3G移動網(wǎng)絡(luò)中的組播與廣播

　　手機電視業(yè)務(wù)可以使用戶在移動終端上觀看電視節(jié)目。目前的手機電視都是以點到點（PtoP）的方式通過流媒體技術(shù)來實現(xiàn)的。但是，隨著手機電視業(yè)務(wù)市場的不斷拓展，簡單的點到點方式已經(jīng)無法滿足需求，因此移動網(wǎng)絡(luò)需要具有點到多點（PtoM）實現(xiàn)方式的廣播、組播能力。本文簡單介紹了3GPP和3GPP2 中定義的新移動廣播、組播業(yè)務(wù)，詳細說明了其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和具體的無線承載方式。

    一、引言

    2004年許多移動運營商都推出了手機電視業(yè)務(wù)，是以點到點的方式通過流媒體技術(shù)來實現(xiàn)的。但是，隨著手機電視業(yè)務(wù)市場的不斷拓展，簡單的點到點方式已經(jīng)無法滿足手機電視業(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準組織制定，然而，二者卻有很多相同之處。

    鑒于MBMS和BCMCS對移動網(wǎng)絡(luò)中的廣播和組播進行了有效的支持，開放移動聯(lián)盟廣播業(yè)務(wù)組（OMABCASTOpenMobile Alliance Broadcast service group）將致力于移動網(wǎng)絡(luò)和非移動數(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正在研究內(nèi)容保護、傳輸調(diào)度等問題。

    我們知道，對于非移動廣播技術(shù)而言，它需要在移動終端中添加新的接收機，從而接收無線廣播信號，實現(xiàn)在移動終端中觀看電視。然而MBMS和BCMCS的引入對現(xiàn)存的無線部分協(xié)議和核心網(wǎng)協(xié)議的改動非常小，這無疑有利于降低網(wǎng)絡(luò)和終端的成本，因此與非移動廣播技術(shù)比較而言，MBMS和BCMCS更具有優(yōu)勢。而且移動廣播還可以使移動運營商保持已經(jīng)建立的商業(yè)模型。因此，對于許多業(yè)務(wù)，尤其是手機電視業(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

    目前許多移動運營商都推出了移動多媒體業(yè)務(wù)，例如無線廣播和手機電視，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，在日本的移動用戶就可以通過它們的手機來觀看從KDDI的EZChannel訂購的不同內(nèi)容的多媒體業(yè)務(wù)。在歐洲，許多運營商都推出了體育信息業(yè)務(wù)，就是通過多媒體消息業(yè)務(wù)（MMS）來向用戶推送一些體育視頻片斷。另外，Vodafone（德國和荷蘭）、TIM（意大利和希臘）、Three（意大利和瑞典）以及Sprint（美國）等國外運營商都已經(jīng)開通了手機電視業(yè)務(wù)。

    目前，手機電視業(yè)務(wù)都是通過點到點的連接方式來實現(xiàn)的。這樣如果內(nèi)容服務(wù)器要向多個用戶傳送多媒體信息就必須與每個接收者都建立并維持一條連接。然而這種手機電視的實現(xiàn)方式只能支持少數(shù)或者中等數(shù)目的手機電視用戶，一旦用戶數(shù)目增大，這種實現(xiàn)方式將對現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的壓力。一方面，內(nèi)容服務(wù)器要建立多個內(nèi)容相同的并行連接，雖然技術(shù)上沒有問題，但是這樣做是非常不經(jīng)濟的。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)多個用戶位于同一小區(qū)而且接收相同業(yè)務(wù)時，該小區(qū)的無線鏈路將成為瓶頸。由此可以看出，點到點的承載方式非常低效，必須通過點到多點的承載方式來高效的支持廣播/組播業(yè)務(wù)。

    三、移動網(wǎng)絡(luò)中的MBMS和BCMCS

    對移動網(wǎng)絡(luò)來說，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}}

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

    ●在小區(qū)內(nèi)具有用于點到多點的高效的無線承載方式。

    圖1是3GPPMBMS結(jié)構(gòu)中各個網(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，主要負責(zé)提供和傳送移動廣播業(yè)務(wù)。BM- SC是MBMS中內(nèi)容傳送服務(wù)的輸入點。它負責(zé)建立、控制核心網(wǎng)中MBMS的傳輸承載，同時也負責(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)標識、IP組播地址、傳輸時間、媒體描述等）。BM-SC還用于產(chǎn)生來自內(nèi)容提供商的數(shù)據(jù)話單，同時它還負責(zé)管理組播模式下的安全問題。

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

    MBMS標準沒有強制如何實現(xiàn)BM-SC的這些功能。制造商可能把它們做成單獨的節(jié)點，也可能將它們集成到現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中。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)分配樹的功能和協(xié)議消息。

    MBMS另外一個重要特點就是允許運營商以非常小的粒度對特定區(qū)域來定義廣播/組播業(yè)務(wù)。這些地理區(qū)域按照MBMS業(yè)務(wù)區(qū)域進行配置。核心網(wǎng)中的每個節(jié)點通過下游節(jié)點列表來決定它需要向那個節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)MBMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN）層，上述的列表包括數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被轉(zhuǎn)發(fā)到的每個服務(wù) GPRS支持節(jié)點（SGSN）。在SGSN層，該列表應(yīng)當(dāng)包括WCDMA無線接入網(wǎng)中需要接收數(shù)據(jù)的每個無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC），或者是GSM無線接入網(wǎng)中需要接收數(shù)據(jù)的每個基站控制器（BSC）。對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)前注冊的業(yè)務(wù)來管理一個動態(tài)數(shù)據(jù)分配樹。在IP組播時，核心網(wǎng)的每個節(jié)點都向服務(wù)注冊用戶的下游節(jié)點來轉(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)時移動廣播實現(xiàn)方式的優(yōu)勢。圖2中的幾個手機電視用戶分別觀看三類不同頻道的流媒體，它們通過單播方式來實現(xiàn)。在這種情況下每個用戶與流媒體服務(wù)器間都要建立一條獨立的流媒體連接。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的負載與用戶的數(shù)目直接相關(guān)。在該例子中由于總共有10個用戶使用該業(yè)務(wù)，因此流媒體服務(wù)器必須處理10個流媒體連接。不難看出，隨著用戶數(shù)目的增加，服務(wù)器的負載將迅速增加，同時核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)量也會大大增加。

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

    圖3給出了同樣情況下由MBMS支持的手機電視業(yè)務(wù)。在此情況下服務(wù)器只向MBMSBM-SC傳送三個媒體流，每個頻道一個。每個頻道的數(shù)據(jù)流在核心網(wǎng)內(nèi)根據(jù)需要單獨的進行復(fù)制。從圖中可以清楚的看出，此時的流媒體服務(wù)器只需要同時處理三個媒體流。在無線側(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線側(cè)的瓶頸問題。其實在3GPP2中BCMCS也是這樣實現(xiàn)的。

    圖3 MBMS支持的手機電視業(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數(shù)據(jù)源到多個接收者的高效下載。目前，MMS的傳送也是采用點到點方式，在將來MMS系統(tǒng)可以通過標準接口與BM-SC相連，從而便可以通過MBMS來傳送MMS業(yè)務(wù)，這樣可以方便地通過MMS來向用戶發(fā)送視頻片斷和體育賽事。與MBMS不同的是，在BCMCS中對文件傳送業(yè)務(wù)所需的協(xié)議沒有作出明確的規(guī)定。

    通過MBMS的廣播/組播方式來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，因為TCP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通過增加前向糾錯碼（FEC）來增加對封裝數(shù)據(jù)的保護。但是我們知道，再強的糾錯方式也不能保證傳輸?shù)暮翢o差錯，因此MBMS還定義了點到點的文件修復(fù)過程。在廣播數(shù)據(jù)傳送完成后，如果發(fā)現(xiàn)文件有錯，接收者便可以連接到修復(fù)服務(wù)器上并要求對出錯的數(shù)據(jù)重傳，這樣MBMS便可以保證文件傳輸?shù)目煽啃粤恕?/FONT>