CN101605300B - 无线网络的可靠多播系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线网络的可靠多播系统，该系统包括网关控制器、基站、车载终端，所述的网关控制器包括至少两组，所述的每组网关控制器至少与一组基站连接，所述的车载终端先后与各基站通讯连接。与现有技术相比，本发明可以在终端快速移动、频繁切换的场景下实现可靠的多播业务，此外，本发明的网关控制器加基站的多级组网方式可满足大规模组网的需要。

Description

无线网络的可靠多播系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及无线网络中提供可靠多播的系统和方法，特别涉及无线网络的可靠多播系统及其控制方法。

背景技术

目前的多播基数技术，针对的是终端静止或者缓慢移动的场景，这种场景下单个基站和其服务区下的终端之间通信，对于终端快速移动以及基站覆盖区域减小的情况，没有做专门的优化和处理。例如专利“无线网络多播系统及方法(申请号/专利号：200610033954)”提出的是以基站发送单播来提高多播报文的准确性。专利“无线通信系统，多播传输方法，无线基站，无线终端(00129213)”从无线信号的物理帧结构增加NACK类型错误，检测到报文错误。专利“无线通信系统中实现多播及广播业务的系统(申请号/专利号：200610066885)”提出了一个多媒体广播的架构，包括终端、接入服务网及连接服务网，以及相应的处理单元。这些技术用于传统的无线通信网络，一个基站提供足够大的覆盖区域，且终端用户相对静止，在不同基站之间切换的情况很少发生。但随着对无线业务带宽需求的提高，基站在热点区域往往通过降低单点覆盖区域以提高可供带宽；对用户对移动性要求的提升，使得终端需要支持快速的移动。因此终端在不同基站下的切换将频繁出现，在切换过程中将出现如下问题：在旧的基站下终端没有正确地接收最后的多播报文，就切换到新的基站下了。在旧的基站下终端正确地接受了最后的多播报文，切换到新的基站下，但新的基站下发的多播报文和终端期望的报文不一致(超前或者落后)。

这些问题导致终端在切换过程中多播报文丢失或者乱序，业务质量降低。尤其在实时多媒体多播业务时，会导致用户体验的严重降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以在终端快速移动、频繁切换的场景下实现可靠的多播业务的无线网络的可靠多播系统及其控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

无线网络的可靠多播系统，其特征在于，该系统包括网关控制器、基站、车载终端，所述的网关控制器包括至少两组，所述的每组网关控制器至少与一组基站连接，所述的车载终端先后与各基站通讯连接。

无线网络的可靠多播系统的控制方法，其特征在于，该方法包括：

(1)多播业务组的添加；

(2)多播业务组的删除；

(3)多播业务组的属性配置；

(4)控制器间序号同步；

(5)基站和终端的重同步；

(6)终端在相同控制器内切换；

(7)终端不同控制之间切换。

所述的多播业务组的添加包括以下步骤：

(1)控制器网关添加业务组，更新本地业务组信息；

(2)控制器发送业务组广播信息到基站；

(3)基站接收到广播，根据广播更新本地业务组，周期性广播本地多播业务组；

(4)终端接收到基站的多播业务组广播，保存广播组信息。

所述的多播业务组的删除包括以下步骤：

(1)控制器网关添加业务组，更新本地业务组信息；

(2)控制器发送业务组广播信息到基站；

(3)基站接收到业务组广播信息，更新本地多播业务组信息，周期性广播本地多播业务组；

(4)终端接收到基站的多播业务组广播，保存广播组信息。

所述的多播业务组的属性配置包括以下步骤：

(1)控制器网关添加业务组，更新本地多播业务组信息；

(2)控制器发送业务组多播信息到基站；

(3)基站接收到业务组广播信息，更新本地多播业务组信息，周期性广播本地多播业务组；

(4)终端接收到基站的多播业务组广播，保存广播组信息。

所述的控制器间序号同步包括以下步骤：

(1)从控制器周期性发起同步一次，从控制器发送同步请求到主控制器；

(2)主控制器按照接收顺序对多播报文编号，所述的编号范围从1～0xFFFFFFFF；

(3)每个控制器保存最近N个接收多播报文的报文和特征值；

(4)主控制器对多播报文进行编号，并将编号和报文的特征值包含在同步响应中发送给其他控制器，其他控制器根据特征值调整本地的序号与主控制器一致；

(5)若从控制器没有与主控制器同步，则立即发送一个同步请求到主控制器，要求获得最新的序号和特征值对应关系，若一直无法获得响应，则周期性发送同步请求；

(6)同步不上的控制器，依然发送多播报文，且指明该多播报文没有与主控制器同步。

所述的基站和终端的重同步包括以下步骤：

(1)基站在广播报文中通知终端设备，本区域的控制器是否与主控制器多播同步；

(2)终端若从广播中了解基站的控制器没有与主控制器同步，则在终端序号同步请求中发送本地最近的特征值和序号对应关系给基站；

(3)基站接收到请求，根据特征值选择从断开的序号开始发送报文，通知终端基站序号与终端序号之间的对应关系；

(4)终端根据响应返回的对应关系，接收数据。

所述的终端在相同控制器内切换包括以下步骤：

(1)终端接收到基站广播，从广播中获取多播组的信息，决定要加入的广播组；

(2)根据预设的基站切换算法决定切换时机；

(3)终端发送接入指示到新的基站，所述的接入指示中携带加入的多播组的信息，每个多播组下一个期望的接收报文序号；

(4)基站接收到请求，返回接入响应，并开始发送多播报文；

(5)终端接收到新基站的接入响应，发送断开指示到旧基站；

(6)旧基站接收到断开请求，停止发送数据，发送断开响应给终端；

(7)终端接收旧基站的断开响应。

所述的终端不同控制之间切换包括以下步骤：

(1)终端接收到基站广播，从广播中获取多播组的信息，决定要加入的广播组，并从广播信息中判断是否当前控制器与主控制器同步；

(2)根据预设的基站切换算法决定切换时机；

(3)发送接入指示到新的基站，接入指示中携带加入的多播组的信息，若新基站所属控制器与主控制器同步，则每个多播组信息中添加下一个期望的接收报文序号，若不同步，则发送下个期望序号，以及最后接收到的报文特征值；

(4)新基站接收到组播加入请求，若所属控制器与主控制器同步，则从下一个期望序号开始发送多播报文，并立即发送一个接入响应给终端，若所属控制器与主控制器不同步，则根据接收到的序号与特征值对应关系，查找本地的特征值和序号表，若有匹配则发送响应到终端，所述的响应中包括同步指示、下一个开始发送的多播报文序号与开始发送的多播报文，若没有匹配则返回响应给终端，且包含非同步标志、下一个开始发送的多播报文序号与开始发送的多播报文；

(5)终端接收到新基站的接入响应，开始从新基站接收多播报文；

(6)终端发送断开指示到旧基站；

(7)终端接收旧基站的断开响应。

所述的N个接收多播报文的报文和特征值为100个接收多播报文的报文和特征值。

与现有技术相比，本发明可以在终端快速移动、频繁切换的场景下实现可靠的多播业务，此外，本发明的网关控制器加基站的多级组网方式可满足大规模组网的需要。

附图说明

图1是本发明无线网络的可靠多播系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明无线网络的可靠多播系统包括移动节点(即终端MS)，基站(BS)，网关控制器。上述系统组成部分的主要功能为：

网络控制器多播模块实现以下功能：

(1)多播业务组管理：业务组质量配置，业务组添加和删除，业务组在系统中广播到基站和终端；

(2)多播业务分类：根据业务组属性分类。

基站多播模块实现以下功能：

(1)多播报文缓冲：按照多播业务组为单位缓冲。缓冲大小在业务组属性中设置；

(2)多播报文发送：根据终端终端的指示启动和停止发送多播报文，可根据序号选择指定的序号发送多播报文；可根据报文的报文特征匹配选择指定的多播报文发送；

(3)多播报文报文映射到单播报文；

(4)多播业务组的管理：业务组质量配置；业务组添加和删除；业务组广播到终端。

终端多播模块实现以下功能：

(1)多播报文缓冲；

(2)多播报文排序和重传；

(3)切换：多播报文序号通知给目的基站，启动多播报文传输；如果控制器之间存在不同步，则反传报文中的特征匹配值给基站，由基站根据特征匹配值判断序号的起始位置；

(4)多播业务组的管理：加入或推出特定业务组。

所谓报文特征值是指能用来区分和对应不同报文的一组数值。例如对于IP报文使用IP Identification字段，以及Header Checksum字段组合区分：将Identification，Header Checksum都作为16位无符号整数，对应的特征值为32位无符号整数(Identificaiton＜＜16)+Header Checksum，即前一个数左移16位加上后一个数。对于实际应用，对于同一接收节点出现不同报文特征值相同的概率很小，可以忽略。

在无线网络中，在终端切换到不同基站的过程中，由于发生无线信号的衰减，或者新旧基站之间发送报文不同步，导致多播报文丢失或者乱序，因此出现业务质量严重下降，直接影响到用户的业务体验。本专利采用了创新的方法，提出了一种无线网络的可靠多播系统和方法，可完全解决上述问题。

序号同步用来保证报文的按序投递和不丢包，序号同步包含的基本思路是：

当终端在同一个控制器下的基站间切换时，由同一个控制器对报文编号，保证基站间切换的报文按序连续发送到终端。当终端跨两个控制器的基站切换时，两个控制器之间依靠序号同步机制来保证序号一致，从而保证基站切换时报文不丢失，不重复。

序号同步实现的关键过程包括：

(1)控制器之间的同步；

(2)基站和终端之间的重同步。

为了保持对上层多播业务的透明，同时保证终端在多个基站或者控制器之间切换的数据顺序问题，使用报文的特征值作为报文唯一性的判据。根据这个判据，可以同步各个控制器之间报文的序号；也可以用来同步基站和终端之间的报文序号，从而保证终端无论是跨基站还是跨路由器都可以保证按序投递。即使当控制器之间失步后，终端和基站之间依然可以通过报文特征值同步和匹配获得序号同步。

多播业务组添加流程如下：

1)控制器网关添加业务组，更新本地业务组信息

2)控制器发送业务组广播信息到基站

3)基站接收到广播，根据广播更新本地业务组；周期性广播本地多播业务

4)终端接收到基站的多播业务组广播，保存广播组信息

多播业务组删除流程如下：

1)控制器网关添加业务组，更新本地业务组信息

2)控制器发送业务组广播信息到基站

3)基站接收到业务组广播信息，更新本地多播业务组信息，周期性广播本地多播业务组

4)终端接收到基站的多播业务组广播，保存广播组信息多播业务组属性配置流程如下：

1)控制器网关添加业务组，更新本地多播业务组信息

2)控制器发送业务组多播信息到基站

3)基站接收到业务组广播信息，更新本地多播业务组信息，周期性广播本地多播业务组

4)终端接收到基站的多播业务组广播，保存广播组信息控制器间的序号同步机制如下：

1)从控制器周期性(例如每10s)发起同步一次：从控制器发送同步请求到主控制器。

2)主控制器按照接收顺序对多播报文编号，编号范围从1-0xFFFFFFFF。

3)每个控制器保存最近接收多播报文的特征值，每个业务组根据配置属性保存多个(例如100个)报文。

4)主控制器对多播报文进行编号，并将编号和报文的特征值包含在同步响应中发送给其他控制器；其他控制器根据特征值调整本地的序号与主控制器一致。

5)如果从控制器没有与主控制器同步，则立即发送一个同步请求到主控制器在；要求获得最新的序号和特征值对应关系。如果一直无法获得响应，则周期性发送同步请求。

6)同步不上的控制器，依然发送多播报文。但是指明该多播报文没有与主控制器同步。

基站和终端的重同步机制大致如下：

1)基站在广播报文中通知终端设备：本区域的控制器是否与主控制器多播同步。

2)终端如果从广播中了解基站的控制器没有与主控制器同步：则在终端序号同步请求中发送本地最近的特征值和序号对应关系给基站。

3)基站接收到请求，根据特征值选择从断开的序号开始发送报文，通知终端基站序号与终端序号之间的对应关系。

4)终端根据响应返回的对应关系，接收数据。

同一控制器下的切换流程如下：

1)终端接收到基站广播，从广播中获取多播组的信息，决定要加入的广播组。

2)根据基站切换算法决定切换时机

3)终端发送接入指示到新得基站；接入指示中携带加入得多播组的信息，每个多播组下一个期望的接收报文序号；

4)基站接收到请求，返回接入响应，并开始发送多播报文；

5)终端接收到新基站得接入响应；发送断开指示到旧基站；

6)旧基站接收到断开请求，停止发送数据；发送断开响应给终端；

7)终端接收旧基站得断开响应。

不同控制器下的基站间切换流程如下：

1)终端接收到基站广播，从广播中获取多播组的信息，决定要加入的广播组；并从广播信息中判断是否当前控制器与主控制器同步；

2)根据基站切换算法决定切换时机；

3)发送切接入指示到新得基站；接入指示中携带加入得多播组的信息，如果新基站所属控制器与主控制器同步则每个多播组信息中添加下一个期望的接收报文序号；如果不同步，则发送下个期望序号，以及最后接收到的报文特征值；

4)新基站接收到组播加入请求，如果所属控制器与主控制器同步，则从下一个期望序号开始发送多播报文，并立即发送一个接入响应给终端；如果所属控制器与主控制器不同步，则根据接收到的序号与特征值对应关系，查找本地的特征值和序号表，如果有匹配则发送响应到终端，响应中包含了同步指示和下一个开始发送的多播报文序号，开始发送的多播报文；如果没有匹配同样也返回响应给终端，但是包含非同步标志和下一个开始发送的多播报文序号，并开始发送的多播报文；

5)终端接收到新基站得接入响应，开始从新基站接收多播报文；

6)终端发送断开指示到旧基站。

终端接收旧基准得断开响应。

1)网关控制器之间进行序号同步；每一个同步的多播业务组，分配一个主控制器和若干从控制器，主从控制器之间通过同步报文进行序号同步。

2)终端从旧的基站切换到新基站时，向新基站上报期望报文序号和当前特征值。如果新旧基站之间是同步的，新基站根据上报序号决定后续报文的起始。如果新旧基站之间是不同步的，新基站根据特征值决定后续报文的起始。

对于IP报文，采用Identification字段联合Header Checksum字段作为区分不同报文的特征值。

Claims (3)

1.无线网络的可靠多播系统的控制方法，其特征在于，该方法包括：

（1）多播业务组的添加；

（2）多播业务组的删除；

（3）多播业务组的属性配置；

（4）控制器间序号同步；

（5）基站和终端的重同步；

（6）终端在相同控制器内切换；

（7）终端在不同控制器之间切换；

所述的控制器间序号同步包括以下步骤：

（1）从控制器周期性发起同步一次，从控制器发送同步请求到主控制器；

（2）主控制器按照接收顺序对多播报文编号，所述的编号范围从1～0xFFFFFFFF；

（3）每个控制器保存最近N个接收的多播报文的报文和特征值；

（4）主控制器对多播报文进行编号，并将编号和报文的特征值包含在同步响应中发送给其他控制器，其他控制器根据特征值调整本地的序号与主控制器一致；

（5）若从控制器没有与主控制器同步，则立即发送一个同步请求到主控制器，要求获得最新的序号和特征值对应关系，若一直无法获得响应，则周期性发送同步请求；

（6）同步不上的控制器，依然发送多播报文，且指明该多播报文没有与主控制器同步；

所述的基站和终端的重同步包括以下步骤：

（1）基站在广播报文中通知终端设备本区域的控制器是否与主控制器多播同步；

（2）终端若从广播中了解基站的控制器没有与主控制器同步，则在终端序号同步请求中发送本地最近的特征值和序号对应关系给基站；

（3）基站接收到请求，根据特征值选择从断开的序号开始发送报文，通知终端基站序号与终端序号之间的对应关系；

（4）终端根据响应返回的对应关系，接收数据；

所述的终端在相同控制器内切换包括以下步骤：

（1）终端接收到基站广播，从广播中获取多播业务组的信息，决定要加入的多播业务组；

（2）根据预设的基站切换算法决定切换时机；

（3）终端发送接入指示到新的基站，所述的接入指示中携带加入的多播业务组的信息，每个多播业务组下一个期望的接收报文序号；

（4）基站接收到接入指示，返回接入响应，并开始发送多播报文；

（5）终端接收到新基站的接入响应，发送断开指示到旧基站；

（6）旧基站接收到断开指示，停止发送数据，发送断开响应给终端；

（7）终端接收旧基站的断开响应；

所述的终端在不同控制器之间切换包括以下步骤：

（1）终端接收到基站广播，从广播中获取多播业务组的信息，决定要加入的多播业务组，并从广播信息中判断是否当前控制器与主控制器同步；

（2）根据预设的基站切换算法决定切换时机；

（3）发送接入指示到新的基站，接入指示中携带加入的多播业务组的信息，若新基站所属控制器与主控制器同步，则每个多播业务组信息中添加下一个期望的接收报文序号，若不同步，则发送下个期望序号，以及最后接收到的报文特征值；

（4）新基站接收到接入指示，若所属控制器与主控制器同步，则从下一个期望序号开始发送多播报文，并立即发送一个接入响应给终端，若所属控制器与主控制器不同步，则根据接收到的序号与特征值对应关系，查找本地的特征值和序号表，若有匹配则发送响应到终端，所述的响应中包括同步指示、下一个开始发送的多播报文序号与开始发送的多播报文，若没有匹配则返回响应给终端，且包含非同步标志、下一个开始发送的多播报文序号与开始发送的多播报文；

（5）终端接收到新基站的接入响应，开始从新基站接收多播报文；

（6）终端发送断开指示到旧基站；

（7）终端接收旧基站的断开响应。

2.根据权利要求1所述的无线网络的可靠多播系统的控制方法，其特征在于，所述的多播业务组的添加包括以下步骤：

（1）控制器添加业务组，更新本地业务组信息；

（2）控制器发送业务组广播信息到基站；

（3）基站接收到广播，根据广播更新本地业务组，周期性广播本地多播业务组；

（4）终端接收到基站的多播业务组广播，保存多播业务组信息。

3.根据权利要求1所述的无线网络的可靠多播系统的控制方法，其特征在于，所述的N个接收的多播报文的报文和特征值为100个接收多播报文的报文和特征值。