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南京邮电大学硕士研究生学位论文无线互联网接入系统中信头压缩关键技术研究 摘要 i p 协议将成为下一代无线通信网络的核心协议之一，但是，对无线网络来说，i p 分 组信头过大，严重地浪费了宝贵的无线带宽，因此，必须对i p 分组信头进行压缩，提高 无线带宽利用率。 本论文详细阐述了r o h c 协议的原理、工作状态、工作模式，以及状态和模式转移 逻辑；介绍了不同类型i p 分组的不同压缩策略；分析了r o h c 协议的主要压缩算法，并 对算法进行了修正和实现；给出了实用的列表压缩编码算法；给出了基于无线信道状态的 自适应模式转移方案，以适应不断变化的无线链路环境。 通过仿真，对r o h c 协议的关键参数和w - l s b ( w i n d o w s l e a s ts i g n i f i c a n tb i t s ) 算法 的滑动窗口宽度s w w 进行了深入分析，给出了优化值，在提高r o h c 协议的压缩率的 同时又使得r o h c 协议具有良好的鲁棒性。 利用s d l 语言对r o h c 协议进行建模分析，划分了r o h c 协议的主要模块，给出了 r o h c 协议的压缩和解压流程，并对r o h c 协议在l i n u x 操作系统中的位置及其与l i n u x 网络协议栈的接口做了详细说明。 对r o h c 协议的性能进行了分析，证明r o h c 协议具有很高的压缩率和鲁棒性，对 无线i p 分组信头的压缩率达到8 5 以上。 给出了添加r o h c 协议的u m t s 系统架构，将r o h c 协议应用在u m t s 系统的p d c p ( p a c k e td a t ac o n v e r g ep r o t o c 0 1 ) 层，对无线分组信头进行压缩处理，节约宝贵的无线带 宽资源。 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学计算机应用技术 研究方向：计算机通信网络 作 题 2 0 0 4 级研究生万秀金指导教师张载龙 目：无线互联网接入系统中信头压缩关键技术研究 英文题目： r e s e a r c ho nt h ek e yt e c h n o l o g yo fh e a d e rc o m p r e s s i o ni n w i r e l e s si n t e m e ta c c e s ss y s t e m 主题词：信头压缩r o h c k e y w o r d s ： h e a d e rc o m p r e s s i o n w l s b信令压缩 r o h c w l s b s i g c o m p 南京邮电大学硕士研究生学位论文无线互联网接入系统中信头压缩关键技术研究 a b s t r a c t i pw i l lb e c o m eo n eo ft h ec o r ep r o t o c o l so ft h en e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k ，h o w e v e r , t h ei pp a c k e th e a d e r sa r et o ob i gf o rw i r e l e s sn e t w o r ka n ds e r i o u s l yw a s t e t h ep r e c i o u sw i r e l e s sb a n d w i d t h ，i t sn e c e s s a r yt oc o m p r e s si pp a c k e th e a d e r st oi n c r e a s et h e u t i l i z a t i o nr a t eo fw i r e l e s sb a n d w i d t h t h ep r i n c i p l e ，w o r ks t a t e sa n dm o d e s ，a sw e l la st h es t a t ea n dm o d et r a n s i t i o nl o g i co f r o h cp r o t o c o lh a v eb e e nd e t a i l e d l ye x p o u n d e d t h ed i f f e r e n tc o m p r e s s i o np o l i c i e sf o r d i f f e r e n tt y p e so fi pp a c k e th e a d e r sa r eg i v e n t h em a i nc o m p r e s s i o na l g o r i t h m so fr o h c p r o t o c o lh a v eb e e na n a l y s e d ，m o d i f i e da n di m p l e m e n t e d f u r t h e r m o r e ，a l lo p t i m i z e dl i s t c o m p r e s s i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e d a na u t o - a d a p t i v et r a n s i t i o nm e c h a n i s mb a s e do nw i r e l e s s c h a n n e ls t a t eh a sb e e np r o p o s e dt oa d a p tt h ec h a n g i n gw i r e l e s sl i n ke n v i r o n m e n t t h ek e yp a r a m e t e r so fr o h cp r o t o c o la n dt h es l i d ew i n d o ww i d t h ( s w w ) o ft h e w i n d o w - b a s e dl e a s ts i g n i f i c a t i o nb i t s ( w - l s b ) a l g o r i t h mh a v eb e e nd e e p l ya n a l y s e dt h r o u g h s i m u l a t i o n t h e i ro p t i m i z e dv a l u e sa r eg i v e n ，w h i c hc a nl e tr o h cp r o t o c o lh a v er o b u s t p e r f o r m a n c ew h i l eh a v i n gh i g hc o m p r e s s i o nr a t e t h er o h cp r o t o c o li sa n a l y s e da n dm o d e l e di ns d ll a n g u a g e t h em a i nm o d u l e s ， c o m p r e s s i o na n dd e c o m p r e s s i o nf l o w so fr o h cp r o t o c o la r eg i v e n a l s o ，t h ep o s i t i o no f r o h cp r o t o c o li nl i n u xo sa n di t si n t e r f a c et ol i n u xn e t w o r kp r o t o c o ls t a c kh a v eb e e n e x p l a i n e di nd e t a i l t h ep e r f o r m a n c eo fr o h cp r o t o c o lh a sb e e na n a l y s e d i ts h o w st h a tr o h cp r o t o c o li s r o b u s ta n dh a sh i g hc o m p r e s s i o nr a t e ：r o h cp r o t o c o lc a nc o m p r e s sw i r e l e s si pp a c k e th e a d e r s t o15 o ft h eo r i g i n a ls i z e t h eu m t sa r c h i t e c t u r e0 1 1w h i c hr o h cp r o t o c o li sa d d e dh a sb e e np r o p o s e d r o h c p r o t o c o li su s e di nt h ep d c pl a y e ro fu m t ss y s t e mt oc o m p r e s sw i r e l e s sp a c k e th e a d e r st o s a v et h ep r e c i o u sw i r e l e s sb a n d w i d t hr e s o u r c e u 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学计算机应用技术 研究方向：计算机通信网络 作 题 2 0 0 4 级研究生万秀金指导教师张载龙 目：无线互联网接入系统中信头压缩关键技术研究 英文题目： r e s e a r c ho nt h ek e yt e c h n o l o g yo fh e a d e rc o m p r e s s i o ni n w i r e l e s si n t e m e ta c c e s ss y s t e m 主题词：信头压缩r o h c k e y w o r d s ： h e a d e rc o m p r e s s i o n w l s b信令压缩 r o h c w l s b s i g c o m p 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略语 c i d c r c c r t p c t c p e s p f c f o g i 迮 i p x i r i r d y n l s b m s b n c o m o d e p p p r m o d e r o h c r t p r t t s c s n s o s p i t s u m o d e w l s b 缩略语 c o n t e x ti d e n t i f i e r 文景标识符文景号 c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k 循环冗余校验 c o m p r e s s e dr t p r t p 压缩头 c o m p r e s s e dt cptcp压缩头 e n c a p s u l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a d 安全封装载荷 f u l lc o n t e x ts t a t e ( d e c o m p r e s s o r ) 解压器全文景状态 f i r s to r d e rs t a t e ( c o m p r e s s o r ) 压缩器一级压缩状态 g e n e t i cr o u t i n ge n c a p s u l a t i o n 一般路由封装 f l a gi ne x t e n s i o n2 i p 扩展 i n i t i a t i o na n dr e f r e s hs t a t e ( c o m p r e s s o r )初始化或重置状态或者分组 i r - d y np a c k e t i r - d y n 分组 l e a s ts i g n i f i c a n tb i t s 最低有效位 m o s ts i g n i f i c a n tb i t s 最高有效位 n oc o n t e x ts t a t e ( d e c o m p r e s s o r ) 解压器无文景状态 b i d i r e c t i o n a lo p t i m i s t i cm o d e o 模式 p o i n t t o p o i n tp r o t o c 0 1 点到点协议 b i d i r e c t i o n a lr e l i a b l em o d e r 模式 r o b u s th e a d e rc o m p r e s s i o n 鲁棒性信头压缩 r e a l t i m ep r o t o c 0 1 实时传输协议 r o u n dt r i pt i m e往返时间 s t a t i cc o n t e x ts t a t e ( d e c o m p r e s s o r ) 解压器静态文景状态 s e q u e n c en u m b e r u s u a l l yr t ps e q u e n c en u m b e r 序列号 s e c o n do r d e rs t a t e ( c o m p r e s s o r ) 压缩器二级压缩状态 s e c u r i t yp a r a m e t e r si n d e x 安全参数索引号 ( c o m p r e s s e d ) r t pt i m e s t a m p 时间戳 u n i d i r e c t i o n a lm o d e u 模式 w i n d o wb a s e dl s b e n c o d i n g 基于窗1 2 1 的最低有效位编码 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，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 含为获得南京邮电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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：面：瘩垒日期：垒盟z ：名! ，口 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名： 五盔坌导师签名：猫!日期：型! z ：丝：p 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 1 前言 第一章绪论 i p 技术和无线通信以及多媒体技术相结合，移动用户可以在移动中享受在线音频、 视频和无线上网等服务，使得电信行业拥有一个更加广阔的发展前景，现在呼声高涨的 3 g 网络已经进入实施和商用阶段，而这些业务形式的承载都是基于i p 的，并且3 g p p 的 u m t s 和3 g p p 2 的c d m a 2 0 0 0 的系统架构都向全i p 方向演进和发展。通信网和各种数 据业务网将融合形成统一的i p 核心网络，因此i p 网络是未来无线网络的一个关键性的支 撑平台。 同时，i p v 6 协议【l 】具有丰富的地址空间，对移动性具有更好的支持特性。i p v 6 协议 将逐步替代i p v 4 协议成为下一代网络的核心协议之一。并且在3 g b 3 g 的远景规划中， 3 g p p 、3 g p p 2 规范的方向均确定了i p v 6 是3 g b 3 g 网络承载、业务应用的发展方向。 但是，对于无线通信网络来说，无线链路具有高差错率、低带宽、长i m 的特点， 严重影响了移动通信的质量。相对于无线网络设备的处理能力来说，无线带宽是一个影响 无线通信性能的更重要的因素。 然而，i p 分组过大的信头严重地浪费了宝贵的无线带宽资源，例如，i p v 6 u d p r t p 音频分组信头至少有8 0 个字节，而语音数据往往采取了编码处理，有效载荷只有1 5 , - - 一2 0 个字节【2 1 ，其无线通信链路带宽利用率仅仅为2 0 。为了能够有效利用有限的无线带宽 资源，必需对无线分组信头进行压缩。 1 2 研究背景 针对i p 分组信头的压缩，主要有v j h c t 3 1 、i p h c l 4 1 、c r t p 5 1 等压缩策略。v j h c 压缩 方法主要应用在低带宽链路( 例如p s t n 网络) 上对i p t c p 分组流进行压缩，以便提高 数据传输的性能。这种压缩策略采用比较压缩方法，仅仅传递连续分组信头中变化的部分。 v j h c 压缩方法能够将4 0 个字节的信头压缩到4 个字节。由于通信链路中存在分组丢失， 这种方法要依赖t c p 错误修复机制来修复文景中的比特错误和残留错误，同时，v j c h 压缩策略不支持对i p u d p 分组流的压缩，因此，v j h c 压缩策略明显地不适合于无线链 路和多媒体应用环境。 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 i p h c 和c r t p 压缩策略能够对u d p 和r t p 分组流冗余信头进行压缩处理，从本质 上说它们的压缩处理方法和v j h c 是一样的。i p h c 、c r t p 加入自己的反馈方法对错误进 行修复，不是采用t c p 错误修复机制。这种压缩方法结合链路层校验处理，进行差错控 制，能够将信头压缩到2 个字节( 不包括u d p 校验和) ，可以用于无线链路的分组传输环 境。但是，对于高比特差错率b e r 、高丢失、大l m 的无线环境的处理上，并不具有高 的鲁棒性，影响数据传输的质量。 由于以上各种压缩方法缺少鲁棒性，且压缩信头类型单一，i e t f 组织专门成立了 r o h c 工作组，致力于提供有效且具有鲁棒性的适应于无线链路环境的i p 分组信头压缩 策略，以节约无线带宽资源。 r o h c 协议现已被e t s i 和3 g p p 组织采用，作为下一代移动通信的技术标准。2 5g 和3g 无线通信标准中的移动i p 网络( i po v e rm o b i l en e t w o r k s ) 部分要求采用鲁棒性i p 信头压缩协议( r o h c ) 。i e t f 制定的r o h c 协议已被u m t sr e l e a s e4 【6 】和5 t 7 1 采纳，并 且在r e l e a s e6 t 8 1 中，r o h c 是i p 多媒体子系统( i m s ) 规范的基本组成部分。 r o h c 作为基于i p 的下一代无线网络关键协议，将应用在w l a n 、3 g 、卫星等无线 通信接入系统和移动结点中，对无线数据的信头进行压缩处理。目前，r o h c 协议已经 被很多电信制造商如西门子、爱立信、摩托罗拉、中兴通讯等大公司采纳，应用在下一代 无线通信接入系统中，提高无线带宽的利用率和服务质量。 伴随着在线视频和音频等多媒体无线业务的快速发展，以及3 g 下一代无线通信商业 网的部署，国际上著名的6 w i n d 、a c t i c o m 和e f f n e t 公司开始推出自己的r o h c 商业 软件，r o h c 协议将具有很大的商业空间和应用前景。 1 3 论文架构 第一章绪论：简单介绍了r o h c 协议的必要性、研究背景和r o h c 协议应用前景。 第二章r o h c 协议：介绍r o h c 协议的主要原理、工作模式、工作状态、c r c 校 验机制、反馈机制、错误修复机制等，通过这些策略提高r o h c 协议的鲁棒性和压缩率。 第三章r o h c 压缩编码算法：阐述并改进了r o h c 协议w - l s b 、i p i d 、刻度压缩 算法，并给出了具有实用性的刻度压缩编码算法。 第四章r o h c 协议建模分析和实现：借用s d l 语言对r o h c 协议进行建模和模块 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 划分，给出了r o h c 协议的压缩和解压流程，以及r o h c 协议与l i n u x 内核网络协议栈 的接口。 第五章r o h c 协议关键参数优化和性能分析：通过实现的r o h c 软件仿真，对r o h c 协议的乐观逼近原则、周期性原则、解压状态转移原则、滑动窗口宽度s w w 等关键参数 进行性能分析，并给出了r o h c 协议在3 g 系统的应用框架。 第六章总结和展望：对论文进行总结，同时给出了以后工作的展望。 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r o h c 协议 第二章r o h c 协议 2 0 0 0 年i e t fr o h c 工作组提出了鲁棒性信头压缩协议r o h c ( r o b u s th e a d e r c o m p r e s s i o n ) 9 1 ，该工作组一直在对r o h c 协议进行研究和完善中，迄今为止，已经提出 很多关于r o h c 的i 讧c 和草案。 r o h c 信头压缩协议能够有效地压缩无线i p 分组信头，且具有很好的鲁棒性。r o h c 协议能够将i p v 6 分组信头平均压缩到3 5 个字节( 不包括传输层协议校验和域) ，极大 地提高了无线带宽的利用率。 r o h c 协议最初是由i e t f 组织提出的针对w l a n 中无线i p 分组的信头压缩策略， 现在，r o h c 协议已被3 g p p 和e t s i 组织采用，成为下一代无线通信3 g 系统的技术标 准，应用在u m t s 系统设备的p d c p 层，对移动通信数据分组信头进行压缩，节约无线 带宽资源，以及提高无线通信的q o s 。 2 1r o h c 协议基本原理 信头能够被压缩，是因为相邻结点间同一数据流的连续分组信头中存在一些不变的冗 余信头域，例如源目i p v 6 地址、流标识符和传输层端口号等，这样仅在数据流开始传递 时发送完整分组信头，后续i p 分组只传送信头中的变化域( 如i p v 6 跳数限制域) 或者变 化域的部分信息以及相对于同一个流的关联标识符，达到信头压缩的目的。 图2 1r o h c 信头压缩基本框架 r o h c 信头压缩基本框架如图2 1 所示。压缩方在刚开始发送i p 分组时，r o h c 协 议首先创建一个对应于此数据流的压缩器，并将这些分组信息和关联标识符保存下来，然 后将包含完整信息的r o h c 分组通过无线链路发送到解压方，解压方根据此r o h c 分组 创建一个对应于此数据流的解压器，解压器接收到r o h c 分组时，也首先将这些信息保 存下来，解压后将还原的i p 分组交给i p 协议处理。对于同一数据流中的后续i p 分组， 压缩器参照保存的信头信息，将分组中不变的冗余信息去掉，仅仅包含变化的信头域和关 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二犟r o h c 协议 联标识，形成r o h c 压缩分组，传递到解压方，解压器根据先前保存的完整信息和关联 标识符对r o h c 压缩分组解压，形成i p 分组并交付给上层口协议处理。 r o h c 协议根据同一数据流连续分组中各个域值的变化情况将信头分为五种类型【1 0 1 信头域，分别为： 静态( s t a t i c ) 域：这种类型信头域的值在整个数据流中是不经常发生变化的，可 以在开始的时候仅仅传递一次，这样，解压器和压缩器一旦获得了这些信息，以后就可以 不传递这些域，达到压缩的效果。如i p v 6 版本号、下一头域等。 静态定义( s t a t i c d e f ) 域：这些域能够定义一个数据流，例如i p 源地址，i p v 6 流标识。这些域仅在开始的时候传递，并且用来作为不同数据流的压缩器和解压器的标识， 在后续r o h c 压缩分组中，静态定义域不再传递。 静态已知( s t a t i c 1 ( n o w n ) 域：不用在r o h c 分组中传递，例如r t p 版本号。 推断( i n f e 冱d ) 域：这种类型域的值能够从其它域值推断出来，通常这些域在 r o h c 分组中是不传递的，如果它们之间的推断关系发生了变化，必须重新传递，以便 重新建立映射关系。例如，r t p 协议信头中的t s ，由于在连续一段时间的分组中t s 和 序列号的变化有一个固定的映射函数，因而仅仅传递s n 的域值，就能够推断出压缩掉的 t s 域值。 变化( c h a n g e ) 域：这种类型域的值在同一个数据流中是时刻变化的，因此这些 域在r o h c 分组中要进行传递。例如u d p 校验和域，r t p 信头中s n 域等。 具体的i p v 6 d p 厂r c p 分组的信头域分类见表2 1 。 协议类型信头域 信头类型信头域 信头类型 v e r s i o ns t a t i ct r a f i l ec l a s sc h a n g e f l o wl a b e i s t a t i c d e f p a y l o a dl e n g t h n 、j f e r r e d r 6 n e x t h e a d e rs t a t i c h o pl i m i t c h a n g e s o u r c ea d d r e s ss t a t l c d e fd e s t i n a t i o na d d r e s ss 1 a t i c d e f s o u r c ep o r ts t a t i c d e fd e s t i n a t i o np o r ts t a t l c d e f u d p l e n g t h r n f e r r e dc h e c k s u mc h a n g e v e r s i o ns t a t i c k n o 、v n ex s t a t i c c c ，mc h a n g e p a y l o a d t y p e c h a n g e r t p s n c h a n g et sc h a n g e s s r cs t a t l c d e fc s r cc h a n g e 表2 1i p v 6 u d p r t p 分组信头分类 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r o h c 协议 r o h c 协议对各种类型信头域进行分类，以便于r o h c 协议能够对不同的域采用不 同的压缩处理策略。 对于c h a n g e 类型的信头域的值，r o h c 协议也不是完全传递的，而是采用一定的 信头压缩策略。r o h c 采用w - l s b 压缩算法对c h a n g e 类型的域值进行压缩。w - l s b 是基于窗口的最低有效位压缩编码算法。 2 2r o h c 简档和文景 r o h c 协议是灵活的且可扩展的协议，它能够对不同类型的i p 分组信头进行压缩处 理，例如i p v 6 t c p 、i p v 6 u d p r t p 、i p v 6 e s p 。r o h c 工作组提出了简档( p r o f i l e ) 来 表示这些不同类型的i p 分组，并且为它们分配了不同的唯一简档标识符p i d ( p r o f i l ei d ) ， 用于区别r o h c 协议是对哪种类型分组进行压缩，例如i p 舢d p i 盯p 定义为1 。r o h c 工 作组定义的简档如表2 2 所示。 简档类型简档标识符p i d p r o f i l e u n c o m p r e s s e d 0 x 0 0 p r o f i l e u d 晤里矾 o x o l p r o f i l e u d p o n l y 0 x 0 2 p r o f i l e e s p 0 x 0 3 p r o f i l e i p o n l y o x 0 4 pr o f i l e t c p0 x 0 6 p r o f i l e u d p - l i t e o x 0 8 表2 2r o h c 定义的分组类型与简档标识符 同时r o h c 协议在压缩方为每一数据流分配唯一的文景标识符c i d ( c o n t e x ti d ) ， 表明r o h c 协议对特定数据流信头进行压缩和解压。这样通过p i d 和c i d 就能够唯一地 确定对某种类型的特定数据流分组进行压缩，解压方根据p i d 和c i d 就能够对此类型分 组的相应域进行解压。 在数据流刚开始传递时，r o h c 压缩方为此数据流分配一个唯一的c i d ，然后将i p 分组的完整信头即静态和动态域、c i d 以及p i d 发送到r o h c 解压方，并且压缩方在发 送数据的时候将这些信息保存在本地压缩文景结构中，后续i p 分组参照压缩文景信息进 行压缩，对于不发生变化的静态域不再传递，仅传递变化的动态域或者动态域的部分比特 位。并且根据后来发送的i p 分组，动态地更新与此c i d 相应的压缩文景信息。 r o h c 解压方接收到新的r o h c 压缩数据流时，将接收到的完整的信头域和值保存 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r o h c 协议 在本地解压文景数据结构中，并根据p i d 对此类型i p 分组的相应域进行赋值。一旦解压 方建立起完整的文景信息，对于后续的r o h c 压缩分组，解压方就根据此分组携带的c i d 查找先前保存的文景信息，对后续的高压缩率的r o h c 分组进行解压。如果此r o h c 压 缩分组没有相应的简档类型分组的某些域，则说明原i p 分组的这个值域与上一i p 分组的 相同，可以直接拷贝解压文景中相应的域值进行解压；如果此分组携带了i p 分组的某些 域值信息，则说明原i p 分组的这个域值与上一i p 分组不同，要根据本身携带的信息进行 解压；如果此r o h c 压缩分组解压成功，则要根据解压后的i p 分组信息更新解压文景， 保证解压文景信息是最新的，保持解压文景和压缩文景同步。 r o h c 压缩方为每一个发送的r o h c 分组分配一个序列号s n ( 1 6 b i t s ) ，用于唯一表 示发送的不同r o h c 压缩分组，在刚开始时，r o h c 分组s n 取一随机值，以后此数据 流的r o h c 分组s n 单调递增。 2 3r o h c 工作状态和工作模式 为了保证r o h c 协议具有很好的压缩率和鲁棒性，r o h c 协议定义了三种工作模式 和六种压缩、解压状态( 压缩和解压状态各三种) ，以适应不同的无线链路环境。 2 3 1r o h c 压缩状态 s i r ( i n i t i a t i o na n dr e f r e s hs t a t e ) 初始化和重置状态。用于初始化、更新文景中静态 和动态信头域。在此状态下，压缩方发送全部i p 信头信息和流关联标识符( p i d 和c i d ) 。 以便解压方能够获得足够的解压文景信息。 lll0a d d c l d illl1loo c i d ( m 之o c t e t s ) p r o f i l e _ i d ( 1 0 c t e t ) c r c ( 1 0 c t e t ) 信头静态域( v a r a b l el e n g t h ) 信头动态域( r a t a b l el e n g t h ) p a y l o a d 图2 - 3 1 1 i r 分组格式 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r o h c 协议 r o h c 工作在i r 状态时，发送i r 分组，i r 分组携带原i p 分组的全部信息( 静态域 和动态域) 和关联标识符( p i d 、c i d ) ，并且还携带有8 b i t 的c r c 校验码，用于验证i r 分组在解压方是否正确解压。瓜分组格式如图2 3 1 - 1 所示。 其中a d d c i d 域：4b i t ，其域值为小号文景标识符( 0 - 1 5 ) 。 第二个字节域为分组类型标志域，i r 类型r o h c 分组的标志域值为1 1 1 1 1 1 0 0 。 c i d ：如果压缩方的c i d 取值范围大于1 5 ，则选用此字节，且a d d c i d 必须为o 。 如果a d d c i d 非0 ，则此字节不存在。 p r o f i l ei d ：简档标识符，表示此i r 类型r o h c 分组使用的压缩简档类型。 c r c ：是8 比特的校验值，被压缩的i p 分组的8 b i t 校验值。 一级f o ( f i r s to r d e r ) 压缩状态。压缩方在此状态下，仅需要传递完整的动态信头 域信息，静态信头域不再传递。 压缩器在f o 状态时主要发送i r d y n 分组，此类型r o h c 分组信头仅仅携带原i p 的动态信头域。i r d y n 分组格式如图2 3 1 2 所示。 lll0a d d c i d ll l illo0 c i d ( 眦o c t e t s ) p r o f i l e _ i d ( i o c t e t ) 0 c r c ( 7 b i t s ) 信头动态域( v a r a b l el e n g t h ) l p a y l o a d i i - - ： 图2 3 1 2i r d y n 分组格式 二级s o ( s e c o n do r d e r ) 压缩状态。s o 状态是最高级压缩状态，这时压缩方根据 动态域变化规律，仅传递动态信头域的压缩值，此时压缩方发送具有最高压缩率的r o h c 压缩分组。 压缩器在s o 状态时仅仅发送动态域值的部分信息，或者不再传递任何i p 分组信头 信息( 不包括u d p 校验和) ，例如，具有最高压缩率的u o 0 、r 0 分组( 格式如图2 3 1 3 所示) ，其中s n 为每个r o h c 分组序列号s n 的最低k 位。可以看出，s o 状态能够将i p 分组信头压缩到2 个字节( 不包括传输层检验和) ，具有最高压缩率。 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r o h c 协议 u o - 0 分组格式 l，457 r - 0 分组格式 图2 3 1 3u o 0 、r 0 分组格式 在r o h c 所有定义的分组中，只有那些带有大于或者等于7 b i t 的c r c 校验码的r o h c 分组，才可以更新解压文景中的所有信息，否则只能更新r o h c 序列号或者与s n 有映 射关系的值域，例如i p v 4i p i d 、r t p 序列号等。从而避免了错误分组( 受无线链路b e r 影响) 更新解压文景，导致压缩文景和解压文景不一致。 2 3 2r o i ：i c 解压状态 r o h c 解压方的解压器一共有三种解压状态，其状态转移逻辑如图2 3 2 所示。当连 续错误解压分组时，解压器要根据所处的工作状态和工作模式转移向压缩方发送反馈分 组，保证压缩和解压文景一致，达到压缩方和解压方的数据流同步。 图2 3 2r o h c 解压状态转移逻辑 无文景n c ( n oc o n t e x t ) 状态。n c 状态主要是在数据流刚开始传递时解压器所处 的状态，此时解压方没有i p 分组信头的静态和动态域信息，需要压缩器在i r 状态发送包 含完整信头的r o h c 分组。解压器工作在n c 解压状态时，只能够接收i r 、u o r 2 类型 r o h c 分组。 静态文景s c ( s t a t i cc o n t e x t ) 状态。s c 解压状态指解压方获得了足够的静态域信 息时解压器所处的状态，与压缩方的f o 状态相对应，希望接收到包含完整动态信头的 r o h c 压缩分组。解压器工作在s c 解压状态时，只能够接收i r 、i r d y n 、u o r 2 类型 r o h c 分组。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二苹r o h c 协议 全文景f c ( f u l lc o n t e x t ) 状态。f c 解压状态指解压方获得了足够的静态域信息和 动态域的变化规律信息时解压器所处的状态，与压缩方s o 状态相对应，能够接收压缩器 在s o 状态所发送的具有最高压缩率的r o h c 压缩分组，如u o 0 、r 0 、r 0 c r c 类型 分组。解压器工作在此种状态下可以接收任何类型的压缩分组。 解压方的解压器刚开始工作在n c 状态，一旦成功解压一个r o h c 分组后，就进入 f c 状态，如果r o h c 工作在o 、r 模式时，解压器同时要向压缩方发送a c k 反馈分组， 促使压缩器向高级压缩状态转移；如果解压失败，则解压器一直停留在n c 状态。 在f c 状态下，当k 1 个r o h c 分组连续解压失败时，解压器转移到s c 状态，同时 如果存在反馈链路时，解压方要向压缩方发送n a c k 反馈分组，促使压缩器向i r 、f o 低级压缩状态转移，发送瓜、i r d y n 、u o r 2 类型r o h c 分组；如果解压正确，则解 压器一直停留在f c 状态。 在s c 状态下，当成功解压一个分组时，解压器转移到f c 状态，如果r o h c 工作在 o 、r 模式，同时向压缩器发送a c k 反馈分组，促使压缩器向高级压缩状态转移；当l ( 2 个r o h c 分组连续解压失败的时候，解压器转移到n c 状态，同时解压方要向压缩方发 送s t a t i c - n a c k 分组，促使压缩器转移到i r 状态发送i r 分组。 2 3 3r o h c 工作模式 单向u ( u n i d i r e c t i o n a l ) 模式：当不存在或不能使用无线反馈信道时，r o h c 工 作在u 模式，此时解压方不能向压缩方发送反馈信息。为保证r o h c 协议的鲁棒性和压 缩性能，压缩方的压缩器采用乐观逼近原则和周期性原则向高级或者低级状态转移。其状 态转移逻辑如图2 3 3 1 所示。 图2 3 3 1u 模式状态转移逻辑 乐观逼近原则：在i r 状态或f o 状态时，压缩方向解压方分别连续发送n l 、1 1 2 个分 组时就认为解压方建立了正确的解压文景信息，于是压缩器向高级f o 、s o 压缩状态转 i o 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章r o h c 协议 移。 周期性原则：由于u 模式不存在反馈信道，压缩器在f o 、s o 状态发送r o h c 压缩 分组一定时间t i m e o u t 后，就转移到低级压缩状态，发送携带完整信息的分组，以便解压 器能够及时更新解压文景，保持压缩文景和解压文景的同步，但是周期性原则却降低了 r o h c 压缩性能。 乐观逼近原则和周期性原则的转移参数是影响r o h c 压缩率和鲁棒性的关键因素。 在乐观逼近原则中，n l 、1 1 2 、n 3 值越大，虽然能够保证解压方获得足够的文景信息，保 证r o h c 鲁棒性，但是却降低了r o h c 压缩率。如果它们的值越小，且这些分组在无线 链路上发生错误或者丢失，那么解压方就不能够建立正确完整的解压文景信息，就不能够 对后续的r o h c 压缩分组进行解压。 在周期性原则中，如果t i m e o u t 值越大，压缩方的压缩器就不能及时返回到低级压缩 状态，不能向解压方发送带有完整信头信息的分组，导致压缩和解压文景不能同步，解压 方不能对压缩分组正确解压。如果t i m e o u t 值越小，那么压缩器过频地返回到低级压缩状 态，虽然具有较高的鲁棒性，却牺牲了r o h c 的压缩率。 在后面的章节中会对这些参数进行分析验证和优化，平衡r o h c 压缩率和鲁棒性。 双向乐观o ( b i d i r e c t i o n a lo p t i m i s t i c ) 模式：当无线链路存在可以利用的反馈信道 时，r o h c 工作在o 模式，压缩器向高级状态转移采用乐观逼近原则或者正反馈原则， 向低级状态转移采用负反馈原则。其状态转移逻辑如图2 3 3 2 所示。 图2 3 3 2o 模式状态转移逻辑 正反馈原则：当无线链路允许发送反馈分组的时候，解压方一旦正确地解压具有更新 文景特性的分组时，就向压缩方发送正反馈a c k 分组，表明解压方正确解压了压缩分组， 且获得了完整的解压信息，允许压缩方的压缩器向高级压缩状态转移，提高r o h c 协议 的压缩性能。 。负反馈原则：当无线链路允许发送反馈分组的时候，解压方连续错误地解压r o h c l l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章r o h c 协议 分组时，就要向压缩方发送负反馈n a c k 、s t a t i c - n a c k 分组，表明解压文景信息与压 缩文景信息不一致，要求压缩方的压缩器向低级状态转移，并发送带有完整信息的分组， 以便解压方接收到这些分组后更新解压文景信息，保持压缩和解压文景