CN101060465B

CN101060465B - 控制组播数据传输的方法及系统

Info

Publication number: CN101060465B
Application number: CN2006100605014A
Authority: CN
Inventors: 柯波
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: CN101060465A

Abstract

本发明提供一种控制组播数据传输的方法，包括以下步骤：步骤一，基站获取用户站和组播路由器之间传送的IGMP报文；步骤二，基站根据获取的IGMP报文进行处理；以及步骤三，基站根据处理结果向用户站转发组播数据或者停止转发。本发明还提供一种控制组播数据传输的系统。本发明在WiMAX设备上实现了IGMP snooping/proxy，组播数据可以按需转发，节约了空口带宽，提高了安全性，实现了WiMAX协议与IGMP组播控制协议的无缝结合。

Description

控制组播数据传输的方法及系统

技术领域

本发明涉及接入系统领域，尤其是涉及一种控制组播数据传输的方法及系统。

背景技术

WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系统。WiMAX是无线宽带接入技术的一种，其技术标准为IEEE 802.16。IEEE 802.16主要是制定了工作于2-66GHz频带的无线接入系统空中接口物理层(PHY)和媒质接入控制层(MAC)规范，同时还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范。根据是否支持移动特性，IEEE802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中前者对应的主流标准是802.16d，后者对应的主流标准是和802.16e。

802.16标准的空中接口协议由数据控制平面和管理平面组成，数据控制平面由PHY和MAC组成，MAC层又分成了三个子层：特定服务汇聚子层(ServiceSpecific Convergence Sublayer)、公共部分子层(Common Part Sublayer)、安全子层(Privacy Sublayer)。

特定服务汇聚子层提供了外部网络数据到MAC层的映射，通过CS SAP将外部网络数据映射到MAC SDU，并将其与MAC业务流标识(SFID)和连接标识(CID)关联。

公共部分子层提供MAC层核心处理功能，包括系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护。公共部分子层通过MAC SAP接收来自汇聚子层(CS)的数据，对应到不同特性的MAC连接上。

安全子层提供认证、安全的密钥交换和加密功能。

基于WiMAX(IEEE 802.16d/e/f/g)标准开发的设备，其构成一般可以采用下面逻辑结构：

WiMAX设备可以分为BS(Base Station)侧和SS(Subscriber Station)侧。BS是基站，负责完成802.16协议处理和宽带业务控制，在BS中，一般有RF、WiMAX PHY、WiMAX MAC、LSW(Lanswitch，以太网交换)等几个逻辑处理部件。LSW完成Ethernet(以太网)报文的MAC+PORT+VLAN的学习和交换功能。802.16MAC和802.16PHY分别完成802.16协议的MAC层和PHY层的处理。RF完成数据的射频处理。

SS是用户站，负责完成802.16协议处理，并接入宽带用户数据，SS分布在BS对应的信号发射区。

基于WiMAX标准开发的宽带无线接入设备，必须支持同时支持无线接入和宽带业务功能。在全球网络IP化的浪潮中，IP交换日渐成为主流，而组播(Multicast)又是IP交换中一项重要的技术。如何将WiMAX协议和传统的IP组播技术结合起来实现组播控制和转发，是WiMAX技术中需要解决的一个重要问题。

IP组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送(best-effort)的形式发送到网络中的某个确定节点子集，这个子集称为组播组(Multicast Group)。IP组播的基本思想是，源主机只发送一份数据，这份数据中的目的地址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可接收到同样的数据拷贝，并且只有组播组内的主机(目标主机)可以接收该数据，网络中其它主机不能收到。

IGMP(Internet Group Management Protocol，Internet群组管理协议)是组播技术中一项重要的协议，该协议用来管理组播成员，实现对组播成员加入组、离开组的控制。IGMP协议版本2中定义了三种控制报文：

Report(报告)报文：当组播成员需要加入组播组或收到组播路由器的查询时，主机发送Report报文，组播路由器将主机加入组并刷新组播成员的状态。

Leave(离开)报文：当组播成员需要离开组播组时，主动发送Leave报文，组播路由器将主机离开组播组。

Query(查询)报文：组播路由器为了了解组播成员的状态而发送报文，Query报文分为通用组查询和特定组查询，前者定期发送，子网内的所有组播成员会回应Report报文，用于刷新子网内所有组播用户的状态；后者在收到Leave报文时发送，用于确认特定的组播组内是否还有成员。

现有方案是通过配置分类器规则来对组播报文进行转发。

802.16中定义了业务流。业务流是一个有方向的传输服务连接，每个业务流定义该连接传输报文时能提供的QoS能力和分类器规则。业务流的QoS参数包括优先级、最大维持速率、最小保留速率、最大时延、容许抖动等参数；分类器规则定义了一组报文特征，这些特征可以是源MAC、目的MAC、VLAN、源IP、目的IP等。分类器规则是每个报文在网络中传输的适配标准，如果一个报文与某分类规则匹配，则将报文转发到与分类器规则对应的业务流连接中，通过业务流连接将报文从BS下行到SS或从SS上传到BS。

在运行业务前，需要提前配置业务流，并且根据业务具体应用，为每个SS分配业务流。当BS收到报文时，查找分类器规则，如果有匹配的分类器规则，就将报文转发到对应的业务流连接，通过连接传送的SS。

在现有方案中，首先需要配置一个用于组播的业务流，分类器规则需要定义组播的特征(如组播数据的目的MAC的前三个字节等于0x01-00-5e)，然后将所有接入的SS加入这条业务流。

当BS收到组播数据时，查找分类器规则，发现匹配组播业务流的分类器规则，于是就将报文转发到组播业务流连接，通过连接传送的SS。每个加入组播业务流的SS都可以接收该组播数据。于是组播数据从BS复制到所有接入的SS。

现有方案中组播数据通过组播业务流复制到所有接入的SS，增加了SS处理，影响SS性能。不能做到按需转发，即使SS不需要组播数据，也转发给SS，安全性不好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种控制组播数据传输的方法及系统，实现将组播数据只转发给需要接收组播数据的用户站，以及将WiMAX协议与IGMP组播控制协议无缝结合，实现IGMP snooping和IGMP proxy应用。

为解决上述技术问题，本发明提供一种控制组播数据传输的方法，包括以下步骤：

预先配置组播组业务流，所述组播组业务流用来承载组播数据，每个组播组分配一条组播组业务流，方向为下行，该组播组的成员加入这条业务流；

预先配置通用组查询业务流，所述通用组查询业务流用来承载通用组查询，方向为下行，所有组的所有成员都加入这条业务流；以及

预先配置Report/Leave报文业务流，所述Report/Leave报文业务流用来承载用户站发起的Report报文和Leave报文，方向为上行，每个用户站分配一条Report/Leave报文业务流；

基站获取用户站和组播路由器之间传送的IGMP报文；

通过IGMP报文监控用户站加入退出组播组的情况，基站经过查找分类器规则，将组播数据转发到对应的预先配置的业务流，再传输到用户站。

所述基站的以太网交换部件对上行和下行的报文进行检查，判断是否是IGMP报文，如果是则复制一份给CPU。

所述通过IGMP报文监控用户站加入退出组播组的情况的步骤进一步包括：

当基站获取到用户站向组播路由器发送Report报文，上层软件的协议处理模块对报文进行解释，识别出用户站的行为是加入一个组播组；以及

在将组播转发表中建立一条记录同时启动老化定时器，记录中保存用户站加入的组播组。

当基站获取到用户站向组播路由器发送Leave报文，上层软件的协议处理模块对报文进行解释，识别出用户站的行为是离开一个组播组；以及

在组播转发表中查找对应的记录，并删除该条记录。

还包括用户站接收组播数据的步骤：

基站向用户站发送动态业务增加请求消息，请求增加动态业务流；

用户站向基站回应动态业务增加响应消息；以及

用户站接收组播数据。

所述方法还包括：

基站向用户站发送动态业务删除请求消息，请求删除已经存在的动态业务流；

用户站释放业务流资源后向基站回应动态业务删除响应消息；以及

基站停止转发组播数据，用户站停止接收所述组播数据。

本发明还提供一种控制组播数据传输的系统，所述系统包括：

配置模块，用于配置组播组业务流，所述组播组业务流用来承载组播数据，每个组播组分配一条组播组业务流，方向为下行，该组播组的成员加入这条业务流；配置通用组查询业务流，所述通用组查询业务流用来承载通用组查询，方向为下行，所有组的所有成员都加入这条业务流；以及配置Report/Leave报文业务流，所述Report/Leave报文业务流用来承载用户站发起的Report报文和Leave报文，方向为上行，每个用户站分配一条Report/Leave报文业务流；

获取模块，用于获取用户站和组播路由器之间传送的IGMP报文；

传输控制模块，用于通过IGMP报文监控用户站加入退出组播组的情况，经过查找分类器规则，将组播数据转发到对应的预先配置的业务流，再传输到用户站。

本发明具有以下有益的效果：在WiMAX设备上实现了IGMP snooping/proxy，组播数据可以按需转发，节约了空口带宽，提高了安全性，实现了WiMAX协议与IGMP组播控制协议的无缝结合。

附图说明

图1是现有WiMAX对组播数据的处理示意图。

图2是IGMP snooping原理示意图。

图3是IGMP Proxy原理示意图。

图4是本发明的逻辑框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

这里先说明IGMP snooping(IGMP侦听)和IGMP proxy(IGMP代理)的概念。IGMP snooping和IGMP proxy都是IGMP协议常见的应用方式。运行IGMPsnooping的设备会“侦听”主机和组播路由器之间传送的IGMP报文，以此在设备上建立并维护组播地址表，其特点是只复制IGMP报文，而不改变/终结主机(Host)与组播路由器(Multicast Router)之间的报文方向。如图2所示，Host和Multicast Router之间进行IGMP协议报文交换，设备的转发芯片识别并捕获IGMP报文复制给CPU，由上层软件处理，不改变IGMP报文的方向。在外部设备看来，该IGMP报文在设备中“透传”通过的。

请参照图3所示，运行IGMP Proxy的设备在组播路由器和主机之间充当代理角色，拦截主机和路由器之间的IGMP报文建立组播地址表，在路由器看来，IGMP Proxy设备担任主机角色；而在主机看来，IGMP Proxy设备则担任路由器角色。其特点是，终结/改变主机与路由器之间的IGMP报文方向。

下文中用IGMP snooping/proxy简写表示IGMP snooping和IGMP proxy。

本发明的方案是通过结合IGMP来实现对组播数据的按需转发的。因为组播成员加入和离开组播组是通过IGMP协议实现的，因此通过监控设备的IGMP报文就可以“监控”BS上所有SS加入和离开组播组的情况，实现组播数据向组播成员按需转发。

主要实现思路是，在WiMAX设备上运行IGMP snooping/proxy来监控通过设备的IGMP报文，通过IGMP报文来监控SS加入退出组播组的情况，IGMP处理模块调用WiMAX处理模块，只将组播数据复制给有需要的SS，没有需要的SS就收不到组播数据，从而实现对组播数据的按需转发。

BS系统构成：

BS由逻辑器件RF、802.16PHY、802.16MAC、LSW、软件组播管理模块及SIG组成。802.16PHY完成WiMAX标准的物理层处理，802.16MAC完成WiMAX标准的MAC层处理，LSW则完成基于VLAN+MAC地址的二层交换功能。组播管理模块可以分为协议处理模块，主要完成IGMP协议处理；数据转发控制，主要完成向指定SS复制或停止复制组播数据功能。SIG是802.16的信令处理模块，主要完成对WiMAX协议各种信令消息处理控制，通过信令消息可以控制向指定SS转发组播流。组播管理模块与SIG模块的关系是：组播管理模块完成对IGMP协议的解释并完成对组播成员接入控制；SIG模块通过802.16MAC的信令消息可以控制组播数据到SS转发；通过组播管理模块和SIG模块的配合，完成组播成员接入控制和组播数据复制功能。

IGMP报文的侦听(以IGMP snooping方式为例)：

在IGMP协议定义的模型中，SS会向组播路由器发送Report和Leave报文，因此Report和Leave报文的方向是上行的(从SS方向到BS方向)。组播路由器会向组播成员(SS)发送Query报文，因此Query报文的方向是下行的(从BS向SS方向)。因为对LSW处理单元来说，需要对上行和下行的报文进行检查，判断是否是IGMP报文，如果是IGMP报文则复制一份送CPU，同时不改变原来IGMP报文的转发方向。

组播转发表的建立：

组播转发表记录了组播组与组播成员的关系，组播转发表是动态建立的。当BS捕获到SS向组播路由器发送Report报文，上层软件的协议处理模块对报文进行解释，识别出SS的行为是要加入一个组播组，于是在将组播转发表中建立一条记录同时启动老化定时器，记录中保存了SS加入的组播组。当BS捕获到SS向组播路由器发送Leave报文，上层软件的协议处理模块对报文进行解释，识别出SS的行为是要离开一个组播组，于是在组播转发表中查找对应的记录，并删除该条记录。

组播数据的转发(以IGMP snooping方式为例)：

根据802.16协议，数据的传输都是需要通过业务流连接进行的，所以组播数据的传输也需要配置相应的业务流连接。在IGMP snooping/proxy功能中，需要预先配置下面几种业务流：

组播组业务流：用来承载组播数据，每个组播组分配一条，方向为下行。该组的成员需要加入这条业务流。另外，特定组查询报文也走这条业务流。

通用组查询业务流：组播路由器会定时向所有组播成员发送通用组查询，组播成员收到通用组查询后回应Report报文来报告自己所加入的组。所以需要为通用组查询配置一个业务流，方向为下行，所有组的所有成员都需要加入这条业务流。

Report/Leave报文业务流：每个SS需要配置一条，用来承载SS发起的Report报文和Leave报文，方向为上行的。

当SS加入组时，SS发起的Report报文通过Report/Leave报文业务流上行到BS，在BS的LSW处理单元，识别出IGMP报文，并将一份报文复制给CPU。上层软件的IGMP协议处理模块解释报文，识别出SS的行为是加入组播组，于是在组播转发中增加一条记录。同时配置转发芯片，激活该组播组对应的业务流。于是从组播路由器下来的组播数据进入BS后，经过查找分类器规则，将组播数据转发到对应的组播业务流，从而把数据传输到SS侧。

当SS离开组时，SS发起的Leave报文通过Report/Leave报文业务流上行到BS，在BS的LSW处理单元，识别出IGMP报文，并将一份报文复制给CPU。上层软件的IGMP协议处理模块解释报文，识别出SS的行为是离开组播组，于是在组播转发中删除对应记录。如果该组播组中没有组播成员了，说明所有SS都不需要该组播组的数据了，上层软件的转发控制模块会配置转发芯片，去激活该组播组的业务流。于是该组播组的数据不再向空口转发，节约了空口带宽。

组播成员对组播数据的接收：

如上文描述，SS发出Report报文后被BS捕获，经过BS设备进行报文解释、建立组播转发表、激活该组播组的业务流等一系列处理后，组播数据可以广播到空口。为了让SS接收指定业务流的数据需要BS向SS发送DSA-REQ(动态业务增加请求)消息，DSA消息是802.16定义的信令消息，用于建立动态业务流，如果SS有足够的资源建立该业务流则行BS回应DSA-RSP(动态业务增加响应)消息。这样SS就可以接收该组播组的数据了。

如果SS要离开组播组，不再需要接收组播数据了，则向BS发送Leave报文，IGMP协议处理模块解释报文、删除对应组播转发表，同时向SS发送DSD-REQ(动态业务删除请求)消息。DSD消息是802.16定义的信令消息，用于删除已经存在的动态业务流。SS释放业务流资源后向BS回应DSD-RSP(动态业务删除响应)消息，这样SS就不再接收该组播组的数据了。

本发明在WiMAX设备上实现了IGMP snooping/proxy，组播数据可以按需转发，节约了空口带宽，提高了安全性，实现了WiMAX协议与IGMP组播控制协议的无缝结合。

应当理解的是，本发明的构思在于结合IGMP来实现组播数据的转发。因此，其应用的范围不应仅仅限于基于WiMAX标准开发的设备。其他标准的无线接入系统设备，只要是进行数据传输，均可结合IGMP技术：通过IGMP来识别报文从而识别用户站的行为类型，再由其设备本身的信令处理模块及数据转发模块根据用户站的行为类型来控制数据的传输与转发。

Claims

1.一种控制组播数据传输的方法，包括以下步骤：

基站获取用户站和组播路由器之间传送的IGMP报文；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基站的以太网交换部件对上行和下行的报文进行检查，判断是否是IGMP报文，如果是则复制一份给CPU。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过IGMP报文监控用户站加入退出组播组的情况的步骤进一步包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过IGMP报文监控用户站加入退出组播组的情况的步骤进一步包括：

在组播转发表中查找对应的记录，并删除该条记录。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：还包括用户站接收组播数据的步骤：

用户站向基站回应动态业务增加响应消息；以及

用户站接收组播数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：

基站停止转发组播数据，用户站停止接收所述组播数据。

7.一种控制组播数据传输的系统，其特征在于：所述系统包括：