CN101060524A - 一种组播业务应用的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组播业务应用的方法及系统，所述的方法包括如下步骤：a、组播管理器接收到组播用户用户站SS的加入组播组的请求后控制基站BS将组播数据转发到组播组业务流；b、所述的组播管理器控制所述的SS接收所述的组播数据，所述的SS将接收到的组播数据转发到终端。本发明克服现有技术的不足，采用以无线宽带业务接入的基本单元SS作为组播用户，将SS作为组播控制单元和数据复制单元的技术方案，克服了现有技术中以扇区作为组播用户带来的业务控制粒度粗、组播用户之间业务相互干扰的缺点，可以满足组播业务多样的营运需求。

Description

一种组播业务应用的方法及系统
技术领域
本发明涉及宽带无线接入技术领域，具体来说，涉及到宽带无线接入中的可控组播技术。
背景技术
WIMAX(World Interoperability for Microwave Access全球微波接入互操作系统)是一种无线宽带接入技术，基于WIMAX标准开发的宽带无线接入设备，同时支持无线接入和宽带业务。IEEE 802.16定义了WIMAX的技术标准，主要是定义了工作于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，IEEE 802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准(对应的主流标准是802.16d)和移动宽带无线接入空中接口标准(对应的主流标准是802.16e)。
802.16d和802.16e规范定义的空中接口协议栈模型如图1所示，协议栈包括数据控制平面和管理平面，其中数据控制平面由物理层和媒质接入控制层(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)；与控制平面对应的管理平面则分为特定服务汇聚子层管理实体、公共部分管理子层管理实体、安全子层管理实体和物理层管理实体。
现有技术中基于WIMAX(IEEE 802.16d/e/f/g)标准开发的设备通常的逻辑结构如图2所示：
所述的设备通常分为BS(Base Station基站)侧和SS(SubscriberStation用户站)侧。
其中BS负责完成802.16协议处理和宽带业务控制，一般有RF(RadioFrequency，射频)、WIMAX PHY(Physical layer，物理层)、WIMAX MAC、LSW(Lanswitch 以太网交换机)等逻辑处理部件。其中，LSW完成Ethernet报文的交换功能，MAC和PHY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分布在BS对应的信号发射区，负责完成802.16协议处理。
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播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。
可控组播业务系统是在IP组播技术基础上发展而来的组播业务应用系统，一般由组播用户、组播服务器和组播管理器组成，其中的组播管理器一般包含协议处理模块、组播用户权限管理模块、组播数据转发控制模块和信令SIG模块。
其中：组播用户作为组播数据的接收者，接收终端发送的Report(报告)报文或Leave(离开)报文，向组播管理器请求加入或退出指定的组播组。
组播服务器是组播数据的发送者，组播服务器通过网络接口向网络发送组播数据。
组播管理器，用来控制组播用户的接入，一般承载于接入通信设备(如DSLAM数字用户线接入复接器)中，其中的组播用户权限管理模块定义组播用户的权限，即规定了组播用户允许加入的组播组和不允许加入的组播组，在组播用户加入组播组时认证组播用户的权限；组播数据转发控制模块控制是否向指定组播用户复制特定组播数据。
如果用户要加入组播组会发送Report报文，报文中包含需要加入的组IP，协议处理模块解释出报文参数，权限管理模块进行鉴权，组播数据转发控制模块根据鉴权结果来控制向用户复制或不复制组播数据，当收到组播用户请求离开组播组的Leave报文，组播数据转发控制模块控制SIG模块停止向组播用户复制组播数据。
现有技术方案通常选择BS扇区作为组播用户，一个BS扇区中的SS都属于同一个组播域。如图3所示：其中的BS分4个扇区，则一个BS最多只能区分4个组播用户。这种方案中组播用户是由扇区ID标识的，即扇区作为组播控制单元和数据复制单元，所有组播管理器的权限配置也是基于扇区的，即一个扇区下的所有SS拥有相同的权限。
组播用户上线时，扇区下的任一个SS下的数字终端设备，如PC、TV+STB等，发起加入组播组的请求，SS接收该请求报文Report后对其进行802.16格式封装，从空中接口发送到BS，BS捕获请求报文并送组播管理器处理，组播管理器判断组播用户的权限，如果鉴权通过则BS向扇区复制组播数据，扇区下的所有SS均可接收组播数据。
组播用户下线时，扇区下的任一个SS下的数字终端设备发起离开组播组的请求(Leave报文)，请求报文经过SS、空中接口进入BS，BS捕获请求报文并送组播管理器处理。组播管理器控制BS停止向扇区复制组播数据，扇区下的所有SS均停止接收组播数据。
从上面的描述可以看出，现有技术中以扇区作为组播用户有以下缺点：
可控粒度粗，不适合组播应用业务(如网络电视IPTV、视频会议等)的开展。由于现有技术中组播用户只区分到扇区等级，组播管理器无法管理到扇区下的每个SS，无法满足每个SS不同的业务需求。
同一个扇区的SS相互之间存在干扰。由于现有方案将整个扇区下的所有SS选取为一个管理对象，只要该扇区下的某一个SS离开组播组，BS则认为该扇区(组播用户)不需要组播数据了，停止向该扇区转发数据，导致其他SS也收不到数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组播业务应用的方法和系统，以解决现有技术中以扇区作为组播用户带来的业务控制粒度粗、组播用户之间相互干扰的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种组播业务应用的方法，所述的方法包括如下步骤：
a、组播管理器接收到组播用户用户站SS的加入组播组的请求后控制基站BS将组播数据转发到组播组业务流；
b、所述的组播管理器控制所述的SS接收所述的组播数据，所述的SS将接收到的组播数据转发到终端。
其中步骤a之前还包括：
在BS上为组播组分配用于承载组播数据的业务流标识SFID，并配置分类器规则。
其中步骤a具体包括：
a1、所述的SS收到终端的加入组播组的请求后将其转发给所述的BS，所述的BS将所述的请求转发给所述的组播管理器处理；
a2、所述的组播管理器中的信令SIG模块根据数据转发控制模块的指令控制基站BS将组播数据转发到组播组业务流。
其中步骤b具体包括：
b1、所述的SIG模块向所述的SS发送动态业务增加请求DSA-REG消息，所述的SS收到所述的DSA-REG消息后回应动态业务增加响应DSA-RSP消息，所述的BS和所述的SS之间建立业务流连接；
b2、组播数据通过所述的业务流连接从所述的BS下行到所述的SS，SS接收所述的组播数据后将其转发到所述的终端。
其中步骤a1具体包括：
a11、所述的终端向所述的SS发送报告Report报文，SS将所述的报文调制成无线信号通过空中接口发送；
a12、所述的BS接收到所述的无线信号后将其还原并送入以太网交换机LSW处理，LSW将还原后的报文送入所述的组播管理器中的协议处理模块；
其中步骤a2具体包括：
a21、所述的协议处理模块对所述的报文进行处理后，所述的数据转发控制模块通知所述的SIG模块复制所述的组播数据；
a22、所述的SIG模块激活所述的BS中的媒体接入控制层MAC的组播业务流，BS将所述的组播数据转发到所述的组播组业务流。
其中步骤a还包括：
所述的组播管理模块对所述的SS进行权限鉴别，如果鉴权通过则数据转发控制模块通知SIG模块将所述的组播数据转发到所述的组播组业务流。
其中步骤a之前还包括：
针对所述的SS配置用户权限。
其中步骤b之后还包括：
c、所述的终端离开所述的组播组时，所述的组播管理模块中的组播数据转发控制模块通知所述的SIG模块停止向所述的SS复制所述的组播数据。
其中步骤c具体包括：
c1、所述的终端发送离开Leave报文给所述的SS，所述的SS将所述的报文转发到所述的BS，所述的协议处理模块接收BS转发的所述报文后进行处理；
c2、所述的组播数据转发控制模块通知所述的SIG模块停止向所述的SS复制所述的组播数据，所述的SIG模块根据所述的通知去激活所述的BS中的MAC的组播组业务流，并且向所述的SS发送动态业务删除请求DSD-REQ消息，所述的SS释放业务流资源后向所述的BS回应动态业务删除响应DSD-RSP消息，删除所述的动态业务流。
其中步骤c具体包括：
所述的协议处理模块每隔一定时间向所述的SS发送组播通用查询，如果所述的SS长时间没有发送响应报文，所述的的组播数据转发控制模块通知所述的SIG模块停止向所述的SS复制组播数据，所述的SIG模块根据所述的通知去激活所述的BS中的MAC的组播组业务流，并且向所述的SS发送动态业务删除请求DSD-REQ消息，所述的SS释放业务流资源后向所述的BS回应动态业务删除响应DSD-RSP消息，删除所述的动态业务流。
本发明还提供了一种组播业务应用的系统，包括BS、终端、通信网络和组播服务器，SS和组播管理器，其中：
SS用来作为组播用户接收组播数据后向终端转发；
组播管理器用来控制所述的BS向所述的SS复制所述的组播数据；
BS接收组播数据后根据所述的组播管理器的指令将所述的组播数据复制到所述的SS。
其中所述的组播管理器还用来对所述的SS进行权限鉴别。
本发明克服现有技术的不足，采用以无线宽带业务接入的基本单元SS作为组播用户，将SS作为组播控制单元和数据复制单元，组播管理器在接收到SS的加入组播组请求后控制BS向SS转发组播数据，然后由SS对组播数据进行处理后转发到终端的技术方案，克服了现有技术中以扇区作为组播用户带来的业务控制粒度粗、组播用户之间业务相互干扰的缺点，可以满足组播业务多样的营运需求。
附图说明
图1为802.16协议定义的空中接口协议栈模型图；
图2为基于WIMAX标准开发的设备的逻辑架构图；
图3为现有技术中基于WIMAX标准设备的组播业务应用示意图；
图4为本发明实施例系统图；
图5为本发明实施例中BS逻辑框图；
图6为本发明实施例流程图。
具体实施方式
本发明的基本原理是在组播业务开展时以SS为组播用户，将SS作为组播控制单元和数据复制单元，组播管理器在接收到SS的加入组播组请求后控制BS向SS转发组播数据，然后由SS对组播数据进行处理后转发到终端。
以下具体说明：
如图4所述，本发明实施例中的组播业务应用的系统由终端(如PC、TV+STB)、SS、BS、组播管理器、通信网络和组播服务器组成，其中：
组播服务器负责向通信网络发送组播数据；
通信网络用来将组播服务器发送的组播数据分发到不同的BS；
BS接收组播数据后根据组播管理器的指令将组播数据复制到SS；
组播管理器根据SS的请求控制BS将组播数据复制到SS；
SS作为组播用户向BS转发终端加入/离开组播组的请求并将接收到的组播数据转发到下面的终端；
终端负责处理组播数据，并发送IGMP协议的Report报文和Leave报文到SS。
本实施例中组播管理器承载于BS，BS系统构成如图5所示：
BS由逻辑器件RF、PHY、、MAC、LSW和组播管理器组成，其中的组播管理器包括协议处理模块、权限管理模块、数据转发控制模块及SIG(signal信令)模块组成。
其中：
PHY完成WIMAX标准的物理层处理，LSW则完成二层交换功能并捕获IGMP报文送协议处理模块处理，MAC完成WIMAX标准的MAC层处理，包括根据SIG模块指令将组播数据转发到组播组业务流。
组播管理模块中：
协议处理模块主要完成IGMP协议栈功能，包括IGMP协议解释、组播组状态和组播成员状态的维护，权限管理模块主要完成组播用户权限的定义和鉴别功能，数据转发控制模块向SIG模块发送指令控制BS向指定SS复制组播数据。
SIG模块是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802.16MAC的信令消息控制组播数据复制到SS。
802.16协议中定义的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。其中的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(虚拟局域网)、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。
为了使BS的组播数据能复制到SS，需要配置以下业务流：
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。
此外，在组播用户上线前需要先针对每个组播用户配置权限，由于组播用户是由SS来标识的，因此组播用户的权限设置是针对SS的。
当SS下的数字终端需要加入组播组时，会发送Report报文，报文中包含了需要加入的组播组。SS接收到该Report报文后对报文进行802.16格式封装并调制成无线信号通过Report/Leave报文业务流从空口发送出去，BS的RF和PHY单元接收并还原来自SS的无线信号，MAC单元去掉报文的802.16格式封装，LSW捕获该请求报文并送组播管理器处理。
组播管理器中的协议处理模块解释报文获取IGMP报文参数，识别出组播成员的动作是加入某个组播组，于是由权限管理模块进行用户权限鉴别，数据转发控制模块根据鉴权结果决定是否向SS复制数据，如果鉴权通过则向SIG模块发送指令，SIG模块收到数据转发控制模块的指令，激活MAC的组播组业务流，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组业务流。
SIG模块在控制组播数据复制到SS时，同时向SS发送DSA-REQ(动态业务增加请求)消息，该消息是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向BS回应DSA-RSP(动态业务增加响应)消息，BS与SS之间建立业务流连接，组播数据通过该业务流连接从BS下行到SS，这样SS就可以接收该组播组的数据了。
当SS下的数字终端需要离开组播组时，会发送Leave报文，报文中包含了需要离开的组播组。Leave报文进入SS，SS对报文进行802.16格式封装并调制成无线信号通过Report/Leave报文业务流从空口发送出去，BS的RF和PHY单元接收并还原来自SS的无线信号，MAC单元去掉报文的802.16格式封装，LSW捕获该请求报文并送组播管理器处理。
组播管理器中的协议处理模块解释报文获取IGMP报文参数，识别出组播成员的请求是离开某个组播组，于是数据转发控制模块通知SIG模块停止向SS复制组播数据，SIG模块收到数据转发控制模块的指令，去激活MAC的组播组业务流，并且向SS发送DSD-REQ(动态业务删除请求)消息，该消息是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。
具体的流程如图6所示：
1、针对每个组播用户配置权限，由于组播用户是由SS来标识的，因此组播用户的权限设置是针对SS的。
2、在BS上为每个组播组分配一条业务流标识(SFID)用于承载组播数据，并配置分类器规则。
3、当SS下的数字终端(如PC)运行组播程序，发出以太网帧封装的IGMPReport报文进入SS；
4、SS对报文进行802.16d/e格式封装，调制成无线信号通过空中接口发送出去；
5、BS接收信号并还原成IGMP报文并送组播管理器处理；
6、组播管理器的协议处理模块对组播报文进行协议解释，如果是IGMPReport报文送权限管理模块；
7、权限管理模块根据保存的用户权限信息进行组播用户权限鉴别；
8、如果鉴权失败则转步骤12，流程结束；如果鉴权通过，转步骤9；
9、数据转发控制模块通知SIG模块将组播数据复制到SS，BS收到组播数据后查找分类器规则并将组播数据送入相应的组播组业务流，在空口上广播，同时向SS发送DSA-REQ消息，SS根据DSA-REQ消息建立与BS之间的业务流连接，SS接收该组播数据；
10、SS将组播数据转发到终端，终端收到组播数据；
11、组播成员离开组播组；
12、结束。

Claims (12)

1、一种组播业务应用的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
a、组播管理器接收到组播用户用户站SS的加入组播组的请求后控制基站BS将组播数据转发到组播组业务流；
b、所述的组播管理器控制所述的SS接收所述的组播数据，所述的SS将接收到的组播数据转发到终端。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤a之前还包括：
在BS上为组播组分配用于承载组播数据的业务流标识SFID，并配置分类器规则。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a具体包括：
a1、所述的SS收到终端的加入组播组的请求后将其转发给所述的BS，所述的BS将所述的请求转发给所述的组播管理器处理；
a2、所述的组播管理器中的信令SIG模块根据数据转发控制模块的指令控制基站BS将组播数据转发到组播组业务流。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b具体包括：
b1、所述的SIG模块向所述的SS发送动态业务增加请求DSA-REG消息，所述的SS收到所述的DSA-REG消息后回应动态业务增加响应DSA-RSP消息，所述的BS和所述的SS之间建立业务流连接；
b2、组播数据通过所述的业务流连接从所述的BS下行到所述的SS，SS接收所述的组播数据后将其转发到所述的终端。
5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a1具体包括：
a11、所述的终端向所述的SS发送报告Report报文，SS将所述的报文调制成无线信号通过空中接口发送；
a12、所述的BS接收到所述的无线信号后将其还原并送入以太网交换机LSW处理，LSW将还原后的报文送入所述的组播管理器中的协议处理模块；
步骤a2具体包括：
a21、所述的协议处理模块对所述的报文进行处理后，所述的数据转发控制模块通知所述的SIG模块复制所述的组播数据；
a22、所述的SIG模块激活所述的BS中的媒体接入控制层MAC的组播业务流，BS将所述的组播数据转发到所述的组播组业务流。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤a还包括：
所述的组播管理模块对所述的SS进行权限鉴别，如果鉴权通过则数据转发控制模块通知SIG模块将所述的组播数据转发到所述的组播组业务流。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中步骤a之前还包括：
针对所述的SS配置用户权限。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤b之后还包括：
c、所述的终端离开所述的组播组时，所述的组播管理模块中的组播数据转发控制模块通知所述的SIG模块停止向所述的SS复制所述的组播数据。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中步骤c具体包括：
c1、所述的终端发送离开Leave报文给所述的SS，所述的SS将所述的报文转发到所述的BS，所述的协议处理模块接收BS转发的所述报文后进行处理；
c2、所述的组播数据转发控制模块通知所述的SIG模块停止向所述的SS复制所述的组播数据，所述的SIG模块根据所述的通知去激活所述的BS中的MAC的组播组业务流，并且向所述的SS发送动态业务删除请求DSD-REQ消息，所述的SS释放业务流资源后向所述的BS回应动态业务删除响应DSD-RSP消息，删除所述的动态业务流。
10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中步骤c具体包括：
所述的协议处理模块每隔一定时间向所述的SS发送组播通用查询，如果所述的SS长时间没有发送响应报文，所述的的组播数据转发控制模块通知所述的SIG模块停止向所述的SS复制组播数据，所述的SIG模块根据所述的通知去激活所述的BS中的MAC的组播组业务流，并且向所述的SS发送动态业务删除请求DSD-REQ消息，所述的SS释放业务流资源后向所述的BS回应动态业务删除响应DSD-RSP消息，删除所述的动态业务流。
11、一种组播业务应用的系统，其特征在于，所述的系统包括BS、终端、通信网络和组播服务器，SS和组播管理器，其中：
SS用来作为组播用户接收组播数据后向终端转发；
组播管理器用来控制所述的BS向所述的SS复制所述的组播数据；
BS接收组播数据后根据所述的组播管理器的指令将所述的组播数据复制到所述的SS。
12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的组播管理器还用来对所述的SS进行权限鉴别。
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