（通信与信息系统专业论文）umts系统中cs业务udp复用技术研究.pdf

摘要 目前，u m t s 系统中针对室内无线接入的应用场景，已经出现了多种解决方 案，但室内解决方案的传输组网上一般存在传输带宽有限、传输效率低的问题， 从而无法很好地保证c s 业务服务质量。 为解决上述问题，论文提出了种新的u d p 复用解决方案。该解决方案包括 u d p 复用方法、用户索引协商方法、u d p 复用协商方法及其触发机制，并设计了 一种新的u d p 复用包结构。论文对本方案的关键性能包括传输时延、复用时延和 传输效率进行了分析研究，从理论上来论证本方案的可行性与有效性。接下来论 文介绍了本u d p 复用方案的算法设计，用软件实现了方案中的u d p 复用与解复 用功能。 最后，论文给出了实际实验条件下的真实测试数据与分析结果，测试结果表明 本u d p 复用方案能够有效地节约传输带宽，提高传输效率，进而有效保证c s 业 务的服务质量。 关键字tu d p 复用u m t s c s a b s t r a c t n o w , b ea i m e da tt h ea p p l y i n gc i r c u m s t a n c e so fi n t e r i o rw i r e l e s sa c c e s si n u m t ss y s t e m ，i th a sa l r e a d ya p p e a r e ds e v e r a ls o l u t i o n s ，b u tt h e ya l w a y se x i s t e dt h e p r o b l e m so ft r a n s m ，i s s i o nb a n d w i d t hl i m i t e da n dl o wt r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yi nt h e t r a n s f e rn e t w o r k ，t h e r e b yt h eq o so fc ss e r v i c ec o u l d n tb ee n s u r e dv e r yw e l l t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h et h e s i sb r o u g h tf o r w a r do n ek i n d o fn e wu d p m u l t i p l e x i n gs o l u t i o n t h i ss o l u t i o ni n c l u d e du d pm u l t i p l e x i n gm e t h o d ，u s e ri n d e x n e g o t i a t i o nm e t h o d ，u d pm u l t i p l e x i n gn e g o t i a t i o nm e t h o da n di t st r i g g e rm e c h a n i s m d e s i g n ，a n dd e s i g n e do n ek i n do fn e wu d pm u l t i p l e x i n gp a c k e ts t r u c t u r e t h et h e s i s a l s oa n a l y z e da n ds t u d i e dt h e k e yp e r f o r m a n c e i n c l u d e dt r a n s m i s s i o n d e l a y , m u l t i p l e x i n gd e l a ya n dt r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yi nt h es o l u t i o n , t op r o v et h ef e a s i b i l i t y a n de f f i c i e n c yo ft h i ss o l u t i o ni nt h e o r y t h e nt h et h e s i si n t r o d u c e dt h ed e s i g no f a l g o r i t h m ，a n dr e a l i z e dt h ef u n c t i o no fu d pm u l t i p l e x i n ga n dd e _ m u l t i p l e x i n gi n s o l u t i o n i nt h ee n d ，t h et h e s i sp r o v i d e dr e a lt e s td a t aa n da n a l y z i n gr e s u l t sf r o mr e a l i t y e n v i r o n m e n tc o n d i t i o n ，t h e s et e s tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h i su d p m u l t i p l e x i n gs o l u t i o n c a nr e d u c et r a n s m i s s i o nb a n d w i d t he f f i c i e n t l ya n di m p r o v et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y , s o i tc a ne n s u r e dt h eq o so fc ss e r v i c e k e y w o r d s ：u d pm u l t i p l e x i n g u m t sc s 西安电子科技大学 学位论文创新- l 生声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 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 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安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做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 疆江渡日期! l 2 ：2 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留 送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 垒江逛 日期塑：三：2 导师签名： 日期卑生卜一 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景、现状与研究意义 随着互联网业务的蓬勃发展以及宽带接入网络和无线网络的广泛应用，高速、 便捷地接入网络正在得到广泛的关注。针对室内的特别是家庭的应用场景，目前 已经出现了多种解决方案。在这种应用场景下，u m t s i 】接i x , , f l , , ( u m t sa c c e s s p o i m ) 提供通用移动通讯系统( u m t s ，u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 无线接入功能，包括无线解调、无线资源管理、功率控制等功能，作为网络中的 发送传输节点，其集成了w c d m an o d e b 2 】和部分r n c 2 】功能，通过家庭现有宽 带设备，经过a d s l 固网、公网及u m t s 移动网络，与u m t s 移动网络中的u m t s 接入网关( u m t sa c c e s sg a t e w a y ) 通信，进而由u m t s 接入网关与核心网的各个 网元交互，完成u m t s 的各种信令和业务。u m t s 接入网关即作为网络中的接收 传输节点。 目前针对室内解决方案的应用在传输组网上一般存在以下限制：第一、现有 固定网络的带宽较小，特别是上行，一般在6 4 k 至1 m 之间：第二、给家庭组网 的固定网络的服务质量( q o s 【3 1 ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) - - 般较难保证，传输拥塞容易发 生。又因为在这种应用场景下，电路交换( c s ，c i r c u i ts w i t c h ) 数据对于q o s 等的要 求较高，由于存在以上限制，难以保证c s 业务的质量。因此，在这种应用场景 下，需要解决当传输带宽有限的场景下，如何有效利用有限的传输带宽，提高传 输效率，优先保证c s 业务的问题。 为解决上述问题，出现了u d p 包的复用方案，即不再单独传输一个用户的数 据，而是将多个用户数据复用到一个报文流上，并使用同一个复用头进行传输。 3 g p pr 72 9 4 1 4 协议【4 】设计了u d p 包的复用方案。协议规定发送到相同i p 地址 的数据包可以用唯一确定的i p a j d p 头复用来自不同用户的数据，其中被复用的 数据为i 盯p 包。实时传输协议r t p 5 ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 协议是由i e t f 的a v t 小组开发的一种传输协议，为i p 网上的语音和图像等实时应用提供点到 点和点到多点的端到端的传输功能。 图1 1 为3 g p pr 72 9 4 1 4 协议规定的r t p 头不压缩的u d p 复用包格式。 其中公用u d p 头指示接收u d p 复用包的u d p 复用专用端口号：复用头占用 5 个字节，包括复用标识( m u xi d ) 、源标识( s o u r c ei d ) 和长度指示( l 1 ，l e n g t h i d e n t i f i c a t i o n ) ，上述复用标识和源标识共同指示了u d p 复用包中一个用户的复用 数据，也可以说复用标识和源标识建立了用户数据与用户的对应关系，即标志了 该数据是哪个用户的，复用标识的取值为该用户复用数据的目的u d p 端口号除以 2 u m t s 系统中c s 业务u d p 复用技术研究 2 ，源标识的取值为该用户复用数据的源u d p 端口号除以2 ，因此复用头中的源 标识和复用标识与所标识用户复用数据的u d p 端口对应，按照复用标识可以将用 户复用数据传输到目的节点，而根据源标识可以使目的节点判断接收到的用户复 用数据是否正确；长度指示标识了压缩实时传输协议( r t p ，r e a lt r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 头和r t p 净荷的总长度；t = 0 时，非压缩r t p 头占用1 2 个字节，t = i 时压缩r t p 头占用3 个字节；r t p 净荷占用n 个字节，n 的取值根据实际复用的用户数据而 不同。 b i t s 幺z 7 6 543210 謇喜 s o u r c ei p ，d e s ti p 。 2 0 1 4 0i p s o u r c ep o r t d e s tp o r t = l e n g t h 8u d p t ；。i m u xi 。= ( 。e 8 t n a 廿。nu d pp 。r t 。tm u m p e x e dp d u 3 22 m u l t i p l e x h e a d e l l e n g t hi n d i c a t o r ( l i ) ；n 1 r l s 。u 一。( s 。u u d p p 。r t 。tm u l t l p l e x e dp d u ) ，22 f u l lr t pp a c k e t nr t ph e a d e r r t pn b f p p a y l o a d m u l t i p l e xh e a d e r 5 m u l t i p l e x h e a d e l f u l lr t pp a c k e t m r t ph e a d e r r t pn b f p p a y l o a d 图1 1r t p 头不压缩u d p 复用包格式 由于对来自不同用户发往相同i p 地址的数据包使用5 字节的复用头进行复 用，同时新的u d p 复用包使用相同的i p a j d p 头，故使用该复用方案，能够节约 i p a j d p 头，使得在传输带宽有限的场景下节约传输带宽，提高传输效率，优先保 证c s 业务的质量。 综上所述，对于u m t s 系统中c s 业务u d p 复用技术的研究具有非常强的实 际意义的，如果能够提出一种更加有效合理的u d p 复用方案，更好的节约传输带 宽，提高传输效率，则其能够更好地在u m t s 系统室内应用场景下，有效抑制传 输拥塞的发生，保证传输带宽有限情况下的c s 业务服务质量。 第一章绪论 1 2 论文的研究内容及安排 论文共分为五章： 第一章介绍了论文的课题背景与发展现状，其中阐述了论文要解决的问题与 方向，并对论文的总体安排进行了说明。 第二章为方案设计。其提出并设计了一种新u d p 复用解决方案，该方案包括 u d p 复用方法、用户索引协商方法、u d p 复用协商方法及其触发机制。所设计的 u d p 复用包结构只需要3 字节的复用头，相比3 g p pr 72 9 4 1 4 复用协议中定义的 u d p 复用包结构中5 字节的复用头，能够更好的节约传输带宽，提高传输效率。 第三章为方案理论性能分析。其对影响c s 业务的u d p 复用关键性能包括传 输时延、复用时延和传输效率进行了深入计算分析，从理论上充分论证了应用本 u d p 复用解决方案的可行性与有效性。 第四章为方案实现。其介绍了u d p 复用解决方案的主要算法设计与软件实 现，同时该实现很好的完成了u d p 复用与解复用功能，其中包括r t p 头的压缩 与解压缩功能的实现。 第五章为方案测试结果。其给出并详细分析了整个u d p 解决方案在真实组网 环境下实验测试结果及其对性能的影响，测试结果与理论计算的结果基本吻合。 第二章u d p 复用设计方案 2 i iu m t s 系统结构 第二章u d p 复用设计方案 2 iu m t s 网络总体组网架构 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ：通用移动通信系统) 是采 用w c d m a 空中接口的第三代移动通信系统。通常也把u m t s 系统称为w c d m a 通信系统。u m t s 系统应用了与第二代移动通信系统一样的结构，它包括一些逻 辑网络单元。不同的网络单元可以从功能上、也可以从其所属的不同的子网 ( s u b n e t w o r k ) i - 进行分组。 从功能上，网络单元可以分为无线接入网络( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，r a n ) 和核 心网( c o r en e t w o r k ，c n ) 。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而 c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。上 述两个单元与用户设备( u s e re q u i p m e n t ，u e ) 一起构成了整个u m t s 系统。其系统 结构如图2 1 所示。 图2 1u m t s 系统结构 图2 2 为u m t s 网络网元构成示意图。 u ui u 回 i 百i 。广l ：i m e l ： - l - - ji il l ：u e ： 外部网络 p s t n 图2 2u m t s 网络网元构成示意图 鬟 嫦 秒 6 u m t s 系统中c s 业务u d p 复用技术研究 图2 2 中u m t s 系统的网元包括如下部分： 1 u e ( u s e re q u i p m e n t ，用户设备) u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模 块以及应用层软件模块等；u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提 供电路域( c s ) 和分组域( p s ) f q 的各种业务功能，包括普通话音业务、v p 业务、移 动多媒体、i n t e r n e t 应用。 2 u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，u m t s 陆地无线接入网1 u t r a n 分为基站( n o d e b ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。 n o d e b 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基带 处理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处 理。它的主要功能是扩频、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 是无线网络控制器，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。 3 c n ( c o r en e t w o r k ，核心网) c n 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功能模块如下： 1 ) m s c v l r ( 移动业务交换中心访问位置寄存器) m s c v l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i uc s 接口与u t r a n 相连，通过p s t n i s d n 接1 2 与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l m n ) 相连， m s c v l r 的主要功能是提供c s 域的呼叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。 2 ) g m s c ( 网关移动业务交换中心) g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节 点，它通过p s t n i s d n 接1 2 与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l m n ) 相连。它的 主要功能是完成m s c 功能中的呼入呼叫的路由功能。 3 ) s g s n ( 服务g p r s 支撑节点) s g s n 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，通过s g s n 相连接的网络部分通 常被称作p s 域。它通过i up s 接口与u t r a n 相连。s g s n 的主要功能是提供 p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。 4 ) g g s n ( 网关g p r s 支撑节点) g g s n 是网关g p r s 支持节点。g g s n 提供数据包在w c d m a 移动网和外部 数据网之间的路由和封装。g g s n 主要功能是同外部i p 分组网络的接口功能， g g s n 需要提供u e 接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户i p 的路由器，需要同外部网络交 换路由信息。 5 ) h e r ( 归属位置寄存器) 第二章u d p 复用设计方案 7 h l r 是w c d m a 移动网归属位置寄存器。h l r 的主要功能是提供用户的签 约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。 4 t h ee x t e r n a ln e t w o r k s ( # b 部网络) 外部网络可以分为电路交换网络和分组交换网络。 电路交换网络( c sn e t w o r k s ) ：提供电路交换的连接，例如语音和视频电话业 务。i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络。 分组交换网络( p sn e t w o r k s ) ：提供数据包的连接服务，i n t e r a c t 属于分组数据 交换网络。 2 1 2 复用方案应用实际组网架构 2 1 1 小节简要分析了标准u m t s 系统结构，论文所研究的u d p 复用技术的 应用场景一般为室内或者家庭，在这种应用场景下，u m t s 接入点提供通用移动 通讯系统无线接入功能，其集成了w c d m an o d e b 和部分r n c 功能，实现了 u t r a n 的无线接入功能，然后通过家庭现有宽带设备，经过a d s l 固网、公网 及u m t s 移动网络，与u m t s 移动网络中的u m t s 接入网关，进而由u m t s 接 入网关与核心网的各个网元交互，完成u m t s 的各种信令和业务，其包括c s 业 务和p s 业务。 图2 3 为论文应用中c s 业务的u d p 复用功能实现的真实组网架构图，u e 通过u u 接口与u m t s 接入点交互，u m t s 接入网关通过i u c s 接口与核心网的 c s 域内各个网元交互，完成u m t s 的各种信令和c s 业务交互，从而实现c s 业 务的通话。其中c s 业务包含a m r 自适应多速率语音业务和v p 视频电话业务。 图2 3 中的i p s e c 2 9 】网关是为了实现对传输的数据进行加密认证处理而使用的网 元，具体使用了i p s e c 协议族中的e s p 2 9 1 安全负荷封装协议，其封装模式为隧道 模式。 u u家庭网络公网 u m t s 移动网络 核心网 偷 l u - c 、 r 面t s 呵、 而丽一， ，1 接入点广 丛四也l ( i p 宽带网络) ，l 由一 、 偷 l a - 图2 3 复用方案应用实际组网架构图 u m t s 系统中c s 业务u d p 复用技术研究 2 2u d p 复用方法设计 3 g p pr 72 9 4 1 4 协议规定复用头占用5 个字节，通过复用标识和源标识建立 用户数据与用户的对应关系，而传输效率与u d p 复用包中的每用婆右密切娑絮 减少复用头的大小能够进一步提高传输效率。 论文提出了一种新的u d p 复用方法，通过建立用户索引与u d p 端口的对应 关系，并在用于u d p 复用的u d p 复用包的复用头中携带标识用户复用数据的用 户索引，利用该用户索引与u d p 端口的对应关系和复用头中的用户索引进行用户 数据的复用。也即u d p 复用包中的复用头使用用户索引来标识用户复用数据，建 立用户复用数据与用户的关系，再利用所述用户索引与u d p 端口的对应关系，使 用户复用数据可以正确发送和接收。由于在一般的u m t s 系统室内应用场景下， 每个发送传输节点可带的最大用户数一般可以预知且不会太大，故设计使用1 5 b i t 的用户索引号，已经完全能够标志所有用户复用数据，相比3 g p pr 72 9 4 1 4 协议 规定的5 字节的复用头，本u d p 复用方法仅需要使用3 字节的复用头，能够减少 复用头的字节数，从而节约有限的传输带宽，提高传输效率。 论文所提出的u d p 复用方法适合于所有u d p 协议承载的的应用，同一个源 i p ，到达同一个目的i p 的r t p 数据都可以被复用。同时，在r t p 协议中，r t p 头中的很多字段是固定不变的，所以为了实现更高的传输效率，r t p 头可以被压 缩。即论文所述的u d p 复用方法根据r t p 头是否压缩有两种u d p 复用包结构。 2 2 ir t p 头不压缩u d p 复用包结构 图2 4 为论文所设计的r t p 头不压缩的u d p 复用包结构示意图，u d p 复用 包包含一个公共的的i p u d p 头和3 字节的复用头( m u l t i p l e xh e a d e r ) 。 b i t s n u m l m o f 7 65432lo o c t e t s s r ci p d s tl p 2 0 4 0 s r cp o r t , d s tp o r t8 t = o | u e i n d e x2 l e n g t hi n d i c a t o r l f u l ir t pp a c k t e s n m u l t i p l e xh e a d e r 3 f u l lr t pp a c k t e sm i p u d p m u l t i p l e xh e a d e r r t ph e a d e r i h pp a y l o a d m u l t i p l e xh e a d e r r t pp a c k e t 图2 4r t p 头不压缩的u d p 复州包结构示意图 现具体解释新设计的u d p 复用包结构各字段意义。 第二章u d p 复用设计方案 9 ip h e a d e r ：2 0 字节( i p v 4 ) 4 0 字节( i p v 6 ) i p 头，其中包含源i p 地址和目的口地址。 udph e a d e r ：8 字节 u d p 头，表示复用协商成功后的复用专用端口号，包含源端口号和目的端号。 m u l t i p l e x h e a d e r ：3 字节 r t p 包复用头，其由如下三部分组成：t 。u ei n d e x 和l e n g t hi n d i c a t o r 。 t 1 b i t r t p 头压缩标志位，用来指示是否为压缩r t p 头，0 表示完整r t p 头，1 表 示压缩r t p 头。 uei n d e x ：1 5 b i t 用户索引号，表示发送传输节点分配的用户索引，可以表示的范围为o 3 2 7 6 7 ，针对室内应用场景，u m t s 无线接入点所带的用户通常较少，即使对于 办公应用场景，取值也是足够用的。u ei n d e x 用来标识用户复用数据，建立了用 户复用数据与用户的关系。 l e n g t h i n d i c a t o r ：8 b i t 长度指示，表示被复用r t p 包的长度( 包括r t p 头和r t p 净荷) 。 由于长度指示为8 个b i t ，其中无符号型的8 个比特可以最多表示2 s 1 = 2 5 5 大小的字节数，所以被复用的r t p 包的长度( 包括r t p 头和r t p 净荷) 最大不能 超过2 5 5 个字节。 f u l lr t pp a c k e t ：n 字节 完整r t p 包，其中n 表示不确定的一个数值，n 的取值根据实际复用的用户 数据而不同，不过其最大长度不能超过2 5 5 个字节。其中一个完整r t p 包由如下 两部分组成：r t ph e a d e r 和r t pp a y l o a d 即由r t p 头和r t p 净荷组成。 r t ph e a d e r ：1 2 字节 r t p 头，其中包含序列号和时间戳，为1 2 个字节。 r t p p a y l o a d ：( n 12 ) 字节 r t p 净荷，表示r t p 头所带的r t p 包净载荷。 r t p 协议对r t p 包的长度没有限制，不过链路层对包长度都是有限制的，所 以被复用的r t p 包数还需要受限于链路层支持的包长度，复用多个r t p 包以后 的总长度不能超过链路层限定的总长度。 按照图2 4 所设计的u d p 复用包格式，通过在每个r t p 包前增加大小为三 个字节的复用头( m u l t i p l e xh e a d e r ) ，就能够实现把来自同一个源i p ，到达同一个 目的i p 地址的r t p 数据包封装复用在同个u d p 复用包内，需要复用多少个 r t p 包，就用多少个复用头，当然复用包长的总长度受链路层限制。这样就能够 很好的实现复用封装，同时能够有效的节约传输带宽，提高传输效率。关于u d p 1 0 u m t s 系统中c s 业务u d p 复用技术研究 包复用后对传输效率的影响将在3 3 节进行分析。 2 2 2r t p 头压缩u d p 复用包结构 由于在r t p 协议中，r t p 头中的很多字段是固定不变的，所以为了实现更高 的传输效率，r ，r p 头可以被压缩。压缩的r t p 头将包含两个字段：第一个为序列 号( s e q u e n c en u m b e r ) ，且可以由原先不压缩r t p 头中的2 字节压缩为1 个字节。 第二个为时间戳( t i m e s t a m p ) ，且可以由原先不压缩r t p 头中的4 字节压缩为2 字节。 b i t s n u m b e l o f 765432l0 o c t e t s s r ci p , d s ti p 2 0 4 0 s r cp o r t ，d s tp o r t8 仁1 i i u e i n d e x 2 l e n g t hi n d i c a t o r 1 s e q u e n c en u m b e r ( s n ) 1 t i m e s t a m p s ( t s ) 2 】订pp l a y l o a dn m u l t i p l e xh e a d e r 3 c o m p r e s s e dr t ph e a d e r 3 r t pp l a y l o a dn l p u d p m u l t i p l e xh e a d e r c o m p r e s s e d r t ph e a d e r r t pp l a y l o a d m u l t i p l e xh e a d e r c o m p r e s s e dr t ph e a d e r r t pp l a y l o a d 图2 5u d p 端口r t p 头压缩复j j 包结构 图2 5 即为设计的r t p 头压缩的u d p 复用包结构示意图，相比图2 4 中r t p 头不压缩的u d p 复用包结构，其区别即是对每个r t p 包的完整r t p 头进行了压 缩：把原先1 2 字节的不压缩的r t p 头( r t ph e a d e r ) 变成了3 字节的压缩r t p 头 ( c o m p r e s s e dr t ph e a d e r ) ，少了9 个字节。另外t = i ，表示该包r p 头压缩的 u d p 复用包。 其中三字节的压缩r t p 头分为两部分：1 字节的序列号( s e q u e n c en u m b e r ) 和 2 字节的时间戳( t i m e s t a m p s ) 。发送方在每发送完一个r t p 包后就将该序列号的 值增加一，接收方可以由该域检测包的丢失及恢复包序列，序列号的初始值是随 机的。时间戳反映了r t p 分组中的数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开 始时时间戳的初始值也是随机选择的。即使是在没有信号发送时，时间戳的数值 也要随时间而不断增加。接收端使用时间戳可准确知道应当在什么时间还原哪一 个数据块，从而消除时延的抖动。最后一行的省略号表示可能复用的其他r t p 包。 相比r t p 头不压缩的u d p 复用包，r t p 头压缩后的u d p 复用包占用的字节 第二章u d p 复用设计方案 数小了很多，每个u d p 复用包复用k 个r t p 包，就少了9 k 的字节。其占用的 传输带宽也就更少，能够更有效的提高传输带宽利用率，提高传输效率。关于r t p 头压缩后的u d p 包复用对传输效率的影响也将在3 3 节进行分析。 2 3 用户索引协商方法与u d p 复用模块设计 2 3 1 用户索引协商方法设计 论文所设计的新的u d p 复用方法，其是通过用户索引来标识用户复用数据， 建立了用户复用数据与用户的关系，这里就有一个发送传输节点和接收传输节点 如何获取、协商并确定用户索引的问题。 u d p 复用包复用头中的用户索引可以通过发送传输节点和接收传输节点信 令协商确定，协商实现的方式可以分为两种：第一种、修改现有3 g p p 协议中的 信令，使修改后的信令能够携带用户索引，利用现有协议中的流程进行协商：第 二种、定义新的信令和流程进行协商。论文的设计中，采用了第一种协商实现方 式，修改了现有3 g p p 协议中的信令，具体实现中是使用了3 g p p 协议中规定的 建立r a b t 6 】时的请求消息r a ba s s i g n m e n tr e q u e s t 和响应消息r a b a s s i g n m e n tr e s p o n s e 来协商用户索引。 在请求消息r a ba s s i g n m e n tr e q l u e s t 和响应消息r a ba s s i g n m e n t r e s p o n s e 中都包括有传输层信息t r a n s p o r tl a y e ri n f o r m a t i o n ，在传输层信息中 又包括有t r a n s p o r tl a y e ra d d r e s s 和i ut r a n s p o r ta s s o c i a t i o n 两个信元。 比特 76543210 t 田古去芒lr 1 用户索引配置单元：用于为用户复用数据配置对应的用户索引。 发送传输节点用户索引读取单元：用于从用户索引配置模块中读取用户 索引。 发送传输节点用户索引协商单元：用于向接收传输节点发送r a b 建立请 求消息，所述请求消息中携带发送传输节点分配的u d p 端口号和所述用户索引读 取单元读取的用户索引；还用于接收接收传输节点返回的r a b 建立响应消息， 所述响应消息中携带接收传输节点分配的u d p 端口号。 2 ) 在接收传输节点的用户索引获取模块具体包括：接收传输节点用户索引读 取单元和接收传输节点用户索引协商单元。其功能如下： 接收传输节点用户索引读取单元：用于从接收传输节点用户索引协商单 第二章u d p 复用设计方案 元中读取与用户复用数据对应的用户索引。 接收传输节点用户索引协商单元：用于接收发送传输节点发送的r a b 建立请求消息，解析保存所述请求消息中携带的发送传输节点为用户复用数据分 配的用户索引；向发送传输节点返回r a b 建立响应消息，所述响应消息中携带 接收传输节点分配的自身u d p 端口号。 2 执行模块 在进行复用处理时，用于将用户索引获取模块提供的用户索引，加入到u d p 复用包的复用头中，当r t p 头需要压缩时，压缩r t p 头；在进行解复用处理时， 用于解复用收到的u d p 复用包，如果r t p 头压缩，则恢复为完整的r t p 头。 3 存储模块 用于存储用户索引获取模块提供的用户索引与u d p 端口的对应关系。 2 4u d p 复用协商方案设计 、由于u d p 复用包的格式和普通u d p 包的格式不一样，所以需要有方法使得 发送传输节点和接收传输节点识别出复用包，也即需要有一个复用的协商过程用 于识别u d p 复用包。3 g p pr 72 9 4 1 4 协议采用实时传输控制协议( r t c p ，r e a l t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 复用指示包进行复用协商，其针对每个呼叫都要进行重 新协商，处理繁琐，而实际上发送传输节点和接收传输节点这两个对等设备支持 即可，不必要对每个呼叫都进行协商。论文提出了一种新的u d p 复用协商的方法， 该方法能够简化u d p 复用协商的处理。 其中u d p 复用协商过程还包括一个复用协商触发机制，即在什么情况下以怎 么样的方式开始启动复用协商的问题，论文也提出了三种可行有效的复用协商触 发机制。 2 4 1 复用协商方法 1 发送传输节点发起的复用协商方法 图2 7 为论文提出的由发送传输节点发起的u d p 复用协商的方法流程图，该 流程包括步骤1 和步骤2 。 步骤1 ：发送传输节点向接收传输节点发送u d p 复用能力协商指示消息( u d p m u l t i p l e x i n gc a p a b i l i t yn e g o t i a t ei n d i c a t i o n ) ，该消息指示发送传输节点是否支持 u d p 复用，同时携带发送传输节点的复用专用端口号。 步骤2 ：发送传输节点接收接收传输节点返回的u d p 复用能力协商指示响应 ( u d pm u l t i p l e x i n gc a p a b i l i t yn e g o t i a t ei n d i c a t i o na c k ) ，该响应中指示接收传输节 1 4 u m t s 系统中c s 业务u d p 复用技术研究 点是否支持u d p 复用，当响应中指示接收传输节点支持u d p 复用时，又分为三 种情况，其一为上下行都支持复用，在此种情况下携带接收传输节点的复用专用 端口号；其二为仅支持上行复用，在此种情况下携带接收传输节点的复用专用端 口号；其三为仅支持下行复用，在此种情况下不携带接收传输节点的复用专用端 口号。还有第四种情况即为接收传输节点不支持u d p 复用，则不携带接收传输节 点的复用专用端口号。 图2 7 发送传输节点发起的u d p 复用协商的方法流程图 在本u d p 复用协商方法中，当发送传输节点支持u d p 复用，且被复用协商 触发机制触发使能u d p 复用后，即向接收传输节点发送u d p 复用能力协商指示 消息，该消息指示发送传输节点支持u d p 复用，同时开启发送传输节点的下行解 复用使能开关，以用于接收接收传输节点可能将发来的u d p 复用包，接收传输节 点收到发送传输节点发来的发送传输节点支持u d p 复用的u d p 复用能力协商指 示消息后，会有四种不同的处理方式： 1 ) 接收传输节点支持u d p 复用，同时希望上下行都复用 打开接收传输节点的下行复用使能和上行解复用使能开关，开始向发送传输 节点发送u d p 复用包，其目的端口号即为发送传输节点发来的u d p 复用能力协 商指示消息中的复用专用端口号。同时给发送传输节点回送u d p 复用能力协商指 示响应，在回送的u d p 复用能力协商指示响应中携带上下行都支持u d p 复用指 示和接收传输节点的复用专用端口号。 2 ) 接收传输节点支持u d p 复用，同时仅希望上行复用 打开接收传输节点的上行解复用使能开关，同时给发送传输节点回送u d p 复用能力协商指示响应，在回送的的u d p 复用能力协商指示响应中携带仅支持上 行u d p 复用指示，同时携带接收传输节点的复用专用端口号。 3 ) 接收传输节点支持u d p 复用，同时仅希望下行复用 打开接收传输节点的下行复用使能开关，开始向发送传输节点发送u d p 复用 第二章u d p 复用设计方案 包，其目的端口号即为发送传输节点发来的u d p 复用能力协商指示消息中的复用 专用端口号。同时给发送传输节点回送u d p 复用能力协商指示响应，在回送的 u d p 复用能力协商指示响应中携带仅支持下行u d p 复用指示，而不再携带接收 传输节点的复用专用端口号。 4 ) 接收传输节点不支持u d p 复用 不向发送传输节点发送u d p 复用包，同时给发送传输节点回送u d p 复用能 力协商指示响应，在回送的的u d p 复用能力协商指示响应中携带不支持u d p 复 用指示，同样不携带接收传输节点的复用专用端口号。 发送传输节点在接收到接收传输节点回送的u d p 复用能力协商指示响应后， 根据u d p 复用能力协商指示响应的四种不同情况分别进行不同的处理： 1 ) 发送传输节点在接收到接收传输节点返回的指示接收传输节点支持u d p 复用且同时希望上下行都复用的u d p 复用能力协商指示响应后，打开发送传输节 点的上行复用使能开关，开始向接收传输节点发送u d p 复用包，其目的端口号即 为接收传输节点回送的u d p 复用能力协商指示响应中的复用专用端口号。复用协 商过程结束，此时发送传输节点和接收传输节点即为上下行都复用。 2 ) 发送传输节点在接收到接收传输节点返回的指示接收传输节点支持u d p 复用且同仅希望上行复用的u d p 复用能力协商指示响应后，关闭发送传输节点原 先打开的下行解复用使能开关，打开上行复用使能开关，开始向接收传输节点发 送u d p 复用包，其目的端口号即为接收传输节点回送的u d p 复用能力协商指示 响应中的复用专用端口号。复用协商过程结束，此时发送传输节点和接收传输节 点即为上行复用，下行不复用。 3 ) 发送传输节点在接收到接收传输节点返回的指示接收传输节点支持u d p 复用且仅希望下行复用的u d p 复用能力协商指示响应后，发送传输节点不向接收 传输节点发送u d p 复用包。保持原先打开的发送传输节点下行解复用使能开关， 以解复用发自接收传输节点发来的u d p 复用包。复用协商过程结束，此时发送传 输节点和接收传输节点仅为下行复用，上行不复用。 4 ) 发送传输节点在接收到接收传输节点返回的指示接收传输节点不支持 u d p 复用的u d p 复用能力协商指示响应后，关闭发送传输节点下行解复用使能 开关。复用协商过程结束，复用协商不成功，发送传输节点和接收传输节点上下 行都不复用u d p 包。 当发送