在區域網中發送多點流的方法和實現該方法的連接設備的製作方法
2023-06-25 10:45:16 3
專利名稱：在區域網中發送多點流的方法和實現該方法的連接設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及網絡上多點流的發送，尤其涉及如果在區域網上這種流的多點分配的機制不安全和如果可以將傳輸流分成不同優先級的部分，使這種流在區域網上的分配更可靠的方式。
背景技術：
在諸如網際網路那樣的基於分組的信息傳送網絡、IP區域網等中，可以找到好幾種信息傳送模式。按照參與這種傳輸的發送器和接收器的數量的作用，可以將這些模式劃分成三個類別。首先，存在使發送器可以將信息分組分派給通過其在網絡上的地址識別的單個接收器的點到點傳輸(也稱為「單播」)。這是像HTTP網頁傳送協議(「超文本傳送協議」)或FTP文件傳送協議那樣，網際網路網絡的最流行協議使用的發送模式。另一種發送模式在於發送器以廣播模式傳輸分組。在這種模式中，將發送器發送的分組發送給網絡的所有節點。這種模式一般不用在網際網路上，但可以在區域網上找到。第三種模式在於發送器或一組發送器以多點發送模式(也稱為「多播」)將分組傳輸給一組接收器。在這種模式中，將分組發送給叫做多點傳輸地址的地址並轉發到屬於傳輸組的所有目的地。加入傳輸組的客戶機被說成預訂該組，而離開該組的客戶機被說成從該組撤消。
多點傳輸模式實際上用於當源將數據發送到一組目的地時，節約網絡中的中間帶寬。具體地說，在這種情況下，使用點到點發送模式意味著分派數據多達與目的地的個數一樣多的次數。這種模式導致分組重複出現在源與各種各樣目的地之間的路徑共有的網絡部分上。相反，多點傳輸使只需分派數據一次成為可能，這個數據被複製在隨引向屬於傳輸組的目的地的路徑而變的網絡路由器上。圖1a例示了節點「S」，即，信息源發送的數據分組「P」到節點「A」、「B」和「C」的傳輸。可以看出，分組「P」在點到點傳送的情況下，在節點「S」和路由器「R1」之間重複了三次，在路由器「R1」和「R2」之間重複了兩次，和在圖1b所例示的多點傳送的情況下，未出現重複。在這種情況下，源「S」發送單個分組「P」，由於客戶機A、B和C事先通知路由器R1和R2它們想要接收該組的分組P，路由器「R1」知道必須在三條分支當中通向節點「A」和路由器「R2」的兩條分支上重新發送分組，路由器「R2」本身將分組發送給作為該組成員的客戶機「B」和「C」。分組未被分派給不是傳輸組的成員的節點「D」和「E」。
區域網一般包括連結區域網本身和外部網絡(一般說來，網際網路)的網關。根據像乙太網、IEEE 1394或通過無線電無線連接的技術那樣的幾種可能技術，將各種各樣局部設備與這個網關連接。這些設備可以通過起區域網和外部網絡之間的路由器作用的網關訪問外部網絡。當局部設備，即，客戶機想要參加多點數據傳輸組時，它根據通過在IETF(「網際網路工程任務部」)的參考文獻「RFC 3376」知道協議的IGMP網際網路群組管理協議預訂例如多點傳輸地址。遵照這個預訂，節點被識別成傳輸組的成員，和通過網關將與這個流相對應的和以多點模式傳輸的分組從網際網路路由到這個客戶機。
以多點模式傳輸的流往往可以劃分成幾個部分。例如，當使用遞增編碼器(也稱為「可伸縮編解碼器」)時，情況就是這樣。通過參考標準MPEG4尤其可以設想其詳細描述可以(例如，在ISO/IEC 14496-21999/FDAM 4，Coding of audio-visual objects-Part2Visual，Streaming video profile，Finegranularity scalability，以及ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，MPEG04/N6372「Scalable Video Model V 1.0」中)找到的這些編碼器。它們具有將數字業務編碼成幾種流，即，基本流和補充流的具體特徵。單獨使用基本流可以以降級方式在客戶機上重構業務。例如，可以重構業務的低解析度視頻。解碼基本流和補充流將使業務完全一樣地還原。非遞增編碼器也可以生成可劃分成基本流和補充流的流。例如，可以分組隨它們的MPEG類型(I、P或B)而變的圖像和採取瞬時定尺寸(temporal dimensioning)。
已經發現，在區域網上，根據已有的技術，不一定總是安全地進行多點傳輸。例如，如果區域網是根據版本a、b或g中802.11系列的協議運行的無線網絡，則測試發送的分組，看看它是否是完整無缺的，放棄而不是重新發送不是完整無缺的那些分組。因此，它們被丟棄了。
發明內容
本發明可以提高在網關和最終客戶機，即，區域網上這些分組的目的地，之間傳輸多點分組的可靠性。這種可靠性通過在將它們發送到它們的目的地之前動態地將這些多點傳輸分組轉換成點到點傳輸分組來保證。的確，在這些相同網絡上，根據點到點方法發送分組是安全的，並且，提供了在網關和客戶機之間重新發送不是完整無缺的分組的機制。為此，網關截取客戶機預訂多點傳輸地址的請求，以便在所述地址和預訂客戶機之間保持聯繫。隨後，網關截取以多點模式傳輸到這些地址的分組和以點到點模式將它們發送到預訂客戶機。然後，可能通過，例如，在以多點模式發送構成補充流的分組的同時，以點到點模式只發送構成基本流的分組，修改健壯性和使用的帶寬之間的折衷。這樣，至少業務的降級形式的健壯發送得到保證和業務中斷再次得到保護。
上面闡述的問題通過發送以多點模式傳輸的分組的方法來解決。
通過閱讀如下的描述，可以更好地理解本發明，和本發明的其它特徵和優點將變得顯而易見，該描述引用了附圖，在附圖中圖1a例示了以已知的方式將分組點到點傳輸到三個目的地的操作；圖1b例示了以已知的方式以多點模式進行相同分配的操作；圖2例示了根據本發明示範性實施例的網絡操作；圖3詳述了根據本發明示範性實施例客戶機的IGMP報告的網關對多點傳輸進行處理的步驟；圖4詳述了這個網關對以多點模式傳輸的分組進行處理的步驟；圖5詳述了根據本發明示範性實施例操作的網關的結構；圖6例示了在本發明示範性實施例的框架內處理幾個接入點的區域網；圖7例示了實現本發明示範性實施例實現的軟體結構；和圖8代表了劃分成基本流和兩種補充(complementary)流的流。
具體實施例方式
因此，本發明是動態地(on the fly)將到達區域網的網關和以區域網的客戶機為目的地的多點流或這個流的某些成分轉換成點到點流的方法。轉換發生在，例如，網關上，總的來講，發生在以區域網的設備為目的地的IP業務經過的設備上。如下的示範性實施例的立足點是網絡是基於802.11系列的協議的無線網絡的情況。這個例子是非限制性的，本發明可以與其它類型的區域網一起使用。
圖2例示了本發明示範性實施例的網絡。其中首先找到的是作為內容伺服器、標為2.10、2.11和2.12的數據源S1、S2和S2。這些伺服器與標為2.9的外部網絡(這裡，網際網路)連接。在用戶這一側，將找到連結標為2.6、2.7和2.8的客戶機A、B和C的標為2.4的無線區域網、和為將區域網與網際網路連結、標為2.5的這個網關服務的接入點。無線區域網是基於802.11系列的協議的網絡，但也可以基於其它一些技術。結果是，在無線網絡的情況下比在像例如乙太網網絡那樣的有線網絡的情況下更嚴重地造成可靠性問題。因此，客戶機A、B和C是伺服器S1、S2和S3傳輸的信息的潛在客戶機。這些客戶機將利用，例如，IGMP協議接上這些傳輸。因此，客戶機將以IGMP報告(「IGMP報告消息」)的形式發出它們對傳輸的預訂的信號。當接收到這個報告時，網關本身將發送以與它連接的路由器為目的地的相同類型的報告。這樣，可以使多點流路由到目的地的信息將在路由器之間傳播。這些IGMP報告被接入點截取，接入點將保存一方面將出現在IGMP報告的「源地址」欄位中的多點傳輸流地址與該報告來源的MAC(「媒體訪問控制」)地址相聯繫的表格。本發明的示範性實施例描述了一種表，但是，對於本領域的普通技術人員來說顯而易見管理多點傳輸地址和區域網的客戶機的地址之間的這種聯繫的任何其它方式也可能適用，譬如，列表、散列表等。對報告本身的分析可以斷定客戶機加入還是離開傳輸組，和據此修改表。此後，在接入點的IP層中實現的過濾器將動態地處理多點IP分組，以便在MAC級上將它們轉換成點到點分組。因此，分組在它們經過網關期間將被根據示範性實施例的過濾器截取和處理。標為2.1的多點分組將被檢測和轉換成將分派給屬於傳輸組的客戶機A和B的、標為2.2和2.3的兩個點到點分組，在圖3中詳述了例示IGMP報告的接入點進行處理的主要步驟的圖形。在所述的示範性實施例的情況中，網關是客戶機將接上的無線網絡的接入點，在無線網絡的情況下，將它們說成關聯。處理以在MAC層的級別上標為5.12的過濾器的形式實現，其將檢測與源自與接入點連接的客戶機的IGMP報告相對應的IP分組。對這些報告的分析可以從中提取多點傳輸地址和該報告來源的客戶機的MAC地址。任何IGMP報告都包含關於它的多點傳輸組的成員、指示當前狀態或MAC地址所標識的接口的狀態變化的組記錄。這個信息被編碼在組記錄的「記錄類型」欄位中。這個信息可以使將多點傳輸地址和與屬於這個傳輸組的客戶機的接口對應的一組MAC地址相聯繫、標為5.10的表保存在網關上。除了這種一旦宣告客戶機離開多點傳輸組的IGMP報告得到分派就可以擦除表中的關聯的機制之外，還可以作出也擦除與接入點失去聯繫的客戶機相對應的項目的規定。因此，離開網絡的客戶機離開了該組。
可以根據，例如，圖4的圖形進行網關上以多點模式從外部網絡到達的分組的處理。標為5.11的過濾器被部署在，例如，網關的IP層的級別上。這個過濾器將檢測網關上以多點模式到達的所有分組。對於到達的這種類型的每個分組，提取多點傳輸地址。在標為5.10的關聯表中搜索這個地址，如果沒有找到與這個地址相對應的記錄，這表明沒有無線網絡的客戶機屬於傳輸組，因此，可以忘記該分組，不發送它。如果找到這樣的記錄，將多點傳輸IP分組或其片段封裝在將分派到在表中指出的所有MAC地址的至少一個MAC分組中。這個MAC分組的傳輸模式將是點到點模式。因此，MAC分組被發送多達與目的地的個數一樣多的次數。這樣，這些分組將在MAC級上從這種傳輸模式的糾錯機制中受益。802協議系列中的MAC層的參考文獻是「IEEE Std 802.11，1999 Edition(Reaff 2003)」。因此，這些分組被從中提到多點IP分組和將它傳遞給IP層的客戶機的MAC層接收。因此，可以看出，該方法不需要修改客戶機。具體地說，點到點模式只涉及MAC層。在MAC分組中發送的IP分組部分保留如IP層和連接來源的應用所預期那樣的多點IP分組。
圖5例示了根據本發明示範性實施例操作的網關的結構。標為5.1的網關包括標為5.3的處理器，該處理器能夠在存儲在設備的標為5.2的只讀存儲器中的程序被傳送到標為5.4的隨機訪問存儲器之後執行它們。該設備至少擁有兩個網絡接口。一個標為5.5，有權將該設備與標為5.9的外部網絡連接。另一個標為5.6，驅動標為5.7的無線傳輸裝置，使區域網的客戶機得到連接。這些單元通過標為5.8的總線通信。根據本發明的示範性實施例，處理器5.3尤其可以執行包含標為5.11和5.12的過濾器的MAC層和IP層。客戶機的MAC地址與多點傳輸地址之間的關聯方法通過標為5.10的隨機訪問存儲器中的關聯表來表示。
圖7詳述了這些網絡層的軟體結構。標為7.1的網絡層包括標為7.5的物理層，物理層擔當直接地與無線的和可以是，例如，乙太網或ADSL連接的與外部網絡連接的通信介質連接的任務。正好在物理層上面找到的是標為7.4的MAC層，它提供實際使用的物理層的抽象概念。有關IGMP報告的標為7.7的過濾器就是部署在這個級別上。此處，在MAC層之上找到標為7.3的IP堆棧。標為7.6的多點IP分組過濾器就是在這裡找到的。標為7.2的應用程式利用這個IP堆棧來通信。
可替代的部署在於將接收的和不與表中的任何關聯對應的多點分組以多點模式發送到客戶機。在相反的情況下，可以禁止區域網上在MAC級上的多點發送。
某些無線區域網可以包含幾個接入點。這種配置例示在圖6中。可以看出，存在與標為6.1的外部網絡(這裡，網際網路)連接的、標為6.2的第一接入點AP1。這個第一接入點覆蓋標為6.5的叫作BSS1(「基本業務組」)的第一訪問區。在BSS1中，標為6.7和6.8的兩個客戶機A和B與接入點AP1連接。標為6.3的接入點AP2也擁有標為6.6的覆蓋BSS2的區域。標為6.9和6.10的兩個客戶機C和D與這個第二接入點AP2連接。兩個接入點通過網絡6.4連接在一起。這個網絡可以是像乙太網那樣的有線網絡，無線電的無線連結不同於由接入點和它們的客戶機構成的網絡。第二接入點AP2是屬於第一接入點的區域BSS1的客戶機的解決方案也是值得考慮的。
本發明在這個包括幾個接入點的區域網的框架下的操作依賴於這個第二接入點的操作模式和在網絡中進行分組路由的方式。必須區分兩種情況，在第一種情況中，接入點AP2起IP級上的路由器的作用。在這種情況下，AP2在接入點AP1看來是它的客戶機之一。對於這種傳輸，對AP2的客戶機的多點傳輸的預訂將導致AP2對AP1的預訂。因此，以AP2為目的地的AP1接收的多點分組將在MAC級上通過點到點傳輸發送給它。這些分組將像正常多點分組那樣被AP2在IP級上接收。因此，也有必要將本發明部署在接入點AP2上，以便以點到點模式發送到AP2的客戶機。
在第二種情況中，接入點AP2將表現得像如在802.1d標準中所述的MAC級上的橋接器那樣。在這種情況下，在AP1後面構成的網絡在IP級被看成單個網絡，在MAC級上進行AP1對像位於AP2之後的那些那樣的最終客戶機的分組分配。在這種情況下，無需上載到IP級，AP1將直接或通過AP2將從外部網絡到達的多點IP分組轉換成直接發送給最終客戶機的點到點MAC分組。因此，無論它們與AP1連接還是與AP2連接，客戶機都將以點到點模式接收這些分組。在這種情況下，不必將本發明部署在AP2上就可以使本發明起作用。
在部署像描述在802.11f標準中那樣的漫遊功能的情況下，容許與接入點連接的客戶機斷開並重新與新接入點連接，而不會失去它的IP連接。然後，第二接入點在MAC級上部署橋接功能的第二種情況有效。因此，本發明將在第二接入點的級別上以透明的方式操作。
在這種情況下，將本發明部署在每個接入點上。不與接入點關聯以便與另一個接入點關聯的客戶機將斷開它的所有當前IP連接。當在它與這個新接入點取得聯繫之後，重新創建了它的連接時，新接入點將自然地負責以客戶機為目的地的多點業務。在區域網的情況中，接入點可以部署漫遊功能。在這種情況下，改變接入點的客戶機能夠保持它的IP連接。在客戶機從一個點遷移到另一個點期間在接入點之間交換數據就會出現這種情況。因此，可以將與之相關的關聯表的數據包括在接入點在遷移期間交換的數據中。這樣，客戶機的新接入點可以負責以這個客戶機為目的地的多點分組的處理。
在單個客戶機與網關連接的最小網絡的情況下，可以設計出不需要網關的MAC層中有關IGMP報告的過濾器的簡化部署。在這種情況下，關聯表是不必要的。在簡化其操作方式的同時，只保留出現在網關的IP層中的有關多點IP分組的過濾器。網關僅僅通過MAC層的點到點模式發送以存在於網絡上的單個客戶機為目的地的多點IP分組。
存在多種將傳輸的數字業務分離成各種各樣成分的方式。這些成分通過客戶機特有流來傳輸。
例如，可以使用以叫做基本流的小的帶寬的第一流和補充流的形式編碼業務，或諸如視頻之類業務的成分的遞增編碼器。一般說來，基本流足以使業務以降級模式得到還原。就視頻而言，這種基本業務將包含視頻的低清晰度形式。顯然，音頻的情況也是如此。而補充流將發送從基本流失去的信息，使得能夠以非降級模式恢復業務。
這樣的業務或至少它的視頻成分表示在圖8中。因此，標為8.1的完整視頻被分解成標為8.4的第一基本流、和標為8.2和8.3的兩種補充流。基本流使得能夠以第一低解析度重構視頻。解碼基本流和補充流1可以將視頻恢復成中等解析度2。而解碼三種流可以以其最佳解析度，即，解析度3，恢復完整視頻。
遞增分解視頻業務的另一種方式本身基於圖像的編碼。例如，在MPEG-2中，編碼牽涉到固有地編碼的稱為I圖像的圖像，也就是說，無需要求包含在流的其它圖像中的信息。該標準還定義了預測編碼的稱為P圖像的圖像，也就是說，編碼使用了該圖像和一個或多個先前P或I圖像的信息。該標準進一步定義了稱為B圖像的圖像，其中，編碼不僅使用了來自先前圖像的信息，而且使用了來自隨後I，P圖像的信息。因此，可以只解碼I圖像，只解碼I和P圖像，只解碼I、P和少數B圖像，要不然，解碼所有I、P和B圖像。這樣，例如，可以形成包含I圖像的基本流、帶有P圖像的補充流1和帶有B圖像的補充流2。因此，在這種情況下，可以定義接收圖像數量較少但不影響圖像解析度的降級服務模式。
因此，顯而易見，存在多種將數字業務劃分成幾種流的方式，和可以在這些流之間定義優先級。具體地說，這些流的一些對於業務的還原是必不可少的，沒有它們這個還原就會降級，而其它僅僅用於提高這種還原。因此，可以根據這個發現定義可以調整質量和使用的帶寬之間的折衷的將流轉換成單播的策略。為此，有必要定義以點到點模式健壯地發送的那些流和通過多點傳輸發送的那些流。
在這種情況下，應用接收的分組到多點傳輸模式的轉換的過濾器將部署所選傳輸策略和只將一些流轉換成點到點模式。
因此，網關有必要存儲所選傳輸策略和能夠檢測它接收的流的類型，以便能夠部署這個策略。由於網關截取導致分組傳輸建立的交換，例如，基於RTSP協議的交換，以及基於，例如，SDP協議、使客戶機可以發現業務的交換，因此，網關能夠確定交換的流的類型，即，基本流還是補充流。一旦流的類型得到識別，可以將所選傳輸策略應用於它。
因此，這種傳輸策略由對每種流類型決定是否應該將到點到點的轉換放在適當位置上的一組規則組成。網關存儲的這些規則可以由用戶通過，例如，網關配置接口放在適當位置上。這個接口可以是通過對網關的HTTP接入部署的接口，一種配置與一個網絡或另一個網絡連接的設備的現行解決方案。這種解決方案具有用戶能夠從配有傳統HTML客戶機的網絡的客戶機配置它的網關的優點。
這種傳輸策略還可以由伺服器基於全局或按會話來決定。在這種情況下，例如，伺服器在連接時通過SDP協議將策略通知網關。
每種流的優先級還可以由網關用於接上業務的的服務質量接口決定。這裡可以使用IETF定義的DiffServ或IntServ協議。
還可以採用按照傳輸狀態而改變的動態傳輸策略。為此，可以在適當位置，例如，在客戶機的級別上建立分析這些狀況，即，帶寬、包損失率、位錯率、傳輸滯後等的系統。例如，通過RTCP協議(「實時控制協議」)將這個信息上載到網關。網關將能夠利用這個信息來修改傳輸策略。
對於本領域的普通技術人員來說，顯而易見，儘管這裡在無線網絡的框架內作了描述，但就區域網可用不會遭受分組損失的點到點模式，而多點模式卻不會而言，本發明適用於任何類型的區域網。同樣，本領域的普通技術人員能夠修改部署傳輸地址和客戶機之間的聯繫的方式，以及用在過濾器中或它們所處的地方的方法，而不會偏離本發明的範圍。
權利要求
1.一種通過第一網絡(2.4)和第二網絡(2.9)之間的連接設備(2.5)發送以多點模式傳輸的分組流(2.1)的方法，所述多點分組流(2.1)源自第二網絡(2.9)和以第一網絡(2.4)的客戶機(2.6，2.7)為目的地，所述方法包括如下步驟接收多點分組(4.1)；和根據點到點傳輸模式將以多點模式傳輸的至少某些分組分派給第一網絡的客戶機(2.6，2.7)的至少一個，所述客戶機(2.6，2.7)是所述流(4.7)的傳輸的預訂者，其特徵在於，它進一步包括如下步驟按照所述流的類型的功能至少從點到點模式和多點模式當中確定屬於所述流的分組的傳輸模式。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括如下步驟按照其類型的功能確定指定給所述流的優先級，這個優先級用於按照所述流的類型的功能至少從點到點模式和多點模式當中確定屬於所述流的分組的傳輸模式。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，通過應用存儲的傳輸策略進行按照這個優先級的功能確定屬於所述流的分組的傳輸模式。
4.根據權利要求3所述的方法，進一步包括如下步驟由用戶配置傳輸策略。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，從客戶機之一執行所述用戶進行配置的步驟。
6.根據權利要求3所述的方法，進一步包括如下步驟由傳輸多點分組的伺服器分派至少一部分傳輸策略。
7.根據權利要求3所述的方法，進一步包括如下步驟按照第一網絡上的發送狀況的功能適應傳輸策略。
8.一種在第二網絡(2.9)和第一網絡(2.4)之間的連接設備，擁有發送以第一網絡的客戶機(2.6，2.7)為目的地、以多點模式從第二網絡接收的分組流的裝置，所述客戶機是這種流的傳輸的預訂者，這些發送裝置包括以點到點模式將所述分組發送到作為預訂者的客戶機的裝置，其特徵在於，該設備擁有按照這種流的類型的功能至少從點到點模式和多點模式當中確定屬於所述流的分組的傳輸模式的裝置。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，確定裝置包括可以按照其類型的功能將優先級分配給所述流的裝置，這個優先級用於確定傳輸模式。
10.根據權利要求9所述的設備，進一步包括存儲可以按照其優先級的功能定義屬於流的分組的傳輸模式的傳輸策略的裝置。
11.根據權利要求10所述的設備，進一步包括允許用戶修改傳輸策略的裝置。
12.根據權利要求10所述的設備，進一步包括允許按照源自傳輸該流的伺服器的信息的功能修改傳輸策略的裝置。
13.根據權利要求10所述的設備，進一步包括允許按照第一網絡上的發送狀況的功能動態修改傳輸策略的裝置。
全文摘要
在無線區域網的框架內，通過確認接收機制使多點傳輸流的發送不可靠。這種可靠性可以通過以點到點模式發送屬於多點傳輸流的分組來提高。在數字業務由優先級不同的幾種流組成的情況下，可以以點到點模式只發送這些流的一些，而其它流保持以多點模式發送。區域網和外部網絡之間的網關可以擔當這種有選擇轉換接收流的傳輸模式的任務。
文檔編號H04L29/06GK1878137SQ200610051310
公開日2006年12月13日 申請日期2006年1月5日 優先權日2005年1月6日
發明者伊馮·萊蓋爾萊斯, 塞巴斯蒂恩·佩羅特, 菲利普·博德斯 申請人:湯姆森特許公司