IPTV組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

張蕾

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了IPTV業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成，對(duì)IPTV業(yè)務(wù)流量進(jìn)行了估算，提出了適合IPTV運(yùn)營的承載網(wǎng)組網(wǎng)方案，希望能夠?qū)PTV組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有借鑒作用。

關(guān)鍵字：IPTV，組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)；QoS；Diff-Serv機(jī)制

引言

IPTV主要是通過原有的寬帶網(wǎng)絡(luò)來完成的以電視機(jī)作為設(shè)備終端的播放過程，整個(gè)過程的主要基礎(chǔ)還是原有的寬帶，而電視機(jī)起到了一個(gè)終端的作用，將多元化的電視節(jié)目通過寬帶在電視機(jī)屏幕上進(jìn)行播放，整個(gè)過程對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信、廣播電視及下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了綜合集成，并在此基礎(chǔ)上對(duì)于MPEG-4，H.264、AVS等視頻編解碼技術(shù)加以優(yōu)化后也進(jìn)行了應(yīng)用，通過IP寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)地傳送或分發(fā)給用戶，用戶可以通過這項(xiàng)技術(shù)欣賞到比以往任何時(shí)候都要多元化的節(jié)目，并且也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行視頻或是劇目的保存，暫緩等操作。IPTV最大的特點(diǎn)是使電視圖像業(yè)務(wù)在高速互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，即IPTV給寬帶業(yè)務(wù)注入了電視服務(wù)內(nèi)容。

1、IPTV業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成

如圖1所示，IPTV系統(tǒng)主要包括IPTV網(wǎng)管、CMS（Content Management System）、BSS（Business Support System）、MDN（Media Delivery Network）、MEM（Media Entertainment Middleware）、IPTV報(bào)表和STB（Set Top Box）等子系統(tǒng)。此外，IPTV還包括SQM、TVMS等子系統(tǒng)，提供服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控、電視消息管理等擴(kuò)展功能，幫助用戶開展豐富的增值業(yè)務(wù)。

IPTV的各種業(yè)務(wù)中的流媒體業(yè)務(wù)所需的帶寬要求較高。不同的節(jié)目類型、編碼方式的節(jié)目，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也不同。目前主流的節(jié)目類型分為標(biāo)清和高清兩種，標(biāo)清節(jié)目的分辨率一般為720x480，視覺體驗(yàn)與DVD相同，當(dāng)前常用的標(biāo)清節(jié)目編碼方式為MPEG-2和H.264，對(duì)應(yīng)帶寬需求分別為3.75M和2M；高清節(jié)目標(biāo)準(zhǔn)分為720P和1080i兩種，視覺體驗(yàn)高于DVD，分別對(duì)應(yīng)分辨率為1280x720和1920x1080，MPEG-2編碼高清節(jié)目所需帶寬為12M，H.264編碼高清節(jié)目所需帶寬為8M。

2、IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)流量估算

IP組播路由技術(shù)在降低網(wǎng)絡(luò)寬帶和負(fù)載的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，它可以在增加用戶數(shù)量的同時(shí)，骨干網(wǎng)負(fù)載基本上沒有變化，所以這種技術(shù)是視頻業(yè)務(wù)選擇的最佳途徑及方案。然而，二層設(shè)備的組播業(yè)務(wù)在IGMP代理下，實(shí)現(xiàn)了一套完整的方案，用戶可以定期查詢信息，在用戶需要時(shí)將當(dāng)前信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)。這樣，既可以抑制二層組播泛濫，又可以對(duì)用戶信息進(jìn)行獲取、控制，還可以在降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和減少側(cè)協(xié)議消息問題上起到作用。

第一，業(yè)務(wù)模型分析。根據(jù)城域網(wǎng)劃分，按照大型城市寬帶用戶人數(shù)為900000計(jì)算，寬帶用戶不同于窄帶用戶，隨著接入資費(fèi)的不斷下調(diào)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的極大豐富，尤其是開展了IPTV等業(yè)務(wù)之后，用戶平均每日上網(wǎng)時(shí)長進(jìn)一步增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在每日晚19：00～22：00期間，所有類型用戶比例已經(jīng)達(dá)到50%，因此采用50%在線率進(jìn)行計(jì)算，考慮到IPTV業(yè)務(wù)具有從用戶普及體驗(yàn)到大規(guī)模發(fā)展雪崩的運(yùn)營過程，分為兩種理想值進(jìn)行考慮，IPTV業(yè)務(wù)用戶占比可達(dá)60%。

第二，設(shè)備模型分析?？紤]到通常情況下設(shè)備選型部署過程中的實(shí)際使用容量，針對(duì)大型城市，DSLAM的使用容量為1000線，假定每個(gè)組播交換機(jī)下帶一級(jí)級(jí)連接入交換機(jī)，每個(gè)接入交換機(jī)可用用戶端口為24口，上聯(lián)到組播交換機(jī)匯聚，在實(shí)際組網(wǎng)過程中，組播交換機(jī)可以根據(jù)用戶分布情況和業(yè)務(wù)開展情況采用多級(jí)級(jí)聯(lián)樹形活環(huán)形組網(wǎng)。

3、IPTV承載網(wǎng)組網(wǎng)方案

IPTV系統(tǒng)可以分為四個(gè)網(wǎng)絡(luò)層，分別為內(nèi)容運(yùn)營層、業(yè)務(wù)運(yùn)營層、承載網(wǎng)絡(luò)層和和用戶中斷層。其中，內(nèi)容運(yùn)營層一般由廣電運(yùn)營商、CP/SP負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)營，業(yè)務(wù)運(yùn)營層、承載網(wǎng)絡(luò)層和用戶終端層由電信運(yùn)營商負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)營。

IPTV業(yè)務(wù)的QoS質(zhì)量保證需要從業(yè)務(wù)與承載層面全面考慮，才能實(shí)現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)端到端的QoS保證。在業(yè)務(wù)層面，由于對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)QoS參數(shù)的敏感程度隨編碼格式、編碼速率、承載協(xié)議的不同而有所差異，在業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能適應(yīng)承載網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、可以采取的典型QoS機(jī)制有流媒體速率適應(yīng)/調(diào)節(jié)機(jī)制、媒體編碼冗余性、媒體緩沖等；在承載層面，采用Diff-Serv機(jī)制，將IPTV業(yè)務(wù)標(biāo)記為較高優(yōu)先級(jí)，并且可以為該業(yè)務(wù)保留一定的帶寬，從帶寬、時(shí)延等方面滿足IPTV業(yè)務(wù)開展的QoS需要。

如圖2所示，IPTV承載網(wǎng)融合在運(yùn)營商的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，在接入?yún)R聚層，由于涉及面廣，IPTV承載網(wǎng)和原有城域接入網(wǎng)共用一個(gè)平臺(tái)，接入平臺(tái)一般采用二層透?jìng)髂Ｊ剑⒉扇『线m的技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障提供保護(hù)，在核心層，由于IPTV業(yè)務(wù)的大流量以及高的QoS要求，IPTV承載網(wǎng)往往和運(yùn)營商的其他高價(jià)值業(yè)務(wù)比如NGN/3G等共用一個(gè)IP核心網(wǎng)，核心層是三層路由的MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建不同業(yè)務(wù)的邏輯平面，在業(yè)務(wù)控制層，IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展初期，普通業(yè)務(wù)和IPTV業(yè)務(wù)共用一個(gè)BRAS設(shè)備接入并分流，這樣對(duì)整網(wǎng)的改動(dòng)小，業(yè)務(wù)開展快，業(yè)務(wù)大規(guī)模發(fā)展是，設(shè)立專門的IPTV BRAS，寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)通過原有BRAS接入，IPTV業(yè)務(wù)通過專用的IPTV BRAS接入，這樣既消除了IPTV業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)之間的相互影響，也保證了大流量IPTV業(yè)務(wù)自身的需要，同時(shí)，繼續(xù)利用BRAS強(qiáng)大的控制能力，保證IPTV業(yè)務(wù)的安全接入，IPTV業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)在二層匯聚設(shè)備進(jìn)行分流。

IPTV終端用戶可收看系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供的視頻節(jié)目，主要有直播頻道和虛擬頻道兩種業(yè)務(wù)方式。直播頻道由廣電運(yùn)營商提供實(shí)時(shí)流媒體內(nèi)容作為節(jié)目源；虛擬頻道將預(yù)先制作完畢的流媒體內(nèi)容作為節(jié)目源。因此，在接入網(wǎng)內(nèi)，通過以太網(wǎng)802.1p QoS機(jī)制更加精確地保證接入網(wǎng)內(nèi)組播業(yè)務(wù)QoS。在末端交換機(jī)或DSLAM上對(duì)用戶上行的流量進(jìn)行流分類，將IGMP成員報(bào)告的802.1p標(biāo)記為較高優(yōu)先級(jí)。在IGMP路由器下行端口的出方向上將組播報(bào)文的DSCP映射到802.1p，從而在接入網(wǎng)所有設(shè)備上通過802.1p對(duì)組播流以及IGMP協(xié)議報(bào)文進(jìn)行帶寬保證。但是對(duì)于接入網(wǎng)設(shè)備要求較高而且配置工作量較大。VOD業(yè)務(wù)流通過單播方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)流可以在UDP或TCP上進(jìn)行承載。而且以TCP承載方式居多。TCP具有可靠的傳輸機(jī)制，如確認(rèn)、丟包重傳、滑動(dòng)窗口流控機(jī)制。同時(shí)，在接入VOD服務(wù)器的邊界路由器上進(jìn)行復(fù)雜流分類，將VOD流進(jìn)行Remark操作，標(biāo)記DSCP域?yàn)锳F2～1，在所有路由器（包括BAS）啟動(dòng)diff-serve功能，對(duì)AF4～3流進(jìn)行識(shí)別并進(jìn)行帶寬保證和流量整形。

4、結(jié)論

IPTV是在電信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)及三網(wǎng)融合的業(yè)務(wù)，既是電信向廣電領(lǐng)域進(jìn)行的業(yè)務(wù)擴(kuò)展，也是電信業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，隨著IPTV組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步優(yōu)化，必將推動(dòng)整個(gè)電信產(chǎn)業(yè)的整體繁榮和增長。

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