CN105723677A - 通过绑定的宽带的多播传输 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过绑定的宽带实施多播传输。本发明提供了一种通信网络，包括：多个路由器，能够路由多播流；多播流分割器，接收多播流并且在操作中被布置成将所述多播流分割成多个多播子流并且发送所述多个多播流，所述多个路由器接收所述多播子流并且根据订购所述子流的下游路由器复制所述子流；一个或多个绑定的路由器，服务单个客户，所述一个或多个绑定的路由器服务具有相应的容量的多个固定或无线宽带连接，每个绑定的路由器根据所述多个连接的相应容量订购所述多个多播子流的一个或多个；其中服务单个客户的所述一个或多个绑定的路由器聚集所述多个多播子流以形成供所述客户使用的单个多播流。

Description

通过绑定的宽带的多播传输
背景技术
a.技术领域
本发明涉及通过绑定的宽带实施多播传输。宽带绑定指的是聚集例如多个固定信道和/或无线信道的宽带信道以提供具有相应的更高带宽的聚集的信道。多播指的是在单次传输中从源同时传输数据到一组目的地计算机。
在本说明书中，参考在下标中简要概述的OSI七层协议堆栈。术语数据包和数据报在本申请中可互换使用。
层 名称 功能
1. 物理 未必可靠的直接点对点数据连接。
2. 数据链路 可靠的直接点对点数据连接。
3. 网络 网络上的点之间的数据报/数据包的地址、路由和未必可靠的输送。
4. 传输 网络上的点之间的数据报/数据包的可靠输送。
5. 会话 中间宿主通信，应用之间的管理会话
6. 表示 数据表示、加密和解密，将与机器有关的数据转换成与机器无关的数据
7. 应用 应用的网络处理
b.现有技术
在多播数据报传输中，数据报/数据包的副本在网络的拓扑结构需要时在例如路由器的网络元件中自动建立。互联网协议(IP)多播通常在例如流媒体和互联网协议电视(IPTV)的应用中实现。在网络层实施多播的概念，其中路由器建立用于发送到多播目的地地址的数据报/数据包的流的最佳分布路径。
宽带绑定可以在任何层发生，但是当在网络层或以上发生宽带绑定时，支持多播服务不是简单的事情。当在协议堆栈的低层(例如，在数据链路层或物理层)绑定时，能够通过它们输送多播服务，因为绑定链路表现为网络层协议的单个虚拟连接。
然而，对于数据链路层以上的绑定方案，通常在聚集服务器(或等同形式)接收多播流，并且流内的数据包可以以轮询方式发送到终端用户的路由器，然后在另一端聚集，再次作为多播流。此方法的问题是即使在客户局域网上发出多播流，也没有利用网络层的多播能力，基本上发送单路广播并且没有实现多播的效率。
需要在不因为采用绑定而损失多播的效率的情况下通过绑定的广播线发送多播流的方法。
发明内容
根据本发明，提供了一种通信网络，包括：多个路由器，能够路由多播流；多播流分割器，接收多播流并且在操作中被布置成将所述多播流分割成多个多播子流并且发送所述多个多播流，所述多个路由器接收所述多播子流并且根据订购(subscribe)所述子流的下游路由器复制所述子流；一个或多个绑定的路由器，服务单个客户，所述一个或多个绑定的路由器服务具有相应的容量的多个固定或无线宽带连接，每个绑定的路由器根据所述多个连接的相应容量订购所述多个多播子流的一个或多个；其中服务单个客户的所述一个或多个绑定的路由器聚集所述多个多播子流以形成供所述客户使用的单个多播流。
优选地，多个绑定的路由器服务单个客户，所述多个绑定的路由器的每个服务具有相应的容量的固定或无线宽带连接，每个绑定的路由器根据所述绑定的路由器服务的连接的相应容量订购所述多个多播子流的一个或多个；其中服务单个客户的所述多个绑定的路由器合作以聚集所述多个多播子流以形成供所述客户使用的单个多播流。
在一个实施例中，所述多播流分割器被布置成通过将接收的数据包以轮询方式顺序地分配给子流而将所述接收的多播流分割成多个子流。在另一个实施例中，所述多播流分割器被布置成通过将接收的数据包依次分配给每个子流直至目前针对具有分配的数据包的子流已经达到相应的阈值而将所述接收的多播流分割成多个子流。在第三实施例中，所述多播流分割器被布置成将关键帧的数据包分配给特定的子流。
在一个实施例中，所述一个或多个绑定的路由器被布置成响应于来自多播流分割器的消息订购所述多个多播子流的一个或多个。所述消息可以指明所述绑定的路由器应当订购顺序的多播子流。
可替代地，所述消息可以指明所述绑定的路由器应当订购非顺序多播子流。
有利地，当绑定的路由器无法接收多个多播流时，所述绑定的路由器被布置成接收其订购的所述多个多播流的单播版本。
附图说明
现在参照附图仅示例性地描述本发明，其中：
图1图示了使用宽带绑定的装置；
图2图示了绑定的广播方案使用的多播流分割；
图3图示了使用均等或“轮询”算法的流分割；
图4图示了基于阈值使用算法的流分割；并且
图5图示了绑定轮询算法使用采用关键帧的选择算法的流分割。
具体实施方式
宽带绑定用于使多连接的上游和下游容量绑定成单个虚拟连接。例如，可以绑定两个2Mbps下载、250kbps上传非对称数字用户环线(ADSL)以提供4Mbps下载、500kbps上传的连接。
图1图示了使用宽带绑定的网络。宽带绑定使多个宽带无缝绑定成单个虚拟管道，并且可以使用几乎任何物理层连接类型，例如，数字用户线路(DSL)、电缆、卫星、贝尔实验室传输系统1(T1)、移动宽带(3G/4G)，略举数例。客户局域网设备10经由绑定的使能路由器11、12连接至通信网络(例如，互联网)15，绑定的使能路由器实际上通过固件升级提供给来自标准提供商(例如，Linksys、D-Link或Netgear)的低成本商品路由器。例如，设备10可以经由绑定的使能以太网路由器11(和电缆调制解调器13)并且经由绑定的使能数字用户线(DSL)调制解调器12连接。在替代实施例中，可以使用具有多个网络接口的单个绑定路由器。上传和下载具有经由聚集服务器16发送，聚集服务器提供公开IP地址并且补偿不同的线路速度和延时。还示出了网络操作中心(NOC)管理系统17和互联网内容服务器18。
宽带绑定可以以许多不同的模式工作：在简单绑定模式中，多线路的容量绑定到单个虚拟连接中；在失效转移模式中，线路绑定在单个虚拟连接上，但是如果它们失败，通信量就无缝地路由到备份线；在溢流/增速模式中，仅当主线路满时并且/或者有应用需求时才使用第二线路。
在简单绑定模式中，数据包基于连接的相对速度分布在多个连接上。例如，等速连接均将下发相等数量的数据包；然而，一个3Mbps连接与1Mbps连接相比将会被发送三倍的数据包(假设相等数量的数据包)。
使用多播分割服务器(MSS)实施通过绑定宽带的多播，多播分割服务器订购NOC指定的多播流。随后将参照图2更详细地进行描述。MSS将接收的多播流分割成多个多播子流。绑定路由器被布置用于订购(所有)子流的子集。互联网组管理协议(IGMP)用于建立多播组的成员关系。术语订购流/组/地址、连接流/组/地址或请求流/组/地址的成员关系都具有相同的意思。
多播流分割成多个子流，例如，16个流，均具有数据包的1/16(假定数据包都具有相等的大小，如果数据包具有互不相同的大小，那么可以使用不同的比例)。然后根据每个绑定路由器提供的相对连接速度，每个绑定路由器将订购适当比例的子流。例如，客户具有4Mbps和12Mbps线路——第一路由器将订购子流的四分之一，第二路由器将订购子流的剩余的四分之三。
这导致能够根据网络状态几乎实时变化的最佳线路绑定，同时保持底层多播网络的效率。原始多播流分割成更多的流，绑定的路由器之间的子流平衡更佳。例如，如果原始多播流分割成仅两个子流，那么在上述实例中，每个绑定路由器将订购一个子流，并且平衡将不如原始多播流分割成更多子流那么有效。
图2图示了多播分割服务器(MSS)20，其订购多播流，例如，有线新闻网(CNN)多播视频流21。MSS分割接收的流21，其在这种情况下为4Mbps流分割成四个多播子流22a、22b、22c、22d，均为1Mbps。在此实例中，在不同的IP多播地址-225.0.0.1至225.0.0.4上发送每个子流。多播子流22a、22b、22c、22d经由数字用户线接入复用器(DLSAM)25按照与任何其他多播通信量相同的方式穿过网络。
在图2所示的实施例中，客户23具有2个DSL线路，都基本上具有相同的速度。在这种情况下，绑定的路由器23a将订购一半的多播子流，例如，多播地址225.0.0.1和225.0.0.3，并且绑定的路由器23b将订购其余的多播子流，例如，多播地址225.0.0.2和225.0.0.4。
客户24具有两个DSL线路，但是一个线路以1Mbps运行，而另一个线路以3Mbps运行。在这种情况下，24a将订购多播子流的四分之一，例如，多播地址225.0.0.1，路由器24b订购其余的多播子流225.0.0.2、225.0.0.3和225.0.0.4。
当客户具有超过一个连接，但它们并不都支持多播时，那么它们能够建立以下混合方案：支持多播订购一定比例的子流的连接以及不支持多播的连接被布置成接收一定比例的子流的单播版本。
每个子流仅穿过网络一次，因此保持网络层多播的效率。
如此前所述，多播子流的数量与客户线路的可用容量的高效使用之间存在折衷。
将每个IP多播流分割成16至32个子流通常将提供足够的间隔尺寸。
MSS20检查多播流，并且将其分割成多个多播子流。仅目的地IP地址改变——其余的数据包(包括QoS标注)将保持不变。
存在可以实现分割的多种不同方式，NOC17指定了用于特定的多播流的特定方法。
图3图示了多播流可以分割成子流的第一方法。图3图示了四个子流。通过使用简单轮询算法在N个子流之间分配数据包可以完成分割，数据包1在子流1上发出，数据包2在子流2上发出，如此等等，直至＝N，数据包N+1在子流1上发出，数据包N+2在子流2上发出，如此等等，直至n＝2N等。
如果子流从0编号，并且存在N个子流，那么简单算法能够将数据包n路由至子流(n模N)。
在替代实施例中，图4中图示的数据包发送至一个子流，直至在接收到下一个数据包时可能超过阈值。阈值可以可替代地被设置成使得数据包在已经超过阈值之后发送到下一个子流。
这可以是用于编码解码器的便捷技术，其中可以发送许多小数据包，在子流上发送数据包直至已经发送一定数量的字节。例如，如果编码解码器一贯地产生400字节的数据包并且阈值设置为1400字节，那么每次通过每个子流发送平均3个数据包，如图4所示。
在另一个实施例中，如图5所示，可以通过选择的子流(例如，子流5)发送某些关键帧(例如，数据包3和7)。所有非关键帧通过其余子流组发送。这些方案可以与此前提及的其他方案的任一个绑定。在图5中，关键帧的选择性路由被图示为与其余的非关键帧数据包的轮询(或均等)路由绑定。大部分可靠的网络链路能够有利地订购包含关键帧的子流。
有许多方式来决定哪些路由器订购哪些多播子流。在一个实施例中，聚集服务器做决定并通知路由器。当存在超过一个绑定路由器时，被设计成默认网关的绑定路由器做决定并通知其他路由器。在第三实施例中，决定性算法用于做决定。
MSS20周期性地(在优选实施例中，这每秒进行一次)发送当前正在处理的一系列多播流，以及每个多播流分割成的子流的细节。
使用图2作为实例，MSS20将发送包括多播通告的消息到绑定的路由器，如下：
CNN4Mbps视频流
原始IP多播组224.20.20.20
分割成4个子流
子流正在使用IP多播地址225.0.0.1、225.0.0.2、225.0.0.3和225.0.0.4。
当绑定的路由器发现用于多播组20(224.20.20.20)的IGMP连接消息时，它们不是订购该IP多播组，而是反而订购用于子流22a、22b、22c、22d的IP地址。绑定的路由器都将订购一定比例的子流。可以同样好地使用其他连接协议，例如，用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)或另一种合适的信令协议。
能够修改系统使得通过一些协议而非使用NOC17上的应用程序接口(API)来确定多播组连接/分离。
通告也可以指明绑定的路由器在订购子流应当采用哪种方法。
在一个实施例中，绑定的路由器在两者之间订购所有的多播子流，即使这样做的带宽不够，即，所有的流连接，并且在没有足够的可用带宽时，实际收到哪些数据包靠运气。
在另一个实施例中，每个路由器连接多播子流的顺序组。例如，路由器1可以订购子流1至16，并且路由器2订购子流17至32。
在另一个实施例中，若有可能，每个路由器将连接非顺序子流。例如，路由器1可以连接所有奇数子流，路由器2可以连接所有偶数子流。当数据包在单个DSL线路上丢失时，这应当提高视频质量，因为如果丢失非顺序数据包，例如，如果收到数据包1、3、5、7，大部分编码解码器对数据包丢失响应更好，编码解码器很可能产生比收到1、2、5、6更好的质量结果。
如果选择性分割方法用于将多播流分割成子流，那么某些子流将包含所有关键帧，而其他子流仅包含非关键帧。可用的客户路由器应当订购所有关键帧。如果在已经订购关键帧的子流并且仍然存在一些多余容量，那么将订购一定数量的非关键帧的子流。
应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以共同设置在单个实施例中。反之，也可以单独设置或者以任何合适的组合设置为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的多个特征。
应当理解，在不脱离由以下权利要求书所定义的本发明的情况下，各种替代、修改和/或增设可以引入到上述零件的构造和布置中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种通信网络，包括：
多个路由器，具有路由多播流能力；
多播流分割器，接收多播流并且在操作中被布置成将所述多播流分割成多个多播子流并且发送所述多个多播流；
所述多个路由器接收所述多播子流并且根据订购所述子流的下游路由器复制所述子流；
多个绑定的路由器，服务单个客户，所述一个或多个绑定的路由器服务具有相应的容量的多个固定或无线宽带连接，每个绑定的路由器根据所述多个连接的相应容量订购所述多个多播子流的一个或多个；
其特征在于，服务单个客户的所述多个绑定的路由器聚集所述多个多播子流以形成供所述客户使用的单个多播流；以及
其中，所述的多个绑定的路由器被布置成响应于来自多播流分割器的消息订购所述多个多播子流的一个或多个，且其中所述的多播流分割器根据每个绑定路由器提供的相对连接速度确定哪个绑定路由器订购哪一个或多个子流。
2.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的多播流分割器被布置成通过将接收的数据包以轮询方式顺序地分配给子流而将所述接收的多播流分割成多个子流。
3.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的多播流分割器被布置成通过将接收的数据包依次分配给每个子流直至目前针对具有分配的数据包的子流已经达到相应的阈值而将所述接收的多播流分割成多个子流。
4.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的多播流分割器被布置成将关键帧的数据包分配给特定的子流。
5.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的消息确定所述绑定的路由器应当订购顺序的多播子流。
6.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的消息确定所述绑定的路由器应当订购非顺序多播子流。
7.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，当绑定的路由器无法接收多个多播流时，所述绑定的路由器被布置成接收其订购的所述多个多播流的单播版本。

Claims (9)

1.一种通信网络，包括：
多个路由器，具有路由多播流能力；
多播流分割器，接收多播流并且在操作中被布置成将所述多播流分割成多个多播子流并且发送所述多个多播流；
所述多个路由器接收所述多播子流并且根据订购所述子流的下游路由器复制所述子流；
一个或多个绑定的路由器，服务单个客户，所述一个或多个绑定的路由器服务具有相应的容量的多个固定或无线宽带连接，每个绑定的路由器根据所述多个连接的相应容量订购所述多个多播子流的一个或多个；
其特征在于，服务单个客户的所述一个或多个绑定的路由器聚集所述多个多播子流以形成供所述客户使用的单个多播流。
2.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，多个绑定的路由器服务单个客户，所述多个绑定的路由器的每个服务具有相应的容量的固定或无线宽带连接，每个绑定的路由器根据所述绑定的路由器服务的连接的相应容量订购所述多个多播子流的一个或多个；
其中服务单个客户的所述多个绑定的路由器合作以聚集所述多个多播子流以形成供所述客户使用的单个多播流。
3.根据权利要求1或2所述的通信网络，其特征在于，所述的多播流分割器被布置成通过将接收的数据包以轮询方式顺序地分配给子流而将所述接收的多播流分割成多个子流。
4.根据权利要求1或2所述的通信网络，其特征在于，所述的多播流分割器被布置成通过将接收的数据包依次分配给每个子流直至目前针对具有分配的数据包的子流已经达到相应的阈值而将所述接收的多播流分割成多个子流。
5.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的多播流分割器被布置成将关键帧的数据包分配给特定的子流。
6.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述的一个或多个绑定的路由器被布置成响应于来自多播流分割器的消息订购所述多个多播子流的一个或多个。
7.根据权利要求5所述的通信网络，其特征在于，所述的消息确定所述绑定的路由器应当订购顺序的多播子流。
8.根据权利要求5所述的通信网络，其特征在于，所述的消息确定所述绑定的路由器应当订购非顺序多播子流。
9.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，当绑定的路由器无法接收多个多播流时，所述绑定的路由器被布置成接收其订购的所述多个多播流的单播版本。
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