CN1933460A - 无线局域网传输组播帧的设备、系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

无线局域网传输组播帧的设备、系统和方法，其中：系统包括组播源、无线接入设备和无线客户端；设备为无线接入设备包括无线接口模块、组播成员管理模块，无线接口模块用于与无线客户端之间收发报文，用于检测与无线客户端的连接信号质量，实时调整和确定发送到无线客户端的报文发送速率，组播成员管理模块用于维护组播成员列表以及用于接收和转发组播报文；方法包括：(a)组播源将组播报文发送至无线接入设备；(b)无线接入设备查找组播成员列表，若该组播报文对应的组播组在表中有组播成员客户端，则将组播报文的组播目的地址依次替换成该组播组每个成员客户端的MAC地址；(c)无线接入设备将该组播报文发送到组播组中的成员无线客户端。

Description

无线局域网传输组播帧的设备、系统及实现方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域中无线局域网组网时组播技术业务应用的实现方法，尤其涉及IEEE 802.11无线局域网(WLAN)传输组播帧的设备、系统及方法。

背景技术

无线局域网作为网络终端的一种接入技术，具备接入速度高，布线简易等优点，越来越被广泛地应用于家庭网络，随着宽带和视频压缩技术的不断发展，以视频和语音为主的多媒体在网络传输的需求在迅速地增长。当前比较流行的多媒体应用，如视频和语音的实时交互、IPTV(Internet Protocol TV)等应用，均要求比较高的网络带宽支持，通过无线局域网技术传输多媒体应用逐渐成为今后发展的一个重要方向。

传统的IEEE 802.11无线局域网是为数据应用设计的，对组播应用的支持比较弱，从组播源发送一个组播报文到达无线接入点后，无线接入点将这个组播报文发送到关联的无线客户端，但是不属于这个组播组并已经关联到这个无线接入点的其他无线客户端也可以收到这个组播报文。

以IP组播为主的IPTV直播业务，要求仅加入某个组播组的无线客户端可以接收这个组播组的组播报文，其他没有加入这个组播组的无线客户端不允许接收这个组播组的组播报文，目前的IEEE 802.11无线局域网还不能满足这个要求。

IEEE 802.11无线局域网传输目的地址是无线客户端MAC(介质访问控制)地址的单播(Unicast)数据报文时，无线接入点发送的单播报文到达无线客户端后，接收数据的无线客户端发送802.11确认(ACK)帧到无线接入点，如果接入点设备没有接收到无线客户端的ACK帧，则会重传这一帧，在一个干扰比较高的802.11无线网络里，802.11 ACK提供了可靠的数据传输机制。接入点设备还可以通过接收无线客户端的802.11 ACK帧以及其他管理或数据帧，来检测无线客户端的信号质量，并根据信号质量实时调整无线客户端的数据发送速率，进一步可以保证数据的可靠传输。

IEEE 802.11无线局域网传输组播(Multicast)数据报文时，802.11协议规定，负责接收组播的无线客户端不能发送802.11 ACK帧到无线接入点，导致无线接入点不能确定无线客户端是否正确接收了组播帧，由于没有802.11 ACK的确认重传机制以及其他可靠保证机制，组播数据的传输可靠性比较低。

同时由于负责接收组播的无线客户端不发送802.11 ACK帧到无线接入点，无线接入点也就不能通过发送的组播报文来检测接收方的信号质量。当无线接入点和无线客户端之间传输的组播报文占据主要流量时，由于无线接入点不能实时检测接收方的信号质量以及根据信号质量调整无线客户端的数据发送速率，会导致某个时段内组播报文发送的误码率增加，组播数据传输的可性靠进一步降低。

以IP组播为主的IPTV直播业务，无线接入点和无线客户端之间传输的单播报文较少，IP组播报文占据了主要带宽。当无线接入点与无线客户端间的信号质量发生变化时，无线接入点和无线客户端之间不能及时调整组播报文发送速率，导致组播报文发送误码率增加，同时由于无线接入点和无线客户端之间的组播帧没有确认接收机制，组播帧的传输可靠性比较低，经常出现播放不流畅，影响业务的开展。

无线接入点发送组播报文是发向所有无线客户端，无线接入点为了保证所有无线客户端都能接收到组播帧，通常无线接入点以最保守的数据速率发送组播帧，如802.11b通常为1Mbps，802.11a/g通常为2Mbps，但实际的带宽比上述的组播帧数据发送速率还要低，这对于至少需要2Mbps甚至更高带宽的多媒体应用如IPTV业务来说，带宽明显不足，影响业务的正常开展。如果固定配置了比较高的组播数据发送速率，会导致信号质量比较低的某些无线客户端不能正确接收，特别是当无线客户端与无线接入点之间的距离、障碍物等环境发生变化引起的无线客户端与无线接入点间的信号质量发生变化，如果无线接入点与无线客户端间的组播发送速率不能实时调整，则会出现较高的组播发送误码率，导致无线客户端不能正确接收组播报文。因此需要增加组播的发送速率以提高带宽，组播发送速率必须支持可实时调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线局域网传输组播帧的设备，可以实现将IP组播报文仅发送到该IP组播报文对应的组播组成员无线客户端，保证IP组播的可靠传输，并提高组播的发送速率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线局域网传输组播帧的设备，又称为无线接入设备，所述设备包括无线接口模块、上行接口模块和路由转发模块，其特征在于，还包括组播成员管理模块，所述上行接口模块通过所述路由转发模块分别与所述组播成员管理模块和所述无线接口模块相连，所述组播成员管理模块与所述无线接口模块相连，其中：

所述无线接口模块，包括无线驱动模块和硬件接口，所述无线驱动模块用于与无线客户端之间收发报文，用于检测与无线客户端的连接信号质量，实时调整和确定发送到无线客户端的报文发送速率；

所述组播成员管理模块，用于维护组播成员列表以及用于接收和转发IP组播报文；

所述路由转发模块，用于报文选路和转发报文；

所述上行接口模块，用于连接外部网络。

进一步地，上述设备还可具有以下特点：所述组播成员管理模块根据Internet组管理协议报文动态维护组播成员列表。

进一步地，上述设备还可具有以下特点：所述组播成员列表记录组播组和组播组成员无线客户端的MAC地址信息。

进一步地，上述设备还可具有以下特点：所述无线驱动模块还用于选择所有无线客户端中最小的报文发送速率，作为非IP组播报文发送的速率。

进一步地，上述设备还可具有以下特点：所述路由转发模块包括802.1d桥接模块或802.1d桥接模块和IP路由模块，当所述路由转发模块包括互相连接的802.1d桥接模块和IP路由模块时，所述上行接口模块分别与所述802.1d桥接模块和IP路由模块相连，所述802.1d桥接模块分别与组播成员管理模块和无线接口模块相连。

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线局域网传输组播帧的系统，可以实现将IP组播报文仅发送到该IP组播报文对应的组播组成员无线客户端，保证IP组播的可靠传输，并提高组播的发送速率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线局域网传输组播帧的系统，包括依次连接的组播源、分布系统、一个或多个无线接入设备和一个或多个无线客户端，其中：

所述组播源，用于发送组播报文；

所述分布系统，用于连接无线接入点与组播源；

所述无线接入设备，用于确定和选择发送速率，将组播报文发送给无线客户端，用于将IP组播报文处理为单播报文，以及处理无线客户端发出的加入或离开组播组的请求信息；

所述无线客户端，是使用组播业务的用户，向无线接入设备发出加入或离开组播组的请求。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：所述无线接入设备包括无线接口模块、路由转发模块、组播成员管理模块和上行接口模块，所述上行接口模块通过所述路由转发模块分别与所述组播成员管理模块和所述无线接口模块相连，所述组播成员管理模块与所述无线接口模块相连。

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线局域网传输组播帧的实现方法，可以实现将IP组播报文仅发送到该IP组播报文对应的组播组成员无线客户端，保证IP组播的可靠传输，并提高组播的发送速率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线局域网传输组播帧的实现方法，所述组播帧为IP组播帧，无线接入系统包括组播源、无线接入设备和无线客户端，包括以下步骤：

(a)组播源将IP组播报文发送至无线接入设备；

(b)所述无线接入设备查找组播成员列表，如果判断该IP组播报文对应的组播组在组播成员列表内有组播成员无线客户端，则将IP组播报文的组播目的地址替换成该组播组成员无线客户端的MAC地址；

(c)所述无线接入设备将该IP组播报文以单播报文形式发送到组播组中的成员无线客户端。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(b)中，无线接入设备如果判断该IP组播报文对应的组播组在组播成员列表内没有组播成员无线客户端，则丢弃该IP组播报文。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：当无线客户端有多个时，无线接入设备将该IP组播报文的组播目的地址依次替换为组播组中各无线客户端的MAC地址，每替换一次地址发送一次，直到向组播组中所有成员无线客户端全部发送完毕。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在所述步骤(c)中，所述以单播报文形式是指，无线接入设备依据各无线客户端的最佳单播报文发送速率将所述报文发送到组播组中成员无线客户端。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述无线接入设备根据无线客户端的802.11报文确定所述无线客户端的最佳单播报文发送速率。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种无线局域网传输组播帧的实现方法，所述组播帧为非IP组播帧，无线接入系统包括组播源、分布系统、无线接入设备和无线客户端，无线接入设备收到非IP组播报文后根据预先确定的最佳广播报文发送速率向所述无线客户端发送非IP组播报文，所述最佳广播报文发送速率是所述无线接入设备在所有无线客户端的最佳单播报文发送速率中的选择的最小值。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述最佳单播报文发送速率是无线接入设备根据接收到的无线客户端的802.11帧确定的。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述非IP组播报文为广播类型数据报文和非IP组播的多播类型数据报文。

采用本发明所述方法，使得在以IEEE 802.11a/b/g标准以及下一代无线标准IEEE 802.11n组建的无线局域网产品中，IP组播报文经无线接入点传输到无线客户端时，通过将组播源和无线客户端间传输的IP组播报文转换为无线客户端单播报文传输，无线接入点可以将IP组播报文发送到该IP组播对应的组播组成员无线客户端，同时，由于IP组播报文采用无线客户端单播报文传输并以无线客户端的“最佳单播报文发送速率”发送，以及采用无线客户端中最小的“最佳单播报文发送速率”作为无线接入点发送非IP组播报文的“最佳广播报文发送速率”，保证IP组播的可靠传输，并提高组播的发送速率，克服了IEEE 802.11传输组播报文带宽低可靠性差的缺陷，保证了以IP组播技术为主的视频直播业务在无线局域网产品的可靠应用，拓展了无线局域网产品的应用范围，为无线局域网产品在家庭网络的普及与发展提供了有力的保证，进一步促进无线局域网组播业务应用的发展。

附图说明

图1为本实施例组播传输设备图；

图2为本实施例组播传输系统应用图；

图3为本实施例组播传输的方案模块图；

图4为本实施例组播传输的应用示例图；

图5为本实施例IP组播传输的流程图。

具体实施方式

传输组播的无线接入点如图1所示，该无线接入点又称为无线接入设备，该设备由无线接口模块、组播成员管理模块、路由转发模块、上行接口模块、协议应用模块和配置管理模块组成。设备的无线接口模块接收的报文经802.1d桥接模块或IP路由模块转发到上行接口模块，上行接口模块接收的报文经802.1d桥接模块或IP路由模块转发到无线接口模块。当无线接口模块或上行接口模块接收到IGMP(Internet组管理协议)报文或IP组播报文时则送由组播成员管理模块处理：组播成员管理模块处理从无线接口模块接收的IGMP报文，维护组播成员列表；上行接口模块接收的IP组播报文经802.1d桥接模块或IP路由模块，进一步转发到组播成员管理模块处理，由组播成员管理模块将IP组播报文转发到无线接口模块。

其中：

无线接口模块，包括无线驱动模块以及硬件接口，其中无线驱动模块用于接收和发送无线接入点和无线客户端间的802.11管理和数据帧，并依据与无线客户端交互的802.11帧检测无线接入点和无线客户端的连接信号质量，实时调整和确定无线接入点发送到无线客户端的“最佳单播报文发送速率”及“最佳广播报文发送速率”；

组播成员管理模块，用于维护组播成员列表以及记录组播成员无线客户端的MAC地址信息，还负责接收和转发组播源与组播成员无线客户端间的IP组播报文；

路由转发模块，包括802.1d桥接模块或802.1d桥接模块和IP路由模块，用于报文选路和转发报文；

上行接口模块，包括驱动和上行硬件接口，用于连接外部网络，如Internet的接口，可通过连接DSLAM、交换机、BRAS等设备间接连接到Internet，所述上行接口可以是以太网接口、xDSL接口、xPON等接口；

设备的协议应用模块和配置管理模块用于完成各种协议和上层应用，以及本地或远程的配置管理。

组播传输系统应用如图2所示，在组播传输的应用系统中至少包括无线客户端、无线接入点、分布系统(DS)以及组播源。无线客户端需要请求加入或离开组播源的某个组播组时，无线客户端发送的IGMP报文经无线接入点发送到组播源，无线接入点将无线客户端加入到这个组播组。组播源发送某个IP组播报文给组播组的成员时，组播源发送的IP组播报文经无线接入点发送给组播组的成员无线客户端，完成IP组播的传输。

其中：

组播源，用于发送组播报文；

分布系统，用于连接无线接入点与组播源；

一个或多个无线接入点，用于确定和选择发送速率，将组播报文发送给无线客户端，用于将IP组播报文处理为单播报文，以及处理无线客户端发出的加入或离开组播组的请求信息；

一个或多个无线客户端，是使用组播业务的用户，可以向无线接入点发出加入或离开组播组的请求。

如图3所示，在实现本方案所述的高速可靠传输组播报文的无线接入点内，包括无线驱动模块、组播成员管理模块。在无线驱动模块中针对每个无线客户端都保存有一个最佳单播报文发送速率，当每个无线客户端新接入到无线接入点时，无线驱动模块确定该无线客户端的“最佳单播报文发送速率”，或者当无线客户端的“最佳单播报文发送速率”实时发生变化时，无线驱动模块在所有客户端中选择最小的“最佳单播报文发送速率”值，作为无线接入点发送其他广播组播报文(即非IP组播报文)到每个无线客户端的“最佳广播报文发送速率”，所述“最佳广播报文发送速率”也可称为“最佳组播报文发送速率”，是所有客户端共用的速率。

组播成员列表，记录组播组以及组播组的成员无线客户端信息，每个组播组有一张组播成员列表，由组播成员管理模块动态维护，可以存储在组播成员管理模块内，其中无线客户端信息包括无线客户端的MAC地址信息。

在具体实施应用中，如图4所示。在以IEEE 802.11a/b/g标准以及下一代无线标准IEEE 802.11n组建的无线局域网产品中，无线接入点设备接入多个无线客户端，无线客户端向无线接入点发送IGMP组播加入报文请求加入某个组播源的IP组播组，或者无线客户端向无线接入点发送IGMP组播离开报文请求离开某个组播源的IP组播组。无线接入点的组播成员管理模块根据从无线驱动模块接收到无线客户端的IGMP组播加入或离开报文，动态维护组播成员列表以及无线客户端的MAC地址等信息。

在现有的IEEE 802.11a/b/g无线局域网网络以及下一代无线标准IEEE802.11n无线局域网网络内，实现高速可靠传输IP组播报文的方法如图5所示，包括以下步骤：

步骤110，从组播源发出的IP组播报文到达无线接入点；

步骤120，无线接入点中的组播成员管理模块查找组播成员列表，判断该IP组播报文对应的组播组在组播成员列表内是否有组播成员无线客户端，如果有，则执行下一步，否则，丢弃该IP组播报文；

步骤130，组播成员管理模块将IP组播报文的组播目的地址替换成该组播组中成员无线客户端的MAC地址；

如果无线客户端有多个，则将IP组播报文的组播目的地址依次替换为组播组中各无线客户端的MAC地址，每替换一次地址发送一次，直到向组播组中所有成员无线客户端全部发送完毕。

步骤140，组播成员管理模块将该IP组播报文以单播报文形式转发到无线驱动模块；

此处所述单播报文或者组播报文都是在二层的概念上的，二层单播报文指目的MAC是无线客户端的MAC地址，二层组播报文的目的MAC是类似于01:00:5E:XX:XX:XX的地址。

IP组播报文的IP地址与其组播MAC之间有对应关系，当将二层上的MAC地址替换成各个客户端的MAC地址后，二层的设备就认为这是一个单播包，此时的发送就是单播报文发送。

步骤150，无线驱动模块向组播组中的成员无线客户端发送IP组播报文；

如果无线驱动模块发送的报文目的地址是无线客户端的MAC地址，则依据各无线客户端的“最佳单播报文发送速率”发送到无线客户端，无线接入设备事先根据接收的无线客户端的802.11报文确定最佳单播报文发送速率。

对于IP组播报文，由于目的地址已经转换成无线客户端的MAC地址，已作为单目报文，其发送速率就是客户端的最佳单播报文发送速率。

步骤160，无线客户端收到报文后返回确认消息。

无线接入点接收无线客户端的802.11确认帧(ACK)保证数据的可靠传输。

对于其他进入无线接入点的广播(Broadcast)类型数据报文和非IP组播的多播(Multicast)类型数据报文即非IP组播报文，则不需要交给组播成员管理模块，直接交给无线驱动模块发送。无线驱动模块发送的广播和其他组播报文，以“最佳广播报文发送速率”发送。过程如下：无线接入设备收到组播源或分布系统发出的非IP组播报文后根据预先确定的最佳广播报文发送速率向所述无线客户端发送非IP组播报文。

对于非IP组播报文，无线接入设备选择所有无线客户端中最小的最佳单播报文发送速率，作为该非IP组播报文的发送速率。

最佳单播报文发送速率是无线接入设备根据接收到的无线客户端的802.11帧确定的。

与通常无线接入点以最保守的数据速率发送组播帧(如802.11b通常为1Mbps，802.11a/g通常为2Mbps)相比，当每个无线客户端的“最佳单播报文发送速率”都高于最保守的数据速率，也就是“最佳广播报文发送速率”高于最保守的数据速率时，可以提高广播和其他组播报文的发送速率。

按照本方案所述方法，在以IEEE 802.11a/b/g标准以及下一代无线标准IEEE 802.11n的无线局域网产品中，无线局域网接入点设备通过将IP组播转换为无线客户端单播MAC地址报文的方法，使组播源发送到无线接入点的IP组播报文可以分别发送到IP组播对应的组播组成员无线客户端，不同组播组间的报文互相不影响。同时由于报文是以单播报文送达的无线客户端，其速率和可靠性达到单播报文的性能和可靠性指标，提高了IP组播传输速率以及改善了IP组播传输的可靠性，保证了以IP组播技术为主的视频直播业务在无线局域网产品的可靠应用。按照本方案所述方法还可以进一步通过选择所有无线客户端中最小的“最佳单播报文发送速率”作为非IP组播报文的发送速率，进一步提高广播类型数据报文和非IP组播的多播类型数据报文的传输速率。

Claims (15)

1、无线局域网传输组播帧的设备，又称为无线接入设备，所述设备包括无线接口模块、上行接口模块和路由转发模块，其特征在于，还包括组播成员管理模块，所述上行接口模块通过所述路由转发模块分别与所述组播成员管理模块和所述无线接口模块相连，所述组播成员管理模块与所述无线接口模块相连，其中：

所述无线接口模块，包括无线驱动模块和硬件接口，所述无线驱动模块用于与无线客户端之间收发报文，用于检测与无线客户端的连接信号质量，实时调整和确定发送到无线客户端的报文发送速率；

所述组播成员管理模块，用于维护组播成员列表以及用于接收和转发IP组播报文；

所述路由转发模块，用于报文选路和转发报文；

所述上行接口模块，用于连接外部网络。

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述组播成员管理模块根据Internet组管理协议报文动态维护组播成员列表。

3、如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述组播成员列表记录组播组和组播组成员无线客户端的MAC地址信息。

4、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无线驱动模块还用于选择所有无线客户端中最小的报文发送速率，作为非IP组播报文发送的速率。

5、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述路由转发模块包括802.1d桥接模块或802.1d桥接模块和IP路由模块，当所述路由转发模块包括互相连接的802.1d桥接模块和IP路由模块时，所述上行接口模块分别与所述802.1d桥接模块和IP路由模块相连，所述802.1d桥接模块分别与组播成员管理模块和无线接口模块相连。

6、无线局域网传输组播帧的系统，包括依次连接的组播源、分布系统、一个或多个无线接入设备和一个或多个无线客户端，其中：

所述组播源，用于发送组播报文；

所述分布系统，用于连接无线接入点与组播源；

所述无线接入设备，用于确定和选择发送速率，将组播报文发送给无线客户端，用于将IP组播报文处理为单播报文，以及处理无线客户端发出的加入或离开组播组的请求信息；

所述无线客户端，是使用组播业务的用户，向无线接入设备发出加入或离开组播组的请求。

7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述无线接入设备包括无线接口模块、路由转发模块、组播成员管理模块和上行接口模块，所述上行接口模块通过所述路由转发模块分别与所述组播成员管理模块和所述无线接口模块相连，所述组播成员管理模块与所述无线接口模块相连。

8、无线局域网传输组播帧的实现方法，所述组播帧为IP组播帧，无线接入系统包括组播源、无线接入设备和无线客户端，包括以下步骤：

(a)组播源将IP组播报文发送至无线接入设备；

(b)所述无线接入设备查找组播成员列表，如果判断该IP组播报文对应的组播组在组播成员列表内有组播成员无线客户端，则将IP组播报文的组播目的地址替换成该组播组成员无线客户端的MAC地址；

(c)所述无线接入设备将该IP组播报文以单播报文形式发送到组播组中的成员无线客户端。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)中，无线接入设备如果判断该IP组播报文对应的组播组在组播成员列表内没有组播成员无线客户端，则丢弃该IP组播报文。

10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，当无线客户端有多个时，无线接入设备将该IP组播报文的组播目的地址依次替换为组播组中各无线客户端的MAC地址，每替换一次地址发送一次，直到向组播组中所有成员无线客户端全部发送完毕。

11、如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述以单播报文形式是指，无线接入设备依据各无线客户端的最佳单播报文发送速率将所述报文发送到组播组中成员无线客户端。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述无线接入设备根据无线客户端的802.11报文确定所述无线客户端的最佳单播报文发送速率。

13、无线局域网传输组播帧的实现方法，所述组播帧为非IP组播帧，无线接入系统包括组播源、分布系统、无线接入设备和无线客户端，无线接入设备收到非IP组播报文后根据预先确定的最佳广播报文发送速率向所述无线客户端发送非IP组播报文，所述最佳广播报文发送速率是所述无线接入设备在所有无线客户端的最佳单播报文发送速率中的选择的最小值。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述最佳单播报文发送速率是无线接入设备根据接收到的无线客户端的802.11帧确定的。

15、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述非IP组播报文为广播类型数据报文和非IP组播的多播类型数据报文。

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