CN100452897C - 在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通信系统包括接收基于第2层的协议的语音流量流的小区站点路由器。该小区站点路由器从基于第2层的协议的语音流量流移除冗余信息，以生成有效负载的压缩流。小区站点路由器根据压缩流的每个有效负载的预期目的地来对它们进行分类，并且对具有相同预期目的地的压缩流的每组有效负载生成第2层的包。小区站点路由器对每个第2层的包与未携带语音流量流、并具有相同预期目的地的其他包区分优先次序以进行传送。通信系统还包括接收来自小区站点路由器的包的聚集节点。该聚集节点分离第2层的包与其他包，并且从每个第2层的包抽取每个有效负载。聚集节点解压缩每个有效负载，并将每个有效负载转发到其预期的目的地。

Description

在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及通信信号传送和处理，更具体地说，涉及用于在电信网络中的小区站点(cell site)和中心局(central office)之间传输流量的系统和方法。
背景技术
当今的无线电接入网(RAN)产品集中于关注从基站收发台(BTS)所在的小区站点向基站控制器(BSC)所在的中心局(CO)站点传送流量。迄今为止，针对这一领域只提出了诸如因特网协议(IP)之类的第3层解决方案。但是，在2G/3G RAN中多数流量的数据传送需求是点到点的，即，BSC到BTS。IP解决方案增加了极大数量的开销和成本，以便和诸如那些实现异步传输模式(ATM)协议的网络之类的类似网络一样高效。另外，这些IP解决方案还依赖于RAN供应商遵循预先标准化的体系结构。
发明内容
本领域的技术人员从前面的描述可以理解，需要一种技术来在电信网络中的基站收发台和基站控制器之间有效地传送信息，而无需改变无线电接入网络设备。根据本发明，提供了一种用于在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统和方法，这种系统和方法基本上消除了或者大大地减少了与传统回程通信技术相关联的缺点和问题。
根据本发明的实施方式，提供了一种在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统，该系统包括接收基于第2层的协议的语音流量流的小区站点路由器。该小区站点路由器从基于第2层的协议的语音流量流移除冗余信息，以生成有效负载的压缩流。小区站点路由器根据压缩流的每个有效负载的预期目的地来对它们进行分类，并且对具有相同预期目的地的压缩流的每组有效负载生成第2层的包。小区站点路由器对每个第2层的包与未携带语音流量流、并具有相同预期目的地的其他包区分优先次序以进行传送。该通信系统还包括接收来自小区站点路由器的包的聚集节点。该聚集节点分离第2层的包与其他包，并且从每个第2层的包抽取每个有效负载。聚集节点对由第2层的包所携带的每个有效负载进行解压缩，并且将每个有效负载转发到其预期的目的地。
本发明提供了某些优于传统回程通信技术的技术优点。例如，一个技术优点是提供了基于第2层的回程传送解决方案。另一个技术优点是在与其他网络设备互连时不需要无线电接入网络供应商的协作。另一个技术优点是提供了一种压缩方案，该压缩方案允许基于包的回程与基于因特网协议的回程相集成，并且有效地继续实现基于因特网协议的回程。本发明的某些实施方式可以包括所有或者某些这些技术优点，或者不包括这些技术优点。此外，本领域的技术人员从附图、说明书和权利要求书可以轻易地发现这些技术优点的其他示例。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合附图参考下面的描述，其中相同的标号代表相同的部分，其中：
图1图示了无线通信系统的方框图；
图2图示了通信系统中的示例性流量流；
图3图示了在通信系统的小区站点路由器和聚集节点处的示例性协议栈；
图4A～4B图示了由通信系统传输的HDLCmux包的示例；
图5图示了由通信系统执行的过程步骤。
具体实施方式
图1图示了示例性无线通信系统10。通信系统10包括使用基站收发台16和小区站点路由器18与订户单元13通信的多个小区站点12。中心局站点14使用聚集节点22和基站控制器24，以与小区站点12通信。通信系统10可以包括按照需求耦合到小区站点12和中心局站点14之一或者二者的一个或多个网络管理系统20。移动交换中心25提供中心局站点14的基站控制器24与公共交换电话网27、因特网协议网络29和/或任何其他合适的通信网络之间的接口。基站收发台16可以通过T1线路或任何其他合适的通信链路耦合到小区站点路由器18。类似地，基站控制器24也可以通过T1线路或任何其他合适的通信链路耦合到聚集节点22。在小区站点路由器18和聚集节点22之间的回程连接(backhaul connection)也可以包括T1线路或任何合适的通信链路。
在工作中，每个基站收发台16向小区站点12的小区站点路由器18发送基于第2层的流量。小区站点路由器18也可以接收来自网络管理系统20的因特网协议流量或以太网流量。小区站点路由器18将来自具有相同目的地的基于第2层的流量的有效负载复用在一起。所复用的有效负载以及从网络管理系统的IP或以太网流量中抽取的任何有效负载通过链路被发送到中心局站点14中的聚集节点22。聚集节点22解复用该有效负载，以向合适的基站控制器24或网络管理系统26传递。
图2图示了在通信系统10中的示例性流量流。仅仅为了讨论目的，给出了实现高级数据链路控制(HDLC)协议的特定的基于第2层的方法。但是，在这里也可以使用其他类型的基于第2层的协议，会具有等同的效果。基于第2层的方法是一种压缩方案，这种方案允许将现有的基于包的回程传送协议(在这里示作HDLC)与基于IP的回程传送协议机制相集成，并且有效地继续实现基于IP的回程传送协议机制。在从订户13出发的上行数据流方向上，HDLC压缩方案包括从基站收发台16到小区站点路由器18的数种基于HDLC的中继(trunk)源链路。来自在HDLC中继源链路中传输的流量的有效负载被小区站点路由器18抽取、压缩并复用，然后置于点到点协议(PPP)包中，以传送到聚集节点22。聚集节点22从PPP包中抽取各个有效负载，以向适当的基站控制器24分发。在到订户13去的下行数据流方向上，HDLC压缩方案以相似的方式工作，这是由于聚集节点22和小区站点路由器18包括有适当的协议栈来处理HDLC有效负载。
图3图示了在小区站点路由器18和聚集节点22处的协议栈。无线电接入协议栈30终止于通信系统10的各个基站收发台和基站控制器侧。设备协议栈32终止于小区站点路由器18和聚集节点22的各个设备的输入和输出侧。回程协议栈34终止于小区站点路由器18和聚集节点22的回程链路侧。在小区站点路由器18处接收到来自源链路的HDLC帧。小区站点路由器18忽略任何帧间填充，剥离HDLC头部，并且向HDLCmux栈传递有效负载，以与其他去往相同目的地链路的HDLC帧复用。通过使用标准的PPP栈，经过小区站点路由器18和聚集节点22之间的回程链路传送HDLCmux帧，并且HDLCmux帧与其他非HDLC帧混和。在聚集节点22处的HDLCmux栈通过重新插入帧间填充和HDLC头部，经过合适的目的地链路向基站控制器24传递各个HDLC有效负载。
在2G环境中，优选地给予HDLC有效负载比其他类型的有效负载高的优先级。这是因为HDLC有效负载往往承载语音流量，而假定其他类型的有效负载承载非实时管理和控制信息。因此，在将HDLCmux帧与其他非HDLCmux帧混和期间，给予HDLCmux帧固定的调度优先级(优选地为最高优先级)，以便最小化语音流量的延迟。可以调整第3层最大传送单元和第2层最大接收单元值，以确保HDLC有效负载的延迟要求得到满足。假定在2G应用中90％或更多的流量是HDLC，并且不要求服务质量技术，也没有提供服务质量技术。由于来自给定的源链路的每个HDLC帧都被处理，并且顺序发送到回程链路，所以在这种实现方式中保证了HDLC帧的传递顺序，除非回程链路导致重排序。这仅仅会发生在这样的情形中：链路带宽大于第2层最大接收单元的位传输时间。
图4A～4B图示了HDLCmux包的示例。图4A图示了用于简单的交叉连接和地址/控制字段(ACF)保护(preservation)的包格式40。图4B图示了用于压缩基站通信网络(BCN)流的组的包格式42。两种包格式的信息字段都包括PPP协议标识符(PID)、交叉连接标识符(CCI)、ACF组合标识符(ACI)、长度指示符(LEN)和有效负载。包格式40还包括上下文标识符标志(CIDF)和上下文标识符(CID)。包格式42还包括超强组标识符(super charged group identifier)(SCGI)。PID字段确定包是具有包格式40还是包格式42。CCI字段包括指示源到目的地交叉连接的位。ACI字段指示HDLC地址/控制字段组合。值为0的ACI指示这种流不需要ACF保护。LEN字段指示在HDLC有效负载中的字节的数目。CIDF字段是这样的标志，其指示后面跟有可选的压缩BCN流上下文标识符。CID字段指示BCN流的上下文标识符。SCGI字段指示被分组到一起的多个BCN流。对于包格式42，在HDLC ACF被移除，并且BCN头部也被移除的情况下，有效负载字段所携带的HDLC有效负载的字节数目由LEN字段指示。
图5图示了由通信系统10执行的过程步骤。在压缩步骤52中，当从源接收到基于第2层的流量的HDLC帧的流时，从HDLC成帧/控制信息得到HDLC有效负载的情况。来自该流的每个帧都被分配一条目的地链路，并且给予一个CCI。如果对源链路指定了ACF保护，则进一步从HDLC帧分离地址/控制字段组合，并且给该HDLC帧分配ACI。然后，从该帧移除ACF，留下HDLC有效负载。如果对这条源链路指定了BCN流压缩，则移除BCN头部，并用CID代替。CCI、ACI和CID唯一地标识来自源链路的每个HDLC有效负载。基于HDLC有效负载的CCI，在交换步骤54中选择输出链路。在复用步骤56中，目的地为相同的输出链路的HDLC有效负载被复用到一个PPP包中。在混和步骤58中，给予HDLCmux流量固定的调度优先级(优选地为最高优先级)，以便最小化语音流量延迟。由于预期语音流量来自HDLC源，所以给予HDLC源比来自IP和其他源的PPP包高的优先级。一旦混和之后，在传输步骤60中就向物理/虚拟接口发送PPP包以传输。PPP包在T1输出链路中传输。
取决于包流的方向，在接收步骤62中，从在小区站点路由器18处或者聚集节点22处的T1链路接收到PPP包。在分离步骤64中，从其他PPP包分离HDLC复用PPP包，并且交给HDLCmux栈以进行处理。在解复用步骤66中，HDLC复用PPP包被拆分为一个或多个HDLC有效负载。基于HDLC有效负载的CCI，在交换步骤68中，向具体的目的地链路发送该HDLC有效负载。CCI、ACI和CID唯一标识来自源链路、其目的地是具体目的地链路的每个HDLC有效负载。然后，在解压缩步骤70中，执行对HDLC有效负载的解压缩。如果对具体的目的地链路指定了BCN流解压缩，则基于CID向HDLC有效负载附加BCN头部。如果对具体的目的地链路指定了ACF保护，则使用ACI来确定要附加到HDLC有效负载的ACF。用HDLC标志封装得到的HDLC帧，并且该帧在具体的目的地链路中传输。这有效地复制了曾在源链路中传输的HDLC流。
由于预先并不知道源链路中的实际BCN流，所以BCN字段被动态映射到CID。为了实现这种映射，小区站点路由器18和聚集节点22中的压缩器和解压缩器维护所分配的CID集合。当压缩器遇到新的BCN头部时，它就发送具有BCN头部和下一个可用CID的压缩建立消息。解压缩器在CID集合中存储该BCN头部，并且返回压缩建立确认消息。一旦压缩器接收到该压缩建立确认消息，它就开始发送CID，而不是完整的BCN头部。
在2G CDMA配置中，回程HDLC连接在基站收发台16和基站控制器24之间的T1跨度(T1 span)上运行。这种连接承载BCN封装的运送(bearer)流量和控制流量，这些封装具有特定的地址和流控制/优先级信息。这样，无线电接入网(RAN)设备就不需要HDLC地址和控制字段。因此，在多数设置中不希望有ACFC之类的保护。例如，Verizon的RAN在上行链路中就只使用一个地址/控制字段，并且在下行链路中使用数个轮流的地址/制字段组合。
为了进一步优化，BCN头部可以压缩至0。在2G CDMA RAN运送包中，BCN头部是跟随在HDLC地址/控制字段之后的具有3字节地址和1字节控制的目的地标志。一般来说，在一种实施方式中，对于在处理10个语音呼叫的RAN中的每个信道卡或选择器卡，存在一个BCN地址。在进行压缩期间，通过BCN流聚束(bunching)，并且使用超强压缩技术，可以消除各个流的标识符，其中，来自同一组语音流的BCN帧以可预知的周期发生。
当提供RAN优化时，要稍稍改变图5所示的过程步骤的操作。最初，压缩器/解压缩器使用BCN流标识符(CID)来替换BCN头部。在时隙中发生了预定数目的BCN流之后，这些流被分组到一起，并且被分配组ID(SCGI)。压缩器通过发送指定将要被分组到一起的BCN流标识符(CID)的超强压缩建立消息，建立SCGI。由于不存在与BCN头部相关联的状态，所以假定在流持续期间BCN头部不会改变。一旦压缩器接收到超强压缩确认消息之后，该压缩器就将开始发送具有相同CCI/ACI的所有流量的第II类HDLCmux包。解压缩器还将基于使用所接收到的SCGI的各个CID，向每个HDLC有效负载附加BCN头部。
取决于HDLC帧的压缩级别，可以使用数种复用级别。交叉连接复用(CCM)导致去往相同目的地的所有HDLC分组都被置于相同的HDLCmux包中。来自源链路的包的CCI已准备好，并且ACI为0。具有AFC保护的CCM(CCMAP)导致去往相同目的地、并且共享相同地址/控制字段的所有HDLC包都被置于相同的HDLCmux包中。来自源链路的包的CCI已准备好，并且可能的ACI的集合已配置好。超强BCN流复用(SCBFM)与CCMAP加上作为相同流集合的一部分并由相同SCGI标识出的所有HDLC分组一样。不管使用何种复用级别，都使用相同的诸如最大延迟和超级帧大小之类的基本复用阈值来限制HDLCmux包的大小。
假定未使用RAN优化的执行使用1字节的CCI/ACI，没有ACFC保护，复用比率为10∶1，并且使用平均为14字节的HDLC有效负载，该有效负载具有4字节BCN头部、2字节运送控制和8字节语音采样。平均HDLC包大小为14字节有效负载+4字节头部＝18字节每语音采样或者180字节每10个采样。开销减少变为(10*4)-(10+2)或28字节每PPP包。10个采样的平均HDLCoPPPmux包大小为2+10*(14+1)或152字节，平均每个语音采样大约15字节。这使链路效率提高了(180-152)/180或16％。过去的呼叫密度为(1.536Mb每秒/8位每字节)/(18字节每呼叫*50pps)或者213个呼叫每跨度，而新的呼叫密度为(1.536Mb每秒/8位每字节)/(15字节每呼叫*50pps)或者256个呼叫每跨度，过去的呼叫密度与新的呼叫密度相比较，结果呼叫密度提高了(256-213)/213，或者说大约20％。假定使用RAN优化的执行另外还包括10个流的超强压缩，其消除了BCN头部、流标识符和1字节的超强头部。平均HDLC包大小为14字节有效负载+4字节头部＝18字节每语音采样或180字节每10个采样。10个采样的平均HDLCoPPPmux包大小为3+10*(10+1)或113字节，平均每个语音采样大约11字节。这使链路效率提高了(180-113)/180或37％。过去的呼叫密度为(1.536Mb每秒/8位每字节)/(18字节每呼叫*50pps)或213个呼叫每跨度，新的呼叫密度为(1.536Mb每秒/8位每字节)/(11字节每呼叫*50pps)或349个呼叫每跨度，过去的呼叫密度与新的呼叫密度相比较，结果呼叫密度提高了(349-213)/213，或者说大约63％。
总的说来，通信系统10提供了一种传送能力，这种传送能力不包括改变现有的无线电接入网络设备。此外，在通过中间网络远程连接的节点之间的PPP隧道中执行HDLC压缩和再生，同时移除冗余HDLC流量以优化带宽。BCN和HDLC流量流也可以根据本技术以高效的方式被分成组，并被压缩。
因此，很清楚的是，根据本发明提供了一种用于在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统和方法，这种系统和方法满足上述优点。尽管已经详细描述了本发明，但是应该理解，本领域的技术人员可以轻易地发现本发明的各种改变、替换和变更，并且在这里可以作出这些改变、替换和变更，而不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围。此外，本发明不是要以任何方式受限于这里作出的但未在所附权利要求中另外反映出的任何陈述。

Claims (20)

1.一种用于在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统，包括：
小区站点路由器，所述小区站点路由器可操作来接收基于第2层的协议的语音流量流，所述小区站点路由器可操作来从所述基于第2层的协议的语音流量流移除冗余信息，以生成有效负载的压缩流，所述小区站点路由器可操作来根据所述压缩流的每个有效负载的预期目的地来对它们进行分类，所述小区站点路由器可操作来对具有相同预期目的地的所述压缩流的每组有效负载生成第2层的包，所述小区站点路由器可操作来对每个第2层的包与未携带所述语音流量流、并具有所述相同预期目的地的其他包区分优先次序，所述小区站点路由器还可操作来向所述预期目的地传送所有的包；
聚集节点，所述聚集节点可操作来接收来自所述小区站点路由器的包，所述聚集节点可操作来分离第2层的包与所述其他包，所述聚集节点可操作来从每个所述第2层的包抽取每个有效负载，所述聚集节点可操作来对由所述第2层的包所携带的每个有效负载进行解压缩，所述聚集节点还可操作将每个有效负载转发到其预期的目的地。
2.如权利要求1所述的系统，其中每个第2层的包包括唯一的第2层协议标识符。
3.如权利要求1所述的系统，其中，每个有效负载包括指示所述有效负载的所述预期的目的地的交叉连接标识符。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述小区站点路由器还可操作来根据所述语音流量流的源执行地址/控制字段保护。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述第2层的包具有比所述其他包高的优先级。
6.一种用于在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的方法，包括：
接收第2层协议的语音流量流；
将所述语音流量流压缩为流量有效负载的压缩流；
确定每个流量有效负载的目的地；
将具有相同目的地的流量有效负载复用至第2层的包中；
根据优先级方案将第2层的包与其他包混合；
通过通信链路传送所述第2层的包和其他包。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
接收来自所述通信链路的第2层的包和其他包；
分离所述第2层的包与所述其他包；
将每个第2层的包解复用至一个或多个流量有效负载中；
解压缩每个流量有效负载；
向相应的目的地传送语音流量流。
8.如权利要求6所述的方法，还包括：
与对所述语音流量流的源定义的一样来执行地址/控制字段保护和基站通信网络压缩。
9.如权利要求6所述的方法，还包括：
根据每个第2层的包和每个有效负载的预期目的地来唯一标识它们。
10.如权利要求6所述的方法，还包括：
向第2层的包分配比其他包高的优先级。
11.一种用于在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的系统，包括；
用于接收第2层协议的语音流量流的装置；
用于将所述语音流量流压缩为流量有效负载的压缩流的装置；
用于确定每个流量有效负载的目的地的装置；
用于将具有相同目的地的流量有效负载复用至第2层的包中的装置；
用于根据优先级方案将第2层的包与其他包混合的装置；
用于通过通信链路传送所述第2层的包和其他包的装置。
12.如权利要求11所述的系统，还包括：
用于接收来自所述通信链路的第2层的包和其他包的装置；
用于分离所述第2层的包与所述其他包的装置；
用于将每个第2层的包解复用至一个或多个流量有效负载中的装置；
用于解压缩每个流量有效负载的装置；
用于向相应的目的地传送语音流量流的装置。
13.如权利要求11所述的系统，还包括：
用于与对所述语音流量流的源定义的一样来执行地址/控制字段保护和基站通信网络压缩的装置。
14.如权利要求11所述的系统，还包括：
用于根据每个第2层的包和每个有效负载的预期目的地来唯一地标识它们的装置。
15.如权利要求11所述的系统，还包括：
用于向第2层的包分配比其他包高的优先级的装置。
16.一种用于在电信网络中的小区站点和中心局之间传输流量的设备，包括：
站点元件，所述站点元件可操作来接收基于第2层的协议的语音流量流，所述站点元件可操作来从所述基于第2层的协议的语音流量流移除冗余信息，以生成有效负载的压缩流，所述站点元件可操作来根据所述压缩流的每个有效负载的预期目的地来对它们进行分类，所述站点元件可操作来对具有相同预期目的地的所述压缩流的每组有效负载生成第2层的包，所述站点元件可操作来对每个第2层的包与未携带所述语音流量流、并具有所述相同预期目的地的其他包区分优先次序，所述站点元件还可操作来向所述预期目的地传送所有的包。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述站点元件可操作来接收包，所述站点元件可操作来分离第2层的包与所述其他包，所述站点元件可操作来从每个所述第2层的包抽取每个有效负载，所述站点元件可操作来对由所述第2层的包所携带的每个有效负载进行解压缩，所述站点元件还可操作来将每个有效负载转发到其预期的目的地。
18.如权利要求16所述的设备，其中每个第2层的包包括唯一的第2层协议标识符。
19.如权利要求16所述的设备，其中，每个有效负载包括指示所述有效负载的所述预期目的地的交叉连接标识符。
20.如权利要求16所述的设备，其中，所述站点元件还可操作来根据所述语音流量流的源，执行地址/控制字段保护和基站通信网络压缩。
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