专利名称：传递因特网协议分组数据的电信设备和方法
技术领域：
本发明涉及提供用于向移动通信用户设备和/或从移动通信用户设备传递因特网分组数据的设施的电信系统。
背景技术：
诸如全球移动通信系统(GSM)和通用移动电信系统(UMTS)之类的移动无线网络可以提供用于以电路交换模式传递数据或使用数据分组的设施。在电路交换模式中，为整个呼叫的逻辑通信信道分配ー个物理通信信道。对于数据分组的通信，已经开发出通用分组无线服务(GPRS)。GPRS为面向分组的服务提供支持，而面向分组的服务试图针对诸如因特网分组(IP)之类的分组数据通信优化网络和无线资源。GPRS提供逻辑架构，其相关于移动无线系统的电路交换架构。在移动通信用户设备(UE)和分组数据电信网络之间传递数据的系统包括网关支持节点(GGSN)，其提供分组数据电信网络和用于通过移动电信网络传递数据分组的用户设备之间的接ロ ；以及服务支持节点(SGSN)，其使用控制电信网络的无线资源的无线网络控制器(RNC)控制网关支持节点和用户设备之间的数据分组通信。利用由RNC根据与数据分组的负荷相关联的单给定预定组服务质量(QoS)參数建立的单无线接入载体，将分组数据从UE传递到GGSN，或从GGSN传递到UE。由在UE和RNC之间传递数据的移动电信网络提供的无线资源是无价之宝，并且例如依赖于网络的当前负荷，可以是能否支持特定无线接入载体的限制因素。因此，人们希望尽可能有效地使用无线资源。
发明内容
根据本发明，提供一种用于提供与移动通信用户设备通信以传递因特网分组数据的设施的电信系统。因特网分组数据可以传递到用户设备或从用户设备传出，或者传递到用户设备并传出用户设备。因特网分组数据携帯包括多种不同类型数据的有效负荷数据。该电信系统包括用来提供在用户设备和分组数据电信网络之间传递数据分组的接ロ的网关支持节点，以及服务支持节点。该服务支持节点用来利用无线网络控制器在网关支持节点和移动用户设备之间传递数据分组，该无线网络控制器用来提供与用户设备通信以传递数据分组的无线接入载体。至少网关支持节点和用户设备之一用来分析每个数据分组中的有效负荷数据，以确定该多种不同类型数据的数量，以及每种不同类型数据中的数据符号的数量；产生提供有效负荷中的不同类型数据的数量和每种不同类型数据中的符号的数量的指示的无线接入载体子流指示符；
通过将每个数据分组的有效负荷数据与子流指示符组合来形成每个数据分组的传送帧，该传送帧被用于经由服务支持节点在网关支持节点和无线网络控制器之间传递每个数据分组，并且通过以下操作来在无线网络控制器和用户设备之间传递数据分组 检测子流指示符，并按照子流指示符安排每个不同数据字段的数据、以经由提供适合于不同类型数据的不同服务质量參数的不同无线接入载体传递。 因特网数据分组的有效负荷可以包括具有不同特性和/或不同重要等级的不同类型数据。使用单组用于有效负荷通信的QoS參数，例如，指的是对所有有效负荷数据保证同样的位差错率，而不管其数据类型。低位差错率的数据传输需要更大的带宽，因而例如对相对不重要的数据来说，可能是对无线资源的浪费。与数据分组相关联的单组QoS參数必须考虑到最重要的有效负荷数据，以保证这种数据可靠地达到其目的地。当分配用于有效负荷传输的无线资源时，电信系统没有任何方式来确定数据分组的有效负荷中的数据位的数据类型。因此，双向地向和/或从GGSN和UE传送数据分组的已知系统不可能有效地利用无线资源，在数据分组的有效负荷包括具有不同类型的特性和/或可能具有不等重要性的不同类型数据的情况下尤其如此。本发明的实施例可以提供有效传送携帯不同类型数据的因特网协议数据分组到网关支持节点和用户设备，和/或从网关支持节点和用户设备传递数据分组(在网关支持节点和移动用户设备之间传送)的配置，而不需要对根据现有架构的无线网络控制器的形式的实质性的改变，这样的一个示例是按照通用分组无线系统运行的移动无线网络。本发明的各种进一歩方面和特征定义在所附权利要求书中，并且包括传递因特网分组数据的方法、服务支持节点、移动用户设备和无线网络控制器。
现在參照相同部分配备有相应标号的附图，借助示例来描述本发明的实施例，在附图中图I示意地图解VoIP协议栈的结构；图2示意地图解UDP数据分组的结构；图3示意地图解IPv4数据分组的结构；图4示意地图解配置成支持分组数据通信的移动电线网络的示例架构；图5示意地图解如图4所示的支持GPRS的移动网络的简化表示；图6示意地图解语音数据的三种不同类别的QoS參数的控制面通信的配置；图7是提供图6的配置的控制面通信序列的示例操作的流程图；图8是示出图6的配置的控制面通信序列的进ー步阶段的流程图；图9是列出与服务质量(QoS)相关联的多个无线接入载体服务属性和它们的相应RAB服务属性值的表格(取自參考文献[2])；图10是列出五种预定语音编解码数据帧类型中的每ー种的宽带自适应多速率(AMR-WB)位格式的表格(取自參考文献[4])；图11是提供用于根据数据的相对重要性设置每个RAB子流中的位数的向导的表格(取自參考文献[2])；图12示意地图解为单UMTS载体规定QoS參数的已知QoS信息元的结构；图13示意地图解根据本技术为第一无线接入载体规定QoS參数和含有为UMTS载体中的不同QoS选项规定不同QoS參数的两个附加可选数据字段的PDP上下文信息元；图14示意地图解用户面板内、便于向和/从UE传递语音数据IP分组的协议栈；图15示意地图解用于VoIP的Iu-ps帧的结构；图16示意地图解通过SGSN的用户面协议栈对数据分组执行的处理；和图17示意地图解通过RNC的用户面协议栈对数据分组执行的处理。
具体实施例方式IP 语音IP语音(VoIP)涉及在因特网协议而不是利用公共交換电话网(PSTN)的定型电路的、分组形式的数字语音数据传输。在附录I中參照本专利申请的图I到3对VoIP及其相关协议作了更全面描述。图I示意地图解VoIP协议栈的结构。该协议栈包括物理层110、数据链路层120、因特网协议(IP)层130、用户数据报协议(UDP)层140、实时协议(RTP)层150、语音层160。在附录I中提供了更多的细节。图2示意地图解UDP数据分组的结构。在附录I中详细描述了 UDP数据分组的每个字段的内容。图3示意地图解IP数据分组的结构。在附录I中详细描述了 IP数据分组的每个字段的内容。移动分组无线网络架构在图4中提供了配置成支持分组数据通信的移动电线网络的示例架构。用在图4中的术语和架构对应于用于UMTS的术语和架构和像3GPP管理的、为3G推荐的术语和架构。在图4中，网关GPRS支持节点(GGSN)与分组数据网络(I3DN) 302连接。PDN包括利用因特网协议(IP)作为分组传递的数据。GGSN和外部网络之间的接ロ 304被标以Gi，Gi已经标准化，但进ー步的方面正在标准化。此外，服务GPRS支持节点(SGSN) 306通过标成Gn/Gp的接ロ 308也与GGSN连接，Gn/Gp也正在标准化。GGSN和SGSN是支持GPRS所需要的两个网络部件。GGSN起支持GPRS的、外部分组数据电信网络(TON)和移动网络之间的网关的作用。GGSN包含足够的信息将输入IP数据分组路由到正在为移动的特定UE服务的SGSN，并且通过移动电信网络提供的无线接入设施接收数据。对于示例实施例，可以根据按照3GPP标准规定的通用地面无线接入网络(UTRAN)系统提供无线接入设施。如果SGSN在同一公用陆地移动网络(PLMN)内，则SGSN通过Gn接ロ与GGSN连接，并且通过Gp接ロ与属于其它PLMN的GGSN连接。SGSN提供正在移动无线网络所支持的区域内移动的UE的移动管理。为此，SGSN配有访问标识位置寄存器(HLR) 310的功能。SGSN被配置成将数据分组路由到无线网络控制器(RNC) 312、314，以便通过UTRAN无线接入设施传递到移动用户UE 316、318。UTRAN无线接入设施是利用节点B设备320、322、324、326、328配备的，节点B设备320、322、324、326、328有效地形成为移动电信网络服务的区域提供无线覆盖的基站。每个RNC 312、314与节点B设备320、322、324、326、328之间的接ロ 330、332、334、336、338被标以Iub，并且遵从已经建立或正在制订的标准。类似地，SGSN与每个RNC 312、314之间的接ロ 340、342被标以Iu-ps,并且是正在制订的标准。不等重要数据的传递本发明的实施例提供了用于以试图针对IP分组的有效负荷中的数据的重要性优化无线资源的方式，向和从UE 316、318传递具有IP分组形式的数据的设施。在IP分组内传递的数据可能包括提供不等重要性的不同參数或字段的部分。含有不等重要性的字段的数据的ー个例子是像ARM编解码器生成的数据那样的数据语音编码帧。众所周知，AMR语音编解码器生成预定长度的数据帧，这些数据帧包含具有不同特性和/或可能具有不等重要性的不同类型数据的字段。这种语 音编解码器的一个例子被称为自适应多速率语音(AMR)编解码器，已经由欧洲电信标准协会(ETSI)标准化并且由3GPP针对不同速率规定(參见參考文献[2])。AMR提供含有多达3个数据字段的数据帧，这3个数据字段被称为A、B和C位，具有不同的重要性。A-位提供了可以从中了解语音的音频信息的基本级别，虽然生成的保真度的级别可能不足以识别讲话者。B-位提供了保真度的进一歩级别，C-位亦如此。于是，可以依照适用于传递数据字段的无线资源采用A、B和C位的个数。这样，可以将不同的QoS应用于每个不同字段，在參考文献[2]中给出了字段的例子，參考文献[2]提供了用于UMTS的宽带AMR(AMR-WB)编码帧的例子。对于AMR-WB，由于通过宽带UMTS传递数据的容量有限，所以没有提供C-位。为了确定AMR数据帧的三个字段的每ー个中数据位的个数,众所周知,用于电路交換移动网络的移动交换中心生成无线接入载体子流组合指示符(RFCI)。因此，对于基于分组的移动电信网络，需要相应的RFCI。对于由IP分组携带的AMR数据帧，GGSN必须为AMR-帧的不同字段识别数据位，并提供像刚刚为本发明的实施例说明的那样的适当RFCI。图5提供了如图4所示的支持GPRS的移动网络的简化表示。在图5中，按照本发明的实施例，提供了对等通信路径，以便通过在其中有效负荷数据包括不等重要性的字段的IP分组来传递数据。IP分组通过图4的移动网络的GGSN 300、SGSN 306和RNC 314在UE 350、352之间传递。如图5所示，通过IP在RNC和UE之间传送的数据包括AMR语音编码数据帧的三个字段A、B和C。关于GGSN和SGSN内的协议，将要传递到UE和从UE传递的IP分组形成分组数据单元(I3DU)。PDU的形式必须为GGSN、SSGN、RNC以及节点B设备内的协议所知。PDU是通用术语，指的是在GPRS网络内传递的分组的格式。注意，当指的是传递到UTRAN中的RLC的数据分组吋，PDU被称为服务数据单元(SDU)，而PDU—般用于指数据分组，尤其对于核心网络中的SGSN和GGSN。本发明的实施例提供了通过有效地提高使用无线资源的效率的无线接入网络传递具有IP分组形式的数据的设施。为此，移动无线网络支持分组访问的部分适用于识别具有不同重要级别的不同数据字段和建立提供与数据类型匹配的不同Q0S的、含有子流的无线接入载体。这是因为，当IP分组携带像AMR编解码器生成的语音编码信息那样的语音编码信息吋，UTRAN需要使修改无线接入载体以匹配数据的相对重要性。每个无线载体可以按照不同数据字段的相对重要性和特性来优化。正如在3GPP标准文件3GPP TS 23. 107 (參考文献[3])中规定的那样，当前存在4种不同的QoS类型，称为传统类、交互类和背景类。本发明的实施例提供对PDP上下文激活请求的修改、以包括对含有多个子流的无线载体的请求，每个子流无线载体提供不同的QoS0如何为每个子流提供无线接入载体的一个例子是为每个子流无线接入载体提供不等差错保护(UEP)。在如下的部分中对此作更详细说明。PDP上下文激活图6示意地图解语音数据的三种不同类别的QoS參数的控制面通信的设备配置。该配置包括用户设备(UE)352、无线网络控制器(RNC) 314、服务全局分组无线服务(GPRS)支持节点(SGSN) 306和网关GPRS支持节点(GGSN) 300。
用户设备352是ー个含有至少ー个UMTS用户身份模块的用户设备。被称为UMTS会话管理器412的应用程序负责与SGSN 430协商，以便访问无线资源。访问是利用分组数据协议O3DP)转交的。为了使用户能够传输数据，必须在UE 352,SGSN 306和GGSN 300中激活“PDP上下文”。PDD上下文激活由用户设备352上的应用程序启动，类似于登录到所需的目的地网络上。无线网络控制器(RNC) 314控制无线资源的使用和完整性。它提供可以划分成4个不同层的功能无线资源控制(RRC)层422、无线链路控制(RLC)层424、媒体访问控制(MAC)层426和物理层428。无线资源控制层422在控制面内与SGSN 306协商，以便取决于来自SGSN的RAB建立请求建立对无线资源的访问。无线链路控制层424为用户数据建立连接，而不是控制经过的数据。媒体访问控制层426确定如何发送每个数据流的数据。例如，负责为数据流分配和管理专用信道或共享信道(使带宽浪费较少)。无线接入载体(RAB)子流由MAC 426指定。物理层428负责将数据转换成将穿过传输媒体的电或模拟脉冲流和监视数据传输。物理层428负责例如将适当的编解码器应用于输出数据流。例如，可以通过物理层428将不同纠错编码级别应用于由MAC 426定义的RAB子流的每ー个。SGSN 306从UE 352接收规定用户应用程序为所需数据链路请求的QoS的PDP下文激活请求消息。SGSN 306按照规定的QoS參数与RNC 314协商有关无线接入。SGSN 306为每个相关注册用户存储用于分组交换服务的预约信息和位置信息。利用称为无线接入网络应用部分(RANAP)协议的信令协议将QoS信息从SGSN 306传递到RNC 314。RANAP是用于核心网络(即，SGSN 306)与UTRAN之间的接ロ的无线网络层信令协议。UTRAN是UMTS网络包括RNC和节点B的部分。RANAP管理RNC 314和SGSN 306之间的分组交换数据的信令。它也能够管理RNC 314和移动交换中心(未示出)之间的电路交换数据的信令。RANAP能够执行的一般功能是推动诸如寻呼之类来自核心网络的一般UTRAN过程；在协议级上分离每个UE，以便移动专用信令管理；传输非访问信令；进行服务无线网络子系统重新定位；和请求和管理各种类型的UTRAN无线接入载体(RAB)。根据本技术，RANAP由SGSN用于在RNC 314中按照包括在PDP上下文激活请求中的QoS数据请求建立无线接入载体子流。GGSN 300起UMTS无线分组主干网和外部分组数据电信网络之间的接ロ作用，也就是说，它提供数据网络和IP网络之间的接ロ。GGSN通过Si接ロ接收的分组被转发到负责的SGSN 306。为了这个目的，GGSN 300将用户简况的当前SGSN地址存储在位置寄存器中。GGSN 300还为它拥有至少ー个激活PDP上下文的每个用户存储预约信息和路由信息。
图7是提供图6的配置的控制面通信序列的示例操作的流程图。在步骤510中，UE 352的用户应用程序通过UMTS会话管理器412启动PDP上下文请求激活。上下文激活过程本身要求分配无线资源。在步骤512中，UE 410将“激活PDP上下文”请求发送到SGSN306。包括在PDP上下文请求中的信息元含有为A位规定QoS參数的必需字段并含有为B位和C位规定独立QoS參数的两个附加可选字段。PDP上下文激活消息另外还包括请求连通的外部网络的访问点名称、用户身份信息和IP配置信息。在步骤514中，SGSN 306接收PDP上下文请求并从预约记录中确认用户。如果请求有效，那么，SGSN 306将包括所请求的访问点名称的询问发送到域名服务器(未示出)。在步骤516中，域名服务器利用供应的访问点名称信息确定将提供与外部网络的所需连通的至少ー个GGSN 300的地址。将所选GGSN 300的IP地址供应给SGSN 306。在步骤518中，SGSN 306利用供应的GGSN IP地址请求利用GPRS隧道传输协议与GGSN 300的虚拟连接信道。连接隧道是可以发送密封用户数据的预定虚拟通信信道。在步骤522中，GGSN接收连接隧道请求并建立请求的隧道，并且将要传递的IP地址返回到UE 352。于是，在UE 352和GGSN 300之间建立了虚拟连接。GGSN 300存在连接隧道和到外部网络的物理接ロ之间的进ー步联系。于是，允许在UE 352和外部网络之间传递数据。图8是示意地图解为了根据语音数据的A位、B位和C位的不同QoS要求分配无线资源，SGSN 306和RNC 314之间进行的控制面协商的流程图。在步骤530中，一旦接收到分别规定A、B和C位的三组独立QoS參数的PDP上下文信息元，SGSN 306就将RANAP请求发送到请求建立无线接入载体的RNC 314，以便进行用户应用程序请求的数据传递。在步骤532中，RNC 314的无线资源控制层422接收RANAP请求并将该请求传递给媒体访问控制层426。在步骤534中，MAC层分别建立A位、B位和C位的三个独立RAB子流。每个子流都是预定的。针对三个语音类别的每ー个，RANAP规定所选的子流的类别。最后，在步骤536中，为三个子流的每ー个分开配置物理层參数。尤其，将不同级别的差错保护应用于三个子流的每ー个。为了支持不等差错保护(即，将不同级别的差错保护应用于不同类别的语音数据位)，应该分开为每个类别的语音位(A位、B位和C位)配置多个QoS參数。RAB指定过程由SGSN 306根据PDP上下文请求中的信息初始化。然后，RNC 314根据QoS參数建立UMTS无线接入载体。姆个PDP上下文请求只能分配单个RAB,但单个RAB被细分成ー个或多个RAB协调子流。下表I列出了与QoS相关联的多个RAB服务属性以及它们的相应RAB服务属性值。该表给出了宽带自适应多速率编码的RAB參数(正如[2]的表5. I给出的那样)。根据本技术，相同的预定RAB參数可以像用于电路交换语音那样用于分组交换语音。从表I可以看出，第一 RAB子流与A位相关联，而第二 RAB子流与B位相关联。第一 RAB子流的漏检位错率是10_6，而第二 RAB子流的漏检位错率是10_3。这反映了应用于A位的纠错级别高于应用于B位的纠错级别。服务数据単元(SDU)格式是这样的，对于五种预定语音编解码数据帧类型(I到5)的每ー种，将不同个数的位分配给每种语音数据类型A、B和C。对于W-AMR，在表2中列出了每种帧类型的位分配的例子。这个数据集取自參考文献[3]。RAB子流的个数和诸如漏检位错率和错误SDU的传递之类的、它们的相关属性是SGSN 430在RAB建立的步骤中根据PDP上下文请求的信息元定义的。利用如图6所示的RANAP无线接入载体建立请求将RAB子流属性发送到RNC 314。ー种RAB子流组合(RFC)的所有子流中的总、位数应该对应于表2中为相应通用宽带AMR编解码模式(与帧类型相关联)规定的A、B和C位的位分配的总和。取自參考文献[2]的表3为根据数据的相对重要性设置每个RAB子流中的位数提供了向导。图12示意地图解像在參考文献[5]中规定的那样为单个无线接入载体规定QoS參数的已知QoS信息元的结构。信息元包括规定与给定无线接入载体相关联的各种QoS參数的13个八位字节数据。图13示意地图解根据本技术的PDP上下文信息元，其为第一无线接入载体规定QoS參数并含有为区别RAB子流规定不同QoS參数的两个附加可选数据字段。可以看出，图12的现有标准QoS信息元中八位字节5的备用位5-8在根据本技术的修正QoS信息元中已经用作可选QoS信息位。修正QoS信息元包括两个附加可选字段。可选字段I占用信息元的八位字节14-22。八位字节14-22具有与八位字节5到八位字节14相同的格式。可选字段2占用信息元的八位字节23-31。八位字节23-31也具有与八位字节5到八位字节 14相同的格式。如果八位字节5的位8被设置成等于0，表示不存在可选数据字段I或可选数据字段2。但是，如果八位字节5的位8被设置成等于1，表示在信息元中至少存在可选数据字段I和可能存在可选数据字段2。QoS可选字段I可以用于为A位的RAB子流规定QoS參数，而QoS可选字段2可以用于为B位的RAB子流规定QoS參数。用户面修改在为IP分组的有效负荷内的每个数据字段建立了无线接入载体之后，图14提供了 GGSN 300、SGSN 306、RNC 314和UE 352内适应于方便向和/从UE传递这些IP的协议栈的例示。GGSN 300,SGSN 306和RNC 314在链路层上包括传递用户数据(GTP_U)和信令数据(GTP_C)两者的GPRS隧道传输协议(GTP)。GTP_D在GGSN、SGSN和RNC之间隧道传输用户数据。传输协议通过GGSN、SGSN和RNC携带GTP数据单元。对于示例实施例，这些穿过Iu-ps接ロ的数据被称为Iu-ps巾贞。图15示意地图解Iu-ps巾贞的结构。Iu-ps巾贞包括RAB子流组合索引(RFCI)部分830、IP/UDP/RTP首标部分832和自适应多速率编码语音数据的VoIP有效负荷834。传输协议包括利用因特网协议将Iu-ps帧从GGSN传递到UE的用户数据报协议(M)P)。在如图14所示的要素中，GTP_U利用低层协议在SGSN和RNC之间传递Iu-ps巾贞，低层协议为熟悉GRPS/UMTS结构的那些人员所知，并且公开在參考文献[I]中，因此，这里不再重复这些协议。但是，将已经用在图14中代表在RNC和UE中传递IP分组的协议和层的缩写总结如下对于RNC 层800是利用因特网协议传递具有分组形式的数据的IP传输层；层803是将用户数据报协议用于传输IP分组的控制协议层；层804 是 GTP_U 协议；层806是诸如在无线接入载体上传输的无线链路控制(RLC)层之类，将网络级协议映射到链路层协议的分组数据收敛协议(rocp)层。rocp能够进行ip首标压缩和解压。首标压缩方法专用于使用的特定网络层、传输层和上层协议例如RTP/UDP/IP。层808是将数据从rocp层映射到无线接入载体的RLC层；层810是将数据从每个无线接入载体映射到UTRAN物理无线信道的媒体访问控制(MAC)子层；对于UE 层812PHY表示物理层，包括根据来自RNC的UTRAN、经由节点B设备提供的、在物理无线信道上的传输；层814是与RNC中的那个对应的MAC层；层816是与RNC中的RLC子层对应的RLC ；层818是与RNC中的HXP层对应的HXP子层。返回到GGSN 300,GGSN 300从如图4和5所示的外部网络接收IP分组，并且通过GTP_U将它转发给SGSN。SGSN 306中的IP处理子层824分析IP分组数据字段，以识别存在于不同不等重要数据字段之中的位数。对于来自AMR语音编解码的数据帧的例子，该分析根据A、B和C字段内的预定位数提供这些字段中的位数。从存在于不同字段之中的位数当中，IP处理子层生成向数据帧代表ー组预定数据格式的其它网络単元SGSN、RNC和UE的每ー个提供指示的RFCI字段。根据这个信息，不同不等重要数据字段可以被映射到适当无线接入载体。IP子层824分析IP有效负荷。RNC中的TOCP压缩IP数据分组中的首标。一旦SGSN 了解了位格式，它就能够生成RFCI，然后，生成Iu-ps格式。IP处理子层824从RFCI和SDU中形成Iu_ps帧。因此，Iu_ps帧具有通过RNC的IP传输层800，UDP层802到GTP_U层804，可以通过SGSN 306发送到RNC 314的形式。在RNC的rope层806内，在通过RLC和MAC层将SDU内的其余数据传输到UE之前，PDPC 806除去IP首标和UDP/RTP字段。O-字节首标压缩按照RFC 3243进行。通过无线接入载体中的不同子流，即，RAB子流A、RAB子流B和RAB子流C发送对于AMR-帧包括A、B和C位的、来自不同字段的数据，每个不同子流提供与来自每个字段的数据的重要性和特性匹配的不同QoS。本发明的实施例提供了为了传递来自IP分组的数据，在RNC的结构内不需要改变的优点，IP分组含有带有不等重要性的不同字段的数据。于是，由于RNC可以检测配有SDU的RFCI，可以使有效负荷数据与适当载体匹配。在UE上，在传递的数据已经经过PHY层812、MAC层814和RLC层之后，PDCP层将IP/UDP/RTP重新应用于数据，以便遵从IP协议的IP分组可以经过诸如SIP应用程序之类的应用层352。总之，利用表示在图16和17中的如下操作使包括例如AMR语音帧的IP分组穿过移动电线网络。图16示意地图解通过GGSN的用户面协议栈对数据分组执行的处理。如图16所示，在GGSN中，在IP处理层824中接收包含IP首标852、UDP/RTP字段854和提供AMR-WB语音编码帧856的数据字段的IP分组850。然后，按照如下操作，像箭头858所表示的那样处理接收的IP分组IP处理子层824像箭头862所表示的那样分析AMR语音编解码字段856。作为分析结果，识别出A、B和C数据字段的每ー个中的位数，从中可以生成识别AMR语音编解码帧 的RFCI 866。像箭头864所表示的那样，IP处理层生成附在VoIP分组上形成Iu-ps帧中的分立字段866的RFCI。
然后，如箭头868所示，GGSN的IP处理层824 (參见图14)从AMR语音帧的A、B和C位中形成Iu-ps巾贞的其余部分。然后，通过包括GTP_U的各种协议层，按照IP协议将Iu-ps帧从SGSN 306传输到RNC 314。当在RNC 314中在GTP_U协议层804上接收到Iu_ps帧时，在通过节点B设备经由无线接入接ロ传递到UE 352之前，将Iu-ps帧传递给HXP加以处理。图17示意地图解通过RNC的用户面协议栈对数据分组执行的处理。如处理步骤870所示，RNC的HXP层806接收Iu-ps帧，然后，如箭头872所示，在将SDU的其余部分传递到RLC层之前，RNC的HXP层806除去IP/UDP/RTP首标860。然后，如箭头874所示， RLC层808利用RFCI 866分离A、B和C数据字段。如箭头876所示，分别通过MAC层810中的无线接入载体RAB A、RAB B和RAB C将A、B和C数据字段传输到UE 812。在UE 352内，在通过PHY层812和MAC层814传输之后，在RLC层816中重新形成AMR语音帧。然后，PDCP层818重新生成传递给UE的应用层820的IP/UDP/RTP首标。本发明的各种进一歩的方面和特征定义在所附权利要求书中。可以对这里所述的实施例作各种的修改，而不偏离本发明的范围。參考文献[I]R. Steele, C-C Lee and P. Gould, " GSM, cdma One and 3G Systems ",published by Wiley International ISBN 0 471 491 853[2] 3GPP TS 26.202 V5. I. 0(2000-09)[3]3GPP TS 23. 107[4] 3GPP TS 26.201 VL I. 0 (2000—12)[5] 3GPP TS 24. 008附录IIP语音(VoIP)涉及分组中的语音数据的传递。分组是附在规定应该如何路由分组的首标上的数字用户数据的分立単元。分组在长度和持续时间两个方面都可以改变。与之相比，基于电话的业务是电路交換的，而不是分组交换的，并且每个数据単元具有固定长度和固定持续时间。语音数据的分组交换是由像多应用软件所需求的那样的一体化语音、数据和视频业务的愿望激发的。语音和数据业务的一体化为通信信道带宽的更有效利用创造条件。电路交换电话系统通常使用时分多路复用方案(TDM)来分配带宽。在这样的TDM方案中，即使用户没有说话，也在固定信道化时隙中连续地将带宽分配给电话用户。考虑到正常对话语音模式的大约50%是无声的(由于轮流说话，暂停下来考虑ー个概念等)，连续带宽分配的TDM方法是不经济的。VoIP是由于分组交換，使带宽在对话的有效部分期间只用在需要的时候，但在对话的无声部分期间分配给其它用户的方案的例子。这种更有效带宽分配方案被称为统计TDM(STDM)。分组交换语音的其它优点是基于分组语音信道的位速率可行地可以是4. 8到8千位每秒，而电路交换TDM信道要求64千位每秒的数据速率。传统电路交换电话网络往往具有不容易改变的硬连线结构(64kb/s TDM结构)。例如，尽管在5-8kb/s范围内运行的窄带宽编解码器几年来已经适应电话网络的刚性，但电话交換器和其它部件不能利用这些。编解码器(编码器/解码器)将模拟语音信号转换成数字样本，以便在分组网络上传输。VoIP是支持改变和允许在服务级上提供更大灵活性的基础设施。例如，利用VoIP，有可能协议数据速率、使用的编码技木、IP地址、端口号和诸如最大延迟之类的QoS要求。因特网协议(IP)支持因特网上的数据分组通信。因特网被设计成无连接系统，这意味着在源和目的地主机之间没有固定路径。于是，IP业务路由是无状态的，因为没有固定连接，所以不保持有关给定连接的数据表。这与在被呼叫方和呼叫方之间建立了面向连接的固定路径的电路交换电话网络差别很大。这样的固定连接被设计成支持语音的实时短延迟要求。为数据设计的而不是为语音业务设计的因特网是“最有效”传递网络。这意味着，如果在尝试传递数据期间出现问题(例如，由于网络拥塞或由噪声引起的数据恶化)，或如果不能找到目的主机，分组可能被放弃。对于要以实时模式从数字信号转换回到模拟信号的分组语音数据，语音分组的双向延迟应该不变，一般说来，应该小于300ms (微秒)，使用户在对话过程中觉察不到任何不自然延迟。但是，标准(非语音)数据分组可以在整个网络上异步传递，无需考虑发送者和接收者之间的时序排列。与标准数据业务相比，语音分组呈现出高的容错性。具体地说，可以丢失高达5%的语音数据分组，而不会严重影响语音再现的保真度。由最低位速率语音编解码器生成的语音分组的尺寸非常短，通常不超过10-30个字节(对应于10-30ms的持续时间)。附在语音分组上的典型IP首标大约20个字节长。小语音数据分组的使用具有在路由器中缩短处理延迟的优点。因特网上的大多数用户业务是与传输控制协议(TCP)首标一起传输的，因为TCP对包括错误检验、数据接收的确认、丢失或错误数据的重新发送和流控制管理的数据完整性操作提供综合支持。但是，综合TCP支持特征引入了 400-500ms的总延迟，这是语音所要求的实时性能不能接受的。此外，TCP在语音业务方面存在当网络拥塞时，延迟分组发送的缺点。由于这个原因，称为用户数据报协议(UDP)的不同协议用于语音业务。TCP是面向连接的协议，这意味着在在网络节点之间传递任何数据之前，发送设备和接收设备必须在双向通信信道的建立方面相互协作。随后，经过局部网络发送的数据的每个分组接受确认，并且发送设备记录状态信息，以保证无差错地接收每个数据分组。相反，UDP是无连接协议，这意味着发送设备不用将数据正在途中通知接收设备地发送单向数据分组。在接收到每个数据分组的时候，接收设备不将状态信息返回到发送设备。尽管作为面向连接的协议的TCP比UDP更可靠，但通过TCP进行的附加错误检验和流控制意味着它比UDP慢。并且即使网络拥塞，UDP也继续发送分组。图I示意地图解VoIP协议栈的结构。这提供了 VoIP如何利用其它因特网协议运行的例示。协议栈包括物理层110、数据链路层120、因特网协议(IP)层130、用户数据报协议(UDP)层140、实时协议(RTP)层150和语音层160。物理层110定义信号的媒体和物理方面(例如，电压)。它还定义计时和同步操作和物理连接器。数据的纠错编码是物理层过程。数据链路层120支持在一条数据链路上传递业务。依赖于在这ー层上应用的特定协议，可以进行纠错和重新发送。IP层130负责如何创建和在整个网络上传输数据分组(有时称为数据报)。IP在发送数据时执行一组任务和在接收数据时执行另ー组任务。在发送数据的时候，IP层确定目的地地址是本地的(即，在同一网络上)还是远程的。IP对于本地目的地，可以开始直接通信，但如果目的地是远程的，则必须通过网关(路由器)进行通信。在目的地接收到数据的时候，网络节点IP核实数据分组在传递过程中是否已经恶化，并且核实数据是否已经传递到正确目的地。然后，IP检验IP数据报内数据字段的内容，以确定源IP已经发送了什么指令。这些指令通常完成诸如将数据传递到协议栈中的下ー个更高层(在这种情况下，为UDP层140)之类的ー些功能。图3(如下所述)例示了 IP数据分组的结构。UDP层140主要为多路复用器/多路分用器服务，以便发送和接收IP业务。UDP数据报包含目的地端ロ号和源端口号。目的地端口号由UDP和接收设备的操作系统用于将业务传递给适当接收者(例如，适当应用程序)。链接UDP端口号和IP地址以形成“套接字”。链接地址在整个因特网上必须是唯一的，并且ー对套接字标识每个端点连接。如果不访问端口号，一些基于VoIP的呼叫处理协议不能有效起作用。例如，通常用于呼叫建立和拆除的会话初始化协议(SIP)具体起支持在在分组电话呼叫期间使用的应用程序之间传递端口号的作用。图2(如下所述)例示了 UDP数据分组的结构。RTP层150提供支持实时业务，即，在目的地应用程序上要求时间敏感再现的业务 的功能。RTP层150提供的服务包括有效负荷类型识别(例如，音频业务)、序列编号、时间标记和传递监视。如果由基层网络提供，RTP支持通过多播分配对多个目的地的数据传递。RTP序列号使接收器可以重构原始分组序列。序列号也可以用于确定分组的适当位置。RTP既不提供任何确保按时传递的机制，也不提供其它QoS保证。提供这样的保证依赖于相当低的层。尽管语音数据原则上直接位于IP之上，或者位于IP然后UDP之上，但从技术上，最佳的选择是如图I的协议栈所示，即，语音位于IP，然后UDP，然后RTP之上。图2示意地图解包括首标250和数据有效负荷260的UDP数据报的结构。数据报首标250包括4个16-位字段源端ロ字段252、目的地端ロ字段254、长度字段256和检验和字段258。源端ロ字段252通常保存发送设备的适当UDP端口号。在提供的情况下，源端ロ字段值被接收设备用作返回地址。有效源端ロ字段值的提供是可选的。目的地端ロ字段254规定有关应该将数据报传递给它的接收设备的UDP端ロ地址。长度字段256规定UDP数据报以八位字节为单位的总长度(首标加有效负荷)。检验和字段258用于确立数据报在传递期间是否恶化。数据有效负荷260的长度是可变的。UDP提供了发送尺寸长达64千字节(IP允许的最大分组尺寸)的消息的手段。UDP首标250不包括源或目的地IP地址，只包括UDP端ロ地址，但是，检验和数据包括使接收设备可以确定UDP数据报是否已经被不正确传递的目的地IP地址信息。图3示意地图解包括首标270和数据有效负荷296的IP数据报的结构。IP数据报首标270包括12个不同字段，它们的长度是4、8、16或32位。源网络设备(计算机或移动终端)上的IP构成IP首标270和目的地上的IP检查IP首标的内容，以确定对IP数据报的数据有效负荷做些什么。数量相当大的信息包含在包括源主机和目的地主机的IP地址的IP首标中。版本字段272指示正在使用IP的哪个版本。因特网首标长度(IHL)字段274包含规定IP首标以32-位字为单位的长度的4位。通常，首标包含20个字节，在这种情况下，IHL值将是5。注意，首标长度不是固定的。服务类型字段(TOS) 276使源IP可以指定诸如低或正常延迟、正常或高吞吐量和正常或高可靠性之类的特殊路由信息。范围从最低优先值O到最高优先值7的优先值指示数据报的相对重要性。优先值用于通过使路由器、服务器和主机节点能够确定在网络拥塞的情况下舍弃数据报的顺序，实现网络中的流控制和拥塞机制。总长度字段278规定IP数据报(即，首标加有效负荷)以八位字节为单位的总长度。数据报的最大可能长度是216个字节。标识字段280包含通过源IP指定给IP数据报的递增序号。标志字段282指示数据的碎化可能性。“不碎化(DF) ”标志规定是否允许碎化。更多碎片(MF)标志表示相关数据报是碎片。当MF = O时，不再有碎片或数据未曾被碎化。碎片偏移字段284是指定给在IP目的地上用于按正确顺序重新组装接收碎片的每个相继碎片的数值。存活时间字段指示IP数据报在被舍弃之前可以生存的以秒为単位或以路由器跳段为单位的时间量。一旦经过网络，每个路由器就检查这个字段，并且使这个字段減少例如数据报在路由器内部延迟的秒数。当这个字段达到O值时，舍弃该数据报。协议字段288保存IP应该将数据有效负荷传递给它的协议地址 协议地址I对应于因特网控制消息协议(ICMP);协议地址6对应于传输控制协议(TCP);以及协议地址17对应于用户数据报协议(UDP)。首标检验和字段290包含用于核实首标的有效性的16-位值。随着存活时间字段286不同減少，在每个路由器中重新计算首标检验和值。对用户数据流不进行检验。源IP地址字段292由目的地IP用于将响应发送到源IP。目的地IP地址字段294由目的地IP用于核实是否已经传递到正确目的地。IP数据有效负荷字段298包含指定传递到TCP或UDP的、可能数千个字节的数量可变数据。
权利要求
1.一种用于提供与移动通信用户设备(350)通信以传递因特网分组数据的设施的电信系统，因特网分组数据携帯包括多种不同类型数据的有效负荷数据，包含分组无线网络的该电信系统包括 网关支持节点(300)，用来提供用于经由分组无线网络在用户设备(350)和分组数据电信网络(312)之间传递数据分组的接ロ ；以及 服务支持节点(306)，用来利用无线网络控制器(312，314)在网关支持节点(300)和移动用户设备(350)之间传递数据分组，该无线网络控制器(312，314)用来提供与用户设备(350)通信以传递数据分组的无线接入载体，其中至少网关支持节点(300)和用户设备(350)之一用来 分析每个数据分组中的有效负荷数据，以确定多种不同数据类型的数量，以及每种不同数据类型中的数据符号的数量； 产生提供有效负荷中的数据的不同类型的数量和每种不同数据类型中的符号的数量的指示的无线接入载体子流指示符; 通过从因特网数据分组的有效负荷数据和因特网协议首标产生服务数据単元并且将该服务数据单元与子流指示符组合来形成每个因特网数据分组的传送帧，该有效负荷数据包括多种不同数据类型；该传送帧被用于经由服务支持节点在网关支持节点和无线网络控制器(312，314)之间传递包括多种不同数据类型的每个因特网数据分组，并且通过以下操作来在无线网络控制器和用户设备之间传递该因特网数据分组 检测子流指示符，并按照子流指示符 安排来自每个不同数据字段的数据、以经由提供适合于不同数据类型的不同服务质量參数的不同无线接入载体进行传递。
2.如权利要求I所述的电信系统，其中，用户设备(350)和无线网络控制器(312，314)都包括分组数据协议层，用来 在传递之前从服务数据单元中去除因特网协议首标；以及 在有效负荷数据传递之后，经由子流无线接入载体将因特网协议首标添加到服务数据单元。
3.如权利要求I或2所述的电信系统，其中，因特网协议首标在与有效负荷数据组合来形成服务数据単元之前进行压缩编码。
4.如权利要求3所述的电信系统，其中，当在网关支持节点内从服务数据单元去除因特网协议首标以重新形成因特网分组时，解压缩经压缩的因特网协议首标。
5.如以上任何一个权利要求所述的电信系统，其中，因特网分组的有效负荷数据包括一帧从自适应多速率编码语音形成的数据，该数据帧提供多种不同类型数据。
6.如以上任何一个权利要求所述的电信系统，其中，移动无线电信网络用来合乎通用分组无线系统(GPRS)，网关支持节点(300)是网关GPRS支持节点，而服务支持节点(306)是服务GPRS支持节点。
7.ー种与移动通信用户设备(350)通信以传递因特网分组数据的方法，因特网分组数据携带包括多种不同类型数据的有效负荷数据，该方法包括 提供网关支持节点(300)，用于经由无线网络在用户设备(350)和分组数据电信网络之间传递数据分组；利用无线网络控制器(312，314)在网关支持节点(300)和移动用户设备(350)之间传递数据分组，该无线网络控制器(312，314)用来提供向/从用户设备(350)传递数据分组的无线接入载体，其中，在网关支持节点(300)和移动用户设备(350)之间传递数据分组包括 分析每个数据分组中的有效负荷数据，以确定数据的多种不同类型的数量，以及每种不同数据类型中的数据符号的数量； 产生提供有效负荷中的数据的不同类型的数量和每种不同数据类型中的符号的数量的指示的无线接入载体子流指示符； 从包括多种不同数据类型的有效负荷数据和来自因特网数据分组的因特网协议首标来为每个因特网数据分组产生服务数据単元，并且将该服务数据单元与子流指示符组合以产生传送帧，该传送帧用于在网关支持节点(300)和无线网络控制器之间传递每个因特网数据分组，并且 通过以下操作来在用户设备和无线网络控制器之间传递包括多种不同数据类型的因特网数据分组 检测子流指示符，并按照子流指示符 安排每个不同数据字段的数据以经由提供适合于不同数据类型的不同服务质量參数的不同无线接入载体进行传递。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在用户设备(350)和无线网络控制器(312，314)之间传递数据分组包括 在传递之前从服务数据单元中去除因特网协议首标；以及 在有效负荷数据传递之后，经由子流无线接入载体将因特网协议首标添加到服务数据单元。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中，形成传送帧包括 在与有效负荷数据组合来形成服务数据単元之前压缩编码因特网协议首标。
10.如权利要求9所述的方法，还包括当在网关支持节点内从服务数据单元去除因特网协议首标以重新形成因特网分组时，压缩解码因特网协议首标。
11.如权利要求7至10之一所述的方法，其中，因特网分组的有效负荷数据包括ー帧从自适应多速率编码语音形成的数据，该数据帧提供数据的多种不同类型。
12.一种用于在用户设备(350)和分组数据电信网络之间传递因特网数据分组的网关支持节点(300)，因特网分组数据携帯包括数据的多种不同类型的有效负荷数据，该网关支持节点包括 数据分组处理层；以及 用户数据隧道层，用来提供虚拟信道，该虚拟信道用于经由因特网协议通信层传递经处理的数据分组，其中，数据分组处理层用来 分析每个数据分组中的有效负荷数据，以确定多种不同数据类型的数量，以及每种不同数据类型中的数据符号的数量； 产生提供有效负荷中的数据的不同类型的数量和每种不同数据类型中的符号的数量的指示的无线接入载体子流指示符；从包括多种不同数据类型的有效负荷数据和来自因特网数据分组的因特网协议首标产生服务数据単元，并通过将包括多种不同数据类型的有效负荷数据与子流指示符组合来为每个因特网数据分组形成传送帧，该传送帧被用于经由使用用户数据隧道层的服务支持节点以在网关支持节点和无线网络控制器之间传递每个经处理的数据分组。
13.如权利要求12所述的网关支持节点(300)，其中，数据分组处理层用来在因特网协议首标与有效负荷数据组合来形成服务数据単元之前，压缩编码该因特网协议首标。
14.如权利要求13所述的网关支持节点(300)，其中，当从服务数据单元去除因特网协议首标以重新形成因特网分组时，压缩解码因特网协议首标。
15.如权利要求14所述的网关支持节点，其中，网关支持节点是网关通用分组无线系统支持节点。
16.一种移动用户设备，用于经由无线网络控制器、从根据权利要求12至15之ー的网关支持节点接收因特网数据分组，因特网分组数据携帯包括多种不同数据类型的有效负荷数据，该用户设备(350)包括 多个无线接入载体，每ー个无线接入载体从无线网络控制器接收数据的多种不同类型的每ー种，并且提供适合于接收因特网协议数据分组中的数据的不同类型之一的服务质量參数；以及 数据分组处理层，用来通过将不同数据类型组合到从由每个无线接入载体接收到的数据符号的数量确定的一帧数据，重新形成因特网协议分组数据。
17.如权利要求16所述的移动用户设备，包括分组数据协议层，用来在经由每个子流无线接入载体传递有效负荷数据之后，添加因特网协议首标。
18.—种移动用户设备，用于经由无线网络控制器将因特网数据分组传递到根据权利要求12至15之一的网关支持节点，因特网分组数据携帯包括数据的多种不同类型的有效负荷数据，该用户设备包括 因特网协议分组处理层，用来 分析每个数据分组中的有效负荷数据，以确定该多种不同类型数据的数量，以及每种不同数据类型中的数据符号的数量； 从包括多种不同数据类型的有效负荷数据和来自因特网数据分组的因特网协议首标产生服务数据単元；产生提供有效负荷中的数据的不同类型数据的数量和每种不同数据类型中的符号的数量的指示的无线接入载体子流指示符，并且按照子流指示符安排每个不同数据字段的数据、以经由提供适合于不同数据类型的不同服务质量參数的不同无线接入载体传递。
19.一种无线网络控制器，用于在根据权利要求12至15之一所述的网关支持节点和根据权利要求16至18之一所述的移动用户设备之间传递数据。
全文摘要
电信系统与移动通信用户设备通信以传递携带包括多种不同类型数据的有效负荷数据的因特网分组数据。该系统包括网关支持节点(GGSN)、服务支持节点(SGSN)和无线网络控制器(RNC)。至少网关支持节点(GGSN)和移动用户设备(UE)之一用来分析每个数据分组中的有效负荷数据；产生指示有效负荷中的不同类型数据的数量和每种不同类型数据中的数据符号的数量的无线接入载体子流指示符；并形成包括子流指示符的传送帧。通过以下操作来在无线网络控制器和用户设备之间传递数据分组检测子流指示符，并按照子流指示符安排每个不同数据字段的数据、以经由提供适合于不同类型数据的不同服务质量参数的不同无线接入载体传递。
文档编号H04W80/00GK102685803SQ20121009075
公开日2012年9月19日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月17日
发明者艾伦.G.斯蒂德韦尔, 陈晓保, 马丁.B.哈里斯 申请人:奥林奇股份有限公司