基于标识的组播路由实现系统及其方法

专利名称：基于标识的组播路由实现系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种组播路由系统及方法，特别是涉及一种基于标识的组播 路由实现系统及其方法，属于通信技术领域。
背景技术：
当前的组播技术主要采用主机组Host Groups模型，由两部分组成，一 是组播路由器和主机之间通过组成员管理协议如IGMP (Internet Gro叩 Management Protocol)禾口 MLD (Multicast Listener Discovery)等构建禾口维
护组成员关系，二是组播路由器之间通过组播路由协议如距离矢量组播路由 协议D雨P (Distance Vector Multicast Routing Protocol)、助'议无关 组播-密集模式PIM-DM (Protocol Independent Multicast-Dense Mode)、 协议无关组播-稀疏模式PIM-SM (Protocol Ind印endent Multicast-Spare Mode)等来构建和维护组播转发结构。IGMP/MLD只维护组播组是否存在组播 成员，而不维护该组播组有哪些具体成员，组播路由器通过IGMP/MLD维护 直连链路上的组播组状态。因此，组播状态信息不会随着组成员数量的增加 而增加，具有一定的可扩展性。组播接收者和组播路由器之间采用组管理协 议进行交互，组播接收者动态地通告子网组播路由器自己所希望接收哪些组 播源发给哪些组播组地址的数据包，而组播路由器则动态地查询直连链路内 的组播接收者们对哪些组播源和组播组地址的数据包感兴趣，从而使得组播 网络具有动态性和灵活性。
现有组播技术的一般模型如图1所示。组播路由器之间采用组播路由协 议来建立和更新维护组播分发树，并根据组播分发树得出复制和分发组播数 据包的路径，保证组播数据从上到下沿着组播转发树到达组播接收者。在众 多组播路由协议中，按照组播服务类型可以分为任意源组播ASM (Any SourceMulticast)和特定源组播SSM (Source Specific Multicast)。按照作用域 大小可以分为域内组播协议和域间组播协议两种，域内组播协议通常有 DVMRP、 PIM-DM、有核树组播路由协议CBT (Core Based Trees Multicast Routing)和开放组播最短路径优先MOSPF (Multicast Open Shortest Path First)协议，域间组播协议包括组播源发现协议MSDP (Multicast Source Discovery Protocol)、多协议边界网关协议MBGP (Multiprotocol BGP)禾口 特定源组播SSM。按照组播分发树可分为有源树和共享树，有源树如DVMRP、 MOSPF和PIM-DM等，共享树如CBT等。
与本发明相关的现有技术之一就是DVMRP协议。DVMRP是从路由信息协 议RIP (Routing Information Protocol)发展而来，是第一个支持组播功 能的路由协议，现已经被应用在组播骨干网MBone (Multicast Bone)上。 DVMRP为每个组播源和目的主机组构建不同的组播转发树，每个转发树都是 以组播源为根，以组播接收者为叶子节点。这个转发树在组播源和组播接收 者之间构建了一个最短转发路径。当一个组播源要向组播组发送数据时，转 发树就根据这个请求而建立，并使用"广播一修剪"方法来维持。为了避免 出现环路，DVMRP采用逆向路径转发RPF (Reverse Path Forward)机制进行 检查，其具体过程是当一个路由器接收到一个组播数据包时，它先检査单 播路由表，找出到组播源的最短路径接口，如果这个接口就是这个数据包到 达的接口，那么路由器就将这个接口信息记录到它的内部路由表，并将这个 组播数据包向除了其上游路由器以外的其它临近路由器转发。如果这个组播 包的到达接口不是该路由器到组播源的最短路径接口，那么这个包就被丢 弃。这种机制保证了构建的组播分布树中不会出现环路，而且从源到所有接 收者都是最短路径。DMVRP适用于组成员密集分布的组播组，但当组播成员 在网络上分散分布时，周期性的广播行为会严重消耗网络带宽，导致网络性 能下降。
与本发明相关的现有技术之二就是PIM协议。PIM是一种标准的组播路由协议，能够在互联网上提供组播路由而不依赖于具体单播路由协议。PIM 有两种运行模式， 一种是密集分布组播组模式，称为协议无关组播协议一密
集模式(PIM-DM)，另一个是稀疏分布组播组模式，称为协议无关组播协议一 稀疏模式(PIM-SM)。
PIM-DM采用扩散剪枝机制建立组播转发树。在PIM-DM域中，运行PIM-DM 协议的路由器周期性地发送Hello消息，发现邻接PIM路由器，进行叶子网 络和叶子路由器的判断，并且负责在多路访问网络中选举指定路由器DR (Designated Router) 。 PIM-DM协议假设域内所有的网络节点都需要接收组 播数据，首先将组播数据包扩散到全网，然后通过剪枝删掉不需要数据的网 段。为了完成组播数据包的转发，沿途的路由器创建相应的组播路由项(S, G)，具体包括组播源地址、组播组地址、入接口列表、出接口列表、定时器 和标志等信息。PIM-DM类似于DVMRP，这两个协议都使用了逆向路径转发机 制来构建组播分布树。它们之间的主要不同在于PIM协议可以直接使用网络 中单播路由协议构建的路由信息，构建组播转发状态，而DVMRP则需要建立 独立的单播路由协议机制。因此，PIM-DM比DVMRP简单。但是，密集模式 的主要缺点是网络中的每个路由器必须为每个源保存状态信息，不管其下游 是否有成员。当成员不密集时，网络中存储的大量状态信息会浪费大量带宽。 为了克服密集模式的这个缺点，出现了 PIM-SM组播路由协议。
PIM-SM为每个组指定一个有效的汇聚点RP (Rendezvous Point)。 PIM-SM构建两种组播转发树，分别是以组播组G的汇聚点为根的共享树RPT (RPTree)和以组播源为根的最短路径树SPT (Shortest Path Tree) 。 PIM-SM 允许接收者从RPT切换到SPT来接收组播数据。PIM-SM协议最初先为组播 组构建一个共享树，组播源先将组播数据发送到RP，再由RP沿共享树向下 转发到每个接收者。若接收端的指定路由器检测到接收数据速率超过了预定 的门限值，它就会向组播源发送PIM加入请求消息以加入到最短路径树中。 一旦建成组播源到接收者的最短路径树，通过RP的相应分枝就会被修剪掉，从而避免组播通信流量很大时汇集点RP处可能出现的拥塞现象。
PIM协议不依赖于特定单播路由协议，它可利用各种单播路由协议建立 的单播路由表完成RPF检查功能，维护一个独立的组播路由表来实现组播数 据转发。与其它组播路由协议相比，PIM协议无需收发路由协议更新消息， 从而明显降低了维护开销。但是，PIM协议组播树的构建和更新是分布式创 建的，存在如下问题 一是每个组播路由器只知道部分网络拓扑信息和部分 组成员信息，因而无法建立全局有效的组播树；二是由于缺少全局信息，因 此常用广播来发送控制信息和数据，从而浪费了大量带宽。
与本发明相关的现有技术之三就是文献提出的一种以服务为中心的组 播协议SCMP (Service-Centric Multicast Protocol),采用集中式的方法 构建组播转发结构。SCMP将路由器分为m-router (master multicast router) 禾口 i_router (intermediate multicast router)。其中，m-router执行与 组播相关的大部分功能，负责收集处理组播请求信息，而i-router则只执 行与路由相关的部分功能。m-router根据全局路由信息计算 一 个以 m-router为根的双向共享树，并通过一种特殊的自路由数据包 (self-routing packets)发给组播树上相应的i-router，形成组播转发
状态，减少协议开销。
在建树过程中，m-router负责复杂的与服务相关的任务如组播会话管 理、组管理、、传输带宽管理和业务制定等工作。在实际部署中，m-router 可以集成多个路由器服务于多个组播组，具体由服务提供商ISP提供，从而 使得ISP可以集中大部分组播服务相关任务。为了构建m-router,发展了 一个特殊的交换器结构，交换器有多个入口和出口，每个端口都有充足的带 宽。对于每个组播组，m-router动态地分配一个出口给这个组播组并构建 一个以该接口为根的到达每个成员的组播树。m-router通过响应加入和离 开消息构建组播树，并将组播树信息分发给域内的i-router。在传输一个 组播数据包时，若源路由器是m-router或者已经在树上，则沿着组播树转发，若源路由器不再树上，则它首先向数据发给m-router,再由m-router 发给各个接收者。
在组播会话管理方面，只有ni-router知道所有的组成员信息，这一点 主要是用于ISP实现计费功能，m-router负责为每个组播组分配组地址， 回收组地址，发布组播地址等功能。为了管理组播会话，m-router负责开 始一个新的组播会话，拆除一个过期的组播会话，检测、跟踪、记录相应组 播会话的业务流量。由于组播会话的服务时间取决于组播服务请求，组播会 话管理满足要服务相关和策略要求。为了计费，m-router记录所有接收者 的加入和离开信息以及组播服务和路由信息。此文，m-router是能够为外 部节点提供组播组信息查询功能。
SCMP方案具有如下三个特点 一是可以使用任何负责的路由算法构建 组播树；二是ra-router集中计算组播树，节省其它路由器的资源；三是组 播路由信息只传递给组播树上的节点，减少了协议开销。但是，SCMP方案 存在的问题是管理和承载都集中在m-router上，增加了 m-router的负担。 此外，m-router需要重新设计新的硬件架构，因此增大了其部署的难度。
当前这些组播路由协议主要运行在以TCP/IP为基础的现有互联网络 中，但由于互联网在设计上存在着固有缺陷，因此无法满足日益增长的网络 服务需求。 实用新型内容
本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种基于标识的 组播路由实现系统及其方法。
本发明将网络、业务和用户看作一个整体，把网络分为"网通层"和"服 务层"两大部分。网通层由虚拟接入网和虚拟核心网构成，引入接入标识 AID (Access Identifier)、交换路由标识SRID (Switch Route Identifier)
及其分离映射机制，将身份与位置进行分离，为数据、语音、视频等业务提 供一体化的网络通信平台，实现基于网络的安全认证，移动性支持等功能。服务层采用唯一的标识对各种业务、网络资源和用户进行识别，负责各种业 务的会话、控制和管理等。
本发明的目的通过以下措施来达到
一种基于标识的组播路由实现系统，包括
组用户，用于接收基于组播服务标识的组播数据，距离接入交换路由器 至少为一跳；
组播源，用于提供基于组播服务标识的组播数据源，距离接入交换路由 器至少为一跳；
接入交换路由器，用于负责收集记录接入网内的所有组用户信息并发送 给普适组播服务控制器；
广义交换路由器，用于建立基于组播组标识的组播数据路由并进行组播 数据转发；
普适组播服务控制器，用于负责建立组播转发树并向相应的接入交换路 由器和广义交换路由器发送建树消息和状态更新消息；
以上组用户、组播源、接入交换路由器、广义交换路由器、普适组播服 务控制器的个数至少各为一个。
一种基于标识的组播路由实现方法，包括以下步骤
(1) 组播源向接入交换路由器ASR发送目的地址为MSI的组播数据，接 入交换路由器ASR收到该组播数据包后，向普适组播服务控制器迸行组播源 认证。若认证成功，则普适组播服务控制器为该组播源创建组播服务状态， 分配MSI和MGI的映射关系；否则，普适组播服务控制器拒绝为该组播源提 供服务；
(2) 组用户向接入交换路由器ASR发送组播服务注册请求进行MSI组播 服务的订购，普适组播服务控制器建立该节点的AID和MSI的服务订购关系；
(3) 组用户向接入交换路由器ASR发送组加入请求消息执行组播加入过
程；(4) 接入交换路由器ASR和普适组播服务控制器执行组播树构建过程；
(5) 组播源发送封装组播数据包给组用户所在的接入交换路由器ASR， 从而获取组播数据；
(6) 节点停止接收该组播数据时发送组离开请求消息，执行组播离开过
程；
(7) 普适组播服务控制器根据该消息进行组播路由更新和组成员关系 更新。
本发明的优点在于
本发明实现组播服务标识和组播组标识的分离，组播控制和组播数据传
输的分离，实现高效的组播服务，具体表现在
(1) 便于实现组播服务的源认证机制，保证了组播源数据的安全性；
(2) 实现基于节点接入标识的组播服务注册机制，保证了节点更换网络 接入位置后仍维持自己的组播业务状态；
(3) 基于接入标识的控制和基于路由标识的数据包转发相分离使得组 播业务在具备可管可控特点的同时，保证了高效的组播数据传输；
(4) 结合广义交换路由器ASR可以准确记录组用户的组播使用信息管 理，便于组播的部署与维护。


图1为现有技术实现组播路由的方法的示意图； 图2a为本发明实施例的系统结构示意图； 图2b为本发明基于标识组播路由方法流程图； 图3a、 3b为本发明实施例的组播标识状态空间； 图4为本发明实施例的一个组成员管理流程图； 图5为本发明实施例的一个组播加入流程图； 图6为本发明实施例的一个组播离开流程图； 图7为本发明实施例的一个组播树建立流程图。
具体实施例方式
本发明在接入网和核心网分别引入组播服务标识MSI和组播组标识 MGI，并引入普适组播服务控制器提供组成员管理、组播树构建、组播树优 化等功能。组成员管理包括收集和管理组成员关系，执行计费、安全等功能； 组播树构建是指基于组播成员关系构建组播转发树，并在组播树相关节点上 构建组播转发状态，实现组播数据的转发；组播树优化是指构建满足某一组 播QoS要求如带宽、时延、可扩展性的组播树，提供不同等级的组播服务。
下面通过实施例结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
如图2a所示，本发明实施例包括虚拟接入网20、虚拟核心网21、组 播源201、组用户202、接入交换路由器203、普适组播服务控制器211、广 义交换路由器212;
所述虚拟接入网20为用户提供基于接入标识AID的接入服务，虚拟接 入网可以包含但不限于以太网、WPAN、 WLAN、 WMAN、 WWAN;
所述虚拟核心网21为用户提供基于交换路由标识SRID的路由转发服
务；
所述组播源201提供基于组播服务标识的组播数据源，组播源201有若 干个，组播源201距离接入交换路由器至少为一跳；
所述组用户202用于接收基于组播服务标识的组播数据，组用户有若干 个，组用户202距离接入交换路由器至少为一跳；
所述接入交换路由器203负责收集记录接入网内的所有组用户202信息 并发送给普适组播服务控制器211;
所述广义交换路由器212建立基于组播组标识的组播数据路由并进行 组播数据转发；
所述普适组播服务控制器211负责建立组播转发树并向相应的ASR设备 203和GSR设备212发送建树消息和状态更新消息；
图2b为标识组播路由方法的流程图，主要包括以下操作流程(1) 组播源向接入交换路由器ASR发送目的地址为MSI的组播数据，接 入交换路由器ASR收到该组播数据包后，向普适组播服务控制器进行组播源 认证。若认证成功，则普适组播服务控制器为该组播源创建组播服务状态， 分配MSI和MGI的映射关系；否则，普适组播服务控制器拒绝为该组播源提 供服务；
(2) 组用户向接入交换路由器ASR发送组播服务注册请求进行MSI组播 服务的订购，普适组播服务控制器建立该节点的AID和MSI的服务订购关系；
(3) 组用户向接入交换路由器ASR发送组加入请求消息执行组播加入过
程；
(4) 接入交换路由器ASR和普适组播服务控制器执行组播树构建过程；
(5) 组播源发送封装组播数据包给组用户所在的接入交换路由器ASR，
从而获取组播数据；
(6) 节点停止接收该组播数据时发送组离开请求消息，执行组播离开过
程；
(7) 普适组播服务控制器根据该消息进行组播路由更新和组成员关系 更新。
如图3a所示，本发明实施例提出一种组播状态分离映射系统，提出组 播服务标识MSI状态空间31和组播组标识MGI空间30，实现组播服务标识 和组播组标识的分离，实现组播控制和组播数据传输的分离，实现高效的组 播服务；
所述组播状态分离映射系统包括组播服务标识状态空间31、组播组标 识状态空间30、接入交换路由器300和普适组播服务控制器310;
所述组播服务标识状态空间31采用MSI标识一个组播服务，至少代表 组播服务的范围、规模属性；
所述组播标识状态空间31中，将MSI通过某种算法计算出一个值作为 组密钥(公钥)加密组播数据；
1所述组播服务标识状态空间31中，釆用(AID/*， MSI)标识组播状态， 其中AID表示组播源的身份，MSI标识组播服务；
所述组播组标识状态空间30采用MGI —个组播转发结构，用于记录组 播源和组播接收者之间的拓扑关系，实现组播数据的转发；
所述组播组标识状态空间30采用(SRID/Hs MGI)标识组播状态，其屮 SRID表示组播源所在的ASR的SRID， MGI代表一种组播数据传输路径。
所述组播服务标识状态空间31和组播组标识状态空间30中，组播标识 状态至少包括记录组播状态MSIZMGI，组播上游接口列表和下游接口列表；
所述接入交换路由器300同时记录(SRID/f， MGI)标识组播状态和 (AID/*, MSI)标识组播状态；
所述普适组播服务控制器310构建MSI和MGI之间的映射关系，具体包 括一是一对一映射即由一个MSI映射到一个MGI。在这种模式下，当MSI和 MGI都采用IP地址时，可以兼容现有的组播技术，实现一体化组播与传统 组播的互联互通。二是一对多映射即一个MSI映射到多个MGI，在这种模式 下，可以为同一个组播服务构建多个组播转发路径，为用户提供不同等级的 组播服务保证。组播用户在加入某个组播服务时，至少根据自身的网络条件、 经济负担、实用偏好中的一种或若干中因素来构建(AID， MSI， MGIs)三元组， 实现一体化组播对异构用户的组播支持。三是多对一映射即多个MSI映射到 一个MGI，在这种模式下，通过将多个组播服务流量映射为一个组播传输路 径，从而减少核心网中路由器保存的组播状态个数，提高组播服务的可伸缩 性。
如图3b所述，组播数据包在两个空间映射关系时可以采用替换格式3bl 和封装格式3b2;
所述替换格式3bl将组播数据包头中的AID和MSI信息分别映射为SRID 和MGI;其中，AID表示用户的身份标识，MSI标识一个组播组；SRID是一 个路由标识，MGI是一个组播组标识；所述封装格式3b2将组播数据封装到SRID和MGI的净荷内，其中内层包 头3b21可以是AID，也可以是SRID;
如图4所示，本发明实施例提供一种组成员管理系统与方法，包括组用 户40，接入交换路由器ASR 41和普适组播服务控制器42;
所述组用户40包含消息发送单元401，该单元发送的消息402至少包 括组用户的AID和组播服务标识MSI;
所述接入交换路由器ASR 41包含消息处理单元411，该单元用于构建 (*/AID，MSI)组播标识状态412，并发送消息413给普适组播服务控制器 42，消息413至少包括组播用户的AID、MSI以及所在的ASR的SRID等信息；
所述接入交换路由器ASR 41记录其管理域内的组用户信息，至少包括 组用户AID，组播服务标识MSI，也可以包含组播QoS信息；
所述普适组播服务控制器42包括成员关系处理单元，主要用于组成员 管理，记录组播用户和组播组信息，实现基于用户AID的组安全机制，并根 据用户的加入和离开消息实施计费管理；
所述普适组播服务控制器42记录的信息至少包括用户的AID、 ASR的 SRID、 MSI和MGI信息，也可以包含组播QoS信息；
如图5本发明实例提供了一种组播加入流程，至少涉及到组用户50， 接入交换路由器51和普适组播服务控制器52;
本发明实例提供的组播加入流程包括以下步骤
S501，组用户50执行组播加入过程，发送加入消息，该消息至少包括 组用户的AID和组播服务标识MSI;
S511，接入交换路由器51捕获组用户发送的加入消息；
S512,接入交换路由器51检查是否存在(AID/*, MSI)状态，若存在则 转到S513，否则转到S514;
S513，接入交换路由器51判定接收到该加入消息的接口是否属于该状 态的下游接口集合，若则转到S516，否则转到S515;S514,接入交换路由器51创建(*， MSI)状态；
S515，接入交换路由器51将收到该加入消息的接口添加到该状态对应 的下游接口集合中；
S516，接入交换路由器51向普适组播服务控制器52发送加入消息，该 消息至少包括组用户的AID,组播服务标识MSI和接入交换路由器的SRID 信息；
S521，普适组播服务控制器52接收ASR转发过来的组用户加入消息；
S522，普适组播服务控制器52依据该加入消息记录组用户的组成员关 系，更新组播转发树，并触发计费、安全等功能；
S522，普适组播服务控制器52依据该加入消息记录组用户的组成员关 系，更新组播转发树，并触发计费、安全等功能；
S522，普适组播服务控制器52执行组播安全相关功能，认证组播消息
的完整性和可靠性；
S523，普适组播服务控制器52将组播服务标识MSI映射到组播组标识
MGI;
S524，普适组播服务控制器52更新组播成员关系信息； S525，普适组播服务控制器52更新计费信息和组播转发树； S526，普适组播服务控制器52发送状态更新消息给组播树上相关节点； S517，接入交换路由器51接收状态更新消息，该消息至少包括MSI和 MGI之间的映射关系；
5518, 接入交换路由器51创建或更新(*/SRID， MGI)状态；
5519, 接入交换路由器51创建或更新(*/AID， MSI)状态，转到S517; S520，接入交换路由器51根据(*/AID，MSI)的下游接口集合进行数据
转发；
如图6所示本发明实施例提出了一种组播离开流程，涉及实体包括组用 户60，接入交换路由器ASR 61和普适组播服务控制器62;所述一种组播离开流程包括如下步骤
S600，组用户60发送离开消息离开组MSI，该消息至少包含用户AID, 组播服务标识MSI;
S611，接入交换路由器61接收到该消息后将接收到该消息的接口从 (*/AID， MSI)状态的下游接口列表中删除；
S612，接入交换路由器转发离开消息给普适组播服务控制器，该消息至 少包括组用户的AID, ASR的SRID和组播服务标识MSI等信息；
S621，普适组播服务控制器接收到离开消息；
S622，普适组播服务控制器执行安全相关操作，保证消息的安全； S623，普适组播服务控制器更新组成员关系信息； S624，普适组播服务控制器更新计费信息，并更新组播转发树信息； S625，普适组播服务控制器发送状态更新消息给接入交换路由器ASR
61;
S613，接入交换路由器61收到状态更新消息后更新(*/SRID，MGI)状
态；
如图7本发明实施例提供一种组播树建立过程，包括如下步骤 S71，普适组播服务控制器根据记录的组成有信息形成MSI对应的ASR 的SRID集合；
S72，普适组播服务控制器MSI内每个ASR对组播QoS的要求信息用于 指导映射关系的建立；
S73，普适组播服务控制器收集其管理区域内的网络拓扑信息和路由可 达信息，可以采用现有的路由协议收集；
S74，普适组播服务控制器根据组播QoS等信息制定MSI到MGI的映射 关系，为兼容现有网络，MSI可以直接映射为MSI;为减少组播状态，可以 将多个MSI映射为一个MGI;为支持同一个MSI内多种异构的组用户，可以 讲一个MSI分别按照不同的QoS要求映射成多个MGI;S75，若MSI到MGI是一对一映射，则转到步骤S76;否则转到步骤S77; S76，普适组播服务控制器建立MSI到MGI之间的一对一映射关系，转 到步骤S710;
S77，若MSI到MGI是一对多映射，则转到步骤S78，否则转到步骤S711;
S78，普适组播服务控制器根据组播QoS信息将MSI内的ASR划分为多 个子集，每个子集分配不同的MGI;
S79，普适组播服务控制器建立一个MSI到多个MGI之间的映射关系；
S710，普适组播服务控制器为每个MGI选择一个树根，树根可以是组播 源连接的ASR或者是选定的ASR/GSR，转到步骤S713;
S711,普适组播服务控制器根据QoS信息将多个MSI的ASR集合合并为
一厶隹厶.
I朱n ;
S712，普适组播服务控制器建立多个MSI到一个MGI的映射关系，转到 S710;
S713，普适组播服务控制器为每个MGI建立从树根到ASR集合内每个节 点之间的组播转发路径；
S714，普适组播服务控制器根据生成的组播转发路径生成组播树建立消 息并发送给组播树上相关节点；
S715，组播树上相关节点收到消息后建立相应的组播状态信息，实现组 播数据的转发；
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式
，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可 轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1、一种基于标识的组播路由实现系统，其特征在于，包括组用户，用于接收基于组播服务标识的组播数据，距离接入交换路由器至少为一跳；组播源，用于提供基于组播服务标识的组播数据源，距离接入交换路由器至少为一跳；接入交换路由器，用于负责收集记录接入网内的所有组用户信息并发送给普适组播服务控制器；广义交换路由器，用于建立基于组播组标识的组播数据路由并进行组播数据转发；普适组播服务控制器，负责建立组播转发树并向相应的接入交换路由器和广义交换路由器发送建树消息和状态更新消息；所述组用户、组播源、接入交换路由器、广义交换路由器、普适组播服务控制器的个数至少各为一个。
2、 根据权利要求1所述的一种基于标识的组播路由实现系统，其特征 在于所述的接入交换路由器、组用户形成组播服务标识状态空间，所述的 普适组播服务控制器、接入交换路由器、广义交换路由器形成组播组标识状 态空间。
3、 根据权利要求2所述的一种基于标识的组播路由实现系统，其特征 在于所述的组播服务标识状态空间用MSI标识一个组播服务，用于代表组 播服务的范围、规模属性，MSI通过密钥加密算法计算出一个值作为组密钥 加密组播数据，且所述组播服务标识状态空间采用AID/*， MSI标识组播状 态，其中AID表示组播源的身份，MSI标识组播服务；所述的组播组标识状态空间采用MGI表示一个组播转发结构，用于记录 组播源和组播接收者之间的拓扑关系，实现组播数据的转发，采用SRIDA， MGI表示组播状态，其中SRID表示组播源所在的ASR的SRID， MGI代表一种组播数据传输路径。
4、 根据权利要求3所述的一种基于标识的组播路由实现系统，其特征 在于所述的标识组播状态包括记录组播状态MSI/MGI，组播上游接口列表和下游接口列表。
5、 根据权利要求1所述的一种基于标识的组播路由实现系统，其特征 在于所述的组用户，接入交换路由器ASR和普适组播服务控制器形成组成员管理单元，所述组用户包含消息发送单元，该单元发送的消息至少包括组用户的AID和组播服务标识MSI;所述的接入交换路由器ASR记录其管理域内的组用户信息，包括组用户 AID,组播服务标识MSI，组播QoS信息，消息处理单元，所述的消息处理 单元用于构建VAID， MSI组播标识状态，并发送消息给普适组播服务控制器， 所述的发送消息至少包括组播用户的AID、MSI以及所在的ASR的SRID信息；所述普适组播服务控制器包括成员关系处理单元，主要用于组成员管 理，记录组播用户和组播组信息，实现基于用户AID的组安全机制，并根据用户的加入和离开消息实施计费管理；所述普适组播服务控制器记录的信息至少包括用户的AID、ASR的SRID、MSI和MGI信息，组播QoS信息；
6、 一种如1至5任一权利要求所述的基于标识的组播路由系统的组播 路由实现方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 组播源向接入交换路由器ASR发送目的地址为MSI的组播数据，接 入交换路由器ASR收到该组播数据包后，向普适组播服务控制器进行组播源 认证；若认证成功，则普适组播服务控制器为该组播源创建组播服务状态， 分配MSI和MGI的映射关系；否则，普适组播服务控制器拒绝为该组播源提 供服务；(3) 组用户向接入交换路由器ASR发送组加入请求消息执行组播加入过程；(4) 接入交换路由器ASR和普适组播服务控制器执行组播树构建过程；(5) 组播源发送封装组播数据包给组用户所在的接入交换路由器ASR， 从而获取组播数据；(6) 节点停止接收该组播数据时发送组离开请求消息，执行组播离开过程；(7) 普适组播服务控制器根据该消息进行组播路由更新和组成员关系 更新。
7、 一种如权利要求6所述的基于标识的组播路由系统的组播路由实现 方法，其特征在于所述普适组播服务控制器构建MSI和MGI之间的映射关 系，包括a. —对一映射即由一个MSI映射到一个MGI;b. —对多映射即一个MSI映射到多个MGI，在这种模式下，为同一个组 播服务构建若干个组播转发路径，为用户提供不同等级的组播服务保证；组 播用户在加入某个组播服务时，根据自身的网络条件、经济负担、实用偏好 中的一种或若干种因素预设服务等级来构建AID， MSI， MGIs三元组；c. 多对一映射即若干个MSI映射到一个MGI，在这种模式下，通过将若干个组播服务流量映射为一个组播传输路径。
8、 一种如权利要求7所述的基于标识的组播路由系统的组播路由实现 方法，其特征在于所述的MSI和MGI映射时的组播数据包采用替换格式或 封装格式；所述替换格式将组播数据包头中的AID和MSI信息分别映射为SRID和 MGI;其中，AID表示用户的身份标识，MSI标识一个组播组；SRID是一个 路由标识，MGI是一个组播组标识；所述封装格式将组播数据封装到SRID和MGI的净荷内，其中内层包头3b21是AID或SRID中的一种。
9、 一种如权利要求6所述的基于标识的组播路由系统的组播路由实现 方法，其特征在于所述的组播加入过程包括以下步骤(1) 组用户执行组播加入过程，发送加入消息，该消息至少包括组用 户的AID和组播服务标识MSI;(2) 接入交换路由器捕获组用户发送的加入消息；(3) 接入交换路由器检査是否存在AIDA，MSI状态，若存在则转到步 骤13，否则转到步骤14;(4) 接入交换路由器判定接收到该加入消息的接口是否属于该状态的 下游接口集合，若则转到步骤16，否则转到步骤15;(5) 接入交换路由器创建*， MSI状态；(6) 接入交换路由器将收到该加入消息的接口添加到该状态对应的下 游接口集合中；(7) 接入交换路由器向普适组播服务控制器发送加入消息，该消息至 少包括组用户的AID，组播服务标识MSI和接入交换路由器的SRID信息；(8) 普适组播服务控制器接收ASR转发过来的组用户加入消息；(9) 普适组播服务控制器依据该加入消息记录组用户的组成员关系， 更新组播转发树，并触发计费、安全功能；(10) 普适组播服务控制器依据该加入消息记录组用户的组成员关系， 更新组播转发树，并触发计费、安全功能；(11) 普适组播服务控制器执行组播安全相关功能，认证组播消息的完 整性和可靠性；(12) 普适组播服务控制器将组播服务标识MSI映射到组播组标识MG丄；(13) 普适组播服务控制器更新组播成员关系信息；(14) 普适 播服务控制器更新计费信息和组播转发树；(15) 普适组播服务控制器发送状态更新消息给组播树上相关节点；(16) 接入交换路由器接收状态更新消息，该消息至少包括MSI和MGI 之间的映射关系；(17) 接入交换路由器创建或更新VSRID， MGI状态；(18) 接入交换路由器创建或更新*/^10， MSI状态，转到17;(19) 接入交换路由器根据^AID，MSI的下游接口集合进行数据转发。
10、 一种如权利要求6所述的基于标识的组播路由系统的组播路由实现方法，其特征在于所述组播树构建过程，包括如下步骤(1) 普适组播服务控制器根据记录的组成有信息形成MSI对应的ASR 的SRID集合；(2) 普适组播服务控制器MSI内每个ASR对组播QoS的要求信息用于指导映射关系的建立；(3) 普适组播服务控制器收集其管理区域内的网络拓扑信息和路由可 达信息，可以采用现有的路由协议收集；(4) 普适组播服务控制器至少根据组播QoS信息制定MSI到MGI的映 射关系，为兼容现有网络，MSI可以直接映射为MSI;为减少组播状态，将 若干个MSI映射为一个MGI;为支持同一个MSI内异构组用户，将一个MSI 分别按照不同的QoS要求映射成若干个MGI;(5) 若MSI到MGI是一对一映射，则转到步骤S76;否则转到步骤7;(6) 普适组播服务控制器建立MSI到MGI之间的一对一映射关系，转 到步骤10;(7) 若MSI到MGI是一对多映射，则转到步骤S78，否则转到步骤ll;(8) 普适组播服务控制器根据组播QoS信息将MSI内的ASR划分为若 干个子集，每个子集分配不同的MGI;(9) 普适组播服务控制器建立一个MSI到若干个MGI之间的映射关系；(10) 普适组播服务控制器为每个MGI选择一个树根，树根是组播源连接的ASR或者是选定的ASR/GSR，转到步骤13;(11) 普适组播服务控制器根据QoS信息将若干个MSI的ASR集合合并 为一个集合；(12) 普适组播服务控制器建立若干个MSI到一个MGI的映射关系，转 到步骤10;(13) 普适组播服务控制器为每个MGI建立从树根到ASR集合内每个节 点之间的组播转发路径；(14) 普适组播服务控制器根据生成的组播转发路径生成组播树建立消 息并发送给组播树上相关节点；(15) 组播树上相关节点收到消息后建立相应的组播状态信息，实现组 播数据的转发。
11、 一种如权利要求6所述的基于标识的组播路由系统的组播路由实现 方法，其特征在于所述的组播离开流程包括以下步骤(1) 组用户发送离开消息离开组MSI，该消息至少包含用户AID，组播 服务标识MSI;(2) 接入交换路由器接收到该消息后将接收到该消息的接口从订AID, MSI状态的下游接口列表中删除；(3) 接入交换路由器转发离开消息给普适组播服务控制器，该消息至少 包括组用户的AID， ASR的SRID和组播服务标识MSI信息；(4) 普适组播服务控制器接收到离开消息；(5) 普适组播服务控制器执行安全相关操作，保证消息的安全；(6) 普适组播服务控制器更新组成员关系信息；(7) 普适组播服务控制器更新计费信息，并更新组播转发树信息；(8) 普适组播服务控制器发送状态更新消息给接入交换路由器ASR;(9) 接入交换路由器收到状态更新消息后更新VSRID,MGI状态。
全文摘要
本发明涉及一种基于标识的组播路由实现系统及其方法，实现系统至少包括组用户，接入交换路由器，普适组播服务控制器和广义交换路由器等设备，实现组播用户的成员管理，计费管理和安全相关功能；本发明包括一种组成员管理方法，记录组播用户和组播组信息，提供组播计费功能和组播安全机制；一种组播加入和离开方法，涉及组用户的组成员关系，计费，安全等，用于控制组播树的更新与维护；一种组播树构建方法，采用普适组播服务控制器进行集中建树，实现组播数据在核心网内的传输。
文档编号H04W4/06GK101631274SQ20091008992
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者于展琦, 关建峰, 延志伟, 张宏科, 鹏 肖, 帅 郜 申请人:北京交通大学