本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于單播廣播技術(shù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)視頻多路并行傳輸方法。

背景技術(shù)：

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2020年移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將是2015年的10倍。而其中移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)在移動(dòng)數(shù)據(jù)流量中將占到75%。未來，主要的移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)將以高質(zhì)量視頻呈現(xiàn)，如3D視頻、超高清電視、自由視點(diǎn)電視等，這些視頻傳輸需要很高的帶寬用來傳輸大量數(shù)據(jù)。即便是到了5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，高質(zhì)量視頻因其需要高帶寬的傳輸需求，將擠占其他業(yè)務(wù)帶寬，被稱為“5G”殺手?，F(xiàn)今的終端使用無線傳輸機(jī)制較為單一，比如常用的手機(jī)終端，同一時(shí)間只能使用單一的數(shù)據(jù)傳輸模式，例如LTE、WiFi等，其對(duì)于高數(shù)據(jù)率的無線視頻傳輸（例如現(xiàn)場直播3D視頻）有一定的缺陷：其一，LTE采用的廣播技術(shù)，其所使用的傳輸帶寬大小只取決于信道環(huán)境最差的那一個(gè)用戶，這樣導(dǎo)致信道環(huán)境較好的用戶無法享受到高清且高質(zhì)量的觀看體驗(yàn)，更不用說體驗(yàn)“3D”效果了；其二，帶寬有限，當(dāng)有大量數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸時(shí)，其需要很大的帶寬資源，同時(shí)也加重了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，傳輸率失真很大，嚴(yán)重影響用戶觀看體驗(yàn)。再一個(gè)就是對(duì)于未來用戶終端對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的支持會(huì)逐漸增多，使用單一的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制明顯會(huì)降低對(duì)帶寬資源的利用率。

另一方面，被稱為多宿終端（Multi-homed Terminals）的類似Samsung Galaxy S5、Huawei mate 7等智能終端設(shè)備已具備同時(shí)接入多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)哪芰?。未來，不同制式、覆蓋范圍、傳輸速率的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)（如LTE、WIFI、HSDPA、WIMAX、5G等）將以融合的方式共存。在多個(gè)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的重疊覆蓋區(qū)域，多宿終端可以同時(shí)接入多個(gè)接入點(diǎn)（AP，Access Point）使用多條路徑并行傳輸數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率保證高速業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service, QoS），如圖1所示。

綜上所述，可利用移動(dòng)終端的多宿特性，基于廣播+單播技術(shù)設(shè)計(jì)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)下的具有節(jié)省頻譜并提升視頻服務(wù)質(zhì)量的視頻傳輸方法。當(dāng)有大量并發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸需求時(shí)，對(duì)于不同的用戶需求提供不同的傳輸質(zhì)量，對(duì)于具有不同網(wǎng)絡(luò)接入能力的用戶提供不同的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多路傳輸數(shù)據(jù)，均衡各種網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，使得在一定的帶寬資源下能夠?yàn)橛脩籼峁└玫囊曨l傳輸質(zhì)量。

雖然，利用移動(dòng)終端的多宿特性通過多個(gè)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中并行傳輸數(shù)據(jù)可以獲得更高的傳輸帶寬。但是，如果在一個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)多個(gè)移動(dòng)終端共享視頻資源，即便利用多宿特性可以提升傳輸帶寬，也不能滿足需求。主要有以下兩個(gè)瓶頸問題：1. 多個(gè)相同內(nèi)容視頻從源端視頻服務(wù)器重復(fù)傳送將可能造成源端出口報(bào)文擁塞，且浪費(fèi)傳輸資源。2. 覆蓋區(qū)域內(nèi)的可用無線資源可能有限，無法滿足大量用戶共享視頻所需的頻譜資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于單播廣播技術(shù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)視頻多路并行傳輸方法，有效提高視頻的傳輸質(zhì)量，提高帶寬資源的利用率。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于單播廣播技術(shù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)視頻多路并行傳輸方法，該傳輸方法基于包括遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器、LTE核心控制EPC以及移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器、LTE核心控制EPC以及移動(dòng)終端之間進(jìn)行報(bào)文交互時(shí)，具體包括以下步驟：

步驟S1：移動(dòng)終端以單播報(bào)文的方式向LTE核心控制EPC發(fā)送視頻接入請求，請求報(bào)文的內(nèi)容包括用戶所需的視頻質(zhì)量、用戶是否有同時(shí)接入LTE與WIFI的能力、用戶的賬戶名、密碼、請求的視頻內(nèi)容、視頻質(zhì)量、IP地址、WIFI接入帶寬信息；

步驟S2：LTE核心控制EPC將接收到的用戶的賬戶名與密碼發(fā)送至一Radius服務(wù)器進(jìn)行認(rèn)證，以確認(rèn)是否為合法用戶；

步驟S3：LTE核心控制EPC根據(jù)用戶請求的視頻內(nèi)容查看本地是否已經(jīng)有相關(guān)視頻信息，如有相關(guān)信息或者相關(guān)視頻內(nèi)容已經(jīng)處于播放過程中則直接進(jìn)入步驟S4；如未有相關(guān)信息則和遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器之間建立連接，從遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器下載對(duì)應(yīng)視頻信息；

步驟S4：LTE核心控制EPC向移動(dòng)終端下發(fā)廣播視頻解碼密鑰，如果用戶請求的視頻為高質(zhì)量視頻，則下發(fā)的密鑰還包括增強(qiáng)視頻密鑰；如果LTE已開始向用戶覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播視頻，則用戶接收到廣播視頻后直接利用解碼廣播視頻；如果LTE未廣播相應(yīng)視頻內(nèi)容，則LTE核心控制EPC向覆蓋區(qū)域內(nèi)下發(fā)廣播視頻；同時(shí)向Radius服務(wù)器更新用戶的服務(wù)器信息，開始對(duì)用戶進(jìn)行記賬收費(fèi)；

步驟S5：若用戶提出的視頻需求還包括增強(qiáng)視頻服務(wù)，則LTE核心控制EPC根據(jù)用戶的接入能力不同按照不同的方式進(jìn)行通信：

步驟S6：視頻服務(wù)完成后，移動(dòng)終端向LTE核心控制EPC請求結(jié)束服務(wù)；

步驟S7：LTE核心控制EPC接收到用戶的視頻結(jié)束服務(wù)請求后，向Radius服務(wù)器更新信息結(jié)束用戶的記賬收費(fèi)，同時(shí)向用戶返回結(jié)束請求確認(rèn)。

進(jìn)一步地，在所述步驟S5中，若用戶在步驟S1中提出的視頻需求還包括增強(qiáng)視頻服務(wù)，則LTE核心控制EPC需要根據(jù)用戶的接入能力不同按照以下方式進(jìn)行通信：

當(dāng)一個(gè)時(shí)刻僅能支持從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收視頻，即單宿終端時(shí)：LTE核心控制EPC與移動(dòng)終端之間通過LTE網(wǎng)絡(luò)直接建立單播通信通道，將增強(qiáng)視頻信號(hào)通過該單播通道直接下發(fā)至移動(dòng)終端，移動(dòng)終端接收到該視頻信號(hào)后利用進(jìn)行解碼視頻；

當(dāng)一個(gè)時(shí)刻可支持從多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收視頻，即多宿終端時(shí)：LTE核心控制EPC與移動(dòng)終端之間分別通過LTE網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)建立兩條單播通信通道。LTE核心控制EPC將增強(qiáng)視頻信號(hào)經(jīng)過分流后分別通過LTE網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)傳送給移動(dòng)終端，移動(dòng)終端接收到兩路視頻信號(hào)后，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行合并后利用進(jìn)行視頻解碼。

進(jìn)一步地，所述LTE核心控制EPC中包括視頻服務(wù)業(yè)務(wù)調(diào)度模塊、遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊、視頻流分流模塊；

所述視頻服務(wù)業(yè)務(wù)調(diào)度模塊為所述LTE核心控制EPC的內(nèi)部核心模塊，用以對(duì)視頻服務(wù)業(yè)務(wù)的調(diào)度，接收移動(dòng)終端的視頻服務(wù)請求，完成和Radius服務(wù)器之間的交互，控制遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊和視頻分流模塊。

所述遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊用以接收視頻服務(wù)業(yè)務(wù)調(diào)度模塊的控制指令，并與遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器之間建立傳輸通道，接收遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器的視頻信息，并將接收到的視頻信息傳送至視頻分流模塊；

所述視頻流分流模塊用以從遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊接收視頻數(shù)據(jù)流，并將其中的基礎(chǔ)視頻信號(hào)和增強(qiáng)視頻信號(hào)分離開來；對(duì)于多宿終端的增強(qiáng)視頻信號(hào)，分別通過LTE網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)建立兩條單播通信通道，通過分流將增強(qiáng)視頻信號(hào)發(fā)送至移動(dòng)終端。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)終端中包括視頻業(yè)務(wù)處理模塊、視頻接收模塊、視頻流合并模塊；

所述視頻業(yè)務(wù)處理模塊是所述移動(dòng)終端的內(nèi)部核心模塊，用以對(duì)視頻服務(wù)業(yè)務(wù)的處理，向LTE核心控制EPC發(fā)起視頻服務(wù)請求、認(rèn)證，并控制視頻接收模塊和視頻流合并模塊；

所述視頻接收模塊用以接收從LTE或WiFi發(fā)送過來的視頻數(shù)據(jù)流，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到視頻流合并模塊；

所述視頻流合并模塊用以接收從視頻流接收模塊發(fā)送過來的視頻流，對(duì)于單宿終端，將基礎(chǔ)視頻和增強(qiáng)視頻流合并；對(duì)于多宿終端，將其分別從LTE和WiFi網(wǎng)絡(luò)接收的增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)合并，并且將合并后的增強(qiáng)視頻再與基礎(chǔ)視頻合并，獲取更高質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)流。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以用于各種有超高清視頻傳輸要求的場合，如演唱會(huì)的3D視頻現(xiàn)場直播、體育賽事3D直播等，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)如下：

1.）可以有效解決傳統(tǒng)的高質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制所帶來的網(wǎng)絡(luò)擁塞、帶寬資源利用率低等問題，可以在一定的帶寬條件下，提高接入用戶的數(shù)量，提升傳輸視頻的質(zhì)量。

2.靈活利用不同網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源，提高了帶寬資源的利用率，對(duì)帶寬資源的利用更加合理化。。

3.本發(fā)明不用對(duì)現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，而使用EPC的軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的成本。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)下的多宿終端接入模型圖。

圖2是本發(fā)明的下一代LTE和WIFI網(wǎng)絡(luò)融合方案示意圖。

圖3是本發(fā)明的遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器、EPC和移動(dòng)終端之間報(bào)文交互流程圖。

圖4是本發(fā)明的LTE核心控制EPC和移動(dòng)終端的內(nèi)部模塊圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例提供一種基于單播廣播技術(shù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)視頻多路并行傳輸方法，如圖2所述，該方法基于下一代LTE和WIFI網(wǎng)絡(luò)融合方案，在該融合方案中，WIFI無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)AP通過IP安全通道和LTE的核心控制（Evolved Packet Core, EPC）建立傳輸通道。EPC可以根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，將部分業(yè)務(wù)流量通過WIFI無線接入點(diǎn)向移動(dòng)終端進(jìn)行傳送。如圖2所示，EPC中的提供與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)的PDN-GW從遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器上接收到視頻流后，可以通過EPC的LTE接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵控制模塊（Mobile Managenment Entity，MME）將數(shù)據(jù)傳送給移動(dòng)終端，也可以通過IP安全通道將部分?jǐn)?shù)據(jù)通過WIFI無線接入點(diǎn)傳送給移動(dòng)終端。

顯然，上述LTE和WIFI融合方案可以有效解決多用戶共享視頻中因遠(yuǎn)端視頻和用戶之間的重復(fù)傳輸導(dǎo)致的核心網(wǎng)傳輸擁塞或浪費(fèi)問題，本實(shí)施例針對(duì)該融合方案進(jìn)一步的視頻傳輸方案如下：

1、LTE核心控制EPC接收多個(gè)用戶的共享視頻請求。LTE的EPC根據(jù)該請求和遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器之間建立傳輸通道，接收來自遠(yuǎn)端的視頻數(shù)據(jù)流；

2、LTE核心控制EPC將視頻流中的基礎(chǔ)視頻信號(hào)分離出，如3D視頻中的2D視頻信號(hào)，將該基礎(chǔ)視頻信號(hào)經(jīng)LTE基站以無線廣播的形式向覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有用戶提供基礎(chǔ)視頻廣播服務(wù)；

3、對(duì)于有更高視頻質(zhì)量需求的移動(dòng)終端，則可以向LTE核心控制EPC發(fā)送視頻增強(qiáng)請求，該請求報(bào)文中攜帶了用戶的接入能力，即是否支持同時(shí)從WIFI無線網(wǎng)絡(luò)接收視頻流；

4、LTE核心控制EPC接收到用戶請求后，對(duì)于傳統(tǒng)的一個(gè)時(shí)刻僅能從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收視頻流的單宿終端，以單播的形式將視頻增強(qiáng)信號(hào)發(fā)送給該用戶。但是，對(duì)于一個(gè)時(shí)刻可以接入到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收并行數(shù)據(jù)流的多宿終端則可以以單播報(bào)文的形式分別從LTE和WIFI網(wǎng)絡(luò)向用戶提供增強(qiáng)視頻流。

在本實(shí)施例中，對(duì)于上述視頻傳輸方案，進(jìn)一步簡化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器、LTE核心控制EPC以及移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器、LTE核心控制EPC以及移動(dòng)終端之間進(jìn)行報(bào)文交互時(shí)，具體包括以下步驟，如圖3所示：

步驟S1：移動(dòng)終端以單播報(bào)文的方式向LTE核心控制EPC發(fā)送視頻接入請求，請求報(bào)文的內(nèi)容包括用戶所需的視頻質(zhì)量（如2D、3D視頻）、用戶是否有同時(shí)接入LTE與WIFI的能力、用戶的賬戶名、密碼、請求的視頻內(nèi)容、視頻質(zhì)量、IP地址、WIFI接入帶寬等信息；

步驟S2：LTE核心控制EPC將接收到的用戶的賬戶名與密碼發(fā)送至一Radius服務(wù)器進(jìn)行認(rèn)證，以確認(rèn)是否為合法用戶；

步驟S3：LTE核心控制EPC根據(jù)用戶請求的視頻內(nèi)容查看本地是否已經(jīng)有相關(guān)視頻信息，如有相關(guān)信息或者相關(guān)視頻內(nèi)容已經(jīng)處于播放過程中則直接進(jìn)入步驟S4；如未有相關(guān)信息則和遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器之間建立連接，從遠(yuǎn)端視頻服務(wù)器下載對(duì)應(yīng)視頻信息；

步驟S4：LTE核心控制EPC向移動(dòng)終端下發(fā)廣播視頻解碼密鑰，如果用戶請求的視頻為高質(zhì)量視頻，則下發(fā)的密鑰還包括增強(qiáng)視頻密鑰；如果LTE已開始向用戶覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播視頻，則用戶接收到廣播視頻后直接利用解碼廣播視頻；如果LTE未廣播相應(yīng)視頻內(nèi)容，則LTE核心控制EPC向覆蓋區(qū)域內(nèi)下發(fā)廣播視頻；同時(shí)向Radius服務(wù)器更新用戶的服務(wù)器信息，開始對(duì)用戶進(jìn)行記賬收費(fèi)；

步驟S5：若用戶提出的視頻需求還包括增強(qiáng)視頻服務(wù)，則LTE核心控制EPC根據(jù)用戶的接入能力不同按照不同的方式進(jìn)行通信：

步驟S6：視頻服務(wù)完成后，移動(dòng)終端向LTE核心控制EPC請求結(jié)束服務(wù)；

步驟S7：LTE核心控制EPC接收到用戶的視頻結(jié)束服務(wù)請求后，向Radius服務(wù)器更新信息結(jié)束用戶的記賬收費(fèi)，同時(shí)向用戶返回結(jié)束請求確認(rèn)。

在本實(shí)施例中，在所述步驟S5中，若用戶在步驟S1中提出的視頻需求還包括增強(qiáng)視頻服務(wù)，則LTE核心控制EPC需要根據(jù)用戶的接入能力不同按照以下方式進(jìn)行通信：

當(dāng)一個(gè)時(shí)刻僅能支持從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收視頻，即單宿終端時(shí)：LTE核心控制EPC與移動(dòng)終端之間通過LTE網(wǎng)絡(luò)直接建立單播通信通道，將增強(qiáng)視頻信號(hào)通過該單播通道直接下發(fā)至移動(dòng)終端，移動(dòng)終端接收到該視頻信號(hào)后利用進(jìn)行解碼視頻；

當(dāng)一個(gè)時(shí)刻可支持從多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收視頻，即多宿終端時(shí)：LTE核心控制EPC與移動(dòng)終端之間分別通過LTE網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)建立兩條單播通信通道。LTE核心控制EPC將增強(qiáng)視頻信號(hào)經(jīng)過分流后分別通過LTE網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)傳送給移動(dòng)終端，移動(dòng)終端接收到兩路視頻信號(hào)后，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行合并后利用進(jìn)行視頻解碼。

在本實(shí)施例中，如圖4所示，所述LTE核心控制EPC中包括視頻服務(wù)業(yè)務(wù)調(diào)度模塊、遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊、視頻流分流模塊；

所述視頻服務(wù)業(yè)務(wù)調(diào)度模塊為所述LTE核心控制EPC的內(nèi)部核心模塊，用以對(duì)視頻服務(wù)業(yè)務(wù)的調(diào)度，接收移動(dòng)終端的視頻服務(wù)請求，完成和Radius服務(wù)器之間的交互，控制遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊和視頻分流模塊。

所述遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊用以接收視頻服務(wù)業(yè)務(wù)調(diào)度模塊的控制指令，并與遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器之間建立傳輸通道，接收遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器的視頻信息，并將接收到的視頻信息傳送至視頻分流模塊；

所述視頻流分流模塊用以從遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器通信模塊接收視頻數(shù)據(jù)流，并將其中的基礎(chǔ)視頻信號(hào)和增強(qiáng)視頻信號(hào)分離開來；對(duì)于多宿終端的增強(qiáng)視頻信號(hào)，分別通過LTE網(wǎng)絡(luò)和WIFI網(wǎng)絡(luò)建立兩條單播通信通道，通過分流將增強(qiáng)視頻信號(hào)發(fā)送至移動(dòng)終端。

在本實(shí)施例中，所述移動(dòng)終端中包括視頻業(yè)務(wù)處理模塊、視頻接收模塊、視頻流合并模塊；

所述視頻業(yè)務(wù)處理模塊是所述移動(dòng)終端的內(nèi)部核心模塊，用以對(duì)視頻服務(wù)業(yè)務(wù)的處理，向LTE核心控制EPC發(fā)起視頻服務(wù)請求、認(rèn)證，并控制視頻接收模塊和視頻流合并模塊；

所述視頻接收模塊用以接收從LTE或WiFi發(fā)送過來的視頻數(shù)據(jù)流，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到視頻流合并模塊；

所述視頻流合并模塊用以接收從視頻流接收模塊發(fā)送過來的視頻流，對(duì)于單宿終端，將基礎(chǔ)視頻和增強(qiáng)視頻流合并；對(duì)于多宿終端，將其分別從LTE和WiFi網(wǎng)絡(luò)接收的增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)合并，并且將合并后的增強(qiáng)視頻再與基礎(chǔ)視頻合并，獲取更高質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)流。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。