中的關(guān)鍵技術(shù)

1、IPTV中的關(guān)鍵技術(shù)描述了IPTV在目前寬帶網(wǎng)絡(luò)上的具體實現(xiàn)方法，并結(jié)合IPTV的特點，闡述了IPTV所涉及的幾個關(guān)鍵技術(shù)，并對每種技術(shù)作了概括性介紹。    關(guān)鍵詞IPTV寬帶接入組播編碼    1、IPTV的實現(xiàn)方法    寬帶網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視，又稱IPTV或BTV，即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種利用寬帶互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等多種技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。它能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的趨勢，充分有效地利用現(xiàn)有寬帶網(wǎng)絡(luò)資源。    在目前的商

2、用寬帶網(wǎng)絡(luò)中，用戶在家中可以通過兩種方式享受IPTV服務(wù)：    (1)計算機：在第這種方式下，用戶在通過電腦上網(wǎng)的同時，可以收聽廣播節(jié)目或欣賞音樂，也可以直接在電腦上收看電視或電影等視頻節(jié)目。    (2)網(wǎng)絡(luò)機頂盒(STB)+普通電視機。用戶家里新增網(wǎng)絡(luò)機頂盒(STB)，由機頂盒提供AV接口，直接和普通電視機相連，用戶通過控制機頂盒選擇收看寬帶網(wǎng)絡(luò)電視節(jié)目。    如圖1所示，為通過綜合接入設(shè)備(MSA)上的xDSL寬帶線路為用戶提供視頻業(yè)務(wù)的框圖。用戶既可以通過PC享受傳統(tǒng)的INTERNET數(shù)據(jù)服務(wù)

3、和網(wǎng)絡(luò)游戲，也可以通過專門的轉(zhuǎn)換設(shè)備STB，用普通的電視收看電視、電影等寬帶視頻節(jié)目。    2、IPTV中的關(guān)鍵技術(shù)    IPTV應(yīng)用的實質(zhì)是流媒體在寬帶網(wǎng)絡(luò)上的傳輸和分發(fā)，因此IPTV的應(yīng)用和發(fā)展是以下幾種關(guān)鍵技術(shù)同時應(yīng)用的結(jié)果。    (1)寬帶接入技術(shù)：快速發(fā)展的寬帶接入技術(shù)，為媒體流的傳送提供了通路。    在目前所使用的寬帶接入技術(shù)中，DSL是一種能夠通過普通電話線提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。大家常用的ADSL(AsymmetricalDigitalSubscrib

4、erLine，非對稱數(shù)字用戶環(huán)路)技術(shù)可以提供下行8M的帶寬，ITU-T的G.992.1中對ADSL的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有詳細的定義。而隨著技術(shù)的快速發(fā)展，ITU-T又分別在2002年6月和2003年1月推出了兩個新一代ADSL標(biāo)準(zhǔn)：ADSL2(G.992.3)和ADSL2+(G.992.5)。ADSL2支持的最大上下行速率1.3M/15M，而ADSL2+支持的最大上下行速率可達1.3M/24M。更高的帶寬為傳輸大量的流媒體傳輸成為可能。     (2)IP組播路由技術(shù)：流媒體分發(fā)的強大支持。    IP組播路由技術(shù)實現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點到多點的高

5、效數(shù)據(jù)傳輸?？梢杂行У墓?jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負載。組播是一種允許一個或多個發(fā)送者(組播源)同時發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包給多個接受者的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種能夠在不增加骨干網(wǎng)負載的情況下，成倍增加業(yè)務(wù)用戶數(shù)量的有效方案，因此成為當(dāng)前大流量視頻業(yè)務(wù)的首選方案。在IPTV的應(yīng)用中，利用IP組播路由技術(shù)，可以有效的分發(fā)媒體流，減少網(wǎng)絡(luò)流量。目前接入設(shè)備通過IGMPProxy功能，實現(xiàn)了用戶的按需加入、離開等功能，這樣既實現(xiàn)了媒體流的按需分發(fā)。而且減少了組播對帶寬的過渡占用。隨著IP組播技術(shù)在綜合接入設(shè)備上的應(yīng)用，大多數(shù)的設(shè)備都支持IGMPsnooping和IGMPProxy功能。   

6、60; IGMPsnooping是解決IP組播在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上廣播泛濫的一種基本解決方法。通過在二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上幀聽用戶端和組播路由設(shè)備間的IGMP協(xié)議消息，獲取組播業(yè)務(wù)的用戶列表信息，將組播數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前的用戶信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，從而達到抑制二層組播泛濫的目的。    IGMPproxy通過代理機制為二層設(shè)備的組播業(yè)務(wù)提供了一種完整的解決方案。實現(xiàn)了IGMPproxy的二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對用戶側(cè)承擔(dān)Server的角色，定期查詢用戶信息，對于網(wǎng)絡(luò)路由側(cè)又承擔(dān)Client的角色，在需要時將當(dāng)前的用戶信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)。不僅能夠達到抑制二層組播泛濫的目的，更能有效地獲取和控制用戶信息，

7、同時在減少網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)議消息以降低網(wǎng)絡(luò)負荷方面起到一定作用。    (3)數(shù)字編碼技術(shù)：傳輸可靠性的技術(shù)支持。    在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音/視頻等多媒體信息要涉及流媒體的可靠實時傳輸。因此，數(shù)字編解碼技術(shù)是IPTV的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前寬帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下適用的編碼標(biāo)準(zhǔn)有：MPEG-4、AC-1和H.264等。MPEG-4是ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)，由MPEG制訂，目前應(yīng)用的是MPEG-4Part2；H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG聯(lián)合視頻組JVT開發(fā)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，也是ISO/IEC的MPEG-4Pa

8、rt10；AC-1是微軟的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是WMV9向編解碼標(biāo)準(zhǔn)組織提交資料后采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)名稱。    而網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷提升，例如應(yīng)用ADSL2或ADSL2+技術(shù)，可以提高用戶的上下行速率達到1.3M/24M。而如果采用ITU-T的H.264或WMV9進行媒體流的編碼，800K的碼速率已經(jīng)可以提供接近DVD畫質(zhì)質(zhì)量，完全滿足目前用戶的要求。因此，兩者的結(jié)合為IPTV媒體流的傳輸可靠性做出了保證。雖然，目前還沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定IPTV采用的數(shù)字編碼技術(shù)，但無論是MPEG-4,H.264,還是WMV9編碼技術(shù)都已經(jīng)達到IPTV應(yīng)用的要求。如果配合新的寬帶接入技術(shù)，

9、完全可以實時傳輸任何編碼的流媒體視頻節(jié)目。    3、小結(jié)    IPTV作為一個新應(yīng)用的出現(xiàn)，并不簡單是寬帶網(wǎng)絡(luò)上的一個應(yīng)用。而是在網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、IP組播路由技術(shù)以及流媒體編碼技術(shù)的發(fā)展下產(chǎn)生的，是這幾種關(guān)鍵技術(shù)有力結(jié)合應(yīng)用的結(jié)果。    IPTV將為寬帶運營商和節(jié)目提供商注入新的活力。寬帶運營商除了能給用戶提供通信和資訊方面的服務(wù)外，還能通過IPTV為用戶提供豐富的、個性化的電視節(jié)目，對于吸引用戶、提高用戶滿意度有很大的幫助。組播、IGMP、IGMP Snooping通過組播，可以實現(xiàn)一個主機同時向組

10、內(nèi)的多臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。組播ip地址范圍是224.0.0.0-239.255.255.255，其中224.0.0.0-224.0.0.255是有特殊用途的保留地址，239.0.0.0-239.255.255.255是私網(wǎng)地址，224.0.1.0-238.255.255.255是用于公網(wǎng)上的組播地址。組播有一系列的協(xié)議支持包括：1、用于主機和路由器之間的IGMP協(xié)議。實現(xiàn)主機加入、離開組播組等功能。2、路由器之間的組播協(xié)議有：PIM-SM、PIM-DM。實現(xiàn)嫁接、剪枝等功能。還有一個IGMP Snooping，用在交換機上。開啟IGMP Snooping功能的交換機可以對經(jīng)過它的IM

11、GP報文進行解析，建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表，這樣一來，交換機就可以根據(jù)組播轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。如果沒有開啟IGMP Snooping功能，交換機只能廣播組播數(shù)據(jù)。IGMP Snooping的實際應(yīng)用意義是：減少了網(wǎng)絡(luò)上的主機由于接受到不必要的組播報文而產(chǎn)生的處理負荷。IGMP Snooping并不是一個協(xié)議，只能算是一個實現(xiàn)細節(jié)，一種應(yīng)用。IGMP Snooping分兩種，一種是passive方式的，另一種是active方式的。passive方式的只解析組播報文，不對報文進行過濾。active方式的會過濾掉一些對路由器沒有意義的組播報文。比如交換機下面有兩個主機都加入了同一個組，這樣交換機上面的路由器中

12、就會有一條表項與之對應(yīng)。如果一個主機想離開這個組，它就會發(fā)送離開報文給路由器（經(jīng)過交換機轉(zhuǎn)發(fā)）。但是此時，即使路由器收到了離開報文，它也并不會刪除那條表項，因為還有另一個主機在組播組中。active方式的IGMP Snooping使交換機可以過濾掉此類報文。下面說說IGMP的工作原理：IGMP目前有三個版本，分別是IGMPV1、IGMPV2、IGMPV3，功能逐漸增強IGMPV1中定義了加入報文、查詢報文、響應(yīng)報文三種報文。1、當(dāng)主機加入某組播組時，會向路由器發(fā)送加入報文，告訴路由器自己加入了一個組播組，路由器會記錄一條組播表項 。2、查詢路由器（IP最小的路由器）會定時從所有端口向外發(fā)送查詢

13、報文（按VLAN查詢，如果該端口加入了多個VLAN，則發(fā)送多次查詢報文），檢查這些端口下是否有主機屬于某組播組3、主機收到查詢報文后，如果自己沒有加入任何組播組，則不進行響應(yīng)；如果自己已經(jīng)加入了某組播組，則會發(fā)現(xiàn)響應(yīng)報文4、主機離開組播組時，不發(fā)送任何報文，悄悄離開；路由器中紀錄的該組播的表項會因查詢超時而自動老化5、查詢報文的目的地址是224.0.0.1（表示所有路由器和支持IGMP的主機），組地址是0（表示查詢所有組播組）6、響應(yīng)報文的目的地址是主機所在組的地址，組地址也是主機所在組的地址。如果網(wǎng)絡(luò)上有多個主機加入了同一個組，那么只有一臺主機（隨機選?。l(fā)送響應(yīng)報文。由于響應(yīng)報文的目的地

14、址是主機所在組的地址，所以響應(yīng)報文會被發(fā)送到主機所在組內(nèi)的所有主機，其他的主機在收到該報文后，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有人向路由器進行報告了，于是他們就不會再額外發(fā)送響應(yīng)報文了。IGMPV2中多定義了一種離開報文，當(dāng)主機離開某組播組時，會向路由器發(fā)送離開報文。路由器收到離開報文后，會發(fā)送查詢報文，查詢是否還有其它的主機屬于該組播組，如果沒有就刪除組播表項，有則不刪除。需要注意的是，此時路由器發(fā)送的查詢報文的組地址已經(jīng)不是0了，而是特定的組地址（發(fā)送離開報文的主機所在的組）。因為此時路由器只想知道該特定組內(nèi)是否有主機存在。這一點也是IGMPV2對IGMPV1的改進，名稱叫特定組查詢，IGMPV1中沒有該功能。注

15、意：1、不論是IGMPV1還是IGMPV2，所有的加入報文和離開報文都要被上報到查詢路由器2、非查詢路由器收到查詢報文后，從所有端口轉(zhuǎn)發(fā)該報文3、非查詢路由器收到特定組查詢報文后，根據(jù)組播表進行轉(zhuǎn)發(fā)4、特定組查詢報文的目的地址是要查詢的組地址5、離開報文的目的地址是224.0.0.2（表示所有路由器）IGMP報文格式：8位報文類型-8最大響應(yīng)時間-16位校驗和-32位組地址報文類型：0x11表示查詢報文，包括普通查詢和特定組查詢報文0x16表示加入報文0x17表示離開報文0x12表示IGMPV1查詢報文IGMPV3待續(xù)。二層組播協(xié)議IGMP proxy或IGMP Snooping 二層組播協(xié)議

16、IGMP proxy或IGMP Snooping，采取的基本方法是對每個組播數(shù)據(jù)包分組傳送，下面分析這兩種協(xié)議的實現(xiàn)方式。 一、IGMP SnoopingIGMP Snooping和IGMP協(xié)議一樣，兩者都用于組播組的管理和控制，它們都使用IGMP報文。IGMP協(xié)議運行在網(wǎng)絡(luò)層，而IGMP Snooping則運行在鏈路層，當(dāng)二層以太網(wǎng)交換機收到主機和路由器之間傳遞的IGMP報文時，IGMP Snooping分析IGMP報文所帶的信息，在二層建立和維護MAC組播地址表，以后從路由器下發(fā)的組播報文就根據(jù)MAC組播地址表進行轉(zhuǎn)發(fā)。IGMP Snooping只有在收到某一端口的IGMP離開報文或者某一

17、端口的老化時間定時器超時的時候才會主動向端口發(fā)IGMP特定組查詢報文，除此之外，它不會向端口發(fā)任何IGMP報文。IGMP Snooping是靠偵聽用戶與路由器之間通信的IGMP報文維護組播地址和VLAN的對應(yīng)表的對應(yīng)關(guān)系，它將同一組播組的活動成員映射為一個VLAN，在收到組播數(shù)據(jù)包后，僅向該組播組所對應(yīng)的VLAN成員轉(zhuǎn)發(fā)。主要操作流程如下：(1)主機與BAS進行PPPoE協(xié)商，通過PPPoE認證。(2)主機向路由器發(fā)送IGMP成員報告包，BAS監(jiān)聽到該包，并從PPPoE數(shù)據(jù)包中得到組播組的地址，將該用戶添加到對應(yīng)的VLAN，如果該用戶是組播組的第一個用戶，則為這個組播組產(chǎn)生一個組播條目，并將該

18、報文轉(zhuǎn)發(fā)至上層路由器以更新組播路由表。(3)BAS收到路由器的組播數(shù)據(jù)報文時，根據(jù)組播MAC地址和組播IP地址的對應(yīng)關(guān)系，找到對應(yīng)的VLAN，然后將數(shù)據(jù)包封裝成PPPoE的會話包，向VLAN內(nèi)的成員轉(zhuǎn)發(fā)。(4)當(dāng)收到來自主機的申請離開組播組的包時，BAS把收到該包的端口從相應(yīng)的VLAN中刪除，若該用戶是組播組最后一個用戶(此時 VLAN為空)，則把該VLAN刪除，并把該包內(nèi)容通過上行端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。 IGMP Snooping的規(guī)則比較簡單，下行方向透傳查詢包，上行方向根據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)加入或離開包，但要求BAS必須有3層提取功能，它對于主機和路由器是透明的。二、IGMP ProxyIGMP Proxy是靠攔截用戶和路由器之間的IGMP報文建立組播表，Proxy設(shè)備的上聯(lián)端口執(zhí)行主機的角色，下聯(lián)端口執(zhí)行路由器的角