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1、(10)申请公布号 CN 102714835 A (43)申请公布日 2012.10.03 C N 1 0 2 7 1 4 8 3 5 A *CN102714835A* (21)申请号 201080060529.2 (22)申请日 2010.01.04 H04W 36/24(2006.01) (71)申请人汤姆森特许公司 地址法国伊西莱穆利诺 (72)发明人陈剑峰 李钧 史云涛 廖宁 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人吕晓章 (54) 发明名称 无线网络中组播和广播服务的切换方法 (57) 摘要 本发明提供了一种无线网络中移动站从服务 基站向目标基站进行切换的方法，所。
2、述移动站通 过组播或广播连接从服务基站接收数据包。所述 方法在移动站包括下述步骤：当检测到移动站中 缓存的数据包的数量低于第一阈值时，与所述服 务基站建立单播连接以从所述服务基站接收数据 包；并且在检测到缓存的数据包数量达到预定阈 值时，进行从所述服务基站向目标基站的切换。根 据本发明，可以实现提供组播和广播服务（MBS服 务）的无线网络中的移动站的无缝切换。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.07.04 (86)PCT申请的申请数据 PCT/CN2010/000003 2010.01.04 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/079478 EN 2011.07.07 (51。
3、)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 5 页 1/1页 2 1.一种无线网络中移动站从服务基站向目标基站进行切换的方法，所述移动站通过组 播或广播连接从服务基站接收数据包，所述方法在移动站包括下述步骤： 当检测到移动站中缓存的数据包的数量低于第一阈值时，与所述服务基站建立单播连 接以从所述服务基站接收数据包；并且 在检测到缓存的数据包数量达到预定阈值时，进行从所述服务基站向目标基站的切 换。 2.根据权利要求1所示方法，其中根据无线网络的网络延迟抖动信息和无线网络中的 移动站。
4、的平均切换时间确定所述第一阈值。 3.根据权利要求2所示方法，还包括接收包含无线网络的网络延迟抖动信息和无线网 络中的移动站的平均切换时间的消息的步骤，所示消息在所述无线网络中广播。 4.根据权利要求13其中之一所述方法，其中从内容服务器向所述服务基站提供所 述数据包。 5.根据引用权利要求3的权利要求4所示方法，其中所述消息由所述内容服务器在所 述无线网络中广播。 6.根据权利要求4所述方法，还包括在检测到服务基站的缓存数据包低于第二阈值时 增加从所述内容服务器向所述服务基站的数据速率的步骤。 7.根据权利要求6所述方法，其中根据所述无线网络的网络延迟抖动信息和无线网络 中移动站的平均切换时。
5、间确定所述第二阈值。 8.根据权利要求1所述方法，还包括在检测到缓存的数据包达到预定阈值时结束所述 单播连接的步骤。 9.根据权利要求1所述方法，其中所述数据包用于组播和广播服务。 权 利 要 求 书CN 102714835 A 1/7页 3 无线网络中组播和广播服务的切换方法 技术领域 0001 本发明总体上涉及无线网络中的组播和广播服务（MBS）。具体而言，本发明涉及一 种无线网络中接收MBS数据的移动站在基站之间进行切换的方法。 背景技术 0002 MBS是一种点对多点的服务，通过共用无线信道将数据从服务源传输至多个接收 器。IEEE802.16e-2005标准定义了移动WiMAX（全球。
6、互通微波存取）网络中的MBS，其可以 实施为一种提供移动电视或视频点播服务（VOD）的有效方式。 0003 根据IEEE802.16e标准中的定义，可以通过在下行链路帧中构建单独的区域而支 持多基站MBS。 0004 图1是现有技术中无线网络中的多基站MBS的网络结构的示意图。如图1所示，用 于提供MBS的系统包括内容池（content pool）、MBS控制器、多个基站（此实例中为3个基 站，即BS1、BS2和BS3）和多个移动站。MB S控制器向所述多个基站提供来自内容池的MBS 数据并进行移动站的认证以及分配用于MBS的密钥。所述多个基站为所述多个移动站提供 从骨干网络通过公共空气接口传。
7、输的MBS数据。所述多个移动站从其连接的服务基站接收 MBS数据。 0005 对于多基站MBS的接入模式，采用了具有灵活期间的MBS区域的单频网络（SFN）， 以将无线资源可伸缩地分配至MBS流量。每个基站能够提供属于同一MBS区域的MBS，在一 个MBS区域中，具有相同连接标识符（CID）和相同安全关联（SA）的一组基站用于传输某个 服务流的内容。SFN中的多基站MBS在漫游过程中不需要移动站与新的基站注册，这可以降 低切换时延和服务中断。 0006 为了使移动站能从多个基站接收MBS，需要在这些基站之间严格地同步MBS。但 是，由于下面四个限制，很难在多个基站之间进行MBS同步：相同的分组。
8、数据单元（PDU）和 CID分配；相同的正交频分多址（OF DMA）帧；相同的OFDMA数据区；和相同的信道编码方案。 0007 除了内容同步的总开销（例如分类、分块和集中调度函数）之外，在SFN中部署MBS 有下面的缺点： 0008 （1）浪费MBS带宽 0009 一旦创建了MBS区域，在一个基站中启动的组播服务应当延伸至属于相同MBS区 域的全部基站。显然，对于具有位于小量基站内的有限订户的某些非常用节目，在没有此节 目的订户的小区（cell）中，带宽将被浪费。 0010 （2）多个基站之间的链路适配不灵活 0011 由于反馈信道维护带来的大量开销，进行单基站接入的MBS的链路适配是很具挑。
9、 战性的任务。因为订户分布具有很大的变化，几乎没有可能在多基站之间进行链路适配。因 此，传统方法忽略链路适配并选择对于MBS最鲁棒性（固定）的调制和编码方案。缺点在于， 由于低等级的调制和编码方案的交叉频谱效率，系统应用将减少很多。 0012 （3）对于单播服务的影响 说 明 书CN 102714835 A 2/7页 4 0013 通常，MBS将覆盖部分下行子帧。在WiMAX系统中，在具有从移动站发出的流量时， 基站需要为该移动站分配上行传输机会。因为受到在相同频带运行的相邻基站的无法预知 的干扰，在SFN中基站很难为单播服务分配符号和子信道。如图1所示，在骨干网中相邻基 站BS1、BS2和B。
10、S3之间存在重叠区域。对于位于这些重叠区域中的移动站，与其服务基站 之间往来的单播服务的传输不可避免地受到相邻基站的区域中单播流量的干扰。因此，整 体系统可用性将受到影响。 0014 多频网络（MFN）是用于多基站接入的另外一种方案。虽然MFN可以克服SFN的 上述缺点，但其独特的问题是移动站从一个基站向另一个基站变换时不确定的切换处理时 间。在这种情况下，移动站需要结束与服务基站的现有连接，进行网络进入程序并与新基站 重新建立服务连接。因为内容同步并非MSN环境中的强制要求，即使内容源通过骨干网来 自相同MBS控制器，MBS控制器与每个基站之间的延迟可能是不同的。因此，WiMAX网络中 的M。
11、BS切换需要考虑下面两个问题： 0015 （1）最小化用于切换的变换时间 0016 （2）最小化服务中断 0017 对于问题（1），在IEEE802.16e标准中已经定义了某些机制来减小变换时间。例 如，根据一种机制，如果一个移动站以前已经从其服务基站接收到过相邻的广告消息，其可 以获取包括候选目标基站的ID、物理频率和下行/上行信道描述在内的信息。因此，能够以 迅速的方式获得与目标基站的同步。另外，如果目标基站可以通过骨干网从服务基站获取 移动站的信息，从而跳过认证和注册阶段，这样可以缩短网络再次进入过程。 0018 对于问题（2），在IEEE802.16e标准中没有提到用于数据和服务一体性。
12、的方法。移 动站在进行切换过程之前必须中断与服务基站的连接。没有为基站定义函数模块以支持 MFN模式下的无缝切换。 0019 移动WiMAX网络中的MBS的完整信息可以从IEEE802.16e标准中获得。 0020 总而言之，IEEE802.16e标准中的当前定义利用SFN进行多基站接入之间的组播 和广播服务。但是，这种方法不但带来了相同MBS区域中分组的基站之间的内容和帧同步 的大量总开销，还导致了单播服务的带宽浪费和效率降低。相反，上述MFN能够减小用于内 容同步的总开销并使小区边界和重叠区域内对于单播服务的干扰最小化。但是，MFN的主 要问题是在从一个基站向另一个基站变换时在切换过程中可。
13、能发生的服务中断。 0021 因此，需要解决用于MFN中多基站接入的高效和无缝隙MBS切换内定问题。 发明内容 0022 根据本发明的一个方面，提供了一种无线网络中移动站从服务基站向目标基站进 行切换的方法，所述移动站通过组播或广播连接从服务基站接收数据包。所述方法在移动 站包括下述步骤：当检测到移动站中缓存的数据包的数量低于第一阈值时，与所述服务基 站建立单播连接以从所述服务基站接收数据包；并且在检测到缓存的数据包数量达到预定 阈值时，进行从所述服务基站向目标基站的切换。 附图说明 0023 通过结合附图对本发明进行的详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优点 说 明 书CN 102714。
14、835 A 3/7页 5 将得到更好的理解，其中： 0024 图1是现有技术中在多个基站上进行MBS的网络结构的示意图； 0025 图2是WiMAX网络中MBS服务流的实例的示意图； 0026 图3是根据本发明实施方式的MBS的切换操作的流程图； 0027 图4是图3所示的切换操作的详细流程图； 0028 图5是根据本发明实施方式的两个未同步的用于回放的MBS节目之间的缓存器分 析的示意图；和 0029 图6是根据本发明实施方式的MBS控制器的源数据速率控制方法的流程图。 具体实施方式 0030 下面将对本发明的实施方式的各个方面进行说明。为了说明的目的，下面将对具 体结构和细节进行详述以使本。
15、发明得到更好的理解。但是，本领域普通技术人员可以理解， 本发明也可以不采用本文中的细节进行实施。 0031 图2示出了采用图1所示网络结构在WiMAX网络中提供MBS的MBS服务流的实例， 其中MBS数据（在本实例中为电视节目）从MBS控制器传输至网络中的三个基站BS1、BS2和 BS3。如图2所示，第一基站BS1具有最短的网络延迟，第三基站BS3具有最长的网络延迟。 网络延迟的变化是由骨干网中不同传输路径和各个基站的不同队列长度造成的。 0032 可以采用某些现有协议来传输关于网络延迟的信息。例如，可以使用实时传输控 制协议（RTCP）来收集关于对每个基站的会话质量的端对端信息。所需信息，例。
16、如第一包系 数、当前队列深度和最大可用队列长度，可以封装在RTCP包的接收器报告中。由于MBS控制 器是MBS节目的惟一源点，通过比较不同队列之间的第一包系数，内容类型和标准回放率 是已知的。可以定期地监控全部基站中或者相邻基站之间的网络延迟抖动（network delay jitter）。 0033 考虑到切换时间消耗的变化，成功完成切换的每个基站将在与目标基站注册过程 中报告其切换时间消耗和先前的服务基站。因此，基站可以收集平均/最大/最小切换间 隔等信息，并定期地向MBS控制器报告。MBS控制器通过控制消息将时间相关的信息与网络 延迟抖动一起进行广播以使每个基站得到更新。与此同时，MBS。
17、控制器将计算基站的队列 长度的底线。下面是用于计算的公式之一： 0034 Q.bottom=e*(T.jitter+T.ho)*R.service 0035 其中e是用来校正估计错误的指数，R.service是平均发送速率，T.jitter是相邻 基站之间的缓存数据的时间差的估计，T.ho是相邻基站之间的估计切换时间。 0036 下面的表I和II显示了第一基站BS 1的项目定义和样本实例。 0037 表I 说 明 书CN 102714835 A 4/7页 6 0038 0039 表II 0040 0041 可以理解，在表I中，正数的抖动数值表示服务流具有比相邻基站中的服务流具 有较高的网络延迟。
18、，而负的数值表示服务流具有较低网络延迟。 0042 应当指出，在接入网络中，基站可以在从相邻基站接收到平均切换时间消耗信息 之后将上述信息转发至每个移动站。 0043 图3是根据本发明实施方式的移动站MBS切换过程的流程图。 0044 如图3所示，移动站从其服务基站向目标基站进行切换的过程包括下述步骤： 0045 （1）相邻基站探测 0046 移动站将扫描一个或多个其相邻基站以确定从其服务基站进行切换的适当 性。服务基站可以预先设定扫描间隔时间或者休眠间隔时间以进行小区重选（cell reselection）。 0047 （2）切换决定和发起 0048 移动站将通过请求和应答消息交换与服务基站。
19、进行握手，以通知服务基站其切换 决定。 0049 （3）备用数据请求 0050 移动站将其本地数据缓存长度与网络延迟抖动与平均切换时间消耗的和的数值 （T.jitter+T.ho）进行比较。如果在此数值的时间段内没有足够的数据使用，则移动站将向 服务基站发送数据请求，以通过单播传输请求某个数量的备用数据。作为了一个实例，可以 采用下述公式计算备用数据： 0051 Q.request=f*(T.jitter+T.ho)-B.local 0052 其中f是用来校正数值的估计错误的指数，B.local是移动站的缓存长度。 说 明 书CN 102714835 A 5/7页 7 0053 可以将备用数据。
20、请求指示为切换前的紧急请求，从而移动站能够以较高优先权获 得数据传输。在请求的数据传输结束之后可以立即结束单播连接。 0054 （4）切换指示 0055 在接收到请求的数据之后，移动站将向服务基站发送指示以结束与移动站的相应 MBS连接。 0056 （5）与目标基站的同步 0057 移动站将选择目标基站其中之一进行协商和同步。 0058 （6）网络进入过程 0059 移动站将通过网络进入过程进入新基站的MBS服务，该网络进入过程例如可以包 括参数获取、测距、认证、注册、IP和服务连接创建。 0060 在上述步骤中，步骤1、2、4、5和6是标准中已有的例行切换操作，而步骤3是新加 入的（在图3中。
21、用虚线表示）。步骤3的目的是在移动站的本地缓存器中插入适当数量的备 用数据包。移动站可以在通常的切换过程中利用所述备用数据包进行回放以降低服务中断 的可能性。 0061 图4是基于上述解释的切换过程的详细流程图。 0062 如图4所示，在步骤S401，移动站最初从第一基站BS1接收MBS数据包，在此情况 下BS1是服务基站。 0063 在随后的步骤S403，移动站扫描相邻的基站并进行小区选择。 0064 在随后的步骤S405，移动站将判断是否进行切换。 0065 如果步骤S405的结果为“否”，则方法返回步骤S401，移动站将继续从第一基站接 收MBS。如果步骤S405的结果为“是”，方法进入。
22、下一步骤S407，移动站将向目标基站发送 MOB_MSHO_REQ消息，MOB_MSHO_REQ消息是IEEE802.16e标准中定义用来请求切换。 0066 在随后的步骤S409，移动站将从第二基站BS2接收HO RSP消息并对该请求进行应 答。HO_RSP消息也定义在IEEE802.16e标准中。 0067 在随后的步骤S411，移动站将其缓存器中的MBS数据包的数量与一个基于延迟抖 动和切换时间的阈值进行比较，并且在步骤S412中判断本地缓存数据是否足以进行切换。 0068 如果在步骤S412中判断本地缓存MBS数据不足以进行所述切换（所述数量低于所 述阈值），该方法进入下一步骤S413。
23、，其中移动站将通过单播连接从第一基站BS1请求并接 收备用MBS数据包。如果在步骤S412判断本地缓存MBS数据足以进行切换（所述数量达到 所述阈值），则所述方法启动从步骤S415开始的切换过程。 0069 如图4所示，在步骤S415中移动站将结束与第一基站BS 1的连接，然后在步骤 S417移动站与目标基站（例如第二基站BS2）进行同步。在随后的步骤S419、S421和S423， 移动站将进行网络进入程序，重新建立服务流，并从第二基站BS2接收MBS数据包。如图 4中所示，在步骤S417和S419中，移动站可能被拒绝。在这种情况下，该方法将进入步骤 S431，移动站将试图选择另外的目标基站以。
24、进行切换。 0070 当移动站在步骤S423开始从第二基站BS2接收MBS数据包之后，在步骤S425移 动站将存储在备用缓存器中的数据包的序列号与输入的新服务数据包进行比较。如果发现 了重复的内容包，在步骤S433将清理（clean）备用缓存器以除去重复的包。在这种情况下， 切换过程中将不会有服务中断。否则，在步骤427移动站将必须请求丢失的包，这种条件下 说 明 书CN 102714835 A 6/7页 8 服务将中断。 0071 图5是显示用于回放的两个未同步的MBS节目的缓存器分析的示意图。 0072 下面将假设移动站在从第一基站BS1向第二基站BS2切换之前具有Dbackup长 度。 。
25、0073 图5（a）显示了第一基站BS1中的服务流位于第二基站BS2之前的情形，这是因为 来自MBS控制器的第一基站BS1的网络传输延迟小于第二基站BS2。在图5（a）中，t0和 t1分别表示基站BS1和BS2的当前传输点。因此网络延迟抖动T.network=t1-t0。如果移 动站从时间点t0开始进行切换并在时间点t2结束切换，则切换时间消耗T.ho=t2-t0。假 设切换的时间消耗为4个时隙并且网络延迟抖动为2个时隙，可以从图5（a）看出，4个包 （等于T.ho）就足以避免切换过程中的服务中断。在与第二基站BS2重新建立服务连接之 后将接收到某些重复的包。 0074 图5（b）显示了第一基。
26、站BS1中的内容位于第二基站BS2之后的情形。在图5（b） 中，t0和t1分别表示基站BS2和BS1的当前传输点。移动站从时间点t0开始进行切换并 在时间点t2结束切换。从图5（b）可以看出，为了保证切换过程中的服务连续性，需要提 前在移动站的缓存器中存储至少6个包（等于T.network+T.ho）。 0075 从图5中可以看出，通过在进行切换之前预先存储基于网络延迟抖动和切换时间 的统计值计算的预定数量的备用数据包，可以实现无缝切换，以防止切换过程中的MBS服 务中断。 0076 根据本发明的另一个方面，MBS控制器还监控每个基站的当前队列深度及其计算 出的底线值Q.bottom的变化。如。
27、果任一队列深度低于Q.bottom，MBS控制器将增加其发送 速率以保证每个基站具有足够的存储数据。相反，如果任何基站具有队列溢出，MBS控制器 可以降低发送速率。 0077 图6是根据本发明的上述实施方式的MBS控制器的源数据速率控制方法的流程 图。 0078 如图6所示，在步骤S601，MBS控制器从每个基站接收队列信息报告，并在下一步 骤S603基于接收到的队列信息计算对于某个节目的全部基站中的网络延迟抖动。 0079 在下一步骤S605，确定队列长度的底线阈值Q.bottom。 0080 在步骤S607，MBS控制器将确定是否所有的基站的队列长度都大于Q.bottom。如 果结果为“否。
28、”，则在下一步骤S609，MBS控制器将增加发送速率。否则MBS控制器在步骤 S611判断在所有基站中是否有一个队列溢出。 0081 如果步骤S611的结果为“是”，则在下一步骤S613，MBS控制器将降低发送速率。 0082 如上所述，本发明提议在将从服务基站向目标基站进行切换的移动站缓存足够的 数据包以覆盖切换过程中可能的丢失。基于由每个基站的服务队列的第一包指数报告的变 化计算出来的网络延迟抖动和移动基在基站之间漫游时的统计切换时间消耗确定缓存的 数据包的阈值。这种信息可以通过控制消息在多基站网络中进行广播，从而基站和移动站 都可以定期更新这种消息。 0083 另外，在骨干网络中，MBS。
29、控制器可以监控每个基站的队列深度（就回放时间而 言）。如果队列深度低于同样由网络延迟抖动和某个时间段内的统计切换时间确定的阈值， 则MBS控制器可以动态地调节节目的源数据速率，从而准备足够的数据包用于向基站转 说 明 书CN 102714835 A 7/7页 9 发，从而帮助用于切换的转换时间的问题。 0084 可以理解，在所附权利要求限定的原理和范围内，可以对所述实施方式进行各种 修改并且以其他方式来实施。 说 明 书CN 102714835 A 1/5页 10 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102714835 A 10 2/5页 11 图3 说 明 书 附 图CN 102714835 A 11 3/5页 12 图4 说 明 书 附 图CN 102714835 A 12 4/5页 13 图5 说 明 书 附 图CN 102714835 A 13 5/5页 14 图6 说 明 书 附 图CN 102714835 A 14 。