更新分組的數量(ni)基於編碼解碼器屬性和所述更新分組的數量(mi)被確定。
9.一種在信道上傳輸數據分組的設備，該數據分組具有壓縮的首標，該設備包括壓縮器(100)，用於使用設備場景(120)壓縮首標；傳輸裝置，用於傳輸相繼更新(UP)分組的數量(mi)，每一個分組都包含指示所述設備場景的數據；檢測該信道的質量的裝置(400)；以及控制裝置，用於依賴於所確定的信道質量設置所述更新分組的數量(mi)。
10.根據權利要求9的設備，配置成執行根據權利要求1至8之一的方法。
全文摘要
本發明涉及一種在信道上傳輸數據分組的方法和設備,其中所述數據分組具有壓縮的首標。在利用設備場景壓縮首標之後,傳輸一個包含指示所述設備場景的數據的相繼更新分組的數量。根據本發明,確定信道的質量並因此設置更新分組的數量。該信道質量可以通過測量數據塊錯誤率或信噪比來確定。或者信道質量可以通過估算是否已經接收到NACK消息來估計。可以根據往返時間設置設備場景更新階段傳輸的更新和非更新分組的總數量。非更新分組的數量還可以基於編碼解碼屬性進行確定。本發明在例如無線通信這樣的不可靠的信道上使用有優勢。
文檔編號H04L29/06GK1343056SQ0113290
公開日2002年4月3日 申請日期2001年9月4日 優先權日2000年9月7日
發明者卡斯滕·伯邁斯特, 羅爾夫·黑肯伯格 申請人:松下電器產業株式會社