3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的組播與廣播

　　手機(jī)電視業(yè)務(wù)可以使用戶在移動(dòng)終端上觀看電視節(jié)目。目前的手機(jī)電視都是以點(diǎn)到點(diǎn)（PtoP）的方式通過(guò)流媒體技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是，隨著手機(jī)電視業(yè)務(wù)市場(chǎng)的不斷拓展，簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)方式已經(jīng)無(wú)法滿足需求，因此移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要具有點(diǎn)到多點(diǎn)（PtoM）實(shí)現(xiàn)方式的廣播、組播能力。本文簡(jiǎn)單介紹了3GPP和3GPP2 中定義的新移動(dòng)廣播、組播業(yè)務(wù)，詳細(xì)說(shuō)明了其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和具體的無(wú)線承載方式。

    一、引言

    2004年許多移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商都推出了手機(jī)電視業(yè)務(wù)，是以點(diǎn)到點(diǎn)的方式通過(guò)流媒體技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是，隨著手機(jī)電視業(yè)務(wù)市場(chǎng)的不斷拓展，簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)方式已經(jīng)無(wú)法滿足手機(jī)電視業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展的需求。

    幾年前3GPP和3GPP2就已經(jīng)開(kāi)始分別為GSM/WCDMA和CDMA2000制定廣播/組播業(yè)務(wù)了。在3GPP，將其稱為多媒體廣播和組播業(yè)務(wù)（MBMS），而在3GPP2中，則稱為廣播和組播業(yè)務(wù)（BCMCS）。雖然二者由不同的標(biāo)準(zhǔn)組織制定，然而，二者卻有很多相同之處。

    鑒于MBMS和BCMCS對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的廣播和組播進(jìn)行了有效的支持，開(kāi)放移動(dòng)聯(lián)盟廣播業(yè)務(wù)組（OMABCASTOpenMobile Alliance Broadcast service group）將致力于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和非移動(dòng)數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)中廣播/組播業(yè)務(wù)層相關(guān)規(guī)范的制定。例如OMA BCAST正在研究?jī)?nèi)容保護(hù)、傳輸調(diào)度等問(wèn)題。

    我們知道，對(duì)于非移動(dòng)廣播技術(shù)而言，它需要在移動(dòng)終端中添加新的接收機(jī)，從而接收無(wú)線廣播信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)終端中觀看電視。然而MBMS和BCMCS的引入對(duì)現(xiàn)存的無(wú)線部分協(xié)議和核心網(wǎng)協(xié)議的改動(dòng)非常小，這無(wú)疑有利于降低網(wǎng)絡(luò)和終端的成本，因此與非移動(dòng)廣播技術(shù)比較而言，MBMS和BCMCS更具有優(yōu)勢(shì)。而且移動(dòng)廣播還可以使移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商保持已經(jīng)建立的商業(yè)模型。因此，對(duì)于許多業(yè)務(wù)，尤其是手機(jī)電視業(yè)務(wù)將從MBMS和BCMCS中獲得更大的發(fā)展。

    二、廣播/組播的需求

    目前許多移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商都推出了移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，例如無(wú)線廣播和手機(jī)電視，它們將不同的內(nèi)容分成不同的頻道，并將這些內(nèi)容推送給頻道用戶。

    例如，在日本的移動(dòng)用戶就可以通過(guò)它們的手機(jī)來(lái)觀看從KDDI的EZChannel訂購(gòu)的不同內(nèi)容的多媒體業(yè)務(wù)。在歐洲，許多運(yùn)營(yíng)商都推出了體育信息業(yè)務(wù)，就是通過(guò)多媒體消息業(yè)務(wù)（MMS）來(lái)向用戶推送一些體育視頻片斷。另外，Vodafone（德國(guó)和荷蘭）、TIM（意大利和希臘）、Three（意大利和瑞典）以及Sprint（美國(guó)）等國(guó)外運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)開(kāi)通了手機(jī)電視業(yè)務(wù)。

    目前，手機(jī)電視業(yè)務(wù)都是通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣如果內(nèi)容服務(wù)器要向多個(gè)用戶傳送多媒體信息就必須與每個(gè)接收者都建立并維持一條連接。然而這種手機(jī)電視的實(shí)現(xiàn)方式只能支持少數(shù)或者中等數(shù)目的手機(jī)電視用戶，一旦用戶數(shù)目增大，這種實(shí)現(xiàn)方式將對(duì)現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的壓力。一方面，內(nèi)容服務(wù)器要建立多個(gè)內(nèi)容相同的并行連接，雖然技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題，但是這樣做是非常不經(jīng)濟(jì)的。另一方面，我們知道頻譜資源是有限的，而且是昂貴的，因此當(dāng)多個(gè)用戶位于同一小區(qū)而且接收相同業(yè)務(wù)時(shí)，該小區(qū)的無(wú)線鏈路將成為瓶頸。由此可以看出，點(diǎn)到點(diǎn)的承載方式非常低效，必須通過(guò)點(diǎn)到多點(diǎn)的承載方式來(lái)高效的支持廣播/組播業(yè)務(wù)。

    三、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的MBMS和BCMCS

    對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，MBMS和BCMCS具有下列特征：

    ●具有控制廣播/組播業(yè)務(wù)傳送的能力。在MBMS中將其稱為廣播/組播業(yè)務(wù)中心，而在BCMCS中則稱之為BCMCS控制器。{{分頁(yè)}}

    ●在核心網(wǎng)中對(duì)廣播/組播數(shù)據(jù)流具有路由功能。

    ●在小區(qū)內(nèi)具有用于點(diǎn)到多點(diǎn)的高效的無(wú)線承載方式。

    圖1是3GPPMBMS結(jié)構(gòu)中各個(gè)網(wǎng)元的連接結(jié)構(gòu)圖。其中，廣播/多播業(yè)務(wù)中心（BM-SC）是新增加的網(wǎng)元，主要負(fù)責(zé)提供和傳送移動(dòng)廣播業(yè)務(wù)。BM- SC是MBMS中內(nèi)容傳送服務(wù)的輸入點(diǎn)。它負(fù)責(zé)建立、控制核心網(wǎng)中MBMS的傳輸承載，同時(shí)也負(fù)責(zé)MBMS傳輸?shù)恼{(diào)度和傳送。BM-SC還向終端設(shè)備提供業(yè)務(wù)通知。該通知包括了終端想加入MBMS業(yè)務(wù)的所有必要信息（例如組播業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)、IP組播地址、傳輸時(shí)間、媒體描述等）。BM-SC還用于產(chǎn)生來(lái)自內(nèi)容提供商的數(shù)據(jù)話單，同時(shí)它還負(fù)責(zé)管理組播模式下的安全問(wèn)題。

    圖1 3GPP中MBMS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

    MBMS標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有強(qiáng)制如何實(shí)現(xiàn)BM-SC的這些功能。制造商可能把它們做成單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)，也可能將它們集成到現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。在核心網(wǎng)絡(luò)中，MBMS和BCMCS需要增加一些用于創(chuàng)建、管理廣播/組播數(shù)據(jù)分配樹(shù)的功能和協(xié)議消息。

    MBMS另外一個(gè)重要特點(diǎn)就是允許運(yùn)營(yíng)商以非常小的粒度對(duì)特定區(qū)域來(lái)定義廣播/組播業(yè)務(wù)。這些地理區(qū)域按照MBMS業(yè)務(wù)區(qū)域進(jìn)行配置。核心網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)下游節(jié)點(diǎn)列表來(lái)決定它需要向那個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）層，上述的列表包括數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被轉(zhuǎn)發(fā)到的每個(gè)服務(wù) GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）。在SGSN層，該列表應(yīng)當(dāng)包括WCDMA無(wú)線接入網(wǎng)中需要接收數(shù)據(jù)的每個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC），或者是GSM無(wú)線接入網(wǎng)中需要接收數(shù)據(jù)的每個(gè)基站控制器（BSC）。對(duì)于以組播方式操作的其他業(yè)務(wù)，核心網(wǎng)根據(jù)用戶當(dāng)前注冊(cè)的業(yè)務(wù)來(lái)管理一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分配樹(shù)。在IP組播時(shí)，核心網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都向服務(wù)注冊(cè)用戶的下游節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)MBMS數(shù)據(jù)。

    下面的例子給出了使用流媒體業(yè)務(wù)時(shí)移動(dòng)廣播實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)勢(shì)。圖2中的幾個(gè)手機(jī)電視用戶分別觀看三類不同頻道的流媒體，它們通過(guò)單播方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下每個(gè)用戶與流媒體服務(wù)器間都要建立一條獨(dú)立的流媒體連接。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的負(fù)載與用戶的數(shù)目直接相關(guān)。在該例子中由于總共有10個(gè)用戶使用該業(yè)務(wù)，因此流媒體服務(wù)器必須處理10個(gè)流媒體連接。不難看出，隨著用戶數(shù)目的增加，服務(wù)器的負(fù)載將迅速增加，同時(shí)核心網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)量也會(huì)大大增加。

    圖2 非MBMS支持的手機(jī)電視業(yè)務(wù){(diào){分頁(yè)}}

    圖3給出了同樣情況下由MBMS支持的手機(jī)電視業(yè)務(wù)。在此情況下服務(wù)器只向MBMSBM-SC傳送三個(gè)媒體流，每個(gè)頻道一個(gè)。每個(gè)頻道的數(shù)據(jù)流在核心網(wǎng)內(nèi)根據(jù)需要單獨(dú)的進(jìn)行復(fù)制。從圖中可以清楚的看出，此時(shí)的流媒體服務(wù)器只需要同時(shí)處理三個(gè)媒體流。在無(wú)線側(cè)MBMS方式使用了三條并行的廣播信道，這樣就可以很好地解決了無(wú)線側(cè)的瓶頸問(wèn)題。其實(shí)在3GPP2中BCMCS也是這樣實(shí)現(xiàn)的。

    圖3 MBMS支持的手機(jī)電視業(yè)務(wù)

    此外，MBMS和BCMCS除了支持上述的流媒體傳送方式外，MBMS還支持任意文件從一個(gè)數(shù)據(jù)源到多個(gè)接收者的高效下載。目前，MMS的傳送也是采用點(diǎn)到點(diǎn)方式，在將來(lái)MMS系統(tǒng)可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與BM-SC相連，從而便可以通過(guò)MBMS來(lái)傳送MMS業(yè)務(wù)，這樣可以方便地通過(guò)MMS來(lái)向用戶發(fā)送視頻片斷和體育賽事。與MBMS不同的是，在BCMCS中對(duì)文件傳送業(yè)務(wù)所需的協(xié)議沒(méi)有作出明確的規(guī)定。

    通過(guò)MBMS的廣播/組播方式來(lái)傳送文件是需要特別注意的。我們知道，在下行方向廣播和組播都是單向傳送的。因此傳輸控制協(xié)議（TCP）是不能使用的，因?yàn)門(mén)CP協(xié)議需要一條雙向連接。為此因特網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）提出了單向傳輸?shù)奈募魉停‵LUTE）架構(gòu)。FLUTE架構(gòu)中是將用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）作為它的底層傳輸協(xié)議。然而UDP是不可靠的，因此FLUTE通過(guò)增加前向糾錯(cuò)碼（FEC）來(lái)增加對(duì)封裝數(shù)據(jù)的保護(hù)。但是我們知道，再?gòu)?qiáng)的糾錯(cuò)方式也不能保證傳輸?shù)暮翢o(wú)差錯(cuò)，因此MBMS還定義了點(diǎn)到點(diǎn)的文件修復(fù)過(guò)程。在廣播數(shù)據(jù)傳送完成后，如果發(fā)現(xiàn)文件有錯(cuò)，接收者便可以連接到修復(fù)服務(wù)器上并要求對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)重傳，這樣MBMS便可以保證文件傳輸?shù)目煽啃粤恕?/FONT>