組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)中的運(yùn)用

張明健，張英豪

（河南大象融媒體技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450046）

1 組播技術(shù)的比較

傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡(luò)采用的是點(diǎn)通信方式，這種典型的通信方式應(yīng)用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，如超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）、文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）等，因此也被稱作單播，是一種一對(duì)一的傳播方式。將單播應(yīng)用在交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）集成播控平臺(tái)中，如果需要同時(shí)向多個(gè)目標(biāo)發(fā)送視頻，就需要向多個(gè)不同的目標(biāo)不斷地傳輸數(shù)據(jù)。

廣播是另一種比較常見的IP 通信方式。這種IP 通信能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)通信。如果說單播是一種一對(duì)一的通信模式，那么廣播就是一種一對(duì)多的通信模式。使用廣播時(shí)，將主機(jī)的信號(hào)不斷地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)與復(fù)制，需要長(zhǎng)時(shí)間保持被動(dòng)接收所有數(shù)據(jù)的狀態(tài)。因此，要想在IPTV 集成播控平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳輸，需要對(duì)目標(biāo)和信息進(jìn)行過濾，將不被需要的信息過濾掉?，F(xiàn)階段，我國(guó)的IPTV 視頻流基本上都是點(diǎn)對(duì)多、多對(duì)多的形式，基本上不存在單點(diǎn)傳輸?shù)那闆r。因此，單播和廣播都無法滿足新時(shí)期IPTV 集成播控平臺(tái)的發(fā)展需求。

組播技術(shù)的原理為：組播源向組播組地址發(fā)送一份數(shù)據(jù)，組播組的主機(jī)能夠接收該數(shù)據(jù)，組播組內(nèi)的所有接收者都可以接收到這組數(shù)據(jù)的拷貝，從而在IPTV 集成播控平臺(tái)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。組播技術(shù)的應(yīng)用能夠有效彌補(bǔ)單播和廣播存在的缺陷，達(dá)成所有接收端口同時(shí)接收信息、數(shù)據(jù)的效果。組播技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾緩剑瑢?duì)節(jié)約IPTV 集成播控平臺(tái)帶寬發(fā)揮著重要的作用[1]。

2 組播技術(shù)的工作模式

組播技術(shù)所采用的協(xié)議有兩種，一種是組成員關(guān)系協(xié)議，另一種是組播路由協(xié)議。

組成員關(guān)系協(xié)議建立在主機(jī)和路由器之間，其由IGMP 構(gòu)成。IGMP 即互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（Internet Group Management Protocol，IGMP），是一種溝通主機(jī)和路由器的通信協(xié)議，具有唯一性。該協(xié)議在主機(jī)和路由器之間運(yùn)行，當(dāng)主機(jī)想要加入、獲取某一個(gè)特定組播信息時(shí)，主機(jī)就會(huì)通過IGMP 協(xié)議告知路由器。路由器接收到信息后，利用IGMP 協(xié)議的周期性，查詢局域網(wǎng)內(nèi)部的該組播成員是否處于活動(dòng)狀態(tài)。該協(xié)議將路由器與組成員關(guān)聯(lián)起來。該協(xié)議通常在局域網(wǎng)二層網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。

IGMP 協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)組播路由器與路由器之間的傳播與維護(hù)。因此，要想實(shí)現(xiàn)路由器與路由器之間的組播信息傳播，就要應(yīng)用組播路由協(xié)議?，F(xiàn)階段，最常見的組播路由協(xié)議是PIM 協(xié)議（Protocol Independent Multicast，PIM）。根據(jù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制的不同，PIM協(xié)議又被劃分成PIM-DM協(xié)議和PIM-SM協(xié)議。PIM-DM 協(xié)議多應(yīng)用于密集模式，PIM-SM 協(xié)議多應(yīng)用于稀疏模式。

PIM-DM 協(xié)議建立在Push 模式之上，多被應(yīng)用于組成員比較密集的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，這種網(wǎng)絡(luò)通常為小型網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)用時(shí)，PIM-DM 協(xié)議會(huì)對(duì)每個(gè)子網(wǎng)進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)每個(gè)組播組內(nèi)至少存在一個(gè)成員，在此基礎(chǔ)上將組播數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)散，確保組播數(shù)據(jù)能夠擴(kuò)散到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。之后，剪枝沒有組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的分支，將接受者的分支保留。這種現(xiàn)象被稱作“擴(kuò)散—剪枝”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象多呈周期性發(fā)生。

PIM-SM 協(xié)議多應(yīng)用于稀疏模式，其建立在Pull 模式之上，多被應(yīng)用于組成員比較分散的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，這種網(wǎng)絡(luò)通常為中大型網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)用時(shí)，PIM-SM 技術(shù)會(huì)假設(shè)沒有主機(jī)需要接受組播數(shù)據(jù)，只有主機(jī)明確提出需要轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)對(duì)組播數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。PIM-SM 技術(shù)由共享樹實(shí)現(xiàn)。共享樹即RPT（Rendezvous Point Tree），也被稱作匯集樹。RPT 會(huì)建立公用的RP。RP（Rendezvous Point）即根節(jié)點(diǎn)，也被稱作匯集點(diǎn)。通常將某一臺(tái)路由器設(shè)置為公用的根節(jié)點(diǎn)。當(dāng)組播源要向某組播組傳送組播數(shù)據(jù)時(shí)，必須向組播源側(cè)指定路由器的根節(jié)點(diǎn)注冊(cè)，利用單播方式把注冊(cè)報(bào)文傳輸給RP[2]。當(dāng)接受者方的路由器將注冊(cè)報(bào)文發(fā)送給組播組根節(jié)點(diǎn)時(shí)，組播數(shù)據(jù)就會(huì)從根節(jié)點(diǎn)經(jīng)過共享樹傳播給接收者。

3 組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)中的應(yīng)用

3.1 直播與輪播業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

直播與輪播是IPTV集成播控平臺(tái)的核心業(yè)務(wù)，也是IPTV 集成播控平臺(tái)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)。其包括了IPTV 集成播控平臺(tái)的所有實(shí)時(shí)頻道資源。

組播技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)IPTV 集成播控平臺(tái)直播與輪播業(yè)務(wù)的傳輸與分發(fā)，將直播與輪播信號(hào)通過一對(duì)多的方式傳輸和分發(fā)給下游運(yùn)營(yíng)商，降低IPTV集成播控平臺(tái)運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，達(dá)到節(jié)約帶寬的效果。

IPTV 集成播控平臺(tái)存在大量的跨路由現(xiàn)象和跨虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）現(xiàn)象，這主要是因?yàn)镮PTV 集成播控平臺(tái)與運(yùn)營(yíng)商保持互聯(lián)。IPTV 集成播控平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模十分龐大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同時(shí)向多機(jī)構(gòu)、多運(yùn)營(yíng)商輸出組播信號(hào)的現(xiàn)象。因此，將組播技術(shù)應(yīng)用在直播與輪播業(yè)務(wù)中時(shí)，可以選用PIM-SM 協(xié)議，將根節(jié)點(diǎn)集成在IPTV 集成播控平臺(tái)的平臺(tái)端[3]。

3.2 IP 收錄業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

為更好地發(fā)揮組播技術(shù)的信息多點(diǎn)傳輸優(yōu)勢(shì)，組播技術(shù)還可以應(yīng)用在IPTV 集成播控平臺(tái)的IP收錄業(yè)務(wù)中。IP 收錄業(yè)務(wù)能夠提供更加豐富的媒體素材，方便點(diǎn)播節(jié)目的制作。在直播與輪播業(yè)務(wù)中利用組播技術(shù)分發(fā)與傳播信息的同時(shí)，還可以建立相應(yīng)的IPTV 集成播控平臺(tái)的IP 收錄系統(tǒng)。IP收錄業(yè)務(wù)能夠通過PIM-DM 協(xié)議實(shí)現(xiàn)，其需要在密集的收錄服務(wù)器內(nèi)完成組播信息的分發(fā)，網(wǎng)絡(luò)范圍相對(duì)較小，因此利用PIM-DM 的效果相對(duì)較好。

3.3 矩陣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

矩陣控制系統(tǒng)發(fā)揮著視頻信號(hào)交換的重要作用，其由接口設(shè)備和矩陣組成，通過矩陣實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)度，因此被稱作矩陣控制系統(tǒng)。隨著新媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，流矩陣得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。流矩陣建立在傳統(tǒng)廣電業(yè)務(wù)總控信號(hào)調(diào)度矩陣之上，其應(yīng)用流程與傳統(tǒng)矩陣控制系統(tǒng)基本一致。流矩陣主要對(duì)多協(xié)議IP 流信號(hào)進(jìn)行調(diào)度，其中包括了HTTP、實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Real-time Transport Protocol，RTP）及用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）。

流矩陣通常應(yīng)用在信號(hào)應(yīng)急切換、調(diào)度外來頻道組播信號(hào)當(dāng)中。IPTV 集成播控平臺(tái)肩負(fù)著向不同運(yùn)營(yíng)商分發(fā)組播信號(hào)的任務(wù)，根據(jù)移動(dòng)、聯(lián)通、電信運(yùn)營(yíng)商端口和輸送地址的差異，直播頻道信源也會(huì)產(chǎn)生差異。應(yīng)用三層組播技術(shù)時(shí)，有可能出現(xiàn)組播域過大的情況，引發(fā)組播路由混亂的問題。而利用流矩陣進(jìn)行組播信源的集中調(diào)度，便能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的接收與分發(fā)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速應(yīng)急切換[4]。

3.4 組播技術(shù)安全性探究

將組播技術(shù)應(yīng)用于IPTV 集成播控平臺(tái)中有著諸多優(yōu)勢(shì)，但組播技術(shù)的應(yīng)用還存在許多安全性問題，如組播源的安全、組播流量的擴(kuò)散等。因此，應(yīng)用組播技術(shù)時(shí)，還要采取一定的安全措施，從而確保IPTV 集成播控平臺(tái)的安全性與穩(wěn)定性，具體如下。

（1）在直播、輪播業(yè)務(wù)的組播源設(shè)置專門的VLAN，并利用防火墻對(duì)組播源進(jìn)行統(tǒng)一隔離與防護(hù)，避免組播源出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全問題。

（2）在組播流進(jìn)入運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)以前，要檢查媒體服務(wù)器的合法性。如果是非法媒體服務(wù)器，應(yīng)禁止組播流進(jìn)入。

（3）常規(guī)的組播技術(shù)對(duì)于接收者沒有明確的限制，接收者可以隨意加入組播組，這也意味著組播的接受范圍缺乏可控性。因此，為了控制擴(kuò)散的范圍，可以檢查路由器上轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文的生存時(shí)間（Time To Live，TTL）數(shù)，能夠有效避免組播報(bào)文擴(kuò)散到?jīng)]有經(jīng)過授權(quán)的范圍。

（4）為了避免二層網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)泛洪現(xiàn)象，接收端的二層網(wǎng)絡(luò)可以采用互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議進(jìn)行限制。

4 組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 利用組播技術(shù)提升IPTV 集成播控平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力

應(yīng)用組播技術(shù)時(shí)，要加強(qiáng)信息數(shù)據(jù)的判斷工作，檢查信息的完整性、有效性，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況正常無誤、狀態(tài)良好后才可以利用IPTV 集成播控平臺(tái)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳播。在信息傳輸?shù)倪^程中，網(wǎng)絡(luò)端口的傳輸量會(huì)變得越來越多，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量也會(huì)變得越來越大。在IPTV 集成播控平臺(tái)中合理地利用組播技術(shù)，能夠提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸效率，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣?，使網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載降低；確保IPTV集成播控平臺(tái)的畫面清晰、信號(hào)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)電視直播與輪播業(yè)務(wù)的穩(wěn)定供給，完善相應(yīng)的回放服務(wù)。

4.2 建立密鑰系統(tǒng)防止IPTV 集成播控平臺(tái)的內(nèi)容被竊取

為了保障IPTV 集成播控平臺(tái)內(nèi)容的安全性，可以建立相應(yīng)的密鑰系統(tǒng)，將密碼設(shè)置為動(dòng)態(tài)密碼，只有掌握權(quán)限、獲取許可的管理人員才能夠進(jìn)入IPTV 集成播控平臺(tái)系統(tǒng)，控制節(jié)目的播放。管理人員要了解組播技術(shù)，對(duì)組播技術(shù)中可能出現(xiàn)信息泄露的環(huán)節(jié)加強(qiáng)防范?？梢栽O(shè)置相應(yīng)的IP 追蹤機(jī)制，當(dāng)操作人員反復(fù)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，IPTV 集成播控平臺(tái)要自動(dòng)報(bào)警，并立刻封鎖平臺(tái)，追蹤IP地址，以確保IPTV 集成播控平臺(tái)的安全性。

4.3 加強(qiáng)IPTV 集成播控平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

組播技術(shù)的開放性很強(qiáng)，一旦IPTV 集成播控平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)條件發(fā)生波動(dòng)，就有可能出現(xiàn)漏洞，給不法分子可乘之機(jī)，甚至出現(xiàn)病毒入侵或黑客攻擊現(xiàn)象，導(dǎo)致IPTV 集成播控平臺(tái)信息丟失、服務(wù)器癱瘓等現(xiàn)象。因此，應(yīng)該將組播技術(shù)整合到IPTV 集成播控平臺(tái)，并設(shè)立相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)外部接入的網(wǎng)站、鏈接進(jìn)行全程、實(shí)時(shí)監(jiān)控。IPTV 集成播控平臺(tái)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)不良信息時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)制止。

5 組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

以往的IPTV 集成播控平臺(tái)存在信號(hào)不穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)速度慢等問題。為了解決上述問題，運(yùn)營(yíng)商不得不擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域。而利用組播技術(shù)，能夠幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)的觀眾接收到相應(yīng)的信號(hào)。隨著組播技術(shù)的傳輸設(shè)備、傳輸點(diǎn)數(shù)量的增加，信息傳輸?shù)乃俣鹊玫搅孙@著提升。組播技術(shù)的應(yīng)用，提升了用戶訪問程序和信息的效率，使IPTV 集成播控平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量得到了顯著提升。

組播技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在IPTV 集成播控平臺(tái)的效率與質(zhì)量方面，還體現(xiàn)在IPTV 集成播控平臺(tái)的功能方面?？梢栽贗PTV 集成播控平臺(tái)設(shè)置多個(gè)播放器，將其作為信息傳播的途徑，并利用組播技術(shù)，在IPTV 集成播控平臺(tái)設(shè)置大量的視頻，通過增加主機(jī)數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)不同IP 的形式，讓用戶在點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)、輸入關(guān)鍵詞時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)呈現(xiàn)多種視頻[5]。組播技術(shù)不僅發(fā)揮著發(fā)送數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的作用，還能夠?yàn)橛脩籼峁└迂S富多樣的視頻資源，解決以往IPTV集成播控平臺(tái)功能單一的問題。組播技術(shù)為IPTV 集成播控平臺(tái)提供了更加豐富的視頻資源，提升了視頻畫面的清晰度，是推動(dòng)IPTV集成播控平臺(tái)發(fā)展的重要技術(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

組播技術(shù)的應(yīng)用是未來IPTV 集成播控平臺(tái)的重要發(fā)展趨勢(shì)。本文首先分析了組播技術(shù)與其他技術(shù)的差異，其次分析了組播技術(shù)的工作模式，在此基礎(chǔ)上討論了組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)的運(yùn)用，并就組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)的應(yīng)用要點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)。總體而言，要想推動(dòng)組播技術(shù)在IPTV 集成播控平臺(tái)中的合理應(yīng)用，應(yīng)該從提升組播技術(shù)應(yīng)用的合理性、提升組播技術(shù)的應(yīng)用穩(wěn)定性、提升組播技術(shù)的應(yīng)用安全性、提升組播技術(shù)的傳輸速度等方面入手，對(duì)組播技術(shù)和IPTV 集成播控平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化。相關(guān)工作人員要加強(qiáng)對(duì)組播技術(shù)原理的研究，開發(fā)組播技術(shù)在IPTV集成播控平臺(tái)的全新應(yīng)用途徑，加強(qiáng)IPTV 集成播控平臺(tái)中直播、輪播、IP 收錄及矩陣控制等業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用，利用組播技術(shù)推動(dòng)IPTV 集成播控平臺(tái)的健康可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)廣大受眾提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。