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WiMAX与移动流媒体业务新日

发布时间:2020-01-15 16:23:15 阅读: 来源:电磁炉厂家

移动流媒体业务目前主要是利用2.5G或3G的移动网络,为手机终端提供音频、视频的流媒体服务。3GPP等标准化组织很早就开展了移动流媒体的应用研究工作,并已经制定了相应的标准。目前,在3GPP体系结构中主要定义了适合于单播模式的PSS(packet switched streaming service)流媒体业务模型,以及组播/广播模式的MBMS(multicast broadcast multimedia service)模型。3GPP最早在Release 4中提出了PSS标准的单播模式流媒体业务模型。在该模型中,终端通过RTSP(real-time streaming protocol)信令建立流媒体会话,通过RTP协议承载媒体数据。3GPP Release 6开始制订组播/广播(MBMS)模式下的流媒体业务模型,现在有关组播/广播的标准仍在完善中。

通过WiMAX网络承载流媒体业务,可以采用与现有的移动流媒体网络模型相结合的方式。以下将对两种基于WiMAX的流媒体业务模型单播和组播/广播模式分别讨论。

单播流媒体业务

*网络模型

单播流媒体业务可以采用与3GPP PSS架构类似的模型,将WiMAX网络与PSS模型的功能实体相结合的方式。如图1所示,WiMAX端到端的移动流媒体系统主要包括:流媒体终端、WiMAX移动接入网、IP核心网络、内容缓冲服务器、流媒体内容服务器,以及提供辅助功能的用户信息服务器(管理用户特定的服务信息,终端设备能力等)、门户网站服务器、DRM(Digital Right Management,数字版权管理)服务器等。WiMAX接入网包括BS(Base Station)和AGW(Access Gateway)等网络实体。IP核心网络还包括移动IP中本地代理HA(Home Agent)网络单元,以支持AGW间的移动性管理,AGW完成移动IP中外部代理FA(Foreign Agent)的功能。

流媒体内容服务器、缓冲服务器是流媒体服务的核心单元,负责流媒体会话的管理和媒体的播放。内容服务器提供了流媒体业务的平台,主要完成了媒体内容的编辑、保存、格式转换等功能。缓冲服务器用于在媒体内容播放时,从内容服务器获取内容数据,并通过一定的缓存机制,来减小网络传输资源变化对业务的影响。

RTSP协议用来在媒体服务器和用户终端之间完成媒体会话建立、释放和会话控制等功能。RTSP是一个应用层的协议,在RTSP协议中,SDP(Session Description Protocol)字段被用来描述媒体相关的信息,如媒体类型、带宽等参数。媒体数据流承载在RTP协议上,RTCP用来反馈媒体数据的传输质量。

流媒体业务架构允许采用速率适应的方式,来适应网络传输资源的变化。服务器端可以根据终端提供的反馈信息,动态地调整媒体传输速率,以平滑无线质量变化和网络传输时延对业务造成的影响。从而尽可能最大程度地利用可用的资源,为用户提供一种不间断的服务,使用户获得最好的服务质量。速率适应的功能一般可以位于缓存服务器中,与缓存机制相结合,控制媒体数据的播放速率。

*服务建立和释放

实时的流媒体业务要求一定的服务质量保证,需要在会话建立过程中,在WiMAX网络中建立相应的承载资源。IEEE802.16d和802.16e标准定义了WiMAX空中接口的QoS机制,不同的业务承载可以通过一组服务流参数来标识,服务流是指由一组QoS参数标识的MAC层的数据流承载。对于实时的流媒体业务,适合在rtPS(real-time polling service)类型服务流上承载,rtPS适用于实时可变速率的业务,能够提供速率和时延保证。

WiMAX网络中无线承载的建立通常可分为终端发起和网络侧发起两种方式:终端发起的方式,通过DSA(dynamic service addition)过程发起服务流的建立,触发接入网建立相应的QoS承载;网络侧发起的方式,核心网络应用层发起QoS协商,发消息给接入网,请求建立承载资源。由于终端发起的方式需要终端应用层与MAC层之间存在接口,而网络侧发起的方式,则需要媒体服务器根据接收到的RTSP消息,触发接入网发起资源建立,但目前相应的网络侧标准还没有制订。不过由于网络侧发起的方式不需要终端提供特殊的支持,目前被多数厂家采用作为动态建立QoS承载的方式。通常IETF中定义的COPS或DIAMETER等QoS授权协议,可以被用来进行接入网和应用网络之间的QoS协商,但厂家在COPS或DIAMETER协议实现上会有些不同。

*移动性管理

WiMAX技术支持移动性,允许用户在移动过程中进行流媒体业务。用户在移动过程中,会引起接入点BS的切换。用户的移动可以分为AGW内(Intra-AGW)和AGW间(Inter-AGW)的切换两类。Inter-AGW的切换,需要通过移动IP协议,将HA到原AGW的用户面隧道切换到新的AGW。为减少切换对业务时延和丢包的影响,减少复杂的信令交换,在实时流媒体业务进行过程中,应只进行Intra-AGW的切换,而避免Inter-AGW的切换对业务造成的影响。只在实时业务结束后,移动终端才切换到新的AGW上。用户移动到新的BS,空口的无线资源需要重新建立。

在切换过程中,终端用户的无线连接有一个短暂中断。在简单移动的场景下(移动速率大于60公里/小时,小于120公里/小时),对于BS间的切换,无线连接中断的时间大约在110~160毫秒之间。为减少切换过程的丢包,终端用户可以在切换开始执行前,通过信令通知媒体服务器降低发送速率,在切换完成后,再通知媒体服务器增加发送速率。

组播/广播流媒体业务

*网络模型

在WiMAX中,组播/广播业务通常被称为MBS(multicast broadcast service)。MBS条件下的流媒体服务与单播方式不同,不需要为每个用户建立专门的承载资源,各用户通过公共的承载接入服务。业务的建立方式也不同,不需要单播模式下的端到端的应用层信令(RTSP)。

在WiMAX接入网中,通过公共的无线连接来承载MBS业务。802.16e定义了两种MBS接入方式:单BS接入和多BS接入。单BS方式,组播/广播在每个BS内独立进行,承载MBS数据的无线连接CID(Connection Identifier),以及与该连接对应的安全关联参数SA(Security Association)在BS内对所有的用户相同。多BS方式,一组BS组成一个MBS区(MBS Zone),在同一MBS区内,各个BS同步发送组播/广播数据,用同样的CID和SA承载MBS数据。用户终端从BS的广播信息中,获取MBS区的信息。一个BS可以同时属于多个MBS区。

多BS方式下,为提高接收性能,可以采用宏分集的方式。该方式要求在相同的时刻,同一MBS区的BS采用相同的频率、符号、子信道、调制方式同步发送相同的数据,这使得用户终端可以从多个BS同时接收MBS数据,因此提高了接收可靠性和接收质量。BS间实现宏分集发送需要一个MBS服务器集中调度,规范没有给出实现这一服务器的位置,留给厂家根据具体的实现来决定。

为支持MBS业务,WiMAX接入网需要提供组播/广播代理的功能,该代理功能可以位于AGW内,AGW维护每个组播/广播组内的用户列表,并负责向用户转发组播/广播数据。

*服务建立与释放

对于组播/广播业务,用户可以通过HTTP、小区广播等方式,获取媒体类型和带宽、服务开始时间、以及组播地址等与服务相关的信息。此外,WiMAX接入网与组播/广播服务器之间需要一定的信令交换过程,来控制媒体的播放过程。但目前标准还没有定义接入网与服务器之间的这一接口。

对于组播/广播业务,允许用户在服务开始后的任何时候加入。对于组播业务,可以采用如下的过程建立服务承载:当用户准备开始接收组播业务时,首先通知网络侧,请求加入由组播地址标识的特定组播业务。用户可以通过IGMP信令通知AGW,AGW根据用户请求的组播地址,通知BS建立与请求的业务相对应的组播服务流。BS通过DSA过程,将承载组播服务的无线连接标识、安全参数、MBS区的标识(针对多BS模式),以及QoS参数通知给用户。DSA过程结束后,用户终端可以通过监听广播信道,从MBS-MAP广播消息中获取组播数据开始的时间等信息,并在对应的时刻在组播承载上接收数据。会话结束,用户仍然通过IGMP信令通知AGW,要求退出组播服务。AGW负责更新相关的MBS上下文。对于广播业务,WiMAX接入网可以在组播/广播服务开始的时候,建立相应的无线承载。用户则在需要的时候通过DSA过程,获取广播服务相关的服务流信息。同样地,用户终端根据MBS-MAP消息指定的时刻在相应的广播承载上接收数据。

*移动性管理

MBS业务也支持用户的移动性。对于多BS方式,MS在同一MBS区内移动时,切换到新的BS,不需要重新建立MBS服务流,即在同一MBS区移动的过程,对用户和网络是透明的。仅当用户移动到新的MBS区时,才需要重新建立MBS服务流,以获取新MBS区使用的CID和SA。同时,需要通知网络侧用户MBS区的改变,以更新网络侧该用户的MBS上下文。移动用户可以从BS的广播信息中获得MBS区的标识。

结束语

WiMAX可以为流媒体业务提供足够高的带宽,开展流媒体业务会成为推广WiMAX技术的有效手段。在WiMAX网络运营的初期,用户量不大的条件下,采用单播的方式,基本上就能满足对流媒体业务的运营需求。但从长期角度看,用户量增加后,采用MBS的方式更能节省网络资源,提高系统的容量,但需要进一步完善现有的网络架构和标准,以适应MBS业务的需要。

WiMAX技术提供了灵活的QoS机制,通过与现有网络技术的有效结合,能够方便地开展多种IP多媒体业务。目前WiMAX的网络标准仍然不够完善,对互联互通造成了一定的困难,WiMAX标准组织正致力于这方面的研究。随着标准的不断完善,WiMAX应用技术一定会受到用户的青睐,得到广泛的应用。

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