CN101904132A - 通信系统中的多播数据流选择 - Google Patents

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Abstract

用于通信系统中进行多播数据流选择的设备和方法包括在服务实体和移动客户端之间提供中间服务器的第一步骤(300)。下一步骤(302)包括接收来自移动客户端的加入请求。下一步骤(304)包括导出子组，每个子组具有至少一个相关联的多播数据流。下一步骤(310)包括导出子组外部隧道。下一步骤(316)包括对于相关联的子组编码不同的数据流。下一步骤(320)包括对于每个子组把每个数据流映射到各自的外部隧道。下一步骤(322)包括使映射的流溯源到每个子组。下一步骤(324)包括把所映射的流转换为移动客户端可以识别的形式。

Description

通信系统中的多播数据流选择
技术领域
本发明总体上涉及无线通信网络，并且具体地涉及一种用于在通信网络中进行多播数据流选择的设备和方法。
背景技术
多媒体和组通信正在变为电信网络更为重要的方面并且对这样的服务的需求将持续增长。例如，目前存在允许组通信的许多不同的系统和网络。公共安全组织特别关注组通信，并且正向这些组织提供专用资源。商业甚至个人用户也希望使用多媒体和组通信。
组通信具有向许多用户递送一个信息流而不是向每个用户提供单独通信的功效。例如，可以使用广播来向多个用户传送一个数据流。然而，每个用户终端可能没有相同的通信能力，导致一些用户与组中的其他用户相比具有不同的通信体验。在这种情况下，多个多播组可以用于以适于不同用户的不同的能力来递送另外的通信流。即使在具有多个多播组的这种多播情形中，如果向每个用户发送单独的通信流，那么也可以使用比要求更少的带宽来把信息流递送到组。
因此，已经开发了一组协议用于在组通信中使用。这些协议用来控制例如在通信网络中的移动客户端(这里也被称作订户或用户)之间或针对所述移动客户端的包括数据流的广播和多播通信会话，所述数据流诸如音频(语音)、视频、文本消息和因特网协议。每个订户一般与连接到通信网络的通信设备(这里也被称为移动客户端或订户单元)相关联。尝试或寻呼(paged)加入组呼叫的移动客户端被要求在能够加入会话之前与支持该会话的服务器经历会话和资源协商。然而，由于不同无线通信网络中的移动性和操作，所以导致很复杂。
虽然多媒体信息流的源可以是或可以不是固定的，但是预计参与流送多媒体的用户将在高度移动的无线环境中操作。另外，一个用户可以正在宽带网络中操作，而另一用户可以正在窄带网络中操作。此外，在相同网络中操作的两个用户可以体验完全不同的服务质量，因为一个用户可以处于在人口稀少的小区中并且接近于接入点，而另一用户可以在人口密集的小区并且远离接入点。而且，订户将在可能不同的订户设备上接收流，一些订户设备以少量电池电源勉强供电，其他订户设备由车辆引擎供电，以及一些订户设备具有不同显示能力(视频和语音，仅语音，大屏幕对比小屏幕等)。因为订户设备和当前网络附件允许，而容纳网络条件也由于移动性或操作改变而改变，所以每个用户不考虑他们的本地条件而对接收最优质量的多媒体体验感兴趣。
此问题的一个解决方案是从用户终端向信息发送方提供动态反馈。然而，此解决方案对于组呼叫来说没有很好地起作用，其中可能存在体验许多不同网络条件的许多不同的订户。另一问题是发送方必须接收并处理反馈信息，决定向谁发送什么内容，并且产生媒体的多个拷贝，这花费了相当大的开销。在发送方的设备是具有有限处理资源的移动终端的情况下，这可能是困难的。另外，如果发送方是移动的，那么反馈信息必须遍历向外无线链路以到达发送方，并且必须在无线链路上向内发送媒体的多个拷贝，两者都消费了有限的资源。
该问题的另一解决方案是对于订户在组/速率之间选择的不同多播组来说以不同的速率流送相同多媒体源的多个版本。此解决方案还要求与网络的显著应用交互，这可能不会导致最优的资源使用。特别地是，此解决方案要求应用或用户知道改变条件，并且知道存在多个多播组，并且知道切换到哪个组。这对较高级应用和/或用户带来了高度的认知负担。
因此，需要一种用于在通信网络中进行多播数据流选择的设备和方法。容纳穿过不同网络的移动设备并且把用户透明地预订到最优数据流往往是更为有益的。
附图说明
通过权利要求中的特征指出了本发明。然而，通过结合附图参照以下详细描述，本发明的其他特征将变得更加显而易见，并且本发明得到最好理解，在附图中：
图1图示了依照本发明的呼叫控制架构的简化框图；
图2图示了依照本发明的简化流图；以及
图3图示了依照本发明的方法。
技术人员将理解，为了不妨碍理解本发明的这些各种实施例，一般不会描绘或描述通用的但是易于理解的元件，这些元件在商业可行的实施例中是有用或必要的。
具体实施方式
本发明提供了一种用于在通信网络中进行多播数据流选择的设备和方法。本发明还可以容纳穿过不同网络并且把用户透明地预订到最优数据流的移动设备。
特别地，本发明使穿过不同类型通信网络的移动客户端能够接收为他们的订户设备及其当前接入网络(AN)附件(例如窄带无线，宽带无线，有线LAN等)所优化的多媒体分组数据流。此外，当专用中间应用透明地向可以被AN支持的最优数据流预订接收应用时，本发明使订户设备上的接收应用能够保持其正常操作并且只加入单个多播组(如经由控制平面信令通知，例如但不局限于SAP(会话宣告协议)或会话启动协议(SIP))。优选地是，所有这些以支持多媒体数据流的机密性、认证和完整性的安全方式，使用如在本领域中所知的VPN服务来实现。
具体地，本发明在移动服务器和/或移动客户端中引入中间件层，作为用于挑选正确的隧道流的切换机构，并且对应用来说是透明的。这缓解了必须在应用中投入大量才智(intelligence)，并且保持其中已知为最好的才智(具有特定于网络知识的中间件客户端，诸如可用吞吐量、抖动特征等)。有利地，不要求改变客户端代码，所述客户端代码对于给定流加入单个多播组。由于移动服务器能够导出对于每个默认组优化的多播组的接入网络(AN)的子集，所以所述移动服务器是独特的，并且编码并溯源(source)对于这些子组中的每个所优化的多播流。使用网络地址转换(NAT)，内部多播子组(即，最内部的隧道端到端多播IP分组，它与VPN、移动VPN或移动IP相关，如在本领域中所知)在移动服务器或移动客户端被转换回默认组，使切换是透明的。重要的是，本发明与使用安全多播技术兼容。
参照图1和2，本发明提供了在以服务器为中心的呼叫控制架构100中实现的多媒体组通信。此架构100例如可以被包括在按键通话(PTT)、按键视频或按键X通信系统中。架构100包括特定于服务的服务实体(即，组服务器，它可以包括按键通话(PTT)服务器功能和多媒体服务器功能)102，它例如可以是PTT服务器，它可以可通信地通过一个或多个无线电接入网耦合到多个移动或固定客户端，所述多个移动或固定客户端被附属到具有通用通信能力的独立多播子组中，这里被示为三个子组；A 112(被示为图2中的例子)、B 114和C116，以及可选地多媒体源118。组服务器102还可以包含如在本领域所知的数据流路由器。移动服务器104是网络端点并且在组服务器和移动客户端的子组112-116之间对接。
依照本发明在通信路径上建立呼叫控制流，用于使得能够在通信系统中的服务实体102(例如，组服务器)和多个移动客户端112、114、116之间进行通信网络100中的通信。特别地，图2的呼叫流表明移动客户端怎样加入组呼叫。每个移动客户端一般包括例如用户的逻辑实体和例如终端的物理对应体作为组实体的一部分(图1的110)，所述组实体的一部分在新颖的中间件层122-126和应用层132-136处命名且可寻址，所述中间件层如在本领域中所知作为虚拟专用网络(VPN)、移动VPN或移动因特网协议(IP)包括。优选的事务广播协议是会话通告协议(SAP)。然而，应当认识到例如在诸如会话启动协议(SIP)和会话描述协议(SDP)的协议中可以利用本发明的显而易见的变化。
组通信是组服务器102所支持的会话，这为组110的子组112、114和116中的移动客户端所知。在组服务器102和移动客户端之间或从所述组服务器102和移动客户端建立组通信之前，所述组服务器可以知道移动客户端的组附属关系。例如，移动客户端或移动服务器104可以向组服务器提供此信息。在另一例子中，可以由组服务器102或移动服务器104预先确定附属关系。替代地，可以由服务供应商向移动客户端提供组附属关系，所述组附属关系被服务供应商(未示出)直接传送到组服务器102和/或移动服务器104。在另一替代中，组附属关系可以由移动客户端(例如，通信组，多播组或子组)选择，并且当移动客户端产生组请求或对组请求作出响应时，组服务器102将得知该附属关系。在又一替代中，可以由组服务器102或移动服务器104通过统计映射来确定移动客户端的子组附属关系(例如，使用统计装置来例如基于位置、可用的吞吐量等历史信息来确定什么单元应当是哪些子组的一部分)。
为了建立会话，组服务器102建立组呼叫及其要求的应用，并且通过向组110的移动客户端的应用层132-136发送200包含会话描述协议(SDP)的会话通告协议(SAP)通告或会话启动协议(SIP)邀请(INVITE)消息(未示出)来建立多播邀请。呼叫控制信令标识附属组中的移动客户端。例如，组110的附属移动客户端利用在SIP邀请或SAP通告中的组呼叫的组标识(组ID)来寻呼。替代地，代替单个组ID，组邀请可以包含呼叫所希望的所有移动客户端的列表。组SIP邀请或SAP通告包含所邀请的移动客户端建立呼叫的信息，其中所述移动客户端可以在参与组呼叫之前经历协商过程。
接收并处理组SIP邀请或SAP通告的移动客户端随后可以利用多播组G1的加入消息来应答。具体地，每个移动客户端发送对G1的加入请求202。多播组加入消息被移动客户端的中间件应用拦截203并且优选经由安全虚拟专用网络(VPN)被反向隧道发送到移动服务器104。然后，移动服务器根据呼叫的默认G1组导出204特定于AN的多播子组(例如，G1-子组B和G1-子组C)。在此例子中，假定G1子组A是默认G1组并且不必经历任何进一步的推导。判定是否对多播组执行此特定特性可以是基于多播地址范围、配置文件(或者可能其他明确地信号通知的机构)。
移动服务器104天然本地地加入206所有三个多播子组(默认的G1-子组A和导出的G1-子组B和G1-子组C)，由此绕过VPN隧道。可选地，如果组服务器尚不知道子组信息，那么移动服务器104可以使代表移动客户端的此子组信息与组服务器102相关208。
另外，移动服务器中间件分别为订户子组A/B/C、即G1′/子组A、G1′/子组B和G1′/子组C导出210多播主要子组隧道。多播主要子组隧道是与不同的多播子组相对应的G1的外部隧道子组。
在组呼叫中，在组会话内的每个子组的不同应用流或流量可以被组中的移动客户端访问。组服务器102或移动服务器104确认哪个具体应用流(流量)是可用的或者为组呼叫的每个子组所需要。这些应用或流可以包括例如，在参与组呼叫的移动客户端中均要求不同的资源或能力的音频(语音)、视频、文本消息和因特网协议。应当认识到，组的不同移动客户端可以具有大量的资源或能力，并且由于这样的限制而造成一些移动客户端不能参与完全的组会话。
在所定义的移动客户端的子组之间存在通用的能力或资源限制，组服务器可以用来建立并编码216通用的多播组以只向该子组递送通信。例如，组服务器可以以较低数据率提供视频内容以在具有通用的QoS级能力的子组的那些移动客户端中适当地接收。特别地，降级的流如果被发送到相同的IP地址和端口，那么它可以被给予标识符、独立的实际IP地址或端口或其他流头部标识符，子组可以解码作为只打算送给它们的流内容。在此例子中，建立并编码三个不同的数据流1、2、3。
移动服务器可以可选地命令212移动客户端怎样天然地多播加入适当的G1′外部隧道或者移动客户端可以怎样独自确定这点。然后，每个移动客户端例如按照指令并且本地取决于AN特征把G1′/子组A、G1′/子组B或G1′/子组C加入214到因特网多播路由器215。
组服务器102多次编码216来自多媒体源118的数据流。具体地，编码详述了对于每个子组优化的转码。例如，可以向没有特定能力的移动客户端(子组A)提供默认编码(G1-子组A流1)。可以对于宽带RAN(子组B)优化第二编码(G1-子组B流2)，并且可以对于窄带RAN(子组C)优化第三编码(G1-子组C流3)。G1流被递送218到代表移动客户端作用的移动服务器104。
三个流被移动服务器接收(拦截)(由于其先前加入三个子组)并且移动服务器判定哪个流耦合到哪个多播地址。特别地，移动服务器把每个G1流映射220到其相关联的G1′外部隧道以把内部隧道的G1放到外部隧道G1′的内部，即G1-子组A在G1′-子组A的内部被隧道发送，G1-子组B在G1′-子组B的内部被隧道发送，并且G1-子组C在G1′-子组C的内部被隧道发送。在G1′内部隧道发送G1允许实现本地多播行为/优化路由，而同时实现内容的机密性和完整性。
然后，移动服务器可以经由G1隧道把每个子组A、B、C的G1′/G1流溯源到移动客户端的每个多播子组。如同对于子组A和相关联的移动客户端112所示，每个移动客户端中的中间件或本地路由器因此把G 1′和网络地址转换(NAT)子组转换224(即除去)回到G1(G1是预计的那样并且可以被移动客户端的应用层认出)。这里再次假定组A是默认的G1流。替代地，此网络地址转换功能223可以在适当子组中把G1分组向下隧道发送225到移动客户端的应用层之前在移动服务器处完成。
在进一步的实施例中，当移动客户端从一个接入网络节点(AN)漫游到另一个，从良好的AN特性漫游到不好的AN特性时，移动客户端中间件可以选择适当的多播子组并且触发多播加入(参见上面的202)——所有这些对客户端应用来说都是透明的。因此，利用本发明，子组B的移动客户端将接收对于子组B所优化的多媒体流，而子组C的移动设备将接收对于子组C所优化的多媒体流。应当注意，虽然以上逻辑描述把编码绑定为AN类型，但是它并不局限于此范围。例如，更多粒状的实现可以对于相同的AN类型编码多个流，但是目标在于AN内的不同情况(例如RF)和特性(例如可用带宽)(例如AN中的拥塞，与接入点的距离等)。例如，被连接到给定AN但是具有不同覆盖条件(例如，直接在接入点下面相对于在边缘上)的两个移动设备可以加入两个不同的子组(例如G1子组A-近相对于G1-子组A-远)。然而，(关于按照AN类型编码的)初始描述是最可能的实施例，这是因为它最不复杂。
应当认识到，为了图示本发明的目的，简化了图1和2的图。然而，本领域普通技术人员将认识到许多其他网络实体可以是通信系统的一部分。例如，组服务器102可以包括许多其他实体，为了简化起见没有示出所述其他实体。例如，组服务器可以包括会话控制器、组数据库管理器、注册管理器、网关、应用层路由器、组实体管理器、广播和单播地址管理器、策略管理器、底层控制器、媒体管理器和带宽管理器中的一个或多个，所有这些在本领域中都是已知的。应当理解，上述实体可以被集成到相同的物理或逻辑网络元件(即组服务器)中，或者提供为独立的物理或逻辑网络元件。
图3图示了用于通信系统中的多播数据流选择的方法。所述方法包括用于在服务实体和多个移动客户端之间提供中间(移动)服务器的第一步骤300。移动客户端包括在用于实现本发明的中间件层中的中间件。
下一步骤301包括邀请多个移动客户端加入组呼叫G1。
下一步骤302包括由移动客户端的应用层发送加入请求以加入组呼叫G1。
下一步骤303包括由移动客户端的中间件层接收或拦截G1加入请求，并且经由安全虚拟专用网络(VPN)、移动VPN或移动IP把G1加入消息反向隧道发送到移动服务器。
下一步骤304包括移动服务器利用每个子组的至少一个多播流从呼叫的默认G1组导出特定于AN的多播子组(例如，G1-子组B和G1-子组C)。
下一步骤306包括移动服务器本地加入多播子组。
下一步骤308可选地包括移动服务器使代表移动客户端的所导出的子组信息与组服务器相关。
下一步骤310包括移动服务器导出G1′子组和G1′外部隧道。如这里所使用的，此步骤还覆盖了即便没有移动客户端加入子组也对于特定的参数集合形成该子组的情况。
下一步骤311可选地包括移动服务器向移动客户端发送G1′加入指令。此可选步骤使移动服务器命令移动客户端怎样天然地加入适当的G1′子组。然而，移动客户端能够独自确定这点，并且可以根据多个因素来本地加入，例如诸如覆盖范围或连接性的当前AN特性。
下一步骤312包括移动客户端利用多播路由器天然地加入适当的G1′子组。
下一步骤316包括组服务器编码源数据流以提供对于每个子组所优化的多个转码数据流。
下一步骤320包括对于每个多播子组移动服务器把每个G1流映射到其各自的G1′外部隧道以把内部隧道置于外部隧道内部。
下一步骤322包括移动服务器使用来自外部隧道的天然多播目的地址使所映射的数据流溯源到每个子组。在所示出的例子中，G1′-A子组被溯源到移动客户端A，并且任何或所有G1′子组可以被溯源到其他移动客户端。
下一步骤324包括把子组映射的流转换为移动客户端使用地址转换可以识别的G1形式。
替代地，步骤322和324可以使移动服务器把子组映射的流转换为移动客户端使用地址转换可以识别的G1形式，并且然后把G1数据流溯源到相关联的移动客户端。
可选地，步骤包括查明移动客户端的连接特性(例如覆盖质量)的变化，其中所述移动客户端中间件选择移动客户端的适当多播子组，并且触发移动客户端多播加入到不同的子组上，这对应用来说是透明的。
在另一选项中，步骤包括查明移动客户端的操作特性(例如电池功率电平、移交事件等)的变化，其中所述移动客户端中间件选择移动客户端的适当多播子组，并且触发移动客户端多播加入到不同的子组上。例如，低电池功率电平可以使中间件加入携带视图流的更低带宽编码的多播组，以便花费较少的CPU周期来处理所接收的视频帧。
在另一实施例中，步骤包括对于相同AN的不同网络条件编码多个子组。
可以依照与所描述次序不同的次序来执行这里所示出和描述的序列和方法。在附图中所描绘的特定序列、功能和操作仅仅用于说明本发明的一个或多个实施例，并且其他实现对本领域普通技术人员来说是显而易见的。附图旨在图示本领域普通技术人员可以理解并且适当地实施的本发明的各种实现。为实现相同目的而计算的任何布置可以替换所示出的具体实施例。
本发明可以用任何适当的形式来实现，包括硬件、软件、固件或这些的任何组合。本发明可以可选地被部分地实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件和组件可以以任何适当的方式在物理上、在功能上和在逻辑上实现。实际上，所述功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的一部分来实现。因而，本发明可以在单个单元中实现或者可以在物理上和在功能上分布在不同的单元和处理器之间。
尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明并不意在限于这里所阐述的具体形式。相反，本发明的范围只由权利要求来限定。另外，尽管看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到依照本发明可以组合所描述实施例的各个特征。在权利要求中，术语“包括”不排除其他元件或步骤的存在。
此外，尽管单独列出，但是例如可以通过单个单元或处理器来实现多个装置、元件或方法步骤。另外，尽管在不同的权利要求中可以包括单独的特征，但是可以有利地组合这些特征，并且不同权利要求中的包括并不暗示特征的组合是不可行的和/或有利的。在一类权利要求中包括特征并不暗示限于此类，而是指示该特征根据情况同样地适用于其他类别的权利要求。
此外，权利要求中特征的次序并不暗示该特征必须作用的任何具体次序，并且特别地，在方法权利要求中各个步骤的次序并不暗示该步骤必须依照此次序执行。相反，可以依照任何适当的次序来执行该步骤。另外，单数标记并不排除多个。因此，“一种”、“一”、“第一”、“第二”等标记并不排除多个。

Claims (10)

1.一种用于通信系统中进行多播数据流选择的方法，所述方法包括步骤：
在服务实体和多个移动客户端之间提供中间服务器；
接收来自移动客户端的加入请求；
导出所述移动客户端的子组，每个子组具有至少一个相关联的多播数据流；
导出子组外部隧道；
对于相关联的子组，把源数据流编码为不同的数据流；
对于每个子组，把每个数据流映射到各自的外部隧道；
使所映射的流溯源到每个子组；以及
把所映射的流转换为所述移动客户端能够识别的形式。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
邀请多个移动客户端加入组呼叫；
加入所述组呼叫。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：所述中间服务器本地加入所述多播子组。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：将所导出的代表所述移动客户端的子组信息与所述服务实体相关。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：天然地加入适当的外部隧道。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述加入步骤包括所述中间服务器命令所述移动客户端天然地加入所述适当的外部隧道。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述溯源步骤包括使用来自所述外部隧道的天然地址来递送所述多个流。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
查明移动客户端的操作特性的变化；
对于所述移动客户端选择适当的多播子组，并且对于所述移动客户端触发多播加入。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：对于相同AN内的不同RF条件编码多个流。
10.一种用于在通信系统中在服务实体和多个移动客户端之间进行多播数据流选择的设备，所述设备包括：
在服务实体和多个移动客户端之间耦合的中间服务器，所述中间服务器接收来自移动客户端的加入请求，导出具有至少一个相关联的多播流的子组，导出子组外部隧道，接收对于所述相关联的子组编码为不同数据流的数据流，对于每个子组把每个数据流映射到各自的外部隧道，使所映射的流溯源到每个子组以转换为能够识别的形式。
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