CN1323531C - 一种在异步转移模式传输网络上实现多播的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在异步转移模式传输网络上实现多播的方法，是在每个网络节点上设置含有连接本地交换设备的本地端口和至少一个连接网上节点的网络端口的网络控制设备，该方法还包括：从外部网络或设备接收多播业务的网络节点，将所接收到的多播业务复制到本节点网络控制设备的至少一个网络端口上，并分别发送给与该网络端口连接的网络节点；每个收到多播业务的网络节点，判断该多播业务是否为自身需要的，如果是，则将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上并分别发送给所连接的网络节点，同时将该多播业务传送给本节点的交换设备；否则只复制发送或直接丢弃。上述方法既能减少多播源节点的多播复制，又可以大大节省环上带宽的占用。

Description

一种在异步转移模式传输网络上实现多播的方法

技术领域

本发明涉及网络的传输技术，特别是指一种在异步转移模式(ATM)传输网络上实现多播的方法。

背景技术

传统的光传输网络，如同步数字传送网/同步光纤网(SDH/SONET)主要采用时分复用(TDM)方式进行信号传输，负载由固定大小的虚通道复用而成。这种方式在传送话音业务和点到点专用线业务方面是比较有效的，而对于急剧增长的数据业务和其他宽带业务，SDH/SONET传输体系的效率是很低的。在构建光传输网络时，如果直接利用ATM交换机互连，不仅价格很昂贵，而且所组建网络的保护倒换功能差，因而一般都使用一种成本低、能够有效利用带宽的、支持强大保护倒换功能的ATM环网设备，如：ATM虚通道环(VP RING)等来组网。VP RING是ATM技术和光传输技术结合的产物，可根据需要任意分配各环上节点的带宽，同时支持多种业务以及相应的服务质量(QoS)保证。特别是，VP RING还具有SDH/SONET设备的保护倒换功能，使网络具有很高的生存性和可靠性。

在基于ATM技术的宽带环网中，随着宽带业务应用的逐步普及发展，承载的宽带业务及业务类型也越来越多，特别是基于多播技术的视频流业务，因为视频业务传输时会占有相当大的带宽，采用多播技术可以一定程度地降低环上带宽的浪费。这样的话，就需要ATM环网也支持环上多播，进而需要ATM环网设备能够承载视频流等多播业务。所谓多播业务，简单的说是指一种将同一特定业务数据从一个源端向多个指定目的端同时发送的业务。

假定一个ATM环网由节点0、节点1、节点2、节点3四个设备组成，在该环网上要传输的多播业务流带宽为2M。如果该环网上的每个节点都支持多播，则如图1所示，从节点0下发到节点1、节点2、节点3三个设备上的多播业务经过一条带宽为2M的环路101就全部可以送达，图中粗实线为工作连接，即当前传输路径101，粗虚线为保护连接，用于保护倒换。如果环上设备不支持多播，则如图2所示，从节点0下发到节点1、节点2、节点3三个设备上的多播业务需要分别经过三条带宽为2M的路径，即路径201、路径202和路径203才能分别送达。也就是说，需要在节点0为下面每个节点复制一条带宽为2M的多播业务流，那么，就相当于一条多播连接需要占用环上6M的带宽。可见，图1、图2所示的两种解决方案在带宽占用上相差很大。

虽然，现有技术支持在ATM交换机上的多播，但由于ATM交换机组网成本高、性能差，目前的ATM环网都是由ATM环网设备组成的，因此，在现有的ATM环网上是无法实现多播的。也就是说，现有ATM环网上根本不能实现图1所示的解决方案，而只能采用图2所示的解决方案，显然，这会造成巨大的带宽浪费，在多播业务量大时，还有可能导致整个网络工作效率和工作性能的降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种ATM传输网络上实现多播的方法，不仅能减少多播源节点的多播复制，同时还可以大大节省环上带宽的占用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种在ATM传输网络上实现多播的方法，该方法首先在每个网络节点上设置含有连接本地交换设备的本地端口和至少一个连接网上节点的网络端口的网络控制设备，该方法还包括：

a.从外部网络或设备接收多播业务的网络节点作为多播源节点，将所接收到的多播业务复制到本节点网络控制设备的至少一个网络端口上，并分别发送给与该网络端口连接的作为多播接收节点的网络节点；

b.每个收到多播业务的多播接收节点，判断当前收到的多播业务是否为自身发出的多播业务，如果是，则丢弃当前收到的多播业务，结束多播传输流程，否则，执行步骤c；

c.根据当前收到的多播业务使用的业务标识判断该多播业务是否为本节点需要的多播业务，如果是，则将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点，同时通过本地端口将接收到的多播业务传送给本节点的交换设备；否则，将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点。

该方法进一步包括：预先在每个网络节点中设置存储所有自身使用业务标识的标识查询表，则步骤b中所述判断是否为自身发出的多播业务具体是：当前网络节点判断接收到的多播业务所使用的业务标识是否存在于标识查询表，如果存在，则所接收的多播业务是自身发出的；否则，所接收的多播业务不是自身发出的。

该方法进一步包括：预先在每个网络节点中设置业务标识过滤抑制表，步骤c中所述判断是否为本节点需要的多播业务具体是：当前网络节点判断接收到的多播业务所使用的业务标识是否存在于业务标识过滤抑制表中，如果存在，则所接收的多播业务为本节点需要的多播业务；否则，所接收的多播业务不是本节点需要的多播业务。并且，还可预先对业务标识过滤抑制表中的每个业务标识设置表示是否接收的标识，则步骤c在确定当前多播业务使用的VPI存在于业务标识过滤抑制表后，进一步判断业务标识过滤抑制表中该VPI是否对应接收标识，如果是，则所接收的多播业务为本节点需要的多播业务；否则，所接收的多播业务不是本节点需要的多播业务。

上述过程中，所述的业务标识为虚通路标识(VPI)，每个网络节点使用一个或一个以上VPI向网上节点发送多播业务，且任意两个网络节点间的所有VPI均不相同。或者，所述的业务标识为虚通道标识(VCI)，每个网络节点使用不同的VCI发送不同的多播业务，且一个VCI对应一条多播连接。

上述方法中，网络节点之间基于虚通路(VP)进行多播业务的复制、发送或接收。那么，该方法进一步包括：预先在每个网络节点中设置VPI过滤抑制表和VCI过滤抑制表，所述步骤c为：

c1.当前网络节点判断当前接收到的多播业务所使用的VPI是否存在于VPI过滤抑制表中，如果存在，则将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点，然后执行步骤c2；否则，将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点，结束本流程。

c2.判断每个多播业务所使用的VCI是否存在于VCI过滤抑制表中，如果存在，则保留该多播业务；否则，丢弃该多播业务；

c3.将经过过滤的多播业务传送给本节点的交换设备。

上述方案中，所述传输网络为具有环状、或树状、或网状、或链状拓扑结构的网络。所述多播源节点为环状网或网状网上的任意节点。在环状网上，所述多播业务的多播业务信元与网络上的单播业务信元统一调度。

上述方案中，每个网络节点按包发送和接收多播业务的多播业务信元。

由上述方案可以看出，本发明的关键在于：在每个网络节点的交换设备上增加用于组网的网络控制设备，在该网络控制设备上进行分级多播复制，将多播源节点发出的多播业务，经过每层网络控制设备的复制在网络中传输。

本发明所提供的ATM传输网络上实现多播的方法，具有以下的优点和特点：

1)本发明利用附加在交换设备上的网络控制设备实现组网和多播业务的复制和接收，且按照“多级复制、多级控制”的原则，不仅最大程度节约了网络带宽，减少了业务信元的节点处理时间；而且实现简单、维护方便、操作灵活、成本低廉。

2)在每个节点的多播业务接收时，增加了VC过滤，实现了VC级多播抑制，从而避免了无用的多播业务信元冲击本地带宽。

3)本发明的每个多播接收节点采用的是选收方式，因此可运用成熟的路由、保护倒换协议，根据对物理层、ATM层的检测选择工作路径，因此本发明支持多播业务的保护倒换。

附图说明

图1为网络节点设备支持多播时多播业务传输的实现示意图；

图2为网络节点设备不支持多播时多播业务传输的实现示意图；

图3为本发明方法实现的流程示意图；

图4为本发明中多播源节点的工作原理示意图；

图5为本发明中多播接收节点进行信元复制的原理示意图；

图6为本发明中多播接收节点接收数据的原理示意图；

图7为本发明中每个节点实现多播抑制的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的核心思想是：在交换设备上增加用于组网的网络控制设备，由该网络控制设备负责组网并对多播业务进行分级多播复制，由交换设备负责实现网上所有业务功能。其中，所述网络控制设备是一种只有网络端口和本地端口的设备，网络端口主要用于组网，本地端口用于连接本地交换设备。交换设备通过网络控制设备组成环网，交换设备负责提供业务接入、汇聚、交换等功能，可支持各种类型的虚连接，如：PVP/PVC、SPVP/SPVC、SVC/SVP等。

本发明在ATM传输网络中实现多播的过程如图3所示，包括以下步骤：

步骤301～302：从外部网络或设备上接收到多播业务的网络节点作为多播源节点，该多播源节点接收到多播业务后进行复制，并将复制后的多播业务分别从网络控制设备的每个网络端口发送给所有与本节点连接的网络节点，该接收多播业务的节点称为多播接收节点。

步骤303～304：每个接收到多播业务的多播接收节点，根据当前收到的多播业务使用的业务标识，判断当前收到的多播业务是否为自身发出的多播业务，如果是，则丢弃当前收到的多播业务，结束多播传输流程，否则，执行步骤305。对于某些多播源节点，如环网或网状网中的多播源节点，可能出现由自身发出的多播业务经过多个网络节点传输后又返回自身的情况，而这种情况下，该多播业务应该就此结束，因此需要增加步骤304的判断，如果当前收到的多播业务是自身发出的，则不再继续复制给其它网络端口，以防止某个多播业务在网中无限循环传输。这里，可以在每个网络端口设置一个使用业务标识的查询表，通过查表确定当前收到的多播业务是否为自身发出的，比如：如果使用的业务标识在表中，则是自身发出的，否则不是。本发明所述的业务标识是指：VPI、或VCI、或VPI和VCI。

步骤305～307：多播接收节点根据当前收到的多播业务使用的业务标识判断该多播业务是否为本节点需要的多播业务，如果是，则将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给该网络端口所连接的网络节点，同时将该多播业务复制到本地端口，通过本地端口将接收到的多播业务传送给本节点的交换设备；否则，将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给该网络端口所连接的网络节点。每个网络节点之所以需要判断是由于：在实际传输中，对于任意一个网络节点，有的多播业务是其需要的，有的不是其需要的，因此，所述判断在具体实现时，可在每个网络端口设置一个业务标识过滤抑制表，每次收到多播业务后，判断该多播业务使用的业务标识是否在表中存在，如果是，则当前接收到的多播业务为本节点需要的多播业务，否则，为本节点不需要的多播业务。

上述过程中，每个网络节点均以同一个或多个VPI值向网上节点发送多播业务，但每个网络节点之间的VPI值均不相同，即：每个网络节点各自使用独立的VPI值作为本节点向网上节点发送多播业务信元的VPI，根据VPI值就能判断出当前多播业务信元是由哪个节点发出的。如果某个网络节点上有多条多播连接，也就是需要发送多个多播业务，则该网络节点可采用不同的VCI值，一个VCI值对应一条多播连接。本发明基于成本和维护复杂度的考虑，采用VP级复制和接收，即多播业务信元以VP为单位，当然在实际应用中，也可以采用VC级复制。

上面所说的传输网络是指利用网络控制设备组成的环网、树状网，网状网或链状网等不同拓扑结构的网络，以下描述仅以ATM环网为例，在本发明其它实施例中，可采用其它网络及其它网络拓扑结构。在ATM环网中，多播业务的传输从多播源节点开始，且结束于多播源节点。

以图2所示的组网结构为例，在本实施例中，节点0～节点3是具有网络控制设备的ATM交换设备，设定节点0为多播源节点，即根节点，节点1～节点3为多播接收节点，即叶子节点，节点0从其他网络或设备上接收多播业务，并把多播业务以信元方式发向本环网上的其他节点。当节点0收到一个多播业务向其它三个节点发送时，节点0将要传输的多播业务进行双向复制，也就是说，节点0将收到的多播业务复制后，以同一个VPI值发向本节点连接环的两个端口，通过该两个端口分别发送至节点1和节点3，如图4所示，节点0的网络控制设备41包括A、B、C三个端口，端口C为本地端口，连接本地ATM交换设备；端口A和端口B为网络端口，分别连接节点1和节点3。节点1和节点3收到后，分别将所收到的多播业务进行复制，然后将复制后的多播业务发送给下一个相邻节点，即节点2，这里的复制是指将接收端口的多播业务信元复制到发送端口，如图5所示，端口A和端口B既为接收端口，也同时为发送端口。节点2收到多播业务后，同样会进行复制并发送至下一个相邻节点，比如：节点2会将从节点1接收到的多播业务复制发送给节点3，同样，节点2会将从节点3收到的多播业务复制发送给节点1。在实际应用中，ATM环网上的任意节点都可以作为根节点。

在上述过程中，由于多播业务信元发送到环网后，会在每个节点复制，然后发向下一相邻节点，所以，对于每个节点来说，都会重复收到相同的多播业务，比如：节点0从端口A发出的多播业务，经过环网传输后，会从端口B再收到，即节点0发给节点1的多播业务，经过节点2和节点3又回送给节点0；再比如：节点2会从端口A和端口B收到相同的多播业务，即同一多播业务从节点0发给节点1和节点3，节点1和节点3会经过复制将该多播业务都发给节点2。因此，需要每个节点丢弃多余的多播业务信元。具体地说，对于多播源节点，即根节点需要丢弃所收到的从自身发出的多播业务信元；对于其它多播接收节点，即叶子节点可根据两个网络端口所连接链路的状态和质量，选择从一个端口上接收多播业务信元。如图6所示，在网络控制设备41将接收到的多播业务发送给本节点的ATM交换设备之前，先选定接收哪个端口的多播业务信元，图6网络控制设备41中实线为选定的，虚线为未选的。其中，对于多播源节点来说，由于每个节点发送出的多播业务都使用自己的VPI值，且该VPI值在环网上不会发生变化，所以只要判断VPI值就可确定当前收到的多播业务信元是否需要丢弃，等于自身VPI值的多播业务信元都丢弃，具体实现可利用前面提到的业务标识查询表，只不过本实施例中该表为VPI查询表。对于多播接收节点，可利用前面提到的业务标识过滤抑制表，只不过本实施例中该表为VPI过滤抑制表，且在该表中增加某个VPI是否在本网络端口接收的标识，则确定从哪个节点接收多播业务信元的做法是：当前网络端口收到多播业务后，查看自身VPI过滤抑制表中的接收标识，如果标识表示接收，则从相应的网络节点接收该多播业务，所述接收标识通常根据本节点两个网络端口所连接链路的状态和质量来进行配置。当有多播业务信元发送到本节点时，在自身的VPI表中查找是否存在该多播业务信元的VPI值，如果存在，则接收；否则，不接收。在实际应用中，这里所提到的VPI查询表与VPI过滤抑制表可设置为同一张表，该表中包括三项内容：多播业务使用的VPI是否为自身发出的、是否为本节点需要的、是否从本网络端口对应的网络节点接收。

由于多播源节点是基于VP发送多播业务信元的，且本实施例中是基于VP接收和VP复制的，又由于每个VP包含多个VC，每个VC会对应一个多播流，因此每个VP中可能存在多个多播流，而有些多播流不是当前节点所需要的，因而需要把本节点不需要的多播流在发到交换设备之前丢弃，那么，就需要支持VC级多播流的抑制。如图7所示，从端口输入的是VP级多播业务信元，从端口C输出的是VC级多播业务信元，虚线所示即为过滤掉的VC级多播业务信元，也就是抑制的多播业务信元。具体实现方式就是，根据每个多播流使用的VCI值判断，将自身不存在的VCI连接所对应的VC级多播业务信元丢弃，比如：在每个网络节点的网络控制器中设置一个VCI过滤抑制表，将本节点存在的VCI连接的VCI值存入表中，每次收到多播业务后，判断该VP级多播业务中的每个VCI值是否在表中存在，如果是，则保留；如果不是，则丢弃，然后再将过滤后的多播业务送至交换设备。

实际上，在环网中传输多播业务时，为了减少整个网络的业务流量，根节点也可以只将收到的多播业务复制后发向一个网络端口，即只向其一个相邻节点发送。

由于在环网中，多播连接也支持恒定比特率(CBR)、实时可变比特率(rt-VBR)、非实时可变比特率(nrt-VBR)、未指定比特率(UBR)等几种业务类型，并且，与单播连接一样，多播连接的调度也是基于业务优先级的，通常CBR业务、VBR业务、UBR业务的优先级依次降低，相同业务优先级的多播业务信元和单播业务信元在调度甚至QoS上的处理都是一样的，所以可将多播业务信元和单播业务信元统一调度。在为不同业务类型提供不同QoS保证的同时，也可使多播连接和单播连接完全共享环上带宽，具体做法就是：将相同优先级的多播业务信元和单播业务信元放入同一队列中接收调度。

本发明中，由于每个多播连接的接收节点采用选收方式接收信元，因此可以运用成熟的自动保护倒换(APS)协议，根据系统检测到的物理层告警，如远端信号丢失(RLOS)、远端帧失步(RLOF)、信号劣化(SD)等；或ATM层告警，如告警指示信号(AIS)、远端错误指示(RDI)等，再结合目前使用的网络保护协议，如ITU-TI.630、ITU-TI.630，来选择工作路径，并在选定的工作路径上接收信元。

从上述分析可以知道，在一个VP多播连接内，可以存在多个多播业务流，分别通过不同的VCI来识别。不同的多播业务流可能是发给同一个用户终端的，而在该用户终端中，如果不能识别多播业务流使用的VCI，而直接根据信元头的ATM适配层5(ALL5)开销来识别业务包的第一个信元和最后一个信元，即头信元和尾信元，并根据头信元、中间信元、尾信元来成帧的话，就要求每个多播帧经过ALL5后，所有信元必须是顺序的，中间不能插入其他业务包的信元。这种情况下，就需要保证同一节点接收的不同包之间的信元不乱序，具体实现就是：使每个网络节点的网络控制设备按包发送和接收多播业务信元。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1、一种在异步转移模式ATM传输网络上实现多播的方法，其特征在于，在每个网络节点上设置含有连接本地交换设备的本地端口和至少一个连接网上节点的网络端口的网络控制设备，该方法还包括：

a.从外部网络或设备接收多播业务的网络节点作为多播源节点，将所接收到的多播业务复制到本节点网络控制设备的至少一个网络端口上，并分别发送给与该网络端口连接的作为多播接收节点的网络节点；

b.每个收到多播业务的多播接收节点，判断当前收到的多播业务是否为自身发出的多播业务，如果是，则丢弃当前收到的多播业务，结束多播传输流程，否则，执行步骤c；

c.根据当前收到的多播业务使用的业务标识判断该多播业务是否为本节点需要的多播业务，如果是，则将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点，同时通过本地端口将接收到的多播业务传送给本节点的交换设备；否则，将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先在每个网络端口设置存储所有自身使用业务标识的标识查询表，则步骤b中所述判断是否为自身发出的多播业务具体是：当前网络节点判断接收到的多播业务所使用的业务标识是否存在于标识查询表，如果存在，则所接收的多播业务是自身发出的；否则，所接收的多播业务不是自身发出的。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先在每个网络端口设置业务标识过滤抑制表，步骤c中所述判断是否为本节点需要的多播业务具体是：当前网络节点判断接收到的多播业务所使用的业务标识是否存在于业务标识过滤抑制表中，如果存在，则所接收的多播业务为本节点需要的多播业务；否则，所接收的多播业务不是本节点需要的多播业务。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先对业务标识过滤抑制表中的每个业务标识设置表示是否接收的标识，则步骤c在确定当前多播业务使用的虚通路标识VPI存在于业务标识过滤抑制表后，进一步判断业务标识过滤抑制表中该VPI是否对应接收标识，如果是，则所接收的多播业务为本节点需要的多播业务；否则，所接收的多播业务不是本节点需要的多播业务。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述的业务标识为虚通路标识VPI，每个网络节点使用一个或一个以上VPI向网上节点发送多播业务，且任意两个网络节点间的所有VPI均不相同。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述的业务标识为虚通道标识VCI，每个网络节点使用不同的VCI发送不同的多播业务，且一个VCI对应一条多播连接。

7、根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，网络节点之间基于虚通路VP进行多播业务的复制、发送或接收。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先在每个网络节点中设置VPI过滤抑制表和VCI过滤抑制表，所述步骤c为：

c1.当前网络节点判断当前接收到的多播业务所使用的VPI是否存在于VPI过滤抑制表中，如果存在，则将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点，然后执行步骤c2；否则，将所接收到的多播业务复制到至少一个非接收网络端口上，并分别发送给通过该网络端口与自身连接的网络节点，结束本流程。

c2.判断每个多播业务所使用的VCI是否存在于VCI过滤抑制表中，如果存在，则保留该多播业务；否则，丢弃该多播业务；

c3.将经过过滤的多播业务传送给本节点的交换设备。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输网络为具有环状、或树状、或网状、或链状拓扑结构的网络。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多播源节点为环状网或网状网上的任意节点。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在环状网上，所述多播业务的多播业务信元与网络上的单播业务信元统一调度。

12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个网络节点按包发送和接收多播业务的多播业务信元。

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