CN101635634A - 一种基于标识的组播管理方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于标识的组播管理系统，包括组播源，接收节点，用于接收所述接收节点的组播加入请求的AR，用于向所述AR分配适用于接收节点MGI的MC，用于和所述的AR建立路由并向所述MC传递组播状态信息的MR。本发明实现基于节点标识的管理，保证了进入网络的组播源数据的安全性，同时保证了节点更换网络接入位置后仍维持自己的组播业务状态，且能够应用于任何类型的网络。

Description

一种基于标识的组播管理方法与系统

技术领域

本发明涉及一种基于标识的组播管理方法与系统。

背景技术

随着Internet的迅速普及以及一些高带宽应用(如视频会议，视频点播等等)的发展，网络拥塞显得越来越严重，于是人们提出各种解决网络拥塞的方案，而组播(Multicast)正是其中比较有优势的一项技术。组播是一个发送者或多个发送者将数据同时发送给一组(多个)接受者而只用发送一份数据。它能够有效的解决传统的单播协议在处理一对多和多对多的通信问题中遇到的数据传输效率问题以及广播技术无法有效处理数据而造成网络拥塞和带宽浪费的缺陷。

但是组播技术一直未能得到大规模的应用和商业部署，这主要是由于组播一方面具有灵活自由的特点，但同时也造成其可管可控难度较高，比如，可能由于配置不当造成的组播数据泛洪，造成路由器处理单播数据速度减慢，影响其它的TCP连接。

因此工业界和学术界普遍认为制约组播部署的一个主要原因是缺乏行之有效的组播管理机制，即所谓的“No management，no multicast”。

与本发明相关的现有技术1：

如下表1所示，为一组播管理工具。

表1组播管理工具汇总

现有技术1的缺点：

虽然上述组播管理工具可以提供一些重要的组播相关信息，以便网络管理人员对组播业务进行监控和管理，但是所有的上述工具都旨在实现各自期望的特定功能。在实际操作中有如下缺陷：

功能单一，大部分工具集中在获取特定的组播信息，扩展性差；

操作复杂；

缺乏有效的管理平台和架构。

与本发明相关的现有技术2：

为了实现IP组播的可管可控，上海贝尔阿尔卡特股份有限公司提出的专利《一种网络接入设备中用户接口组播管理方法及其装置》通过在网络接入设备中为用户接口设置用户组播信息表，IGMP协议处理单元获取用户IGMP消息中的用户标识信息，并根据组播消息类型，检索、更新用户组播信息表；当该用户接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当某一组播组用户信息表为空时，可立即终止该组播过程，直接快速离开，同时结合组播状态表项的使用，该发明旨在提高网络接入设备的组播频道切换速度和性能。

由华为技术有限公司提出的专利《对同一接入端口下多台终端进行组播管理的方法》设置同一个接入端口下各组播终端的终端编号；同一接入端口下不同组播终端在构造因特网组播管理协议报告报文或离开报文时，将终端编号填入因特网组播管理协议报文的未用字段中；路由器侧设备通过分析收到的因特网组播管理协议报告报文和离开报文中的未用字段，区分同一接入端口下的各组播终端；该发明旨在扩展IGMP报文以实现区分一个物理端口下的多个终端。

由中兴通讯股份有限公司提出的专利《一种接入设备的组播管理方法》预先在接入设备上设置组播管理信息，该组播管理信息包括：组播源、组播源对应的组播VLAN标识和该组播VLAN对应的组播组地址范围；接入设备收到用户的组播加入请求时，获取该加入请求中的组播组地址和用户的VLAN标识；根据所述组播组地址和预设的组播组地址范围查询该组播组地址对应的组播源和对应的组播VLAN标识；设置接入设备的组播转发表，将所述组播请求的用户端口加入所请求的组播组，并设置从所查询到的组播VLAN标识到所述用户VLAN标识的转换关系。

上述方法的根本思路主要是通过标识各个接收节点来实现组播服务过程中对于每个接收者认证、管理等控制功能。

现有技术2的缺点：

虽然通过标识节点可以实现对于具体接收者的管理，以及对于组播服务的调整，但是组播管理应该具有更多的含义，上述方案涉及的组播管理功能过于简单，此外，单纯标识接收节点还不足以实现全面的组播管理，比如，由于缺乏对于组播源数据的管理和控制，可能造成恶意节点在网络中泛洪大规模的组播数据而使得网络性能下降，这些发明也没有必要的机制来建立和维护每个接收节点对于特定组播组的使用信息。而从管理的角度来看，这些方法也没有建立独立于数据承载层面的管理结构，扩展性较差。

发明内容

本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种基于标识的组播管理方法与系统。

本发明的目的通过以下技术方案来达到：

一种基于标识的组播管理系统，包括组播源，接收节点，用于接收所述接收节点的组播加入请求的AR，用于向所述AR分配适用于接收节点MGI的MC，用于和所述的AR建立路由并向所述MC传递组播状态信息的MR。

一种基于标识的组播管理方法，包括以下步骤：

1)组播源注册：当源节点准备向网络中发送数据时，首先需要在MC上进行注册，当通过对该组播源的认证后，MC才会为该组播服务分配能够建立组播转发树的合法MGI；该注册请求消息包含二元组<ID_src，MSI>，其中的MSI为该组播源提供的组播服务标识，ID_src为组播源节点的标识；

2)当MC收到源注册消息的时候，则选取一个MGI地址，将此地址插入到MSI-MGI映射列表中，并返回给源节点，同时将<ID_src，MSI>作为合法的组播服务加入到可用的组播服务映射表中；源注册确认消息包含<ID_src，MSI，MGI>；源节点在收到此消息后就可以通过MGI向网络中发送组播数据；

3)当某一接收节点想要订购某一组播服务的时候，向MC发送组播服务注册消息，消息中携带<ID_rec，MSI>二元组，其中ID_rec为接收节点的标识；

4)当MC接收到此消息，并通过基于ID_rec的接收节点认证后，将<ID_rec，MSI>存储到组播成员管理表中，表示该节点对于组播服务的成功订购；

5)当节点想要开始接收组播数据时，向AR发送组播加入消息，其中含有二元组<ID_rec，MSI>；AR将根据此二元组向MC查询对应的MGI，根据预先配置以及MC的本地策略，MC在查询响应消息中回复适用于该AR所在网络状态或该接收节点的某一等级的MGI，并将此信息添加到组播成员管理表中；

6)AR可以根据该MGI为ID_rec建立组播转发数，中间的MR可以识别该MGI的等级以给予一定的QoS处理；

7)主播转发树建立成功后，AR就可以接收到发向接收节点的组播数据包，同时，AR开始进行对应<ID_rec，MSI，MGI>的使用信息记录；在数据传输过程中，当数据传输量或者该路由器的某一组播QoS参数超过预设门限时，MR和AR用“报告消息”向MC通告对应<ID_rec，MSI，MGI>的相关报告，而MC可以通过“命令消息”向MR和AR发送QoS的调整以及必要时的服务中断命令；同时，MC也可以用“请求消息”向MR和AR询问对应<ID_rec，MSI，MGI>的使用信息，而MR和AR以“响应消息”对其进行响应；

8)当接收节点希望中止接收某一组播组数据时，向AR发送组播离开消息，在调整对应组播路由的同时，AR将统计的组播使用信息向MC进行通告，并用<ID_rec，MSI，MGI>进行标识；

9)当接收节点希望取消某一组播服务时，向MC发送组播服务取消消息，来注销在MC上注册过的组播服务，此消息中携带<ID_rec，MSI，MGI>三元组；

10)MC收到组播服务取消消息时，将根据<ID_rec，MSI，MGI>三元组删除组播成员管理表中对应的关系，同时在组播计费表中记录此ID_rec对应服务的结束时间和流量信息。

本发明引入了MC功能实体进行基于标识的组播管理和控制，可具有以下优点：

1.可以实现基于节点标识的管理，其中的源认证机制保证了进入网络的组播源数据的安全性，其中的节点注册管理保证了对组播接收节点的管理；

2.该管理机制基于节点标识，保证了节点更换网络接入位置后仍维持自己的组播业务状态，且能够应用于任何类型的网络；

3.独立于组播数据传输的组播管理一方面保证了管理的高效以及可扩展性，同时实现了对于组播数据转发的监控；

4.分布式的信息采集保证了对于网络中组播业务运行状态的实时监控和故障发现；

5.将组播服务映射为多个分级的组播地址，以提供同一服务的分级处理，可以适用于不同的场景和用户群。

附图说明

图1基于标识的组播管理系统；

图2基于标识的组播管理处理流程图；

图3AR/MR与MC之间交互的消息结构图；

图4传输消息的选项格式；

图5MSI与MGI之间的映射表；

图6组播成员管理表；

图7MC上维护的组播业务计费表。

具体实施方式

图1为基于标识的组播管理系统，为了建立对于接收节点和组播源的控制和管理，组播的管理基于独立于节点接入位置的标识，该标识可以是节点的MAC地址，移动IPv6中的家乡地址，或者是一体化网络中的接入标识[6，7]。本发明统称之为节点的ID。传统的组播地址(MSI)仅限于标识某一组播业务，为了对同一组播业务进行分级划分以及QoS调整，本发明中核心网数据传输所用的组播地址为MSI经过一对多映射的组播组标识(MGI)，这个映射需要在MC上进行管理。多个映射后的MGI用于在网络中建立组播转发树且含有不同等级的标签，以便网络中组播路由器的区分对待。

当AR收到接收节点的组播加入请求时，向MC进行该MSI对应MGI的查询，MC根据接收节点的状态和信息来向AR分配适用于接收节点的某个MGI，当AR通过和MR建立路由，收到发给接收节点的组播数据包时，AR就会对接收节点进行基于时间或流量的使用信息统计。MC和AR/MR之间可以通过“请求和响应消息”来传递特定组播的状态信息，比如接收节点的数量、某一组播服务的带宽占用情况等等。当某一组播接收节点、组播源或者组播服务的某一状态超过预设门限时，AR/MR用“报告消息”向MC进行通告。而MC可以通过“命令消息”向AR和MR发送某些QoS调整或者服务中断等命令。

图2为本发明组播管理方法流程图，包括以下步骤：

1)组播源注册：当源节点准备向网络中发送数据时，首先需要在MC上进行注册，当通过对该组播源的认证后，MC才会为该组播服务分配能够建立组播转发树的合法MGI；该注册请求消息包含二元组<ID_src，MSI>，其中的MSI为该组播源提供的组播服务标识，ID_src为组播源节点的标识；

2)当MC收到源注册消息的时候，则选取一个MGI地址，将此地址插入到MSI-MGI映射列表中，并返回给源节点，同时将<ID_src，MSI>作为合法的组播服务加入到可用的组播服务映射表中；源注册确认消息包含<ID_src，MSI，MGI>；源节点在收到此消息后就可以通过MGI向网络中发送组播数据；

3)当某一接收节点想要订购某一组播服务的时候，向MC发送组播服务注册消息，消息中携带<ID_rec，MSI>二元组，其中ID_rec为接收节点的标识；

4)当MC接收到此消息，并通过基于ID_rec的接收节点认证后，将<ID_rec，MSI>存储到组播成员管理表中，表示该节点对于组播服务的成功订购；

5)当节点想要开始接收组播数据时，向AR发送组播加入消息，其中含有二元组<ID_rec，MSI>；AR将根据此二元组向MC查询对应的MGI，根据预先配置以及MC的本地策略，MC在查询响应消息中回复适用于该AR所在网络状态或该接收节点的某一等级的MGI，并将此信息添加到组播成员管理表中；

6)AR可以根据该MGI为ID_rec建立组播转发数，中间的MR可以识别该MGI的等级以给予一定的QoS处理；

7)主播转发树建立成功后，AR就可以接收到发向接收节点的组播数据包，同时，AR开始进行对应<ID_rec，MSI，MGI>的使用信息记录；在数据传输过程中，当数据传输量或者该路由器的某一组播QoS参数超过预设门限时，MR和AR用“报告消息”向MC通告对应<ID_rec，MSI，MGI>的相关报告，而MC可以通过“命令消息”向MR和AR发送QoS的调整以及必要时的服务中断命令；同时，MC也可以用“请求消息”向MR和AR询问对应<ID_rec，MSI，MGI>的使用信息，而MR和AR以“响应消息”对其进行响应；

8)当接收节点希望中止接收某一组播组数据时，向AR发送组播离开消息，在调整对应组播路由的同时，AR将统计的组播使用信息向MC进行通告，并用<ID_rec，MSI，MGI>进行标识；

9)当接收节点希望取消某一组播服务时，向MC发送组播服务取消消息，来注销在MC上注册过的组播服务，此消息中携带<ID_rec，MSI，MGI>三元组；

10)MC收到组播服务取消消息时，将根据<ID_rec，MSI，MGI>三元组删除组播成员管理表中对应的关系，同时在组播计费表中记录此ID_rec对应服务的结束时间和流量信息。

图3为本发明中AR/MR与MC之间交互的消息结构图，MC的引入可以实现组播控制层面和组播路由层面的分离，并实现控制层面对于组播数据转发的监控和管理。根据AR/MR和MC上的具体配置，需要的四种消息为请求、响应、报告和命令。AR/MR上有一个处理模块，并负责维护在AR/MR上的存储表，MC上有两个处理模块，分别处理来自AR/MR的消息和产生MC的消息，并维护在MC上的管理列表。

图4为传输消息的选项格式，四种交互消息(请求、响应、报告和命令)可以灵活选择信令消息进行传递，在本发明中不予限制，其中的“选项类型”用以标识四种消息的类型，为8bit长度，“保留”8bit作为功能扩展，“选项长度”为该选项消息的长度，在该消息中，包含源节点或接收节点的ID，组播服务ID以及组播组ID。最后包含对应三元组<ID，MSI，MGI>的可选“数据类型/值”对。

图5为MSI与MGI之间的映射表，为了在MC上建立对于组播的管理信息，需要建立组播服务，组播映射，组播成员，组播流量以及组播计费等表项，图5列举三个最基本的表项以示说明。为了建立对于组播的管理和控制，一个MSI可以对应多个MGI，并在MC上进行分配、维护和管理。图5的映射表维护了每一个经认证的合法组播源信息，及其对应的MSI和MC分配的对应MGI，以维护合法可用的组播服务。

图6所示为组播成员管理表，该表维护该组中所有注册用户的信息。建立基于接入标识的组播组标识和用户标识的映射关系，一方面可以有效地实现基于身份信息的组播管理以提供安全的组播，也可以实现独立于用户位置的组播信息管理以维护稳定的组播注册状态。组播成员管理表中用户信息和特定组的关系维护表明该用户进行过该组播组的服务订购，是该组播服务的潜在用户，需要用户通过AR向MC进行组播服务注册来建立。

图7为MC上维护的组播业务计费表，组播业务的计费信息维护基于用户的ID，用来记录每个用户对于组播业务的具体使用情况。因为组播的计费策略可以是基于节点加入组播时间的长短或者接收到的组播数据量，而且每个组播组的计费策略可能是不一样的，所以需要为每个用户根据具体的组播组统计独立的计费信息。要达到对于用户的组播业务使用计费信息维护，需要：

AR的协助，以分布式的方式记录和收集该AR下用户的组播使用信息；

AR在收到用户的退出消息后向MC报告该节点的退出，并携带组播使用信息。

除此之外，MC还需要维护各成员和AR之间的关系列表以及AR/MC之间的链接关系列表以及每个AR/MR上流量监测和运行状态的列表，在此不一一赘述。

本发明的缩略语和关键术语定义如下：

IP：Internet Protocol，互联网协议；

QoS：Quality of Service，服务质量；

AR：Access Router，接入路由器；

MR：Multicast Router，组播路由器；

MC：Multicast Controller，组播控制器；

ID：Identifier，标识；

AID：Access Identifier，接入标识；

MSI：Multicast Service Identifier，组播服务标识；

MGI：Multicast Group Identifier，组播组标识。

Claims (2)

1、一种基于标识的组播管理系统，其特征在于：包括组播源，接收节点，用于接收所述接收节点的组播加入请求的AR，用于向所述AR分配适用于接收节点MGI的MC，用于和所述的AR建立路由并向所述MC传递组播状态信息的MR。

2、如权利要求1所述系统的组播管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)组播源注册：当源节点准备向网络中发送数据时，首先需要在MC上进行注册，当通过对该组播源的认证后，MC才会为该组播服务分配能够建立组播转发树的合法MGI；该注册请求消息包含二元组ID_src，MSI，其中的MSI为该组播源提供的组播服务标识，ID_src为组播源节点的标识；

2)当MC收到源注册消息的时候，则选取一个MGI地址，将此地址插入到MSI-MGI映射列表中，并返回给源节点，同时将ID_src，MSI作为合法的组播服务加入到可用的组播服务映射表中；源注册确认消息包含ID_src，MSI，MGI；源节点在收到此消息后就可以通过MGI向网络中发送组播数据；

3)当某一接收节点想要订购某一组播服务的时候，向MC发送组播服务注册消息，消息中携带ID_rec，MSI二元组，其中ID_rec为接收节点的标识；

4)当MC接收到此消息，并通过基于ID_rec的接收节点认证后，将ID_rec，MSI存储到组播成员管理表中，表示该节点对于组播服务的成功订购；

5)当节点想要开始接收组播数据时，向AR发送组播加入消息，其中含有二元组ID_rec，MSI；AR将根据此二元组向MC查询对应的MGI，根据预先配置以及MC的本地策略，MC在查询响应消息中回复适用于该AR所在网络状态或该接收节点的某一等级的MGI，并将此信息添加到组播成员管理表中；

6)AR可以根据该MGI为ID_rec建立组播转发树，网络中的MR可以识别该MGI的等级以给予一定的QoS处理；

7)主播转发树建立成功后，AR就可以接收到发向接收节点的组播数据包，同时，AR开始进行对应ID_rec，MSI，MGI的使用信息记录；在数据传输过程中，当数据传输量或者该路由器的某一组播QoS参数超过预设门限时，MR和AR用“报告消息”向MC通告对应ID_rec，MSI，MGI的组播状态报告，而MC可以通过“命令消息”向MR和AR发送QoS的调整以及必要时的服务中断命令；同时，MC也可以用“请求消息”向MR和AR询问对应ID_rec，MSI，MGI的使用信息，而MR和AR以“响应消息”对其进行响应；

8)当接收节点希望中止接收某一组播组数据时，向AR发送组播离开消息，在调整对应组播路由的同时，AR将统计的组播使用信息向MC进行通告，并用ID_rec，MSI，MGI进行标识；

9)当接收节点希望取消某一组播服务时，向MC发送组播服务取消消息，来注销在MC上注册过的组播服务，此消息中携带ID_rec，MSI，MGI三元组；

10)MC收到组播服务取消消息时，将根据ID_rec，MSI，MGI三元组删除组播成员管理表中对应的关系，同时在组播计费表中记录此ID_rec对应服务的结束时间和流量信息。

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