壓縮數據通信用的信元標頭的製作方法
2023-10-08 14:05:04
專利名稱：壓縮數據通信用的信元標頭的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及數據通信領域，尤其，涉及壓縮數據通信用的信元標頭。
背景技術：
當通信的需求增加時，數據通信已經變得更重要了。與已知數據通信系統相關聯的一個缺點是經過衛星廣播系統發送信息的效率不高。隨著技術的進步，用於衛星發送的封裝數據的計算成本已經大大地降低，但是按每比特美元計量的衛星通信的成本並沒有降低。因此，已知的數據通信技術不能滿足許多應用。
發明概要根據本發明，減少和消除了與數據通信技術相關聯的缺點和問題。
根據本發明的一個例子，揭示了信元標頭壓縮的一種方法。接收多個信元。信元包括信元標頭和有效負荷。根據信元標頭來排序信元。產生描述信元標頭和根據信元標頭的有效負荷配置的壓縮控制塊。根據配置彙編有效負荷。用壓縮控制塊和經彙編的有效負荷來產生數據報。
本發明的某些例子可以提供一個或多個技術優點。一個例子的技術優點可以是壓縮信元標頭可以提高衛星通信的效率。信元標頭的壓縮可以通過減少經過衛星的發送數據量而提高衛星通信的效率。一個例子的另一個技術優點可以是信元標頭壓縮依從數字視頻廣播(DVB)標準，因此，依從現有的DVB硬體。例子的另一個優點可以是利用不對稱壓縮處理，這可以減少接收機的計算工作負荷。可以用發射機代替接收機來執行大量的計算工作負荷。其優點在於接收機可以包括具有較小物理體積和重量的小計算機。一個例子的另一個技術優點是可以通過避免壓縮過程之間不需要的轉換來減少發射機工作負荷。示例系統試圖保持在一個狀態，在該狀態中，特定的壓縮過程已經證明以前成功的信元標頭壓縮。
例子提供的另一個技術優點可以是可以壓縮經加密的數據的信元標頭。可以使用高速加密器對信元加密，但是必須使信元標頭原封不動。因為壓縮經加密的有效負荷可能沒有益處，所以提高發送效率的一種手段可以是壓縮信元標頭。
熟悉本技術領域的人員會從這裡包括的附圖、說明書和權利要求書容易地明白其它技術優點。例子中的沒有一個、某些或全部可以提供技術優點。
附圖簡述為了對本發明和它的特徵和優點有更完整的理解，現在參考下面的說明書連同附圖，其中
圖1說明壓縮信元標頭的示例系統；圖2說明根據用於壓縮的實質相似的信元標頭組織信元的示例方法；圖3說明三字節壓縮模塊的一個例子；圖4說明在壓縮緩衝器中組織信元的一個例子。
圖5說明使用圖1的系統對信元標頭進行壓縮的一個示例方法；以及圖6說明使用圖1的系統對信元標頭解除壓縮的一個示例方法。
附圖的詳細說明圖1說明用於壓縮信元標頭的一個示例系統10。系統10包括排序器12，它接收來自交換機16的信元14。可操作排序器12，使之根據信元標頭的目的地址對信元進行排序，並且確定用於壓縮的一個合適的模塊。通過對具有實質相似的信元標頭的信元進行計數和選擇使壓縮最優化的一個壓縮模塊來作出這個確定。然後可以通過合適的壓縮模塊產生包括壓縮控制塊(CCB)的數據報。把數據報發送到接收機26。
系統10可以包括一部分ATM網絡。ATM網絡包括至少一個ATM交換機以及數據終端設備(DTE)。把DTE物理地連接到ATM網絡交換機，並且可以用永久性或切換的虛擬電路來支持一個或多個網絡用戶。例如，ATM網絡可以包括如圖1中說明的交換機16。ATM交換機通過讀出輸入信元、更新信元標頭信息以及把信元切換到向著它們的目的地的輸出接口來負責通過網絡的信元轉接。ATM交換機支持兩種主要類型的接口用戶到網絡接口(UNI)以及網絡到網絡接口(NNI)。UNI是ATM終端用戶和專用交換機之間或專用ATM交換機和公用載波ATM網絡之間的接口點。NNI是定義為兩個網絡節點之間的接口的ATM交換機之間的接口點。可以把ATM網絡描繪成「雲」，其中在雲的一端把用戶數據提供給網絡。在發送到接收機期間，數據必須通過雲傳播。可以把接收機描繪成在雲的另一端，或甚至在雲的外面。在所說明的例子中，可以使交換機16位於ATM雲的邊緣處，以及接收機26可以在雲的外面。如此，在交換機處的ATM接口可以包括UNI。此外，可以使系統10包括在允許現場之間直接連通性的永久虛擬電路(PVC)內。
可以把ATM信元封裝在一個打開的ISO多協議封裝(MPE)數據報中，在通信鏈路(包括全球廣播服務(GBS)衛星鏈路)上發送。GBS地面分段使用ATM信元作為用於廣播的底層的數據發送單元。因為可以把ATM信元封裝在MPE數據報中，所以系統10可以依從數字視頻廣播(DVB)標準。DVB標準是用於諸如數位電視和數據服務之類的數字通信傳送的一種標準。此標準來自標準化/國際電工技術委員會標準科的國際組織。
在所說明的例子中，信元14可以包括長度為五十三字節的ATM信元。信元的第一部分包括五字節的信元標頭。其餘字節構成有效負荷。因此，信元14可以包括四十八字節的有效負荷。然而，信元14可以包括任何合適類型和大小的信元。五字節信元標頭包括按地址比特形式的目的地址。在UNI接口上的信元的地址和控制比特可以包括通用流量控制(GFC)、虛擬路徑識別符(VPI)、虛擬信道識別符(VCI)、有效負荷類型(PT)、信元丟失優先級(CLP)、以及標頭差錯控制(HEC)。通用流量控制提供本地功能，諸如識別共享單個ATM接口的多個站。一般不使用這個欄位，並且可以設置成它的預設值。當信元14向它的目的地移動時信元14通過一系列ATM交換機16，虛擬路徑識別符和虛擬信道識別符識別信元14的下一個目的地。有效負荷類型表示在第一比特中信元14是否包括用戶數據或控制數據。信元丟失優先級表示當信元14通過網絡移動時如果信元14碰到極度擁塞則是否應該丟棄信元14，以及標頭差錯控制計算保證信元標頭的完整性的標頭本身的校驗和。然而，信元標頭可以包括任何合適類型的信息。
在永久虛擬電路中標頭字節對於信元一般是冗餘的。例如，如果交換機16位於ATM雲的邊緣上，即使信元具有不同的目的地址，也可以具有實質相同的信元標頭。例如，由於虛擬路徑識別符和虛擬信道識別符比特定義信元14的下一個目的地，所以對於具有給定永久虛擬電路地址的信元14，五字節標頭中的三字節是冗餘的。對於諸如全球廣播系統(GBS)之類一般衛星廣播系統，具有少於很少量的虛擬路徑識別符作為輸入是很普通的。衛星廣播系統可以把外部虛擬路徑識別符再映射到單個虛擬路徑識別符(使虛擬路徑識別符等於零)而發送到它們的接收機。因此，虛擬路徑識別符變換是較少的，而且通過再映射可以減少到零。作為另一個例子，對於每個信元14不需要經過UNI發送標頭差錯控制欄位。而是它可由接收機26予以重建。
在五字節標頭中，這僅留下了對於每個信元14為唯一的通用流量控制、有效負荷類型和信元丟失優先級比特。因此，實質上具有相似標頭的信元14可以共享公用的通用流量控制、虛擬信道識別符、虛擬路徑識別符、有效負荷類型和信元丟失優先級。由於在永久虛擬電路中信元14中的這些地址比特的冗餘，可以說甚至在實際終端接收機不同時，信元14也可以具有實質上相似的目的地址。在其它例子中，信元14標頭可以共享公用特徵而無需相同。實質上相似的信元14標頭還可以包括具有公用特徵的信元。
可操作排序器12來接收來自交換機16的信元14，把信元14組織成具有實質上相似信元標頭的組。組的數目表示壓縮控制塊可以計數的變換的數目。然後排序器12可以使用這些變換計數來判定應該把信元14按路由發送到哪個壓縮模塊。排序器12和壓縮模塊可以包括在DVB封裝器13中。
還可操作排序器12對每個組中的信元14的數目進行計數。可以把信元14一起組織在緩衝器中待以後壓縮到數據報中。如在GBS的一個例子中所使用，數據報的長度是4,080位元組。這個長度對於許多通信應用是典型的，並且符合數字視頻廣播(DVB)標準。一般，可以在4,080位元組分段中組織七十六個未壓縮的信元14。然而，可以把每個包括四十八字節的八十五個有效負荷安裝到4,080位元組分段中。如果使用在4,080分段中的第一有效負荷來存儲壓縮控制塊，則在4,080分段中最多可以存儲八十四個ATM信元有效負荷。因此，在一個例子中，經壓縮的信元標頭可以允許在經封裝的數據報92中組織八十四個有效負荷。排序器12可以保持交換機16處全部信元14的運行。當在緩衝器中收集總數為八十四的信元時，數據有效負荷按運行長度封裝到數據報28、30、32、34和36中。
壓縮模塊產生的數據報可以包括壓縮控制塊(CCB)。壓縮控制塊(CCB)的內容可以根據排序器12選擇的模塊而改變。如上所述，排序器12可以對包含相似地址的信元14的數目進行計數，並且把信元組織成組。然後排序器12可以使用這些變換計數來判定應該把信元14按路由發送到哪個壓縮模塊。在所說明的例子中，系統10包括三字節標頭(3BH)模塊18、四字節標頭(4BH)模塊20、五字節標頭(5BH)模塊22以及半字節標頭(1/2BH)模塊24。如下面更詳細的描述，壓縮模塊18、20、22和24然後可以把信元14壓縮到對應的CCB中。根據可以在對應的CCB中對每個信元14進行存儲的標頭字節數，壓縮模塊18、20、22和24相互不同。對每個壓縮模塊18、20、22和24合適地定名稱。例如，5BH模塊22在CCB中存儲每個信元14的五字節標頭信息，而4BH模塊20在CCB中存儲每個信元14的四字節標頭信息。然而，可以配置壓縮模塊存儲任何合適的字節數或任何合適的標頭部分。
5BH模塊22、4BH模塊20、3BH模塊18、1/2BH模塊24壓縮方法可以在它們各自的變換極限中得到最大壓縮效率。存儲的標頭越大，可以壓縮到數據報中的變換越少。例如，3BH模塊18可以容納的最大變換數目可以是十一。4BH模塊20和5BH模塊22可能容納較少的ATM標頭變換，最多分別為九和七。通過區分不同壓縮模塊和按路由把信元發送到合適的模塊，排序器可以達到最大壓縮效率。
如上所述，每個模塊可以產生此模塊所特有的數據報。例如，5BH壓縮模塊22把信元14組織到5BH數據報28中。同樣，4BH模塊20把信元組織到4BH數據報30中，而3BH模塊18把信元14組織到3BH數據報32中。1/2BH數據報34對應於1/2BH模塊24。把數據報發送到接收機26並由接收機26接收。每個數據報包括用於存儲經壓縮的標頭信息的壓縮控制塊(CCB)。例如，CCB可以包括四十八字節的標頭信息。CCB的內容根據排序器12選擇的模塊所執行的壓縮方案而改變。
根據一個實施例，不管所使用的壓縮模塊，把CCB的最初四字節包括在MPE標頭中。MPE標頭存儲可應用於相關聯的有效負荷的標頭信息。因此，每個CCB的最初四字節包括可應用於MPE數據報作為整體的通用流量控制、虛擬路徑識別符、虛擬信道識別符、有效負荷類型以及信元丟失優先級。可以保留第五字節作為壓縮模式指示符。壓縮模式指示符包括一個標記，該標記表示經壓縮的信元是否處於5BH、4BH、3BH或1/2BH狀態。等於零的壓縮模式指示符可以表示數據報未經壓縮。5BH CCB 28為例外，可以為其它信息保留接著的三個字節。
對於每個變換，使用一個字節來存儲信元計數。信元計數表示與變換相關聯的有效負荷數目。換句話說，信元計數表示具有實質上相似信元標頭的有效負荷的數目以及可以順序存儲在數據報(這個特定的標頭應該附加到該數據報上)中的有效負荷的數目。例如，5BH CCB 28可以具有最多七個變換，或最多七個不同的、具有實質上相似信元標頭的信元組。結果，在5BH CCB 28中，可以使用七個不同的字節來存儲七個不同變換中的每一個的信元計數。可以使用四十八字節CCB的所有其餘字節來存儲標頭信息。因此，在5BH CCB 28中，可以使用三十五字節來存儲標頭信息。
標頭信息的類型和用於存儲一個變換的標頭信息的字節數取決於排序器12選擇的壓縮模塊。例如，5BH CCB存儲每個變換的標頭信息的五字節有用成分。例如，字節可以包括用於變換的通用流量控制(GFC)、虛擬信道識別符(VCI)、虛擬路徑識別符(VPI)、有效負荷類型(PT)、信元丟失優先級(CLP)以及標頭差錯控制(HEC)。在5BH CCB 28中為第一變換存儲標頭信息的字節可以採用表1所述的形式表1
與其它壓縮模塊相關聯的壓縮控制塊(CCB)可以與5BH CCB 28有些不同。4BH CCB可以存儲每個變換的信息的四字節有用成分。如上所述，可能不需要把標頭差錯控制(HEC)字節存儲在4BH CCB 30、3BH CCB 32或1/2BH CCB34中。在某些情況中，消除HEC字節實質上不並不改變或折衷系統的完整性。因此，在4BH CCB 30中為第一變換存儲標頭信息的字節可以採用表2所述的形式表2
3BH CCB 32存儲每個變換的信息的三字節有用成分。在3BH CCB 32中為第一變換存儲的標頭信息的字節可以看成除了略去存儲GFC/上半VPI之外與上面4BH CCB 32相似。因此，3BH CCB 32的限制可以是GFC和VPI的上面部分必須為零。
1/2BH CCB 34隻存儲每個變換的信息的半個字節有用成分。所存儲的半個字節只包括要跟隨的信元計數以及PT/CLP標頭信息。因此，1/2BH CCB的限制可以是只可以PT和CLP比特變化。在4BH CCB 30中為最前四個變換存儲標頭信息的字節可以採用表3所述的形式表3
更詳細地討論關於圖4的CCB。說明如上組織的字節只是為了示例。熟悉本技術領域的人員會理解，可以按任何方式組織字節以及字節中的信息。
系統10可以取得數據報的重複特性的優點。如果在數據報中的信元包括實質上相似的信元標頭，則對每個信元，存儲的標頭字節多數是可以重複的。在本文件中使用的「每個」意味著一集的每個成員或集的子集的每個成員。如果把多個信元封裝到數據報中，則每個信元的重複的標頭字節只需要存儲一次。結果，通過減少經過衛星傳播的信息量使數據通信更有效。以前ATM發送的方法沒有考慮在數據報中的信元標頭出現的重複特性。
此外，系統10可以允許經加密數據的有效的壓縮。為了安全的目的，可以在發送之前對信元的有效負荷部分進行加密。在加密的一個例子中，用非人類可讀出的一和零系列或「白噪聲」來代替數據。然而，信元有效負荷的加密使能夠加密的數據後面不留有數據。系統10壓縮可以提供加密數據的有效壓縮的信元標頭。
圖2示出一個示例方法，該方法用於根據實質上相似的信元標頭來組織信元而進行壓縮。根據該例子，排序器12可以根據用於壓縮的實質上相似的信元標頭通過選擇合適的壓縮模塊18、20、22、或24以便使接收機26的計算工作量最小而組織信元。可以把排序器12和壓縮模塊18、20、22和24包括在DVB封裝器13中。該方法在5BH模塊22處開始。如參考圖1所討論，5BH模塊22可以容納七個或更少個數的變換或組。因此，如果排序器12判定變換是七個或更少個數的變換，則排序器12收集信元14和把它們發送到5BH模塊22。然後可以通過5BH模塊22組織和壓縮信元14而發送到接收機26。
另一方面，排序器12可以判定對於信元14發生七個以上的變換。由於5BH模塊22壓縮將是不成功的，所以排序器12可以旁路5BH模塊22以判定4BH模塊20的可用性。如上所述，4BH模塊20可以處理九個或更少個數的變換。因此，如果排序器12已經判定信元14具有七個以上的變換，則在步驟42處，排序器12把信元14發送到4BH模塊20。然後可以組織和壓縮信元14，用於發送到接收機26。
如果在輸入信元14中發生九個以上的變換，則在步驟44處，排序器可以旁路4BH模塊20壓縮並且把輸入信元14發送到3BH模塊18。3BH模塊18最多可以壓縮十一個變換。因此，如果可以把信元14組成十一個或更少個數的變換，則信元14可以保留在3BH模塊18處。然後可以通過3BH模塊18組織信元14，進行壓縮和發送到接收機26。
如果出現十一個以上的變換，則排序器12可以旁路3BH模塊18以嘗試1/2BH模塊24壓縮。1/2BH 24壓縮模塊最多可以容納四十個變換。如果可以在四十個變換中組織信元14，則在步驟46處排序器12可以組織信元14以及把它們發送到1/2BH模塊24。。然而，1/2BH模塊24比5BH模塊22、4BH模塊20或3BH模塊18存儲較少的標頭信息。如上關於圖1所討論，1/2BH模塊24可能包括可以妨礙壓縮的附加限制。
如果排序器判定輸入信元14不能夠成組以致5BH模塊22、4BH模塊20、3BH模塊18或1/2BH模塊24壓縮將是成功的，則系統進入例外的處理。在步驟47處把信元14組織入未經壓縮的數據報38，並且按未經壓縮的狀態發送到接收機26。然後該方法返回到開始處，排序器12首先嘗試把輸入信元14組織入5BH壓縮模塊22。信元14可以繼續通過步驟40-47，如上所述，直到發送信元14。
在另一個實施例中，在識別數據流內容的重複特性中，壓縮方法通過避免壓縮方案之間不必要的變換而可以減少發射機工作負荷。一旦排序器12已經識別輸入信元14是最佳地適合於特定的壓縮模塊，排序器12就可以嘗試把下一組信元14放到同一個壓縮模塊中。因此，排序器12可以嘗試保留在以前的成功狀態中。例如，如果5BH模塊22壓縮是成功的，則排序器可以嘗試把下一組輸入信元14組織到七個或更少個數的變換中，以致這些信元也可以通過5BH模塊22來組織。因此，在步驟40處，排序器12通過環路返回到5BH模塊22。
相似地，如果排序器12已經判定4BH模塊20是合適的壓縮方案，則只要合適，排序器12就繼續把輸入信元14組織到4BH壓縮模塊20中。在某些時刻，由於下一個信元14可能包括九個以上的變換而4BH壓縮可能失敗，則在進入例外處理之前嘗試3BH模塊18壓縮以及然後1/2BH模塊24壓縮。
不管這些信元的最終放置，當排序器12接收下一組輸入信元14時，它首先嘗試4BH壓縮。這是排序器12為避免不必要的變換嘗試而進行的嘗試。雖然對於信元14的緊接在前組的4BH模塊20壓縮失敗，但是排序器12可以假定由於4BH模塊20壓縮對於輸入信元14的前組是合適的方案，所以4BH模塊20再次是最合適的壓縮方案。如此。排序器12旁路5BH模塊22。
這個過程可以重複預定數N次的循環。在某些時刻，系統10識別當前模塊(在本例子中是4BH模塊20)不再合適，並且是太頻繁地失效。因此，在N次失效之後，在步驟48處，所述方法返回到5BH模塊22，並且重新開始所述方法。當排序器12接收下一組輸入信元14時，排序器12通過首先嘗試把信元14組織到5BH模塊22中而返回所述方法的開始。3BH模塊18和1/2BH模塊24也分別具有對應的步驟50和52，它們在N次失敗之後使所述方法返回開始點。在一個例子中，對於每個壓縮模塊，導致所述方法再次返回開始處的N次失敗的次數可能是相同的。例如，對於步驟48、50和52，可以設置N次失效的值為五。在五次壓縮失效之後，所述方法將再次開始，不管壓縮失效是發生在4BH模塊20處，還是3BH模塊18或1/2BH模塊24處。在另一個例子中，對於每個壓縮模塊，導致所述方法重新開始的N次失效的數目可以是不同的。例如，在步驟48、步驟50以及步驟52處的N可以分別設置為三、四和五次壓縮失效。因此，在4BH模塊20處三次壓縮失效之後，所述方法將再次開始。相似地，在3BH模塊18和1/2BH模塊24處分別四次和伍次失效之後，所述方法將再次開始。
圖3說明3BH模塊18的一個例子。3BH模塊18可以包括在也包括5BH模塊22、4BH模塊20、3BH模塊18以及1/2BH模塊24的DVB封裝器13中。3BH模塊18可以包括3BH排序器60、多個3BH壓縮緩衝器62以及數據報彙編器64。在一個例子中，3BH模塊18接收來自排序器12的信元14，並且把信元14傳送到3BH排序器60。然後3BH排序器60把信元14組織到3BH壓縮緩衝器62中。參考圖4提供組織信元14的一個例子。另一方面或另外，在另一個例子中，通過把信元組織到3BH壓縮緩衝器62中，排序器12可以執行3BH排序器60的功能。因此，系統10可以包括一個排序器12或多個排序器12和60。然後把信元14構成到數據報32中。
3BH壓縮緩衝器60存儲輸送到數據報彙編器64的多個數據報32。可操作數據報彙編器64，以對包括經壓縮的信元14的數據報32進行彙編成為經封裝的數據報66。在準備經封裝數據報66中，數據報彙編器64把封裝標頭68附加到經封裝數據報92中。封裝標頭68對於經封裝數據報92中的信元14提供公共的地址。包括在封裝標頭68中的地址保證把經封裝數據報92發送到合適的接收機26。
數據報彙編器64還可以把循環冗餘校驗(CRC)字符69附加到數據報。可以使用CRC字符69來校驗數據塊的完整性。例如，在發送端可以使用CRC字符69以產生一個值，該值取決於數據塊中一個數據塊的十六進位數值。數據報彙編器64計算該值，並且把它附加於數據報作為CRC字符69。接收機26進行相似的計算，並且把它的結果與添加的CRC字符69進行比較。如果存在差異，則接收機26請求再發送。然而，可以使用建立數據完整性的任何其它合適的方法。
在一個例子中，3BH模塊18還包括等待定時器72。等待定時器72執行根據數據報彙編器64的檢查。如果在預定時間量之後數據報彙編器64不能夠把3BH壓縮緩衝器62封裝到數據報66中，則等待定時器72把應該發送未經壓縮的信元14的消息發送到數據報彙編器64。等待定時器72可以保證系統10的效率。
雖然圖3說明3BH模塊18的一個例子，但是它也表示4BH模塊20或5BH模塊22的例子。此外，雖然所示出的3BH模塊18包括3BH排序器60，但是排序器12可以執行3BH排序器60的功能或可操作任何其他功能來組織輸入數據。因此，系統10可以包括一個排序器12或多個排序器。
相似地，在圖3中示出的3BH模塊包括數據報彙編器64。熟悉本技術領域的人員會理解，系統10中的每個模塊可以包括與特定模塊相關聯的數據報彙編器64。另一方面或另外，在系統10中可以包括單個數據報彙編器64，可操作所述數據報彙編器64以封裝來自每個模塊的壓縮緩衝器。因此，可以進行系統10的許多變型和改變而不偏離本發明的範圍。
圖4說明組織壓縮緩衝器中的信元14的一個例子。在一個例子中，3BH排序器60接收輸入信元14。每個信元14包括標頭和有效負荷。如關於圖1所述，通過將相似標頭的信元14編組成變換而進行信元14的排序。在通過圖4說明的例子中，3BH排序器60判定有三個信元14具有相似的標頭A。可以指定這些為變換A74，並且包括信元A1 80、A2 81和A3 82。此外，3BH排序器60判定有兩個信元14具有相似的標頭B。指定這些為變換B86，並且包括信元B1 83和B2 84。
如此組織信元14直到達到3BH壓縮緩衝器62的最大容量。在一個例子中，3BH壓縮緩衝器62的最大容量可以是84個信元。在圖4中描述的例子中，指定信元14的最終組作為變換K88，並且包括信元K1 85和K2 86。還應該注意，在圖4中包括變換A84中的三個信元、變換B86中的兩個信元以及變換K88中的兩個信元只是示例的目的。熟悉本技術領域的人員應該理解，3BH排序器60可以按任何數量的組合和變化來接收信元14。
3BH排序器60把編成組的信元14安排到經封裝3BH數據報92中。經封裝3BH數據報92包括3BH CCB 97，它存儲信元A1 80到K2 86的標頭信息，並且描述有效負荷94對應於每個信元的配置。3BH CCB 97包括指示壓縮模式(在該例子中，是3BH壓縮模式)的壓縮模式指示符96。接收機26使用壓縮模式指示符96來判定對經封裝數據報92解除壓縮所需要的步驟。3BH CCB 97包括信元計數A98，它表示在變換A74中有多少信元。因為在變換A74中有三個信元，所以在圖4描繪的例子中，信元計數A98將等於三。3BH CCB 97包括相關於變換A74中的信元的三字節標頭信息。3BH CCB 97把每個變換的相似信息存儲在經封裝數據報92中。
接著3BH CCB 97，經封裝數據報92包括壓縮到經封裝數據報92中的每個信元標頭的有效負荷94。可以順序安排有效負荷。當通過接收機26接收時，接收機26可以減少3BH CCB 97中部分標頭的列表，並根據存儲在CCB中的變換的計數把合適的標頭附加到有效負荷。例如，如果3BH CCB 97表示在變換中有三個信元，如在圖4中所示，則接收機26可以把信元標頭附加到最初三個有效負荷。在所說明的例子中，在3BH CCB 97中最多可以包括84個有效負荷。
圖5說明使用圖1的系統的一個示例方法，用於對信元標頭進行壓縮。該方法在步驟99處開始，其中系統10在交換機16處接收輸入信元14。在步驟100處，系統10通過設置索引項等於零而對它初始化。索引項表示變換的數目，或具有實質上相似信元標頭的信元組的數目。在步驟101處，系統10通過設置信元計數和信元數目的每一個都為零而對它們初始化。信元計數表示變換中信元的數目。信元數目可以等於數據報中的信元數目。索引項和信元計數的初始化準備系統10使之讀出多個輸入信元14，用於在要發送到接收機26的單個數據報中進行壓縮。
系統10在步驟102處選擇一個信元，並且在步驟103處讀出信元標頭。排序器12檢查信元14和在步驟104處判定信元標頭是否實質上相似於下一個信元標頭。通過比較第一輸入信元14的標頭和下一個輸入信元14的標頭而作出判定。如果信元標頭是相同的，則系統10在步驟106處更新當前信元的信元計數。更新信元計數向接收機26表示這個是變換中的n個順序信元14中的m。排序器12可以通過把一加到信元計數來更新信元計數。因此，如果排序器12正在檢查第一輸入信元，這將使信元計數更新到值一。因此，如果排序器12正在檢查第二輸入信元，以及排序器12以前判定最後的信元標頭與這個信元標頭相同，則將使信元計數更新到值兩。當排序器12順序地讀出更多相同信元標頭時，使信元計數每次增加值一。
在更新信元計數之後，排序器12進行到步驟108，以判斷信元14是否為索引項的第一信元。排序器12可以通過對這個信元標頭與最後的信元標頭進行比較或通過查看信元計數來進行這個判定。如果標頭是不同的，則當前在檢查的信元是這個索引項的第一信元。在這個情況中，排序器12然後在步驟110處存儲標頭。所存儲的字節數以及存儲字節的格式根據所使用的壓縮模塊和所產生的CCB而變化。關於圖1進行更詳細的描述。
如果在步驟108處信元14不是索引項的第一信元14，則該方法跳躍到步驟110，並且直接進行到步驟114。步驟110不是必需的，因為已經把這個變換的信元標頭存儲在CCB中。
如果排序器12在步驟104處判定這個信元14的信元標頭實質上與下一個信元14的信元標頭不相似，則該方法進行到步驟111；系統再初始化信元計數。再初始化信元計數是因為系統10判定這個信元14是變換中的最後信元。最終信元計數表示這個變換的總值，將存儲在CCB中作為信元計數98，如在圖4中所示。可以通過把信元計數設置為零而對信元計數進行初始化。在步驟112處，系統10更新索引項。通過更新索引項，排序器12準備系統10的下一個變換。然後在步驟113處把分配的信元索引項存儲在CCB中，如上面表1到表3所示。然後該方法進行到步驟114。
在步驟114處，排序器12通過把下一個可用的信元數分配給信元而更新信元數。在所說明的例子中，通過使信元數增加值一來更新信元索引數。例如，如果分配給以前信元的信元數是十五，則將給在檢查的當前信元分配值十六。排序器12在步驟116處判定信元數是否為最大數。最大數是數據報可以容納的信元的最大數。因此，排序器12判定數據報是否處於它的最大容量。例如，在存儲八十四個信元之後，3BH CCB達到最大容量。如果排序器12判定已經在CCB中存儲了八十四個信元，則數據報處於最大容量，該方法進行到步驟118。在步驟118處，把輸出數據報發送到接收機26。如果排序器12在步驟116處判定CCB沒有處於最大容量，則系統10返回步驟102。然後排序器12重複通過步驟102到116的循環，直到達到CCB的最大容量。
用於壓縮信元標頭的系統10可以通過按圖5中示出的和如上所述的步驟100到118的次序的壓縮過程而進行，然而，熟悉本技術領域的人員會理解，可以按任何合適的次序來執行該方法的步驟。
圖6說明使用圖1的系統的一個示例方法，用於對信元標頭解除壓縮。當接收機26接收經壓縮的數據報66時，該方法在步驟200處開始。在步驟202處，接收機26檢查壓縮模式指示符。接收機26進行檢查以判定是否壓縮數據報以及所使用的壓縮模式，如果有的話。在步驟202處，接收機26判定壓縮模式指示符是否表示是否壓縮數據報。例如，壓縮模式指示符等於零可以表示數據報沒有壓縮。壓縮模式指示符等於非零可以表示壓縮了數據報。如果把壓縮模式指示符設置成零，則接收機26在步驟206處處理未壓縮的原始數據。接收機26可以立即處理數據，並且該方法終止。如果壓縮模式指示符表示已經使用了壓縮模塊，則該方法進行到步驟208。在步驟208處，接收機26判定壓縮模式。對數據報解除壓縮的過程取決於用於壓縮數據報66的特定壓縮模式。
不管所使用的壓縮模塊，在步驟210處判定變換中的信元數。接收機26可以通過讀出包括在數據報66中的信元計數98來進行這個判定。在步驟212處，接收機26再構造標頭。步驟212根據所使用的特定壓縮模塊而改變。例如，因為在5BH數據報28中的經壓縮的標頭包括標頭差錯控制(HEC)字節，所以5BH數據報28的接收機不需要計算信元HEC字節。接收機26取得在5BH數據報28的CCB中存儲的標頭信息的最初五個字節，並且存儲它們作為解除壓縮的信元標頭字節1、2、3、4和5。這個再構造的標頭用於變換中相關聯的有效負荷。接收機只需要把完整的五字節標頭附加到通過計數指示的每個數據有效負荷。
如果接收機26在步驟208處判定數據報66是使用4BH模塊20壓縮的，則在步驟212處，接收機26取得在4BH數據報30的CCB中存儲的標頭信息的最初四字節，並且存儲它們作為解除壓縮的信元標頭字節1、2、3和4。因為沒有存儲HEC字節，所以接收機26可以再創建HEC字節，並且放置它作為解除壓縮的信元標頭中的第五和最終字節。然後可以把標頭附加到如計數表示的變換中的每個數據有效負荷。因為不須再構造HEC，所以4BH CCB 30的解除壓縮可能在接收機26端需要比5BH CCB 28的解除壓縮更多的處理時間。然而，多數處理可以發生在排序器12處的系統的壓縮端上，所以在接收機26端可以使解除壓縮的過程進行得較簡單。
相似地，如果系統10在步驟208處判定數據報66是使用3BH模塊18壓縮的，則接收機26取得3BH數據報32中所存儲標頭信息的最初三字節，並且在步驟212處存儲它們作為解除壓縮的信元標頭字節2、3、和4。接收機26可以通過用零來代替它而再構造第一字節。可以再構造HEC字節，如上參考4BH數據報30的解除壓縮所述，並且放置它作為第五和最終信元標頭字節。在其它實施例中，如果已經通過接收ATM網絡接口卡再計算過HEC，則不再需要計算它了。可以把這個再構造的標頭附加到如信元計數所表示的變換中的每個數據有效負荷上。因為解除壓縮需要再構造第一信元標頭字節和HEC字節兩者，所以在接收機26端的3BH CCB 32的解除壓縮可能比5BH CCB 28或4BH CCB 30解除壓縮需要更多處理時間。然而，多數處理可以發生在排序器12處的系統的壓縮端上，所以可以較簡單地進行在接收機26端的解除壓縮。
作為對比，如果接收機26在步驟208處判定數據報66是使用1/2BH模塊24來壓縮的，則接收機26從CCB取得標頭信息的最初三個字節和半個字節，並且在步驟212處存儲它們作為標頭字節1、2、3和4。接收機26對計數中表示的標頭作出儘可能多的拷貝。半字節(nibble)可以包括一個字節的一半。把PT-CLP半字節插入第四字節的較低的半字節中。如上參考4BH CCB 30的解除壓縮所述來再構造HEC字節，並且放置成為第五和最終信元標頭字節。在其它實施例中，如果已經通過接收ATM網絡接口卡再計算過HEC，則不再需要計算它了。把每個完整的經解除壓縮的信元標頭附加到數據分段中合適的有效負荷中。繼續進行解除壓縮直到使用了每個PT-CLP半字節。因為只可以變化PT和CLP比特，所以如果改變其它比特，例如，地址，則可以不使用1/2BH壓縮模塊24。可以在另一個模塊中發送信息和進行解除壓縮。
接著在步驟212處的標頭的再構造，接收機26在步驟214處把標頭附加到(prepend)有效負荷上。接收機26可以判定下一個有效負荷是否在相同的變換中。如果下一個有效負荷在相同的變換中，則未曾耗盡信元計數，該方法返回步驟214。接收機26又把標頭附加到(prepend)下一個有效負荷的有效負荷上。儘可能重複步驟216和214多次直到變換中的所有有效負荷都已經接收到標頭。當接收機26在步驟216處判定下一個有效負荷不是在相同的變換中時，接收機26在步驟218處可以判定在數據報66中是否存在另一個標頭。如果存儲在數據報66中的又一個標頭信息是用於不同的變換的，或用於具有實質上相似信元標頭的不同組的，則該方法返回步驟210。該方法通過步驟210到218循環，直到已經把標頭附加到數據報中的每個有效負荷上。當在步驟218處接收機26判定不再有標頭信息存儲在數據報66中時，接收機26在步驟220處輸出未經壓縮的數據報，並且該方法結束。
用於解除信元標頭壓縮的接收機26可以通過壓縮過程進行，在圖6中示出該壓縮過程的次序為步驟200到218，如上所述。然而，熟悉本技術領域的人員會理解，可以按任何合適的次序來執行該方法的步驟。
上面關於本發明的圖1到圖6描述的某些例子可以提供一個或多個技術優點。一個例子的技術優點在於該例子提供信元標頭壓縮和增加衛星通信的效率。一個例子的另一個技術優點在於該例子允許信元標頭壓縮符合DVB標準，因此，符合現有的DVB硬體。一個例子的另一個技術優點在於該例子可以利用不對稱壓縮處理，當大量計算工作負荷可以由發射機代替接收機來執行時，這可以減少接收機的計算工作負荷。一個例子提供的另一個技術優點在於該例子可以允許加密數據的信元標頭壓縮。從這裡描述的附圖、說明書和權利要求書，熟悉本技術領域的人員會容易地明白其它技術優點。例子中沒有1個例子，一些例子或全部例子可以提供諸多的技術優點。
雖然這裡詳細描述了本發明的一個例子和它的優點，但是熟悉本技術領域的人員可以進行各種變更、附加以及省略而不偏離如所附的權利要求書定義的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種信元標頭壓縮系統，包括排序器可操作以接收多個信元，一個信元包括信元標頭和有效負荷；以及根據信元標頭對信元進行排序；壓縮模塊，可操作以產生描述信元標頭的一個壓縮控制塊以及根據信元標頭的有效負荷的配置；以及數據報彙編器可操作以根據配置彙編有效負荷；產生包括壓縮控制塊和經彙編的有效負荷的數據報；以及發送數據報。
2.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述信元包括多個異步傳輸模式信元。
3.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，進一步包括封裝器，包括排序器；壓縮模塊；以及數據報彙編器。
4.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，可操作所述排序器根據信元標頭對所述信元進行排序是通過比較所述信元的信元標頭，所述信元標頭包括目的地址；識別多個實質上相似的信元標頭；以及根據實質上相似的信元標頭組織所述信元。
5.如權利要求4所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述實質上相似的信元標頭包括實質上相似的目的地址。
6.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，進一步包括多個壓縮模塊，包括第一壓縮模塊，可操作以存儲第一組的每個信元標頭的字節的第一數；以及第二壓縮模塊，可操作以存儲第二組的每個信元標頭的字節的第二數。
7.如權利要求6所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，進一步可操作所述排序器以比較所述信元的信元標頭；識別多個實質上相似的信元標頭；根據實質上相似的信元標頭把所述信元組織成多個組；以及根據組的數目選擇壓縮模塊。
8.如權利要求6所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，可操作所述排序器而通過選擇以前對於特定循環數為成功的壓縮模塊來選擇壓縮模塊。
9.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述壓縮控制塊包括從一個組選擇的經壓縮的信元標頭，所述組包括五字節標頭、四字節標頭、三字節標頭以及半字節標頭。
10.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述壓縮控制塊描述多個變換的許多信元的多個目的地址，變換的每個信元的所述目的地址實質上是相似的。
11.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，可操作所述壓縮模塊以產生壓縮控制塊是通過判定所述信元的子集的許多信元，子集的每個信元具有實質上相似的信元標頭；把實質上相似的信元標頭寫入所述壓縮控制塊；以及把所述信元的子集的許多信元寫入所述壓縮控制塊。
12.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述數據報彙編器包括等待定時器，在預定時間周期之後，可操作所述等待定時器以終止所述數據報的彙編。
13.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述數據報進一步包括用於校驗所述數據報的完整性的循環冗餘校驗字符。
14.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，進一步包括接收機可操作以接收通過數據報彙編器發送的數據報；識別與至少一個有效負荷相關聯的壓縮控制塊的經壓縮的信元標頭；解除所述信元標頭的壓縮；以及把經解除壓縮的信元標頭附加到與經壓縮的信元標頭相關聯的至少一個有效負荷。
15.如權利要求1所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述有效負荷包括經加密的數據。
16.一種信元標頭壓縮系統，包括排序器可操作以接收多個信元，一個信元包括信元標頭和有效負荷；以及根據信元標頭對信元進行排序；壓縮模塊，可操作以通過重複下列步驟達預定信元數以產生描述信元標頭的一個壓縮控制塊以及有效負荷的配置判定所述信元的子集的數目，子集的每個信元具有實質上相似的信元標頭；把實質上相似的信元標頭寫入壓縮控制塊；以及把子集的所述信元數目寫入壓縮控制塊；以及數據報彙編器可操作以根據配置彙編有效負荷；產生包括壓縮控制塊和經彙編的有效負荷的數據報；以及發送數據報。
17.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述信元包括多個異步傳輸模式信元。
18.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，進一步包括封裝器，包括排序器；壓縮模塊；以及數據報彙編器。
19.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，可操作所述排序器根據信元標頭對所述信元進行排序是通過比較所述信元的信元標頭，所述信元標頭包括目的地址；識別信元標頭的多個實質上相似的目的地址；以及根據實質上相似的目的地址組織所述信元。
20.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，進一步包括多個壓縮模塊，包括第一壓縮模塊，可操作以存儲第一組的每個信元標頭的字節的第一數；以及第二壓縮模塊，可操作以存儲第二組的每個信元標頭的字節的第二數。
21.如權利要求20所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，進一步可操作所述排序器以比較所述信元的信元標頭；識別信元標頭的多個實質上相似的目的地址；根據實質上相似的目的地址把所述信元組織成多個組；以及根據組的數目選擇壓縮模塊。
22.如權利要求20所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，可操作所述排序器而通過選擇以前對於特定循環數為成功的壓縮模塊來選擇壓縮模塊。
23.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述壓縮控制塊包括從一個組選擇的經壓縮的信元標頭，所述組包括五字節標頭、四字節標頭、三字節標頭以及半字節標頭。
24.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述壓縮控制塊描述多個變換的許多信元的多個目的地址，變換的每個信元的所述目的地址實質上是相似的。
25.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述數據報彙編器包括等待定時器，在預定時間周期之後，可操作所述等待定時器以終止所述數據報的彙編。
26.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述數據報進一步包括用於校驗所述數據報的完整性的循環冗餘校驗字符。
27.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，進一步包括接收機可操作以接收通過數據報彙編器發送的數據報；識別與至少一個有效負荷相關聯的壓縮控制塊的經壓縮的信元標頭；解除所述信元標頭的壓縮；以及把經解除壓縮的信元標頭附加到與經壓縮的信元標頭相關聯的至少一個有效負荷。
28.如權利要求16所述的信元標頭壓縮系統，其特徵在於，所述有效負荷包括經加密的數據。
29.一種信元標頭壓縮方法，包括接收多個信元，一個信元包括信元標頭和有效負荷；根據信元標頭對信元進行排序；產生描述信元標頭的一個壓縮控制塊以及根據信元標頭的有效負荷的配置；根據配置彙編有效負荷；以及用壓縮控制塊和經彙編的有效負荷產生數據報。
30.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，所述信元包括多個異步傳輸模式信元。
31.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，接收所述信元包括在交換機處接收所述信元；把所述信元發送到封裝器，所述封裝器包括排序器；壓縮模塊；以及數據報彙編器。
32.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，根據所述信元標頭對所述信元排序包括比較所述信元的信元標頭，所述信元標頭包括目的地址；識別多個實質上相似的信元標頭；以及根據實質上相似的信元標頭組織所述信元。
33.如權利要求32所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，識別多個實質上相似的信元標頭包括識別實質上相似的目的地址。
34.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，根據信元標頭對所述信元排序包括比較所述信元的信元標頭；識別所述信元標頭的至少兩個實質上相似的目的地址；根據至少兩個實質上相似的目的地址把所述信元組織成多個組；以及根據組的數目選擇壓縮模塊。
35.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，進一步包括使用多個壓縮模塊產生壓縮控制塊，包括第一壓縮模塊，可操作以存儲第一組的每個信元標頭的字節的第一數；以及第二壓縮模塊，可操作以存儲第二組的每個信元標頭的字節的第二數。
36.如權利要求35所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，根據信元標頭對所述信元排序包括比較所述信元的信元標頭；識別多個實質上相似的信元標頭；根據實質上相似的信元標頭把所述信元組織成多個組；以及根據變換的數目選擇壓縮模塊。
37.如權利要求35所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，選擇所述壓縮模塊包括選擇以前對於特定循環數為成功的壓縮模塊。
38.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，所述壓縮控制塊包括從一個組選擇的信元壓縮標頭，所述組包括五字節標頭、四字節標頭、三字節標頭以及半字節標頭。
39.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，所述壓縮控制塊描述多個變換的許多信元的多個目的地址，變換的每個信元的所述目的地址實質上是相似的。
40.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，產生所述壓縮控制塊包括判定所述信元的子集的許多信元，子集的每個信元具有實質上相似的信元標頭；把實質上相似的信元標頭寫入所述壓縮控制塊；以及把所述信元的子集的許多信元寫入所述壓縮控制塊。
41.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，進一步包括在預定時間周期之後終止數據報的彙編。
42.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，產生所述數據報包括附加用於校驗數據報的完整性的循環冗餘校驗字符。
43.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，進一步包括在接收機處接收通過數據報彙編器發送的數據報；識別與至少一個有效負荷相關聯的壓縮控制塊的經壓縮的信元標頭；解除所述信元標頭的壓縮；以及把經解除壓縮的信元標頭附加到與經壓縮的信元標頭相關聯的至少一個有效負荷。
44.如權利要求29所述的信元標頭壓縮方法，其特徵在於，所述有效負荷包括經加密的數據。
45.一種信元標頭壓縮系統，包括用於接收多個信元的裝置，每個信元具有信元標頭和有效負荷；用於根據信元標頭對信元進行排序的裝置；用於產生壓縮控制塊的裝置，所述壓縮控制塊描述信元標頭和根據信元標頭的有效負荷的配置；用於根據配置彙編有效負荷的裝置；以及用於用壓縮控制塊和經彙編的有效負荷產生數據報的裝置。
46.一種標頭壓縮系統，包括排序器可操作以接收多個異步傳輸模式信元，每個信元包括信元標頭和有效負荷；比較信元的信元標頭；識別多個實質上相似的信元標頭；以及根據實質上相似的信元標頭把信元組織成多個組；多個壓縮模塊，可操作以產生壓縮控制塊，所述壓縮控制塊描述信元標頭和根據信元標頭的有效負荷的配置，排序器進一步可操作以根據組的數目選擇一個壓縮模塊，所述壓縮模塊包括第一壓縮模塊，可操作以存儲第一組的每個信元標頭的字節的第一數；以及第二壓縮模塊，可操作以存儲第二組的每個信元標頭的字節的第二數；以及數據報彙編器可操作以根據配置彙編有效負荷；產生包括壓縮控制塊和經彙編的有效負荷的數據報；以及發送數據報。
全文摘要
揭示信元標頭壓縮。接收信元。信元包括信元標頭和有效負荷。根據信元標頭對信元排序(22、20、18、24、38)。產生壓縮控制塊(28、30、32、24、36)，壓縮控制塊描述信元標頭和根據信元標頭的有效負荷的配置。根據配置對有效負荷進行彙編。用壓縮控制塊和經彙編的有效負荷產生數據報。
文檔編號H04N7/24GK1706137SQ03805962
公開日2005年12月7日 申請日期2003年1月6日 優先權日2002年1月16日
發明者P·I·羅森加德 申請人:雷西昂公司