（通信与信息系统专业论文）数字喷泉码在mbms中的应用.pdf

孛出大学硬士学镶论文 学文撼漤 一“一_ _ _ 。_ 数字喷泉码在m b m s 中的应用 专业；通信与信息系统 硕士生：潘秋琴 指导教师：马晡教授 中文摘要 喷泉码是删除信道( 如i n t e m e t ) 褥巯图形码的一个突破，它是种无码率的纠 删秘，能够源源不断地向接收端发送编码信息，保证每一个接收端接收到足够的 信息并且成功译码。本文主要介绍了两种性能优异的喷泉码l t 码和r a p t o r 码，在任意信道数据包丢失情况下，它们都其有低的冗余度( o v e r h e a d ) 和线性的 编译码复杂度，并豆r a p t o r 码在b e c 髂道上的性麓接近于理想的喷泉码。毒于 它们具有这些特性，l t 码稻r a p t o r 码缀适合在点对多的传输大容量数据给多种 多样移动性用户的系统中应用，有效地髂决自动重传技术( a r o ) 的带宽资源浪费 和时闻延迟等闻题，提离数据传输的可靠性秘实时性。 文章首先介绍7 一种可靠的点对多的服务系统- - w m b m s ( m u l t i m e d i a b r o a d c a s ta n dm u l t i c a s ts e r v i c e ) ，包括它的结构、工作模式、传输方式、协议以 及关键技术，并且将喷泉码做为其应用层的前向纠错码。然后通过仿真，测得对 于不同的参数l t 码有不同的冗余度，选择合适的参数， 码对于大容量数据 传输非常有效；雨对予系统r a p t o r 码，其冗余度很小并簋棚对固定，编译码复 杂度低与t o r n a d o 鹃一样，萁牲戆与理想鲶删除码# 常接近。最后文章总维分板 了基予喷泉码的m b m s 的些优点：理想静扩展性、适应时变信道、支持异步 接入等。 关键词：黧| 除信遴，数字喷泉码，醪鹃，r a p t o r ，m b m s 孛由丈学硕士学霞论文 美文攮黉 d i g i t a lf o u n t a i nc o d e s f o rm u l t i m e d i ab r o a d c a s ta n d m u l t i c a s ts e r v i c e m a j o r ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m n a m e ：q i u q i np a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r x i a om a a j e i s t r a c t f o u n t a i nc o d e sa ler e c o r d - b r e a k i n gs p a r s e - g r a p hc o d e sf o rc h a n n e l sw i t h e r a s u r e s ，s u c ha si n t e r n e t t h e ya r er a t e l e s si nt h es e n s et h a tt h e yc a ne n c o d ea n dt h e s e n d e rc a nt r a n s m i ta nu n l i m i t e dn u m b e ro fd a t ap a c k e t su n t i le v e r yu s e rg e t se n o u g h i n f o r m a t i o nt og u a r a n t e ec o r r e c td e c o d i n g 。i nt h i sw o r k w em a i n l ye x p a t i a t et w o e f f i c i e n tf o u n t a i n d e 辨一l 曩c o d e sa n dr a p t o rc o d e s t h e yb o t hh a v el o wo v e r h e a d a n dl i n e a re n c o d i n ga n dd e c o d i n gc o m p l e x i t yu n d e ra n yc h a n n e ll o s sc o n d i t i o n ，a n d r a p t o rc o d e sp e r f o r mb a s i c a l l ya sg o o d a si d e a lf o u n t a i nc o d e s 。b e c a u s eo ft h e i rg o o d p e r f o r m a n c e ，t h e ya r ea p p l i c a b l et op t m ( p o i n t t om u l t i p o i n 0s y s t e m sw h i c ht r a n s m i t l a r g ec h u n k so fd a t at oag r e a tl o tm o b i l ea n dh e t e r o g e n e o u su s e r s i tc a ns o l v et h e p r o b l e m so fa r qs u c ha sb a n d w i d t hw a s t i n ga n dr e c e i v i n g d a t aw i t hd e l a y a n di t c a ni m p m v et h er e l i a b i l i t ya n dr e a lt i m eo fd a t at r a n s m i s s i o n w ef i r s td e l i v e rar e l i a b l ep t ms e r v i c es y s t e m - - m b m s ( m u l t i m e d i ab r o a d c a s t a n dm u l t i c a s ts e r v i c e ) ，i n c l u d i n gt h ea r c h i t e c t u r e ，p r o t o c o ls t a c k ，p t mm o d e s ， d e l i v e r ym e t h o d s ，k e yt e c h n o l o g y ，e t c , a n dw eu s er a p t o rc o d e sa st h ea p p l i c a t i o n l a y e rf e ea st h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，w ek n o wt h a tt h ed e c o d i n go v e r h e a do fl t c o d e sc h a n g e sa l o n gw i t ht h ep a r a m e t e r sa l t e r i n g l tc o d e sa r ev e r ye f f i c i e n tf o r b u l k so fd a t ai fw ec h o o s ea p p r o p r i a t ep a r a m e t e r s a st or a p t o rc o d e s ，t h e yh a v ev e r y l o wa n dr e l a t i v e l yr e l i a b l eo v e r h e a d ，t h ee n c o d i n ga n dd e c o d i n gc o m p l e x i t yi sv e r y s i m i l a rt ot o r n a d oc o d e s ，a n dt h e yp e r f o r mv e r yc l o s et oi d e a le r a s u r ec o d e s a tl a s t ， l n 中出火学硕士学位论文 英文摘要 w ec o n c l u d et h a tt h em b m sb a s e do nf o u n t a i nc o d e sh a sm a n yg o o dp e r f o r m a n c e s ： i d e a le x p a n s i b i l i t y ，a c c o m m o d a t i n gw i t ht h e c h a n g e a b l ec h a n n e l s ，a f f o r d i n g a s y n c h r o n o u sa c c e s s ，e t c k e yw o r d s ：e r a s u r ec h a n n e l ，d i g i t a lf o u n t a i nc o d e s ，l tc o d e ，r a p t o rc o d e ， m b m s 声明尸明 论文原创性声明： 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：磊禾唠 日期：渺拜y 月留日 学位论文使用授权声明： 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论 文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅， 有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方 法保存学位论文。 学位论文作者签名：治祉谬 日期：和口绰r 月ge t 导师签名：佛 日期：矽，产珀7 日 孛函大学矮士学整论文 第一攀绪论 w _ _ _ m 一* m m _ 一m m m m _ _ _ h w “_ m w _ _ 第一章绪论昴一旱殖了e i i通信网络的现状和发展 移动通信的主要目的是实现任何通信对象之间在任何时间、任何地点进行安 全可靠地通信。近些年来，随着社会的进步、经济和科技的发展，特别是计算机、 程控交换、数字通信的发展，移动通信系统以其显著的特点和优越的性能得以迅 猛发展，并且它已经应用于社会的各个方面。无线通信的发展潜力大于有线通信 的发展，它不仅仅提供普通的电话业务功能，还能提供或即将提供丰富的多种业 务，满足用户的需求。 i i 1 第一代移动通信技术 第一代通信技术( 1 g ) 主要采用的是模拟技术和频分多址( f d m a ) 技术。由于 受到传输带宽的限制，它不能进行移动通信的长途漫游，因此它只能是一种区域 性的移动通信系统。第一代移动通信有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、 互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。 1 1 2 第二代移动通信技术 第二代移动通信技术( 2 g ) 主要采用的是数字的时分多址( t d m a ) 技术和码分 多址( c d m a ) 技术，它主要提供数字化的话音业务及低速的数据业务。它克服了 模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、 省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技 术的转交，但由于第二代移动逶信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围 内进行漫游，因丽无法进行全球漫游，并且由于第二代数字移动通信系统带宽有 限，限制了数据业务的应用，也无法提供高速率的业务，如移动的多媒体业务。 巾出大学颈圭学位论文 1 1 3 第三代移动遥信技术 第一章绪论 与从蔫以模拟技术势代表的第一栽和霹翦正在使霸酶第二代移动透信技术 相比，第三代通信技术( 3 g ) 将有更宽的带宽，其传输速度最低为3 8 4 k ，最高为2 m ， 带宽可达5 m h z 以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的 无线应震，翔无线接入i n t e m e t 。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三 代移动通信的另个主要特点，第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互 联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率，提供包括卫星在内的全球覆 盖并实现有线和无线瑷及不溺无线圈络之间业务的无缝连接，满是多媒体业务麴 要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。虽然第三代移动通 信的通信速率可以比现有传输率快上于倍，但是未来仍茏法满足多媒体鲍通信需 求，并且第三代移动透信仍是基于地面、标准不一的区域性通信系统。移动遥信 系统提供的服务是希望能提供更大的频宽需求，满足第三三代移动通信尚不能达到 的在覆盖、渍量、造价上支持熬高速数据和离分辨率多媒体服务的需求，这是第 四代移动通信发展的目标。 l 。2前向纠错技术以及在m b m s 中的意义 1 2 1 删除信道 1 9 5 5 年e l i a s 在文献【羔】礴a 介缓了二进剃删除僖道( b e c ) ，删除信道在道信系 统中有非常重要的作用，互连网是第一个实际的删除信道模型，在它出现以前删 除信道只是理论上存在。 图1 1 二送制的删除信道摸 2 孛出大学联学位论文 第一掌绪论 如图1 - 1 所示为一个典型的二进制删除信道模型，每个信号在信道中被删除 的概率为厂。在互连网中，数据是以包的形式传送的，假设每个包为f 比特，则 其信道容量为( 1 一f ) l 。 1 2 2 差错控制 在数字通信系统中，有三种差错控制的方法 2 】：即重传反馈方式( a r o ， a u t o m a t i cr e p e a t r e q u e s t ) 和前向纠错方式( f o r w a r de r r o rc o r r e c t ，f e c ) 以及混合纠 错方式( h y b r i da r q ，a r q ) 。对于a r q 方式，发送端发送出能够检测错误的码元 信息，接收端在接收搦通过信道传送过来的码露后，检测其正确与否，并通过反 馈信道发送反馈信息，发送端根据反馈信息决定是否需要重传码元信息。这种方 法的缺点是：对于干扰频繁和数据丢失率很大的信道，系统经常处于反馈和重发 状态，因此这种方法传送信息的连贯性和实时性比较差。对于f e c 技术，发送 端发送能够纠删纠错的码元信息，接收端接收到信息后，通过译码能够发现并且 自动纠正错误，其优点是系统中不需要反馈信道，能有效进行一个用户对多个用 户的广播多播通信，箕缺点是译码设备复杂。对于媛q 方式，发送端发送的 码元信息不仅其有检测错误，还具有一定的纠错能力，接收方接收到的码元信息 后，如果检测出的错误在其纠错能力范围以内，则进行纠错，否则将使用a r q 方式请求重传。 1 2 3 纠删码原理及其意义 前向纠错是通信系统中的一种重要技术。它包括检错码、纠错码和纠删码， 每一种码都有不同的作用： ( 1 ) 检错码，接收端只确认接收到的数据是否有错，僵不确认错误位置和纠 正错误，如奇偶校验褊。 国纠错码，接收端检测接收到的数据是否有锩并纠正在其纠镫能力范围杰 的错误，如卷积码、分组纠错码等。 ( 3 ) 纠删码，用于接收端恢复传输过程中丢失的数据，其中数据中丢失的位 置是已知的，如r s 码( r e e ds o l o m o n ) 、t o r n a d o 码，喷泉码等。 3 孛出大学矮士学缎论文第一章绪论 在通信系统中，数据在信道中传输出现的错误是在物理层中通过前向纠错进 行纠正的，检测错误是由低层协议来处理的，错误的数据对上层协议来说丢包是 最主要酶阕题，丢失静数据在整个数据流中豹霞嚣是已知的。蒋急纠错技术在离 层协议中起的是纠删的作用，它被用予恢复丢失的数据。 如图1 2 所示前向纠删技术的基本原理是：对露个源信息符号采用种编码 算法进行处理得到r 个趸余信息符号，将这k + r 个编码数据符号构成的数据块一 并发送给接收端。由予网络传输的不可靠，一些数据信息符号在传输过程中丢失。 但是，通过编码技术，接收端可以利用冗余信息符号来恢复丢失的源数据信息符 号，接收端只要接收到足够的编码信息符号就麓够正确恢复密源信息符号。我们 把生成的冗余包数，与源数据包数露之比称为f e c 编码的冗余度，即，_ 肚。 漾菇惠簿弩00 00 。00 0 0 k 上 躺算法 编玛数据oo o0 ：0o 0 0 0 0 0 0 9 0 0 n 土一 。 接收到的数据o o o ：oo 0 o0 0 0 0 k 土 译码算法 恢复酶数攒 0 0 0o 0o o 0 k 嚣1 - 2 鲻剿鹞原壤篷 在采用基于数据包的f e c 编码保证数据传输的可靠性的同时，应注意选择编 鹦方案的策略。般来说f e c 编码的冗余度越大其纠锩能力也越强，但冗余度越 大，意味着冗余数据占用的带宽也越大，带宽剩篇率越低。 目前，豳内外主要研究的纠删码有r s 码和t o r n a d o 码，以及数字喷泉码 ( d i g i t a lf o u n t a i nc o d e ) 和o n l i n e 码，其中喷泉码是一种与码率无关、支持异步接 入、其有线性编译码复杂度的新型编码方式，在基于包通信的系统中有接近理想 的纠删性能，本文的第三章将详细介绍数字喷泉码。 4 孛出大学颈士学霞论文 第一章绻论 1 3 广播和多播的必要性 随着通信技术的迅猛发展，大量多媒体翌务涌现，其中一些应爰业务，多个 用户能同时接收相同数据，如视频点播、电视广播、视频会议、网上教育、氨动 游戏等，这些多媒体业务和一般数据监务耀圪，具有数据量大、持续时闻长、时 延敏感等特点。在某些情况下，移动电视业务通过点对点连接发送，因j 毙，感容 服务器同时将内容分发给多个用户时，必须为每个用户建立和维持单独的点对点 链接。这种方法在用户少的时候是眈较适焉的，但是当用户数强大量增搬时就会 存在扩展性豹翔题。 下蘑考虑移动电视等实时业务嚣要消耗多少容攮。假设有5 万个用户的移动 电视业务，要求一个服务器可网时处理5 z f 个连接。尽管遮在技术上是可行的， 但并不经济。而且，当多个用户同时使用时，该业务会产生大量的突发业务流。 如果大量使用同一业务的用户在同一小区，无线接入网，尤其楚无线链路，缀容 易成为瓶颈。例如，在足球场，许多球迷都使用他们的移动电话来监视露时进行 的冀缝眈赛，就豫链钠懑时使用蕊晶体管收音枫。在这莉情况，使霜点对点的无 线承载效率非常低，因此，非常需要能够支持广播多播业务( m b m s ，m u l t i m e d i a b r o a d c a s ta n dm u l t i c a s ts e r v i c e ) 麴无线承载。 目前，广播传输和多播传输已缀成为通信领域的一个重要发展部分。这些传 输必须是完全可靠的，同时允许众多的用户可以随时从网络中接收数据，并且能 正确恢复。当传输的数据增大，接收者大量增加以及匿络中的数据包丢失率很大 的时候，如果采用原有的自动反馈重传技术来实现大容量数据实时可靠传输，很 容易造成黼络的反馈拥塞，严踅时还会出现网络瘫痪。为了解决这个问题，不少 方法技提建来，鲡采用隧祝发送重发请求、本姥恢复、以及分屡恢复等。这些解 决方法麓有效提高数据传送的哥靠性，但他们会给数据传输带米显著的延迟，两 这个缺点在实时传输中是不能容忍的。所以，近年来，使用编码技术来解决数据 传输的可靠性蠲题成为了计算机和避信领域研究的热点。 5 中出大学硕士学位论文 1 4本文的结构安排 第一章绪论 1 第二章主要讲述了采用m b m s 的特点以及m b m s 系统的结构、工作模 式、传输方式以及它的关键技术。 2 第三章主要讲述了目前在m b m s 系统中采用的前向纠错码以及喷泉码 的介绍和性能仿真。 3 第四章分析对比了一些纠删码的性能，从而得到r a p t o r 码是一种菲常 适合予广播多播系统采用的前向纠错码。 4 第五章总结和展望数字喷泉码的发展。 6 孛由大学硕士学位论文 第二掌m b m s 蝴 m 一m 第二章m b m s 的介绍 2 1 广播多播的特点 广播多播技术是一种点对多点的通信，它通过共享n 条传输链路，把广播或 多播数据发送给多个接收终端。发送的数据在网络节点( 如路由器等) 处被复制 后，分发到与该节点相连的各个子网或终端。e l j 于需要传输的数据量最少，所以 广播多播技术是一种高效的点到多点数据传输方式。 随着移动通信嬲络的广泛使焉、移动设备性能的迅速提高以及移动通信用户 数量的迅猛增长，在移动通信网络中实现具有大容量、高性能、多业务的广播多 播技术己成为移动通信系统发展的热点之。该技术的应用，将极大拓展移动 通信的业务范围，如移动拍卖、互动游戏、股市信息、热点新闻、视频点播、网 上教育等。 与有线网络相比，移动通信网络中的广播多播有以下特点【3 】： ( 王) 接收广播多播数据的终臻不是静止不动的，焉是随时能改变接入网络的 位置。传统的广播多撰机制未考虑接收终端的移动性，因而无法避免因 终端移动切换而造成的数据丢失。 ( 2 ) 移动通信网络是基于严格定义的树状拓扑，所有终端都位于该树状拓扑 的叶子节点上，因此构造从数据源到数据接收端的最短传输路径比较简 单，只需多个终端共事一条传输链路便可实现。 ( 3 ) 移动环境下豹信道是时变的，可利用的无线带宽也十分有限，因磊对网 络资源调度熬要求更加苛刻。因此，有线网络中的广播多播技术并不适 用在移动通信网络中。 为了能在移动通信系统中实现广播多播技术，第三代移动通信的标准化组织 3 g p p 和3 g p p 2 已开始这方面的研究和协议制定工作，并提出相应的设计目标【4 】： a ) 占用的无线接入和核心网资源最小；b ) 用户实时操作；c ) 在用户移动的条件下， 流媒体接收顺畅；d ) 广播多播业务的发射功率最小化，以免影响其它链路的正常 通信；e 1 ) 系统分层设计，便于系统添加区域多播韭务帮区域服务器。 尼年前，3 g p p 为u m t s 系统割定了广播多播服务，详细参阅文献【5 】【6 】，这 7 中出大学硕士学位论文第二章m b m s 的贪绍 是一种点对多的数据传输服务。对移动网络来说，m b m s 具有下列特征： ( 1 ) 具有控制广播、多播业务传送的能力。在m b m s 中将其称为广播多播业 务中心b m s c 。 ( 2 ) 在核心网中对广播、多播数据流具有路由选择功能。 ( 3 ) 在一个小区内具有用于点到多点的离效的无线承载方式。 2 2m b m s 网络结构 图2 1m b m s 网络结构模型 图2 1 是3 g p p 中规定的m b m s 结构中各个网元的连接结构图【7 】。其中，广播 多播业务中心( b m s c ) 是新增加的移动网络功能实体，是内容提供者的入翻，用 来授权和在移动网络中发起m b m s 承载业务，并按预定时间计划传送m b m s 内 容。它负责建立控制核心网中m b m s 的传输承载，同时也负责m b m s 传输的调度 和传送；b m s c 还向终端设备提供业务通知，该通知包括了终端想加入m b m s 业务的所有必要信息( 例如多播业务标识、多播地址、传输时间、媒体描述等) ： b m s c 还用于产生来自内容提供商的数据话单，同时它还负责管理多播模式下的 安全问题。m b m s 标准没有强制如何实现b m s c 的这些功能，制造商可能把它们 做成单独的节点，也可能将它们集成到现存的网络节点中。在核心网络中，m b m s 和b c m c s 需要增加一些用于创建管理广播、多播数据分配树的功能和协议消息。 基于现有的w c d m a 网络结构，3 g p p 通过两种方式实现m b m s ：a ) 对已有分 8 中垂大学硕士学位论文 第二章m b m s 的奔绥 组域的功能实体( 如服务g p r s 支撑节点( s g s 、通用分组无线业务( g p r s ) 、网 关g p r s 支持节点( g g s 、无线网络控制器( r n c ) 和用户设备e ) 等) 增加了 m b m s 功能，并置定义了新静逻辑共享信道来实现空中资源共享：b ) 增加一些新 的功能实体，如广播和多播业务中心m s c ) 等。 b m s c 与g g s n 之间的接i z l ( g m b 、g i 参考点) 为m b m s 承载业务的边缘，其 中，g r a b 接口提供控制面功能，g i 接口提供用户面承载功能，这里唯一新增的接 口是g r a b 接口，其它都是w c d m a 网络已有的接口。 2 3m b m s 的协议结构 m b m s 传输方式充分利用了供应商的内容传输，也采用了质量反馈和文件 修复联合传输过程。关于流和下载的数据传输相关的协议结构如图2 2 所示【翻。 a p p lc a t i o n s s t r e a m i n gd e l i v e r y d o w n l o a dd e l i v e r y v i d e o , a u d i o ，e t c 3 gf i l e ，i m a g e ，e t c r 1 1 pp a y l o a df o r m a t l r a p t o rf e c s r t pr t p 膳u p u s l f l u t e f e c f r a m e w o r k + r a p t o r u d p i pm u l t i c a s t b i p d c p r l c s e 静e 纛t a t i o 珏 m a c r e s o u r c e p o w e ra l l o c a t i o n l t u r b 。f e c p h ，c ；p 口li 矗，晴r iu y 5 l t ；i l l 属了1 黧2 - 2m b m s 的携议结构隧 i e t f 定义了一些协议用于传输文件或者流数据给许多用户，其中最流行的 9 巾出大学硬学位论文第二鬻m b m s 豹介绍 就是文件单向传输协议呱聊陀) 【9 】和实时传输协议( r 仰) 【1 0 j 分别适用z f m b m s 系统中的下载和流传输。流数据如音频流、视频节路、实时文本信息等，被在 r t p 层被垂缩盾在隧络中传输，在这种情况下，疲爝层在u d p 流中采雳t r a p t o r 码。流结构根据码率、保护周期等提供了耋要的灵活性。不连续的如静止图象、 多媒体流将愿缩成文件格式或者二进剥数据，采用f l u t e 协议进彳亍传输。在应用 层以下这两种方式没什么区别。 m b m s 承载业务在包交换域重新利用了大部分u m t s 的协议，只做了很小的 变动来支持m b m s 。i p 数据包在p d c p ( p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) ) 墓做这样 的处理：应用头压缩。在无线连接控制层( r l c ) 对于任意长度p d c p p d u s ( 用户 数据) ，都将映射成相同长度的r l c p d u s 。由于无线连接网终没有反馈连接， 糊层运行的模式也不确定。煳层上提供的功能有：分割、重组、连接、填补、 序列计算、重复检测等。媒体接入控制层( m a c ) 把r l c p d u s 数据映射成适合于 信道传输的形式。m a c 层和物理层采用信道编码、功率资源分配和调制来使得 信息变换戒适合于在期望的信道中传输。 圈2 - 3 1 0 中由犬学硕士学谴论文 第二掌m b m s 豹奔绥 2 4 m b m s 的工作模式和传输方式 圈2 3 麓m 抟m s 的三种王作模式翻两种传输方式的结构图【l 羔】。m b m s 被分为 m b m s 用户服务( u s e rs e r v i c e ) 【1 2 】和m b m s 承载服务e a r e rs e r v i c e ) 1 3 。 2 4 1m b m s 的工作模式 m b m s 承载服务数据传输有三种工作模式：广播模式、增强型广播 ( e n h a n c e db r o a d c a s t ) 模式和多播模式。它们之间的主要区别是在无线核心网络中 组织管理不同：广播模式提供了一个半静止的点对多点传输系统，其b m s c 决定 了广播域何时激活发送者，而网络并不知道广播域中的接收者，也不能改善资源 的利用，m b m s 广播模式和现在筋非小区广播系统如d v b 彰d v b 珏很相似；增 强型广播比广播模式允许更多资源有效传输，终端预先和无线网络连接，无线网 络需要用计数或者重计数过程来确定每个小区中的终端数，从而决定发送端是采 用点对点传输方式还是点对多传输方式。 多播模式和广播模式十分类似，但可接收多播数据的用户只限于已注册的 用户。当小区中多播用户过少时，可选择传统点到点( 髓7 ) 的专用信道进行传输， 以减少对其它链路的干扰。多播模式主要用予传送付费信息，如体育赛事转播、 股市行情、网上教育等。 尽管多播模式与广播模式样无法保证传送数据的完整性，但它可以应用 上层协议提高数据传输的可靠性。对于点对多的m b m s 传输信道( m t c h ) 只有当 小区中有多数终端接入时才能被有效利用。点对点和点对多的转换点取决于终端 的容量。 当采用多播模式时，终端指示服务接入核心网，在g g s n 、s g s n 、r n c s 中，核心网将与移动性管理保持连接状态，当终端经置发生移动时，所有已经接 入的服务的连接状态也传输到新的服务中心。r n c s 也可以采用计数或者重计数 过程决定每个小区中的实际终端数。因此，网络需要保持追踪每个独立服务成员 才能有效地建立m b m s 用户的分布树。 对于点对点的无线承载者，每个用户都提供了一个反馈信息，来确认是否 正确接收了网络中的数据，相反地，点对多传输没有采用反馈，因此需要采用基 巾出大学硕士学位论文第二章m b m s 的贪缨 本配置来提供需要的覆盖，一个小区的边界信号是最弱的，因此p t m 可以采用邻 小区发送相同的数据，并进行软合并。 2 4 2m b m s 的两种传输方式 m b m s 提供了两种不同的服务：下载传输和流传输，下载传输用于静态的文 件传输，如二迸制文件、静态图像、报纸新闻、资料等；流传输用于传输现场直 播、体育回放、视频广播等。这两种方式有着不同的作用、不同的设计约束，因 此他们的系统设计也不一样，以下就介绍这两种方式以及它们相关的传输过程： 1 下载传输( d o w n l o a dd e l i v e r y ) m b m s 的下载传输方式采用 了f l u t e ( 文件单向传输) 协议( r f c3 9 2 6 1 9 ) ， f l u t e 协议是建立在a l c ( 异步分层编码) 协议实例化的基础上( r f c3 4 5 0 1 1 4 ) 。 a l c 是结合了l c t 分组、分组拥塞控制以及f e c 分组，从一个发送者提供数据可 靠的异步传输给无限的用户。图2 4 所示是f l u t e 分组结构说明，f l u t e 延续了 u d p i p ，但是和i p 及以下连接层的应用不相关。 图2 4f l u t e 的分组结构图 图2 5 为m b m s 下载传输方式的协议数据包的详细说明。在应用层，一个长 度为s 字节的文件被分成n b 个源块，每个源块有k 个信号，每个信号长度为t ， a i _ - f e c 采用r 鑫p t o f 码独立地对源块进行编码，并传到a l c l c t f l u t e 层。在该 层收集g 个编码信号长度为g x t 比特和a l c f l u t e 头( 1 6 字节放在最前面) 组成 f l u t e 包，f l u t e 头包含的内容见参考文献【9 】。基于l p 的u d p ( 用户传输协议) 将f l u t e 分组，再对每组加上包括u d p 、i p 、l l c 、s n d c p 、p d c p 共3 8 字节的 头。然后在r l c 得到长为l 的p d u 传送给物理层，在物理层再对数据采用t u r b o 码进行编码。 在接收端，物理层要重新集合、译码、解交织等。如果在物理层r l c p d u 1 2 中玉大学硕士学位论文 第二章m b m s 的奔绥 的数据c r c 失败，则该r l c p d u 包将丢失，并且由于低层的交织r l c 。p d u 包的 丢失可达到1 0 或者更高【1 5 】。 l 1 _ _ 一 一 s ( ，c cb f 。c k 、。，、 釜口口口口口固留翟圈 4 - l 、，、 ：k 、 、 口口口口口雷豳冒 下 图口口口图口口圈圈圈盈翟图口口口 、vl 、一 ?。i l h 。 g - ， 、 、战、遗 圆图口口口圈图口口墨圆图圈墨圈 ，77，7 k r ，露， j 秘s f i | r ， ， l 1 l 多多矿爹 卷= = = = = 蜀墨= = = = = 黝墨= = = = = 露= = = = = 窝* _ - - - _ _ - _ _ - o 喇_ _ - _ _ - _ _ - _ _ _ o 恻_ _ _ _ _ _ _ o _ _ _ o _ _ _ _ _ o o _ _ _ o - 目 _-_-_-，o1。1 h _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ o o 州_ _ _ _ h _ _ _ _ _ _ 。_ ”魄o - _ - _ _ o o _ _ _ _ _ 1 嗨# _ _ _ _ - - o o o _ _ o - - s 麓艺盘髓囊就露趁盘瓣麓固墨黧黝密曩霉渊麓露慧霞盘霞墨蹴盛鲞糍露盘盛霉糍麓雹誓 l 、，一 l b ：t o t h e p h y s i c a ll a y e r - 图2 - 5m b m s 下载传输协议数据包结构 2 流传输( s t r e a m i n gd e l i v e r y ) 流传输结构【1 6 】是建立在实时传输协议数据包的适当处瑷或者更为精确的 u d p 包进入相同的线者不同的端目的基础上。图2 6 显示? h 2 5 4 1 1 7 、王8 】最大长 度为f 的n a 至。肇元的处理过程和发送者和接收者不同协议问的相互作用。 1 3 l 、 ， 、 、 、 、 、 c一0肇e一 - p x 瘁 一 卜j。k、u一if吣怕妁霞矿游l一3i(idujg 孛啦太学硕圭学缝论文 第二章m 8 m s 戆食缨 2 5 业务流程 圈2 6m b m sf e c 的流结构图 盎子广播模式帮多播模式在韭务需求上有魔不同，其业务流程瞧不完全褶 圈。在终端用户接收到业务通知后，如果业务是广播方式，那么用户终端只需要 简单的“调谐”到相应的信道上就可以了。如果业务是多播方式，那么用户必须 向网络发起会话加入( s e s s i 鳃j o i 蟛请求成为相应豹m 器m s 业务组的一链戚员，才 能接收到多播业务数据。但是他们有四个主要相同的部分：业务发现与声明、会 1 4 孛由大学蘸圭学位论文 第二章m b m s 的夯绥 话开始、数据传输、业务终止，分述如下n 3 】； 2 。5 。1 业务发现和声盟 用户服务发现是关于用户获得可用m b m s 用户服务列表或者用户服务包携 带的信息的方式。部分信息是授予用户服务选择。用户服务声明是关于m b m s 服务提供誊向用户声明可用m b m s 用户服务列表和用户服务包( 关于用户服务信 息) 的方式。 2 5 2 用户服务开始阶段 这个阶段涉及用户终端开始接收m b m s 服务数据，在这个步骤中，一些 m b m s 承载者被激活。( 如图2 7 ) s e c u r i t y b m s c l t n c t i o l l $ ： 一一 ! 图2 7m b m s 用户服务初始化 1 。触发用户服务初始化程序，把已经接收到的用户服务信息作为输入，例 如，执行m b m s 发现和声明函数。 2 。m b m s 用户请求m b m s 服务密钥，确认其密码函数能否被m b m s 用户服 务激活。如果该用户有接收m b m s 服务的权限，则发送密钥给他。 1 5 孛趣犬学蘸士学链论变第二牵m 8 m s 鳇分绣 3 m b m s 用户通过激活程序激活m b m s 承载服务，m b m s 激活程序是多播 服务激涵程序和广播激活程序( 在3 g 肿t s2 3 2 4 6 【1 3 】中定义) 。 3 氛如栗m b m s 霹户服务采雳多个承载服务，用户服务描述中苞含多今描述 条款，则m b m s 接收龋数为每个m b m s 承载服务重复激活l 程序。 2 5 3 终止过程 m b m s 用户服务终止意味着用户终端终止服务的接收，并且这个过程使许多 承载无效。( 详缨过翟懿鬻2 8 所暴) 围回 图2 - 8m b m s , i 嚯 户服务终止过程 1 。触发用户服务终史程序 2 如果没有其谴m b m s 用户服务使用承载服务，m b m s 用户使用失效程穿 使承载服务无效。如果是广播模式无效，信息并不传送给b m b c ，丽只 是在用户端失效。 3 。如果焉户服务使用多个承载服务，则用户蠢每个用户重复执行失效程痔。 2 5 。4 数据传输过程 数据传输过程是在一个或多个m b m s 承载服务上网络设备为一个m b m s 用 户服务传送或接收数据。( 如图2 9 ) 1 6 孛由文学硕士学位论文 第二豢m b m s 一 m b m s g o s n m b m s a s s o c i a t e du s e rs e r v i c e u e g r a b d e l i v e r y d e l i v e r yd i s c o v e r y p r o x y f u n c t i o nf u n c t i o n a n n o u n c e m e n t f u n c t i o n 1 t r a n s m i s s ) 毂r e q u e s t 一 2 s e s s i o ns t a r t1 1 - ， i 2 n 。s e s s i o ns t a r t 】 ；m b m sd a t at r a n f e r1 ， i ；n m b m sd a t at r a n f e r ， 4 。s e s s i o ns t o p1 i - 4 n s e s s i o ns t o pl l 5 a s s o c i a t e dd e l i v e r yp r o c e d u r e 图2 9m b m s 数据传输过程 1 m b m s 用户服务提供者触发m b m s 传输方式。 2 m b m s 传输函数采用会话开始程序，通过g m b 代理函数激活所有属于客 户服务的m b m s 承载业务。 3 客户服务的数据传输到所有监听的用户，有些m b m s 承载业务将用于传 输客户服务数据，并且有些客户服务数据被加密保护，这时m b m s 加密 密钥憋在相同或者不同的m b m s 承载中同时被发送出去。 4 m b m s 传输函数采用m b m s 会话停止程序触发g g s n ，通过g m b 代理函 数释放所有m b m s 承载服务。使m b m s 承载业务失效的唯一标志是通过 传递个参数。 5 假如一个m b m s 客户服务的联合传输函数被允许或请求，m b m s 用户将 向联合传输函数发送联合传输过程请求，b m s c 将鉴别该用户。 对于多播传输模式，在传输歼始时，b m s c 必须向g g s n 发送会话开始 1 7 中山大学矮士学位论文 第二章m b m s 的介绍 ( s e s s i o ns t a r t ) 请求，然后g g s n 将分配所需要的网络资源，并将请求转到相应的 s g s n ，这些s g s n 同样根据业务质量( o o s ) 来分配无线资源。最后，m b m s 业务 组中的终端将被通知要开始传送多播业务数据了。接着，服务器将多媒体数据发 送给b m s c ，随后b m 。s c 会将这些数据转发到m b m s 的承载层，这样数据将会 发送到加入m b m s 业务组的所有终端了。最后，服务器发送会话结束( s e s s i o ns t o p ) 通知，表示数据传输阶段已经结束，想离开m b m s 多播业务的终端用户可以向网 络发送业务离开( s e r v i c el e a v e ) 请求，随后网络便将该用户从m b m s 业务组中删 除。 2 6m b m s 的自动重传与前向纠错技术 2 6 。1 自动重传技术 文献f 王9 忡介绍了几种m b m s 的关键技术，其中重传技术主要是用来恢复u e 没有正确接收到的r l cp d u 。为了最大可能地重用已有的w