四川省廣安市電信分公司  喻文學

    隨著寬帶接入的發展，用戶不再滿足簡單的Internet上網，對通過Internet提供更多的寬帶增值業務已顯得越來越迫切。近來，一個新興的熱點——ipTV正在吸引著越來越多的目光。開展IPTV業務，能以簡單的方式為運營商帶來寬帶用戶的大幅度增長。為了迎接這一變革時代的到來，運營商應著眼長遠，把握時機，建設面向IPTV等下一代網絡應用的承載網。

    一、IPTV對承載網的要求

    IPTV承載的最主要內容包括視頻點播(VOD)和電視頻道(TV)節目。為了保證IPTV的收看質量與目前的有線電視網收看質量相當，IPTV承載網要求能在帶寬、頻道切換時延、網絡QoS等方面提供保證。

    1.用戶接入帶寬

    假如為用戶提供DVD效果的IPTV業務，利用現有廣泛使用的編碼技術，用戶至少需要3～4Mbit/s(使用MPEG-2編碼)或2Mbit/s(使用MPEG-4或更高壓縮率的編碼)的下行接入帶寬。

    2.IP網絡對組播技術的支持

    有線電視網的頻道切換非常快，IPTV也應盡量減少端到端的時延，據IPTV用戶調查，用戶可接受1s的TV頻道切換時間及10s以下的VOD切換時間。為了保證IPTV用戶在不同頻道之間的切換具有和普通電視切換相同的性能，IPTV業務的廣泛部署至少要求DSLAM設備支持IP組播技術。根據IPTV不同的部署策略以及節約城域網帶寬的考慮，核心網、城域網必須支持IP組播技術。

    3.網絡QoS

    丟包、抖動等都會嚴重影響IPTV的收看質量，會讓用戶覺得IPTV比不上有線電視。在IPTV業務中，網絡服務質量的保證一方面通過IP組播＋核心網(CDN)的方式來實現，另一方面就要通過現在普遍使用的區分服務、流量工程等技術來實現。

    二、寬帶承載網技術的現狀

    承載網必須為IPTV業務的運營提供強大的網絡支撐，如內容的分發等。因此，承載網的好壞直接影響到業務本身及其QoS。目前，寬帶IP承載網絡技術還存在許多不足之處，主要表現在以下幾方面。

    1.國內電信寬帶接入主要采用ADSL技術，受線路質量及DSLAM設備的影響，該技術存在以下缺點：速率低，有選線率問題；有效傳輸距離短；丟包率高，QoS無法保證；安全性差；ADSL對組播功能支持有限，大多數只支持IPv4協議的路由器，不支持組播。

    2.原有的CDN(內容分發網絡)無法承載完整的IPTV業務。CDN主要傳送RM、WMV等流媒體文件，與廣播電視信號（MPEG－2/4）所采用的視頻編碼技術大不相同，無法滿足電視觀眾對視頻信號的高質量及實時性要求。

    3.在全網開展IPTV業務勢必造成網絡帶寬的消耗急劇增加，而現有的城域網，非凡是接入層的網絡結構、業務能力、QoS保證、認證方式、設備性能等都是基于普通Internet上網業務設計的，無法滿足多媒體業務的大規模開展。

    IPTV承載網的技術要求對國內電信運營商的寬帶網絡提出了新的挑戰，假如不在目前的寬帶網絡上應用組播/CDN等新技術，以目前的寬帶網絡的性能是無法滿足大規模開展商用IPTV業務的要求的。目前，組播技術在國內電信運營商還沒大規模應用，但它的特點使其非凡適合IPTV這類用戶量大，消耗大帶寬的業務，在寬帶IP承載網絡建設演進中必將大放異彩。

    三、IPTV的兩大傳輸模式與要害協議

    IPTV視頻流的傳播方式有點播和廣播兩種。其中點播方式為用戶提供了更具個性化的選擇，具有實時交互的特點；廣播方式提供不同的內容供用戶選擇，具體表現為不同的頻道。然而從技術角度看，支持IP網絡實現點播和廣播功能的技術是截然不同的。廣播方式對IP網絡提出了組播功能（Multicast）要求；點播方式要求IP網絡能有效地將視頻流傳送到用戶接入網絡（VDN/CDN）。

    1.組播

    IPTV的TV類節目是最適合利用組播技術傳輸的，因為TV類節目所有用戶收看的都是同一個內容。在IPTV中應用組播需要考慮以下幾個問題。

    (1)組播復制點問題

    組播復制點即用戶IGMP請求的終結點。在組播復制點，網絡設備根據端口是否有IGMP請求向端口復制組播流。組播復制點越接近用戶越能節省網絡帶寬。對ADSL寬帶網而言，組播復制點可選于BAS或DSLAM。新一代的BRAS已經具備2Mbit/s組播的復制能力，假如按照512kbit/s/packet計算，達到8Gbit/s的吞吐量，達到4000用戶同時復制的能力，組播復制性能在技術上已經基本解決。由于DSLAM數量多而分散，組播業務的治理控制基本不可能實現；同時將DSLAM由純粹的二層傳輸變成三層網絡設備，提升了DSLAM的復雜度，影響DSLAM的穩定性和成本，不是將來的發展方向。

    (2)靜態組播VS動態組播

    由于動態組播需要建立組播分發樹再進行組播數據的傳輸，而靜態組播已經把組播數據傳輸到組播復制點，用戶的IGMP請求一經接收即可進行分發，所以靜態組播的時延比動態組播小，適合IPTV使用。

    (3)組播治理

    組播治理包括對用戶接收組播數據的可控治理、組播源的治理、組播分發范圍的治理等，它是電信運營商開展組播類業務的前提條件。目前路由器設備具備一定的組播控制治理能力，新一代的BRAS已經提供了基于RADIUS協議的可控組播解決方案，但是這些技術缺乏統一的標準，缺少相應的專業治理系統。所以目前大規模使用存在一定的困難，估計將來兩年內基本可以解決組播治理問題。

    (4)組播QoS

    組播是基于UDP的，這意味著組播沒有丟包重傳機制。為了克服這缺點，可靠組播一直在研究中，但還沒到實用階段。骨干網絡和城域網路由器的更新換代，QoS的保證能力大大提高，在將來2～3年內組播業務的QoS保證可以得到解決。

    (5)IPTV組播業務開展模式

     集成模式

    組播業務的傳送網與單播業務傳送網物理上重合、無分界點的建網模式，稱為集成模式。集成模式的工作方式如下：借助于CDN，將組播類節目預分發到靠近接入點的流媒體服務器上，由DSLAM和BAS向用戶進行復制分發。同時CDN還能為單播類業務提供分布式緩存、內容路由、負載均衡、就近服務、對外接口等功能。

     分離模式

    組播業務傳送網與單播業務傳送網物理上分開，在BAS或者DSLAM上融合的組網模式，稱為分離模式。將單播業務傳送網與組播業務傳送網分開，有助于保證組播業務的服務質量。同時由于組播業務在傳送網絡上的流量相對比較固定，只跟組播源的數目和內容有關，不隨用戶的操作變化而變化，因而單獨組建傳送網便于網絡規劃和低成本建設。分離模式的工作方式為：對于源端網絡，單播業務進入現有寬帶城域網，組播業務進入組播業務傳送網。組播業務傳送網是個單向網絡，負責組播數據報文的傳送，而組播控制報文終結在DSLAM或者BAS設備上。對于IPTV業務，用戶“被動式”收看的內容，如直播類節目，直接由直播服務器輸入到組播業務傳送網絡，而用戶“主動式”個性化收看的內容，如點播或者錄播節目，進入城域傳送網，由CDN傳送到靠近用戶的流媒體服務器上，并以單播的形式傳遞給用戶。

    國外電信運營商在利用組播開展IPTV業務時往往把IPTV的網絡與普通PC上網業務分離，建立專門的組播通道，以此來保證組播的QoS。但此方法可擴展性較差，只適用于小規模的試驗網絡。

    (6)IPTV組播業務建網方案

    電訊盈科等運營商的成功運營經驗值得我們借鑒和參考：創立一個支持IPTV組播業務的最佳網絡和技術環境，非凡是要保證足夠的傳輸帶寬。

     選用標準化程度及互通性較好的PIM－SM作為主干組播路由協議，另外選用IGMPv2版本作為組播治理協議。

     構建可控可運營的組播網絡。從控制組播流量和非法組播源兩方面進行實施，具體包括四種措施：在骨干路由器上對組播源進行過濾，只答應預先設定的組播源發出流量；在城域網邊緣匯聚交換機端口上對用戶能加入的組播業務進行控制；在城域網邊緣匯聚交換機上對用戶的組播業務進行控制；在DSLAM、BAS和接入交換機上控制組播總流量。

    l 方便組播用戶的開通。專線用戶和DHCP用戶開通組播只要在相應的網關上啟用IGMP或IGMPPROXY，然后在客戶端安裝視頻播放軟件就可以接收相應組播流。對于在BAS上終結的撥號用戶，可利用RADIUS的擴展屬性IGMPENABLE，修改RADIUS和后臺數據庫結構，給用戶增加該屬性后便可開通IP組播服務。

    2.CDN

    CDN(內容分發網絡)是構建在數據網絡上的一種分布式的內容分發網。CDN在初始服務器和緩存服務器之間的鏈路上，帶寬占用的空間和時間遠少于用戶對中心流媒體服務器集中訪問方式的非CDN環境。IPTV可利用CDN為用戶提供VOD的內容，通過CDN把視頻內容分發到靠近用戶端的CDN節點后，很好地解決了訪問量大、服務器分布不均對骨干網造成的擁塞問題，可以在一定程度上保證了端到端的服務質量，擴大了用戶訪問流媒體內容的范圍，減輕IPTV業務對骨干網絡的沖擊，提高了用戶的響應速度，是視頻點播業務非常有效的組網方式。

    為了保證CDN的利用率，在IPTV中規劃CDN需要根據用戶的“80/20”規律合理設計。“80/20”規律即80%的VOD用戶在收看20%的節目。基于這個規律，CDN的Cache節點的空間應是中心節目庫的空間大小的20%，這樣可以保證80%的用戶可在Cache節點直接得到節目，不需從中心節目庫下載節目，這樣有利于提高用戶的響應速度及減小網絡流量。

    為提高寬帶業務的服務質量，瞄準日益增長的網上視頻服務需求，國內運營商已著手建設流媒體CDN系統。建設流媒體CDN系統在思路上與新出現的IPTV業務有一定的相同之處，能夠在一定程度上滿足部分IPTV業務，但是，現有CDN系統主要還是面向PC設計的，它與IPTV系統存在很大的差異，完全依靠CDN系統來發展IPTV是不現實的。

    首先，目前的CDN系統采用不同于數字電視的視頻編碼格式，無法提供廣播級的視頻服務。CDN系統支持的視頻編碼格式主要是REAL和WMV，對主流的MPEG-2、MPEG-4和H.264支持都非常有限。未來視頻格式通常不會選擇某一個廠商專有的視頻壓縮技術，所以，現有的CDN不支持IPTV的大規模發展。同時，直播電視是IPTV的主要業務之一，REAL和WMV視頻編碼格式采用的軟件壓縮技術，有5～10s的時延，它無法支持IPTV業務的高質量實時直播服務。更為重要的是，假如在CDN系統上承載IPTV業務，意味著所有的內容都要重新轉碼，這對現存的數十萬個小型的ICP來說，將是一項巨大的工作，而且要新建一套同等規模的存儲系統，不僅運營維護成本大大提高，還將面臨治理復雜、視頻質量明顯降低的缺點。

    其次，CDN面向PC用戶設計，在節目適應性、安全性能上都與TV的要求相距甚遠。在IPTV業務中，電視為用戶提供電視節目的虛擬錄像，對直播電視可以進行暫停、快進、快退等操作，同時，用戶不用自己預先錄制就可以方便地觀看以前播過的節目，這種功能對用戶具有非常大的吸引力，也是和有線數字電視競爭的有力武器，而目前的CDN系統無法提供這種功能。另外，CDN系統基本上都采用微軟的Windows操作系統，輕易受到黑客的網絡攻擊和病毒攻擊，無法保證系統的可靠性。

    第三，現有的CDN系統并不能提供IPTV業務，還要做很多復雜的集成工作。在IPTV系統中，為了在大規模部署的情況下保證服務質量，往往采用分布式部署，分成中心節點和邊緣節點，邊緣節點一般位于接入網絡的前端，在這種情況下，IPTV系統需要采用CDN技術來將媒體內容從中心節點分發到邊緣節點。現有的CDN系統能夠滿足IPTV系統的部分功能。為了提供完整的IPTV業務，在原有的CDN基礎上還需要集成多個其它子系統，多個子系統之間還要進行協調工作，而這種協調工作是非常繁雜的，將給系統的后續治理帶來巨大的工作量。

    最后，采用CDN技術的內容分發方式要具有一定的可治理性，以提高業務的服務質量，減輕骨干網絡的傳輸壓力，但目前還沒有能被普遍采用的緩存服務器內容更新策略。當前的做法是CDN的具體實施者根據各自的經驗選擇更新緩存服務器的策略，如存儲在特定時間內用戶點擊率最高的信息，或者存儲某段時間內可能是用戶最需要的信息，刪除那些已經過時的、用戶不再需要的信息。實現這些策略需要做的統計治理工作量相對也較大，CDN設備對于提供多是免費服務的ICP而言價格相對較高。基于組播的內容分發技術實現內容分發時，信息可以在同一時間內發送到多個需要該信息的用戶。但該種方式或者要求構建IP網絡的路由器具有組播功能，或者要求配備有具有較高處理能力的設備來完成信息多地點發送功能。另外無限制的組播會給網絡增加很多的業務流量。

    由此看出，由于CDN的建設規模和應用數量成比例增長，網絡的可擴展性比較差，平均用戶的建設成本較大，在國內cableTV價格優勢下，不具備競爭能力，并且提供的是VOD業務，不是真正意義上廣播型的TV業務，所以CDN網絡只適用于VOD業務，但是不適合IPTV廣播業務的承載技術，只適用于小規模的試驗網絡和過渡方案，大規模的IPTV業務必須依靠于可控組播技術的成熟和應用。

    3.協議

    在IPTV中主要采用的協議包括：IGMPRTP(實時傳輸協議)、RTCP(實時傳輸控制協議)、RSVP(帶寬預留協議)、TCP(傳輸控制協議)、IP網間協議、RTSP（實時流協議）以及IP多點廣播（多播）協議。

    IPv6協議具有廣闊的地址空間、內置的安全性、較好的網絡QoS支持等優點，可以作為更好的IPTV業務的承載協議。隨著CNGI（中國下一代互聯網示范項目）工程的部署，緊密跟蹤IPv6的IPTV業務。

    四、IPTV承載網的幾大主流寬帶接入技術

    寬帶接入網最主要的目的是解決用戶的接入能力和接入途徑問題。IPTV業務接入網的接入能力解決要害在于提供一個大容量、高速率的接入系統，在滿足寬帶高速上網業務基礎上，構建適應IPTV業務接入承載的網絡環境。

    在寬帶接入業務推廣初期，高速上網為主要的寬帶應用，帶寬要求相對較低，一般為512kbit/s，但隨著互聯網內容的不斷豐富、IPTV等寬帶視頻應用的高速發展，業務所需要的帶寬在提高。尤其當承載終端由PC逐步走向TV時，用戶所需要的是可與有線電視所提供的視頻業務質量抗衡的服務，其所需帶寬甚至可能達到十幾兆。對此，要求運營商必須提供更高帶寬，具有高QoS保證的滿足各種業務需求的寬帶接入網絡，從網絡運行層面為實現IPTV等網絡應用業務打下堅實的基礎，保證業務的大規模開展。

    IPTV寬帶IP承載網絡涵蓋內容網絡、匯聚網絡、接入網絡與家庭網絡各層次，承載網的分發能力及接入帶寬直接影響網絡的性能和用戶的體驗。目前IP網中的流量，非凡是IPTV視頻流量主要以單播或者廣播的形式向下發送，對網絡造成了巨大的壓力，因此，各種網絡分發技術，如組播、CDN等方式將逐漸在網絡中被引入，并且隨著網絡復雜程度的提高和解決網絡分發技術的發展，靠近用戶側的接入網逐漸成為影響網絡分發，非凡是IPTV視頻流分發的重要瓶頸。

    1.ADSL

    ADSL作為國內最主要的固定寬帶接入網技術，正呈現蓬勃發展的態勢，但由于受到本身技術的制約，因而在距離、速率和出線率等方面還存在不少問題。

    為全面構建高帶寬、穩定性強的ADSL寬帶接入網絡，實現服務的差異化和規模化，滿足IPTV業務開展。運營商尚需對規模龐大的ADSL接入網實施優化建設：一是開展“帶寬加速”行動，包括對用戶線路、DSLAM、匯聚網絡和BRAS以及網管的全面提速；二是大量采用ADSL2/2+技術的IP內核的DSLAM；三是要求新建DSLAM設備具備：實現高性能硬件組播處理；具備充足的N*FE、N*GE的上行帶寬；實現可控組播，支持頻道權限控制、統計、用戶治理等；支持單PVC方案和多PVC方案，保證組播業務的QoS；支持成百個組播頻道，頻道切換時間〈100ms；支持IGMPProxy功能，減輕上層組播路由器的IGMP處理負擔。

    2.FTTX

    隨著網絡的迅猛發展，面對電信運營商擴充容量、提供IPTV等新的可贏利的增值應用服務、簡化部署、降低運營成本的需求，光網絡和光纖通訊由于其具有的大容量、高速的特點，已逐漸成為網絡基礎建設中主角。同時接入網交換機對組播業務的支持性能日趨成熟、穩定，價格不斷下降。FTTB+LAN和GPON都是基于以太網技術的光纖接入手段。因以太網技術的成熟和簡單，且都采用廉價穩定高速的光纖作為傳輸介質，這兩種方式已經漸漸脫穎而出，成為IPTV寬帶接入手段中的有效方式。，

    FTTB+LAN寬帶接入是基于以太網技術的，采用光纖高速網絡實現千兆到社區，結合一般雙絞線實現百兆到樓宇，十兆到用戶。FTTB+LAN接入方式技術的實質是采用一種二層的媒質訪問控制技術，直接向用戶提供基于IP業務的傳送通道。

    FTTB+LAN作為一種高速的寬帶接入方式，開展IPTV寬頻業務時簡單易用，成本較低，用戶無需添加專用的調制解調器，但是缺點我們也應該看到，尤其是其帶來的樓內綜合布線的問題和采用雙絞線造成的傳輸距離的限制。

    在寬帶接入的多種方式中，PON是后起之秀。在PON系統中，下行數據以TDM廣播方式從OLT發送到所有ONU，而上行數據則采用TDMA（時分多址接入）方式，從各個ONU統一匯聚到中心局端OLT。而且可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構（典型結構為樹形結構）。

    GPON支持多種速率等級，可支持上下行不對稱速率，上行不一定要支持1Gbit以上速率。能在PON網絡上傳送高速以太數據，視頻和TDM業務，同時能獲得令人滿足的E1抖動和延遲性能。國內運營商已將GPON技術成功應用于寬帶接入網絡，證實了GPON技術已經成為一種可靠且具有成本效益的IPTV寬帶接入技術。

    FTTH是將光纖作為物理媒介實現用戶和運營商連接的一種技術。FTTH這種能夠提供高帶寬的接入方式則可以輕松提供以上功能，并能夠實現對稱的雙向傳輸，這是其他接入方式無法相比的。

    從技術角度考慮，FTTH采用的技術方案與用戶的地理分布有關，通常FTTH可采用兩類網絡結構。一是無源光網PON結構，二是點對點PtoP結構。FTTH的兩種實現方式的上下行都可以達到100Mbit/s。在未來家庭中，IPTV以及高清楚度數字電視對接入帶寬都有著明確的高要求，實現100Mbit/s接入將是很有必要的，要達到這樣的高帶寬，別的手段都難以實現，唯有FTTH。然而目前有關試驗的結果表明，用戶通過FTTH方式使用IPTV等寬帶多媒體業務的成本還比較高。

    五、結束語

    對于承載多業務的IP網絡而言，IPTV提出了更高的要求，即在提供原有通信功能的基礎上，還需要更高的帶寬、更強的控制能力以及更高的傳輸連續性和穩定性。提供IPTV的應用需求對于寬帶IP網的發展而言，無疑具有重要意義。