3GPP中多媒体广播和组播技术.doc

摘要介绍了3GPP中多媒体广播和组播技术（MBMS），包括MBMS的网络结构、业务流程和发展方向，介绍了阿尔卡特朗讯MBMS特色解决方案。1 引言组播和广播是一种从一个数据源向多个目标传送数据的技术。在传统移动网络中，小区广播业务（Cell Broadcast Service, CBS）允许低比特率数据通过小区共享广播信道向所有用户发送。随着Internet的迅猛发展，大量多媒体业务涌现出来，其中一些应用业务要求多个用户 能同时接收相同数据，如视频点播、电视广播、视频会议、网上教育等。这些移动多媒体业务与一般的数据相比，具有数据量大、持续时间长、时延敏感等特点。目 前的IP组播技术只适用于有线IP网络，不适用于移动网络，因为移动网络具有特定的网络结构、功能实体和无线接口，这些都与有线IP网络不同。为了有效地利用移动网络资源，3GPP/GSM全球标准化组织3GPP提出了组播和广播业务（Multimedia Broadcast/Multicast Service, MBMS），在移动网络中提供一个数据源向多个用户发送数据的点到多点业务，实现网络资源共享，提高网络资源的利用率，尤其是空口接口资源。3GPP定义 的MBMS不仅能实现纯文本低速率的消息类组播和广播，而且还能实现高速多媒体业务的组播和广播，这无疑顺应了未来移动数据发展的趋势。本文就3GPP中MBMS无线接入结构、典型MBMS业务流程以及MBMS的发展方向进行了介绍。2 3GPP中MBMS网络结构对于3GPP而言，MBMS具有下列特征：具有控制广播/组播业务传送的能力。 在核心网中对广播/组播数据流具有路由功能。 在小区内具有用于点到多点的高效的无线承载方式。图1是3GPP MBMS网络结构图。其中广播/多播业务中心（BM-SC）是新增加的网元，主要负责提供和传送移动广播业务。BM-SC是MBMS中内容传送服务的输入 点。它负责建立、控制核心网中MBMS的传输承载，同时也负责MBMS传输的调度和传送。BM-SC还向终端设备提供业务通知。该通知包括了终端想加入 MBMS业务的所有必要信息（例如组播业务标识、IP组播地址、传输时间、媒体描述等）。BM-SC还用于产生来自内容提供商的数据话单，同时它还负责管 理组播模式下的安全问题。图1 3GPP中MBMS网络结构图为了支持MBMS用户层面和控制层面的传输，MAC层部分在CRNC新增了一个MAC-m的功能实体，负责MBMS传输信道。同时为了进行 MBMS P-t-M（Point-to-Multipoint）传输，新增了三个逻辑信道：MCCH（MBMS Point-to-Multipoint Control Channel），MSCH（MBMS Point-to-Multipoint Scheduling Channel），MTCH（MBMS Point-to-Multipoint Traffic Channel），用于P-t-M传输下行用户信息和控制信息。为了寻呼定制了某MBMS业务的用户，还定义了一个专用的寻呼指示信道（MICH）。同P-t-P（Point-to-Point）方式相比，P-t-M方式传输可以让所有定制同一MBMS业务的用户在一个公共传输信道 (FACH)上接收相同数据，无线信道的效率得到很大的提高。综合考虑下行发送功率的限制和覆盖因素，协议中选定FACH作为MBMS业务P-t-M承载的传输信道，但P-t-P方式仍然采用专用信道。即 在MBMS中具有两种传输模式：传统的P-t-P模式和新增的P-t-M模式。因为FACH信道的发射功率比DCH大，在定制业务的用户很少情况下显然会 浪费功率，所以可以根据无线资源占用最少的原则选择适合的传输方式。一个MBMS业务只建立一个Iu承载，并在小区组内共享PDCP和RLC实体。CRNC控制在小区组内传输多个P-t-M的MBMS无线承载数 据。用户可以同时接收多个无线承载数据，并分别解码，在RLC层选择合并；合并技术使P-t-M传输能获得非常显著的接收增益，即便是FACH信道也可以 为MBMS提供高达384kbit/s的高速、可靠传输。图2给出了使用MBMS相比单播方式的优势。在单播方式中，每个用户与SGSN之间都要建立一条单独的连接。服务器和网络业务的负载与用户数目 直接相关。随着用户数目的增加，服务器和网络负载将迅速增加，从而可能会影响到传统的语音和数据业务。图2 广播业务的演进3 MBMS业务流程由于目前移动网络不支持组播和广播能力，3GPP定义一系列MBMS业务流程，增加了Iu接口以及Uu接口处的信令交互过程，在已有接口上定义 了与MBMS业务相关的新消息和新参数。MBMS包括两种模式：组播模式和广播模式。由于组播和广播模式在业务需求上不同，导致其业务流程也不同，如图3所示。会话开始和会话结束都由 广播组播业务中心BM-SC发起，为MBMS数据传送建立或释放相应网络资源，包括GTP用户面、Iu接口承载和空中承载。该过程和用户加入或退出某个组 播组过程是完全独立的，如用户可以在组播会话开始之前或之后激活MBMS业务。图3 典型的MBMS业务流程开始，特定的MBMS业务信息被送到业务服务器中，该信息通常看作是业务通知（通知用户MBMS业务的相关信息，如MBMS业务的地理范围、 IP组播地址、业务开始时间等）。运营商可考虑多种方式实现业务声明，最简单的实现方式就是将其存储在Web服务器中，用户可以通过超文本传输协议 （HTTP）或者无线应用协议（WAP）来下载。当然也可以利用现存的短信或者彩信的推送（Push）机制来传送该业务通知。还可以利用专门的MBMS业 务通知信道来传送。在终端用户接收到业务通知后，用户使用业务的方式取决于业务是广播方式还是组播方式。如果业务是广播方式，那么用户终端只需要简单的接收相应的 信道（在业务通知中有详细的参数描述）上就可以了。如果业务是组播方式，那么用户必须向网络发起会话加入（Session Join）请求，这样用户便会成为相应MBMS业务组的一位成员，因而可以接收到组播业务的数据了。在传输开始时，BM-SC必须向GGSN发送会话开始（Session Start）请求。然后GGSN将分配所需的因特网资源，并将该请求前转到相应的SGSN，这些SGSN同样根据业务质量（QoS）来分配所需的无线资 源。最后，MBMS业务组中的终端将被通知要开始传送组播业务数据了。服务器接着将多媒体数据发送给BM-SC，随后BM-SC会将这些数据转发到MBMS的承载层。这样数据便会发送到加入MBMS业务组的所有终 端了。最后，服务器发送会话结束（Session Stop）通知，表示数据传输阶段已经结束。想离开MBMS组播业务的终端用户，可以向网络发送业务离开（Service Leave）请求，随后网络便将该用户从MBMS业务组中删除。4 发展方向在未来移动通信中，MBMS仍然是增加运营收入的主要应用业务之一。LTE着重考虑的方面主要包括降低时延、提高用户的数据率、增大系统容量和 覆盖范围以及降低运营成本等。在LTE中，其扁平式的网络结构将弱化RNC的功能，增强E-Node B的调度（Scheduling）和分段重组（Segmentation/Assembly）功能，同时能够支持1.2520MHz带宽，极大提高峰值 数据速率（在20MHz带宽下支持下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率）。这些方面的改进和提高都将为MBMS的进一步演进铺平道 路。而HSPDA，由于采用了自适应调制编码、HARQ和快速调度等关键技术，可以提供高速下行分组数据速率并减少时延，其理论峰值速率可以达到 14.4Mbit/s。虽然在其实现上还存在一定的问题，但对于单向发送的MBMS业务来说这种技术无疑具有很大的吸引力。5 阿尔卡特朗 讯MBMS特色实现方案阿尔卡特朗讯在3GPP制定MBMS规范时就开始了MBMS的跟踪研究， 随着R6/R7 MBMS改进和LTE MBMS规范工作的推进，阿尔卡特朗讯结合自身在HSDPA/HSUPA方面的领先进展和研发实 力，提出了整套MBMS解决方案。经过跟各个运营商的沟通，最典型的MBMS应用有：mUCC（mobile User Created Contents）：向其他用户提供由用户自己创作的服务（包括用手机拍摄的语音、视频、图片等）。Delayed Download (Joint-Purchase of Contents)：为了优化无线资源，当需要MBMS服务的用户数超过一个门限，才会传输MBMS内容。T-Commerce：当用户在家时可以通过手机浏览商店货品信息。如果用户确定要买，可以再提供额外的服务用于下订单或付款。Remote Education：由于没有足够时间或其它因素，学生无法亲自参加课程培训。可以通过MBMS接受在线的远程教学并可参加远程考试（例如大学入学考试、 TOFEL等）。Multipoint Video Conference。阿尔卡特朗讯把在R4/R5产品研发和应用中积累的优异的产品性能和无线 资源管理算法有机地植入MBMS，最大限度地发挥MBMS的优势，为移动运营商和终端用户提供优质服务。参考文献1 TS23.246 MBMS Archi