用于分层媒体的无线组播的制作方法

专利名称：：用于分层媒体的无线组播的制作方法
技术领域：
：本发明涉及无线通信，具体地来说涉及分层々某体环境中的无线电资源的优化。
背景技术：
：用户感受到的质量基于用户的接收能力(层的数量)和分层々某体的质量特性。要组播的分层^某体通常由一个基层和一些加强层组成，这些加强层各提供渐进的质量提高。有一些可用的编解码器(如用于音频的高级音频编码-位切片算法编码(AAC-BSAC)以及用于视频的H.264/MPEG-4AVC)提供这种々某体流。在无线接入网中，不同数据速率(例如由不同调制来提供的)可用于接入点(AP)，AP可以更改每个分组的应用的数据速率。例如，WLAN802.11b网络具有这种特征。但是，这种特征未用于组播的情况中。从自适应性的角度来看，目前采用三种组播方案-单个流自适应方法最高可能质量，但是根据这些用户的接收能力向所有用户发送相同的质量。-重复流方法根据用户的接收能力向用户发送不同质量版本的媒体。-分层流方法向不同组播组发送々某体的不同层，用户可以决定他/她希望注册到哪个组。目前所有上述的方法在有线网络中均可用。但是，仅单个流自适应方法用在无线网络中。在典型的实现中，以固定数据速率(主要以最低速率)传送々某体。这种方法的实现稍后称为单个速率。重复方法和分层方法需要如用户的接收能力的附加信息。但是，此能力信息目前在组播的情况中并未^皮使用，即使它完全可用。例如在WLAN网络中，没有协议用于^R告此信息。重复方法的可能实现稍后称为重复速率。在分层方法中，数据分组需要承载有关它们所对应的层的信息。目前有线环境中使用的解决方案将每个层分布到单独组播组上，但是这无法应用于无线网络中，因为连续改变的无线电环境将导致不断预订和退出这些组。可应用的解决方案可以提供层信息，例如通过跨层信息转发技术(如LID概念)使用差分服务码点或分组报头中的其他适合字段来提供层信息。在此情况中，可以将i某体的所有层分布在相同的组播组中。而且，为了利用分层方法的优点并提供比重复方法更好的解决方案，应该将可用的数据速率嵌套。即，如果区域中有更高数据速率可用，则所有较低数据速率也可用。参见图1,其在WLAN802.11b网络的情况中进行说明。根据接入点的范围，可以在无线电接口中应用并接收不同位速率。接收方离开AP越远，位速率一般将越小。许多WLAN系统具有一种使用调度的过程来降低位速率直到为特定用户建立了适合的位速率为止的解决方案。在图1中，指示了四种不同的位速率级1、2、5.5和111Mbps(每秒兆位)。在上文列出的分层方法所设置的要求目前尚未在无线网络中得以满足，并且用于针对分层媒体来优化无线组播的固有能力未被利用。在单个速率方法中，用户的接收能力未^f皮完全考虑进去。实际上，采用保守传输策略，这人为地使得网络利用率一直低。单个速率方法存在缺点々某体常常以最低数据速率来发送，即使所有或大多数用户能够以较高数据速率来接收。较高数据速率的使用将使得能够在此组播媒体可用的相同传输时间窗口期间发送媒体的较好质量版本并能够提高网络的利用率。重复速率技术可以将用户的接收能力纳入考虑。在此方法中，以不同的数据速率传送々某体的不同质量版本。较低质量可以釆用较低数据速率来传送，而较高质量可以采用较高数据速率来传送。但是，由于此操作方式，此技术是消耗资源和浪费带宽的，因为它未考虑到々某体的分层结构以及网络的嵌套的数据速率。对这些问题进行概括来说，现有解决方案无法基于用户的接收能力向用户提供差分质量或需要非必要地大的带宽量。目前，分层方法只能在核心网络(即基础设施网络)中降低带宽的使用，但是网络的瓶颈是在无线接入部分(即，与用户设备直接通信的部分)。
发明内容本发明的目的是要修补至少现有技术所存在的一些问题。本发明的一个目的在于，在无线网络中提供分层方法的优化实现，并因此在将资源消耗保持尽可能低的同时将用户感受质量最大化。为此原因，提供一种在传送组播数据时优化数据速率的方法。该方法包括如下步骤获取与用户站对应的可用数据速率；为每个接入网小区计算最优数据速率；以及在每个接入网小区中控制每个数据分组的数据速率。更优选地来说，该组播数据是分层数据。该方法还包集所述用户站的接收能力执行该更新。优选地，获取可用数据速率包括，通过发送短分组训练来探测基本所有数据速率，由用户站检测实际接收能力，并由用户站回复接收方能力消息。根据优选实施例，使用如下操作的至少其中之一来设置数据速率定义层协议，优选第2层协议来承载每个传送的々某体的每层数据速率元组，或建立每个数据速率通道，优选第2层VLAN(虚拟局域网)通道。因此，协i义或通道位于至少一个网络小区和与所述网络小区通信的网关之间。更优选地，将每个数据速率与网络小区的接入点与所述网关之间的VLAN关联，每个通道仅传送应该以与该通道关联的特定数据速率来发送的分组，并且在计算所有i某体层的最优数据速率之后，该网关将这些分组与适合的VLAN关联。该方法还可以包括如下步骤收集有关每个网络小区的用户站的接收能力的信息，基于这些用户站的接收能力和所述々某体的层信息为每个小区计算J某体层的最优数据速率，以瓦基于所迷最优化的结果来向所述小区提供用于给定分组的数据速率。该方法还可以包括如下步骤通过找出每个层的数据速率将网络中用户感受质量的平均值最大化以使得具有较高可用数据速率的区域中的用户接收来自较低数据速率的所有信息，因此所接收的层的数量R不小于4交低速度区域中接收的层R,《R2《RD,其中D是网络中的数据速率的数量，按有重复的组合计算每个层的数据速率的可能集合，其中D个元素是从L个可能的元素中选择的，其中L是媒体的层数，一个元素被选择多次。而且，考虑以每个数据速率发送最多层而与接收给定数据速率的用户的数量无关，通过逐个地查找要以每个速率发送的层的最大数量而与接收各个数据速率的用户的数量无关，从而将每个数据速率的用户感受的质量最大化。本发明还涉及一种用于实现通过多媒体传输协议进行多媒体通信和将数据转发到用户站的网关设备。该设备包括用于接收数据分组的接收设备，以及用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理设备。根据一个优选实施例，该设备包括用于为媒体的每个层计算最优数据速率的处理设备，以及计算包括将接入网小区内的平均数据速率的最大化或将接入网小区内每次使用的每个数据速率最大化至少其中之一。该网关设备设置成接收包含有关用户站的可用数据速率的信息的消息，以及最优选地该消息是因特网组管理协议(IGMP)。该网关设备以通信方式连接到存储有每个用户可用的数据速率的数据存储设备。优选地，该网关设备包括用于收集有关每个接入点的用户站的接收能力的信息的设备。该处理设备设置成基于所述用户站的接收能力和媒体的层信息为每个接入点计算媒体层的最优数据速率。该网关包括用于基于所述计算的结果向所述接入点发送要用于给定分组的数据速率的传输设备。本发明还涉及用于要组播的分层媒体的媒体服务器，所述媒体服务器包括连接到网关设备的连接部件，所述网关设备用于实现通过多媒体传输协议进行多^某体通信并将数据转发到用户站。该设备包括用于与所述服务器传送数据分组的接收设备，以及用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理设备。本发明还涉及用于路由要组播的分层々某体的路由器，该路由器包括连接到网关设备的连接部件，该网关设备用于实现通过多媒体传输协议进行多i某体通信并将数据转发到用户站。该路由器包括用于接收数据分组和向所述设备发送数据分组的接收设备，所述设备包括用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理j殳备。而且，本发明涉及在组播分层々某体中使用的接入点，该接入点包括用于更改发往用户站的每个分组的所应用的数据速率的部件和用于连接到网关设备的装置，该网关设备用于实现通过多々某体传输协议进行多i!某体通信并将数据转发到用户站。设备包括用于接收数据分组并在速率通道中收发(transcieving)数据的接收设备。本发明涉及一种通信装置，该通信装置包括用于接收分层i某体广播的设备，所述设备包括用于接收有关其接收能力的查询的部件、用于生成有关其可用数据速率的消息并通过多媒体传输协议进行通信以及在具有速率通道的分类数据分组中接收数据分组的部件。本发明可以作为指令集来实现，该指令集在网关设备中执行以实现通过多媒体传输协议进行通信和将数据转发到用户站。该设备包括用于接收数据分组的接收设备，以及用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理设备。该指令集包括用于在传送组播数据时优化数据速率的第一指令集代码；用于获取与用户站对应的可用数据速率的第二指令集代码；用于计算每个接入网小区内的最优数据速率的第三指令集代码；以及用于在每个接入网小区中控制每个数据分組的数据速率的第三指令集代码。在下文中，将参考附示的示范实施例以非限制方式详细地描述本发明，其中图1以示意方式图示在WLAN802.11b网络的区域中的嵌套的数据速率；图2在框图中以示意方式图示根据本发明的方法；图3A和3B以示意方式图示根据本发明用于々某体交付的网络体系结构和通信；图4以示意方式图示根据本发明的在MG与AP之间的VLAN通道的实施例；图5以示意方式图示根据本发明在带宽优化期间网络单元之间的通信；以及图6以示意方式图示在根据本发明的WLAN802.11b网络中数据信令消息的示例；图7在框图中以示意方式图示根据本发明的i某体网关。具体实施例方式筒言之，本发明的方法将有关用户的接收能力和分层i某体的质量特性的所知信息相结合。其原理是无线接入网中的一种集中式优化过程，其中i某体网关收集用户的接收能力信息，为每个层确定最优数据速率，并通知AP要为每个层使用哪个数据速率。为了实现这些要求，根据优选实施例提供如下-一种具有用于获取用户的接收能力的信息的协议扩充和框架的系统。I)^是供一种新的IGMP消息类型或相似类型来报告用户的接收能力。II)提供数据库或寄存器来存储用户的接收能力和々某体描述符参数。m)提供一种方法以用于查找用户的实际接收能力。-一种方法，用于通知AP对于给定的数据分组应该应用哪种数据速率。提供VLAN通道以相同的数据速率载送要发送的分组。-一种算法，用于为纟某体的每个层确定适合的数据速率。图2和3A中以示意方式图示本发明提出的解决方案和系统的构建框。可以通过媒体服务器304来提供201要组播的分层媒体。在开始组播之前，系统收集用户(即用户设备)的初始接收能力(初始探测阶段202)。然后，系统为多々某体的每个层计算203最优数据速率，并开始以这些最优数据速率来发送204i某体的分组。因为用户的接收能力可能随时间而改变，所以用户可以更新205它们的接收能力信息。用户309、310可以仅检测正在使用的那些数据速率；因此，如果不是所有数据速率都被使用，则系统需要周期性地执行对用户309、310的接收能力的二次收集206(二次探测)。该解决方案可以概括为如下步骤201提供分层媒体；202首次从用户装置收集接收能力的信息；203为i某体的每个层计算最优数据速率；204以最优数据速率发送i某体的分组；205周期性地接收用户发送的接收能力的信息(用户驱动的更新)；以及206周期性地收集从二次探测(仅以未使用的数据速率进行二次探测)获取的用户的接收能力信息。该媒体服务器包括用于连接到网络和媒体网关的通信接口。下文详细描述该系统和本发明提出的方法和算法。首先结合组播媒体交付来描述WLAN网络体系结构。然后，参考下面内容阐述接收能力信息的收集I)如何检测并净艮告此信息，II)如何实现初始探测阶段和二次探测，ni)如何存储接收能力信息和媒体的特性。此后，提出一种方法以用于告知AP对于给定的数据分组要应用哪种数据速率。然后，概述并图示了数据和信令消息。此后，规划优化算法以基于用户感受质量最大化的不同目标来为每个层计算最优数据速率。最后，概述本发明的优点。在如下的示例中描述了WLAN接入网中的组播分层々某体分布的一种典型网络场合。图3A进一步说明根据本发明的网络体系结构的示例。该网络有三个主要部分第一部分是具有纟某体服务器304的发送方部分301。第二部分是分别经由^某体网关(MG)306和经由汇聚点(RP)路由器305连接第三部分接入网303和4某体服务器304的组播骨干(MB)302。第三部分接入网303包括接入点(AP)307、308和用户站309、310。在MB302中，在々某体服务器304与MG306之间定义组播树。组播树的根是RP路由器305的媒体服务器304，此树的叶是MG306。可以为要分发的不同类型的媒体定义多个组播组，并将每个组播组与组播树关联。要管理注册到特定组播组或离开特定组播组，可以使用因特网组管理协议(IGMP)，例如IGMPv2(版本2)。为了注册到组播组，用户向MG306发送IGMP成员关系报告消息。通过IGMP离开消息来通知离开。MG306将这些消息分别作为Join或Prune消息沿组播树向上转发到媒体的发送方304。在图3B中图示了信令方案。注意在图3B中，从MG的角度来看，仅图示用于々某体交付的通信。la.将成员关系才艮告从用户309、310发送到i某体网关306;lb.将join消息发送到RP路由器305;2.将媒体从媒体服务器304流传输到用户309、310;3a.将离开消息从用户309、310发送到々某体网关306;以及3b.将Prune消息从々某体网关306发送到RP路由器305。MG是最后一个节点，它具有关于々某体的分层结构的详细信息并且"直接连接"到设置分组的数据速率的AP。所以MG是控制带宽利用率和运行优化算法的最佳位置。WLAN标准使用不同的调制类型来实现数据交付。这些调制类型对应于不同的数据速率。为了优化用户感受质量，需要确切地知道每个AP的这些用户的当前接收能力，即多少个用户可以接收每个数据速率。与在当前WLAN标准中一样，未使用任何接收能力报告(在组播业务的情况中)，必须考虑体系结构中的一些创新扩充。在介绍了如何检测接收能力的技术背景之后，提出一种协议扩充来通知此信息。然后，描述如何收集此信息的方式。所收集的信息应该存储在MG中，因此，为此目的阐述了两个基本数据库(寄存器)格式。在WLAN中，以最低可能的位速率来发送每个分组的物理层会聚协议(PLCP)报头，以便确保所有站能够接收报头。但是该分组的其余部分(实践中为有效负载)以用户当前在单播业务情况下的接收能力所允许的最高可能的数据速率来发送。PLCP报头中的有效负载信令字段(PSF)指示用于有效负载的速率。因此，基于此信息，每个用户可以确定该用户能够接收的最高数据速率。如果用户的接收能力改变了，则用户发送接收能力更新报告。这种基于触发器的解决方案可应用于无线电状况稳定或緩慢改变的情况。但是，如果无线电状况快速地改变，则周期性接收能力更新可导致较少的信令开销。接收能力信令可以由IGMPv2来处理。为此目的，应该定义新的消息类型，IGMPv2接收能力更新消息(IGMP-RCU)。表l是出示范性提出的IGMP-RCU消息格式。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>新速率表1这些字段的含义如下类型(Type)(8位)第一个未使用的值是OxFO。这可以表示IGMPv2接收能力更新消息。最大响应时间(MaxResponseTime)(8位)用户不使用此字段，且将其设为0。此字段用于指示MG发送到适合的组播组的IGMP-RCU消息中的初始探测阶段的长度。IGMP校验和(IGMPChecksum)(16位)用于错误保护。组地址(GroupAddress)(32位)用户报告接收能力更新所发往的组播组地址。除了MG以外，注册到此地址到所有节点忽略IGMP-RCU消息。MG收集有关每个组播组相关的当前用户分发的信息。基于此已知信息，它周期性地运行优化算法来获取每个传送的流的最优层分发。旧速率(OldRate)(16位)用户在新数据速率之前可以接收的先前数据速率。此字段允许该协议处理AP中的65535个不同的数据速率(O预留用于没有旧速率的新进入的用户)。因为网络中可能有能实施多个标准的装置，所以速率的ID(编号)应该隐含地通知用户所应用的标准，由此无需定义用于告知MG给定AP中使用哪种类型标准的信令。例如，如果AP是能实施802.11b和802.11g的，则需要将AP视为具有12个数据速率的AP，以及速率#1、...、速率#4对应于802.11b而速率#5、…、速率#12对应于802.11g,并令速率#13、…、速率#65535被其他技术使用。新速率(NewRate)(16位)此后用户可以接收的新数据速率。此字段允许该协议处理AP中的65535个不同速率(在此情况中0没有意义)。填充此字段按与旧速率的情况中的相同规则来进行。本发明提出的IGMP-RCU消息格式的前四个字段与常规IGMP消息相同(例如成员关系查询、成员关系报告或离开组)。IGMP的后续字段专用于"IGMP有效负载或将来的扩充"。IGMP-RCU的新字段(旧速率和新速率)可以视为IGMP有效负载。如本领域技术人员所认识到的，上面与表l相关的字段的实际内容和大小仅仅是示例，并且可以改变。还可考虑另一些注意事项1接收"旧速率"包含0的特定组的IGMP-RCU消息，"旧速率"包含O指示新用户进入了该组。MG将该用户添加到接收能力表。为了保持一致，新速率的0可以表示用户离开了该组，所以可以从接收能力表中删除该用户。2为了避免丟失的IGMP-RCU消息，可以考虑IGMP-类似的错误保护(双重消息)。因为由于所使用的调制方案，最低数据速率是最鲁棒的且最能容错的，所以可以使用最低数据速率来保护IGMP-RCU消息遭遇意外的误码。在流的分发之前，需要知道用户的初始接收能力。因此，MG应该探测短分组训练(train)的数据速率。此初始探测阶段允许接收方检测它们的实际接收能力。在初始探测阶段期间，以(可用带宽所允许的)所有可能数据速率传送所有层。按照定义，在接收到流的第一个分组之后，所有用户必须在IGMP-RCU消息内回复。在此消息中，有"旧速率"为0，这指示新用户加入了该组。MG应该通过发送到适合的组播组地址的消息来向用户指示初始探测阶段(InitialProbingPhase)的开始和结束。此消息的类型可以是IGMPv2接收能力更新，其中使用最大响应时间字段，并且此字段应该包含初始探测阶段的长度。当站接收到此消息时，它启动定时器，立即将其届满时间设为最大响应时间字段所包含的时间间隔。当然，应该在MG中设置相同的定时器。当此定时器时间届满时，MG可以开始仅在适合的数据速率上发送每个层，并且初始探测阶段完成。因为可能有多个数据速率在传输期间未净皮使用(例如在初始探测阶段中没有用户可接收它们)，所以应该周期性地检查这些数据速率。必须通过按相应的数据速率发送探测分组来执行二次探测。探测分组可以是伪分组，它们的唯一任务是，如果用户可以接收新数据速率，则触发用户发送IGMP-RCU消息。媒体层信息和用户接收能力都存储在MG中。表2中可以看到媒体描述符表的示范性提出的格式。该表必须包含通过给定MG的每个媒体每个层的带宽要求。(注意，特定的Xl、...、Xl，yi、...、yL，Zl、...、zL值是从媒体层信息导出的)。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表2表3中可以看到接收能力表的示范性提出的格式。该表必须包含按通过给定MG的每个媒体、在AP中可用的每个数据速率的用户数量。(注意，特定的w(AP，媒体，速率)值是由IGMP-RCU消息导出的。)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表3当计算最优层分发(基于媒体描述符表和接收能力表中存储的数据)时，MG可以提供给定AP中对于特定i某体分组应该应用哪个数据速率的信息。为此目的有两个主要的可能解决方案1L2协议必须定义L2协议以便为每个传送的々某体将"每个层-数据速率"元组从MG载送到AP。2L2通道可以在MG与所有AP之间建立"每个数据速率"L2VLAN"通道"。显然，如果适合的话，可以使用其他层协议和/或通道。可以注意到第二种方法较不复杂，对AP设置最小复杂性。所以在MG与AP之间提出基于VLAN的L2通道构建，以便为々某体的不同层设置适合的数据速率。在基于VLAN的数据速率选择场合中，AP的任务是与媒体无关的。将每个数据速率与AP和MG之间的VLAN关联。每个通道仅传送应该以与该通道关联的特定数据速率来发送的那些分组。在为所有媒体层计算了最优数据速率之后，MG将々某体分组置于适合的VLAN中。利用此方法，无需在AP中维护有关层分发的详细每个々某体信息。AP的唯一新特征是能够根据VLANID来调制分组。例如，在802.11b中，有4个不同数据速率要使用，而在802.11g中有8个不同数据速率要使用。即，对于目前的技术来说，应该在MG和AP之间预留并建立最大4+8=12个不同的VLAN。这12个通道仅占用根据标准协议所允许的可能4094个VLANID中的12个。在表4中可以看到对应于802.11b的数据速率相关的通道的可能VLANID设置以及在表5中可以看到对应于802.11g的数据速率相关的通道的可能VLANID设置。图4中可以看到VLAN通道的图示，其中包括各具有代表性接入点411-413的三个接入网小区401-403。接入点411-413连接416-418到媒体网关406，媒体网关406从媒体服务器(未示出)接收415流传输数据。在图4中，为了说明的目的，接入网小区401和402是启用802.11b的网络小区，而接入网小区403是启用802.11g的小区。从i某体网关到代表性接入点411-413的々某体通道406-408可以4吏用表4和5按如下来配置通道406和407可以配置为通道Mb:VLAN4091对应于1Mbps，通道弁2b:VLAN4092对应于2Mbps，通道約b:VLAN4093对应于5.5Mbps,通道斜b:VLAN4094对应于11Mbps，而对于通道408可以配置为通道針g:VLAN4083对应于6Mbps，通道弁2g:VLAN4084对应于9Mbps，通道弁3g:VLAN4085对应于12Mbps,通道糾g:VLAN4086对应于18Mbps，通道Wg:VLAN4087对应于24Mbps，通道存6g:VLAN4088对应于36Mbps，通道弁7g:VLAN4089对应于48Mbps,以及通道存8g:VLAN4090对应于54Mbps。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表5在图5中可以看到网络单元之间的通信，其中根据本发明的网络500示出为具有提供要流传输到用户510的数据的媒体服务器504。在中间网络以及网络单元505中将该流传输数据转发到与数据库520(或寄存器)进行通信连接的媒体网关(MG)506,其中数据库520(或寄存器)存储有IGMP-RCU消息(即每个用户可用的数据速率)。MG506也与接入点507、508进行通信连接，每个接入点通过无线互连月良务于接入网小区511、512。可以通过如下步骤结合图5筒短地和克述本发明1MG506收集有关每个AP507、508的用户510的接收能力的信息。*用户510在IGMP接收能力更新(IGMP-RCU)消息中将可用数据速率发送到MG506。*MG506应该在每个流上跟踪每个AP507、508的用户510的接收能力。*因为MG506是子网的超级管理器(supervisor)能识别IGMP的路由器，因此用户直接将IGMP-RCU消息发送到MG506,而MG506将IGMP-RCU消息存储在数据库520中。2MG506基于用户510的接收能力和々某体的层信息来计算对应于每个AP507、508的i某体层的最优数据速率。*如果可以在IP报头中栽送有关分组的层的跨层信息，则MG506是处理此信息的显而易见的网络单元。3MG506告知AP507、508:基于优化的结果对于给定的分组要使用哪个数据速率。*MG506将这些分组从々某体服务器504转发到适合的AP507、508。4转到步骤2。图6示出网络体系结构中的信令和数据消息的详细示例。在具有两个用户预订相同的组播组(即预订相同的i某体)的示例中有一个AP。i某体交付过程(以较宽泛的意义来说)可以分成如图6所示的4个部分1注册到组纟番组。2数据速率初始探测阶段。3基于接收能力更新优化的传输。4离开组播组。其目的在于基于用户的接收能力和分层媒体的质量特性将网络中用户感受质量最大化。对于此优化任务提供多种算法解决方案，其算法可以在々某体网关中实现。这些算法为々某体的每个层确定最优的数据速率。可以定义基于最大用户感受质量的两个可能解释进行最大化的两个目标。1将平均值最大化将网络中用户感受质量的平均值最大化。在此情况中，以给定数据速率发送的层与多少个用户可以接收给定数据速率强关联。为了此目标，示出称为MaxAvg的优化算法。其目标提供在网络范围上优化平均用户感受质量。即，可以降低个别用户的感受质量以便平均地提高整体质量。因此，从用户角度来说，此服务可以视为优化的尽力而为多々某体服务用户需要在适合的位置才能获取适合的质量。2按每个速率进行最大化按每个数据速率将用户感受质量最大化。在此情况中，对这些数据速率应用平等原则，这意味着在每个数据速率中发送最多层而与多少个用户可以接收该给定的数据速率无关。(当然"空"数据速率被忽略，其中"空"表示此速率对于任何用户均不是最大可用的。)对于此目标，已知一种称为MaxRate的优化算法。此目标更适合于"付费服务"。这里，更强调个别用户的感受质量，而非优化平均质量度量。在所有目标的情况中，存在对组播媒体的可用带宽的约束。所以最大化任务是，供给产生最大用户感受质量的可用带宽。在下文中，示出通过提供对发送组播々某体的无线网络的更有效率的信道利用率，用户感受质量可以显著高于目前的J某体组播技术的情况。在详细描述算法MaxAvg和MaxRate之前，先简要地描述这些算法与现有技术之间的主要概念差异。表6示出在质量符合采用从速率#1提高到速率#4的数据速率接收的层的数量时的仿真示例。因为可以在给定的时间帧中以不同的数据速率来发送不同量的数据，所以在无线环境中信道占用是比带宽消耗好的方式。为了比较这些算法，探讨根据两个目标的解的性能i将平均值最大化质量弁h^z;i氺",，其中代表示可以采用第i个较低数据速率来接收层的数量(回顾网络的嵌套特性)以及^表示接收第i个较低数据速率的用户的数量。2按每个速率进行最大化质量^:S:W,，其中《表示可以采用笫i个较低数据速率接收层的数量(回顾网络的嵌套特性)。当然"空"数据速率纟皮忽略。<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表6本发明提出的算法的信道占用大约相同，因为它们都尝试利用视为100%的可用时间帧。单个速率无法如此有效率地利用按定义的可用时间帧，并且解的质量最差。重复速率需要远远更多的时间帧才能提供与MaxRate相同的质量。可以看到，算法MaxAvg(对应于将平均值目标最大化)为接收速率糾(以及较低数据速率)的用户提供最佳质量，但是该算法忽略仅接收速率#1的用户。算法MaxRate(对应于最大化每个速率的目标)为每个人提供可用的数据速率，与MaxAvg相比，为接收速率#3(以及较低数据速率)的用户提供较好的质量，但是对于接收速率#4(以及较低数据速率)的用户，质量显著降低。注意如果将此视为这两种算法的对应目标，则这两种算法是最佳的。MaxAvg设置成通过找出每个层的适合数据速率来将网络中的用户感受质量的平均值最大化。数据速率的嵌套特性意味着，具有较高可用数据速率的区域中的用户可以得到来自较低数据速率的全部信息，由此接收的层的数量不少于"较低速度"区域中接收的层R2<...<RD(嵌套的约束)，其中D是网络中的数据速率的数量。所以可以将每个层的数据速率的可能集合计算为有重复的组合(thepossiblesetofthedataratesforeachlayercanbecalculatedasacombinationwithrepetition),其中D个元素是从L个可能元素中选择的(L表示々某体的层数)并且一个元素可以^皮选择多次。在算法公式化中，需要比较独立解。最优解M于网络中的平均用户感受质量来选择的，所以质量的计算基于层和数据速率的用户分布。当然，这些解仅可以视为满足可用的带宽(信道占用)约束。如下是该算法的简短描述MaxAvg:STARTBest—Quality=0Best_Layer_Distribution=EndifEndforEndforEndforEndMaxRate的目标是考虑平等原则将每个数据速率的用户感受质量最大化，这意味着在每个数据速率中都发送最多层而与多少个用户能够接收该给定数据速率无关。该问题的解是非常直接的，即独立于多少个用户能够接收各个数据速率逐个地找出要以每个速率发送的层的最大数量。当然，随着从一个速率进行到另一个速率，可用带宽的数量(时间帧)减少。如下是该算法的简短描述MaxRate:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>应该注意即使上文使用IEEE802.11系列的无线通信来举例说明本发明，但是还可以使用其他无线通信协议，例如但不限于IEEE802.15和802.16系列、蓝牙、超带宽无线(UWB)以及具有动态地改变通信速率的特征的其他无线通信协议。图7图示作为媒体网关(MG)工作的基础设施设备。此基础设施设备700包括处理单元701,处理单元701处理对通信分组的控制以及4妄收不同用户的通信能力的数据。^殳备700还可以包括如本领域技术人员所了解的用于存储控制软件、统计数字、更新等的一个或多个存储器单元，易失性存储装置702和/或非易失性存储装置703。存储器单元可以包括任何适合类型，包括但不限于RAM、SRAM(静态RAM)或DRAM(动态RAM)(例如DIMMRAM版本、RDRAM、Rambus)、磁盘、CD-ROM(压缩只读光盘)、DVD(数字多功能光盘)、闪速存储器或类似存储器々某体(例如compactflash、SD安全数字、存储棒、miniSD、MMC多媒体卡、智能媒体、transflash、XD)、HD-DVD(高清DVD)或BlurayDVD、基于USB(通用串行总线)的存储器媒体、磁带媒体、光存储装置媒体、磁光媒体、磁泡存储器。基础设施设备700还可以包括用于在设备安装、维护或运营期间与用户和操作员交互的接口单元。设备700还可以包括两个通信接口(可使用相同的物理4妄口(例如以太网或ATM)或单独的物理4矣口)705、706:其中一个用于至接入网的通信以及一个用于至其他基础设施网络设备的通信。基础设施设备700设置成如本文献早前描述的，从用户站接收有关它们的速率能力的信息，并将发往用户站的数据分组分类到相应的速率通道中。基础设施系统可以设置成包括々某体网关306、RP路由器305、至少一个接入点307、308和在他们之间的通信信道314-316，々某体网关设置为操作本发明提出的分层媒体的优化。本发明的其他重要优点如下-可以利用分层媒体的特性来将用户感受质量最大化并有效率地利用可用带宽。-可以查询无线用户的实际接收能力，也可以将其用于优化的分层々某体传输或任何其他"服务"。-可以告知WLAN接入点基于本发明提出的基于VLAN的速率选择对于给定数据分组要使用哪个数据速率。-本发明提出的技术和方法具有低复杂性，并且能够以相对简单的方式实现。实现本发明可以无需改变当前WLAN标准来才艮告接收能力信息和处理此信息，相反本发明使用特定的IGMP消息来将此信息报告给i某体网关(处理组播组)，其中优化过程只需可以容易实现的软件升级。而且，本发明可以作为软件或硬件来实现。应该注意词汇接入点的使用并不限制本发明，相反本领域技术人员应该理解可以意味着与用户站和基础设施网络通信的任何类型的无线4妄入网关。而且，本文献中的术语用户站应该理解为以无线方式与接入点(或类似装置)通信的任何类型的装置，用户站可以包括但不限于移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、桌上型计算机、工作站、媒体接收器(例如用于宽带数据通信或视频广播)或用于在组播应用中接收数据的类似装置。还应该注意词汇"包括"不排除存在那些列出的部件或步骤以外的其他部件或步骤，部件之前的词汇"一个"不排除存在多个此类部件。还应该注意任何引用符号并不限制权利要求的范围，本发明的至少部分可以通过硬件和软件二者来实现，以及多个"部件"、"单元"和"装置"可能由相同的硬件项来表示。上文提到并描述的实施例仅作为示例给出，不应视为对本发明的限制。对于本领域技术人员来说，由下文描述的专利权利要求所要求权利的本发明范围内的其他解决方案、使用、目标和功能应该是显而易见的。缩略语AAC高级音频编码AP接入点AVC高级一见频编码BSAC位切片算法编码ID标识符IEEE电气和电子工程师协会IGMP因特网组管理协议IGMP-RCUIGMP4矣收能力更新IP因特网协i义L2第2层LID层无关描述符MB组播骨干MG々某体网关MPEG移动图片专家组PLCP物理层会聚协议PSF有效负载信令字段RP汇聚点VLAN虚拟局域网WLAN无线局域网权利要求1.一种用于在传送组播数据时优化数据速率的方法，所述方法包括如下步骤-获取(202)与用户站对应的可用数据速率；-计算(203)最优数据速率；-在每个接入网小区中控制(204)每个数据分组的数据速率。2.如权利要求l所述的方法，其中所述组播数据是分层数据。3.如权利要求l所述的方法，还包括更新所述可用数据速率。4.如权利要求3所述的方法，其中通过二次收集所述用户站的接收能力来执行所述更新步骤。5.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述获取可用数据速率包括通过传送短分组训练来探测(205)基本所有数据速率，由用户站检测实际接收能力，并由用户站回复接收方能力消息。6.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中数据速率是使用如下之一设置的隱定义层协议、优选第2层协议来载送每个传送的i某体的每个层数据速率元组，或者-建立每个数据速率通道、优选第2层VLAN(虚拟局域网)通道。7.如权利要求6所述的方法，其中所述协议或通道位于至少一个网络小区和与所述网络小区通信的网关之间。8.如权利要求6所述的方法，其中将每个数据速率与所述网络小区的所述接入点(AP)与所述网关之间的VLAN关联，每个通道仅算所有^/某体层的最优数据速率之后，所述网关将分组与适合的VLAN关联。9.如前面权利要求中任一项所述的方法，还包括如下步骤a.收集有关每个网络小区(507、508)的用户站(510)的接收能力的信息；b.基于所述用户站(510)的接收能力和所述々某体的层信息计算每个小区(507、508)的々某体层的最优数据速率；以及c.基于所述优化的结果将用于给定分组的数据速率提供给所述小区。10.如权利要求6所述的方法，还包括如下步骤通过找出每个层的数据速率将网络中用户感受质量的平均值最大化，以使得具有较息，由此所接收的层的数量R不小于较低速度区域中接收的层<R2<RD，其中D是网络中的数据速率的数量，将每个层的数据速率的可能集合计算为有重复的组合，其中D个元素是从L个可能的元素中选择的，其中L是所述J某体的层数，一个元素^皮选择多次。11.如权利要求6所述的方法，其中还包括如下步骤考虑以每个数据速率发送最多层而与接收给定数据速率的用户的数量无关，通过逐个地查找要以每个速率发送的层的最大数量而与接收各个数据速率的用户的数量无关，从而将每个数据速率的用户感受的质量最大化。12.—种网关设备(306、406、506、700)，用于实现通过多i某体传输协议进行多i某体通信并将数据转发到用户站(309、310、410、510)，其特征在于，所述设备包括用于接收数据分组的接收设备(705、706)和用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理i殳备(701)。13.如权利要求12所述的网关设备，还包括用于为々某体的每个层计算最优数据速率的处理设备。14.如权利要求13所述的网关设备，其中所述计算包括将接入网小区内的平均数据速率最大化或将接入网小区内的每次使用的每个数据速率最大化的至少其中之一。15.如权利要求12所述的网关设备，设置成接收包含有关用户站的可用数据速率的信息的消息。16.如权利要求15所述的网关设备，其中所述消息是因特网组管理协议(IGMP)。17.如权利要求12所述的网关设备，以通信方式连接到存储有每个用户可用的数据速率的数据存储设备(520)。18.如权利要求12所述的网关设备，包括用于收集有关每个接入点(507、508)的用户站(510)的接收能力的信息的设备。19.如权利要求18所述的网关设备，其中所述处理设备设置成基于所述用户站(510)的接收能力和i某体的层信息为每个接入点(507、508)计算i某体层的最优数据速率。20.如权利要求19所述的网关设备，包括用于基于所述计算的结21.—种用于要组播的分层々某体的々某体服务器(304、404、504)，包括连接到网关设备(306、406、506、700)的连接部件，所述网关设备(306、406、506、700)用于实现通过多媒体传输协议进行多媒体通信并将数据转发到用户站(309、310、410、510)，所述设备包括用于与所述服务器传送数据分组的接收设备(705、706),以及用于将数据分组分类到速率通道以便最优利用组播环境中的通信资源的处理设备(701)。22.—种用于路由要组播的分层i某体的路由器(305)，包括用于连接到网关设备(306、406、506、700)的连接部件，所述网关设备(306、406、506、700)用于实现通过多々某体传输协议进行多々某体通信并将数据转发到用户站(309、310、410、510),其特征在于，所述路由器包括用于接收数据分组和向所述设备发送数据分组的接收设备，所述设备包括用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理设备。23.—种用于组播分层媒体的接入点(307、308、411、412、413、;507、508),包括用于更改发往用户站的每个分組的所应用的数据速率的部件以及用于连接到网关设备(306、406、506、700)的装置，所述网关设备(306、406、506、700)用于实现通过多々某体传输协议进行多i某体通信并将数据转发到用户站(309、310、410、510),其特征在于，所述设备包括用于接收数据分组并在速率通道中收发数据的接收设备。24.—种通信装置(309、310、410、510),包括用于接收分层媒体广播的设备，所述设备包括用于接收有关其接收能力的查询的部件、用于生成有关其可用数据速率的消息并通过多々某体传输协议进行25.—种用于在网关设备(306、406、506、700)中执行的指令集，所述网关设备(306、406、506、700)用于实现通过多i某体传输协议进行多々某体通信并将数据转发到用户站(309、310、410、510),所述设备包括用于接收数据分组的接收设备(705、706)和用于将数据分组分类到速率通道中以便最优利用组播环境中的通信资源的处理设备(701)，所述指令集包括用于在传送组播数据时优化数据速率的第一指令集代码；用于获取与用户站对应的可用数据速率的第二指令集代码；用于计算每个接入网小区内的最优数据速率的第三指令集代码；以及用于在每个接入网小区中控制每个数据分组的数据速率的第三指令集代码。全文摘要本发明涉及一种用于在传送组播数据中优化数据速率的方法和布置，所述方法包括如下步骤获取与用户站对应的可用数据速率；在每个接入网小区内计算最优数据速率；以及在每个接入网小区中控制每个数据分组的数据速率。文档编号H04L12/18GK101438533SQ200680054579公开日2009年5月20日申请日期2006年5月15日优先权日2006年5月15日发明者A·科瓦克斯,I·戈多尔申请人:艾利森电话股份有限公司