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關于網絡電視(IPTV)組播解決方案介紹

2008/05/04

一、IPTV的提出背景：

　　Internet技術、網絡和業(yè)務的發(fā)展從各方面改變了人們的學習、工作和生活方式，給人們帶來了巨大的便利，Internet已經成為人們生活中不可缺少的一部分。但Internet的快速發(fā)展并沒有給Internet運營商帶來與其投入相應的回報。繼Web業(yè)務、E-mail等被廣泛認可的應用外，業(yè)界人士正在尋求會給網絡運營商帶來巨大收益的殺手锏應用。20世紀末，人們將遠程教學、電子商務看作未來的殺手锏級應用并寄予了厚望，但幾年過去后，IT業(yè)界人士除了品嘗到網絡泡沫所帶來的苦酒外，并沒有獲得預期的收益。進入21世紀后，隨著流媒體技術、Internet網絡技術和網絡帶寬的不斷提高，人們又開始關注利用IP協(xié)議提供類似于目前深受用戶歡迎并具有眾多用戶的電視(TV)業(yè)務即IPTV業(yè)務，并將其作為未來寬帶Internet上的殺手锏應用。但在目前或一段時間內IPTV業(yè)務是否會像人們預期的那樣成為會給運營商提供豐厚利潤同時又深受用戶歡迎的應用，還是會像電子商務、遠程教學業(yè)務一樣，雖然一直被用戶使用但并沒有獲得預期的利潤。

二、IPTV的技術特性可行性分析：

　　1.IPTV相關技術及標準

　�。�1）IPTV相關技術，IPTV是互聯(lián)網協(xié)議電視(Internetprotocoltelevision)的縮寫，是指在基于IP協(xié)議的網絡上向用戶提供點播方式或組播方式的視頻業(yè)務。IPTV業(yè)務的提供得益于信息處理技術和內容分發(fā)技術的發(fā)展。主要包括視頻圖像編碼技術以及流化技術，如MPEG-4/H.264編碼技術，MPEG-7、MPEG-21等元數據技術，內容分發(fā)技術(包括CDN和端對端peertopeer等內容分發(fā)技術、組播技術、接入技術等)以及DRM(數字版權管理)技術等等。

　　（2）視頻圖像編碼和流化技術及標準，音視頻圖像壓縮編碼標準主要由ITU-T和MPEG制訂，已經發(fā)布的有ITU-T協(xié)議H.261、H.262、H.263、H.264以及MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。目前認為比較適合于流媒體系統(tǒng)中使用的標準主要有H.264和MPEG-4。目前我國AVS組織也在開發(fā)和制訂具有我國自主知識產權的圖像壓縮編碼標準

　�。�3）元數據技術，元數據是描述、解釋、定位或者為更容易地進行檢索、使用或管理信息資源而進行的結構化信息。

　�。�4）內容分發(fā)技術。包括CDN技術，組播技術。

　�。�5）IPTV相關標準化組織，在全球范圍內制定與IPTV相關的標準化組織主要有ITU、流媒體聯(lián)盟ISMA、開放移動聯(lián)盟OMA、數字音/視頻聯(lián)盟(DAVIC)、ISO、交互式電視聯(lián)盟(ITV)、DSL聯(lián)盟、寬帶業(yè)務聯(lián)盟以及IETF等標準化組織。

　　2.IPTV業(yè)務的優(yōu)勢及可能存在的問題

　　（1）IPTV業(yè)務的優(yōu)勢

　　相對于傳統(tǒng)的電視業(yè)務，IPTV業(yè)務具有一些優(yōu)勢：IPTV業(yè)務為用戶提供交互通信的渠道；用戶可以根據個人的喜好選擇使用IPTV業(yè)務所提供的內容；用戶可以在任何時間觀看已經播放的視頻節(jié)目或已經存在的內容信息；從技術和業(yè)務本身的特點來看，IPTV業(yè)務可以向用戶提供無限數量的不同信息，為用戶提供個性化信息提供方便；IPTV業(yè)務提供者可以向連接到基于IP協(xié)議的網絡所覆蓋的所有網絡內的用戶提供業(yè)務。

　　（2）電信運營商提供IPTV業(yè)務存在的問題

　　內容問題，電信運營商主要以運營網絡為主，其本身沒有提供內容服務的經驗。是否可以成功地提供IPTV業(yè)務，內容在其中起到非常重要的作用。雖然內容提供者可以通過IPTV業(yè)務平臺找到內容分發(fā)的一種新的渠道，但由于受目前數字版權管理手段問題的困擾，只有在內容得到保護的情況下才能實現(xiàn)。目前情況下，若沒有價錢可以被用戶所接受，保護程度可以被內容提供者所接受的數字版權保護手段。電信運營商將很難從內容提供商處獲得持續(xù)的內容。服務質量問題，目前所談的IPTV業(yè)務主要包括組播方式的視頻業(yè)務和點播方式的視頻業(yè)務。在目前IP網絡上開放視頻廣播/組播勢必會造成網絡的擁塞，業(yè)務的服務質量很難保證。對于點播業(yè)務，由于受到內容分發(fā)方式和點播用戶數量的限制，在用戶點播數量超過一定數量時，網絡帶寬和服務器的處理能力會影響到業(yè)務的服務質量。商業(yè)模式問題，從IPTV本身的名稱便會使用戶在決定是否使用該業(yè)務時，與目前被普遍接受的電視業(yè)務相比較，比較的內容包括價格、服務質量和使用的方便程度。目前廣播電視主要是依靠廣告收入來補充費用的不足。IPTV是否也要依靠收取廣告費用來補充提供業(yè)務時的不足。內容檢索問題，IPTV將要提供交互式的視頻信息的投遞，用戶如何從海量的信息中找到自己希望得到的內容，業(yè)務提供者如何將內容信息分類也是該業(yè)務是否可以健康發(fā)展的問題。政策法規(guī)問題，IPTV業(yè)務的提供將打破內容信息的地域限制。而對于一些國家來講，本地區(qū)可以播放的內容并不允許在超出其所規(guī)定的范圍內播放，同時對于本地域之外的部分信息也不允許在本地域范圍內播放。同時一些國家TV業(yè)務是由指定的部門經營，是否對電信運營者開放IPTV業(yè)務還不是很明朗。

三、IPTV組播解決方案：

　　在技術上，IPTV對承載網組播、帶寬、QoS、網絡安全等方面有很強的要求。一般來說，IPTV業(yè)務建議用戶帶寬不低于2M。為節(jié)省接入層到匯聚層的網絡帶寬，以太網交換機需至少支持二層組播協(xié)議IGMPsnooping(Internet群組管理協(xié)議探測)。對無法支持組播的接入層設備同時需要根據業(yè)務發(fā)展逐步進行替換。對匯聚層設備進行上下行帶寬擴容和升級，下行帶寬根據接入層設備升級情況進行相應升級，上行帶寬設計到N×GE。由于IPTV業(yè)務中視頻碼流的實時性、連續(xù)性，需要承載網絡提供QoS保證，同時業(yè)務對承載網的延時、丟包和抖動比較敏感。其中直播類視頻業(yè)務如直播電視對QoS的要求高于點播類視頻服務如VOD。游戲類業(yè)務是一種雙向交互式的數據業(yè)務，其業(yè)務特性如操作命令的靈敏性決定了對數據包的傳輸時延要求特別高。

　　針對IPTV對交換機在組播上的要求，根據組播復制/控制點的不同，接入網的組播大致可以有以下三種方案。

　　1．基于BRAS的組播復制方式

　　用戶STB(機頂盒)通過使用PPPOE或者IPOE方式接入，與BRAS之間建立PPPOE或者IPOE通道，BRAS終結STB的IGMP報文，由BRAS負責實現(xiàn)用戶STB的組播復制，將組播報文復制在STB相應的PPPOE或者IPOE通道內，具體實現(xiàn)方式如圖1所示。

圖1 基于BRAS的組播復制方式

　　該實現(xiàn)方式適合多種接入方式，PC采用PPPOE方式接入，STB采用PPPOE或者IPOE方式接入，PC和STB即可以共用一條PVC/VLAN，也可以分別做單獨配置。本實現(xiàn)方式不需對現(xiàn)有網絡做太大改造，適合采用“集成模式”組網情況，只要求對寬帶計費后臺進行少量的改動即可。但該實現(xiàn)方式中，BRAS面向用戶STB復制IPTV組播業(yè)務，面向用戶的組播復制點是BRAS，也就是說從BRAS開始到各個用戶，每個用戶所點的內容都是一條單獨的數據流，對BRAS的下連帶寬要求很高，不適合大規(guī)模IPTV的組網。一般在IPTV業(yè)務開展初期使用。

　　2．基于匯聚交換機(組播交換機)的組播復制方式

　　本實現(xiàn)方式的用戶STB(機頂盒)可以采用多種接入方式，PPPOE或者IPOE，但采用PPPOE接入時，STB必須支持雙棧，能夠發(fā)送基于IPOE封裝的IGMP報文，匯聚交換機終結STB的IGMP報文，負責將組播M-VLAN的IPTV直播業(yè)務跨VLAN復制給用戶。圖2給出了在單邊緣業(yè)務接入情況下具體的實現(xiàn)方式。

圖2 基于匯聚交換機(組播交換機)的組播復制方式

　　該實現(xiàn)方式適合所有接入方式，但當STB使用PPPOE接入時，STB必須支持雙棧，能夠發(fā)送基于IPOE封裝的IGMP報文。匯聚交換機至IPTV業(yè)務控制點之間的直播業(yè)務采用組播M-VLAN承載，匯聚交換機具備IGMPProxy功能，可以采用主動靜態(tài)下拉或者動態(tài)下拉的方式將IPTV組播業(yè)務通過組播M-VLAN送抵至匯聚交換機，然后按需跨VLAN復制給用戶。所謂主動靜態(tài)下拉就是指不管有沒有用戶需要組播流，匯聚交換機均主動向上行發(fā)送組播加入報文進行引流；所謂動態(tài)下拉是指只有當有第一個用戶組播加入時，才進行引流，后續(xù)用戶不再進行引流，當所有用戶組播均離開時，匯聚交換機發(fā)送組播離開消息切斷組播流，從而實現(xiàn)“按需引流，一次引流，多用戶應用”的目的。

　　該實現(xiàn)方式對現(xiàn)有網絡改造不大，而且支持所有接入方式，緩解了BRAS的接入壓力，但相應的匯聚交換機與DSLAM/二層交換機之間，原有基于BRAS組播復制的帶寬壓力沒有改善，而且還要考慮控制用戶組播接入的問題，適合IPTV業(yè)務開展的過渡階段。

　　3．基于二層交換機的的組播復制模式

　　本實現(xiàn)方式用戶STB(機頂盒)可以采用多種接入方式，PPPOE或者IPOE，但采用PPPOE接入時，STB必須支持雙棧，能夠發(fā)送基于IPOE封裝的IGMP報文，二層交換機終結STB的IGMP報文，負責將組播M-VLAN的IPTV直播業(yè)務按接入端口復制給用戶，圖3給出了在單邊緣業(yè)務接入情況下具體的實現(xiàn)方式。

圖3 基于二層交換機的的組播復制模式

　　該實現(xiàn)方式適合所有接入方式，但當STB使用PPPOE接入時，STB必須支持雙棧，能夠發(fā)送基于IPOE封裝的IGMP報文；二層交換機至IPTV業(yè)務控制點之間的直播業(yè)務采用組播M-VLAN承載，交換機具備IGMPProxy功能，可以采用主動靜態(tài)下拉或者動態(tài)下拉的方式將IPTV組播業(yè)務通過組播M-VLAN送抵至匯聚交換機，然后按需跨VLAN復制給用戶；該實現(xiàn)方式對現(xiàn)有網絡改造較大，對所有不支持組播的二層交換機均需要更換，支持所有接入方式，緩解了二層交換機以上的組播復制壓力，但還要考慮控制用戶組播接入的問題，在大規(guī)模IPTV放號階段，二層交換機作為組播復制/控制點，是最好的選擇。

參考文獻：

　　[1]蔡燕梅，《IP技術在網絡電視中的應用》，廣播電視信息，2005

　　[2]吳江、趙慧玲等，《下一代的IP骨干網絡技術》，人民郵電出版社，2002

　　[3]喻文學，《IPTV承載網相關技術及問題研究》，通信世界網，2005

　　[4]盛志凡，《淺談IPTV系統(tǒng)技術及其在廣電的應用》，廣播電視信息，2005

中國信息產業(yè)網(www.cnii.com.cn)


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