隨著3G網(wǎng)絡大規(guī)模的應用和LTE部署的臨近，移動回傳網(wǎng)絡也向IP化演進，IP數(shù)據(jù)業(yè)務的迅猛增長，使數(shù)據(jù)業(yè)務在當前移動網(wǎng)絡中的流量占比越來越高，加上數(shù)據(jù)業(yè)務動態(tài)可擴展性強，對傳輸網(wǎng)絡的動態(tài)可擴展性也提出了較高的要求。傳統(tǒng)微波的承載能力不能滿足帶寬需求的增長速度，如何快速提升數(shù)據(jù)吞吐量是微波行業(yè)普遍關注的課題。
目前業(yè)界用于解決微波帶寬問題的主流應用有XPIC（交叉極化干擾抵消）技術(shù)、 AM(自適應調(diào)制技術(shù))、以及空口LAG和高調(diào)（1024QAM）等技術(shù)。華為在擁有了這些提升帶寬的微波技術(shù)后，再次發(fā)力，實現(xiàn)了IP微波的幀頭壓縮技術(shù)，進一步推進了微波承載帶寬提升的速度。其通過將微波中傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)幀中重復傳遞而不發(fā)生變化的內(nèi)容在微波發(fā)送端用短字節(jié)替代，在接收端將相應的內(nèi)容恢復，從而大幅度提升單載波的IP業(yè)務傳送能力。業(yè)界微波每載波的容量最大為400Mb/s左右，在使用IP微波幀頭壓縮技術(shù)的情況下，短字節(jié)時最高可提升至每載波1Gb/s水平。其對帶寬傳輸效率的提升，很好地減輕了運營商所面臨數(shù)據(jù)業(yè)務迅速增長所帶來的壓力。
技術(shù)和方案介紹
2.1以太幀頭壓縮的實現(xiàn)原理
在普通的以太網(wǎng)業(yè)務的點到點的業(yè)務傳送過程中，對于同一條數(shù)據(jù)流，存在大量重復傳輸?shù)姆庋b字節(jié)，如MAC地址、Type域、VLAN標簽，IP/UDP頭中的地址和類型等，而這些封裝字節(jié)在傳輸?shù)倪^程中是不發(fā)生變化的。目前數(shù)據(jù)業(yè)務大多采用主流的802.3以太網(wǎng)幀，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1. 802.3以太幀結(jié)構(gòu)
微波幀頭壓縮技術(shù)將以太業(yè)務根據(jù)頭格式中地址/類型/標簽等字段區(qū)分為不同的業(yè)務流，具有相同字段的報文定義為一個流，這些相同字段被稱為關鍵字。在業(yè)務發(fā)送端，壓縮算法將這些關鍵字映射為流對應的一個上下文ID號，在業(yè)務接收端，再將ID號還原為對應的字段，這樣就實現(xiàn)了頭的壓縮傳送。
以二層以太頭壓縮為例，了解壓縮實現(xiàn)過程，如圖3-2所示：
注：N表示鏈路封裝頭字節(jié)長度，與包長有關;M表示壓縮ID的長度，值恒定。
壓縮過程分為3個過程：
壓縮學習：在發(fā)送端動態(tài)識別要壓縮的字段，分配壓縮ID，然后跟接收端協(xié)商，確保收到后，才會對報文進行壓縮。采用類似于RFC1533的協(xié)商機制，原因在于微波處于傳送層面，一旦出錯誤壓縮造成收端無法識別，會連續(xù)解壓出錯；同時通過空口傳遞可能會出錯，因此使用握手同步壓縮可以保證一旦對報文壓縮，解壓縮端一定不會解析錯誤。
壓縮生效過程：壓縮學習完成后，壓縮端對報文進行壓縮，MAC地址和Type域等字節(jié)被壓縮，檢索壓縮同步表，用對應的固定指示字節(jié)替代；解壓縮端解壓縮，報文根據(jù)指示字節(jié)檢索壓縮同步表，按照相同原則恢復MAC地址和Type域等。替代字節(jié)和被壓縮部分需要有固定的對應關系，這些對應關系被記錄在壓縮同步表，存在并同步于收發(fā)兩端，使得發(fā)端的壓縮替代策略和收端的恢復策略保持一致。壓縮同步表中，對應關系的建立需要通過握手機制保證 ，要求過程中業(yè)務流處于穩(wěn)定傳輸狀態(tài)，在經(jīng)歷握手確認信息同步以后，壓縮和壓縮恢復功能才能工作。
壓縮老化過程（和2同時進行）：壓縮表學習到以后，如果在一段時間內(nèi)如果該類業(yè)務不再發(fā)送，則釋放該壓縮表。
關鍵技術(shù)
依托強大的研發(fā)實力，華為公司經(jīng)過深入探索和研究，通過以下幾項關鍵技術(shù)的應用，可以取得目前業(yè)界領先的數(shù)據(jù)壓縮效率。
采用類似于RFC1533的協(xié)商機制，收發(fā)兩端進行參數(shù)協(xié)商，從而保障壓縮過程的可靠；
與業(yè)界目前僅能夠?qū)σ蕴珟^中的二層頭壓縮相比，華為IP微波還能夠提供對以太幀頭的L2和L3頭進行壓縮，深度越深，被壓縮掉的字節(jié)就越多。
下面就深度壓縮技術(shù)進行介紹。
我們知道以太幀的格式是固定的，而且?guī)袷降膬?nèi)容層層封裝。華為IP微波具有進行不同深度以太幀頭壓縮的能力,按照深度由淺至深包括有:MAC壓縮、MAC+VLAN/MPLS壓縮、IPv4 & UDP壓縮以及IPv6頭壓縮。壓縮的深度越深，被壓縮的內(nèi)容越多,數(shù)據(jù)傳送效率提升越高。我們以三層壓縮IPv6報文方案為例。
3.1空口報文L3壓縮技術(shù)方案——IPv6
圖3-1. IPv6報文幀壓縮過程（帶顏色字節(jié)將被處理）
1、首先經(jīng)過壓縮學習后，對IPv6報文中的以下字段進行壓縮處理： IPv6報文版本（Version）、流量類型（Traffic Class）、流標記(Flow Label），下一報頭(Next Header)、源地址（Source Address）和目的地址（Destination Address），總共37字節(jié) 。
2、再用2個字節(jié)的壓縮頭代替被壓縮的字節(jié)，增加4字節(jié)鏈路封裝頭后發(fā)送到對端。
3、經(jīng)過壓縮生效過程后，按照363M空口容量計算，進行L2+L3（IPv6）+UDP壓縮，吞吐量可以達到1G。
3.2微波壓縮特性
雙壓縮引擎：ETH和IP雙引擎，可根據(jù)應用場景靈活選擇。
壓縮范圍：
ETH:支持DA_SA/VLAN/MPLS多種組合。最大支持壓縮22個字節(jié)。
IP：支持IPv4/IPv6/UDP多種組合?？蛇x擇加速模式，整個頭全部壓縮。最大支持48個字節(jié)。
壓縮流數(shù)目：
ETH：支持256條流。
IP：支持128條流。
自動進行壓縮學習：通過對業(yè)務流自動解析，動態(tài)學習新的條目。
自動釋放不活的壓縮條目：老化功能釋放不活的壓縮條目，動態(tài)利用壓縮資源。
應用/Aplications
那么，華為IP微波的幀頭壓縮技術(shù)到底對網(wǎng)絡帶寬的提升有多大？根據(jù)從移動基站熱點地區(qū)捕獲的IP數(shù)據(jù)包長整理出以下模型，如圖4-1所示：
圖4-2 移動基站報文流量模型
依據(jù)以上模型，華為IP微波對各種包長下的吞吐量提升比和各種包長的占比綜合考慮幀頭壓縮技術(shù)對整個移動網(wǎng)絡帶寬流量的提升效果，整理出以下數(shù)據(jù)：
在50M/256QAM條件下，空口物理容量為362.09Mb/s時，綜合IP吞吐量可以提升至640.39Mb/s.
隨著網(wǎng)絡不斷發(fā)展，IPv6格式報文會逐漸占據(jù)網(wǎng)絡主導，對于IPv6封裝的報文，幀頭壓縮技術(shù)能夠提供更高的平均流量提升比，預計比例如表4-2所示：
預設條件：
報文長度在IPv4基礎上增加20（IPv6報文頭40字節(jié)，IPv4報文頭20字節(jié)）
仍參考當前移動基站部署下的數(shù)據(jù)流量模型百分比
在50M/256QAM條件下，空口物理容量為362.09Mb/s時，綜合IP吞吐量能力可以提升至677.79Mb/s.
在實際的移動網(wǎng)絡運行中，還存在通訊網(wǎng)絡在某一段時間內(nèi)的熱點情況，例如：重大節(jié)日或者大型聚會等，人口在某一地區(qū)密集聚集，大量通信數(shù)據(jù)導致區(qū)域基站和網(wǎng)絡的流量突發(fā)，熱點地區(qū)存在大量的語音視頻業(yè)務突發(fā)的傳送需要得到保證。此時，幀頭壓縮技術(shù)對視頻和語音突發(fā)短包的優(yōu)化能力對降低網(wǎng)絡負載將會起到明顯的緩解作用。
結(jié)論/Conclution
華為IP微波通過幀頭壓縮技術(shù)對數(shù)據(jù)報文的深度壓縮，利用有限的帶寬傳輸更多價值數(shù)據(jù)，等效大幅度提升IP網(wǎng)絡的平均帶寬。
給客戶帶來的價值主要體現(xiàn)在：
提升鏈路IP傳送能力和效率，在傳輸?shù)热萘康臄?shù)據(jù)業(yè)務時，降低上行物理帶寬需求，也就降低了客戶的建網(wǎng)中每Mbit投資成本
有效節(jié)約了頻譜資源，降低投資成本，提升收益；
在各種調(diào)制模式下都可以使用，客戶不一定需要通過更高調(diào)方式來提升帶寬，在傳輸距離等網(wǎng)絡規(guī)劃上可以有更多余量。
帶寬的動態(tài)擴展能力強，在熱點地區(qū)突發(fā)語音和視頻短包流時，業(yè)務保障效果明顯。
縮略語表/Acronyms and Abbreviations
參考文獻/Reference
1. Network Working Group M. DegermarkRequest for Comments: 2507 Lulea University of Technology/SICSCategory: Standards Track B. Nordgren Lulea University of Technology/Telia Research AB S. Pink Lulea University of Technology/SICS. RFC 2507(IPHC)
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