IPTV總體建設方案規(guī)劃

1、iptv總體建設方案規(guī)劃【摘要】本文將iptv的業(yè)務分為基礎業(yè)務和增殖業(yè)務，對iptv系統(tǒng)的總體方案進行了介紹，并針對性的iptv建設中的幾項關鍵技術進行了探討。h.264編碼格式應該作為iptv系統(tǒng)建設的當前首選；iptv規(guī)模發(fā)展以后，用戶的認證方式應該選擇dhcp+方式；cdn子系統(tǒng)的內容分發(fā)和負載均衡策略直接影響用戶的體驗。【關鍵詞】iptv 方案 編碼 cdn 認證作為一項新的應用系統(tǒng)和業(yè)務，當前iptv正是電信行業(yè)和廣電行業(yè)關注的熱點，其包含了傳統(tǒng)電視和互聯(lián)網(wǎng)的相關特性，是傳統(tǒng)電視業(yè)務和電信寬帶互聯(lián)網(wǎng)新興業(yè)務的結合體。目前固網(wǎng)運營商業(yè)務增長比較乏力，通過iptv業(yè)務挖掘數(shù)據(jù)業(yè)務在寬帶

2、上的優(yōu)勢不失為一種有效手段。一、 iptv主要業(yè)務iptv業(yè)務不僅包括直播電視、視頻點播和時移電視等基礎業(yè)務，而且包括多項增值業(yè)務。1. 直播電視iptv直播電視除具備與傳統(tǒng)電視相同的頻道播放、頻道快速切換等功能以外，還具備其他的一些特色功能。如：頻道記憶：開機時播放上次退出的頻道或缺省頻道。頻道導視：支持三日的節(jié)目時間表的查詢。節(jié)目表包括：節(jié)目名稱、開始時間、節(jié)目時長、節(jié)目簡介。 頻道加鎖：家長可對敏感頻道進行加減鎖，加鎖頻道必須輸入密碼才能選擇播放；頻道收藏：用戶可把自己喜歡的頻道置入收藏夾，通過收藏夾快速選擇播放。2. 視頻點播視頻點播使用戶能夠隨心所欲地支配自己的時間，欣賞自己想看的節(jié)

3、目內容，而不需要出門買或租dvd，或是按照電視節(jié)目單來固定自己的時間。通過各種分類和檢索方法，用戶可以在最短時間里找到自己想看的節(jié)目內容。系統(tǒng)還支持通過導演、電影演員等檢索方式，使用戶使用更方便、更快捷。3. 時移電視時移電視包括即時時移和菜單時移。即時時移提供直播電視的同時，支持暫停、快退、快進、定位、切換、狀態(tài)顯示、時間顯示等操作。使用戶不再受節(jié)目播出時間的限制，而且可以直接挑選自己喜歡觀看的節(jié)目，跳過不感興趣的節(jié)目。菜單時移通過時移電視（time-shiftedtv）服務，打破了傳統(tǒng)有線電視用戶按固定的節(jié)目時刻表收看電視節(jié)目的方式，用戶可以非常靈活地支配自己的時間。菜單時移電視（time

4、-shiftedtv）是通過點播的方式來實現(xiàn)，但從用戶的消費習慣角度看，與vod有著不同。下圖就是在tv終端上看到的時移電視的使用界面。4. 虛擬頻道將一系列媒體內容按照一定規(guī)范或者分類組織起來，順序播放。體現(xiàn)給用戶的是一個和普通頻道沒有任何區(qū)別的虛擬頻道。用戶可以象其他頻道一樣，定購虛擬頻道。虛擬頻道極大的方便了內容提供商進行內容的組織，然后呈現(xiàn)給用戶。是實現(xiàn)節(jié)目定制，遠程教育等功能很好的解決方案。5. 增值業(yè)務（1）卡拉ok用戶可以通過機頂盒及附加的功放、麥克風，進行卡拉ok娛樂。機頂盒支持左、右聲道輸出，從而支持原唱、伴唱。遙控器通過左、右聲道的切換，從而實現(xiàn)原唱、伴唱的切換。（2）游戲

5、支持游戲服務導航，用戶通過iptv終端購買游戲服務并使用游戲。能與互聯(lián)網(wǎng)棋牌類游戲（例如騰訊、中國游戲中心等）聯(lián)網(wǎng)互通，需第三方廠家提供接口；系統(tǒng)具備擴展升級支持能力，后期會支持更多的游戲業(yè)務。（3）信息瀏覽信息服務以遙控器作為主要輸入設備，通過機頂盒對信息進行瀏覽查詢；信息內容可有文字、音視頻等多種方式；機頂盒支持通用瀏覽器，支持html格式；信息的傳遞實現(xiàn)及時、穩(wěn)定和安全。信息服務類業(yè)務可包括城市信息化、自助營業(yè)廳、個性化頁面、電子商務、遠程醫(yī)療保健、遠程教育等。（4）互動消息業(yè)務系統(tǒng)可以從后臺發(fā)出消息顯示在畫面上，最終用戶通過遙控器對該消息進行響應，響應結果發(fā)回后臺。這可以用于投票等增值

6、業(yè)務。二、 iptv系統(tǒng)總體架構iptv系統(tǒng)通過ip網(wǎng)絡傳送廣播級視頻質量的視頻和互動娛樂服務，為用戶提供端到端數(shù)據(jù)、語音、多媒體（triple-play）業(yè)務。其端到端的業(yè)務解決方案如下圖。包括內容制作、內容存儲/加密、內容分發(fā)、內容播放、終端顯示的各個方面。系統(tǒng)整體應該是一個開放的系統(tǒng)，可提供基于中間件形式的系統(tǒng)整合能力，可以集成第三方的產(chǎn)品，諸如drm系統(tǒng)、stb、內容encoder等等。系統(tǒng)采用分布式體系架構部署，整體分為內容服務平臺、存儲分發(fā)平臺、運營支撐平臺、網(wǎng)絡分發(fā)平臺、終端服務平臺五大部分。其主要平臺分類如下圖所示：1. 內容服務平臺主要完成頭端電視節(jié)目的引入、編碼、播控、管理

7、和播出。主要構建由衛(wèi)星接收機/dvb信號接收機、信號冗余交叉矩陣、設備管理平臺、播控平臺、內容編碼設備和操作維護終端組成。2. 運營支撐平臺運營支撐平臺是系統(tǒng)的核心組件之一。其主要負責iptv系統(tǒng)的業(yè)務管理（產(chǎn)品及業(yè)務定義、計費、統(tǒng)計等）、用戶管理（開銷戶、認證、查詢等）、用戶自我服務、設備管理（系統(tǒng)部件的操作、維護、日志等）、媒體內容管理（節(jié)目信息、epg等媒體內容的引入、查詢、分發(fā)和調度等）、drm系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)、第三方業(yè)務平臺對接等功能。3. 存儲分發(fā)平臺存儲分發(fā)平臺是系統(tǒng)的另一核心組件。其主要負責iptv系統(tǒng)的媒體內容的分發(fā)合存儲。其中包含了不同網(wǎng)絡層次的存儲策略、未命中分發(fā)策略

8、、媒體分發(fā)技術、媒體位置索引數(shù)據(jù)庫mlr、媒體服務器控制、流媒體服務等。4. 網(wǎng)絡承載平臺iptv系統(tǒng)對于寬帶ip網(wǎng)絡的容忍度應該比較高，可以支持各種網(wǎng)絡承載形式，也可支持各種接入方式。如lan接入、dslam接入、gepon接入。對于iptv系統(tǒng)，可建設專網(wǎng)，cms和hms、ems直接相連，也可以旁掛在城域網(wǎng)上。另外，無論pppoe還是dhcp上網(wǎng)方式都可以支持。5. 終端服務平臺可提供豐富的、高中低不同檔次、不同業(yè)務的stb，并可集成第三方stb。三、 iptv系統(tǒng)部分關鍵技術簡析iptv系統(tǒng)建設涉及的技術較多，筆者在此對自認為比較關鍵的技術進行簡單的描述。1. 編碼格式選擇編碼和解碼技術

9、是多媒體通信中使用的基本技術之一。多媒體通信的一個顯著特點就是要傳輸?shù)男畔⒘糠浅４螅绕涫且曨l數(shù)據(jù)，因此視頻編碼技術在iptv中的地位非常重要。視頻編碼標準主要由國際標準化組織iso和國際電信聯(lián)盟itu- t開發(fā)，iso發(fā)布的mpeg標準主要有mpeg-1、mpeg-2、mpeg-4等，itu-t發(fā)布的視頻編碼標準有h.261、h.262、h.263、h.264系列等。avs為我國第一個具有自主知識產(chǎn)權、達到國際先進水平的數(shù)字音視頻編解碼標準，目前階段還不是非常成熟。目前iptv使用的編碼技術主要有mpeg4和h.264兩種，mpeg4標準優(yōu)勢在于產(chǎn)業(yè)鏈成熟，成本較低；h.2 64是itu-t

10、和iso mpeg共同開發(fā)的視頻處理標準。該標準于2003年3月正式獲得批準。h.264的優(yōu)勢在于：l 碼率低。和mpg-4等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用h264技術壓縮后的數(shù)據(jù)量只有mpeg-2的1/21/3；l 圖像質量高。h.264能提供連續(xù)，流暢的高質量圖像；l 容錯能力強。h264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡環(huán)境下容易發(fā)生丟包錯誤等必要的工具；l 網(wǎng)絡適應性強。h.264提供了網(wǎng)絡適應層，是其文件能夠容易在不同網(wǎng)絡上輸 。mpeg4與h.264對比表mpeg4h.264備注dvd質量傳輸占用帶寬約1.8m約1.2m相同圖像碼率占用比率100%61%以mpeg-4格式為參照h.264

11、編碼標準為當前技術發(fā)展方向，對網(wǎng)絡帶寬要求比較低，所以在建設iptv系統(tǒng)時建議選用h.264編碼格式。2. 內容分發(fā)與負載均衡ipt v系統(tǒng)對于用戶的服務質量有很高的要求，畫面質量至少要達到dvd的水平，而且要保證播放的流暢。在lan的環(huán)境下要實現(xiàn)高質量的視頻享受較容易做到，但是在廣域網(wǎng)內，從用戶的客戶端到流媒體服務器之間經(jīng)過了一個很復雜的路由以后，就很難保證播放的流暢了。為了克服網(wǎng)絡復雜路線帶來的制約，在iptv中必須通過邊緣節(jié)點來實現(xiàn)最終用戶的點播服務，所以要把內容從中心節(jié)點有效地分發(fā)到邊緣節(jié)點。實現(xiàn)這個功能的網(wǎng)絡體系，稱為內容分發(fā)網(wǎng)絡(contentdeliverynetwork，cdn

12、)。內容分發(fā)技術的核心思想是將內容從中心推倒靠近用戶的邊緣。使用戶可以就近取得所需的內容，這樣不但有效提高了用戶訪問內容的性能，而且有效減輕了中心設備和骨干網(wǎng)絡的壓力。通過內容分發(fā)網(wǎng)絡，可以將內容分發(fā)從原來的單一中心結構變?yōu)榉植际降慕Y構，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應速度。因而，內容分發(fā)網(wǎng)絡可以提高網(wǎng)絡中信息流動的效率，從技術上全面解決由于網(wǎng)絡帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點分布不均等問題，提高用戶訪問的響應速度。其理想結果為：邊緣節(jié)點存儲中心系統(tǒng)片庫20%的熱片，其用戶的邊緣命中率達到80。內容分發(fā)技術的關鍵包含以下幾個方面：l 內容發(fā)布：它借助于建立索引、緩存、流分裂、組播等技 術， 將 內 容 發(fā) 布

13、 或投遞到距離用戶最近的遠程服務點(pop) 處；l 內容路由：它是整體性的網(wǎng)絡負載均衡技術，通過內容路由器中的重定 向 (d ns ) 機制，在多個遠程pop上均衡用戶的請求，以使用戶請求得 到 最 近 內 容 源 的響應；l 內容交換：它根據(jù)內容的可用性、服務器的可用性以及用戶的背景，在p op 的 緩 存 服務器上，利用應用層交換、流分裂、重定向等技術，智能地平衡負載流量；l 性能管理：它通過內部和外部監(jiān)控系統(tǒng)，獲取網(wǎng)絡部件的狀況信息，測量內容發(fā)布的端到端性能(如包丟失、延時、平均帶寬、啟動時間、幀速 率 等 ) ， 保證網(wǎng)絡處于最佳的運行狀態(tài)。內容分發(fā)管理設計iptv系統(tǒng)采用中心存儲和

14、邊緣存儲的分布式存儲結構。iptv平臺同時支持多種內容分發(fā)方式和分發(fā)策略，實現(xiàn)內容在內容網(wǎng)絡中的智能分布。為了保證對內容分布的集中管理，平臺主要采用push方式（通過內容管理系統(tǒng)主動把用戶經(jīng)常訪問的內容推送到邊緣服務器上），其中包含手動分發(fā)、定時分發(fā)、按區(qū)域分發(fā)、按策略分發(fā)多種內容分發(fā)方式。（1）手動立即分發(fā)手動分發(fā)是最基本的內容發(fā)布形式，在ca管理員發(fā)布新內容時采用，由ca操作員發(fā)布內容時，指定內容要分發(fā)的范圍（如是否要分發(fā)到邊緣設備流媒體服務器，分發(fā)到哪些邏輯組群），操作員提交發(fā)布命令后，系統(tǒng)就立即從內容服務器取得內容并分發(fā)到網(wǎng)絡中去。（2）自動定時分發(fā)自動分發(fā)包括定時自動分發(fā)和周期性刷新

15、兩種方式。定時分發(fā)用于內容管理選擇在網(wǎng)絡空閑的時間發(fā)布內容，與立即分發(fā)不同的是，系統(tǒng)不是將內容立即分發(fā)到邊緣設備，而是在指定的時間才啟動分發(fā)。在內容分發(fā)到邊緣服務器的要求不是很急的情況下，建議使用自動定時分發(fā)的方式分發(fā)內容。周期性的刷新由操作員指定刷新頻率，用于對新聞內容的更新。在刷新時間到后，要重新到指定的內容服務器取內容，并分發(fā)到邊緣服務器，使邊緣節(jié)點上的內容得以定時更新。自動定時分發(fā)功能可以使大量內容的分發(fā)安排在網(wǎng)絡比較空閑的時刻，有效避免了網(wǎng)絡的擁塞；另外，周期定時刷新內容的技術是開展新聞類業(yè)務的基本保證。（3）指定區(qū)域分發(fā)指定區(qū)域分發(fā)的目的在于根據(jù)不同地區(qū)用戶的不同愛好提供不同內容的

16、分發(fā)策略。這種分發(fā)策略可以實現(xiàn)不同的邊緣節(jié)點可以分發(fā)不同的內容。指定區(qū)域分發(fā)是通過劃分邏輯群組實現(xiàn)的。流媒體運營平臺可以按地域分配邊緣節(jié)點邏輯組群，系統(tǒng)可以在發(fā)布內容時通過選擇分發(fā)的邏輯組群向指定的區(qū)域分發(fā)內容。（4）智能分發(fā)在運營過程中，用戶對內容的喜愛程度要隨時發(fā)生變化，手動分發(fā)不能作到內容完全合理的發(fā)布。iptv運營平臺采用智能分發(fā)的策略動態(tài)自動維護內容在網(wǎng)絡中的分布。智能分發(fā)就是內容管理系統(tǒng)根據(jù)用戶對內容的消費情況，自動統(tǒng)計內容的熱度（用戶使用率）。當內容僅分布到存儲中心由cs服務，而熱度高到分發(fā)閥值時，系統(tǒng)將內容自動分發(fā)到邊緣服務器；對于分布在邊緣服務器上的內容，當其熱度低到刪除閥值

17、時，邊緣服務器就自動刪除該內容，并通知內容管理系統(tǒng)。 （5）pull方式單純采用push方式，有些用戶需要的內容不能即時達到邊緣設備。華為iptv運營系統(tǒng)又結合使用pull方式（由邊緣服務器在無內容時主動向中心pull內容），在用戶向邊緣設備請求本機沒有的內容時，由邊緣節(jié)點主動向中心服務器pull內容為用戶服務。3. iptv業(yè)務對承載網(wǎng)的要求iptv業(yè)務的開展對ip承載網(wǎng)提出了很高的要求，比如帶寬要求、qos要求、可靠性要求和組播要求等。鑒于該方面的內容多而且復雜，筆者主要從用戶認證方式上作一點探討。目前iptv的接入認證主要有三種：1. pppoe；2. dhcp；3. dhcp，包括dh

18、cp option 82認證、dhcp option 60認證方式。對于運營商來說，最好的方式是pppoe的接入方式，安全可靠，但代價也較高，需要投大量的資金到高性能的bras上；隨著dhcp技術的發(fā)展，基于dhcp option 82和dhcp option 60的接入方式，正逐漸走向統(tǒng)治地位。（1）pppoe接入及認證方式pppoe接入認證方式，是運營商最常用的一種寬帶接入、認證的方式。pppoe全稱point to point protocol over ethernet，意思是基于以太網(wǎng)的點對點協(xié)議。這個協(xié)議基于兩個廣泛接受的標準即：局域網(wǎng)ethernet和ppp點對點撥號協(xié)議，在ie

19、tf中由rfc 2516來定義。pppoe繼承了以太網(wǎng)的快速和ppp撥號的簡單，用戶認證，ip地址分配等優(yōu)勢。這使得pppoe 在寬帶接入服務中比其他協(xié)議更具有優(yōu)勢。 pppoe的接入、認證流程，主要分三個階段：發(fā)現(xiàn)階段、連接階段、斷線階段。如圖1所示：圖1 iptv業(yè)務中的 pppoe的流程1) 發(fā)現(xiàn)階段：a) 機頂盒和bras之間通過pppoe 發(fā)現(xiàn)階段，建立兩者之間的連接。機頂盒以廣播方式，尋找可以連接的所有的bras，并獲得其以太網(wǎng)mac地址。然后選擇需要連接的bras并確定所要建立的ppp會話識別標號，即session id。2) 連接階段a) 機頂盒客戶端發(fā)起認證請求，認證包中含有

20、用戶名、密碼等參數(shù)。b) bras端收到后，提取出其中的用戶名和密碼，通過radius協(xié)議向radius 發(fā)起接入請求。c) radius到數(shù)據(jù)庫中提取用戶信息，進行密碼比較，如果一致，則將返回接入允許，否則拒絕。d) 如果認證成功則進入ppp協(xié)議的ipcp階段，完成ip地址、dns、gateway等參數(shù)的配置。e) 至此，pppoe client和pppoe server之間的ppp鏈路就建立完畢，可以開始傳送用戶數(shù)據(jù)包了。bras可通過radius計費協(xié)議向radiusr發(fā)起計費請求，開始接入計費。f) 連接階段，bras不時向stb發(fā)echo request數(shù)據(jù)包，確定stb是否處于連接

21、狀態(tài)。3) 斷線階段a) stb或bras都可以發(fā)起padt，結束一次ppp會話。b) bras向radius發(fā)送計費停止信息，停止對用戶的接入進行計費。（2）dhcp/dhcp+接入及認證方式標準的dhcp對用戶獲得ip地址和網(wǎng)絡訪問權限并沒有適當?shù)南拗茩C制，這樣為網(wǎng)絡和用戶管理、對網(wǎng)絡的可靠和安全都帶來很大隱患。dhcp+是在標準的dhcp方案上進行改良，達到對stb用戶鑒權和管理的目的，使iptv的應用網(wǎng)絡更安全。標準的dhcp流程如下：1） host(dhcp client)通過廣播發(fā)現(xiàn)dhcp server，并從響應的多個dhcp server之中選出一個提出配置請求，2）dhcp

22、server接受后，把配置參數(shù)(主要包括ip地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關、dns se rver等)發(fā)給host，然后該host就可以使用得到的配置進行通信(不再通過dhcp server)。3）對這些配置(主要是ip地址，因為要唯一)是有一個租用期的，超過租用期后，除非續(xù)租，否則dhcp server會把ip地址標記為可分配，以后可以將該ip地址分配給其他host。host也可以主動發(fā)一個dhcprelease消息給dhcp server，以告之釋放對ip地址的租用。 圖中的bras可以是一個交換機設備。一般不需要專門的bras。這種方式的優(yōu)勢就是投資大幅度減少，由于不需要專門的bras。缺點就是安

23、全性差一些。要在網(wǎng)絡上做相應的配置。如dslam支持dhcp snooping，防止用戶自己開設dhcp server；同時每個用戶都用vlan隔離。工作量有一些。但價格便宜。dhcp的接入方式和應用dhcp的接入，即在提供dhcp server的同時，對dhcp功能增強，在dhcp報文的option 60/82等字段增加標識信息、鑒權信息，dhcp server中增添認證代理（auth proxy），用于處理與option 60相關的流程，負責與aaa交互。增強后的dhcp server稱之為dhcp plus server。本著網(wǎng)絡與業(yè)務分離的原則，引入dhcp帳號和密碼（如userid和

24、pin），dhcp 認證中心（aaa）。dhcp（+） server和aaa都可能是第三方的設備和系統(tǒng)。此外，為保證系統(tǒng)的安全可靠性，option 60以采用密文傳送。dhcp的接入方案（3）兩種認證方式的特點比較 dhcp+web采用認證流和數(shù)據(jù)流相分離的方式，該方式?jīng)Q定了其對組播支持能力較強（只要局端設備支持），這種方式的帶寬利用率均較高，同時可以避免城域網(wǎng)匯聚層同時作為bras使用，對iptv等寬帶業(yè)務非常適用。dhcp+web方式可以對接入的用戶數(shù)量進行控制，由于采用portal方式，其增值業(yè)務能力較強。從客戶端支持來看，由于dhcp+web不需要客戶端軟件，避免了放號困難及維護工作量

25、較大的問題?？傮w而言，pppoe技術成熟，效率低。 iptv是對組播要求極高的業(yè)務。在組播業(yè)務中，要保證業(yè)務的可運營、可管理，就要通過一些必要的策略來達到業(yè)務可控的目的。組播的控制策略有很多種，其中控制組播用戶的一個重要技術手段就是對用戶進行認證、授權。原有寬帶網(wǎng)絡中用戶的認證多用于ip單播業(yè)務，并不能夠完全滿足組播認證的要求。這就需要對原有的認證體系進行改造，以適應iptv業(yè)務的開展要求。 對于采用pppoe進行認證的方式，主要需要解決的問題是組播數(shù)據(jù)的下發(fā)。因此，可以針對用戶的不同業(yè)務采用不同的業(yè)務分發(fā)通道。也就是說，一方面要求bras設備支持iptv業(yè)務的pppoe認證，其相關的單播數(shù)據(jù)通過pppoe的通道下發(fā)；另一方面組播數(shù)據(jù)通過ipoe的通道進行下發(fā)。這就要求bras通過認證信息能夠區(qū)分用戶業(yè)務種類，而dslam設備需要支持組播分發(fā)及組播組的控制，同時要求stb設備支持雙協(xié)議棧。這樣既可以保證原有認證系統(tǒng)的功能，同時也能夠保證組播業(yè)務的順利開展。 對于dhcp認證方式，其主要問題是保證dhcp接入的安全性和真實性，這就需要在dhcp包文中引入op