在通信網絡中的多重多媒體數據流遞送的製作方法

2023-05-22 05:42:46

專利名稱：在通信網絡中的多重多媒體數據流遞送的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及無線通信網絡，尤其涉及用於多重多媒體數據流遞送的網絡和方 法。
背景技術：
多媒體和組通信正變為電信網絡更重要的方面，並且對於這樣的服務需求將繼續 增加。例如，目前存在驅動3GPP/3GPP2/IEEE的許多不同的系統和網絡，以在諸如LTE、UMB、 HSDPA、DO-AJP 802. 16x等的下一代無線接入網絡中的日益流行的多媒體應用中提供組通 信和有效的多播支持。公共安全組織尤其關注組通信，並且為這些組織提供專用資源。然 而，商業並且甚至個人用戶也希望使用多媒體和組通信。因此，已開發了用於組通信的一套協議。這些協議用於控制在通信網絡中例如在 用戶(在此稱為訂戶或移動節點)之間或到用戶的廣播和多播通信會話，包括諸如音頻 (語音)、視頻、文本消息傳送、和網際協議的數據流。多播組通信取決於移動節點的多播無線電鏈路特性和能力具有向移動節點遞送 多重信息流的效能。為了能夠對多播進行有效的支持，已標識若干無線電鏈路優化並正考 慮實現。例如，為了滿足具有不同無線電鏈路特性的移動節點的需求，正考慮視頻流的分級 編碼。分級編碼將需要視頻源向移動節點發送多重(分層的)視頻流。然而，視頻內容的 質量將取決於移動節點能夠接收並組合以再生最終視頻輸出的流的數目。類似地，能利用 單獨的流向移動體遞送視屏和音頻。多重視頻內容流到移動體的遞送實現無線電鏈路優化，但還將需要諸如接入路由 器和核心路由器的基礎設施路由器，以支持多重流的多播路由。此外，需要具有有效的信令 機制，以有效地管理各種多播組的成員資格，否則即使被服務的移動節點不能接收與給定 視頻流相關聯的內容，也會將所有視頻內容流遞送至服務基站。問題變成如何將移動體分 配為合適的多播組。一種方法是將責任置於移動體本身，使得其負責來決定其將在何時加入和離開合 適的多播組(即移動體發起的多播組管理)。例如，在小區邊緣處的移動體應只加入「基 本」多播組。然而，該方法引入的問題包括增加通過空中接口到加入/離開多播組的消息 傳送，以及可能丟失或延遲在小區邊緣處的移動體發送的「離開」的消息的可能性。結果， 由於信令分組的可能丟失、高往返延遲等，該解決方案不能提供最佳性能。此外，很可能的 是當移動體處於小區的邊緣時，使移動體發起的信令消息中斷。此外，即使當基站不具有接 收多播流的能力的任何移動用戶，不能及時將移動節點從多播組脫離也導致多播流到服務 基站的不必要的遞送，從而浪費回程帶寬。此外，支持移動體控制的多播組管理將具有不必 要的空中接口網際網路組管理協議(IGMP)控制信息，從而浪費無線電資源。因此，需要用於在通信網絡中管理多重多播數據流遞送的網絡和方法。
發明內容


在所附權利要求中特殊地指出本發明。然而，通過參考以下結合附圖的詳細說明， 本發明的其它特徵將變得明顯，並且將最清楚地理解本發明，其中圖1圖示根據本發明能夠使用的視頻流的分級編碼的示例；圖2圖示根據本發明能夠使用的時域分級視頻編碼的示例；圖3圖示根據本發明能夠使用的空域分級視頻編碼的示例；圖4圖示根據本發明能夠使用的分層視頻傳送的示例；圖5圖示根據本發明的網絡的簡化框圖；圖6圖示根據本發明的簡化流程圖；以及圖7圖示根據本發明的方法。本領域技術人員將意識到，通常不描寫或描述在商業上可行的實施例中有用的或 必要的公用而且眾所周知的元件，以便於較少阻礙本發明的這些各種實施例的視圖。
具體實施例方式本發明提供用於在無線接入通信網絡中管理多重多播數據流遞送的網絡和方法。 將無線接入網絡設計成為支持通過服務基站將多播流遞送到移動節點。由於無線電鏈路的 固有特性，所以與移動節點位於小區邊緣的情況相比較，靠近其服務基站的移動節點更可 能能夠以更高的數據傳輸率接收內容。另外，為了解決變化的無線電狀態，利用分級編碼對多媒體內容進行編碼。因此， 基本上將給定的多媒體流分成多重多媒體流並在無線電鏈路上遞送至移動節點。優選地， 這一切全部以支持機密性、認證、和多媒體數據流的完整性的安全方式實現。同樣，不同於有線網絡，本發明的網絡控制多播組管理考慮移動節點的無線電鏈 路狀態(例如信道質量指示(CQI)反饋)，以決定大約何時脫離與移動節點相關聯的多播 組。由於CQI反饋是移動節點無線電鏈路狀態的較早指示，所以能夠作出關於多播組管理 的最優決定。移動節點將盡力接收儘可能多的多媒體流，並且將它們組合以產生較高解析度的 多媒體內容。因此，基本上將媒體流分成多重流將還意味著接入網絡和核心網絡必須同時 管理若干個多播會話。因此，本發明提供有效的信令機制，以有效地管理各種多播組的成員 資格。否則，即使移動節點不能接收與給定視頻流相關聯的內容，也會將視頻內容的所有流 遞送至服務基站。尤其地，本發明在無線電接入網絡中使用分布式無線電鏈路層敏感(aware)的代 理多播組管理器。基本地，無線電鏈路調度器將充當各種移動節點的代理，並取決於可得 到的無線電鏈路反饋代表它們發送多播組管理消息。儘管在此以高速下行鏈路分組接入 (HSDPA)的實施例進行描述，但應注意，本發明還可應用於其它通信技術，包括但不局限於 長期演進(LTE)和WiMAX。在該機制下，在多播會話建立期間，移動節點將試圖加入所有相關的多播組。在該 設置中的一些選擇可包括a)配置具有關聯優先級的基站，b)確定移動體的附加信令的優先級，和C)檢查不同流的內容。隨後，由位於基站處的多播委託代理執行組管理。然後，委 託代理使用從調度器接收到的無線電鏈路反饋執行多播組管理。能夠將調度器實現為單獨 的實體或委託代理的一部分。優選地，可在無線電網絡控制器(RNC)或基站中實現調度器。委託代理通過檢測(監聽)初始IGMP/多播偵聽發現(IGMP/MLD)加入消息了解 由移動節點使用的各種多播組。同樣，委託代理將從調度器接收反饋，該反饋用於指示與給 定移動體相關聯的無線電鏈路狀態的變化。取決於接收到的指示，委託代理或者將成員資 格加入一些組或使成員資格脫離一些組。例如，當給定移動體的反饋指示無線電鏈路狀態 已改善(例如，移動體可以接入更多的帶寬)時，代理通過代表移動體向第一跳多播路由器 發送「加入」消息來將移動體加入合適的多播組，以提供「增強的」內容。相反，當反饋指示 無線電鏈路狀態已變差時，代理通過代表移動體向第一跳多播路由器發送「離開」消息來從 合適的多播組去除該移動體，以提供「增強的」內容。委託代理還向能夠支持多播路由的第 一跳路由器的多播地址發送與有效多播組相關聯的報告。在操作中，採用廣播多播信道，對移動體以前向方向接收數據的速率達成一致。不 需要數據速率控制(DRC)和應答(ACK)信道。具體地，一個、子集、或多個子信道可專用於 到特定廣播地址的單個廣播信號的時分多路復用傳輸。為了達到最遠的移動體，使用合適 的調製和編碼方案。在IEEE 802. 16x中，BTS能夠按幀發送到多個用戶(例如5ms)。下行 鏈路中使用的幀的部分取決於發送的數據的量和特定移動節點的調製編碼方案。另外，較 高的速率將成比例地需要更多的資源。圖1圖示用作在此描述的本發明的示例的分級視頻編碼方案。儘管該示例集中於 視頻，但類似的分級編碼能應用於音頻、文本、數據等。視頻業務通常由在重要性方面不同 的若干類型的幀構成(例如對於MPEG-4，最重要的是I幀100、然後是P幀102、然後是B幀 104)。為了無線地有效傳送視頻幀，並給予較好接收點中的用戶以較好的質量，傳送具有不 同調製和編碼類型的不同視頻幀是有益的。參考圖2和3，分級視頻編碼已標準化為MPEG標準的一部分，並提供將視頻流看作 多重嵌入式流的方式，每個流增加了底(基)層流的質量。採用常規的分層編碼，將視頻分 層編碼成基層200和一個或多個增強層202。對基層解碼提供基本的視頻質量，而對與增 強層一起的基層解碼提供增強的視頻質量。MPEG已標準化了以下的可擴展性模式數據劃 分、時域、空域、以及信噪比(SNR)。示出時域(圖2)和空域(圖3)分級編碼。參考圖4，為了提供基本的視頻質量，最重要的幀(例如I幀或基層幀400)利用最 高程度的編碼保護或以最低的數據速率傳送至能夠接收它的移動節點(MS 1-3)。下一等 級是P幀或增強層I 402，其需要級較少的保護並且可由至少具有媒體RF質量接收的用戶 (MS 2-3)接收。最後，P幀或增強層II 404能通過最低的保護並以最高的數據速率發送， 因此只有具有很好的RF覆蓋的用戶(MS 3)接收它。基於來自移動體(例如門控DRC)或 其它裝置的周期性反饋，基站收發站406 (BTS)決定如何獲得合適的分層流和如何最有效 地劃分輸入的視頻流。如圖4所示，為了獲得多速率多QoS傳輸，可使用多速率(虛擬)信道(VC)400、 402、404。尤其地，在IEEE 802. 16中，能將不同的連接標識符(CID 1-3)用於不同的層。類 似地，在LTE中，不同的邏輯信道ID可用於不同的流。不同地標記承載不同視頻幀的應用分組，因此BTS能將它們相應地分類並以不同的速度將它們發送至合適的VC(CID)。所有的用戶將試圖解碼所有的傳輸。然而，在差的 RF覆蓋狀態下的用戶將可能不能夠解碼增強層。如果接收到沒有移動節點能夠接收增強層 的反饋，則不需要BTS發送這樣的層，並且能在釋出時隙(freed-up slot)中發送其它的業務 (VoIP、日期、文本等)。結果，本發明能夠將較少數目的時隙用於相同速率的視頻流，或者替 代地，與先前使用相同數目的時隙(假定在無線傳輸上為常數)但以較高速率的視頻流發送。參考圖5和6，本發明在無線接入網絡中提供分布式無線電鏈路層敏感的代理多 播組管理結構。該結構包括可以是多播路由器或者是其它多播服務實體的內容源506。內 容源通過一個或多個無線電接入和/或網際協議(IP)網絡、通過諸如GGSN的第一跳多播 敏感的路由器通信地耦合至多個移動的或固定的節點，所述多個移動的或固定的節點關聯 於單獨的具有不同通信能力的多播組。如本領域所公知並且未圖示的，在通信通路上初始地建立呼叫會話，以在多播內 容源506與至少一個移動節點之間的通信網絡中使能多播通信。每個移動節點通常包括例 如用戶的邏輯實體，以及例如終端的物理相對方，作為指定並可尋址的組實體的一部分。優 選的交互廣播協議是會話通知協議(SAP)。然而，應認識到的是，本發明顯而易見的變體可 用於諸如會話發起協議(SIP)和會話描述協議(SDP)等的協議。為了建立會話，內容源建立多播呼叫及其必需的應用，並對於呼叫通過向移動節 點發送包含會話描述協議(SDP)的會話發起協議(SIP) INVITE消息(未圖示)或會話通知 協議(SAP)通知來建立多播邀請。呼叫控制信令標識關聯組中的移動節點。例如，在SIP INVITE或SAP通知中利用組呼叫的標識來尋呼呼叫的關聯移動節點。替代地，代替單個組 ID,組邀請可包含一列該呼叫所需的所有移動節點。組SIPINVITE或SAP通知包含為邀請 的移動節點建立呼叫並且應答該呼叫的信息，其中需要移動節點在參與多播呼叫之前進行 談判過程。接收和處理組SIP INVITE或SAP通知的移動節點隨後能加入其中不同的應用 流或流量能夠由組中的移動節點接入的多播呼叫。如由本發明所引入的，委託代理500服務各種移動節點，並取決於可得到的無線 電鏈路反饋代表它們向服務網關506發送多播組管理消息。在操作中，在多播會話建立期 間，移動節點如先前所述將加入所有相關的組。使用從無線電鏈路調度器(RNC或基站502) 的無線電鏈路反饋，通過位於基站406處的多播委託代理500執行隨後的多播組管理。委 託代理通過檢測(監聽)初始的IGMP/MLD加入消息600得知由移動節點601所使用的各 種多播組。委託代理500從調度器502接收反饋602，指示與例如601的給定移動節點相關聯 的無線電鏈路狀態的變化。取決於接收到的指示，通過委託代理500代表移動節點601向 第一跳多播路由器506發送IGMPJOIN或LEAVE消息606、608來將移動節點的成員資格加 入一些組或從一些組脫離，能夠改變移動節點的組成員資格604。委託代理500還向第一跳 組路由器的多播地址發送與有效多播組相關聯的報告，該第一跳組路由器能夠支持多播路 由以處理該報告。本發明的新穎方面是分布式IGMP代理的概念。基本上，BTS具有用於每個移動節 點的代理，並基於從調度器接收到的反饋，代表移動節點。當移動節點無線電鏈路狀態指示 移動節點不能接收屬於給定多媒體流的數據流時，委託代理代表移動節點發送IGMP「離開」 消息。類似地，委託代理一檢測到移動節點無線電鏈路狀態已改善，並且移動節點此時能夠接收屬於給定多媒體流的數據流，委託代理就發送IGMP 「加入」消息。本發明能夠在任何無線接入網絡中實現。在特定的示例中，為了在HSDPA接入網 絡中實現本發明，需要修改BTS以支持多播委託代理功能，並且需要增強GGSN以提供多播 路由功能。委託代理功能將提供若干高級功能。首先，委託代理將決定移動體何時打算加入多播組。這通過監聽由移動節點發送 的初始IGMP消息來完成。如果沒有其它方法可用於標識以上情形，則僅需要監聽。在節點 B之間移動期間，使用上下文傳送協議將該信息從舊的BTS轉發至新的BTS 508。其次，委託代理代表移動節點前攝地管理多播組成員資格，以確保網絡和回程資 源的最佳使用。為了確保最佳的網絡和回程510的使用，委託代理500監控來自與給定移 動節點相關聯的調度器502的無線電鏈路反饋，並執行以下功能a)使用可用的無線電鏈 路帶寬、QoS等，委託代理將標識與要遞送給移動節點的給定內容相關聯的合適的視頻流子 集604 ；b)委託代理代表移動節點發送IGMP控制消息606、608、609，使得節點B能夠接收 與給定內容相關聯的合適的多播流610 ；以及c)委託代理通過將控制消息注入到與移動節 點相關聯的合適的GTP通道來發送IGMP控制消息606、608、609。IGMP控制消息由多播敏 感的GGSN 506或其它路由器解碼，以確保僅朝向無線電鏈路路由合適的多播流量610，從 而最小化網絡和回程資源的使用。在接收到流610時、並且基於來自移動體(例如門控DRC)或其它裝置的周期性反 饋，節點B 406建立什麼特定的應用流(流量)是可用的或對於組呼叫的每個移動節點所 需的，決定應用什麼調製編碼方案614，以及如何最有效地劃分輸入的視頻流616。在該示 例中，節點B將視頻數據流610劃分成基層400和兩個增強層402、404。IEEE802. 16e網絡 將不同的CID用於不同的層。然而，應認識到的是，應用或流量還可包括音頻(語音)、文本 消息傳輸、以及網際協議，例如每個在參與組呼叫的移動節點中都需要不同的資源或能力， 並且該組不同的移動節點具有各種各樣的資源和能力，以及有些移動節點由於這樣的限制 不能參與全部的組會話。隨後，如果接收到沒有移動節點601能夠接收增強層(例如增強層II)的反饋 618，則不需要由節點B發送這樣的層，因此節點B停止發送流620並通知多播路由器506 不需要發送該內容的流622。另外，代替未使用的數據流，節點B 406能在釋出時隙中發送 其它業務(VoIP、日期、文本等)。可選地，在以上的示例中，可由其它流量的行為附加地門控開始或停止發送特定 流的決定。例如，在低業務負載的情況下，可繼續發送流，這將導致當RF狀態改善時，移動 體更迅速地獲得流。應認識到的是，為了圖示本發明，在此簡化了圖表。然而，本領域的技術人員應意 識到，許多其它的網絡實體可以是通信系統的部分。例如，委託代理可包括在為簡化起見未 圖示的許多其它實體中。例如，委託代理可被結合到為本領域所公知的會話控制器、組數 據庫管理器、註冊管理器、應用層路由器、組實體管理器、廣播和單播地址管理器、策略管理 器、流量控制器、媒體管理器、和帶寬管理器，以及其他中的一個或多個中。應理解到，上述 實體能整合到相同的物理或邏輯網絡元件中，或作為分布式的或單獨的物理或邏輯網絡元 件提供。圖7圖示用於在通信網絡中的多重多媒體數據流遞送的方法。
該方法包括提供用於移動節點的委託代理和多播敏感的路由器的第一步驟700。 優選地，路由器為增強的多播敏感的GGSN，並且委託代理作為服務節點B的部分。下一步驟702包括由委託代理確定移動節點打算加入的多播組。優選地，這通過 檢測由移動節點發送的初始IGMP消息實現。可選地，在切換期間，可以在可從服務節點B 至目標節點B的移動節點移動期間將該信息在從服務節點B轉發至目標節點B。下一步驟704包括由委託代理接收關於移動節點的無線電鏈路特性的反饋。該反 饋確定移動單元加入組的能力、或者其是否將離開組。下一步驟706包括通過代表移動節點的委託代理使用無線電鏈路特性加入組或 從組中去除移動節點。下一步驟708包括響應於反饋，由委託代理標識與用於組的內容相關聯的數據流 的合適的子集。下一步驟710包括由委託代理代表移動節點向路由器發送控制消息，以接收數據 流的合適的子集。優選地，這通過將IGMP控制消息注入與移動節點相關聯的GTP通道實 現。在這一點上，多播敏感的路由器能解碼控制消息，並響應於控制消息僅路由用於移動節 點的合適的多播數據流。這樣，節點B不需要承載不能遞送至移動節點的任何信息。下一步驟712包括從路由器接收子集數據流。下一步驟714包括將子集數據流遞送到移動節點。下一步驟716包括由委託代理動態地監控移動節點的無線電鏈路特性，並響應於 於此改變到移動節點的信息的遞送。監控確定移動單元目前是否具有用於附加信息的能 力，使得委託代理提高到移動節點的信息質量，而無論無線電狀態惡化而導致委託代理降 低質量或消除到移動節點的信息(例如從組去除該移動節點)。有利地，本發明通過多播路由器和接入網絡回程優化資源使用。本發明通過從無 線電鏈路消除多播管理消息進一步優化無線電鏈路使用。只要節點B能夠監聽由移動節點 發送的IP分組(即無線電鏈路和/或GTP通道消息)並代表移動節點注入IP消息(即 IGMP控制消息)，在沒有對無線電(例如3GPP)或IETF標準作出任何改變的情況下，本發 明能通過下一代802. 16x、LTE、UMB、UMTS、和基於DO-A的無線電接入網絡實現。本發明對於與回程和空中接口一起使用是有效的。有時，回程不是問題，而空中接 口是唯一的瓶頸。在這種情況下，代理能執行過濾功能並將特定的流轉發至調度器。在此示出並描述的順序和方法能以與在此描述的不同的次序實現。在附圖中描繪 的特定的順序、功能、和操作僅是本發明一個或多個實施例的說明，並且其它的實現對於對 本領域的技術人員將是顯而易見。附圖意在圖示本發明的能由本領域的普通技術人員理解 和正確地實現的各種實現。適合達到相同目的的任何布置可代替所示的特定實施例。本發明能以包括硬體、軟體、固件或它們的任何組合的任何合適的形式實現。本發 明可選地部分實現為在一個或多個數據處理器和/或數位訊號處理器上運行的計算機軟 件。本發明實施例的元件和部件可以任何合適的方式物理地、功能地和邏輯地實現。實際 上，可在單個單元中、在多個單元中、或作為其它功能單元的一部分實現功能性。同樣地，本 發明可實現在單個單元中，或者可物理地和功能地分布在不同的單元和處理器之間。儘管已結合某些實施例描述了本發明，但並不意在局限於在此提出的特定形式。 相反地，本發明的範圍僅由所附權利要求限制。另外，儘管表現為結合特定的實施例描述了特徵，但本領域的技術人員應認識到的是，可根據本發明組合所描述的實施例的各種特徵。 在權利要求中，術語「包括」不排除其它元件或步驟的存在。此外，儘管單獨地列出，但多個裝置、元件或方法步驟可由例如單個單元或處理器 實現。另外，儘管單獨的特徵可包括在不同的權利要求中，但這些特徵可有利地組合，並且 不同權利要求中的包含不暗指特徵的組合不可行和/或不利。此外，一類權利要求中的特 徵的包含不暗指對該類進行限制，而是表示該特徵可視情況等同地適用於其它權利要求的 種類。此外，權利要求中特徵的次序不暗指該特徵必須以任何特定的次序起作用，並且 尤其地，在方法權利要求中單獨的步驟的次序不暗指必須以該次序執行該步驟。相反地，可 以以任何合適的次序執行該步驟。另外，單個參考不排除多個。因此，參考「一」、「第一」、 「第二」等不排除多個。
權利要求
一種在通信網絡中用於多重多媒體數據流遞送的方法，所述方法包括步驟提供用於移動節點的委託代理；確定所述移動節點打算加入的多播組；由所述委託代理接收關於所述移動節點的無線電鏈路特性的反饋；以及由所述委託代理代表所述移動節點使用所述無線電鏈路特性來加入所述組或從所述組去除所述移動節點。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定步驟包括檢測由所述移動節點發送的 初始IGMP消息。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定步驟包括在從服務節點B至目標節點B 的移動節點移動性期間，將關於所述確定步驟的信息從所述服務節點B轉發至所述目標節 點B。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟響應於所述反饋，標識與用於所述組的內容相關聯的數據流的合適的子集；代表所述移動節點將控制消息發送給路由器，以接收所述數據流的合適的子集；接收所述子集數據流；以及向所述移動節點遞送所述子集數據流。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述發送步驟包括將所述控制消息注入與所述 移動節點相關聯的GTP通道。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述控制消息是IGMP控制消息。
7.根據權利要求4所述的方法，其中，所述發送步驟包括由多播敏感的路由器解碼所 述控制消息，並且所述接收步驟包括響應於所述控制消息僅路由所述合適的多播數據流。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述提供步驟包括提供增強GGSN作為多播敏感 的路由器。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括由所述委託代理監控所述無線電鏈路特性和響 應於此而改變到所述移動節點的信息遞送的步驟。
10. 一種用於多重多媒體數據流遞送的網絡，包括用於移動節點的委託代理，所述委託代理耦合至用於所述移動節點的調度器，所述委 託代理確定所述移動節點打算加入的多播組，並接收關於所述移動節點的無線電鏈路特性 的反饋，所述委託代理代表所述移動節點使用所述無線電鏈路特性加入所述組或者將所述 移動節點從所述組去除。
全文摘要
通信網絡中多重多播數據流遞送包括提供移動節點的委託代理的第一步驟(700)。下一步驟(702)包括確定移動節點打算加入的多播組。下一步驟(704)包括由委託代理接收關於移動節點的無線電鏈路特性的反饋。下一步驟(706)包括由委託代理代表移動節點使用無線電鏈路特性加入組或者將移動節點從組去除。
文檔編號H04W4/08GK101911737SQ200880122638
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月6日 優先權日2007年12月27日
發明者伊凡·N·武科維奇, 阿喬伊·K·辛格 申請人:摩託羅拉公司