基于ICN的IPTV傳輸和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

河南廣播電視臺(tái)：萬明明

IPTV是指一種交互式的網(wǎng)絡(luò)電視，屬于一種先進(jìn)的電視業(yè)務(wù)范圍，IPTV可以借助于IP實(shí)現(xiàn)對(duì)信息內(nèi)容的有效傳輸，可以在電視、計(jì)算機(jī)等終端展示。IPTV技術(shù)當(dāng)中具備交互性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，可以被作為視頻音頻服務(wù)的集合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種技術(shù)手段進(jìn)行有效的整合融匯，比如互聯(lián)網(wǎng)、流媒體播放、視頻編碼、數(shù)字通信等技術(shù)手段方式，IPTV技術(shù)對(duì)于數(shù)字化多媒體建設(shè)發(fā)展具有一定的促進(jìn)意義和發(fā)展作用。

1.IPTV技術(shù)

1.1 IPTV技術(shù)組播技術(shù)

對(duì)于IPTV節(jié)目來說，用戶對(duì)其進(jìn)行觀看時(shí)，其終端可以和視頻的服務(wù)器建立起一個(gè)鏈接通道，在IPTV節(jié)目有大容量的用戶觀看時(shí)，其視頻服務(wù)器部分就會(huì)在內(nèi)部建立對(duì)應(yīng)的大量網(wǎng)絡(luò)鏈接通道。此種模式的服務(wù)，在視頻進(jìn)行大文件傳輸時(shí)會(huì)對(duì)視頻服務(wù)器造成巨大的壓力?；诖?，需要借助IPTV組播技術(shù)的方式來對(duì)服務(wù)器內(nèi)部存在的較大壓力進(jìn)行緩解。針對(duì)用戶而言，終端部分通過IPTV的身份驗(yàn)證之后，用戶就會(huì)自動(dòng)加入到視頻播放組內(nèi)部，視頻服務(wù)器不會(huì)單獨(dú)地向用戶來進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，而是直接對(duì)此用戶組進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。用戶量越大，IPTV的組播技術(shù)優(yōu)勢(shì)就表現(xiàn)得越明顯。

IPTV的服務(wù)器所產(chǎn)生的視頻或者音頻流可以利用每一個(gè)單獨(dú)的IP組播地址向IPTV的核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)送。IPTV的核心網(wǎng)絡(luò)主要是利用協(xié)議獨(dú)立組播的方式對(duì)核心路由器之間所傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析和研究。在視頻流當(dāng)中，主要是借助于IPTV的核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入到用戶接入網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部。其中接入的網(wǎng)絡(luò)需要利用管理協(xié)議的方式對(duì)每個(gè)用戶的組進(jìn)行信號(hào)的發(fā)出，最終利用機(jī)頂盒進(jìn)行解碼之后將其在電視屏幕上進(jìn)行顯示。機(jī)頂盒的設(shè)備可以對(duì)用戶所發(fā)出的指令進(jìn)行接收，以此來發(fā)送連接或者離開的消息，對(duì)用戶的接收通道進(jìn)行指示，通道開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后可以作為遷移和通道的離開信息，新通道就可以加入。在這個(gè)過程當(dāng)中，需要避免出現(xiàn)所有組轉(zhuǎn)發(fā)全部客戶的情況，IPTV核心網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)一般都是利用IGMP窺探技術(shù)的方式來對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取，且對(duì)其中存在的IGMP的信息進(jìn)行檢索。如果缺乏其信息的窺探，交換機(jī)則需要將組網(wǎng)的數(shù)據(jù)包注入到每一個(gè)端口內(nèi)部，此種情況就會(huì)使得信號(hào)廣播傳輸?shù)剿薪M的所有用戶終端部分，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的產(chǎn)生。借助于此種IGMP的窺探方式，交換機(jī)可以對(duì)路由器和終端主機(jī)之間產(chǎn)生的消息進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建請(qǐng)求特定組播的所有端口列表。

1.2 基于CDN的IPTV技術(shù)

基于CDN的IPTV技術(shù)，主要是針對(duì)于IPTV中的視頻點(diǎn)播讀物，借助于CDN的方式來完成，對(duì)于視頻流來說，可以借助于CDN的方式分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)邊緣距離用戶較近的邊緣服務(wù)器當(dāng)中，并將其傳輸?shù)接脩舻臋C(jī)頂盒內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)邊下載邊播放的功能。

1.3 IPTV視頻流編碼傳輸技術(shù)

現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的IPTV視頻流編碼傳輸技術(shù)可以分為兩種技術(shù)：互聯(lián)網(wǎng)流媒體聯(lián)盟和PEG-2TS，其中互聯(lián)網(wǎng)流媒體聯(lián)盟即為Internet Streaming Media Alliance。稱之為ISMA，ISMA屬于傳統(tǒng)的C/S模式，借助于協(xié)議將數(shù)據(jù)信號(hào)封裝在傳輸層內(nèi)部，在此種模式下，傳輸信號(hào)的檢測(cè)方式也需要在RTP的基礎(chǔ)上協(xié)議完成。其中MPEG-2TS屬于一種廣泛的視頻壓縮編碼方式，在視頻壓縮編碼方式當(dāng)中，出現(xiàn)了很多壓縮效率較高的方式，因此此種方式的應(yīng)用越來越少。ISMA方式下可以借助RTP協(xié)議對(duì)音頻和視頻的信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步化操作，以此對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制，此屬于IPTV節(jié)目信號(hào)傳輸質(zhì)量檢測(cè)的核心技術(shù)所在。

2.基于ICN的IPTV核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

現(xiàn)階段的IPTV主營(yíng)業(yè)務(wù)，可以分為電視類、通信類和增值業(yè)務(wù)這三項(xiàng)。其中電視業(yè)務(wù)包含了廣播電視、點(diǎn)播電視和個(gè)人視頻錄制等；通信業(yè)務(wù)包含了基于IP的語音業(yè)務(wù)、即時(shí)通信服務(wù)和電視短信等；增值業(yè)務(wù)包含了電視購(gòu)物、互動(dòng)廣告、在線游戲和遠(yuǎn)程教育等。在現(xiàn)階段的IPTV運(yùn)營(yíng)情況當(dāng)中，內(nèi)容的集成和信息的傳輸在符合政策方針和要求方面還存在一定的問題，因此需要對(duì)其進(jìn)行改善，《國(guó)家廣播電視總局關(guān)于開展IPTV專項(xiàng)治理的通知（廣發(fā)[2019]45號(hào)）》對(duì)于其在涉及到的問題進(jìn)行了分析和研究。一方面，對(duì)于違反IPTV的內(nèi)容審查的問題需要進(jìn)行重點(diǎn)治理，其中涉及到了播出的管理時(shí)間等；另一方面，針對(duì)違反境外電視節(jié)目的管理規(guī)定的問題也需要進(jìn)行治理；針對(duì)電視頻道的違反行為也需要治理。另外，針對(duì)缺乏IPTV內(nèi)容服務(wù)許可、違規(guī)進(jìn)行IPTV連接公網(wǎng)和其他違背IPTV管理規(guī)定的問題也需要進(jìn)行重點(diǎn)治理和改善。

在對(duì)IPTV的解決方案進(jìn)行分析的時(shí)候需要借助組播技術(shù)解決，借助ICN和IGMP的方式建立起一個(gè)組播通道。其中ICN的通信當(dāng)中需要借助IP的組播，IGMP控制（C）和IP組播數(shù)據(jù)（D）信道屬于兩個(gè)子民，與下面的控制以及數(shù)據(jù)的信息通道組成了一個(gè)平面的空間。針對(duì)發(fā)送IP組播的，可以對(duì)通道的訂閱者進(jìn)行控制，以此來方便相關(guān)的連接信息的告知和信息的預(yù)留操作?；诖耍趯?duì)IP組播信號(hào)的接收方面，需要對(duì)于數(shù)據(jù)包的接收任務(wù)進(jìn)行掌握和了解。對(duì)于接收端來說，在接連發(fā)生以及消息離開的時(shí)候需要進(jìn)行通道的發(fā)布和轉(zhuǎn)換，對(duì)于數(shù)據(jù)通道需要開展隱式訂閱或者取消訂閱。在收到信息之后，需要對(duì)其進(jìn)行檢查，在檢查的過程當(dāng)中如果檢查沒有收到信息，就需要進(jìn)行cNAP發(fā)送隱式訂閱消息，以此來將信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的控制通道，此種方式主要是由于代表相應(yīng)IP組播發(fā)送方開展信道訂閱活動(dòng)，其中sNAP屬于接收方。sNAP需要對(duì)其接收的組進(jìn)行檢查，確認(rèn)收到狀態(tài)。在接收到之后，需要將cNAP添加到組的收件人中。一旦出現(xiàn)此種情況變化，對(duì)于底層的ICN來說可以對(duì)其自動(dòng)重新計(jì)算，也就是對(duì)組播樹的FID進(jìn)行重新計(jì)算，其中需要允許IP數(shù)據(jù)包借助本機(jī)組播進(jìn)行正確的cNAP傳遞。

基于ICN和IGMP技術(shù)的組播通道方面，對(duì)于ICN通信存在的所有IP組播信息數(shù)據(jù)交流的過程中經(jīng)常發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致鏈路、交換機(jī)或路由器故障的現(xiàn)象，需要利用使用冗余鏈路和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建操作，以此來最大限度地避免此類事情對(duì)服務(wù)造成中斷影響。對(duì)于現(xiàn)階段的IPTV網(wǎng)絡(luò)，如果存在多條路徑的交換機(jī)，對(duì)于拓?fù)渚涂梢詣?chuàng)建一個(gè)生成樹，禁止一些鏈路進(jìn)行流量的轉(zhuǎn)發(fā)，以此來避免循環(huán)現(xiàn)象的發(fā)生。IGMP窺探交換機(jī)對(duì)其消息內(nèi)部進(jìn)行查看的時(shí)候，其本質(zhì)屬于樹中位置的學(xué)習(xí)，也就是需要對(duì)IP組播的消息來源進(jìn)行了解，對(duì)傳播的終點(diǎn)進(jìn)行了解和掌握。如果發(fā)生了上述的鏈接失敗現(xiàn)象，需要對(duì)其網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓M(jìn)行重組，對(duì)于IGMP窺探交換機(jī)收集的組播轉(zhuǎn)發(fā)樹信息部分來說，部分屬于無效的狀態(tài)?；诖?，在使用交換機(jī)停止轉(zhuǎn)發(fā)流量之后需要在接收到新的IGMP消息時(shí)才可以允許交換機(jī)重新對(duì)組播樹進(jìn)行創(chuàng)建。因此，鏈路故障轉(zhuǎn)移的期間，需要進(jìn)行服務(wù)中斷操作的預(yù)計(jì)，計(jì)量單位以秒來作為順序，一直到生成樹被重新創(chuàng)建之后，交換機(jī)可以從所有的活動(dòng)機(jī)頂盒當(dāng)中進(jìn)行報(bào)告的接收。如果兩個(gè)交換機(jī)之間產(chǎn)生的主鏈路發(fā)生了故障，其入口的交換機(jī)檢測(cè)故障可以將流量自動(dòng)地切換到主接口配置的輔助接口部分，以此來避免組播樹或者FID的重新計(jì)算。在此種情況下，與傳統(tǒng)IP的IPTV網(wǎng)絡(luò)相比較，基于ICN技術(shù)的IPTV網(wǎng)絡(luò)具備的丟包率和服務(wù)中斷故障率比較低，可以提供可靠的傳輸質(zhì)量保證。

3.IPTV視頻傳輸監(jiān)測(cè)問題

對(duì)于IPTV來說，其網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)中SHE即為Super Head End，可以實(shí)現(xiàn)其各地內(nèi)容匯集到廣播電視的內(nèi)容中，實(shí)現(xiàn)IP化的交流。此種方式在流經(jīng)了廣域網(wǎng)傳輸之后可以達(dá)到VHO端，即為Video Hub Office，利用介入到網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶的HG內(nèi)部，即為Home Gateway，在家庭網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)將IP視頻流分發(fā)到機(jī)頂盒當(dāng)中，在這個(gè)過程中可以實(shí)現(xiàn)在電視上進(jìn)行視頻的控制播放。在所有的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中都支持IP組播，對(duì)于每一個(gè)電視頻道內(nèi)部都可以建立一個(gè)組播樹。視頻點(diǎn)播服務(wù)器還可以建立在SHE和VHO中，用戶的點(diǎn)播可以將每一條的視頻從視頻點(diǎn)播服務(wù)器到用戶機(jī)頂盒的單播視頻流內(nèi)部。在視頻流傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，核心的網(wǎng)絡(luò)與其城域網(wǎng)絡(luò)結(jié)合下組合成為一個(gè)Mesh結(jié)構(gòu)。其中，接入網(wǎng)絡(luò)屬于IPTV的數(shù)據(jù)向用戶進(jìn)行分發(fā)的一個(gè)重要承載網(wǎng)絡(luò)，其中的寬帶接入或者XDSL接入網(wǎng)絡(luò)屬于樹形結(jié)構(gòu)的部分。

IPTV的視頻傳輸質(zhì)量的監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)出的問題主要集中在兩個(gè)方面：其一，廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)屬于其ISP重點(diǎn)運(yùn)營(yíng)和保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)，在可靠性方面都比接入網(wǎng)的可靠性要高，在其傳輸?shù)倪^程當(dāng)中出現(xiàn)問題的話，IPTV服務(wù)的提供商可以在對(duì)應(yīng)的服務(wù)器當(dāng)中檢測(cè)節(jié)目的質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量下降的現(xiàn)象，則可以及時(shí)地使用對(duì)應(yīng)的補(bǔ)救措施。其二，對(duì)于其接入網(wǎng)來說，在物理方面的分布比較復(fù)雜，傳輸線路和設(shè)備在分布方面都會(huì)在園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)和用戶小區(qū)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)地段的保護(hù)，此種情況下出現(xiàn)的故障概率相對(duì)較大，其接入的網(wǎng)絡(luò)故障可能導(dǎo)致IPTV的運(yùn)營(yíng)商在檢測(cè)到傳輸質(zhì)量下降之前就對(duì)用戶自身的QOE產(chǎn)生了一定的影響。

基于本文的樹形結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，其視頻的質(zhì)量監(jiān)測(cè)過程當(dāng)中所涉及到的問題需要進(jìn)行實(shí)例化的研究。如果接入網(wǎng)當(dāng)中，存在一個(gè)集中的視頻傳輸質(zhì)量檢測(cè)服務(wù)器，被稱為MS，即為Monitoring Server，對(duì)在運(yùn)行過程當(dāng)中收集每一個(gè)用戶的機(jī)頂盒的實(shí)時(shí)反饋的視頻接收所呈現(xiàn)出的質(zhì)量，比如可以對(duì)機(jī)頂盒內(nèi)部進(jìn)行類似于TBM的監(jiān)測(cè)，如果信號(hào)的接收質(zhì)量下降與其預(yù)先設(shè)定出的閾值進(jìn)行對(duì)比低的話，需要立刻向MS進(jìn)行反饋。在這個(gè)過程當(dāng)中需要值得注意的是，IPTV的視頻傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)的操作需要建立在正常的網(wǎng)絡(luò)管理當(dāng)中，也就是ISP的管理網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通斷和網(wǎng)絡(luò)性能的科學(xué)化管理。在此種程度上，假設(shè)用戶的機(jī)頂盒無法和MS取得相關(guān)聯(lián)系，ISP的網(wǎng)絡(luò)管理功能需要對(duì)其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行有效化科學(xué)的診斷。在IPTV的適配傳輸質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面，其MS接收到一個(gè)或者多個(gè)用戶機(jī)頂盒的質(zhì)量下降的報(bào)告之后，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中產(chǎn)生IPTV的傳輸質(zhì)量故障點(diǎn)的影響因素進(jìn)行定位和分析研究。一般來說，此種類型的故障一般都是由于網(wǎng)絡(luò)視頻當(dāng)中存在一定的突發(fā)性、背景流量的變化，最終造成了IPTV視頻流可以在傳輸當(dāng)中產(chǎn)生了丟包或者是延時(shí)抖動(dòng)得以增加的情況和狀態(tài)。

4.發(fā)展趨勢(shì)

IPTV屬于一種高新技術(shù)的傳輸服務(wù)形式類型，可以有效地改善傳統(tǒng)模式運(yùn)行過程當(dāng)中存在的局限性，由于IPTV自身在交互性能方面相對(duì)較強(qiáng)，具備相對(duì)較高的靈活性，對(duì)于其現(xiàn)階段相關(guān)的產(chǎn)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)多元化的發(fā)展和促進(jìn)。與此同時(shí)，IPTV的關(guān)鍵技術(shù)可以在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)有效地應(yīng)用，比如對(duì)酒店進(jìn)行智能化IPTV系統(tǒng)的應(yīng)用。基于IPTV的技術(shù)引導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)最大限度且方便快捷地對(duì)其內(nèi)部所需要的各類功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和處理，其中包含了實(shí)時(shí)點(diǎn)播、在線付費(fèi)等操作和功能，還可以對(duì)私人的個(gè)性化定制、預(yù)約等人性化的體驗(yàn)提供良好的服務(wù)，以此來最大限度地為用戶提供一個(gè)良好且快捷的體驗(yàn)。與此同時(shí)，社會(huì)上其他的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)都可以借助IPTV系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)社會(huì)整體化運(yùn)行的基礎(chǔ)科學(xué)保證，極大地促進(jìn)信息化和技術(shù)化的整體發(fā)展。在當(dāng)前的發(fā)展當(dāng)中，IPTV需要考慮一個(gè)網(wǎng)絡(luò)核心承載架構(gòu)的問題，對(duì)于未來的IPTV用戶來說，數(shù)量呈現(xiàn)出倍數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，因此需要確保其核心的架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定可靠的狀態(tài)當(dāng)中。除此之外還需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣冗M(jìn)行注重，以此最大限度地保障網(wǎng)絡(luò)傳輸畫面的清晰程度，對(duì)于寬帶延伸等多個(gè)方面的問題進(jìn)行及時(shí)的解決，以此保證IPTV的系統(tǒng)得以充分科學(xué)地運(yùn)行。

5.結(jié)束語

針對(duì)于傳統(tǒng)的電視行業(yè)，IPTV屬于一種技術(shù)的變革，可以說是運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)戰(zhàn)視頻服務(wù)行業(yè)的一個(gè)重要標(biāo)志?；诋?dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和變革，在對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域行業(yè)內(nèi)也得到了快速的發(fā)展和運(yùn)營(yíng)，在其信號(hào)的傳輸帶寬、傳輸?shù)乃俾史矫嬉簿邆淞艘欢ǖ脑黾?，由于網(wǎng)速造成的IPTV業(yè)務(wù)技術(shù)的發(fā)展問題也需要良好的科學(xué)化處理和解決，基于此，需要不斷地加強(qiáng)在ICN方面的IPTV傳輸和監(jiān)測(cè)技術(shù)，以此來不斷地促進(jìn)IPTV的發(fā)展和進(jìn)步。