CN106714006A - 一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，包括以下几点：1、LTE核心控制EPC接收多个用户的共享视频请求，和远端视频服务器建立传输通道接收视频数据流；2、LTE核心控制EPC将视频流中的基础视频信号分离出，向覆盖区域内的所有用户提供基础视频广播服务；3、对于有更高视频质量需求的移动终端，向LTE核心控制EPC发送视频增强请求；4、用户提出的视频需求包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC根据用户的接入能力不同采用不同的方式进行通信；5、对单宿终端，LTE核心控制EPC仅通过LTE单播报文向终端发送视频增强信号；6、对多宿终端，LTE核心控制EPC可将视频增强信号分流后分别通过LTE网络和WIFI无线网络以单播方式发送给移动终端。

Description

一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输 方法
技术领域
本发明涉及无线网络领域，特别是涉及一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法。
背景技术
根据相关数据显示，到2020年移动数据流量将是2015年的10倍。而其中移动视频业务在移动数据流量中将占到75%。未来，主要的移动视频业务将以高质量视频呈现，如3D视频、超高清电视、自由视点电视等，这些视频传输需要很高的带宽用来传输大量数据。即便是到了5G网络时代，高质量视频因其需要高带宽的传输需求，将挤占其他业务带宽，被称为“5G”杀手。现今的终端使用无线传输机制较为单一，比如常用的手机终端，同一时间只能使用单一的数据传输模式，例如LTE、WiFi等，其对于高数据率的无线视频传输（例如现场直播3D视频）有一定的缺陷：其一，LTE采用的广播技术，其所使用的传输带宽大小只取决于信道环境最差的那一个用户，这样导致信道环境较好的用户无法享受到高清且高质量的观看体验，更不用说体验“3D”效果了；其二，带宽有限，当有大量数据并发传输时，其需要很大的带宽资源，同时也加重了网络负荷，传输率失真很大，严重影响用户观看体验。再一个就是对于未来用户终端对异构网络的支持会逐渐增多，使用单一的数据传输机制明显会降低对带宽资源的利用率。
另一方面，被称为多宿终端（Multi-homed Terminals）的类似Samsung GalaxyS5、Huawei mate 7等智能终端设备已具备同时接入多个无线网络实现数据并行传输的能力。未来，不同制式、覆盖范围、传输速率的异构无线网络（如LTE、WIFI、HSDPA、WIMAX、5G等）将以融合的方式共存。在多个异构无线网络的重叠覆盖区域，多宿终端可以同时接入多个接入点（AP，Access Point）使用多条路径并行传输数据，从而提高数据传输速率保证高速业务的服务质量（Quality of Service, QoS），如图1所示。
综上所述，可利用移动终端的多宿特性，基于广播+单播技术设计异构无线网络下的具有节省频谱并提升视频服务质量的视频传输方法。当有大量并发的数据传输需求时，对于不同的用户需求提供不同的传输质量，对于具有不同网络接入能力的用户提供不同的数据传输机制，利用异构网络多路传输数据，均衡各种网络负载，使得在一定的带宽资源下能够为用户提供更好的视频传输质量。
虽然，利用移动终端的多宿特性通过多个异构无线网络中并行传输数据可以获得更高的传输带宽。但是，如果在一个覆盖区域内多个移动终端共享视频资源，即便利用多宿特性可以提升传输带宽，也不能满足需求。主要有以下两个瓶颈问题：1. 多个相同内容视频从源端视频服务器重复传送将可能造成源端出口报文拥塞，且浪费传输资源。2. 覆盖区域内的可用无线资源可能有限，无法满足大量用户共享视频所需的频谱资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，有效提高视频的传输质量，提高带宽资源的利用率。
本发明采用以下方案实现：一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，该传输方法基于包括远端视频服务器、LTE核心控制EPC以及移动终端的数据传输系统，所述远端视频服务器、LTE核心控制EPC以及移动终端之间进行报文交互时，具体包括以下步骤：
步骤S1：移动终端以单播报文的方式向LTE核心控制EPC发送视频接入请求，请求报文的内容包括用户所需的视频质量、用户是否有同时接入LTE与WIFI的能力、用户的账户名、密码、请求的视频内容、视频质量、IP地址、WIFI接入带宽信息；
步骤S2：LTE核心控制EPC将接收到的用户的账户名与密码发送至一Radius服务器进行认证，以确认是否为合法用户；
步骤S3：LTE核心控制EPC根据用户请求的视频内容查看本地是否已经有相关视频信息，如有相关信息或者相关视频内容已经处于播放过程中则直接进入步骤S4；如未有相关信息则和远程视频服务器之间建立连接，从远端视频服务器下载对应视频信息；
步骤S4：LTE核心控制EPC向移动终端下发广播视频解码密钥，如果用户请求的视频为高质量视频，则下发的密钥还包括增强视频密钥；如果LTE已开始向用户覆盖区域内广播视频，则用户接收到广播视频后直接利用解码广播视频；如果LTE未广播相应视频内容，则LTE核心控制EPC向覆盖区域内下发广播视频；同时向Radius服务器更新用户的服务器信息，开始对用户进行记账收费；
步骤S5：若用户提出的视频需求还包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC根据用户的接入能力不同按照不同的方式进行通信：
步骤S6：视频服务完成后，移动终端向LTE核心控制EPC请求结束服务；
步骤S7：LTE核心控制EPC接收到用户的视频结束服务请求后，向Radius服务器更新信息结束用户的记账收费，同时向用户返回结束请求确认。
进一步地，在所述步骤S5中，若用户在步骤S1中提出的视频需求还包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC需要根据用户的接入能力不同按照以下方式进行通信：
当一个时刻仅能支持从一个网络接收视频，即单宿终端时：LTE核心控制EPC与移动终端之间通过LTE网络直接建立单播通信通道，将增强视频信号通过该单播通道直接下发至移动终端，移动终端接收到该视频信号后利用进行解码视频；
当一个时刻可支持从多个网络接收视频，即多宿终端时：LTE核心控制EPC与移动终端之间分别通过LTE网络和WIFI网络建立两条单播通信通道。LTE核心控制EPC将增强视频信号经过分流后分别通过LTE网络和WIFI网络传送给移动终端，移动终端接收到两路视频信号后，对视频信号进行合并后利用进行视频解码。
进一步地，所述LTE核心控制EPC中包括视频服务业务调度模块、远程视频服务器通信模块、视频流分流模块；
所述视频服务业务调度模块为所述LTE核心控制EPC的内部核心模块，用以对视频服务业务的调度，接收移动终端的视频服务请求，完成和Radius服务器之间的交互，控制远程视频服务器通信模块和视频分流模块。
所述远程视频服务器通信模块用以接收视频服务业务调度模块的控制指令，并与远程视频服务器之间建立传输通道，接收远程视频服务器的视频信息，并将接收到的视频信息传送至视频分流模块；
所述视频流分流模块用以从远程视频服务器通信模块接收视频数据流，并将其中的基础视频信号和增强视频信号分离开来；对于多宿终端的增强视频信号，分别通过LTE网络和WIFI网络建立两条单播通信通道，通过分流将增强视频信号发送至移动终端。
进一步地，所述移动终端中包括视频业务处理模块、视频接收模块、视频流合并模块；
所述视频业务处理模块是所述移动终端的内部核心模块，用以对视频服务业务的处理，向LTE核心控制EPC发起视频服务请求、认证，并控制视频接收模块和视频流合并模块；
所述视频接收模块用以接收从LTE或WiFi发送过来的视频数据流，并将其转发到视频流合并模块；
所述视频流合并模块用以接收从视频流接收模块发送过来的视频流，对于单宿终端，将基础视频和增强视频流合并；对于多宿终端，将其分别从LTE和WiFi网络接收的增强视频数据合并，并且将合并后的增强视频再与基础视频合并，获取更高质量的视频数据流。
相较于现有技术，本发明可以用于各种有超高清视频传输要求的场合，如演唱会的3D视频现场直播、体育赛事3D直播等，本发明具有的优点如下：
1.）可以有效解决传统的高质量视频数据传输机制所带来的网络拥塞、带宽资源利用率低等问题，可以在一定的带宽条件下，提高接入用户的数量，提升传输视频的质量。
2.灵活利用不同网络的带宽资源，提高了带宽资源的利用率，对带宽资源的利用更加合理化。。
3.本发明不用对现有的LTE网络架构进行改动，而使用EPC的软件升级即可实现，可以有效降低网络升级的成本。
附图说明
图1是现有异构无线网络下的多宿终端接入模型图。
图2是本发明的下一代LTE和WIFI网络融合方案示意图。
图3是本发明的远端视频服务器、EPC和移动终端之间报文交互流程图。
图4是本发明的LTE核心控制EPC和移动终端的内部模块图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，如图2所述，该方法基于下一代LTE和WIFI网络融合方案，在该融合方案中，WIFI无线网络接入点AP通过IP安全通道和LTE的核心控制（Evolved Packet Core, EPC）建立传输通道。EPC可以根据当前的网络负载情况，将部分业务流量通过WIFI无线接入点向移动终端进行传送。如图2所示，EPC中的提供与外部分组数据网络连接点的PDN-GW从远端视频服务器上接收到视频流后，可以通过EPC的LTE接入网络的关键控制模块（Mobile Managenment Entity，MME）将数据传送给移动终端，也可以通过IP安全通道将部分数据通过WIFI无线接入点传送给移动终端。
显然，上述LTE和WIFI融合方案可以有效解决多用户共享视频中因远端视频和用户之间的重复传输导致的核心网传输拥塞或浪费问题，本实施例针对该融合方案进一步的视频传输方案如下：
1、LTE核心控制EPC接收多个用户的共享视频请求。LTE的EPC根据该请求和远端视频服务器之间建立传输通道，接收来自远端的视频数据流；
2、LTE核心控制EPC将视频流中的基础视频信号分离出，如3D视频中的2D视频信号，将该基础视频信号经LTE基站以无线广播的形式向覆盖区域内的所有用户提供基础视频广播服务；
3、对于有更高视频质量需求的移动终端，则可以向LTE核心控制EPC发送视频增强请求，该请求报文中携带了用户的接入能力，即是否支持同时从WIFI无线网络接收视频流；
4、LTE核心控制EPC接收到用户请求后，对于传统的一个时刻仅能从一个网络接收视频流的单宿终端，以单播的形式将视频增强信号发送给该用户。但是，对于一个时刻可以接入到多个网络接收并行数据流的多宿终端则可以以单播报文的形式分别从LTE和WIFI网络向用户提供增强视频流。
在本实施例中，对于上述视频传输方案，进一步简化数据传输系统，包括远端视频服务器、LTE核心控制EPC以及移动终端的数据传输系统，所述远端视频服务器、LTE核心控制EPC以及移动终端之间进行报文交互时，具体包括以下步骤，如图3所示：
步骤S1：移动终端以单播报文的方式向LTE核心控制EPC发送视频接入请求，请求报文的内容包括用户所需的视频质量（如2D、3D视频）、用户是否有同时接入LTE与WIFI的能力、用户的账户名、密码、请求的视频内容、视频质量、IP地址、WIFI接入带宽等信息；
步骤S2：LTE核心控制EPC将接收到的用户的账户名与密码发送至一Radius服务器进行认证，以确认是否为合法用户；
步骤S3：LTE核心控制EPC根据用户请求的视频内容查看本地是否已经有相关视频信息，如有相关信息或者相关视频内容已经处于播放过程中则直接进入步骤S4；如未有相关信息则和远程视频服务器之间建立连接，从远端视频服务器下载对应视频信息；
步骤S4：LTE核心控制EPC向移动终端下发广播视频解码密钥，如果用户请求的视频为高质量视频，则下发的密钥还包括增强视频密钥；如果LTE已开始向用户覆盖区域内广播视频，则用户接收到广播视频后直接利用解码广播视频；如果LTE未广播相应视频内容，则LTE核心控制EPC向覆盖区域内下发广播视频；同时向Radius服务器更新用户的服务器信息，开始对用户进行记账收费；
步骤S5：若用户提出的视频需求还包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC根据用户的接入能力不同按照不同的方式进行通信：
步骤S6：视频服务完成后，移动终端向LTE核心控制EPC请求结束服务；
步骤S7：LTE核心控制EPC接收到用户的视频结束服务请求后，向Radius服务器更新信息结束用户的记账收费，同时向用户返回结束请求确认。
在本实施例中，在所述步骤S5中，若用户在步骤S1中提出的视频需求还包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC需要根据用户的接入能力不同按照以下方式进行通信：
当一个时刻仅能支持从一个网络接收视频，即单宿终端时：LTE核心控制EPC与移动终端之间通过LTE网络直接建立单播通信通道，将增强视频信号通过该单播通道直接下发至移动终端，移动终端接收到该视频信号后利用进行解码视频；
当一个时刻可支持从多个网络接收视频，即多宿终端时：LTE核心控制EPC与移动终端之间分别通过LTE网络和WIFI网络建立两条单播通信通道。LTE核心控制EPC将增强视频信号经过分流后分别通过LTE网络和WIFI网络传送给移动终端，移动终端接收到两路视频信号后，对视频信号进行合并后利用进行视频解码。
在本实施例中，如图4所示，所述LTE核心控制EPC中包括视频服务业务调度模块、远程视频服务器通信模块、视频流分流模块；
所述视频服务业务调度模块为所述LTE核心控制EPC的内部核心模块，用以对视频服务业务的调度，接收移动终端的视频服务请求，完成和Radius服务器之间的交互，控制远程视频服务器通信模块和视频分流模块。
所述远程视频服务器通信模块用以接收视频服务业务调度模块的控制指令，并与远程视频服务器之间建立传输通道，接收远程视频服务器的视频信息，并将接收到的视频信息传送至视频分流模块；
所述视频流分流模块用以从远程视频服务器通信模块接收视频数据流，并将其中的基础视频信号和增强视频信号分离开来；对于多宿终端的增强视频信号，分别通过LTE网络和WIFI网络建立两条单播通信通道，通过分流将增强视频信号发送至移动终端。
在本实施例中，所述移动终端中包括视频业务处理模块、视频接收模块、视频流合并模块；
所述视频业务处理模块是所述移动终端的内部核心模块，用以对视频服务业务的处理，向LTE核心控制EPC发起视频服务请求、认证，并控制视频接收模块和视频流合并模块；
所述视频接收模块用以接收从LTE或WiFi发送过来的视频数据流，并将其转发到视频流合并模块；
所述视频流合并模块用以接收从视频流接收模块发送过来的视频流，对于单宿终端，将基础视频和增强视频流合并；对于多宿终端，将其分别从LTE和WiFi网络接收的增强视频数据合并，并且将合并后的增强视频再与基础视频合并，获取更高质量的视频数据流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，其特征在于：该传输方法基于包括远端视频服务器、LTE核心控制EPC以及移动终端的数据传输系统，所述远端视频服务器、LTE核心控制EPC以及移动终端之间进行报文交互时，具体包括以下步骤：
步骤S1：移动终端以单播报文的方式向LTE核心控制EPC发送视频接入请求，请求报文的内容包括用户所需的视频质量、用户是否有同时接入LTE与WIFI的能力、用户的账户名、密码、请求的视频内容、视频质量、IP地址、WIFI接入带宽信息；
步骤S2：LTE核心控制EPC将接收到的用户的账户名与密码发送至一Radius服务器进行认证，以确认是否为合法用户；
步骤S3：LTE核心控制EPC根据用户请求的视频内容查看本地是否已经有相关视频信息，如有相关信息或者相关视频内容已经处于播放过程中则直接进入步骤S4；如未有相关信息则和远程视频服务器之间建立连接，从远端视频服务器下载对应视频信息；
步骤S4：LTE核心控制EPC向移动终端下发广播视频解码密钥，如果用户请求的视频为高质量视频，则下发的密钥还包括增强视频密钥；如果LTE已开始向用户覆盖区域内广播视频，则用户接收到广播视频后直接利用解码广播视频；如果LTE未广播相应视频内容，则LTE核心控制EPC向覆盖区域内下发广播视频；同时向Radius服务器更新用户的服务器信息，开始对用户进行记账收费；
步骤S5：若用户提出的视频需求还包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC根据用户的接入能力不同按照不同的方式进行通信；
步骤S6：视频服务完成后，移动终端向LTE核心控制EPC请求结束服务；
步骤S7：LTE核心控制EPC接收到用户的视频结束服务请求后，向Radius服务器更新信息结束用户的记账收费，同时向用户返回结束请求确认。
2.根据权利要求1所述的一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，其特征在于：在所述步骤S5中，若用户在步骤S1中提出的视频需求还包括增强视频服务，则LTE核心控制EPC需要根据用户的接入能力不同按照以下方式进行通信：
当一个时刻仅能支持从一个网络接收视频，即单宿终端时：LTE核心控制EPC与移动终端之间通过LTE网络直接建立单播通信通道，将增强视频信号通过该单播通道直接下发至移动终端，移动终端接收到该视频信号后利用进行解码视频；
当一个时刻可支持从多个网络接收视频，即多宿终端时：LTE核心控制EPC与移动终端之间分别通过LTE网络和WIFI网络建立两条单播通信通道；
LTE核心控制EPC将增强视频信号经过分流后分别通过LTE网络和WIFI网络传送给移动终端，移动终端接收到两路视频信号后，对视频信号进行合并后利用进行视频解码。
3.根据权利要求1所述的一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，其特征在于：所述LTE核心控制EPC中包括视频服务业务调度模块、远程视频服务器通信模块、视频流分流模块；
所述视频服务业务调度模块为所述LTE核心控制EPC的内部核心模块，用以对视频服务业务的调度，接收移动终端的视频服务请求，完成和Radius服务器之间的交互，控制远程视频服务器通信模块和视频分流模块。
4.所述远程视频服务器通信模块用以接收视频服务业务调度模块的控制指令，并与远程视频服务器之间建立传输通道，接收远程视频服务器的视频信息，并将接收到的视频信息传送至视频分流模块；
所述视频流分流模块用以从远程视频服务器通信模块接收视频数据流，并将其中的基础视频信号和增强视频信号分离开来；对于多宿终端的增强视频信号，分别通过LTE网络和WIFI网络建立两条单播通信通道，通过分流将增强视频信号发送至移动终端。
5.根据权利要求1所述的一种基于单播广播技术的异构无线网络视频多路并行传输方法，其特征在于：所述移动终端中包括视频业务处理模块、视频接收模块、视频流合并模块；
所述视频业务处理模块是所述移动终端的内部核心模块，用以对视频服务业务的处理，向LTE核心控制EPC发起视频服务请求、认证，并控制视频接收模块和视频流合并模块；
所述视频接收模块用以接收从LTE或WiFi发送过来的视频数据流，并将其转发到视频流合并模块；
所述视频流合并模块用以接收从视频流接收模块发送过来的视频流，对于单宿终端，将基础视频和增强视频流合并；对于多宿终端，将其分别从LTE和WiFi网络接收的增强视频数据合并，并且将合并后的增强视频再与基础视频合并，获取更高质量的视频数据流。
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