CN101193331B - 移动状态下的组播接收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动状态下的组播接收系统及方法。现有组播路由技术无法满足高速移动局域网组播服务接收质量。为解决上述问题，本发明移动状态下的组播接收系统及方法中，位置/网络查找服务器通过全球定位系统获得当前移动状态下的组播接收系统所在的地理位置，根据所述地理位置对应找到当前的地面网络拓扑，然后根据该地面网络拓扑通过组播路由器控制射频调制解调收发装置接收地面网络的数据，实现自身所在的移动局域网与地面网络的接入，之后，移动局域网中的移动终端通过网络接入服务器与地面网络实现通信。本发明适用于组播路由接入领域。

Description

移动状态下的组播接收系统及方法

技术领域

本发明涉及一种移动状态下的组播接收系统及方法。

背景技术

组播技术是一种多点对多点通信的技术，对组播技术的基本特性在RFC1112中有所描述。利用组播技术我们可以方便地实现将诸如多媒体数据从服务器向多个客户端的传送，不论有多少个客户端，服务器都只需要发送一次，由此可见，组播技术既能够节约网络资源，又能够降低服务器的工作负荷。

组播技术中的组是一个逻辑上的概念，并非一个固定的物理实体组，任何能够访问网络资源的终端都可以加入组播组，而不受其自身的物理位置和已有的组成员数量的制约。终端利用IGMP(用于IPv4网络)或者MLD(用于IPv6网络)在局域网范围内完成加入组的过程。

通过建立组播分发树我们能够实现组播数据的传输，目前，IETF已经制定了多个组播路由协议如PIM-SM、CBT等等，用于建立和维护组播分发树，组播分发树的每个节点都是一台支持组播的路由器，最下游的节点路由器直接连接着分布有组成员的局域网，分发树的最上游节点路由器分为两种，一种是组播服务器所在网络的路由器(这种分发树称之为源分发树，或最短路径树)，另一种是网络上某个指定的路由器(这种分发树称之为共享分发树)。组播数据从上游节点逐级向下游发送，在每个节点有下游分支的时候才进行数据的复制。组播分发树的建立是一个从下游向上游逐渐汇聚的生成过程，处在局域网内部的终端申请加入某个组之后，局域网的路由器查找这个组的分发树最上游节点的方位，然后向该方向发送Join申请，其上游的组播路由器接收到Join申请后，再向其上游方向发送，经过这样一系列的Join发送后，一直到达最上游根节点或者某个已经位于分发树上的节点，形成一个新的分支。从组播分发树的生成过程来看，这是一个需要比较长的时间的过程，从终端申请加入组，直到最后生成分发树，再到第一个组播数据沿着分发树的分支下发到局域网，所需时间可能达到分钟级别。

随着网络的普及，人们对移动过程中的通信需求也日益强烈，故此，IETF又陆续发布了支持移动IPv4和移动IPv6的协议RFC3344和RFC3775，人们可以带着便携式计算机或者其他移动终端到酒店、机场、咖啡馆等地点接入网络，但是对于移动状态下的组播接收，这些协议提供的支持就不能满足需要。美国专利局公开号为US20040137901名为“Verticalhandover method by IP multicast”的一项专利申请提出了一种个人移动终端在移动过程中使用组播业务的办法，但其前提是移动终端必须类似于手机用户那样在某地注册入某个运营商的网，而对于便携式计算机等并不依赖于某个运营商的移动设备，用这种方法就不可行。

另外对于高速移动的通信终端，比如在火车、飞机上的用户如果想使用组播服务，诸如收看视频新闻、浏览股票市场行情等，由于组播分发树的建立需要一定的时间，利用目前的技术很难保证服务质量，结果往往是用户还没有收到数据，就已经离开了服务区，因此有必要为这些移动状态下的用户提供保证质量的组播服务。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种能够提高高速移动局域网组播服务接收质量的移动状态下的组播接收系统及方法。

为了达到上述发明目的，本发明移动状态下的组播接收系统，包括：

支持移动IP功能的组播路由器：分别与位置/网络查找服务器、射频调制解调收发装置、网络接入服务器相连；

位置/网络查找服务器：记录地理位置和地面网络拓扑的对应关系；

全球定位系统：与位置/网络查找服务器连接，对移动状态下的组播接收系统进行定位；

射频调制解调收发装置：实现移动状态下的组播接收系统与路基或天基的网络接入；

网络接入服务器：实现移动局域网与移动终端的连接；

局域网链路：一端与网络接入服务器相连，一端与用户终端相连，将移动终端接入移动局域网；

其中，位置/网络查找服务器通过全球定位系统获得当前移动状态下的组播接收系统所在的地理位置，根据所述地理位置对应找到当前的地面网络拓扑，然后根据该地面网络拓扑通过组播路由器控制射频调制解调收发装置接收地面网络的数据，实现自身所在的移动局域网与地面网络的接入，之后，移动局域网中的移动终端通过网络接入服务器与地面网络实现通信。

上述的移动状态下的组播接收系统中，局域网链路与移动终端为有线连接。

上述的移动状态下的组播接收系统中，局域网链路与移动终端为无线连接。

一种移动状态下的组播接收方法，包括以下步骤：

(1)位置/网络查找服务器通过全球定位系统获得当前移动状态下的组播接收系统所在的地理位置；所述组播接收系统位于移动局域网内；所述位置/网络查找服务器和所述全球定位系统相连，均位于所述组播接收系统内；

(2)所述位置/网络查找服务器根据所述地理位置对应找到当前的地面网络拓扑，然后根据该地面网络拓扑通过组播路由器控制射频调制解调收发装置接收地面网络的数据，实现自身所在的移动局域网与地面网络的接入；所述组播路由器和所述射频调制解调收发装置均位于所述组播接收系统内；所述组播路由器分别与所述位置/网络查找服务器、所述射频调制解调收发装置、网络接入服务器相连；

(3)所述移动局域网中的移动终端通过所述网络接入服务器与地面网络实现通信；所述网络接入服务器位于所述组播接收系统内。

采用本发明所述方法和装置，能够使移动局域网在各个网络间漫游时，能够及时、不间断或间断很少地接收组播数据流。

附图说明

图1是本发明的一个典型的应用场景的地面网络拓扑示意图；

图2是本发明移动局域网内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

描述中所利用的只是一种优选应用场景，而本发明的思想应用范围不仅仅局限于此实例，同样的或类似的思想可以应用到多种场景。

图1所示为地面网络拓扑示意图，其中，101是组播节目源服务器，111至115都是组播路由器，121至125是射频基站设备，131至135分别是121至125对应的服务区，121基站所连接的是112路由器，同时121基站所在的服务区也是本描述实例中移动局域网141的家乡网络区域，该移动局域网可能位于火车、飞机等高速移动的载体上。组播源101通过SDP(Session Description Protocol)或Web页面等途径公告它所提供的组播服务，其不断地向它的组播数据对应的组播分发树根节点111发送组播数据流，移动局域网141在家乡区域时，通过组播路由器112接收该组播节目，当移动局域网高速移动到122、123等外地网络区域时，通过本发明中所使用的方法和系统实现高质量的节目接收。

在飞机或者火车这类高速移动的场所，在其内部可以构建一个局域网，即图1中的移动局域网141，其内部结构如图2所示，在图2中，201是支持组播的路由器，202是位置/网络查找服务器，203是GPS定位系统，204是射频调制解调收发装置，205是网络接入服务器，206是局域网通信链路，可以是有线链路也可以是无线链路，207和208是用户终端设备，通过205接入局域网。

移动局域网141的各个构成部分中，201、202、204和205并不一定都是单独存在的物理实体，它们也可以全部或部分地结合在一起。各部分的关系和作用如下：

组播路由器201不仅要提供通用路由器的所有功能，还要支持移动IP功能和组播功能；

位置/网络查找服务器202保存并实时维护一个数据库，该数据库记录了地理位置与地面网络拓扑的对应关系，根据当前得到的位置参数，能够查找到当前网络的邻居网络情况，并且202具有管理接口和维护接口，移动局域网141的管理员负责管理和维护，管理员可以事先确定移动局域网的运行轨迹(适合于飞机和火车)并输入202，管理员也可以通过手工修改数据库内容更新地面网络拓扑的变动，202自身也可以利用从201接收到的信息动态维护数据库；

通过GPS系统203的定位功能，202就可以实现这一位置/网络定位查找功能；

射频调制解调收发装置204能够实现对陆基的或天基的网络接入，204包括调制解调器和天线系统，天线系统可以采用自适应天线，可根据环境调整发射功率和波束方向，并可以进行接收选择，并提供对多种无线接入方式的支持，支持多种无线通信协议；

网络接入服务器205提供各种物理层和链路层适配接口；

局域网链路206为有线或无线连接，或二者结合，以支持各类移动终端。

当移动局域网141在家乡网络131时，会不断地收到家乡网络的路由器公告，205通过121由组播路由器112控制的本地网络接入Internet，在141内部的用户除了可以进行正常的单播通信，还可以使用组播服务，用户207加入了一个新闻组，收看视频新闻，202周期性地向112发送IGMP或者MLD报文。此时管理员为202输入移动局域网的运行轨迹，因此202可以预先获知沿着轨迹的下一个网络的情况。当141开始移动时，203会实时地把当前移动局域网141所处的位置报告给位置/网络查询服务器202，202通过分析当前数据和历史数据便可以判断该移动局域网的运动方向以及与下一个网络的距离，同时即使141偏离了原先预定的轨迹，202也能够根据位置信息从数据库中查询出其周围的邻居网络情况。

当141向外地网络132漫游时，为了使在移动局域网141中的用户207仍能够不间断地接收到组播数据流，移动局域网141将采用预加入的方式向控制132的组播路由器113提出 加入申请。首先，203向202报告移动局域网141的位置信息，然后202按照前述方法查出下一个网络的信息，并在适当的时间通知路由器201向控制132的组播路由器113提出预加入申请(以便113有足够的时间加入组播分发树，建立组播路由)，这个申请是由当前网络的路由器112转发的，另外位置/网络查询服务器202还要向调制解调装置204提供下一网络信息，以便调制解调装置进入采用不同于前一网络接入方法的新网络时，能够预先做好自动切换链路的准备。当141到达两个网络覆盖范围的重叠区域时，141将会收到新抵达网络的路由器公告，此时141便可以使用新网络的参数配置自身，并准备切换接收新网络的组播数据流，直接向新网络发送IGMP/MLD申请，此后，141将完全进入新的网络开始接收新网络的组播流。

移动局域网的路由器所发送的组播组预加入申请内容包括但不限于：申请加入的组地址，需要组播数据的无线接入点信息，对服务质量级别的要求，以及告知对方自己的预加入申请权限等等，其直接通过当前网络的路由器向下一网络的相应接入的路由器发出预加入申请信息，下一网络的路由器确认该请求合法后即开始建立组播路由，当移动中的网络到达后，就能够无缝地接受组播数据流，而移动用户并不知道自己已经跨越了多个网络区，依然能够享受连续的服务。

地面或其他的固定网络提供对移动局域网接入的支持，可以通过采用支持城域网的无线接入技术实现，支持移动局域网的组播组预加入机制，在接收到预加入申请后，验证该申请的权限，如申请合法则利用组播路由协议建立组播分发树，并向申请中所指的无线接入点转发组播数据流。

当移动局域网141继续漫游时，在每个网络内都根据141当前位置进行下一网络查找，并利用当前网络向下一个网络发送组播组预加入申请。

上面所描述的是本发明的优选实施方式，但本发明中所提出的方法也同样可以应用到其它实施方式下，比如，低速移动的网络也可以采用本发明的方法。通过本发明的组播接收系统和方法，处在移动状态下的用户无论是在飞机、火车等高速移动的网络还是汽车、船舶等低速移动的网络中，都能够无间断地使用组播服务。

Claims (4)

1.一种移动状态下的组播接收系统，其特征在于：包括：

支持移动IP功能的组播路由器：分别与位置/网络查找服务器、射频调制解调收发装置、网络接入服务器相连；

位置/网络查找服务器：记录地理位置和地面网络拓扑的对应关系；

全球定位系统：与位置/网络查找服务器连接，对移动状态下的组播接收系统进行定位；

射频调制解调收发装置：实现移动状态下的组播接收系统与路基或天基的网络接入；

网络接入服务器：实现移动局域网与移动终端的连接；

局域网链路：一端与网络接入服务器相连，一端与用户终端相连，将移动终端接入移动局域网；

其中，位置/网络查找服务器通过全球定位系统获得当前移动状态下的组播接收系统所在的地理位置，根据所述地理位置对应找到当前的地面网络拓扑，然后根据该地面网络拓扑通过组播路由器控制射频调制解调收发装置接收地面网络的数据，实现自身所在的移动局域网与地面网络的接入，之后，移动局域网中的移动终端通过网络接入服务器与地面网络实现通信。

2.根据权利要求1所述的移动状态下的组播接收系统，其特征在于：局域网链路与移动终端为有线连接。

3.根据权利要求1所述的移动状态下的组播接收系统，其特征在于：局域网链路与移动终端为无线连接。

4.一种移动状态下的组播接收方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)位置/网络查找服务器通过全球定位系统获得当前移动状态下的组播接收系统所在的地理位置；所述组播接收系统位于移动局域网内；所述位置/网络查找服务器和所述全球定位系统相连，均位于所述组播接收系统内；

(2)所述位置/网络查找服务器根据所述地理位置对应找到当前的地面网络拓扑，然后根据该地面网络拓扑通过组播路由器控制射频调制解调收发装置接收地面网络的数据，实现自身所在的移动局域网与地面网络的接入；所述组播路由器和所述射频调制解调收发装置均位于所述组播接收系统内；所述组播路由器分别与所述位置/网络查找服务器、所述射频调制解调收发装置、网络接入服务器相连；

(3)所述移动局域网中的移动终端通过所述网络接入服务器与地面网络实现通信；所述网络接入服务器位于所述组播接收系统内。

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