CN1878137B - 在局域网中发送多点流的方法和实现该方法的连接设备 - Google Patents

Abstract

在无线局域网的框架内，通过确认接收机制使多点传输流的发送不可靠。这种可靠性可以通过以点到点模式发送属于多点传输流的分组来提高。在数字业务由优先级不同的几种流组成的情况下，可以以点到点模式只发送这些流的一些，而其它流保持以多点模式发送。局域网和外部网络之间的网关可以担当这种有选择转换接收流的传输模式的任务。

Description

在局域网中发送多点流的方法和实现该方法的连接设备

技术领域

本发明涉及网络上多点流的发送，尤其涉及如果在局域网上这种流的多点分配的机制不安全和如果可以将传输流分成不同优先级的部分，使这种流在局域网上的分配更可靠的方式。

背景技术

在诸如因特网那样的基于分组的信息传送网络、IP局域网等中，可以找到好几种信息传送模式。按照参与这种传输的发送器和接收器的数量的作用，可以将这些模式划分成三个类别。首先，存在使发送器可以将信息分组分派给通过其在网络上的地址识别的单个接收器的点到点传输(也称为“单播”)。这是像HTTP网页传送协议(“超文本传送协议”)或FTP文件传送协议那样，因特网网络的最流行协议使用的发送模式。另一种发送模式在于发送器以广播模式传输分组。在这种模式中，将发送器发送的分组发送给网络的所有节点。这种模式一般不用在因特网上，但可以在局域网上找到。第三种模式在于发送器或一组发送器以多点发送模式(也称为“多播”)将分组传输给一组接收器。在这种模式中，将分组发送给叫做多点传输地址的地址并转发到属于传输组的所有目的地。加入传输组的客户机被说成预订该组，而离开该组的客户机被说成从该组撤消。

多点传输模式实际上用于当源将数据发送到一组目的地时，节约网络中的中间带宽。具体地说，在这种情况下，使用点到点发送模式意味着分派数据多达与目的地的个数一样多的次数。这种模式导致分组重复出现在源与各种各样目的地之间的路径共有的网络部分上。相反，多点传输使只需分派数据一次成为可能，这个数据被复制在随引向属于传输组的目的地的路径而变的网络路由器上。图1a例示了节点“S”，即，信息源发送的数据分组“P”到节点“A”、“B”和“C”的传输。可以看出，分组“P”在点到点传送的情况下，在节点“S”和路由器“R1”之间重复了三次，在路由器“R1”和“R2”之间重复了两次，和在图1b所例示的多点传送的情况下，未出现重复。在这种情况下，源“S”发送单个分组“P”，由于客户机A、B和C事先通知路由器R1和R2它们想要接收该组的分组P，路由器“R1”知道必须在三条分支当中通向节点“A”和路由器“R2”的两条分支上重新发送分组，路由器“R2”本身将分组发送给作为该组成员的客户机“B”和“C”。分组未被分派给不是传输组的成员的节点“D”和“E”。

局域网一般包括链接局域网本身和外部网络(一般说来，因特网)的网关。根据像以太网、IEEE 1394或通过无线电无线连接的技术那样的几种可能技术，将各种各样局部设备与这个网关连接。这些设备可以通过起局域网和外部网络之间的路由器作用的网关访问外部网络。当局部设备，即，客户机想要参加多点数据传输组时，它根据通过在IETF(“因特网工程任务部”)的参考文献“RFC 3376”知道协议的IGMP因特网群组管理协议预订例如多点传输地址。遵照这个预订，节点被识别成传输组的成员，和通过网关将与这个流相对应的和以多点模式传输的分组从因特网路由到这个客户机。

以多点模式传输的流往往可以划分成几个部分。例如，当使用递增编码器(也称为“可伸缩编解码器”)时，情况就是这样。通过参考标准MPEG4尤其可以设想其详细描述可以(例如，在ISO/IEC 14496-2：1999/FDAM 4，Coding of audio-visual objects-Part2：Visual，Streaming video profile，Finegranularity scalability，以及ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，MPEG04/N6372“Scalable Video Model V 1.0”中)找到的这些编码器。它们具有将数字业务编码成几种流，即，基本流和补充流的具体特征。单独使用基本流可以以降级方式在客户机上重构业务。例如，可以重构业务的低分辨率视频。解码基本流和补充流将使业务完全一样地还原。非递增编码器也可以生成可划分成基本流和补充流的流。例如，可以分组随它们的MPEG类型(I、P或B)而变的图像和采取瞬时定尺寸(temporal dimensioning)。

已经发现，在局域网上，根据已有的技术，不一定总是安全地进行多点传输。例如，如果局域网是根据版本a、b或g中802.11系列的协议运行的无线网络，则测试发送的分组，看看它是否是完整无缺的，放弃而不是重新发送不是完整无缺的那些分组。因此，它们被丢弃了。

发明内容

本发明可以提高在网关和最终客户机，即，局域网上这些分组的目的地，之间传输多点分组的可靠性。这种可靠性通过在将它们发送到它们的目的地之前动态地将这些多点传输分组转换成点到点传输分组来保证。的确，在这些相同网络上，根据点到点方法发送分组是安全的，并且，提供了在网关和客户机之间重新发送不是完整无缺的分组的机制。为此，网关截取客户机预订多点传输地址的请求，以便在所述地址和预订客户机之间保持联系。随后，网关截取以多点模式传输到这些地址的分组和以点到点模式将它们发送到预订客户机。然后，可能通过，例如，在以多点模式发送构成补充流的分组的同时，以点到点模式只发送构成基本流的分组，修改健壮性和使用的带宽之间的折衷。这样，至少业务的降级形式的健壮发送得到保证和业务中断再次得到保护。

上面阐述的问题通过发送以多点模式传输的分组的方法来解决。

附图说明

通过阅读如下的描述，可以更好地理解本发明，和本发明的其它特征和优点将变得显而易见，该描述引用了附图，在附图中：

图1a例示了以已知的方式将分组点到点传输到三个目的地的操作；

图1b例示了以已知的方式以多点模式进行相同分配的操作；

图2例示了根据本发明示范性实施例的网络操作；

图3详述了根据本发明示范性实施例客户机的IGMP报告的网关对多点传输进行处理的步骤；

图4详述了这个网关对以多点模式传输的分组进行处理的步骤；

图5详述了根据本发明示范性实施例操作的网关的结构；

图6例示了在本发明示范性实施例的框架内处理几个接入点的局域网；

图7例示了实现本发明示范性实施例实现的软件结构；和

图8代表了划分成基本流和两种补充(complementary)流的流。

具体实施方式

因此，本发明是动态地(on the fly)将到达局域网的网关和以局域网的客户机为目的地的多点流或这个流的某些成分转换成点到点流的方法。转换发生在，例如，网关上，总的来讲，发生在以局域网的设备为目的地的IP业务经过的设备上。如下的示范性实施例的立足点是网络是基于802.11系列的协议的无线网络的情况。这个例子是非限制性的，本发明可以与其它类型的局域网一起使用。

图2例示了本发明示范性实施例的网络。其中首先找到的是作为内容服务器、标为2.10、2.11和2.12的数据源S1、S2和S2。这些服务器与标为2.9的外部网络(这里，因特网)连接。在用户这一侧，将找到链接标为2.6、2.7和2.8的客户机A、B和C的标为2.4的无线局域网、和为将局域网与因特网链接、标为2.5的这个网关服务的接入点。无线局域网是基于802.11系列的协议的网络，但也可以基于其它一些技术。结果是，在无线网络的情况下比在像例如以太网网络那样的有线网络的情况下更严重地造成可靠性问题。因此，客户机A、B和C是服务器S1、S2和S3传输的信息的潜在客户机。这些客户机将利用，例如，IGMP协议接上这些传输。因此，客户机将以IGMP报告(“IGMP报告消息”)的形式发出它们对传输的预订的信号。当接收到这个报告时，网关本身将发送以与它连接的路由器为目的地的相同类型的报告。这样，可以使多点流路由到目的地的信息将在路由器之间传播。这些IGMP报告被接入点截取，接入点将保存一方面将出现在IGMP报告的“源地址”字段中的多点传输流地址与该报告来源的MAC(“媒体访问控制”)地址相联系的表格。本发明的示范性实施例描述了一种表，但是，对于本领域的普通技术人员来说显而易见管理多点传输地址和局域网的客户机的地址之间的这种联系的任何其它方式也可能适用，譬如，列表、散列表等。对报告本身的分析可以断定客户机加入还是离开传输组，和据此修改表。此后，在接入点的IP层中实现的过滤器将动态地处理多点IP分组，以便在MAC级上将它们转换成点到点分组。因此，分组在它们经过网关期间将被根据示范性实施例的过滤器截取和处理。标为2.1的多点分组将被检测和转换成将分派给属于传输组的客户机A和B的、标为2.2和2.3的两个点到点分组，

在图3中详述了例示IGMP报告的接入点进行处理的主要步骤的图形。在所述的示范性实施例的情况中，网关是客户机将接上的无线网络的接入点，在无线网络的情况下，将它们说成关联。处理以在MAC层的级别上标为5.12的过滤器的形式实现，其将检测与源自与接入点连接的客户机的IGMP报告相对应的IP分组。对这些报告的分析可以从中提取多点传输地址和该报告来源的客户机的MAC地址。任何IGMP报告都包含关于它的多点传输组的成员、指示当前状态或MAC地址所标识的接口的状态变化的组记录。这个信息被编码在组记录的“记录类型”字段中。这个信息可以使将多点传输地址和与属于这个传输组的客户机的接口对应的一组MAC地址相联系、标为5.10的表保存在网关上。除了这种一旦宣告客户机离开多点传输组的IGMP报告得到分派就可以擦除表中的关联的机制之外，还可以作出也擦除与接入点失去联系的客户机相对应的项目的规定。因此，离开网络的客户机离开了该组。

可以根据，例如，图4的图形进行网关上以多点模式从外部网络到达的分组的处理。标为5.11的过滤器被部署在，例如，网关的IP层的级别上。这个过滤器将检测网关上以多点模式到达的所有分组。对于到达的这种类型的每个分组，提取多点传输地址。在标为5.10的关联表中搜索这个地址，如果没有找到与这个地址相对应的记录，这表明没有无线网络的客户机属于传输组，因此，可以忘记该分组，不发送它。如果找到这样的记录，将多点传输IP分组或其片段封装在将分派到在表中指出的所有MAC地址的至少一个MAC分组中。这个MAC分组的传输模式将是点到点模式。因此，MAC分组被发送多达与目的地的个数一样多的次数。这样，这些分组将在MAC级上从这种传输模式的纠错机制中受益。802协议系列中的MAC层的参考文献是“IEEE Std 802.11，1999 Edition(Reaff 2003)”。因此，这些分组被从中提到多点IP分组和将它传递给IP层的客户机的MAC层接收。因此，可以看出，该方法不需要修改客户机。具体地说，点到点模式只涉及MAC层。在MAC分组中发送的IP分组部分保留如IP层和连接来源的应用所预期那样的多点IP分组。

图5例示了根据本发明示范性实施例操作的网关的结构。标为5.1的网关包括标为5.3的处理器，该处理器能够在存储在设备的标为5.2的只读存储器中的程序被传送到标为5.4的随机访问存储器之后执行它们。该设备至少拥有两个网络接口。一个标为5.5，有权将该设备与标为5.9的外部网络连接。另一个标为5.6，驱动标为5.7的无线传输装置，使局域网的客户机得到连接。这些单元通过标为5.8的总线通信。根据本发明的示范性实施例，处理器5.3尤其可以执行包含标为5.11和5.12的过滤器的MAC层和IP层。客户机的MAC地址与多点传输地址之间的关联方法通过标为5.10的随机访问存储器中的关联表来表示。

图7详述了这些网络层的软件结构。标为7.1的网络层包括标为7.5的物理层，物理层担当直接地与无线的和可以是，例如，以太网或ADSL连接的与外部网络连接的通信介质连接的任务。正好在物理层上面找到的是标为7.4的MAC层，它提供实际使用的物理层的抽象概念。有关IGMP报告的标为7.7的过滤器就是部署在这个级别上。此处，在MAC层之上找到标为7.3的IP堆栈。标为7.6的多点IP分组过滤器就是在这里找到的。标为7.2的应用程序利用这个IP堆栈来通信。

可替代的部署在于将接收的和不与表中的任何关联对应的多点分组以多点模式发送到客户机。在相反的情况下，可以禁止局域网上在MAC级上的多点发送。

某些无线局域网可以包含几个接入点。这种配置例示在图6中。可以看出，存在与标为6.1的外部网络(这里，因特网)连接的、标为6.2的第一接入点AP1。这个第一接入点覆盖标为6.5的叫作BSS1(“基本业务组”)的第一访问区。在BSS1中，标为6.7和6.8的两个客户机A和B与接入点AP1连接。标为6.3的接入点AP2也拥有标为6.6的覆盖BSS2的区域。标为6.9和6.10的两个客户机C和D与这个第二接入点AP2连接。两个接入点通过网络6.4连接在一起。这个网络可以是像以太网那样的有线网络，无线电的无线链接不同于由接入点和它们的客户机构成的网络。第二接入点AP2是属于第一接入点的区域BSS1的客户机的解决方案也是值得考虑的。

本发明在这个包括几个接入点的局域网的框架下的操作依赖于这个第二接入点的操作模式和在网络中进行分组路由的方式。必须区分两种情况，在第一种情况中，接入点AP2起IP级上的路由器的作用。在这种情况下，AP2在接入点AP1看来是它的客户机之一。对于这种传输，对AP2的客户机的多点传输的预订将导致AP2对AP1的预订。因此，以AP2为目的地的AP1接收的多点分组将在MAC级上通过点到点传输发送给它。这些分组将像正常多点分组那样被AP2在IP级上接收。因此，也有必要将本发明部署在接入点AP2上，以便以点到点模式发送到AP2的客户机。

在第二种情况中，接入点AP2将表现得像如在802.1d标准中所述的MAC级上的桥接器那样。在这种情况下，在AP1后面构成的网络在IP级被看成单个网络，在MAC级上进行AP1对像位于AP2之后的那些那样的最终客户机的分组分配。在这种情况下，无需上载到IP级，AP1将直接或通过AP2将从外部网络到达的多点IP分组转换成直接发送给最终客户机的点到点MAC分组。因此，无论它们与AP1连接还是与AP2连接，客户机都将以点到点模式接收这些分组。在这种情况下，不必将本发明部署在AP2上就可以使本发明起作用。

在部署像描述在802.11f标准中那样的漫游功能的情况下，容许与接入点连接的客户机断开并重新与新接入点连接，而不会失去它的IP连接。然后，第二接入点在MAC级上部署桥接功能的第二种情况有效。因此，本发明将在第二接入点的级别上以透明的方式操作。

在这种情况下，将本发明部署在每个接入点上。不与接入点关联以便与另一个接入点关联的客户机将断开它的所有当前IP连接。当在它与这个新接入点取得联系之后，重新创建了它的连接时，新接入点将自然地负责以客户机为目的地的多点业务。在局域网的情况中，接入点可以部署漫游功能。在这种情况下，改变接入点的客户机能够保持它的IP连接。在客户机从一个点迁移到另一个点期间在接入点之间交换数据就会出现这种情况。因此，可以将与之相关的关联表的数据包括在接入点在迁移期间交换的数据中。这样，客户机的新接入点可以负责以这个客户机为目的地的多点分组的处理。

在单个客户机与网关连接的最小网络的情况下，可以设计出不需要网关的MAC层中有关IGMP报告的过滤器的简化部署。在这种情况下，关联表是不必要的。在简化其操作方式的同时，只保留出现在网关的IP层中的有关多点IP分组的过滤器。网关仅仅通过MAC层的点到点模式发送以存在于网络上的单个客户机为目的地的多点IP分组。

存在多种将传输的数字业务分离成各种各样成分的方式。这些成分通过客户机特有流来传输。

例如，可以使用以叫做基本流的小的带宽的第一流和补充流的形式编码业务，或诸如视频之类业务的成分的递增编码器。一般说来，基本流足以使业务以降级模式得到还原。就视频而言，这种基本业务将包含视频的低清晰度形式。显然，音频的情况也是如此。而补充流将发送从基本流失去的信息，使得能够以非降级模式恢复业务。

这样的业务或至少它的视频成分表示在图8中。因此，标为8.1的完整视频被分解成标为8.4的第一基本流、和标为8.2和8.3的两种补充流。基本流使得能够以第一低分辨率重构视频。解码基本流和补充流1可以将视频恢复成中等分辨率2。而解码三种流可以以其最佳分辨率，即，分辨率3，恢复完整视频。

递增分解视频业务的另一种方式本身基于图像的编码。例如，在MPEG-2中，编码牵涉到固有地编码的称为I图像的图像，也就是说，无需要求包含在流的其它图像中的信息。该标准还定义了预测编码的称为P图像的图像，也就是说，编码使用了该图像和一个或多个先前P或I图像的信息。该标准进一步定义了称为B图像的图像，其中，编码不仅使用了来自先前图像的信息，而且使用了来自随后I，P图像的信息。因此，可以只解码I图像，只解码I和P图像，只解码I、P和少数B图像，要不然，解码所有I、P和B图像。这样，例如，可以形成包含I图像的基本流、带有P图像的补充流1和带有B图像的补充流2。因此，在这种情况下，可以定义接收图像数量较少但不影响图像分辨率的降级服务模式。

因此，显而易见，存在多种将数字业务划分成几种流的方式，和可以在这些流之间定义优先级。具体地说，这些流的一些对于业务的还原是必不可少的，没有它们这个还原就会降级，而其它仅仅用于提高这种还原。因此，可以根据这个发现定义可以调整质量和使用的带宽之间的折衷的将流转换成单播的策略。为此，有必要定义以点到点模式健壮地发送的那些流和通过多点传输发送的那些流。

在这种情况下，应用接收的分组到多点传输模式的转换的过滤器将部署所选传输策略和只将一些流转换成点到点模式。

因此，网关有必要存储所选传输策略和能够检测它接收的流的类型，以便能够部署这个策略。由于网关截取导致分组传输建立的交换，例如，基于RTSP协议的交换，以及基于，例如，SDP协议、使客户机可以发现业务的交换，因此，网关能够确定交换的流的类型，即，基本流还是补充流。一旦流的类型得到识别，可以将所选传输策略应用于它。

因此，这种传输策略由对每种流类型决定是否应该将到点到点的转换放在适当位置上的一组规则组成。网关存储的这些规则可以由用户通过，例如，网关配置接口放在适当位置上。这个接口可以是通过对网关的HTTP接入部署的接口，一种配置与一个网络或另一个网络连接的设备的现行解决方案。这种解决方案具有用户能够从配有传统HTML客户机的网络的客户机配置它的网关的优点。

这种传输策略还可以由服务器基于全局或按会话来决定。在这种情况下，例如，服务器在连接时通过SDP协议将策略通知网关。

每种流的优先级还可以由网关用于接上业务的的服务质量接口决定。这里可以使用IETF定义的DiffServ或IntServ协议。

还可以采用按照传输状态而改变的动态传输策略。为此，可以在适当位置，例如，在客户机的级别上建立分析这些状况，即，带宽、包损失率、位错率、传输滞后等的系统。例如，通过RTCP协议(“实时控制协议”)将这个信息上载到网关。网关将能够利用这个信息来修改传输策略。

对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，尽管这里在无线网络的框架内作了描述，但就局域网可用不会遭受分组损失的点到点模式，而多点模式却不会而言，本发明适用于任何类型的局域网。同样，本领域的普通技术人员能够修改部署传输地址和客户机之间的联系的方式，以及用在过滤器中或它们所处的地方的方法，而不会偏离本发明的范围。

Claims (13)

1.一种通过第一能够进行多点传输的网络(2.4)和第二网络(2.9)之间的连接设备(2.5)对以多点模式传输的分组流(2.1)进行可靠分配的方法，所述多点分组流(2.1)源自第二网络(2.9)和以第一网络(2.4)的客户机(2.6，2.7)为目的地，所述方法包括如下步骤：

接收多点分组(4.1)；和

将在IP层级别上以多点传输模式传输的分组分派给第一网络的客户机(2.6，2.7)的至少一个，所述客户机(2.6，2.7)是所述流(4.7)的传输的预订者，

其特征在于，它进一步包括如下步骤：

确定传输模式，由此以如下传输模式来传输属于所述流的分组，即，在IP层级别上保持多点传输模式，而按照所述流的类型对于属于所述流的分组确定在MAC层级别上的点到点传输模式。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：按照所述流的类型确定指定给所述流的优先级，这个优先级用于按照所述流的类型确定属于所述流的分组在MAC层级别上的点到点传输模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过应用存储的传输策略进行按照这个优先级确定属于所述流的分组的传输模式。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括如下步骤：由用户配置传输策略。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，从客户机之一执行所述用户进行配置的步骤。

6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括如下步骤：由传输多点分组的服务器分派至少一部分传输策略。

7.根据权利要求3所述的方法，进一步包括如下步骤：按照第一网络上的发送状况适应传输策略。

8.一种在第二网络(2.9)和第一能够进行多点传输的网络(2.4)之间的连接设备，特征在于，其拥有对以第一网络的客户机(2.6，2.7)为目的地、以多点模式从第二网络接收的分组流进行可靠分配的装置，所述客户机是这种流的传输的预订者，这些可靠分配的装置包括在MAC层级别上以点到点传输模式将所述分组发送到作为对所述流的传输的预订者的客户机的装置，

该设备还拥有确定传输模式的装置，由此以如下传输模式来传输属于所述流的分组，即，在IP层级别上保持多点传输模式，而按照这种流的类型对于属于所述流的分组确定在MAC层级别上的所述点到点传输模式。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，确定装置包括可以按照所述流的类型将优先级分配给所述流的装置，这个优先级用于确定传输模式。

10.根据权利要求9所述的设备，进一步包括存储可以按照流的优先级定义属于该流的分组的传输模式的传输策略的装置。

11.根据权利要求10所述的设备，进一步包括允许用户修改传输策略的装置。

12.根据权利要求10所述的设备，进一步包括允许按照源自传输该流的服务器的信息修改传输策略的装置。

13.根据权利要求10所述的设备，进一步包括允许按照第一网络上的发送状况动态修改传输策略的装置。

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