专利名称：受管理的多播虚拟专用局域网树的结构及供应工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及高带宽广播数据通信，具体涉及用于分发高带宽音频/视频内容的分组交换通信网络结构。
背景技术：
通信领域的发展方向趋于通过数据通信网络，尤其是分组交换通信网络供应电视广播业务。这要求在电视内容广播技术和分组传输技术之间的聚合。
与内容广播有关的当前发展主要集中于通过分组交换通信网供应低带宽流式传输业务。这些最近的发展涉及在通信网络节点间进行较低带宽音频数据流的端到端的有效传输。对于当前描述的目的来说，最值得注意的发展涉及将单一源网络节点产生的音频流分发到多个监听目的网络节点的装置。以下代表了关于通过分组交换通信网络进行流式音频内容分发的当前发展为了提供内容广播，如今通过在源网络节点和多个目的网络节点之间的多个单播(点到点)连接来提供连接。虽然从源网络节点到多个目的网络节点的多播连接提供了比现在典型使用的多个单播连接更为有效的传输设施，但是由于缺乏多播管理和计费能力，并没有广泛采用多播连接。
在多播连接中，组成链路形成了公知的多播树。最普通的多播树提供了被称为任意播的多对多连接，使得登记在相应多播组的每个网络节点都能与登记在同一多播组的每个其它网络节点通信。然而，诸如因特网无线广播业务供应的单向媒体内容分发，要求被称为单源多播的一对多连接。在分组交换网络上广播媒体信道可以通过媒体源向网络通告多播组和加入的预期监听目的网络节点的存在来完成。
已经研究出多种多播树变化，例如最短路径源树(SPT)、基于核心的树(CBT)以及斯坦纳树(ST)，但是这些多播树变化中仅有一些在供应音频流式传输业务方面已经实施并取得不同程度的成果。
如图1所示，在示例性的提供商通信网络100中提供了示例性的SPT多播树102，该树包括内容源网络节点104和目的网络节点106之间的最短路径分支(粗箭头)。为了获得连接，在业务提供商网络100中使用了六个物理链路108(粗箭头)，所述链路对参与路由器数据网络节点110进行互连。SPT树是用于域内和域间多播路由选择的最普遍的连接结构，并且正由开放系统互连(OSI)3层多播路由协议使用，以提供低带宽音频流式传输业务(如音频媒体)，所述多播路由协议例如PIM(协议独立多播)、M-OSPF(多播开放式最短路径优先)等。
CBT多播树源于指定的根核心路由器节点，该多播树分支表示从根核心路由器网络节点到参与同一多播组的网络节点的最短路径。CBT树的应用限于并且最适于域间多播路由选择。
斯坦纳多播树提供了给定网络拓扑的情况下能建立的理论上最小成本的多播连接。在给定的网络拓扑和目的多播组成员子集的情况下，发现斯坦纳树是“NP完全”问题。然而，已经提出了试探法(heuristics)以在多项式时间内寻求限定的斯坦纳树。图2显示使用与图1示出的相同的网络结构的相同示例性业务在理论上的运用，但是，通过使用斯坦纳树112在理论上提供多播连接。从图2可以清楚得出，在业务提供商网络100中仅需要四个互连链路108(粗箭头)就可以在同样的参与网络节点104/106之间提供多播连接，由此，需要利用提供商通信网络的较少资源。利用较少的资源是使用斯坦纳多播树的供应业务的合乎需要的特性，尤其在考虑到典型的应用情况包括许多参与到多播组的边缘网络节点110-E的时候。
可以预料，使用目前的多播组成员管理方案访问直播的因特网无线广播业务和接收通过分组交换通信网络广播的直播因特网无线流的时候，会导致长时延(很多秒)。以下情况会导致长时延当新的到多播组的加入请求从发起请求的目的网络节点106向源网络节点104传播时，当供应多播树的网络节点处理该加入请求时，以及当为发起请求的目的网络节点106提供新的多播树分支时。在操作因特网无线电设备时调谐到新的站点时也有可能导致类似的时延。
对于通过分组交换通信网的视频广播方面的进展包括可以用于将单个视频内容源连接到多个接收机网络节点的特定源多播(SSM)技术。SSM技术反映了在从单个视频流源广播视频内容的上述音频流广播技术而且SSM技术可以导致长访问时延。在多跳分发网络中，对于高带宽视频流的访问时延尤其长。导致长时延的主要原因在于，加入请求从发起请求的目的网络节点传送到参与到多播树供应的网络节点所花费的时间，以及处理该加入请求所花费的时间。在处理加入请求时，不仅需要将多播树的新分支提供给发起请求的网络节点，而且还必须实时地发现具有足够带宽来传输单个信道的音频/视频内容的新分支。
然而，因特网广播电视业务要求视频内容从多个视频内容信道源至多个信道用户的有效传递。上述流式传输内容分发情况很难扩展到因特网广播电视业务的供应。考虑到高带宽因特网广播电视业务的用户期望进行信道冲浪(channel surf)，要通过分组交换通信网络提供这些业务存在困难。
至今，还没有成功的大规模因特网广播电视业务的应用为人所知。如今，协议独立多播/特定源多播(PIM-SSM)以及MPLS多播树(MMT)作为潜在的可行技术正在研究中，两者都处于建议阶段。这些建议忽略了广播电视多信道的方面，并专注于信道接信道(Channel-by-channel)的内容分发，其中将每个多播组定义在每信道的基础上。PIM-SSM要求每个信道变化事件包括发送到供应当前接收信道的多播树的最近分支节点的删除请求，以及发送到供应新信道的多播树的最近节点的加入请求。另一方面，MMT要求将每个信道变化事件的删除和加入请求发送至网络信息管理系统(NIMS)进行处理。上述两个建议没有解决带宽搜索时延。PIM-SSM试图对从源网络节点到目的网络节点的分组传输时延进行最小化，而MMT试图减少在参与网络节点跟踪的多播组成员的状态。
两个建议都基于开放系统互连3层因特网协议多播协议(IP多播)，该协议确定了提供多播树连接的路由器通信网络节点的操作细节。最近反映在IP多播协议中的趋势已经走向了智能网，其中使用单个网络节点的聚合操作来供应网络范围的业务。IP多播智能连网的相关优点包括这样的事实路由器网络节点间合作以供应简单、不是必须有效的多播树而无需外部干预，并且在发生故障的基础设施周围重新对业务进行路由选择而无需外部干预。然而，获得智能连网的优点的情况仅能扩展到能发现路由器网络节点特定解决方案从而能够达到预期的聚合结果。
例如，为了计算多播树，需要考虑关于其它参与网络节点、关于互连链路的信息以及多播组成员信息。将大量的多播业务通过用于传递的更大量的多播组供应给甚至更大量的目的网络节点，需要在每个参与网络节点跟踪极大量的信息。因此，仅仅基于有关相邻路由器网络节点、所述节点间互连链路的信息和多播组成员信息，只能实现诸如SPT和CBT的最简单的多播树。可以理解，对于根据智能连网的目的提供因特网广播电视业务的斯坦纳树而言，不仅要求每个路由器网络节点跟踪关于供应有连接性的通信网络中的每个网络节点和每个互连链路的信息，还要求跟踪关于每个信道的完整的预订信息。虽然使用斯坦纳树能保证最小的传输带宽/分组处理资源利用，但要求自动跟踪和存储的带宽、网络规模的资源使用以及在每个路由器网络节点上的完整的信道预订信息限制了斯坦纳树根据智能连网目标的使用。由每个路由器网络节点跟踪的以提供多播树的信息通常称为多播转发状态信息。
PIM-SSM建议由因特网工程任务组(IETF)作为draft-ietf-ssm-arch-0.6.txt公布，并且在此将其引入作为参考。PIM-SSM使用IP多播和利用用户成员变化重新计算的动态SPT。PIM-SSM处理在多播树上的每个路由器网络节点的存储要求。简而言之，PIM-SSM建议在每个路由器网络节点仅跟踪关于下列的多播转发状态信息的两级通过路由器网络节点供应的每个信道的多播树的父路由器网络节点和子路由器网络节点。由于PIM-SSM要求存储在提供多播连接中使用的每个网络节点中的每个信道多播转发状态信息，对存储器的存储要求随供应的信道数呈线性变化，并且由此对于大量信道来说是不能升级的。此外，如前面所述，PIM-SSM大型多跳分发网络中执行用户成员变化请求时还会导致无法接受的时延。
以下是从IETF作为draft-boudani-mpls-multicast-tree-06.txt在因特网上公布的MMT协议规范的摘要中摘取的，并且在此引入作为参考“多播路由器应当为每个经过它的多播树跟踪转发状态信息。转发状态的数目随多播组成员的数目的增长而增长。为了减少转发状态跟踪并提高可扩展性，提出了在多播树分支节点路由器之间使用MPLS LSP的新方法——MPLS多播树(MMT)。根据所提出的方法，只有作为该多播组的多播树分支节点路由器的路由器需要跟踪和存储该多播组的转发状态。所有其它非分支节点路由器通过使用MPLS LSP的业务量工程监督的单播路由选择简单地转发数据分组”。MMT方案使用在分支路由器网络节点上转发的IP多播以及在分支节点间传输IP分组的MPLS LSP。实际上，物理多播树由MMT协议映射到了较高层的多播树，该较高层次的多播树仅具有跟踪转发状态的分支路由器网络节点，所述分支路由器网络节点通过不跟踪转发状态的非分支路由器网络节点在分支路由器网络节点间建立MPLS LSP。
MMT解决方案具有如下的缺陷，从而限制了其在使用因特网广播电视业务中的使用MMT涉及动态IP多播组。根据所建议的MMT方案，服从MMT的连接由NIMS来提供。由于多播组是针对每个内容信道定义的，每个信道要求在每个分支路由器网络节点跟踪其自己的多播转发状态。然而，在边缘路由器网络节点110-E上不能足够迅速地处理组成员。MMT要求IGMP和PIM将用户成员加入和删除请求转送给NIMS。NIMS计算新的多播树，通过指示分支路由器网络节点建立LSP来重新构建多播树，并且在执行每个用户成员的变化请求之前更新IP多播组的IP转发状态。由此在用户决定加入特定的信道和完成对该信道的预约时间之间产生了相当大的时延。
由于MMT对每个组成员的变化重新计算多播树，MMT不会导致其使用诸如最小成本斯坦纳树的计算密集树确定算法。因此，实际的MMT应用不能使用斯坦纳多播树拓扑，也不会从潜在的资源利用优化中获得好处。
随着多播组成员的增加，在每个分支路由器节点中存储转发状态信息的所需要的存储器变得很大。虽然减少了跟踪转发状态的路由器网络节点的数目，但是MMT并没有减少分支网络节点的转发状态跟踪负担。
通常，所有动态的IP多播协议，尤其是PIM-SSM，都与MMT都具有以上缺陷。
静态IP多播方案建议使用静态多播树，用于从源网络节点向使用IP多播路由选择的所有网络周边节点传递IP多播分组。静态IP多播方案建议阻止除第一跳以外的网络核心内的动态组成员变化，以将组成员变化请求传递到成员变化处理实体。IGMP用于在第一跳发送和处理组成员变化。
不论动态还是静态，OSI 3层IP基于多播的建议要求大量的用来处理每个传输分组的栈。特别地，因为传输的分组的巨大数量，栈处理负面影响了通过分组交换通信网络的高带宽广播。尤其，在中间网络节点上处理的分组涉及得越多，由分组流导致的时延和抖动也就越多。大量的时延和抖动进一步影响了流式传输业务的质量，并且影响到更大范围的高带宽业务。
在供应因特网电视广播业务时，业务提供商会优先选择可管理的多播解决方案，所述方案的特征在于具有最小提供成本以及多播带宽、时延以及抖动方面的可预测性能。响应于用户的选择，需要尽可能迅速地执行对组成员的变化。由于可扩缩性的原因，期望在提供商网络100中的路由器网络节点110上存储最少数量的转发状态信息。因此，需要解决以上提到的问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于通过受管理的分组交换通信网络结构上提供高带宽多信道多媒体广播业务的方法。在与超级首端(super-head end)内容源节点相关的边缘交换节点和众多分发边缘交换节点之间的受管理通信网络的核心供应多播树。将每个多媒体信道通过供应的多播树分发到众多分发边缘交换节点。每个分发边缘交换节点拦截从通信网络的分发部分中的目的节点接收到的成员变化请求。每个成员变化请求指定了信道。边缘交换节点通过通信网络的分发部分在分发边缘交换节点和目的节点之间建立多播树分支，其中从所述目的节点接收加入成员变化请求，并且所述目的节点通过已建立的多播树分支转发指定信道的多媒体内容。并且，边缘交换节点拆除在分发边缘交换节点和接收删除成员变化请求的目的节点之间的多播树分支。在分发边缘交换节点的拦截和处理成员变化请求降低了与建立到目的节点的多播树分支相关的时延。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于通过受管理的分组交换通信网络结构供应高带宽多信道多媒体广播业务的系统。使用网络管理系统，用于在与超级首端内容源节点相关的边缘交换节点和众多分发边缘交换节点之间通过受管理的通信网络核心的受管理的基础设施来供应多播树。使用分发边缘交换节点来拦截在通信网络的分发部分的目的节点发布的成员变化请求。每个成员变化请求都指定信道。通过通信网络的分发部分，在分发边缘交换节点和目的节点之间建立多播树分支，其中从所述目的节点接收加入成员变化请求，并且通过已建立的多播树分支转发所指定信道的多媒体内容。响应于从目的节点接收到的删除成员请求，拆除在分发边缘交换节点和该目的节点之间的多播树分支。并且，分发边缘交换节点使用至少一个源滤波器以滤除来自目的网络节点的非法成员变化请求。
根据本发明的又一方面，提供了一种通过受管理的分组交换通信网络基础设施供应高带宽多信道多媒体广播业务的多播连接供应应用。使用分发边缘交换节点选择装置，用于选择适于选择性地将多媒体内容转发到相关目的节点的众多分发边缘交换节点。使用检索装置，用于从网络管理储存库和用户接口中的一个检索业务供应、网络供应以及连接信息。使用多播树试探法选择器，用于选择多播树确定试探法。以及，使用多播树确定装置，用于根据所选择的多播树试探法，基于业务供应、网络供应以及连接信息在与超级首端内容源节点相关的边缘交换节点和众多分发交换节点之间确定多播树。
所建议的解决方案的优点之一，包括避免使用复杂的IP多播路由选择协议而使用更简单和更可靠的网络节点，同时产生改进的管理性能。
所建议的解决方案的另一个优点在于，包括使用多播树技术，例如但不限于以前由于与之相关的高密度计算要求而不能展开的最小成本斯坦纳树。实际上建议了静态多播技术，其中计算并建立具有诸如时延限制的斯坦纳多播树的期望特性的多播树，以传递严格的性能和QoS要求。
由于所建议的解决方案将组成员从提供商区域内的多播树结构中分离的，因此从允许边缘网络节点迅速处理网络外围的组成员变化而不影响在源和边缘网络节点间的业务提供商网络内所提供的多播网络结构，这样又获得了一个优点。
由于多个多播信道共享同一多播树，从多个因特网多媒体广播内容信道的转发状态信息的聚合所提供的高度可扩缩性中，又获得一个优点。
根据另一个优点，提供了严格的2层因特网多媒体广播解决方案，所述方案包括用于传递内容的通用装置。
根据又一个优点，由于已建立的虚拟专用LAN中的以太网广播可以提供充分的滤波，因此可能根本不必在核心路由器网络节点跟踪多播组的转发状态信息，由此在受限制的广播区域用广播完成多播。在每个核心网络节点指定的虚拟专用LAN连接信息包括在端口成员对于每个多播组、对应于多播树连接至上行父网络节点和至下行子网络节点的链路的所有端口的指定。
根据以下结合附图对示例性实施例的详细描述，将本发明的特征和优点将变得更清楚，其中图1为显示供应多播连接的互连数据网络单元的示意图，其中多播连接具有基于最短路径源树的广播结构。
图2为显示包括通信网络单元的网络结构的示意图，所述网络单元理论上供应具有斯坦纳树多播结构的多播连接；以及图3为显示根据本发明的示例性实施例的互连通信网络单元的示意图，所述互连通信网络单元供应高带宽多信道内容广播的多播连接。
应当注意，附图中同样的特征具有相同的标记。
具体实施例方式
根据本发明的示例性实施例，提供了一种多播连接供应方法，该方法用于减小在对多播组的新成员建立新的树分支时的时延。具体是，在供应高带宽因特网电视广播业务时，通过图3所示的业务提供商网络300将多信道视频内容从超级首端源304分发到多个分发边缘路由器网络节点310-E。该建议同样适用于这样的实施，其中多播组被定义为对每个视频内容信道、对所有视频内容信道的聚合以及对视频内容信道的子群。在分发边源路由器网络节点310-E的多信道内容的可用性排除了实时响应每个多播组成员的加入请求穿过提供商网络300供应带宽的需要。另外，在分发边缘路由器网络节点310-E上的多信道内容的可用性使得不需要将多播组成员的加入/删除请求传播到参与在多播树312中的网络节点310。
根据本发明的示例性实施例，边缘路由器网络节点310-E在边缘处理所有加入/删除请求。在边缘处理所有的加入/删除请求，需要仅在单个路由器网络节点310-E，尤其典型地在边缘路由器网络节点310-E中，转发通向目的网络节点306的每个下一跳的状态跟踪，目的网络节点306典型地与所述边缘路由器网络节点310-E相互作用，进行对业务提供商网络300的一般访问。根据所建议的多播结构，每个新的多播树分支仅通过业务提供商网络300中的分发部分301建立，所述分发部分典型地包括用户回路318。因此，对每个边缘路由器网络节点310-E的每个信道的供应以及在边缘对加入/删除请求的处理对于任何内容信道都具有非常迅速的访问时间，由此支持信道冲浪。毫无疑问，本发明并不限定于目的网络节点306通过专用的用户回路318直接连接到分发边缘路由器网络节点310-E的部署，其它的示例性的部署利用了辅助的聚合/解聚设备320。
根据本发明的示例性实施例，分发边缘路由器网络节点310-E(320)仅保持跟踪关于服务的从属目的网络节点306的转发状态信息。因此，转发状态信息的存储分布在所有参与边缘路由器网络节点310-E上，并且转发状态信息仅存储一次。因此，对位于业务提供商网络300核心的所有路由器网络节点310，降低了的转发状态信息存储的要求。
可以看出，该建议在也被称为信道束的多播聚合中将每个信道分发给每个参与边缘路由器网络节点310-E，需要在业务提供商网络300中的互连链路308上的高带宽利用。
根据本发明的示例性实施例，互连链路310上的高带宽利用通过使用诸如但不限于斯坦纳多播树的最优多播树来处理。业务提供商操作的网络管理系统(NMS)322被认为是基础的业务提供商管理通信网络结构，利用与边缘路由器网络节点310-E相关的多播组成员信息对其进行配置，为与超级首端网络节点304相关的边缘路由器网络节点310-E和与目的网络节点306相关的分发边缘网络节点310-E之间的每个信道束计算示例性的最小成本斯坦纳多播树，并且利用对应于该信道束的多播转发状态信息仅配置业务提供商网络300中的分支核心路由器网络节点310。NMS 322用于操作管理功能，跟踪网络单元状态和互连链路状态。在将多信道内容从超级首端内容源304传输到每个参与边缘路由器网络节点310-E时，在边缘路由器网络节点310-E处理目的网络节点306多播组加入/删除请求，并且因此，不穿过业务提供商网络300进行传播。
可以这样构想示例性实施例，其中，多播组对应于视频内容信道的子群(束)，例如，用户在基本信道节目之外预订高级的体育信道节目。根据示例性的应用，信道可以是多于一个的信道束的一部分。
在供应高带宽多信道因特网电视广播业务之前，把要供应的多信道内容的特性提供给NMS322。不限定本发明，将每个信道束的下列信息提供给NMS322供应该信道束中所有信道所必需的聚合传输带宽，以及与超级首端源网络节点304相关的边缘路由器网络节点310-E的边缘网络节点标识符。取决于向业务提供商网络提供每个信道的内容流的方式，也可以将每个信道束中的信道的信道标识符提供给NMS322。例如，根据以下将详细描述的VPLS实现，由源网络节点304通过附加电路上载每个信道内容流并且成束信息用于集合附加电路。
根据本发明的示例性实施例，NMS322使用路由协议或者利用关于哪个用户目的网络节点306与哪个多播组边缘路由器网络节点310-E相关的信息来对NMS322进行配置。预订信息用于指定目的网络节点306和信道束之间的关联性。NMS322根据多播组成员信息计算最小成本的斯坦纳树。在NMS322上最小成本斯坦纳树计算考虑通信网络节点310的分组交换能力以及互连链路108上的传输带宽预留。取决于用户/边缘路由器网络节点相关性以及受业务提供商网络300的核心中的可用带宽的支配，所计算的多播树可以由多个信道束使用。对于与边缘路由器网络节点306相关的大量的用户团体，从统计上来说，所有信道束都供应给每个参与边缘路由器网络节点310-E。在NMS322上的最小成本斯坦纳树计算降低了核心路由器网络节点310上的多播树计算要求，同时减少了业务提供商通信网络300中的资源使用。
集中供应的多播树实质上的静态特性实现了业务路由受管理的人工优化，其中操作管理人员与示例性的多播树供应应用工具相互作用，所述工具在网络管理中执行供应如下环境。
可以看到，需要大量的分组来传输完整的多信道视频内容。根据本发明的示例性实施例，通过供应OSI 2层多播隧道连接减少了对这些大量分组的处理。示例性的OSI 2层多播隧道的连接可以通过利用虚拟专用局域网业务(VPLS)技术得到，该技术用于在不同连接的局域网(LAN)之间通过提供商通信网络供应OSI 2层连接而开发。VPLS使用OSI 2层以太网交换技术以在地理上分离的LAN之间转发OSI 2层以太网封装的分组，所述LAN为相同VPLS环境的成员，并且VPLS使用多协议标记交换技术(MPLS)用于通过通信网络进行以太网交换节点之间的以太网分组传输。通过在业务提供商网络中采用用于高带宽内容传输的VPLS，不仅减少了用于每个分组的栈处理，而且VPLS分组转发技术和在NMS322上供应的集中多播树的一起使用减少了在供应高带宽多信道流式传输视频业务时对网络节点310的路由选择功能的依赖。尽管如此，除了多播树供应，还期望边缘网络节点310-E上的路由选择功能，不限定本发明，下文中将网络节点310分别称为核心交换网络节点310和分发边缘交换网络节点310-E。因为在典型的通信网络300中，交换网络节点310多于路由器，典型的，在建立斯坦纳多播树时要考虑大量的网络节点，当核心交换网络节点310趋于在更高带宽运行时，尤其需要大量的交换网络节点310。
VPLS分组传输技术非常适用于在此提出的建议，因为VPLS分组传输在业务提供商网络300的核心使用伪线路以及在其分发部分301上使用附加电路。VPLS伪线路实质上是典型地作为2层MPLS标记交换路径(LSP)供应的以太网隧道。在2层使用MPLS协议提供了对实际的业务提供商网络基础设施所使用的传输技术在一定程度上的独立性，同时减少了分组的栈处理。在NMS322确定了多播树之后，将沿着确定的多播树在多播树中的分支核心交换网络节点310间以及分支核心交换节点310和边缘交换节点310-E之间供应VPLS伪线路。NMS 322利用对应于多播树的子树连接信息对每个信道束提供分支核心交换节点310，以及在分支/边缘交换节点310之间的以太网隧道所预留的期望带宽。本发明并不限定于斯坦纳树的使用，实际上，NMS322可以确定任意多播树，用于在业务提供商网络核心300供应沿所述多播树的VPLS伪线路。
当VPLS用于提供伪线路连接时，在每个核心分支交换节点310上将MPLS标记从每个分组剥离，并且根据指定的子树连接信息来复制所述分组，所述指定的子树连接信息由NMS322对每个多播组进行更新。
尽管VPLS技术的使用适用于在此描述的建议，但是本发明并不限于VPLS技术的使用。所建议的集中的多播树供应使得能够采用2层分组隧道的其它形式。如上所述，在LSP中止的每个边缘或分支交换节点310上，剥离MPLS夹缝头和较低层报头并交换封装的以太网分组。以太网分组的交换方式与能够进行标准VLAN的以太网交换的典型的操作相似，其中交换功能会检查以太网报头并且会生成一组(一个或多个)出口MPLS LSP、一组2层隧道或者一组IEEE 802.1Q VLAN端口。复制以太网分组，并且用对应于出口LSP或者标识的2层隧道的MPLS夹缝头预先考虑(prepend)每个拷贝，并且在预先考虑必要的较低层报头之后通过相应的出端口发送每个拷贝。同样，对于每个标识的出以太网VLAN端口，复制以太网分组并在预先考虑必需的较低层报头之后将其从该端口发送出去。
然而，由于VPLS传输协议提供了与网络中的分发部分301所采用的许多物理传输技术的互用性，对业务提供商网络的分发部分301的物理层所采用的传输技术作了抽象。考虑到使用集中供应的MPLS 2层以太网隧道，边缘交换节点310-E或者与其相关的附属网络单元是要求与VPLS传输协议一致的唯一网络节点，所述传输协议大大减少了在实现所建议的解决方案时的使用成本。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种多播业务供应工具。该供应工具的示例性实施包括在与NMS322相关的运行管理环境中执行的应用程序，和促进产生用于高带宽多信道因特网电视广播的有效VPLS网络的应用程序。
在自动运行模式中，利用多个内容分发边缘交换节点310-E的身份对该供应工具进行配置，所述边缘交换节点为与相应的目的网络节点306相关的至少一个用户提供对于因特网电视广播业务的访问。在人工操作模式下，操作管理人员与人机接口交互作用，以检索边缘交换节点310-E的列表，并且选择一组边缘交换节点310-E。NMS322将典型地提供具有如图3所示的非常相似的概略表示的2层网络示意图，操作管理人员可以从中选择边缘交换节点310-E。所选的分发边缘交换节点310-E连同与超级首端源网络节点304相关的边缘交换节点310-E一起作为指定多播组的成员。由于多播组是对每个信道束所定义的，关于每个信道束来执行处理。
通过自动情况下的默认设置或者通过明确的操作管理人员选项来选择诸如但不限定于最短路径源树(SPT)、基于核心的树(CBT)、斯坦纳树(ST)等多播树类型。
基于所选择多播树类型的试探法，考虑NMS322可用的网络供应信息(节点分组交换能力以及互连链路上的传输带宽预留)来计算多播组成员之间的多播树。在给定众多的激活的网络节点、网络互连技术、互连链路能力、多播组成员边缘交换网络节点310-E的情况下，应用所选的多播树类型的试探法来确定多播树。在这个过程中，业务提供商网络300中的众多交换节点被分类为“树上”交换节点310以及“树外”节点。树上交换节点310可以分类为“分支”310-B或者“非分支”交换节点310。多播树确定过程还确定分支交换节点310-B子树连接信息。
根据本发明的示例性实施例，由于将要供应在业务提供商通信网络300中的多播树的可预见的实质静态特性，还要为操作管理人员提供用于人工的多播树构建和/或编辑的装置。操作管理人员可以选择交换节点310并且改变其树上/树外名称，以及分支/非分支名称。还为操作管理人员提供用于编辑子树连接信息的装置。
基于确定的多播树，NMS322利用子树连接信息配置分支核心交换节点交换入口，并且发送用于在边缘交换节点310-E和分支核心交换节点310之间以及分支核心交换节点310-B对之间供应MPLS LSP的指令(对于树分支来说，在如图3所示的两个边缘交换节点310-E之间扩展是可能的，在这种情况下，边缘交换节点310-E也是分支交换节点310-B)。所供应的LSP的能力对应于信道束聚合能力。
在该过程中，NMS322向分支核心交换节点310-B发送它们在特定虚拟专用LAN中的参与情况，所述特定虚拟专用LAN对应于计算的多播树上供应的多播组。用因特网电视广播业务的子树连接信息对每个分支交换网络节点310-B进行配置。
由于边缘交换节点310-E不转发来自目的网络节点306的多播组成员加入/删除请求，NMS322不为边缘交换节点310-E提供子树连接信息，除非边缘交换节点310-E也是多播树核心部分的分支节点310-E。根据本发明示例性实施例的示例性实施，边缘交换节点310-E处理相关用户的加入/删除请求(IGMP探听就是例子)、复制信道分组并且将信道分组发送到合法的接收者306。边缘交换节点310-E上的以太网交换表是采用类似于标准的以太网交换功能相似的方式，通过以太网地址学习、成长功能连同IGMP(因特网组成员协议)探听功能一起建立的。设想这样的实施方式，其中边缘交换节点310-E执行业务滤波器以滤出来自接收者的非法业务。
在核心侧的连接伪线路的边缘交换节点310-E上还采用了VPLS功能，在可能包括协议转换的分发侧具有附加电路。
需要注意的是在分支交换网络节点310-B上的必需处理与当前采用的VPLS分支路由器所执行的处理惊人的相似，但是有两点例外第一点例外是，当前的VPLS/HVPLS实施仅在通过附加电路连接的用户域和通过伪线路连接的提供商域之间指定以太网交换功能。根据本发明示例性实施例的示例性实施，建议使用以太网VLAN交换表的以太网分组交换以通过伪线连接提供商域节点。
第二点例外涉及这样的事实，即目前的VPLS实施依靠水平分裂机制以在环路拓扑中避免广播业务的复制。根据本发明的示例性实施例，采用没有环路的多播树拓扑，其由NMS 322提供用来防止广播业务的复制而不需使用水平分裂技术。
为了更加确定，根据本发明的示例性实施例，多播以太网分组可以，但不限定本发明，通过参考以太网VLAN多播转发表被发送至选择的VPLS端口，或者在没有出现多播转发状态的情况下广播至所有的VPLS端口、MPLS LSP、其它的2层隧道或者VLAN端口。这个建议的功能与不采用水平分裂的以太网交换功能是兼容的-该兼容性实现了在大量不同的通信网络设备上的应用。
以上对高带宽多信道因特网电视广播业务进行了广泛介绍。可以理解，本发明的多信道方面并不仅限于电视内容信道，内容信道可以理解为包含多媒体内容(流式视频、流式音频、流式文本、数据、消息等)。
以上对于在供应支持高带宽多信道因特网多媒体广播业务的分组传输中MPLS协议的使用进行了广泛介绍。可以理解的是，实际上典型的采用了通用MPLS(GMPLS)协议，在采用物理上提供实际的OSI1层连接的数据通信设备中，GMPLS扩展了标记交换功能；设备例如但不限定于时分复用(TDM)复用器、同步光网络(SONET)增/减多路复用器(ADM)、光(λ)交换、空间交换等。
附图和以上描述提到与边缘交换节点310-E相关的目的网络节点306。可以理解，目的网络节点306可以不与用户环路318物理上相关，包括但不限定于用户端设备(CPE)高速调制解调器、CPE路由器、代理服务器、防火墙、LAN交换机等(未示出)的无数种通信设备可以位于因特网访问路径上。还可以理解，实际上，边缘交换节点310-E可以从代表目的网络节点306发送加入/删除请求的CPE路由器、代理服务器、防火墙等接收多播组成员加入/删除请求。
此外，在以上描述中，边缘路由器网络节点310-E的操作包括用于通过业务提供商通信网络300进行传输的上载用户业务的聚合以及用于向相应目的网络节点306分发的下载业务的解聚。根据本发明示例性实施例的另一种示例性的实施方式，边缘交换节点310-E不执行聚合/解聚功能并且业务提供商通信网络300的分发部分301包括聚合/解聚设备320。根据这种部署，在聚合/解聚设备320上根据动态多播技术处理多播组成员加入/删除请求。聚合/解聚设备320复制信道分组，并将信道分组发送至合法的接收者306。可以设想这样的实施方式其中由聚合/解聚设备320执行业务滤波器来滤出来自接收者306的非法业务。
上述实施例只是示例性的，并且本领域技术人员能够理解到，可以在不脱离本发明的精神的前提下对上述实施例进行改变。本发明的范围完全由附加的权利要求确定。
权利要求
1.一种用于通过受管理的分组交换通信网络基础设施供应广播业务的方法，该方法包括a.供应在所述受管理的通信网络的核心中的多播树，所述网络位于与超级首端内容源节点相关的边缘交换节点和多个分发边缘交换节点之间；b.通过所述供应的多播树将信道分发到所述多个分发边缘交换节点；c.每个分发边缘交换节点拦截从位于所述通信网络的所述分发部分的目的网络节点接收到的成员变化请求，每个成员变化请求都指定信道；d.所述边缘交换节点通过所述通信网络的所述分发部分在所述分发边缘交换节点和所述目的节点之间建立多播树分支，其中从所述目的节点接收加入成员变化请求，并且通过所建立的多播树分支转发所述指定信道的内容；以及e.所述边缘交换节点拆除所述分发边缘交换节点和所述目的节点之间的所述多播树分支，其中从所述目的节点接收到了删除成员变化请求，在所述分发边缘交换节点对成员变化请求的拦截和处理减少了与建立到目的节点的多播树分支有关的时延。
2.根据权利要求1的方法，其中供应广播业务包括供应高带宽多信道多媒体内容。
3.根据权利要求2的方法，其中每个多媒体信道是信道束的组成部分，所述方法包括通过所述供应的多播树将每个多媒体信道束分发至所述多个分发边缘交换节点。
4.根据权利要求2的方法，其中每个内容信道是至少一个信道束的组成部分，并且分发边缘交换节点保持与信道束有关的信息以及关于用户信道束的预订信息，所述方法包括，如果与所述目的网络节点有关的用户预订包括所述指定信道的信道束，则选择性地建立到所述目的网络节点的所述多播树分支。
5.根据权利要求4的方法，还包括将信道内容复制到与合法用户有关的目的节点。
6.根据权利要求1的方法，还包括在相应的分发边缘交换节点，源过滤从目的网络节点接收到的分组以滤出非法业务。
7.根据权利要求2的方法，其中在供应所述多播树之前，该方法还包括基于以下内容集中地确定所述多播树传输所述多信道多媒体内容所需带宽的指定、与超级首端内容源节点相关的所述边缘交换节点的网络地址、所述多个分发边缘交换节点的多个网络地址。
8.根据权利要求7的方法，其中在集中确定所述多播树时，所述方法还包括a.获得网络供应和连接信息；b.选择多播树试探法指定；以及c.根据所指定的多播树试探法计算所述多播树。
9.根据权利要求8的方法，其中选择所述多播树试探法指定包括选择斯坦纳树、最短路径源树以及基于核心的树。
10.根据权利要求8的方法，其中获得网络供应和连接信息，该方法包括a.获得受管理的通信网络结构连接信息；b.获得关于受管理的网络单元和互连链路的状态信息；以及c.获得受管理的交换节点的分组交换能力以及所述互连链路上的传输带宽预留。
11.根据权利要求10的方法，其中获得以下中的一个对传输所述多信道多媒体内容所需带宽的指定、与所述超级首端内容源节点相关的所述边缘交换节点的网络地址、所述多个分发边缘交换节点的多个网络地址、所述连接信息、状态信息、受管理的交换节点的分组交换能力以及在受管理的互连链路上的传输带宽预留，该方法还包括查询网络管理储存库以及从用户接口接收输入。
12.根据权利要求8的方法，其中获得网络供应和连接信息，所述方法包括监听在所述受管理的通信网络中交换的内部网关路由协议消息。
13.根据权利要求7的方法，其中集中确定所述多播树，所述方法还包括a.将所述受管理的通信网络中的所述多个受管理的交换节点分为树上交换节点群和树外交换节点群；以及b.将所述树上交换节点群分为分支交换节点子群和非分支交换节点子群。
14.根据权利要求13的方法，其中供应在所述受管理的通信网络核心的所述多播树，所述网络位于与超级首端内容源节点相关的边缘交换节点和多个分发边缘交换节点之间，所述方法还包括a.根据所述确定的多播树，利用子树连接信息配置每个树上分支节点；以及b.以对应于传输多信道多媒体内容所必需的聚合传输带宽的传输能力，在树上分支交换节点和边缘交换节点对之间供应OSI 2层隧道。
15.根据权利要求14的方法，其中利用子树连接信息配置分支网络节点包括为所述分支交换节点供应交换表。
16.根据权利要求15的方法，其中所述交换表包括用于在多个标记交换路径之间以及多个以太网链路和标记交换路径之间交换多播分组的以太网虚拟局域网交换表。
17.根据权利要求14的方法，其中使用虚拟专用局域网业务来供应多播树连接，所述方法还包括a.利用虚拟专用局域网业务子树连接信息配置每个树上分支节点；b.在树上分支交换节点和边缘交换节点对之间供应虚拟专用局域网业务伪线路；以及c.在所述超级首端源节点和所述相关的边缘交换节点之间以及每个分发边缘交换节点和与之相关的每个目的节点之间供应虚拟专用局域网业务附加电路。虚拟专用局域网业务伪线路的供应是根据所计算的多播树，所述计算的多播树减少了对使用水平分裂技术的需要。
18.根据权利要求14的方法，其中在树上分支交换节点和边缘交换节点对之间供应OSI 2层隧道，所述方法包括在其之间供应OSI 2层通用多协议标记交换的标记交换路径。
19.根据权利要求18的方法，还包括a.在所述多播树的分支交换节点上从通用多协议标记交换的标记交换路径接收分组；b.中止所述分组的标记交换路径报头；以及c.将所述分组以太网多播到所述子树连接信息中所指定的出端口。
20.根据权利要求19的方法，其中所述以太网多播包括下列之一对于与所述多播树中的通用多协议标记交换的标记交换路径有关的出端口，将所述分组作为MPLS分组进行封装，对于IEEE 802.1Q虚拟局域网出端口，用以太网虚拟局域网报头预先考虑所述分组。
21.一种通过受管理的分组交换通信网络结构供应广播业务的系统，该系统包括a.网络管理系统，用于通过所述受管理的通信网络的核心中的受管理基础设施，在与超级首端内容源节点相关的边缘交换节点和多个分发边缘交换节点之间供应多播树；b.分发边缘交换节点用于i.截取由所述通信网络的所述分发部分中的目的网络节点发布的成员变化请求；ii.通过所述通信网络的所述分发部分，在所述分发边缘交换节点和所述目的节点之间建立多播树分支，其中从所述目的节点接收加入成员变化请求，并且通过所述建立的多播树分支转发所述指定信道的多媒体内容；以及iii.拆除在所述分发边缘交换节点和所述目的节点之间的所述多播树分支，其中从所述目的节点已接收到删除成员变化请求；以及c.至少一个源滤波器，由分发边缘交换节点用来滤出来自目的网络节点的非法成员变化请求。
22.根据权利要求21的系统，其中在供应广播业务中包括供应高带宽多信道多媒体内容，拦截成员变化请求包括拦截指定了信道的成员变化请求。
23.根据权利要求21的系统，还包括用于存储广播业务供应、网络供应以及连接信息的网络管理储存库。
24.根据权利要求22的方法，其中所述网络管理储存库存储下列中的一个对传输所述多信道多媒体内容所需要的带宽的指定、与所述超级首端内容源节点相关的所述边缘交换节点的网络地址、所述多个分发边缘交换节点的多个网络地址、状态信息、受管理的交换节点的分组交换能力以及在对受管理的互连链路的传输带宽预留。
25.根据权利要求22的系统，还包括用于指定广播业务供应、网络供应以及连接信息的用户接口。
26.根据权利要求25的系统，其中所述用户接口用于指定下列中的一个传输多信道多媒体内容所需带宽的指定、与所述超级首端内容源节点相关的所述边缘交换节点的网络地址、多个分发边缘交换节点、状态信息、受管理的交换节点的分组交换能力以及受管理的互连链路上的传输带宽预留。
27.根据权利要求21的系统，其中供应所述多播树，该系统还包括获得用于确定多播树的试探法的装置。
28.根据权利要求27的系统，还包括用于确定所述多播树的装置。
29.根据权利要求28的系统，还包括利用子树连接信息配置所述确定的多播树上的分支交换节点的消息传递装置；以对应于传输多信道多媒体内容所必需的聚合传输带宽的传输能力，在树上分支交换节点和边缘交换节点对之间供应OSI 2层隧道的消息传递装置。
30.一种用于通过受管理的分组交换通信网络基础设施供应广播业务的多播连接供应应用，该应用包括a.分发边缘交换节点选择装置，用于选择适用于选择性地向相关目节点转发内容的多个分发边缘交换节点；b.检索装置，用于从网络管理储存库和用户接口中的一个检索业务供应、网络供应以及连接信息；c.多播树试探法选择器，用于选择多播树确定试探法；以及d.多播树确定装置，用于根据所选择的多播树试探法，基于业务供应、网络供应以及连接信息来确定与超级首端内容源节点有关的边缘交换节点和所述多个分发交换节点之间的多播树。
31.根据权利要求30的应用，其中所述广播业务包括高带宽多信道多媒体广播业务。
32.根据权利要求30的应用，其中所述检索装置还包括分发边缘交换节点列表检索程序和OSI 2层图形显示部件中的一个，所述分发边缘交换节点列表检索程序用于访问所述网络管理储存库以检索分发边缘交换节点列表，所述OSI 2层图形显示部件在所述用户接口对多个受管理的交换节点的选择进行显示。
33.根据权利要求31的应用，其中，每个多媒体信道为至少一个信道束的组成部分，该应用还包括用于通过所述确定的多播树供应每个信道束的装置。
34.根据权利要求30的应用，其中所述多播树试探法选择器在从最短路径源树、基于核心的树以及斯坦纳树试探法中选择一个时使用。
35.根据权利30的应用，还包括用于利用子树连接信息在所述确定的多播树上配置分支交换节点的消息传递装置；以及用于以对应于传输内容所必需的所述传输带宽传输能力，在树上分支交换节点和边缘交换节点对之间供应OSI 2层隧道的消息传递装置。
全文摘要
本发明提供了用于通过分组交换通信网络供应成束的高带宽多信道多媒体广播业务的方法、工具以及多播连接结构。在边缘处理由目的网络节点产生的多播组成员加入/删除请求。通信网络核心中多播树连接是静态的并且基于与用户相关的多播组成员边缘网络节点集中供应，而在业务提供商的分发部分采用动态多播技术来将请求的内容传递到每个目的网络节点。该方法和工具计算多播树、配置树上分支网络节点并且为信道束建立虚拟专用LAN网络覆盖，以在边缘网络节点之间的受管理的通信网络的核心传输多信道内容。集中的多播树供应使得能使用有效的多播树拓扑，同时VPLS分组传输提供了在通信网络的不同部分所采用的各个2层分组传输技术之间的互操作性。
文档编号H04L29/06GK1829158SQ20061007395
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月18日
发明者B·S·布-迪亚布, B·拉赫米 申请人:阿尔卡特公司