3GPP中多媒體廣播和組播技術(shù)

1、摘要介紹了 3GPP中多媒體廣播和組播技術(shù)（MBM）,包括MBMS勺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè) 務(wù)流程和發(fā)展方向，介紹了阿爾卡特朗訊 MBM特色解決方案。1 引言組播和廣播是一種從一個數(shù)據(jù)源向多個目標(biāo)傳送數(shù)據(jù)勺技術(shù)。 在傳統(tǒng)移動網(wǎng) 絡(luò)中，小區(qū)廣播業(yè)務(wù)（ Cell Broadcast Service, CBS ）允許低比特率數(shù)據(jù)通過 小區(qū)共享廣播信道向所有用戶發(fā)送。隨著 Internet 勺迅猛發(fā)展，大量多媒體業(yè) 務(wù)涌現(xiàn)出來，其中一些應(yīng)用業(yè)務(wù)要求多個用戶 能同時接收相同數(shù)據(jù)，如視頻點 播、電視廣播、 視頻會議、網(wǎng)上教育等。 這些移動多媒體業(yè)務(wù)與一般勺數(shù)據(jù)相比， 具有數(shù)據(jù)量大、 持續(xù)時間長、 時延敏感等特點。

2、目 前勺 IP 組播技術(shù)只適用于有 線 IP 網(wǎng)絡(luò)，不適用于移動網(wǎng)絡(luò)，因為移動網(wǎng)絡(luò)具有特定勺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能實體 和無線接口，這些都與有線 IP 網(wǎng)絡(luò)不同。為了有效地利用移動網(wǎng)絡(luò)資源，3GPP/GS全球標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPF提出了組播 和廣播業(yè)務(wù)（ Multimedia Broadcast/Multicast Service, MBM）S ，在移動網(wǎng)絡(luò) 中提供一個數(shù)據(jù)源向多個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)勺點到多點業(yè)務(wù)， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享， 提 高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，尤其是空口接口資源。3GPP定義 的MBM不僅能實現(xiàn)純文本低速率勺消息類組播和廣播，而且還能實現(xiàn)高速多媒體業(yè)務(wù)勺組播和廣播， 這無疑順應(yīng)了未來移動數(shù)據(jù)發(fā)展

3、的趨勢。本文就3GPP中 MBM無線接入結(jié)構(gòu)、典型MBM業(yè)務(wù)流程以及MBMS勺發(fā)展方 向進行了介紹。2 3GPP中MBM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于3GPP而言，MBM具有下列特征：具有控制廣播 /組播業(yè)務(wù)傳送的能力。 在核心網(wǎng)中對廣播 /組播數(shù)據(jù)流具有路由功能 在小區(qū)內(nèi)具有用于點到多點的高效的無線承載方式圖1是3GPFMBM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。其中廣播/多播業(yè)務(wù)中心（BM-SC是新增加 的網(wǎng)元，主要負(fù)責(zé)提供和傳送移動廣播業(yè)務(wù)。BM-SC是 MBM中內(nèi)容傳送服務(wù)的輸入 點。它負(fù)責(zé)建立、控制核心網(wǎng)中 MBM的傳輸承載，同時也負(fù)責(zé) MBM傳輸 的調(diào)度和傳送。BM-SC還向終端設(shè)備提供業(yè)務(wù)通知。該通知包括了終端想加入 MB

4、M業(yè)務(wù)的所有必要信息（例如組播業(yè)務(wù)標(biāo)識、IP組播地址、傳輸時間、媒體 描述等）。BM-SC還用于產(chǎn)生來自內(nèi)容提供商的數(shù)據(jù)話單，同時它還負(fù)責(zé)管理組播模式下的安全問題。odeBGGSNHM-9C Contenl providevideo/audioLocation-ba se<Data contentUEssuhsaH»ed the Sport video"NodesUEs subscribed NodeBV the 'bVfeather mfoM 小勇 * 、”尸 JEs subscribedthe -iScrftw?are update"圖1 3GP

5、P中MBM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖為了支持MBM用戶層面和控制層面的傳輸，MACg部分在CRN(新增了一個MAC-m勺功能實體，負(fù)責(zé) MBM傳輸信道。同時為了進行 MBMS P-t-M(Poi nt-to-Multipoi nt )傳輸，新增了三個邏輯信道： MCCHMBMSPoint-to-Multipoint Control Channel) , MSCHMBMS Point-to-MultipointScheduling Channel), MTCHMBMPoint-to-MultipointTraffic Channel),用于P-t-M傳輸下行用戶信息和控制信息。為了尋呼定制了某MBMSk務(wù)的用戶

6、， 還定義了一個專用的尋呼指示信道(MICH o同P-t-P (Point-to-Point )方式相比，P-t-M方式傳輸可以讓所有定制同一 MBMSk務(wù)的用戶在一個公共傳輸信道(FACH)上接收相同數(shù)據(jù)，無線信道的效 率得到很大的提高。綜合考慮下行發(fā)送功率的限制和覆蓋因素，協(xié)議中選定FACH乍為MBMSk務(wù) P-t-M承載的傳輸信道，但P-t-P方式仍然采用專用信道。即 在MBM中具有兩 種傳輸模式：傳統(tǒng)的P-t-P模式和新增的P-t-M模式。因為FACH言道的發(fā)射功 率比DCH大，在定制業(yè)務(wù)的用戶很少情況下顯然會浪費功率，所以可以根據(jù)無線資源占用最少的原則選擇適合的傳輸方式。一個MBMS

7、k務(wù)只建立一個Iu承載，并在小區(qū)組內(nèi)共享 PDC嗣RLC實體。 CRN(控制在小區(qū)組內(nèi)傳輸多個 P-t-M的MBM無線承載數(shù) 據(jù)。用戶可以同時接 收多個無線承載數(shù)據(jù)，并分別解碼，在RLC層選擇合并；合并技術(shù)使P-t-M傳輸 能獲得非常顯著的接收增益，即便是 FACH言道也可以為MBM提供高達 384kbit/s 的高速、可靠傳輸。圖2給出了使用MBM相比單播方式的優(yōu)勢。在單播方式中，每個用戶與SGSN 之間都要建立一條單獨的連接。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的負(fù)載與用戶數(shù)目直接相關(guān)。隨著用戶數(shù)目的增加，服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載將迅速增加，從而可能會影響到傳統(tǒng)的 語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。SharedGIF tunnelSG

8、5NGGSNBM*SC翩般SharedRadioBearerq RANevolutionCNNodNodesRNC RANShared iubearerSGSNGG5N8M-SCq MB MS supporMB MS supportntca bearerMB MS bearerP-t-m mode圖2廣播業(yè)務(wù)的演進3 MBMS業(yè)務(wù)流程由于目前移動網(wǎng)絡(luò)不支持組播和廣播能力，3GPR定義一系列MBM業(yè)務(wù)流程， 增加了 Iu接口以及Uu接口處的信令交互過程，在已有接口上定義 了與MBMS 業(yè)務(wù)相關(guān)的新消息和新參數(shù)。MBM包括兩種模式：組播模式和廣播模式。由于組播和廣播模式在業(yè)務(wù)需 求上不同，導(dǎo)致其業(yè)

9、務(wù)流程也不同，如圖 3所示。會話開始和會話結(jié)束都由 廣 播組播業(yè)務(wù)中心BM-SC發(fā)起，為MBM數(shù)據(jù)傳送建立或釋放相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源，包括 GTP用戶面、lu接口承載和空中承載。該過程和用戶加入或退出某個組播組過程是完全獨立的，如用戶可以在組播會話開始之前或之后激活MBM業(yè)務(wù)。Usei iileSubscriptionNetwoili sideService announcementPrcivide service / access infbrmatio nReceive the notification (pull or push)JoiningUE decides to use thisservi

10、ce.Session startMBMS notificationSession startData transferData receiptionData transmissionTerminate the sessionSessior stopsLeav ingSession stop Multipoint Video Conference0圖3 典型的MBM業(yè)務(wù)流程開始，特定的MBM業(yè)務(wù)信息被送到業(yè)務(wù)服務(wù)器中，該信息通?？醋魇菢I(yè)務(wù) 通知（通知用戶MBM業(yè)務(wù)的相關(guān)信息，如MBM業(yè)務(wù)的地理范圍、IP組播地址、 業(yè)務(wù)開始時間等）。運營商可考慮多種方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)聲明，最簡單的實現(xiàn)方式就 是將其存儲

11、在 Web服務(wù)器中，用戶可以通過超文本傳輸協(xié)議（HTTP或者無線應(yīng)用協(xié)議（WAP來下載。當(dāng)然也可以利用現(xiàn)存的短信或者彩信的推送（Push）機制來傳送該業(yè)務(wù)通知。還可以利用專門的 MBM業(yè) 務(wù)通知信道來傳送。在終端用戶接收到業(yè)務(wù)通知后，用戶使用業(yè)務(wù)的方式取決于業(yè)務(wù)是廣播方式 還是組播方式。如果業(yè)務(wù)是廣播方式，那么用戶終端只需要簡單的接收相應(yīng)的 信 道（在業(yè)務(wù)通知中有詳細的參數(shù)描述） 上就可以了。如果業(yè)務(wù)是組播方式，那么 用戶必須向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起會話加入（Session Join ）請求，這樣用戶便會成為相應(yīng) MBM業(yè)務(wù)組的一位成員，因而可以接收到組播業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)了。在傳輸開始時，BM-SC必須向GGS發(fā)

12、送會話開始（Session Start ）請求。 然后GGSN將分配所需的因特網(wǎng)資源，并將該請求前轉(zhuǎn)到相應(yīng)的SGSN這些SGSN 同樣根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS來分配所需的無線資 源。最后，MBMSk務(wù)組中的終 端將被通知要開始傳送組播業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)了。服務(wù)器接著將多媒體數(shù)據(jù)發(fā)送給 BM-SC隨后BM-SC會將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到 MBM的承載層。這樣數(shù)據(jù)便會發(fā)送到加入 MBMSk務(wù)組的所有終端了。最后，服務(wù)器發(fā)送會話結(jié)束(Session Stop)通知，表示數(shù)據(jù)傳輸階段已經(jīng) 結(jié)束。想離開MBM組播業(yè)務(wù)的終端用戶，可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送業(yè)務(wù)離開( Service Leave)請求，隨后網(wǎng)絡(luò)便將該用戶從 MBM業(yè)務(wù)組中刪

13、除。4 發(fā)展方向在未來移動通信中，MBM仍然是增加運營收入的主要應(yīng)用業(yè)務(wù)之一。LTE 著重考慮的方面主要包括降低時延、提高用戶的數(shù)據(jù)率、增大系統(tǒng)容量和 覆蓋 范圍以及降低運營成本等。在LTE中，其扁平式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將弱化 RNC勺功能，增強E-Node B的調(diào)度 ( Scheduling )和分段重組( Segmentation/Assembly )功能，同時能夠支持 1.2520MHz帶寬，極大提高峰值 數(shù)據(jù)速率(在20MH帶寬下支持下行100Mbit/s、 上行50Mbit/s的峰值速率)。這些方面的改進和提高都將為 MBMS勺進一步演進 鋪平道 路。而HSPDA由于采用了自適應(yīng)調(diào)制編碼、H

14、ARQ口快速調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，可以提供高速下行分組數(shù)據(jù)速率并減少時延，其理論峰值速率可以達到 14.4Mbit/s。雖然在其實現(xiàn)上還存在一定的問題，但對于單向發(fā)送的MBMSk務(wù)來說這種技術(shù)無疑具有很大的吸引力。5阿爾卡特朗訊MBM特色實現(xiàn)方案阿爾卡特朗訊在3GPP制定MBM規(guī)范時就開始了 MBM的跟蹤研究，隨著R6/R7 MBM改進和LTE MBM規(guī)范工作的推進，阿爾卡特朗訊結(jié)合自身在 HSDPA/HSUP方面的領(lǐng)先進展和研發(fā)實力，提出了整套MBM解決方案。經(jīng)過跟各個運營商的溝通，最典型的 MBM應(yīng)用有: mUCC mobile User Created Contents ):向其他用戶提供由用

15、戶自己創(chuàng) 作的服務(wù)(包括用手機拍攝的語音、視頻、圖片等)。Delayed Download (Joint -Purchase of Contents) :為了優(yōu)化無線資源， 當(dāng)需要MBM服務(wù)的用戶數(shù)超過一個門限，才會傳輸 MBM內(nèi)容。 T-Commerce當(dāng)用戶在家時可以通過手機瀏覽商店貨品信息。如果用戶確 定要買，可以再提供額外的服務(wù)用于下訂單或付款。 RemoteEducation ：由于沒有足夠時間或其它因素，學(xué)生無法親自參加課 程培訓(xùn)?？梢酝ㄟ^MBM接受在線的遠程教學(xué)并可參加遠程考試(例如大學(xué)入學(xué) 考試、TOFEL等)。阿爾卡特朗訊把在 R4/R5 產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用中積累的優(yōu)異的產(chǎn)品性能和無線 資源管理算法有機地植入MBMS最大限度地發(fā)揮MBMS勺優(yōu)勢，為移動運營商和 終