CN1801818A - 用数字用户线和因特网组管理协议进行多播的接入网结构 - Google Patents

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Abstract

IGMP是一种用于管理和控制到多个终端用户的数据流多播的协议，所述多个终端用户通过接入系统连接到电信网络。本发明公开了一种IGMP的新的实现方法，用于在xDSL接入网络系统中多播数据流。在该接入网络系统以及电信网络和多个终端用户之间的接口中，使用了DSLAM(数字用户线异步复用器)或ASAM(ATM用户接入复用器)。在LT(线路终端)上终止IGMP信号。能够实现接入系统更好的可扩展性，致使终端用户的数目增加。

Description

用数字用户线和因特网组管理协议 进行多播的接入网结构
技术领域
本发明涉及通过电信网络将数据流多播到多个目的地的领域。具体地，涉及在数字用户环路(缩写为DSL)接入系统上提供因特网组管理协议(缩写为IGMP)。
背景技术
数据通常以分组、帧或信元的方式通过网络传输；贯穿本说明书，交替使用了这些例如分组、帧、信元、数据流、分组流、帧流和信元流的术语。在多播中，来自单个信源的数据拷贝通过支持因特网协议(缩写为IP)的网络发送到多个目的地。IP多播使用由一组主机(终端用户)共享的多播组目的地址。多播源将分组发送到该地址，并且当多播路由器或交换机(通常称为“路由设备”)接收到这样的分组(发往多播地址)时，其进行复制并将该分组传递到选择因特网为路由的基础设施内的多个接收主机。多播路由器将接收的多播分组和多播转发表比较，并将接收分组的拷贝发往多播转发表中指定的所有接口。DSL接入系统可用于将多播数据流从路由设备传递到一个主机或一组主机。多种DSL(xDSL)系统都是可用的，例如HDSL(高比特率DSL)、SDSL(对称DSL)、RADSL(速率自适应DSL)、ADSL(非对称DSL)以及VDSL(超高比特率DSL)。
因特网组管理协议(IGMP)是用于支持多播通信的IP网络的优选信令协议。IGMP消息和用于数据传送的分组是分离的。主机和路由设备使用IGMP消息来将其IP多播组成员报告给所有相邻的多播路由设备。例如，当主机加入或离开该多播组时，表明这一情况的IGMP消息发送给相邻的路由设备。
下列美国专利文件描述了相关的主题。
在2003年11月25日授权的美国专利号6,654,371中，Dustan等人描述了“Method and Apparatus for Forwarding Multicast Data by RelayingIGMP Group Membership”。
在2002年7月25日公开的美国专利申请号2002/0097728中，Hinderks等人描述了“Method and Apparatus for Injection of IP Multicast Contentinto an ATM DSL Network”。
在2002年12月19日公开的美国专利申请号2002/0191631中，Couty描述了“Method of and a System for Lightening the Signaling Load of aMulticast Protocol applied to a Network of Terminals using aTransmission Medium that does not support Mutual Listening betweenTerminals”。
在2003年7月31日公开的美国专利申请号2003/0145102中，keller-Tuberg描述了“Facilitating Improved Reliability of Internet GroupManagement Protocal through the Use of Acknowledge Messages”。
参考图1，信源30将多播数据流32注入网络34，该网络可以是例如ATM网络或IP网络。在下游，诸如DSLAM38(数字用户线异步复用器)的DSL接入系统将该数据流32通过若干DSL 36传递到多个终端用户。每个终端用户通常具有主机或带有可视装置的机顶盒40，该可视装置通过CPE 42(用户端设备)连接到DSL。在其它情形中，如图1所示，一个CPE 44可以是DSL 46和多个终端用户之间的接口，所述多个终端用户位于诸如ATM网络、以太网等任何类型的局域网(LAN)48上。CPE包括跨接了用户系统和DSL的DSL调制解调器。
进一步参考图1，DSLAM 38是网络34和CPE 42、44间的接口。DSLAM 38包括NT(网络终端)45和一个或多个LT(线路终端)47。NT管理DSLAM和若干CPE间的点对多点连接的终止。每个LT实质上是DSL卡，该DSL卡管理朝向其CPE的数据流的DSL连接的终止。例如，在NT和若干LT之间提供了合适的诸如总线的传输介质、交换结构或点对多点连接。
对于通过DSL链路36的连接，ATM已被广泛当作用于DSLAM到DSL调制解调器之间的通信协议。Alcatel 7300 ASAM(高级业务访问管理器)就是使用ATM的DSLAM的例子。
要注意的是，虽然下列描述可能强调通过ATM网络的多播，但将要详细描述的本发明同样应用于通过任何DSL接入系统的其它多播环境，所述DSL接入系统可以用其它网络形式实现，如以太网、光纤网等，在这些网络上可在主机和路由设备之间形成虚拟电路或多播组。
现有技术在ASAM中的路由器(IP服务器)上提供了IGMP。该路由器包括IP业务模块(ISM)和控制器(网络终端-NT)，每个位于独立的电路卡上。这种方法涉及两张卡。因而其不如一张卡的解决方案效率高。本申请人2004年6月8日提交的序列号为10/878,132的专利申请描述了在NT上使用IGMP终止用于多播数据流的IGMP处理的解决方案。这可以称为NT结构上的IGMP。根据所描述的发明，通过使用点对多点连接，在ATM级上执行数据流的多播，并通过在NT上终止的IGMP控制消息控制所述数据流的多播，而不需使用IP服务器。该解决方案比已知的系统更加简单和有效。但是，其具有一些性能上的限制：由于在NT上为一组中的所有CPE执行所有的IGMP功能这一事实，每个NT的STB(机顶盒)数量是有限的。每个LT可以具有多个端口，每个端口连接到CPE(STB)，并且有连接到一个NT的许多LT。作为IGMP的终止点，NT为所有连接的CPE处理所有的IGMP控制信号。例如，如果许多终端用户同时冲浪到视频信道，这可能使NT过载。因此这种方法仅适合于非常有限的视频应用。期望能够以可扩展的方式提供IGMP信道连接。
因而，本发明涉及在诸如DSLAM或ASAM的DSL接入系统上提供IGMP业务的问题。本发明同样适合于DSL接入系统在ATM环境或非ATM环境中的情况。
发明内容
本发明涉及综合IGMP业务领域，具体地，通过使用若干DSL的网络将数据流的多播业务传递到多个终端用户。所述网络可以是使用若干DSL的ATM网或诸如以太网的其它形式的网络。
本发明的一个方面提供了能优选地终止于若干LT上的IGMP信令，用于处理视频信道。这可以称为LT结构上的IGMP(或简称为LT结构)。例如，诸如“加入/离开”操作的繁忙功能由多个LT分担而不需NT的参与。这可以减轻NT上的负荷并可以使得更容易地按比例增长终端用户的数量。但是，应当注意，由于某些LT会在NT上终止其IGMP信令信道而其它LT会终止其自己的IGMP信令信道，所以两种技术可以同时存在。
根据另一方面，本发明也使用可在每个LT和CPE之间形成的专用IGMP信令VC。但在该实施例中，本发明设想在若干LT上(在每个DSL卡上)执行IGMP终止。
根据其它方面，LT结构可实现在ATM环境中或可以是以太网类型的非ATM环境中。
还有另一个方面，本发明可以通过使用NT和LT结构的组合实现。在这样的配置中，某些LT在NT上终止其IGMP信令信道，而其它LT可以终止其自己的IGMP信令信道。这是一种混合的方法。在该混合方法中，LT终端与NT终端的比例是可变的，其由每个特定应用的可扩展性需求确定。
根据另一方面，本发明包括用于在IGMP信道连接上提供多播通信业务的系统。本发明与现有技术的区别在于，其能够在系统的线路终端(LT)子系统上终止IGMP信道连接(即，其能对于其所有或一些IGMP信道连接使用分布式终止方法)。
根据本发明的方法，响应于从请求特定数据流的终端用户系统之一接收的IGMP控制消息，xDSL接入系统通过连接到ATM网的信源启动ATM点对多点连接。信源将来自特定数据流的数据格式化为IP分组，每个IP分组具有IP多播地址。这些IP分组首先被封装成以太网帧，然后信源ATM将以太网帧封装成ATM信元并在ATM点对多点连接上将信元发送到ATM网络。xDSL接入系统通过ATM点对多点连接接收ATM信元，并在xDSL调制信号中将信元发送到终端用户系统。连接在xDSL接入系统和终端用户系统之间的xDSL调制解调器接收该xDSL调制信号，从ATM信元重组以太网帧，并将所述帧发送到终端用户系统；然后终端用户系统接收封装在以太网帧中的IP分组并将它们重新格式化为特定的数据流。在本文中，本发明的特征在于：在ATM级上使用点对多点连接执行多播，并通过终止在(xDSL系统中的)LT上的IGMP控制消息控制多播。
根据另一方面，本发明旨在提供这样的方法：通过具有NT模块和一个或多个LT模块的数字用户线(xDSL)接入系统向连接到电信网络的终端用户系统提供多播数据流。该方法包括以下步骤：使用点对多点连接多播所述数据流，并通过因特网组管理协议(IGMP)控制消息控制所述多播，所述控制消息终止于xDSL接入系统的一个或多个LT模块，并且不存在因特网协议(IP)服务器。
根据另一方面，本发明旨在提供这样的方法：通过具有NT模块和一个或多个LT模块的数字用户线(xDSL)接入系统向连接到异步传输模式(ATM)网络的终端用户系统提供多播视频数据流。该方法包括如下步骤：在所述ATM网络级上使用点对多点连接多播所述数据流，并通过因特网组管理协议(IGMP)控制消息控制所述多播，所述控制消息终止于xDSL接入系统的一个或多个LT模块，并且不存在因特网协议(IP)服务器。
xDSL系统还可以包括IGMP管理实体，用于控制线路终端模块与终端用户交换IGMP消息，并响应于IGMP消息在多播连接上控制IGMP多播功能，即加入和离开处理。
附图说明
图1是向多个终端用户传递多播数据流的示意图，其中IGMP与DSLAM和若干DSL共同使用。
图2是向多个终端用户传递多播数据流的示意图，其中IGMP与ATM网络中的ASAM和若干DSL共同使用。
图3显示了在网络内，ASAM如何与外部元件连接。
图4是根据本发明的实施例的ASAM结构示意图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例，使用ASAM(ATM用户接入复用器)将IP多播数据流通过ATM网络传递到一组连接到ASAM的终端用户。ASAM组合了DSLAM(多播数据流的传递)和IGMP处理(IGMP终止)的功能。ASAM免除了诸如路由器的“IP服务器”的使用。图2示意性地说明使用DSL和ASAM实现IGMP的ATM环境，其中DSL和ASAM用于传递和管理发往组成员的多播数据流。该图显示了到一个CPE的连接。
参考图2，信源(数据流首端)50提供至ASAM 56中的NT 54的静态配置信道52(如虚线所示)。因而信源50将数据流58发往ATM网络60，ATM网络60通过接口62将数据流传递到ASAM 56。以上假设在接口62中进入ASAM的数据流已经被完全格式化为正确的IP多播地址和ATM封装。因此数据流在注入到ATM网络之前就已经由信源格式化了。可选地，也可以在沿传输路径的其它某处将数据流格式化。因此，ASAM 56在接口62上接收完全封装的IP多播数据流。该数据流通过诸如总线的传输介质交叉连接到多个LT 55(仅显示了一个)。多个终端用户(机顶盒)64经由DSL 68和LAN 70通过CPE 66连接到ASAM 56中的LT 55。因此，在ASAM 56和每个终端用户64之间形成数据流连接72(如虚线所示)，其中通过DSL 68的连接位于ATM中，通过LAN 70的连接是以太网上的IP。在一个例子中，在ATM层上对包括诸如“点对点”和“点对多点”连接的所有ATM功能管理信源和ASAM。本发明使用终端用户和ASAM之间的IGMP用于多播的组管理。在ASAM和终端用户的CPE 66之间交换IGMP控制信号74，从而将多播数据流正确地传送到适当的终端用户。
图3说明了ASAM外部接口。参考该图，ASAM 80可以从ATM网络82接收ATM连接。ATM网络典型地通过SDH接口与ASAM进行通信，用于管理信号交换和数据传送。管理接口静态配置IGMP信令信道和多播IGMP表。ASAM 80和CPE 84之间的接口承载IGMP信令信息和已被预定的视频信道。用户数据接口通常是SONET/SDH，原因是广播电视信道要求每个信道的带宽为3Mbps级。终端用户86通过其本地设置的CPE 84和终端用户的STB(机顶盒)86接收数据流，例如在视频信道中的视频流。STB连接到诸如电视的显示装置以发送数据流的内容用于显示，同时与遥控单元交互作用以响应用户的命令。通过以太网接口和IP网络88交换管理信号来远程管理ASAM也是可能的。
现在参考图4，ASAM 100典型地包括NT模块102和多个LT模块104，此外还有其它支持ASAM有关管理功能的相关功能模块，例如EMS(元件管理系统)106。传输介质，例如带宽充足的系统总线，连接NT和若干LT模块。每个LT模块包括DSL卡108(或线路接口模块或缩写为LIM)，其通常具有的最大端口数目可达，例如96，每个端口硬连线到相应用户的CPE 110用于传递选择的多播数据流并交换IGMP消息信号。STB 112连接CPE 110和用于显示的TV114。PC可以取代STB和TV用于显示并与用户交互。诸如遥控器的手持控制器116与STB 112交互用于用户输入。通过使用点对多点连接在ATM级上执行数据多播。在ASAM和CPE之间使用IGMP以通过专用IGMP信令VC(虚拟电路)控制分组多播(groupmulticasting)，所述专用IGMP信令VC提供于ASAM和每个CPE之间的DSL上。与路由器环境中的多播不同，NT 102不执行诸如DVMRP/PIM(距离向量多播路由选择协议/不依赖协议的多播)等的IP多播路由选择。
在ASAM上，IGMP在ATM DSL环境中实现。以多播数据流的信源地址配置ASAM 100上的NT 102。在上行数据流上，NT终止来自每个业务用户的某些IGMP控制信道，并使用诸如加入和离开的IGMP控制消息启动或终止与相应的ATM点对多点连接的交叉连接。这些IGMP控制信道由虚线118表示为CPE和NT间的专用VC。在用户端，CPE 110包括xDSL调制解调器，xDSL调制解调器终止ATM点对多点数据流并将ATM分组传递到终端用户的以太网LAN上。一旦传递到LAN上，终端用户的PC或STB接收多播数据流，这些装置之一上的应用呈现适当的视频。
根据本发明的一个实施例，在LT上对某些IGMP功能终止IGMP信道，包括需要快速反应以响应用户输入的加入或离开功能。参考前面的图4，除NT 102上的IGMP协议之外，可在一个或多个LT 104’(例如单独的DSL卡108)上支持IGMP协议功能；在每个这样的LT之上提供并运行IGMP状态机。每个LT 104’具有到其相应CPE 110’的IGMP信令信道(例如专用VC)118’。此外，每个LT 104’维持类似于NT 102的IP多播源表。IP多播源表提供在IP多播地址和相应网络连接的内部(ASAM)接口之间的映射或转换关系，所述网络连接承载与多播地址相应的视频信道。EMS 106可在NT 102和LT 104’上配置IP多播源表。可选地，NT 102可向LT 104’提供IP多播源表。
在操作过程中，ASAM 100通过一个或多个NT 102上的网络接口接收完全封装的IP多播数据流，所述IP多播数据流承载于假设ATM是传输网络的点对多点连接上。多播数据流例如可以是视频信道。这些IP多播数据流中的每一个可由NT 102通过相应的内部接口提供，经内部传输介质交叉连接到任何一个LT 104’。所述传输介质可以是例如总线，NT 102和LT 104’之间的交叉连接可以通过所述总线建立。当LT 104’从其相关的CPE 110’通过其信令信道118’接收IGMP加入消息时，则在IP多播源表中对于来自加入消息的多播地址执行查找操作。IP多播源表提供了对应于多播地址的内部接口的标识符。然后，LT 104’启动到该内部接口的交叉连接，由此通过总线从NT 102接收到相应IP多播数据流。当LT 104’接收到标识相同多播地址的离开消息时，则LT拆除该交叉连接。
总之，本发明的优点在于减轻了NT 102上的工作负荷。另外，其与集中式方法相比更易扩展，在所述集中式方法中只有NT 102支持IGMP功能。因此LT模式上的IGMP是用于提供IGMP信道连接的具有成本效益的方案，这对于诸如通过DSL业务提供广播电视等应用是有用的。本发明的一种变化是在LT 104’上而不是在NT 102上提供加入和离开消息的IGMP处理。可选地，在混合方法中，可在NT 102上对一些LT 104终止IGMP信道，其它LT 104’终止其自己的IGMP信道。在最后的这种模式中，选择的LT 104’的子集配备有IGMP状态机。

Claims (20)

1.一种向终端用户系统提供多播数据流的方法，所述终端用户系统通过具有NT模块和一个或多个LT模块的数字用户线接入系统连接到电信网络，所述方法包括如下步骤：
使用点对多点连接多播所述数据流，并且
通过因特网组管理协议控制消息控制所述多播，所述控制消息终止于所述数字用户线接入系统的一个或多个所述LT模块上。
2.根据权利要求1的方法，其中所述数字用户线接入系统利用连接到所述电信网络的信源，并响应于来自请求所选择的数据流的终端用户系统之一所接收的因特网组管理协议控制消息来接收点对多点连接。
3.根据权利要求2的方法，其中所述信源将来自选择的数据流的数据格式化为IP分组，所述IP分组具有IP多播地址。
4.根据权利要求3的方法，其中所述NT模块向每个LT模块提供IP多播源表。
5.根据权利要求4的方法，其中终止于所述LT模块的所述因特网组管理协议控制消息是来自所述终端用户系统的加入或离开消息。
6.根据权利要求5的方法，还包括如下步骤：
根据所述IP多播源表从内部接口接入多播数据流，并将来自于特定接入的数据流的数据提供给已加入所述数据流的任何终端用户系统。
7.一种向通过数字用户线接入系统连接到异步传输模式网络的终端用户系统提供多播的视频数据流的方法，所述数字用户线接入系统具有NT模块和一个或多个LT模块，所述方法包括如下步骤：
在所述异步传输模式网络级上使用点对多点连接多播所述数据流；并
通过因特网组管理协议控制消息来控制所述多播，所述控制消息终止于所述数字用户线接入系统的一个或多个LT模块上。
8.根据权利要求7的方法，其中，响应于从请求选择的数据流的所述终端用户系统之一接收的因特网组管理协议控制消息，所述数字用户线接入系统建立到特定点对多点连接的交叉连接。
9.根据权利要求8的方法，其中所述数据流的信源将数据格式化为IP分组，所述IP分组具有IP多播地址。
10.根据权利要求9的方法，其中所述IP分组首先被封装成以太网帧，然后所述以太网帧封装的IP分组被封装成异步传输模式信元，所述异步传输模式信元在所述点对多点连接上通过所述异步传输模式网络传送。
11.根据权利要求10的方法，其中所述数字用户线接入系统通过所述异步传输模式网络点对多点连接接收所述异步传输模式网络信元，并在数字用户线调制信号中将所述信元发送到所述用户系统。
12.根据权利要求11的方法，其中在所述数字用户线接入系统和所述终端用户系统之间连接数字用户线调制解调器，所述调制解调器接收所述数字用户线调制信号，从所述异步传输模式信元重组所述以太网帧封装的IP分组，并将所述帧发送到所述终端用户系统，所述终端用户系统接收所述IP分组，并同样地重新格式化为特定数据流。
13.根据权利要求12的方法，其中所述NT模块向所述LT模块提供IP多播源表。
14.根据权利要求13的方法，其中在所述LT模块上终止的所述因特网组管理协议控制消息是来自所述终端用户系统的加入或离开请求。
15.根据权利要求14的方法，还包括如下步骤：
根据所述IP多播源表通过内部接口接入多播数据流，并将来自特定接入数据流的数据提供给任何已加入所述数据流的终端用户系统。
16.一种向通过数字用户线接入系统连接到异步传输模式网络的终端用户系统提供多播视频数据流的方法，所述数字用户线接入系统具有NT模块和一个或多个LT模块，所述方法包括如下步骤：
使用点对多点连接在所述异步传输模式网络级上多播所述数据流；
对于到选择的终端用户的连接，通过在一个或多个LT模块上终止的因特网组管理协议控制消息控制所述多播，并且
对于到剩余的终端用户的连接，通过在所述NT模块上终止的因特网组管理协议控制消息控制所述多播。
17.在多个终端用户通过使用具有NT模块和一个或多个LT模块的数字用户线系统接入电信网络的网络接入系统中，向一个或多个终端用户多播一个或多个数据流的方法，所述方法包括如下步骤：
在所述数字用户线系统的所述NT模块上接收所述一个或多个数据流；并且
在相应的LT模块上，处理关于来自所述终端用户的所述数据流上的关于多播功能的因特网组管理协议消息，由此，响应于正在处理的所述因特网组管理协议消息，建立或拆除所述NT模块上的特定数据流和任何LT模块之间的交叉连接。
18.根据权利要求17的方法，其中所述处理因特网组管理协议消息的步骤包括在所述LT模块上终止加入和离开消息。
19.根据权利要求18的方法，其中所述NT模块向每个LT模块提供IP多播源表。
20.根据权利要求19的方法，其中所述LT模块对于所述LT模块的子集处理因特网组管理协议消息。
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