CN1881913A - 一种网络接入设备中用户接口组播管理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络接入设备中用户接口组播管理方法及其装置，它通过在网络接入设备中为用户接口设置用户组播信息表，IGMP协议处理单元获取用户IGMP消息中的用户标识信息，并根据组播消息类型，检索、更新用户组播信息表；当该用户接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当某一组播组用户信息表为空时，可立即终止该组播GSQ过程，直接快速离开，同时结合组播状态表项的使用，本发明可大大提高网络接入设备的组播频道切换速度和性能。

Description

一种网络接入设备中用户接口组播管理方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种通信网络设备中组播业务管理方法，尤其涉及一种用于提高组播业务频道切换性能的用户接口组播管理方法，以及实现该方法的装置。

背景技术

在使用通信技术的日益发展，组播业务(如IP TV网络电视、IP会议电视业务、IP网上课程等)越来越成为一种普遍公众的服务，而且正在成为非常引人注目的业务增长点。

图1是一种典型的IP组播体系结构示意，在本地路由器-远程路由器之间使用组播路由协议，可以是DVMRP(距离向量组播路由选择协议)、PIM-DM(协议无关组播-密集模式)等，该协议根据加入组播组的接口拓扑结构形成组播的路由转发表；在IGMP主机-本地路由器之间使用组成员关系协议，如典型的IGMP(因特网分组管理协议)主机通过此协议告诉本地路由器，希望加入并接受某个特定组播组的信息，同时本地路由器通过此协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态(即该网段是否仍有属于某个组播组的成员)，以建立并且维护路由器直接联网段的组成成员关系信息，同时为了有效地抑制组播数据在链路层的扩散，在接入层网络设备中引入了IGMPSnooping/Proxy(IGMP侦听/代理)等组播协议。

如图2所示，网络接入设备DSLAM(数字用户线接入复用器：DSL AccessMultiplexer)实现了IGMP Proxy/增强型IGMPsnooping的功能。IGMP Proxy/增强型IGMPsnooping收到来自用户端口的组播成员报告报文后，解析报文中组播组的IP地址，建立相应的组播组IP地址和网络接口的组播转发表，并将该报文转至上层设备，网络中下发的组播业务流根据组播转发表通过被复制给多个网络接口，每个网络接口通过CPE(用户站设备)可以连接若干用户终端(如STB，PC终端)。组播业务由于实时性要求高，并且直接面向终端用户，业务质量要求高，它往往对设备的响应速度有比较高的要求。例如，对于终端组播用户离开的请求处理上，通常对设备的的要求是ms级。用户终端可能存在两种IGMP使用版本(IGMPv1、IGMPv2)；对于IGMPv1用户，终端可以加入组播组，没有Leave信息。对于IGMPv2用户，其包含了离开信息，允许迅速向网络设备报告组成员终止情况。对于采用IGMPv1用户，当用户进行频道切换时，网络接入设备收到用户加入其它频道的请求，但无法判断用户当前是否已经离开前一组播业务频道或者当前是否还有其它用户接收前一组播频道的数据。目前采取的方法主要有两种：A)、最新请求优先的原则，DSLAM将该接口从组播业务表的该组播组中删除，该组播数据流随之停止；该方式尽管离开速度快，但缺点也是很明显的：其一，系统将用户最新发出的加入组播组信息为高优先级，从而影响用户原来请求加入的组播业务；其二，当同一接口上该组播有多个用户时，一个用户的新加频道会影响其它正在使用的用户。B)、GMQ(通用成员查询：General Membership Query)过程，询问接口上是否有用户存在，如果还有其他用户响应该查询，则该组播数据流依旧发给该用户接口；否则，DSLAM将该用户接口从组播业务表的该组播组中删除，组播数据流随之停止；GMQ过程按照协议规定通常需要一段响应的时间，同时GMQ过程是针对所有的组播组的，这样一来，可能造成大量IGMP协议包的交互，加大了网络负担，影响系统性能。对于采用IGMPv2用户，当用户进行频道切换时，会向与之相连接的DSLAM接口发送IGMP消息，通常是一个Leave信息后面接着2-3个Join信息。DSLAM收到Leave后，按照RFC2236的要求，可以采用如下两种处理办法：A)，快速离开方式，DSLAM将该接口从组播业务表的该组播组中删除，该组播数据流随之停止；该方式尽管离开速度快，但当同一接口上该组播有多个用户时，一个用户的离开会影响其它正在使用的用户。B)，进入GSQ(特定组查询：Group Specification Query)过程，询问接口上该组播组是否还有其他用户存在，如果还有其他用户响应该查询，则该组播数据流依旧发给该用户接口；否则，DSLAM将该用户接口从组播业务表的该组播组中删除，组播数据流随之停止；GSQ过程按照协议规定通常需要1-2秒的时间，这样一来，当用户切进行频道切换时，系统响应速度相对比较慢，如果此时该接口资源紧张(如带宽限制)，前一组播数据流不能立即停止以释放接口资源，新加入的组播数据流不能立即提供给用户，影响用户的业务体验。

美国专利申请号为“20040117503”、发明名称为“以MAC地址触发IGMP离开”(IGMP Expected Leave Triggered By MAC Address)提供了一种IGMP服务中改进的频道切换方法，它采用跟踪、比较用户MAC信息的方式以判断是否发出Leave消息。但是，该方案存在如下缺陷：1)、仅在用户加入时跟踪记录用户信息，当有多个用户时，表项过多，占用设备运行时的宝贵的内存空间。2)、用户跟踪记录表较长，导致匹配查找时搜索时间长，因此切换离开时延性能受到影响。3)、由于IGMPv1用户离开组播时，没有Leave消息，该方案并不能有效解决IGMPv1的快速离开。4)、当用户执行频道回切时，先前离开的组播数据流需要重新建立。

由此可见，现有的网络接入设备缺乏有效的用户接口组播业务管理手段。

发明内容

本专利提出了的一种网络接入设备中用户接口组播管理方法及其装置，旨在提高组播业务频道切换性能，能够在用户切换频道时通过当前用户的实时情况选择协议处理流程，在不影响用户正常享用业务的条件下，最大程度地提高了用户切换性能。

本发明采用如下技术方案：

一种网络接入设备中用户接口组播连接管理方法，所述网络接入设备通过用户接口与若干用户终端相连，其方法包括：a)、在网络接入设备中为用户接口设置用户组播信息表，该信息表项至少包括组播地址、用户标识信息；b)、网络接入设备获取用户IGMP消息中的用户标识信息，当所述的用户IGMP消息为Join消息，检索用户组播信息表，如果该用户对于请求加入的组播组为新用户，则在用户组播信息表中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目；当所述的用户IGMP消息为Leave消息时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目，进入GSQ过程，并等待下一个IGMP消息；c)、网络接入设备向发Join消息的用户提供请求加入的组播数据流。

优选地，上述方法步骤b)网络接入设备收到Join消息时，执行接入控制检查：当该用户接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当某一组播组用户信息表为空时，终止该组播GSQ过程，直接快速离开。

优选地，上述方法步骤b)中，当所述用户是IGMPv1用户，相应加入组播组超时(Timeout)时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目。

优选地，上述方法步骤a)中，用户标识信息为用户MAC地址或IP地址或者其它可标识用户身份的信息。

优选地，本发明定义的用户组播信息表进一步包括组播状态表项，以标识该组播组处于“活动”、“未决”或“空闲”状态。

根据上述组播状态定义，在上述步骤b)中，当所述的用户IGMP消息为Leave消息或IGMPv1用户加入组播组Timeout时，在删除该组播组中该用户标识对应条目后，进一步将该组播的组播状态置于“未决”状态。进而，当GSQ进程结束，发现该组播组不存在其它用户，进一步将该组播的组播状态更新为“空闲”状态。

根据上述组播状态定义，在上述步骤b)对Join消息的处理进一步包括：接入控制检查，当该接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当存在“空闲”组播组时，释放该组播数据流带宽。否则，接入控制检查发现存在“未决”组播组且对应的用户标识为空时，释放该组播数据流带宽。

本发明进一步提供了一种网络接入设备，所述网络接入设备通过用户接口与若干用户终端相连，其特征在于其包括：用户组播信息表：用于保存该用户接口上组播地址、用户标识信息；IGMP协议处理单元：获取用户IGMP消息中的用户标识信息，当所述的用户IGMP消息为Join消息，并通过接入控制检查后，检索用户组播信息表，如果该用户对于请求加入的组播为新用户，则在用户组播信息表中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目；当所述的用户IGMP消息为Leave消息时，则在用户组播信息表中删除当前组播组中该用户标识对应条目，进入GSQ过程，并等待下一个IGMP消息。

优选地，上述IGMP协议处理单元收到Join消息时，执行接入控制检查：当该用户接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当某一组播组用户信息表为空时，终止该组播GSQ过程，直接快速离开。

优选地，上述IGMP协议处理单元进一步包括：当所述用户是IGMPv1用户，相应加入组播组Timeout时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目。

优选地，上述用户组播信息表的用户标识信息为用户MAC地址或IP地址或标识用户身份的其它信息。

优选地，网络接入设备的用户组播信息表进一步包括组播状态表项，以标识该组播组处于“活动”、“未决”或“空闲”状态；根据上述组播状态定义，IGMP协议处理单元接收的用户IGMP消息为Leave消息或IGMPv1用户加入组播组Timeout时、在删除该用户对应组播条目后，将该组播的组播状态置于“未决”状态。

根据上述组播状态定义，IGMP协议处理单元在GSQ进程结束，该组播组不存在其它用户，进一步将该组播的组播状态更新为“空闲”状态。

根据上述组播状态定义，IGMP协议处理单元执行接入控制检查，当该接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当存在“空闲”组播组时，释放该组播数据流带宽；否则，当存在“未决”组播组，且对应的用户标识为空时，释放该组播数据流带宽。

根据本发明提供的用户接口组播管理方法及其装置，网络接入设备根据用户的组播业务信息，实时更新用户组播信息表，一方面减少了其占用的内存资源，另一方面提高了频道切换速度和性能，同时保证不影响其它用户。在现有的网络构架下，本发明所述的网络设备实现成本几乎没有增加，只需要软件增加动态用户组播信息跟踪机制就可以提升组播业务的服务质量。

附图说明

图1为一种典型的IP组播体系结构示意图；

图2为组播业务在网络接入设备DSLAM中的实现；

图3为本发明组播业务在接入设备中实现结构示意图；

图4为本发明网络接入设备用户接口优选采用的用户组播信息表；

图5A为本发明网络接入设备对用户IGMP消息的处理示意之一；

图5B为本发明网络接入设备对用户IGMP消息的处理示意之二。

具体实旅方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

图3是本发明组播业务在接入设备中实现结构示意图，网络接入由网络接入设备20通过其网络接口与若干CPE相连，CPE与若干机顶盒(STB1，STB2……STBN)相连接。其中，网络接入设备20包括IGMP协议处理单元21，该协议处理单元收到来自用户接口的组播成员报告报文后，解析报文中组播组的IP地址，建立相应的组播组IP地址和用户接口的组播转发表22，并将该报文转至上层网络设备，网络接入设备20将按照组播转发表22向用户接口提供组播数据流；

IGMP协议处理单元可以采取IGMP SNOOP或IGMP Proxy方式来实现，IGMP SNOOP协议实现原理是：通过侦听STB发向本地路由器30的IGMP消息的方式，形成组播转发表22；网络接入设备20根据该组播转发表将收到组播数据包只转给组成员。IGMP Proxy协议实现与IGMP SNOOP协议相同功能，但机理不同：IGMP SNOOP只是通过侦听IGMP消息来获取有关信息，而IGMPProxy则拦截了STB的IGMP请求并进行相关处理后，再将它转发给本地路由器30。

根据本发明思想，网络接入设备20为用户接口设置用户组播信息表23，该信息表表项至少包括组播地址、用户标识。该用户组播信息表23应该明显区别于组播转发表，它用于实现该用户接口组播业务管理功能，以建立该用户接口口与及该端口上的用户终端的组播业务管理。

相比常规的IGMP协议处理单元处理过程，本发明IGMP协议处理单元的改进之处在于：获取用户终端IGMP消息中的用户标识信息，当所述的用户IGMP消息为Join消息，检索用户组播信息表23，如果该用户对于请求加入的组播为新用户，则在用户组播信息表23中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目；当所述的用户IGMP消息为Leave消息时，进入GSQ过程，以检测是否存在该组播组是否还存在其他用户，同时，它删除用户组播信息表23中当前组播组中该Leave用户对应的用户标识条目，并等待处理下一个IGMP消息；对于IGMPv1用户而言，由于没有Leave消息机制，如果相应加入组播组超时(Timeout)时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目。

通常，对网络接入设备而言，组播接入是受限的，IGMP协议处理单元对Join消息的处理前，需要进行接入控制检查(包括用户接口资源、系统资源检查和用户身份检查)，以明确是否向用户提供所请求的组播数据流，根据本发明思想，当该用户接口组播资源不足时，它检查该用户接口用户组播信息表，当发现某一组播组用户信息表为空时，终止该组播GSQ过程，直接快速离开。

图4为本发明网络接入设备用户接口优选采用的用户组播信息表，其表项包括：组播地址、用户标识。其中，用户标识信息可以是用户终端的MAC地址或IP地址或者其它可标识用户身份的信息。此外，表项还可包括组播状态表项，以标识当前该组播在该用户接口的工作状态，例如，我们以“A”来表示该组播处于“活动”状态，该用户接口有成员接收该组播数据流；以“B”来表示该组播处于“未决”状态，该组播组处于CSQ进程状态；以“C”来表示该组播处于“空闲”状态，该用户接口没有成员接收该组播数据流。设置组播状态表项的目的在于：1)、网络接入设备可以在必要的时候删除处于“空闲”或“未决”状态的组播，以释放其内部数据总线带宽；2)、当该用户接口的用户带宽资源不够，而又有新的组播请求加入时，需要释放该用户接口资源；3)、保留“未决”、“空闲”状态可方便执行频道回切的组播用户迅速建立组播连接，同时，为用户接口的组播删除提供了选择可能。

图5A为本发明网络接入设备对用户IGMP消息的处理示意之一。在步骤50，某用户接口已经建立两个组播数据流(Ch.2，Ch.3)，其对应的用户组播信息表如图A50示意；在步骤51，STB1发出Join请求，要求加入Ch.1组播组，IGMP协议处理单元检索用户组播信息表，发现该用户对于请求加入的组播为新用户，则在用户组播信息表中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目，此时对应的用户组播信息表如图A51示意；在步骤52，STB1执行频道切换，其首先发出Leave消息，请求离开Ch.1，IGMP协议处理单元删除用户组播信息表中当前组播组中该用户标识对应条目，同时进入GSQ过程，以查询接口上该组播组是否还有其他用户存在，并等待下一个IGMP消息，此时对应的用户组播信息表如图A52示意；接下来的步骤53，IGMP协议处理单元收到STB1发出Join消息，请求加入Ch.4，IGMP协议处理单元检索用户组播信息表，发现该用户对于请求加入的组播为新用户，则在用户组播信息表中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目(图中未示意该时刻用户组播信息表)。然而，如前所述，通常组播接入是受限的，由于用户接口资源---带宽限制，我们假定每个用户接口可容许3个组播数据流。该用户接口此时已经存在3个组播数据流，受用户接口带宽限制，请求加入组播流Ch.4不能立即响应，需要上述GSQ过程执行完毕且没有其它用户存在，才能停止Ch.1组播流以释放带宽后，STB1的Join消息才能得到响应；然而，根据本发明思想，IGMP协议处理单元在收到Join消息时，执行接入控制检查，发现该用户接口组播资源不足，它进一步检查该用户接口的用户组播信息表，由于Ch.1组播组当前用户标识为空，它可以马上结束GSQ过程，执行快述离开，以释放带宽资源，Ch.4组播流得以迅速建立，此时对应的用户组播信息表如图A53示意；

下面，我们结合图4所提供的用户组播信息表对图5B提供的本发明接入设备对用户IGMP消息的处理示意作进一步说明，同样，组播接入为受限，由于用户接口带宽限制，假定每个用户接口可容许3个组播数据流，用户组播信息表进一步包括组播状态表项，与图5A不同之处体现在：步骤52中，STB1执行频道切换，其发出Leave消息，IGMP协议处理单元在删除用户组播信息表中Ch.1对应的用户标识STB1后，同时将该组播状态置于“未决”状态，IGMP协议处理单元进入GSQ过程，以查询接口上该组播组是否还有其他用户存在，对应的用户组播信息表如图B52示意(假设此时候组播组Ch.3处于“空闲”状态)；在步骤53中，IGMP协议处理单元收到STB1发出Join消息，请求加入Ch.4，IGMP协议处理单元在执行接入控制检查结果发现该接口组播资源不足，它进一步检查该接口的用户组播信息表，发现Ch.1组播状态处于“未决”状态，Ch.3组播状态处于“空闲”状态，它可以首先选择删除处于“空闲”状态的Ch.3组播流，以释放带宽资源；在用户组播信息表中添加Ch.4组播地址与该用户标识在内的相应条目后，Ch.4组播流得以迅速建立，对应的用户组播信息表如图B53示意。如步骤54示意，而在上述GSQ过程执行完毕且确认没有其它用户存在后可以将Ch.1组播状态更新为“空闲”，此时对应的用户组播信息表如图B54示意。这样设置有效地解决了用户执行频道回切的响应时间问题；

对上述图5B提供的本发明接入设备对用户IGMP消息的处理，如果在步骤52中，组播组Ch.3也处于“活动”状态，只有组播组Ch.1处于“未决”状态，对应的用户组播信息表如图B52’示意；在步骤53中，IGMP协议处理单元收到STB1发出Join消息，请求加入Ch.4，IGMP协议处理单元在执行接入控制检查结果发现该接口组播资源不足，它进一步检查该接口的用户组播信息表，发现Ch.1组播状态处于“未决”状态，IGMP协议处理单元可进一步判断其对应的用户标识表项，如果为空时，说明不存在用户，它可以立即删除该组播流，释放该组播数据流占据的资源；并在用户组播信息表中添加Ch.4组播地址与该用户标识在内的相应条目后，请求加入的Ch.4组播能得以快速建立，对应的用户组播信息表如图B53’示意。

虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于在本技术领域熟练的人士，根据上文的叙述做出的替代、修改与变化将是显而易见的。因此，在这样的替代、修改和变化落入附后的权利要求的精神和范围内时，应该被包括在本发明中。

Claims (16)

1、一种网络接入设备中用户接口组播连接管理方法，所述网络接入设备通过用户接口与若干用户终端相连，其方法包括：

a)、在网络接入设备中为用户接口设置用户组播信息表，该信息表项至少包括组播地址、用户标识信息；

b)、网络接入设备获取用户IGMP消息中的用户标识信息，当所述的用户IGMP消息为Join消息，检索用户组播信息表，如果该用户对于请求加入的组播组为新用户，则在用户组播信息表中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目；当所述的用户IGMP消息为Leave消息时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目，进入GSQ过程，并等待下一个IGMP消息；

c)、网络接入设备向发Join消息的用户提供请求加入的组播数据流。

2、如权利要求1所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述步骤b)网络接入设备收到Join消息时，执行接入控制检查：当该用户接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当某一组播组用户信息表为空时，终止该组播GSQ过程，直接快速离开。

3、如权利要求1所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述步骤b)进一步包括：

当所述用户是IGMPv1用户，相应加入组播组Timeout时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目。

4、如权利要求1所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述步骤a)中，用户标识信息为用户MAC地址或IP地址或者其它可标识用户身份的信息。

5、如权利要求1至4所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述步骤a)中，用户组播信息表进一步包括组播状态表项，以标识该组播组处于“活动”、“未决”或“空闲”状态。

6、如权利要求5所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述步骤b)中，当所述的用户IGMP消息为Leave消息或IGMPv1用户加入组播组Timeout时，在删除该组播组中该用户标识对应条目后，进一步将该组播的组播状态置于“未决”状态。

7、如权利要求6所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于当GSQ进程结束，发现该组播组不存在其它用户，进一步将该组播的组播状态更新为“空闲”状态。

8、如权利要求5所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述步骤b)对Join消息的处理进一步包括：

接入控制检查，当该接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当存在“空闲”组播组时，释放该组播数据流带宽。

9、如权利要求8所述的用户接口组播连接管理方法，其特征在于所述接入控制检查进一步包括：当存在“未决”组播组，且对应的用户标识为空时，释放该组播数据流带宽。

10，一种网络接入设备，所述网络接入设备通过用户接口与若干用户终端相连，其特征在于其包括：

用户组播信息表：用于保存该用户接口上组播地址、用户标识信息；

IGMP协议处理单元：获取用户IGMP消息中的用户标识信息，当所述的用户IGMP消息为Join消息，检索用户组播信息表，如果该用户对于请求加入的组播为新用户，则在用户组播信息表中添加该组播地址与该用户标识在内的相应条目；当所述的用户IGMP消息为Leave消息时，则在用户组播信息表中删除当前组播组中该用户标识对应条目，进入GSQ过程，并等待下一个IGMP消息；

11、如权利要求10所述的网络接入设备，其特征在于所述IGMP协议处理单元收到Join消息时，执行接入控制检查：当该用户接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当某一组播组用户信息表为空时，终止该组播GSQ过程，直接快速离开。

12、如权利要求10所述的网络接入设备，其特征在于所述IGMP协议处理单元进一步包括：

当所述用户是IGMPv1用户，相应加入组播组Timeout时，则在用户组播信息表中删除该用户标识对应组播组条目。

13、如权利要求10所述的网络接入设备，其特征在于所述用户组播信息表的用户标识信息为用户MAC地址或IP地址或标识用户身份的其它信息。

14、如权利要求10所述的网络接入设备，其特征在于所述用户组播信息表进一步包括组播状态表项，以标识该组播组处于“活动”、“未决”或“空闲”状态；IGMP协议处理单元接收的用户IGMP消息为Leave消息或IGMPv1用户加入组播组Timeout时、在删除该用户对应组播条目后，将该组播的组播状态置于“未决”状态。

15、如权利要求14所述的网络接入设备，其特征在于所述IGMP协议处理单元在GSQ进程结束，该组播组不存在其它用户，进一步将该组播的组播状态更新为“空闲”状态。

16、如权利要求15所述的网络接入设备，其特征在于所述IGMP协议处理单元对Join消息的处理进一步包括：

接入控制检查，当该接口组播资源不足时，检查该接口用户组播信息表，当存在“空闲”组播组时，释放该组播数据流带宽；否则，当存在“未决”组播组，且对应的用户标识为空时，释放该组播数据流带宽。

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