DE60319327T2

DE60319327T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwaltung von Mehrfachsendungsgruppen

Info

Publication number: DE60319327T2
Application number: DE60319327T
Authority: DE
Inventors: Allan Leslie Kanata Poulsen; Bakri Kanata Aboukarr; Stephen Elliott Kinburn Crane
Original assignee: Alcatel Canada Inc
Current assignee: Nokia Canada Inc
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: US7359939B2; EP1427132A2; EP1427132A3; US20040111470A1; DE60319327D1; EP1427132B1

Description

Da sich Datenkommunikationssysteme weiter entwickeln, steigen auch die Bandbreiten-Kapazitäten solcher Kommunikationssysteme. Somit werden Anwendungen, die eine große Bandbreite benötigen, zunehmend machbar. Eine derartige Anwendung ist der Vertrieb digitaler Mediendienste. Digitale Mediendienste können Videoinformationen, wie beispielsweise Fernsehprogramme oder Filme, Hörprogramme und textbasierte Datenströme bieten.
Typischerweise werden die verschiedenen Arten digitaler Medien, die angeboten werden können, von einer oder mehreren Informationsquellen bezogen. Diese Informationsquellen sollen die Multimediaprogramme einer großen Anzahl an Nutzern zur Verfügung stellen, die über ein oder mehrere Kommunikationsnetze Zugriff auf die Informationen haben. Mit dem Kommunikationsnetz verbundene Zielrouter bieten den Endbenutzern oder Teilnehmern die entsprechenden Schnittstellen.
Typischerweise sind mehrere Teilnehmer mit einer einzelnen Kommunikationsverbindung verbunden, die wiederum mit dem Router verbunden ist. Diese Kommunikationsverbindung wird für die Verteilung von Programmdatenströmen oder Kanälen an die Endbenutzer eingesetzt. Von der Internet Engineering Task Force (IETF) wurde das Internet Group Management Protocol (IGMP) als Standard entwickelt, der sich auf die Kommunikation zwischen dem Router und dem Teilnehmer, der häufig als Host bezeichnet wird, bezieht. Die Kommunikation zwischen dem Router und der Gruppe von Hosts, die mit einer bestimmten Kommunikationsverbindung verbunden sind, wird mit Hilfe von Punkt-zu-Mehrpunkt-Mehrfachsendungen erreicht. In den IETF-Spezifikationen RFC1112 „Host Extensions for IP Multicasting", RFC2236 „Internet Group Management Protocol, Version 2" und RFC3376 „Internet Group Management Protocol, Version 3" wird der Einsatz des aktuellen IGMP-Standards detailliert beschrieben. (Eine Tabelle der in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Abkürzungen ist am Ende dieser Spezifikation zu finden.)
Das aktuelle, von der IETF definierte IMPG-Protokoll schreibt vor, wie die Mehrfachsendungen zwischen dem Router und dem Host verwaltet werden. Jeder der mit einem Router verbundenen Hosts legt fest, welche potenziellen Mehrfachsendungsgruppen oder Kanäle er empfängt. Wenn die Kommunikationsverbindung zwischen dem Router und einer Vielzahl von Hosts von der Vielzahl von Hosts gemeinsam genutzt wird, können Einschränkungen in der Bandbreite der Kommunikationsverbindung eine intelligente Verwaltung der Mehrfachsendungen, die über die Kommunikationsverbindung erfolgen, erforderlich machen. Wenn eine bestimmte Anzahl an Nutzern beispielsweise die gleiche Kommunikationsverbindung nutzt und die Bandbreiten-Einschränkungen nur eine begrenzte Anzahl an Mehrfachsendungen über die Kommunikationsverbindung unterstützen, muss der Einsatz der betreffenden Mehrfachsendungen durch die Vielzahl von Hosts überwacht werden, um zu gewährleisten, dass die Bandbreite nicht für Mehrfachsendungen verschwendet wird, die von keinem der Hosts aktiv empfangen oder genutzt werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Problem der effizienten Adressierung von IGMP Group Leave-Meldungen, die bei der Übertragung von einem Endbenutzersystem an den zuständigen Netzknoten (z. B. einen ATM DSLAM) verloren gehen. So könnte beispielsweise eine Verkehrsüberlastung, bei der Pakete gelöscht werden, dazu führen, dass solche Meldungen verloren gehen.
Bei herkömmlichen IGMP-Implementierungen wird eine verloren gegangene Group Leave-Meldung bei der Prüfung von IGMP-Mitgliedsberichten für die Endbenutzer-Systeme festgestellt. Diese Berichte werden als Reaktion auf eine allgemeine Mitgliedsabfrage-Meldung (GMQ) durch den Netzknoten versandt, typischerweise alle 125 Sekunden. Falls andere Mehrfachsendungs-Operationen (z. B. Group Join-Anfragen) von der erfolgreichen Ausführung der Leave-Anfrage abhängen, ist es nicht akzeptabel, 125 Sekunden lang zu warten, bis der Verlust der Leave-Meldung erfasst wird, ehe eine entsprechende Maßnahme ergriffen werden kann, um die Leave-Anfrage auszuführen. Ein Problem bei dieser Lösung, d. h. das Warten auf und die Analyse von Mitgliedsberichten, besteht darin, dass die Wartezeit von 125 Sekunden für die Erfassung einer verloren gegangenen Meldung zu lang ist, wenn die Ausführung der Leave-Meldung mit einer anderen Operation verknüpft ist, wie z. B. einer Group Join-Anfrage.
Die US-Patentanmeldung Nr. 09/469.034 vom 21. Dezember 1999 mit dem Titel „Method and Apparatus for an Improved Internet Group Management Protocol" (auf den Namen des vorliegenden Patentinhabers und entsprechend EP 1 119 134 ) beschäftigt sich unter anderem mit dem Problem verloren gegangener Leave-Meldungen. In der Anmeldung wird vorgeschlagen, das Problem zu lösen, indem eine weitere Leave-Meldung versandt wird, wenn der Host, der die verloren gegangene Leave-Meldung initiiert hat, innerhalb eines vordefinierten Zeitraums nach dem Versand der verloren gegangenen Leave-Meldung keine GSQ-Meldung (gruppenspezifische Anfrage) empfängt. Es ist ebenfalls nicht wünschenswert, ein bestimmtes Zeitintervall abzuwarten um zu ermitteln, ob eine Leave-Meldung verloren gegangen ist, insbesondere wenn die Leave-Meldung mit einer anderen Operation verknüpft ist, wie z. B. einer Group Joint-Anfrage. Da diese Lösung im Endbenutzer-System umgesetzt wird, wäre es zudem schwierig zu gewährleisten, dass sie innerhalb des Netzes umfassend umgesetzt wird.
Das US-Patent Nr. 10/059.697 vom 29. Januar 2002 mit dem Titel „Facilitating Improved Reliability of Internet Group Management Protocol Through the Use of Acknowledge Messages" (auf den Namen des vorliegenden Patentinhabers entsprechend EP 1 331 755 ) beschäftigt sich ebenfalls unter anderem mit dem Problem verloren gegangener Leave-Meldungen. In dem Patent werden Verfahren für die Durchführung von Group Leave und Group Join-Operationen beschrieben, die durch den Einsatz neuer negativer oder positiver Bestätigungsmeldungen unterstützt werden. Durch den Einsatz dieser Meldungen wird die Zuverlässigkeit des IGMP-Protokolls verbessert, da das Endbenutzer-System, das die Leave- oder Join-Anfrage abgesetzt hat, über das Ergebnis der Anfragen informiert wird und entsprechend reagieren kann. Bei herkömmlichen IGMP-Implementierungen wird das Endbenutzer-System nicht darüber informiert, wenn eine Group Leave- oder eine Group Join-Anfrage nicht erfolgreich war, wie dies bei einer verloren gegangenen Leave-Meldung der Fall wäre. In diesem Fall müssen die Endbenutzer-Systeme und die Netzknoten (DSLAMs) mit entsprechenden Funktionalitäten ausgestattet werden, die die neuen Bestätigungsmeldungen unterstützen. Während die Aufrüstung der Netzknoten mit dieser Funktionalität relativ einfach umgesetzt werden könnte, wäre es jedoch erheblich schwieriger zu gewährleisten, dass alle Endbenutzer-Systeme entsprechend aufgerüstet werden, um die neuen Bestätigungsmeldungen zu erfassen und korrekt zu beantworten.
In Anbetracht der oben angesprochenen Probleme und Nachteile besteht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Verwaltung von IP-Mehrfachsendeverbindungen in einem Netzwerk mit einem Netzknoten und einer Vielzahl von Endbenutzern vorzuschlagen, wobei das genannte Verfahren die Möglichkeit bietet, den Verlust von Group Leave-Meldungen schnell zu erfassen und darauf zu reagieren und auf diese Weise eine schnelle Wiederherstellung des Dienstes bei verloren gegangenen IGMP Leave-Anfragen zu gewährleisten.
Genauer gesagt schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verwaltung von IP-Mehrfachsendeverbindungen in einem Netzwerk mit einem Netzknoten und einer Vielzahl von Endbenutzern vor, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Empfang einer IGMP Group Join-Meldung von einem Endbenutzer-Gerät, das von dem Netzwerk verwaltet wird, in einem Netzknoten;
(b) Vergleich der MAC-Adresse des Endbenutzer-Geräts im Netzknoten, die aus der Join-Meldung ausgelesen wird, mit einer anderen MAC-Adresse, die aus der vorhergehenden Join-Meldung ermittelt wird, für die eine IP-Mehrfachsendeverbindung mit dem Netzknoten existiert;
(c) Als Reaktion des Netzknotens auf eine Übereinstimmung bei dem Vergleich, Initiierung einer GSQ für die Gruppe der übereinstimmenden, vorhergehenden Join-Anfrage; und
(d) Als Reaktion auf das Ergebnis der GSQ-Verarbeitung, aus der sich ergibt, dass die Verbindung mit der Gruppe nicht mehr erforderlich ist, Unterbrechung der Verbindung mit der Gruppe.

Somit führt ein Netzknoten gemäß der Erfindung einen Vergleich durch, um zu ermitteln, ob Leave-Meldungen bei der Übertragung von einem Endbenutzer-System an den zuständigen Netzknoten verloren gegangen sind. Wenn ein DSSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) oder ein Netzknoten eine Group Join-Meldung empfängt, vergleicht er die MAC-Adresse (Media Access Control) der ausstellenden STB (Set-Top-Box) mit der aus den vorhergehenden Join-Meldungen der bestehenden Verbindung. Wird eine Übereinstimmung gefunden, initiiert der DSLAM eine GSQ für die Gruppe der übereinstimmenden vorhergehenden Join-Anfrage. Stehen nicht genug Ressourcen zur Verfügung, um die Anforderungen der Group Join-Meldung zu erfüllen, kann diese entweder ignoriert oder zur späteren Verarbeitung in eine Warteschlange eingestellt werden, sobald die normale GSQ-Sequenz abgeschlossen ist und Ressourcen zur Verfügung stehen. Wird die Mehrfachsendegruppe nicht mehr benötigt, wird die Verbindung zu der Gruppe beendet wie bei der normalen GSQ-Verarbeitung. Dies gibt Bandbreite für mögliche neue Join-Meldungen frei. Die normale GSQ-Verarbeitung, die in der Regel etwa zwei Sekunden dauert, beseitigt die Probleme, die durch den Verlust von Leave-Meldungen verursacht werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, im Netzknoten eine Vorrichtung zur schnellen Erfassung und Reaktion auf den Verlust von Group Leave-Anfragen zu bieten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, nicht mehr benötigte Bandbreite freizugeben und neue Join-Meldungen schneller anzunehmen als bei Lösungen nach dem gegenwärtigen Stand der Technik sowie mit Funktionalitäten, die nur im DSLAM implementiert sind, wodurch die netzweite Implementierung gewährleistet werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Robustheit und Reaktion der Steuerung zu verbessern, wie z. B. im Fall von IGMP-unterstützten Diensten.
Der oben genannte sowie weitere Gegenstände, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen deutlich, wobei:
1 eine typische Netzwerkarchitektur für Mehrfachsende-Videos oder andere Highspeed-Dienste in einer IP (Internet Protocol) über ATM (IPoATM)-Umgebung darstellt, und
2 das Szenario eines IGMP Messaging Centers darstellt, in dem die Erfindung umgesetzt wird.
1 stellt eine typische Netzwerkarchitektur für Mehrfachsende-Videos oder andere Highspeed-Dienste in einer IPoATM-Umgebung (Internet Protocol (IP) über den asynchronen Transfermodus (ATM)) dar. In Bezug auf 1 bietet ein Videokopf statisch konfigurierte Kanäle zu einem DSLAM (DSL Access Multiplexer) über ein ATM-Netz. Die Videokanäle werden anhand von IP Multisende-Videoverbindungen über ATM dynamisch mit Geräten beim Kunden (CPE) vernetzt. Jede CPE-Einheit führt ein IPoATM zum IP-Interfacing durch, um IP-Mehrfachsende-Videokanäle für eine oder mehrere Set-Top-Boxen bereitzustellen. Jede STB sendet IGMP-Meldungen an den DSLAM, um bestimmte Aktionen auszuführen, wie z. B. Verbindung oder Verlassen einer Mehrfachsendegruppe. Wenn eine der für solche Aktionen erforderlichen Meldungen verloren geht, z. B. eine Group Leave-Meldung, wird die Aktion verzögert, bis der Verlust erfasst wurde und Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
2 stellt ein IGMP Messaging-Szenario zwischen einer STB und einem DSLAM dar. In Bezug auf 2 sendet die STB 1 dem DSLAM eine Group Join-Meldung, in der die Aufnahme in die Mehrfachsendegruppe für Kanal 1 angefordert wird. Nach der Verbindung der STB 1 im DSLAM mit Kanal 1 sendet die STB 1 eine Group Leave-Meldung, in der das Verlassen der Mehrfachsendegruppe für Kanal 1 angefordert wird. Die Leave-Meldung für Kanal 1 geht jedoch verloren, ehe sie vom DSLAM verarbeitet werden kann. Anschließend sendet die STB 1 eine Group Join-Meldung an den DSLAM, in der die Aufnahme in die Mehrfachsendegruppe für Kanal 2 angefordert wird. Wenn für die Verbindung zwischen CPE und DSLAM derzeit eine Bandbreitenbeschränkung besteht, kann die Join-Anfrage für Kanal 2 nicht ausgeführt werden, bis mehr Bandbreite zur Verfügung steht, was nicht der Fall gewesen wäre, wenn die Leave-Anfrage für Kanal 1 nicht verloren gegangen wäre. Auch wenn für die Verbindung keine Bandbreitenbeschränkung besteht, hat der Verlust der Leave-Anfrage für Kanal 1 zur Folge, dass die von dieser Verbindung beanspruchte Bandbreite nicht zur Verfügung steht, bis die Verbindung infolge der normalen GMQ-Verarbeitung beendet wird.
Gemäß der Erfindung vergleicht der DSLAM, immer wenn er eine Group Join-Meldung empfängt, die MAC-Adresse der absetzenden STB mit der von vorhergehenden Join-Meldungen, für die Verbindungen bestehen. Wird keine Übereinstimmung gefunden, initiiert der DSLAM eine GSQ für die Gruppe, die mit der vorhergehenden Join-Anfrage übereinstimmt. Stehen nicht ausreichend Ressourcen zur Verfügung, um die Anforderungen der Group Join-Meldung (oder nachfolgender Group Join-Meldungen) zu erfüllen, wird diese entweder ignoriert oder zur späteren Verarbeitung in eine Warteschlange eingestellt, sobald die normale GSQ-Sequenz abgeschlossen ist und Ressourcen zur Verfügung stehen. Wird die Mehrfachsendegruppe nicht mehr benötigt, wird die Verbindung zu der Gruppe beendet wie bei der normalen GSQ-Verarbeitung. Auf diese Weise wird Bandbreite für mögliche neue Join-Meldungen verfügbar. Die normale GSQ-Verarbeitung, die in der Regel etwa 2 Sekunden lang dauert, beseitigt die Probleme, die durch die verloren gegangene Leave-Meldung verursacht wurden.
Somit unterscheidet sich die Erfindung vom derzeitigen Stand der Technik dadurch, dass verloren gegangene IGMP Group Leave-Meldungen erfasst und als Reaktion auf diese Erfassung entsprechende Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Insbesondere empfängt der Netzknoten eine IGMP Group Join-Meldung von einem Endbenutzer, vergleicht die aus einer Join-Meldung ausgelesene MAC-Adresse des Endbenutzer-Geräts mit einer anderen MAC-Adresse, die aus einer vorhergehenden Join-Meldung ausgelesen wurde, für die bereits IP-Mehrfachsendeverbindungen mit dem Netzknoten bestehen. Anschließend initiiert das Netz eine Reaktion auf eine aus diesem Vergleich resultierende Übereinstimmung. Es erfolgt ein GSQ für die Gruppe mit der übereinstimmenden vorherigen Join-Anfrage, und wenn bei der normalen GSQ-Verarbeitung keine Reaktion erfolgt, wird die Verbindung mit der Gruppe beendet.
Durch die Erfindung wird nicht mehr benötigte Bandbreite freigegeben und neue Join-Meldungen werden schneller angenommen als bei Lösungen nach dem gegenwärtigen Stand der Technik, zudem werden die Funktionalitäten nur im DSLAM implementiert, wodurch eine einfachere netzweite Implementierung gewährleistet ist.
Die Reaktion auf Steuervorgänge ist für die Zufriedenheit von Endbenutzern mit einem Dienst notwendig. Die Verbesserung von Robustheit und Reaktionsvermögen auf diese Steuervorgänge, wie dies die vorliegende Erfindung im Fall von IGMP-unterstützten Diensten bietet, ist für Diensteanbieter und Verkäufer von Geräten, die diesen Dienst unterstützen, von Bedeutung.
Verwendete Abkürzungen

Asynchroner Transfermodus (ATM)
Kundengerät (CPE)
Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAMs)
Allgemeine Mitgliedsabfrage (GMQ)
Gruppenspezifische Abfrage (GSQ)
Internet Group Management Protocol (IGMP)
Internet Engineering Task Force (IETF)
Internet Protocol (IP)
Internet Protocol über eine ATM-Umgebung (IPoATM)
Media Access Control (MAC)
Set-Top-Box (STB)

Die Erfindung wurde in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung beschrieben, es versteht sich jedoch von selbst, dass vom Fachmann weitere Ausführungsvarianten, Anpassungen und Änderungen vorgenommen werden können.

Claims

Ein Verfahren zur Verwaltung von IP-Mehrfachsendeverbindungen in einem Netz mit einem Netzknoten und einer Vielzahl von Endbenutzern, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Empfang einer IGMP Group Join-Meldung von einem von dem Netz verwalteten Endbenutzer-Gerät im Netzknoten; (b) Vergleich der MAC-Adresse des Endbenutzer-Geräts im Netzknoten, die aus der Join-Meldung ausgelesen wird, mit einer anderen MAC-Adresse, die aus der vorhergehenden Join-Meldung ermittelt wird, für die eine IP-Mehrfachsendeverbindung mit dem Netzknoten existiert; (c) Als Reaktion des Netzknotens auf eine Übereinstimmung bei dem Vergleich, Initiierung einer GSQ für die Gruppe der übereinstimmenden, vorhergehenden Join-Anfrage; und (d) Als Reaktion auf das Ergebnis der GSQ-Verarbeitung, aus der sich ergibt, dass die Verbindung mit der Gruppe nicht mehr erforderlich ist, Unterbrechung der Verbindung mit der Gruppe.
Das in Anspruch 1 definierte Verfahren, bei dem, wenn nicht genug Ressourcen zur Verfügung stehen, um die Anforderungen der Group Join-Meldung zu erfüllen, diese entweder ignoriert oder zur späteren Verarbeitung in eine Warteschlange eingestellt werden, sobald die normale GSQ-Sequenz abgeschlossen ist und Ressourcen zur Verfügung stehen.
Ein Datenkommunikationsnetz mit einem oder mehreren Netzknoten, wobei der genannte bzw. die genannten Netzknoten DSLAMs (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) umfassen, wobei das genannte Netz das Internet Group Management Protocol, IGMP, umsetzt, wobei der genannte bzw. die genannten Netzknoten mit Mitteln zum Empfang einer IGMP Group Join-Meldung von einem von dem genannten Netz verwalteten Endbenutzer sowie mit Mitteln zum Vergleich der in der genannten Join-Meldung enthaltenen MAC-Adresse eines Endbenutzer-Geräts mit einer anderen MAC-Adresse, die aus einer vorhergehenden Join-Meldung ausgelesen wird, ausgestattet sind, wobei der genannte bzw. die genannten Netzknoten über Mittel zur Initiierung einer gruppenspezifischen Anfrage, GSQ, verfügen, wobei die Gruppe der übereinstimmenden, vorherigen Join-Anfragen und der genannte Netzknoten über Mittel zum Beenden der Verbindung mit der Gruppe als Reaktion auf die GSQ verfügen, die angibt, dass die Verbindung mit der Gruppe nicht mehr benötigt wird.
Das in Anspruch 3 definierte Netz, wobei der genannte bzw. die genannten Netzwerkknoten einen DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) umfassen.
Das in Anspruch 3 oder 4 definierte Netz, wobei es sich bei dem genannten Endbenutzer-Gerät um eine Set-Top-Box handelt.