专利名称：一种无线局域网ip组播帧传输的组播成员管理方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯领域中无线局域网组网时IP组播技术业务应用的实现方法，尤其涉及IEEE 802.11无线局域网(WLAN)组播成员的管理方法。
背景技术：
由于无线局域网布线简易等优点，无线局域网逐渐广泛应用于家庭网络。并且随着宽带和视频压缩技术的不断发展，以视频直播和点播为主的网络电视通过无线局域网技术传输，会逐渐成为今后发展的一个重要方向。
传统的IEEE 802.11无线局域网是为数据应用设计的，对组播应用的支持比较弱。当无线局域网进行数据传输时，接收数据的客户端通过802.11确认帧(ACK)来保证数据传输的可靠性。如果接入点设备没有接收到客户端的ACK帧，则会重传这一帧。接入点设备还通过来自客户端的802.11确认帧以及其他管理或数据帧，来检测接收方的信号质量，并根据信号质量调整对客户端的数据发送速率，进一步保证数据的可靠传输。
但是802.11协议规定，接收组播的客户端不通过发送802.11确认帧(ACK)来确认组播帧的正确接收，因而组播数据传输的可靠性得不到保证。由于组播报文是发向组播组里的所有客户端，接入点设备为了保证所有客户端都能接收到组播帧，通常以最保守的速率发送组播帧，如在802.11b模式下通常为1Mbps，在802.11a/g模式下通常为2Mbps，但实际的带宽比上述组播帧的发送速率还要低，这对于至少需要2Mbps甚至更高带宽的多媒体应用如IPTV业务来说，带宽明显不足，影响业务的正常开展。如果固定配置了比较高的组播数据发送速率，会导致信号质量比较低的某些无线客户端不能正确接收，特别是当无线客户端与无线接入点之间的距离、障碍物等环境发生变化引起的无线客户端与无线接入点间的信号质量发生变化，如果无线接入点与无线客户端间的组播发送速率不能实时调整，则会出现较高的组播发送误码率，导致无线客户端不能正确接收组播报文。因此需要增加组播的发送速率以提高带宽，组播发送速率必须支持可实时调整。
另外，从组播源发送一个组播报文到达无线接入点后，无线接入点将这个组播报文发送到关联的无线客户端，但是不属于这个组播组并已经关联到这个无线接入点的其他无线客户端也可以收到这个组播报文。这对某些无线应用来说是不允许的，比如以IP组播为主的IPTV直播业务，它要求仅加入某个组播组的无线客户端可以接收这个组播组的组播报文，其他没有加入这个组播组的无线客户端不允许接收这个组播组的组播报文，目前的IEEE802.11无线局域网还不能满足这个要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线局域网IP组播帧传输的组播成员管理方法，能够解决上述的IP组播报文在无线局域网应用中的问题，实现对组播无线客户端有效的管理，同时提高IP组播发送速率以及IP组播传输可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线局域网IP组播帧传输的组播成员管理方法，每个组播组有一组播成员列表，当无线客户端请求加入某IP组播组时，包括以下步骤(a)无线客户端向无线接入设备发送组播加入请求报文，请求加入某组播组；(b)无线接入设备收到请求报文后，根据组播加入请求报文的目的地址判断所述无线客户端请求加入的组播组是否存在，如果存在，则判断在该组播组的组播成员列表中是否有所述请求客户端，如果有，则更新该请求客户端的MAC地址的老化定时器，如果没有，则在该组播组的组播成员列表中加入该请求客户端，即在组播成员列表中记录所述请求客户端的MAC地址，否则，新建组播组，并且在此组播组的组播成员列表中加入该请求客户端；
(c)所述无线接入设备将该组播加入请求报文转发给组播源。
当无线客户端请求离开某IP组播组时，包括以下步骤(A)无线客户端向无线接入设备发送组播离开请求报文，请求离开某组播组；(B)无线接入设备收到请求报文后，在该组播组的组播成员列表中删除该请求客户端。
(C)无线接入设备判断该组播成员列表是否为空，如果是，则删除该组播组，并将该组播离开请求报文转发给组播源，否则，将该报文丢弃。
当无线接入设备收到组播源发出的组播查询报文时，包括以下步骤无线接入设备判断该报文的类型，如果是通用查询报文，则按最佳广播报文发送速率将该报文发送给每个与该报文关联的无线客户端，所述最佳广播报文发送速率是所述无线接入设备在所有无线客户端的最佳单播报文发送速率中的选择的最小值；如果是定组查询报文，则将该组播报文处理为单播报文，即将该组播报文的组播目的地址替换为组播组中无线客户端的MAC地址，以最佳单播报文发送速率发送到此组播组下的成员无线客户端，所述最佳单播报文发送速率是所述无线接入设备根据接收的无线客户端的802.11报文确定的。
进一步地，上述方法还可具有以下特点如果无线接入设备检测到无线客户端的异常下线，则查找该无线客户端所属组播组，在该组播组的组播成员列表中，删除所述无线客户端，即在组播成员列表中删除所述无线客户端的MAC地址，所述无线接入设备判断若该组播组的组播成员列表是否为空，如果是，则删除该组播组。
进一步地，上述方法还可具有以下特点删除所述无线客户端后，无线接入点设备模拟产生无线客户端的组播离开请求报文，将其发送给组播源。
进一步地，上述方法还可具有以下特点所述将该组播报文处理为单播报文时，如果有多个无线客户端，则每替换一次地址发送一次，直到向组播组中所有成员无线客户端全部发送完毕。
进一步地，上述方法还可具有以下特点当无线接入设备重新启动后，无线接入设备模拟产生组播源下发的组播查询报文，唤起无线客户端重新请求加入组播组。
为了解决在现有无线局域网，无线接入点不能限定IP组播报文只发送到加入这个组播组的无线客户端，接收组播的客户端不通过发送802.11确认帧ACK给接入点来确认组播帧接收，以及接入点通常以固定且最低的数据速率发送组播帧，造成接入点无法检测传输错误、无法重新传输丢失的数据包，不能依据客户端距离和环境的变化调整组播发送速率而造成误码率增加，以及组播传输达不到带宽要求的问题，本发明提供了一种对组播无线客户端成员进行有效管理的方法，实现了在无线局域网网络内，高速可靠的传输IP组播报文。本发明通过侦听无线客户端发送给无线接入点的IGMP(Internet组管理协议)报文，动态维护组播成员列表。当组播源发送IP组播报文到接入点时，组播成员管理模块通过查询组播成员列表后对组播报文进行组播目的地址转换为无线客户端MAC地址的单播报文处理，使组播报文的带宽和可靠性可以达到单播报文的带宽和传输可靠性，从而提高IP组播报文的传输速率以及改善IP组播报文传输的可靠性。
采用本发明所述方法，保证了在采用IEEE 802.11a/b/g标准以及下一代无线标准IEEE 802.11n的无线局域网产品中，达到高速可靠传输组播报文的目的，克服了IEEE 802.11传输组播报文带宽低可靠性差的缺陷，极大地拓展了无线局域网产品的应用，特别是以组播技术为主的视频直播业务在无线局域网产品的应用，促进了通过无线局域网传输组播业务应用的发展。
图1为组播传输设备图；图2为组播传输系统应用图；图3为组播传输方案的系统模块图；图4为组播传输技术的应用示例图；
图5为本实施例组播成员管理模块处理无线客户端加入组播组流程图；图6为本实施例组播成员管理模块处理无线客户端离开组播组流程图。
具体实施例方式
如图1所示，传输组播的无线接入点设备由无线接口模块、组播成员管理模块、上行接口模块、802.1d桥接模块、IP路由模块、协议应用模块和配置管理模块组成。设备的无线接口模块接收的报文经802.1d桥接模块或IP路由模块转发到上行接口模块，上行接口模块接收的报文经802.1d桥接模块或IP路由模块转发到无线接口模块。当无线接口模块或上行接口模块接收到IGMP(Internet组管理协议)报文或IP组播报文时则送由组播成员管理模块处理组播成员管理模块处理从无线接口模块接收的IGMP报文，维护组播成员列表；上行接口模块接收的IP组播报文经802.1d桥接模块或IP路由模块，进一步转发到组播成员管理模块处理，由组播成员管理模块将IP组播报文转发到无线接口模块。其中无线接口模块，包括无线驱动模块以及硬件接口，其中无线驱动模块用于接收和发送无线接入点和无线客户端间的802.11管理和数据帧，并依据与无线客户端交互的802.11帧实时检测无线接入点和无线客户端的连接信号质量，实时调整和确定无线接入点发送到无线客户端的“最佳单播报文发送速率”；组播成员管理模块，用于维护组播成员列表以及记录组播成员无线客户端的MAC地址信息，还负责接收和转发组播源与组播成员无线客户端间的IP组播报文；802.1d桥接模块和IP路由模块，用于转发报文；上行接口模块，包括驱动和上行硬件接口，用于连接外部网络，如Internet的接口，可通过连接DSLAM、交换机、BRAS等设备间接连接到Internet，所述上行接口可以是以太网接口、xDSL接口、xPON等接口；设备的协议应用模块和配置管理模块用于完成各种协议和上层应用，以及本地或远程的配置管理。
组播传输系统应用如图2所示，在组播传输的应用系统中至少包括无线客户端、无线接入点、分布系统(DS)以及组播源。无线客户端需要请求加入或离开组播源的某个组播组时，无线客户端发送的IGMP(互联网组管理协议)报文经无线接入点发送到组播源，无线接入点将无线客户端加入或剔除出某个组播组。组播源发送某个IP组播报文给组播组的成员时，组播源发送的IP组播报文经无线接入点发送给组播组的成员无线客户端，完成IP组播的传输。
其中组播源，用于发送组播报文；分布系统，用于连接无线接入点与组播源；一个或多个无线接入点，用于确定和选择发送速率将组播报文发送给无线客户端，用于将IP组播报文处理为单播报文并，以及处理无线客户端发出的加入或离开组播组的请求信息；一个或多个无线客户端，是使用组播业务的用户，可以向无线接入点发出加入或离开组播组的请求。
如图3所示，在实现本方案所述的高速可靠传输IP组播报文的无线接入点内，包括无线驱动模块、组播成员管理模块。在无线驱动模块中针对每个无线客户端都保存有一个最佳单播报文发送速率，当每个无线客户端新接入到无线接入点时，无线驱动模块确定该无线客户端的“最佳单播报文发送速率”，或者当无线客户端的“最佳单播报文发送速率”实时发生变化时，无线驱动模块在所有客户端中选择最小的“最佳单播报文发送速率”值，作为无线接入点发送其他广播组播报文到每个无线客户端的“最佳广播报文发送速率”，所述“最佳广播报文发送速率”也可称为“最佳组播报文发送速率”，是所有客户端共用的速率。
组播成员列表，记录组播组以及组播组的成员无线客户端信息，每个组播组有一张组播成员列表，由组播成员管理模块动态维护，可以存储在组播成员管理模块内，其中无线客户端信息包括无线客户端的MAC地址信息。
在具体应用中如图4所示。在以IEEE 802.11a/b/g标准以及下一代无线标准IEEE 802.11n组建的无线局域网产品中，无线接入点设备接入多个无线客户端STA。无线客户端向无线接入点发送IGMP组播加入报文IGMPReport请求加入某个IP组播组，或者无线客户端向无线接入点发送IGMP组播离开报文IGMP Leave请求离开某个IP组播组。无线接入点的组播成员管理模块从无线驱动模块接收到无线客户端的IGMP组播加入或离开报文，动态维护组播成员列表以及无线客户端的MAC(介质访问控制)地址等信息。
在现有的IEEE 802.11a/b/g无线局域网网络以及下一代无线标准IEEE802.11n无线局域网网络内，IP组播报文的传输方法包括从组播源发出的IP组播报文到达无线接入点；无线接入点中的组播成员管理模块对其进行处理，组播成员管理模块查找组播成员列表，如果IP组播报文对应的组播组在组播成员列表内有组播成员无线客户端存在，则将IP组播报文处理成单播报文，以最佳单播报文发送速率发送到组播组下的各个成员无线客户端。
上述无线接入设备将IP组播报文进行组播报文转单播报文的处理是指，将IP组播报文的组播目的地址依次替换为组播组中各无线客户端的MAC地址，每替换一次地址发送一次，直到向组播组中所有成员无线客户端全部发送完毕。无线接入设备根据接收的无线客户端的802.11报文即可确定最佳单播报文发送速率。
这样报文的发送速率和可靠性符合单播报文的性能和可靠性要求，保证了以IP组播技术为主的视频直播业务在无线局域网产品的可靠应用。
对组播成员管理的具体实施流程如图5和图6所示，为了便于对组播成员进行动态管理，组播成员列表中添加了对组播成员进行管理的数据结构sta_list，主要包括mac，无线客户端的MAC地址；mac_ageing_timer，无线客户端MAC地址老化定时器。无线驱动模块依据从客户端接收的802.11管理和数据帧，检测客户端的信号质量，调整客户端的发送速率，并负责把IGMP报文转发给组播成员管理模块用于建立动态的组播成员表。
无线接入点处理无线客户端加入的流程如图5所示，包括以下步骤
步骤110，无线客户端STA向无线接入点发送组播加入报文(IGMPReport)，请求加入到某个IP组播组，无线接入点中的无线驱动模块将此报文转发到组播成员管理模块处理；步骤120，组播成员管理模块判断IGMP Report报文的目的地址即该组播组是否存在，如果是，执行步骤130，否则，执行步骤160；步骤130，判断组播组成员列表中是否有请求客户端(即发送IGMPReport报文的无线客户端)的MAC地址信息，如果有，执行步骤140，否则执行步骤150；步骤140，更新请求客户端的MAC地址的老化定时器；老化定时器的作用是如果一个无线客户端异常下线，则无线接入点就再也无法接收到这个客户端发送的IGMP Report报文(以及IGMP Leave报文)，待到达超时时间，则认为该客户端下线，从组播成员列表中删除其MAC地址。
步骤150，在该组播组成员列表中加入此请求客户端，记录其MAC地址步骤160，新建组播组，并且在此组播组里的成员列表内加入请求客户端，记录该客户端的MAC地址；步骤170，组播成员列表更新完成后，组播成员管理模块将此IGMPReport报文转发给组播源。
组播加入与组播查询都是组播技术中不可缺少的机制。组播加入是由无线客户端发起的，用于加入组播；而组播查询是由组播源发起的，用于查询本组播源的某个组播组下有哪些客户端，组播源每隔一段时间发送组播查询IGMP Qurey报文，客户端收到此查询报文后，会返回一个IGMP Report报文。
无线接入点处理组播源查询的流程包括从组播源发出的组播查询报文(IGMP Query)到达无线接入点后，无线接入点中的组播成员管理模块判断此IGMP Query报文的类型，如果是IGMP通用查询报文，则按最佳广播报文发送速率将该报文发送给每个关联上的无线客户端；如果是IGMP定组查询报文，则遍历该报文目标组播组中各个无线客户端成员，同时将组播报文的组播目的地址转换为各成员无线客户端MAC地址，从而把此组播报文变为单播报文，按照各无线客户端的最佳单播报文发送速率发送到此组播组下的每个无线客户端。
无线接入设备选择所有无线客户端中最小的“最佳单播报文发送速率”，作为无线接入点发送的“最佳广播报文发送速率”。
无线接入点处理无线客户端离开的流程如图6所示，包括以下步骤步骤210，无线客户端STA发送组播离开报文(IGMP Leave)到无线接入点，请求离开某个IP组播组，在无线接入点中，由无线驱动模块将此报文转发给组播成员管理模块；步骤220，组播成员管理模块根据报文的源MAC地址找到组播组成员表中对应的无线客户端；步骤230，组播成员管理模块删除此无线客户端MAC地址信息；步骤240，组播成员管理模块判断此组播成员列表是否为空，如果是，执行步骤250，否则，不向组播组转发此报文，将该报文丢弃；步骤250，删除此组播组，并且将此IGMP Leave报文转发给相应的组播源。
当无线接入点中的组播成员管理模块检测到无线客户端的异常下线，则遍历所有组播组下组播成员列表，将异常下线的无线客户端的MAC地址从组播成员列表中删除。如果组播组下的无线客户端数目减少为0(即成员列表为空)，则删除该组播组，由于客户端是异常下线，无法发送IGMP Leave报文，因此由组播成员管理模块模拟产生无线客户端的组播离开报文IGMPLeave发送给组播源，告知组播源该客户端已离开。
当无线接入点重新启动后，组播成员管理模块模拟产生组播源下发的组播查询(IGMP Query)报文，唤起无线客户端重新请求加入组播组。
上述在以IEEE 802.11a/b/g标准以及下一代无线标准IEEE 802.11n的无线局域网中，无线局域网接入点设备通过分析IGMP报文，动态维护组播成员列表，从而通过组播成员列表对组播报文进行组播转单播报文的处理，提高了IP组播报文传输速率以及改善了IP组播传输的可靠性。
本方法克服了IEEE 802.11传输IP组播报文带宽低可靠性差的缺陷，极大地拓展了无线局域网产品的应用，特别是以IP组播技术为主的视频直播业务在无线局域网产品的应用，为无线局域网产品在家庭网络的普及与发展提供了有力的保证。
权利要求
1.一种无线局域网IP组播帧传输的组播成员管理方法，每个组播组有一组播成员列表，当无线客户端请求加入某IP组播组时，包括以下步骤(a)无线客户端向无线接入设备发送组播加入请求报文，请求加入某组播组；(b)无线接入设备收到请求报文后，根据组播加入请求报文的目的地址判断所述无线客户端请求加入的组播组是否存在，如果存在，则判断在该组播组的组播成员列表中是否有所述请求客户端，如果有，则更新该请求客户端的MAC地址的老化定时器，如果没有，则在该组播组的组播成员列表中加入该请求客户端，即在组播成员列表中记录所述请求客户端的MAC地址，否则，新建组播组，并且在此组播组的组播成员列表中加入该请求客户端；(c)所述无线接入设备将该组播加入请求报文转发给组播源。当无线客户端请求离开某IP组播组时，包括以下步骤(A)无线客户端向无线接入设备发送组播离开请求报文，请求离开某组播组；(B)无线接入设备收到请求报文后，在该组播组的组播成员列表中删除该请求客户端。(C)无线接入设备判断该组播成员列表是否为空，如果是，则删除该组播组，并将该组播离开请求报文转发给组播源，否则，将该报文丢弃。当无线接入设备收到组播源发出的组播查询报文时，包括以下步骤无线接入设备判断该报文的类型，如果是通用查询报文，则按最佳广播报文发送速率将该报文发送给每个与该报文关联的无线客户端，所述最佳广播报文发送速率是所述无线接入设备在所有无线客户端的最佳单播报文发送速率中的选择的最小值；如果是定组查询报文，则将该组播报文处理为单播报文，即将该组播报文的组播目的地址替换为组播组中无线客户端的MAC地址，以最佳单播报文发送速率发送到此组播组下的成员无线客户端，所述最佳单播报文发送速率是所述无线接入设备根据接收的无线客户端的802.11报文确定的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果无线接入设备检测到无线客户端的异常下线，则查找该无线客户端所属组播组，在该组播组的组播成员列表中，删除所述无线客户端，即在组播成员列表中删除所述无线客户端的MAC地址，所述无线接入设备判断若该组播组的组播成员列表是否为空，如果是，则删除该组播组。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，删除所述无线客户端后，无线接入点设备模拟产生无线客户端的组播离开请求报文，将其发送给组播源。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将该组播报文处理为单播报文时，如果有多个无线客户端，则每替换一次地址发送一次，直到向组播组中所有成员无线客户端全部发送完毕。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当无线接入设备重新启动后，无线接入设备模拟产生组播源下发的组播查询报文，唤起无线客户端重新请求加入组播组。
全文摘要
本发明一种无线局域网IP组播帧传输的组播成员管理方法，提高IP组播发送速率以及IP组播传输可靠性，当无线客户端请求加入某IP组播组时，包括(a)无线客户端向无线接入设备发送组播加入请求报文，请求加入某组播组；(b)无线接入设备收到请求报文后，判断所述无线客户端请求加入的组播组是否存在，如果是，则在该组播组的组播成员列表中加入该请求客户端，否则，新建组播组，并且在此组播组的组播成员列表中加入该请求客户端。当无线客户端请求离开某IP组播组时，包括(a)无线客户端向无线接入设备发送组播离开请求报文，请求离开某组播组；(b)无线接入设备收到请求报文后，在该组播组的组播成员列表中删除该请求客户端。
文档编号H04W4/06GK1929638SQ200610140250
公开日2007年3月14日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者高敏, 王占利, 刘鹏午 申请人:中兴通讯股份有限公司