（通信与信息系统专业论文）wcdma+rnc系统中pdcp协议分析及实现.pdf

摘要 摘要 本课题主要致力于w c d m ar n c 系统p d c p 模块的开发研究工作。p d c p 模块 的主要功能是利用数据包头部的冗余信息对其进行压缩，以节约无线资源。在现有的 头部压缩协议中，以r f c 3 0 9 5 ( r o h c ) 压缩效率和健壮性最高，最适合于无线链路 的使用。r o h c 可将r t p u d p h p 长达4 0 个字节的头部最少压缩为1 个字节，同时能 有效抵抗无线链路上的丢包及乱序。 本课题结合w c d m a r n c 系统，在对r o h c 进行了全面分析的基础上，对r o h c 的模块进行了详细划分，归纳了各种压缩与解压缩流程，经过了软件需求分析、总体 设计、详细设计、软件编码、软件测试等各个阶段，完整的实现了r 舢d p i p 数据 包的头部压缩功能，并经测试证明，达到了较好的健壮性。同时，为了r o h c 在无 线接入网中的灵活应用，并且保证较高的压缩效率和较好的健壮性，课题同时实现了 r o h c 所提供的丰富的辅助功能，如完整实现u 、o 、r 三种模式及模式之间的互换； 分别完整实现压缩及解压缩三种状态的转换：合理利用反馈机制，以加强压缩方与解 压缩方之间的沟通等。 由于本课题将主要应用于无线链路上，无线链路上发生的丢包现象有可能会导致 解压缩方与压缩方的上下文不一致，从而造成解压缩的失误。本课题根据r o h c 中 推荐的上下文修复算法，结合课题实践，提出一种新的解压缩方上下文快速修复算法。 该算法能够快速纠正由于大量丢包引起的解压缩方与压缩方上下文不同步的现象，修 复解压缩方上下文，为正确解压缩提供有价值的参考。经过测试证明，该算法是有效 可行的，可应用于w c d m a r n c 系统。 关键词：r o h c ，压缩效率，健壮性 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp r o j e c ti sa b o u tt h er e s e a r c ho fp d c pm o d u l eo fw c d m ar n cs y s t e m p d c p m o d u l ea i m sa ts a v i n gw i r e l e s sr e s o u r c e sw i t hc o m p r e s s i n gt h er e d u n d a n ti n f o r m a t i o ni n t h e p a c k e th e a d e r c o m p a r e d w i t ht h e e x i s t i n g h e a d e r c o m p r e s s i o ns c h e m e ， r f c 3 0 9 5 ( r o h c ) h a st h eh i g h e s tc o m p r e s s i o ne f f i c i e n c ya n dt h eb e s tr o b u s t n e s sa n di s s u i t a b l ef o rw i r e l e s sl i n k s r o h cc o u l dc o m p a s s4 0o c t e t so fr t p u d p i ph e a d e r st oa m i n i m u mo f1o c t e tw h i l ei tc o u l dw o r kw h e np a c k e tl o s sa n do u to fo r d e r t a k i n gw c d m a r n cs y s t e mi n t oc o n s i d e r a t i o n ，t h i sp r o j e c ta n a l y s e sr o h ca n d c o n c l u d et h ef l o wc h a r ta n db a s i cm o d u l e so fc o m p r e s s i o na n dd e c o m p r e s s i o n t h i sp r o j e c t g o e st h r o u g hs o f t w a r er e q u i r e m e n ts p e c i f i c a t i o n ，h i g hl e v e ld e s i g n ，l o wl e v e ld e s i g n ， c o d i n ga n dt e s t i n g t h o u g ht e s t i n g ，i ti m p l e m e n t sh e a d e rc o m p r e s s i o no fr t p u d p i p p a c k e ta n da c h i e v e sh i 曲r o b u s t n e s s ，t ob eu s e df l e x i b l yi nw i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k s ，a n d g e tb a l a n c eo fc o m p r e s s i o ne f f i c i e n c ya n dr o b u s t n e s s ，t h i sp r o j e c ti m p l e m e n t sa s s i s t a n t f u n c t i o n s ，i n c l u d i n g t h et h r e e c o m p r e s s i o nm o d e sa n dt r a n s i t i o n s b e t w e e nt h e m ， c o m p r e s s i o ns t a t e sa n dd e c o m p r e s s i o ns t a t e s ，a n dm a k i n gu s eo ff e e d b a c km e c h a n i s mt o m a k eac o r m n u n i c a t i o nb r i d g eb e t w e e nc o m p r e s s o ra n dd e c o m p r e s s o r b e c a u s et h i sp r o j e c tw i l lu s eo nw i r e l e s sl i n k s ，p a c k e t sl o s so ni tw i l li n d u c et h e a s y n c h r o n i s m sb e t w e e n t h ec o n t e x to fd e c o m p r e s s o ra n dc o m p r e s s o ra n dl e a dt oe r r o r si n d e c o m p r e s s i o n o nt h eb a s eo ft h ea l g o r i t h mo fr o h c ，t h i sp r o j e c tp u tf o r w a r dan e w f a s t r e p a i r m e c h a n i s mo f d e c o m p r e s s o r c o n t e x t t 拭sm e c h a n i s mc o u l dr e p a i rt h e a s t n c h r o n i s m si n d u c e db ya b u n d a n tp a c k e t sl o s sa n db eh e l p f u lt oc o m p r e s sc o r r e c t l y a f t e r t e s t i n g ，w ef m d t h a tt h em e c h a n i s mi sf e a s i b l ea n dc o u l dh e u s e di nw c d m ar n cs y s t e m k e yw o r d s ：r o h c ，c o m p r e s s i o ne f f i c i e n c y , r o b u s t n e s s i i 缩略语 a m c i d c n c s e d g e e s p f c f o g s m g s n g t p u h s d p i a i p i r l s b m a c n c p d c p p s r a n r l c r n c r o h c r r c r t p s c s o t c p t m u d p u e u m w c d m a w l s b 缩略语 a c k n o w l e d g e dm o d e c o n t e x ti d c o r en e t w n r k c i r c u i ts w i t e h e d e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n i pe n c a p s u l a t i n gs c o u r i t yp a y l o a d f u l lc o n t e x t f i r s to r d e r g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s g p r ss u p p o r tn o d e s g p r st u n n e l l i n gp r o t o c o lf o ru s e rp l a n e h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s i n t e r n e tp r o t o c o l i n i t i a l i z a t i o na n dr e t i e s h l e a s ts i g n i f i c a n tb i 乜 m e d i u ma c c e s sc e n t r e l n 0c o n t e x t p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c o l p a c k e ts w i t c h e d r a d i oa c c e s sn e t w o r k r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n l r o l l e r r 0 b u s th c a d e tc o m p r e s s i o n r a d i er e s o u r c oc o n l t o l p e a lt i m ep r o t o c o l s t a t i cc o n t e x t s e c o n do r d e r t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 t r a n s p a r e n tm o d e u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 u s e re q u i p m e r i t u n a c k n o w l e d g e dm e d e w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u r i p l ea c c o s s w i n d o w - b a s e dl s b v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科 技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：缢趁虽：日期：砷石年；月一日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：缀桂蜀导师签名：勿鼽嵋 日期：矽f 年；月牛日 第一章引言 第一章引言 1 1w c d m ar n c 系统p d c p 模块介绍 1 1 1w c d m ar n c 系统介绍 在第一代与第二代移动通信的发展过程中，运营商主要提供的服务仍然是话音及 低速率业务。随着网络及多媒体通信技术的发展，提供网络及多媒体等高速率业务的 需求促使第三代移动通信技术的迅速发展。 第三代移动通信技术川主要包含w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 三大技术 体制。其中，w c d m a 技术以其g s m 网络平滑过渡、大规模覆盖、远距离通信等领 域具有的强大优势获得诸多运营商的青睐。 w c d m a 系统，继承了第二代移动通信体制g s m 标准化程度高和开放性好的特 点，标准化进展顺利；网络运营商可以通过在g s m 网络上引入g p r s 网络设备和新 业务，培育数据业务消费群体；w c d m 在标准化过程中充分考虑到从第二代过渡到 第三代的问题，最终用户将因此能以比较低廉的价格享受第三代移动通信业务。 图1 - 1w c d m a 系统结构框图 如图1 - 1 ，w c d m a 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构包括r a n 和 电子科技大学顶士学位论文 c n 【3 j 。其中，c n 处理w c d m a 系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部 网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为c s 域和p s 域，分别处理电路交换与分组 交换的业务。而r a n 处理所有与无线有关的功能，r a n 包括n o d e b 和r n c 。 n o d e b 的主要功能包括扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包 括基带信号和射频信号的相互转换等功能。 r n c 作为无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能，具体如下： ( 1 ) 执行系统信息广播与系统接入控制功能： ( 2 ) 切换和r n c 迁移等移动性管理功能； ( 3 ) 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 与r n c 相关的网络接口为i u 、i u b 和i u r 接e l ，均为开放式接口。i u 接口【4 】为 r n c 与c n 之间的接口。i u b 接口1 5 1 是r n c 与n o d e b 之间的接口。而i u r 接口【6 1 是连 接r n c 之间的接口，用于对r a n 中移动台的移动管理 1 1 2p d g p 模块在w c d m a 系统中的位置及作用 图1 2w c d m a 系统p s 域用户面结构框图 电子科技大学i 顷士学位论文 c n 【2 j 。其巾，c n 处理w c d m a 系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部 网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为c s 域和p s 域，分别处理电路变换与分组 交换的业务。而r a n 处理所有与无线有关的功能，r a n 包括n o d e b 和r n c 。 n o d e b 的主要功能包括扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包 括基带信号和射频信号的相互转换等功能。 r n c 作为无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能具体如下： ( 1 ) 执行系统信息广播与系统接入控制功能： ( 2 ) 切换和r n c 迁移等移动性管理功能； ( 3 ) 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 与r n c 相关的网络接1 ：3 为i u 、l u b 和h 转接口，均为开放式接口。i u 接口 4 1 为 r n c 与c n 之间的接口。i u b 接e 1 1 5 1 是r n c 与n o d e b 之间的接口。而i u r 接e l i ”是连 接r n c 之间的接口，用于对r a n 中移动台的移动管理 1 12p d c p 模块在i i c d m a 系统中的位置及作用 1 12p d c p 模块在i i c d m a 系统中的位置及作用 圉1 - 2w c d m a 系统p s 域用户面结构框图 第一章引言 w c d m a 系统分为信令面和用户面，分别负责信令的处理和数据的传送。图1 - 2 是p s 域的用户面示意图。 由图1 2 可知，由于n o d e b 主要工作于层一，r n c 中与u e 通信【7 l 的对等实体 ( m a c l r l c p d c p ) 8 9 1 1 m 1 从理论的抽象角度来说，都工作在无线链路上。无线链路 的频谱资源十分宝贵，应该尽可能的给予节约。然而在流业务、v o i p 等未来将广泛开 展的业务所使用的r t p u d p , q p t l l 】【1 2 】【1 3 】1 4 1 ( 本论文中的i p 均指i p v 4 ) 协议结构中， 仅头部字段就占去了4 0 个字节，与此相对应的是，往往净荷部份仅有十余个字节。 换而言之，为传送r t p u d p i p 协议结构的头部字段，占用了无线链路的大部份资源。 因此，r n c 系统需要对r t p u d p i p 数据包的头部进行压缩。p d c p 模块正是承担了 这样的功能。 p d c p ，意为分组数据汇聚协议，应当执行下列功能：在发送与接收实体中分别 执行i p 数据流的头部压缩与解压缩( 如t c p i p 和r t p u d p i p 头部) 。头部压缩方 法对应特定的网络层、传输层或上层协议的组合。在操作期间，对等p d c p 实体的压 缩和解压缩在用户平面执行。p d c p 层应当能够支持多种头部压缩算法并且在将来还 可以扩展支持的算法。 1 2p d c p 模块协议分析 w c d m ar n c 系统p d c p 模块可包含多种头部压缩协议，其中，最为常见的有 r f c l l 4 4 、r f c 2 5 0 7 和r f c 2 5 0 8 等。 ( 1 ) r f c l l 4 4 【1 5 jf c t c p ) 包头压缩协议是由l b l 实验室的v j a c o b s o n 在1 9 9 0 年2 月开发的。它提出了一种压缩i p t c p 包头的基本方法来提高在低速串行链路上 传输数据的效率，将i p t c p 包头压缩至4 个字节。c t c p 采用计时超时的差错恢复机 制，因此不适合在来回响应时间较长的链路上使用。 ( 2 ) r f c 2 5 0 7 【l 卅( i p h c ) 包头压缩协议是由瑞典l u l e a 大学的d e g e r m a r k 、 n o r d g r e n 等人在1 9 9 9 年2 月开发的。这个协议独立于传输层协议，在点到点的链路 上可以将i p 包头压缩为4 个字节。适合于在低速和中速链路上压缩数据业务。 ( 3 ) r f c 2 5 0 8 ( c r t p ) 协议是由c a s n e r 和j a c o b s o n 在1 9 9 9 年2 月开发的。其 目的是为了解决在低速串行链路上传输语音和视频包时遇到的一些特殊问题。c r t p 电子科技大学硕士学位论文 将用来压缩传输语音和视频包的i p u d p r t p 包头压缩至2 个字节。它采用t w i c e 差 错恢复机制。c r t p 在来回响应时间较短的本地链路上能够很好的工作，适合在来回 响应时间较短的本地低速和中速链路上压缩实时应用业务，如交互式音频和视频等实 时业务。 以上的头部压缩方法均不太适合于无线链路的不可靠和来回响应时间较长的特 点，因此，cb o r m a r m 等人于2 0 0 1 年提出了r f c 3 0 9 5 ( r o b u s t h e a d e r c o m p r e s s i o n ) ， 能够在极差的信道条件下将一个i p u d p r t p 包头压缩到一个字节左右。r o h c 具有 以下的特征【18 j 【垤1 1 2 0 l ： ( 1 ) 已获3 g p p t s2 5 3 2 3 标准支持，可广泛应用于3 g 无线网络 ( 2 ) 有效增加了可利用的频谱带宽，以提高无线网络的性能。 ( 3 ) 将由于无线链路的不可靠性导致的差错传播减少到最小。 ( 4 ) 适合在来回响应时间较长的无线链路上使用。 ( 5 ) 透明性。不会对现有的互联网基础设施造成影响或引入新的问题。 ( 6 ) 配置容易。支持i p v 4 或i p v 6 、u d p 、r t p 和e s p 的包头压缩。 ( 7 ) 在现有无线技术( 如w c d m a 、e d g e 和c d m a 2 0 0 0 ) 建立的无线链路上能很 好工作。 f 8 ) 5 端到端路由包括多条无线链路时能很好工作。 以上优点说明r o h c 具有极强的实用价值，可作为p d c p 模块的头部压缩协议 之一，为w c d m a 系统的高效工作贡献力量。 1 3 课题研究目标 截止目前，虽然国内外均对r o h c 开展了一系列的研究工作，但未见对r o h c 完整实现的公开报道。 本课题的目标是在全面分析r o h c 的基础上，对r t p u d p i p 的头部压缩进行完 整的实现。在实现的过程中，将紧密结合w c d m ar n c 系统的特点及p d c p 模块在 w c d m a r n c 系统中的应用，做到安全高效而又切合实际。 其中包括： ( 1 )在保证健壮性的基础上，达到较高的压缩效率。压缩效率用于衡量对 4 第一章引言 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) r t p u d p i p 数据包的头部压缩所能够达到的压缩效果；健壮性是指， 经过压缩后的压缩数据包能够被正确恢复，即使在发生丢包的无线链路 上也能正常工作； 为使头部压缩能够适用于无线网络的各种情况，能实现r o h c 中规定 的全部三种压缩模式( u 、o 、r ) 和三种压缩及解压缩状态。并且三种 压缩模式应能互相转换，三种压缩状态之间和三种解压缩状态之间应能 根据压缩状况的变化而随时转换。 妥善利用反馈机制，在达到压缩方与解压缩方之间的充分交流的基础 上，尽量减少反馈信道的使用。 在压缩方与解压缩方上下文出现不同步时，提出一种新的快速修复解压 缩方上下文的算法，使解压缩尽快得以恢复。 电子科技大学硕士学位论文 第二章r o h c 的背景及分析 2 1 头部压缩应用背景分析 2 g 系统以话音等传统窄带业务为主体，对带宽的占用并不大，频谱资源的紧缺 状况并未引起足够的重视，头部压缩的重要性也并未体现出来。以g p r s 为代表的 2 5 g 系统开始涉及准宽带业务的应用，彩信、移动上网等新型业务的开展，暴露出无 线网络频谱资源紧张的缺陷。于是，c t c p 及i p h c 等多种头部压缩方案已逐渐应用 于无线网卡等设备中。 我国即将开展建设的3 g 系统主要业务不再是话音等传统业务，i p 业务将真正广 泛的开展应用，手机视频点播、可视电话等业务加重了无线网络的带宽压力。近来为 全球各大运营商及通讯设备制造商所极力追捧的h s d p a 的下行带宽更是高达数十 兆。有限的频谱资源与暴增的业务量之间的矛盾更加突出，更为迫切的需要强大的头 部压缩技术以缓解这一矛盾。 未来的4 g 时代以全j p 为核心，带宽将达到3 g 系统的5 0 倍，更高速率的带宽 要求，使头部压缩的工作更为重要。 以上均为对无线系统承载的业务进行压缩。 当通信方式类似于p p p 链路时，还可对底层负责承载业务的i p 链路进行头部压 缩。当然，这种头部压缩方式需要路由器的支持，且不适用于发散型业务，如大型i p 骨干网，故这种方式较少采用。 包头之所以能够被压缩主要是因为包头字段之间存在很大的冗余度。在同一数据 流中，许多相应域的变化极少或者根本不变化。这种冗余度不仅存在于同个包的包 头中，而且存在于同一数据流中的连续包的包头域。通过初始发送相关必要信息，通 过相关域的相关性和可预测性，在此后的信息发送中，就能极大地减小包头的大小。 压缩及解压缩相关信息保存在压缩及解压缩方的上下文中，作为下一步压缩与解压缩 的参考。压缩方和解压缩方在某些事件的激励下更新上下文。如果这些事件遭到破坏， 则压缩方和解压缩方之间上下文信息将出现不一致的情况，将导致解压缩的不正确。 一个健壮性好的包头压缩方案应该尽量避免这种情况的发生，且能在发生这种情况 第二章r o h c 的背景及分析 时，快速地恢复压缩方和解压缩方之间上下文信息的同步。建立在不可靠基础上的无 线信道，则更应妥善处理这一问题。 由节12 可知，r o h c 因兼顾了压缩效率和健壮性适合在无线信道上应用。 2 2r o h o 协议分析 2 2 1r o h o 压缩原理的分析 在同一个数据流里，一个数据包及相邻的数据包之间通常会含有极大的冗余信 息，这是头部压缩得以实现的重要原因。将相关信息分别存储在压缩方和解压缩方的 上下文，并合理的利用这些信息进行压缩，除去冗余信息，数据包头部长度就能显著 减小。这是r o h c 和其它压缩方法的共同点。 数据包的各头部字段在整个数据流中的变化情况往往各不相同。在r o h c 中， 根据数据流中头部各字段的变化情况，将头部字段分为静态和动态两大类。静态部份 指通过定信息可推知或在整个数据流中保持不变的头部字段：动态部份指在整个数 据流中经常发生变化的字段。经过对r t p u d p i p ( v 4 ) 包的分析，可以得到如下数据： i p v 4 数据包： 表2 - 1i p 数据包的分类 i p 包头部字段 长度( 比特) 分类 v e r s i o n4 静态 h e a d e rl e n g t h4 静态 t y p eo fs e r v i c e 8 动态 t o t a ll e n g t h1 6 静态 i p i d1 6 动态 f l a g s 1 静态 f r a g m e n to f f s e t 1 3 静态 t t l8 动态 p r o t o c o l8 静态 c h e c k s u m1 6 静态 s o u r c ea d 出e s s3 2 静态 d e s f i n a t i o na d d r e s s3 2 静态 由表2 1 可知，在i p 数据包总共2 0 个字节中，仅有4 个字节是属于动态部份 电子科技大学硕士学位论文 会发生变化，而其它的1 6 个字节都是属于静态部份，仅需在初始时传送或根本不需 传送。对这一特点进行利用，就可进行有效的i p 头部压缩。同样的，对u d p 和r t p 报文也可进行同样的分析： u d p 数据包： 表2 - 2u d p 数据包的分类 u d p 包头部字段 长度( 比特) 分类 s o u r c ep o r t1 6 静态 d e s t i n a t i o np o r t 1 6 静态 l e n g t h 1 6 静态 c h e c k s u m1 6 动态 i m 数据包： 表2 - 3r t p 数据包的分类 r t p 包头部字段 长度( 比特) 分类 v e r s i o n2 静态 p a d d i n g 1 静态 e x t e n s i o n1 动态 c s r c c o t m t4 静态 m1 动态 p a y l o a dt y p e 7 静态 s e q u e n c en u m b e r 1 6 静态 t i r n e s t a r n p 3 2 静态 s s r c3 2 静态 c s r c ( o - 4 8 0 ) 动态 基于以上分析可推知，若收发双方经过一段时间的通信后，各自在上下文中建立 相应的静态信息及各头部字段域的相关性，则在以后的通信中，只需传送动态信息， 接收方即可根据上下文找到相应的静态信息，正确的恢复原始数据包，从而达到了头 部压缩的目的。例如：r t p 包中的s n 域和i p 包中的口i d 域，般情况下都以l 为 单位递增，我们可利用这一特性进行头部压缩处理。假设本例中压缩方向解压缩方发 送的数据包中包含s n 的值为1 0 0 ，i p i d 的值为3 2 5 6 。当压缩方再次向解压缩方发 送数据包时，只需将s n 的值( 1 0 1 ) 通知解压缩方，无需传送i p i d 的值，解压缩方 即可根据自己的上下文推断出i p i d 的值为3 2 5 7 ，即达到了压缩的目的。 第二章r o h c 的背景及分析 2 2 2r o h c 压缩数据包的类型及反馈机制 正是基于以上的分析，r o h c 中有效的区分了不同的头部字段，并根据这些字 段的不同特性确定了1 4 种不同的压缩数据包的类型：i r ，i r d y n ，r 。0 ，r - 0 c r c ，r 一1 ， r - 1 一t s ，r - 1 一i d ，u o 一0 ，u o 一1 ，u o 一1 一t s ，u o l i d ，u o 一2 ，u o r - 2 一t s ，u o r - 2 i d 。其中， r 0 ，r 一0 - c r c ，u o 一0 在本论文中统称为0 类型r o h c 压缩数据包；r - 1 ，r 1 t s ，r 1 一i d ， u o 一1 ，u o 一1 一t s ，u o l i d 在本论文中统称为1 类型r o h c 压缩数据包；u o 2 u o r 2 t s ，u o r 一2 i d 在本论文中统称为2 类型r o h c 压缩数据包。这1 4 种压缩数 据包的头部长度各不相同，在不同的情况下使用，对压缩效率和健壮性将会产生不同 的影响。以u o r 一2 一t s 为例，如图2 - 1 ，它包含t s ，s n ，m ，x 等4 个头部域的变化信 息，适合于t s ，m 或x 与上下文中的格式发生变化时使用。各数据包的具体选用法 则将直接关系到压缩效率与健壮性，是r o h c 实现的关键性问题，将会在后面详细 分析。 01234567 + + 一+ + 一+ 一+ 一一r + + + l 110lt s l + = = = + = = = + = = = + ：= = + = = = + - - - - _ - - + _ - - _ - - _ - - + - - - - = + i t = il m i s n i + - - - - + 一一- - - + 一一 一一+ + + 一一+ 一+ i xc r c i + - - - - - - + 一- 卜一一+ 一+ + + 一一- 一+ 图2 - 1u o r - 2 t s 压缩数据包结构 o1234567 + 一+ 一+ 一一+ - - - - + - - - - - - + - - - - - - + - - - - + - - - - - - + l a c k t y p e im o d e s n i + 一+ 一一+ 一一- - - + + + 一+ 一一+ 一+ i s n i + + 一+ _ _ _ + - - - - - - + 十一 一一+ 一+ f e e d b a c ko p t i o n s + - - - - + - - - - + 一一+ 一一一+ - - - - - i - - - _ + 一一 一+ 图2 - 2f e e d b a c k 2 反馈数据包结构 电子科技大学硕士学位论文 r o h c 规定了详细的反馈机制，从而使压缩方与解压缩方的上下文能很好的保 持同步，避免了不恰当的压缩和错误的解压缩。r o h c 中共规定了两大类的反馈类型： f e e d b a c k l 和f e e d b a c k 2 。f e e d b a c k 1 是简单的a c k 应答，只含应答的s n 。 f e e d b a c k 2 反馈数据包结构如图2 2 所示，分为a c k ，n a c k 和s t a t i c n a c k 三 种类型。n a c k 和s n 盯i c - n a c k 的区别在于，n a c k 表示对动态部分的否定应答， 而s t a t i c n a c k 表示对静态部分的否定应答。f e e d b a c k 一2 中的模式域常用于模 式转换时，解压缩方向压缩方发起模式转换请求时使用。 2 2 3r o h 0 压缩状态和压缩模式的分析 r o h c 有别于其它的压缩方法的重要特性之一是其规范完善的压缩状态和压缩 模式定义，并且为压缩状态和压缩模式定义了一系列协调工作的规则，使r o h c 压 缩数据包的选择和反馈机制在压缩状态和压缩模式的统一控制下灵活应用，以同时达 到较高的压缩效率和较强的健壮性。 r o h c 中，分别为压缩方和解压缩方规定了三种压缩状态，用以分别标志压缩 方和解压缩方目前所能处理的压缩和解压缩的程度。 压缩方的三种压缩状态为：i rf o ，s o 。i r 为最低级的压缩状态，压缩方处于i r 状态时，表示压缩方并未拥有足够的压缩所需的信息，需要初始化解压缩方的上下文 的静态部分，或对解压缩方的上下文的静态部分进行纠错处理。i r 状态下，压缩方发 送的r o h c 压缩数据包应包含完整的数据包头部信息。当压缩方认为解压缩方已经 拥有足够的解压缩静态信息时，压缩状态则上升为f o 。f o 状态的主要目的是使 r t p ，u d p i p 数据包中的不规则信息能够准确的传递给解压缩方。当r t p 舢d p i p 数据 包的某些头部字段未遵从压缩方和解压缩方之间己建立的模式时，须转换到f o 状态。 f o 状态下发送的r o h c 压缩数据包至少已经包含了部分压缩信息。当压缩方确信解 压缩方已经拥有正确解压缩所需的全部信息时，压缩状态可转换为s o 状态。在s o 状态下，解压缩方只要获知r o h c 压缩数据包的s n ，就可正确的还原出原 r t p d p 佃数据包。压缩方的压缩状态由最低的m 状态开始，逐步迁移到最佳的 s o 状态。随着压缩情况的不断变化，压缩状态将不断的随之改变。 解压缩方的三种解压缩状态为：n c ，s c ，f c 。解压缩方尚未正确解压缩任何一个 r o h c 压缩数据包时，解压缩状态为n c 。只要解压缩方正确解压缩一个r o h c 压缩 第二章r o h c 的背景及分析 数据包，即可证明解压缩方已经掌握了解压缩所需的上下文，解压缩状态即可转换到 f c 。当解压缩方发现其上下文的动态部分出现错误时，解压缩状态应转换到s c 状态， 以恢复动态信息。 r o h c 中定义了三种压缩模式，分别称为u 模式，o 模式和r 模式。在网络中 采用哪种模式，由网络的实际情况而定，如有没有反馈信道，误码率和压缩效率的要 求等。这三种模式可相互转换。 压缩模式和( 解) 压缩状态的概念是正交的。压缩模式是指压缩双方工作的不同 方式，而( 解) 压缩状态是指压缩和解压缩双方所能进行的压缩和解压缩的不同的程 度。( 解) 压缩状态和压缩模式的关系如图2 3 所示。 图2 3压缩模式与压缩状态的正交关系 u 模式适用于解压缩方到压缩方无反馈信道可用的情况。在u 模式下，数据包 的流向均为从压缩方到解压缩方，无反馈信息。o 模式与u 模式的区别在于，o 模式 有反馈信道可用。但在o 模式下，反馈信道并不轻易的使用，只有当解压缩出现错误 或重大更新时，解压缩方才利用反馈信道向压缩方通知解压缩情况。r 模式最显著的 特点就在于反馈信道的频繁使用。每当解压缩方的上下文被更新时，解压缩方都会发 送反馈信息给压缩方，以使压缩方和解压缩方的上下文保持高度一致。 2 2 4r o h o 压缩状态的转换 由于在不同的压缩模式下，压缩双方的工作方式不一样，则压缩方和解压缩方的 电子科技大学硕士学位论文 状态转换也不一样。压缩方和解压缩方的压缩状态可分别用不同模式下的有限状态机 表示。 u 模式下的压缩状态更新如图2 - 4 ，由于没有反馈信息作为参考，只能够基于以 下三个条件：优化方式，超时更新和数据包更新。优化方式是指发送一定数量的数据 包或持续发送一段时间后，当压缩方估计解压缩方已经具备相应的上下文时，压缩状 态将向更高级状态转换。当压缩方在较高级状态运行一段时间后，为了防止由于数据 包的丢失而造成的压缩方与锯压缩方上下文不一致，压缩状态将向更低级状态转换， 以重新建立解压缩方的上下文。数据包更新是指，压缩方收到的来自上层的 r t p u d p i p 数据包并未遵循压缩方上下文中的格式，需要将压缩状态等级降低，以 满足目前的r t p u d p i p 数据包的压缩需要。 优化方式 图2 - 4u 模式下压缩状态的转换 u 模式下的解压缩状态转换如图2 - 5 所示。 解压缩成功 图2 - 5u 模式下解压缩状态的转换 在任何时候，只要有一个数据包解压缩成功，则表明解压缩方已获得了足够的静 态和动态信息，解压缩状态即可转换到f c 状态。当解压缩多次失败时，解压缩状态 应转换为低一级的状态。并且，在获得足够的静态信息之前，解压缩状态应停留在 第二章r o h c 的背景及分析 n c 状态；在获得足够的动态信息之前，解压缩状态应停留在s c 状态。 由于可使用反馈信息，o 模式下的压缩状态转换应基于以下三个条件：优化方式， 反馈信息和数据包更新。如图2 6 所示。与u 模式不同的是，为保证压缩效率，0 模 式不再采用超时更新的方式达到压缩方与解压缩方的上下文统一，而只根据反馈信息 来判断，是否需要将压缩状态向更低级的压缩状态转换。当压缩方收到s t a t i c - n a c k 信息时，表明对于静态信息而言，解压缩方已经和压缩方失去一致性，应将压缩方的 压缩状态降为i r 。当压缩方收到n a c k 信息时，表明对于动态信息而言，解压缩方 已经和压缩方失去一致性，应将压缩方的压缩状态降为f o 。 优化方式a c k 图2 - 60 模式下解压缩状态的转换 0 模式下，解压缩方的状态转换机制和u 模式一致。 a c k 图2 - 7r 模式下解压缩状态的转换 如图2 - 7 所示，在r 模式下，为保持压缩方与解压缩方上下文的致性，压缩状 态主要由反馈信息决定。压缩方收到a c k 时，压缩状态向上转换，收到n a c k 时， 压缩状态向下转换，收到s t a t i c - n a c k 时，压缩状态转换为i r 。 r 模式下，解压缩方的状态转换机制和u 模式一致。 电子科技大学硕士学位论文 2 。2 5r o h o 压缩模式的转换 当压缩方和解压缩方开始通信初期，双方都按照u 模式进行通信，然后可根据 实际需要随时对压缩模式进行调整。为使模式转换即使在丢包的情况下也能顺利完 成，r o h c 分别为压缩方和解压缩方规定了一系列的参数和规则。 c o m p r e s s o r d e c o m d r e s s o r ct r a n s = p cm o d e = r ct r a n s = d i a c k ( r ) n a c k ( r ) + 一 一 一 一id t r a n s = i + 一 一 一 一 一 一 一 一十 一 一 一 一+ ir ir - d y n u o r - 2 ( s n ，r ) l + 一 一 一 一 一 一 一 一+l 一 一+ 一 一 一 一l dt r a n s = p 一 一d o d e = r a c k ( s n r )+ 一 一 一 一l + 一( 一 一 一 一 一 一 一+l 一 一 一 一+ r o 木 r 一1 水 i + 一 一 一 一 一 一 一 +i + 一 一 一 一1 d _ t r a n s = d l 图2 80 模式至r 模式的转换过程 压缩方的模式转换参数有： cm o d e ：cm o d e 可能的值有：u ，0 和r 。初始值为u 。 ct r a n s ：表示压缩方模式转换处于什么状态。可能的值有：( p ) e n d i n g 和 ( d ) o n e 。初始值为( d ) o n e 。当c _ t r a n s 为( p ) e n d i n g 时，压缩方只能选择发送适 合所有模式的r o h c 压缩数据包，压缩状态不能上升为s o ，且忽略新的模式转换请 求。 解压缩方的模式转换参数有： dm o d e ：dm o d e 可能的值有：u ，0 和r 。初始值为u 。 第二章r o h c 的背景及分析 d t r a n s ：表示解压缩方模式转换处于什么状态。可能的值有：( i ) n i t i a t e d ， ( p ) e n d l n g 和( d ) o n e 。初始值为( d ) o n e 。当d _ t r a n s 为( i ) n i t i a t e d 时，解压缩 方为每一个收到的数据包发送反馈信息。 r o h c 为每两种模式之间的转换都作了详尽的规定，